本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
查爾斯·達爾文將生命描述為永恆的生存鬥爭。物種為了有限的空間和資源而競爭，因此只有最適應其生態位的變種才能生存。這種推理背後的邏輯是合理的，但它不適用於生活在海萵苣上的微生物。這種不起眼的海藻以先到先得為基礎挑選細菌，不涉及競爭。生存下來的不是最適者，而是最幸運者。
凱瑟琳·伯克和她的同事們在研究潮間帶水池中海萵苣葉片上的微生物生態系統後得出了這樣的結論。該團隊直接提取並測序了這些微生物的DNA，而沒有首先在實驗室中培養它們。這種遺傳普查，這種方法被稱為宏基因組學，據推測可以無偏倚地反映生活在特定環境中的所有微生物。
在將DNA序列與物種匹配後，伯克發現每片萵苣都擁有獨特的微生物群落。在六個藻類樣本中，只有15%的微生物物種是共享的。這表明微生物或多或少隨機地在海萵苣上定殖。這些細菌是誰並不重要。只要它們能在海萵苣上生長並及時到達那裡，它們就會成為萵苣微生物生態系統的一部分。生態學家將這種情況視為彩票模型：無論哪個物種先到，都將贏得彩票。
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彩票假說最早由彼得·塞爾在1976年提出。塞爾在描述他的理論時，心中想的不是微生物和海萵苣，而是魚和珊瑚礁。如果有兩種相似的魚類和一個空置的珊瑚礁，那麼首先在珊瑚礁上定殖的物種將能夠防禦進一步的入侵者。菲利普·蒙迪後來為這種彩票效應提供了實驗證據。他表明，當一種珊瑚礁魚類提前8小時在珊瑚礁上定殖時，競爭物種稍後無法取代定居者。當兩種魚類同時被引入時，每個物種都有一半的機會獲勝。
只有當每個物種都有相似的獲勝機會時，彩票才能是公平和隨機的。只有當競爭物種彼此相似時，這才是可能的。對於動物來說，這幾乎等同於親緣關係密切，例如蒙迪在他的實驗中使用的鰕虎魚。當兩種動物的親緣關係較遠時，其中一種總是比另一種具有優勢，因為它們更大、更聰明或更狡猾。但親緣關係對於細菌來說並不是真正的問題。畢竟，它們可以相對容易地跨越物種界限共享基因。
儘管每次海萵苣彩票都是由不同的細菌贏得的，但伯克發現，每個微生物群落都具有相似的核心基因組，這些基因組與周圍海水中存在的基因不同。不同群落中令人印象深刻的70%的基因具有相似的功能。這些基因中的許多基因使浮藻團上的群落生活成為可能。以產生粘附蛋白的基因為例。這些蛋白質使微生物粘附在表面和彼此之間，形成生物膜。其他例子包括轉化藻類產生的糖的蛋白質，或使細菌從移動生活方式轉變為固著生活方式的基因。
不同群落之間基因的這種保守性可能意味著定殖海萵苣的方式只有這麼多。這些基因就像許多不同細菌購買的彩票，以進入抽獎活動。贏得彩票的物種可能是隨機的，但它們的基因不是。
這些見解反映了其他地方的發現。今年早些時候，海德堡的研究人員發現，每個人都有三種不同型別的細菌生態系統之一在他們的腸道中。這些生態系統與測試物件的飲食、性別、體重、年齡或健康狀況無關。就我們所知，它們可能是由我們年輕時微生物的隨機定殖產生的，就像生活在海萵苣上的微生物一樣。
宏基因組學是一個年輕的領域，但它已經揭示了微生物群落生活的許多隱藏方面。理清塑造這些群落的隨機和非隨機力量應該會讓微生物生態學家在未來幾年內忙碌起來。
圖片:
海萵苣，攝影：Eutrophication&hypoxia。
綠色珊瑚鰕虎魚，攝影：WonderKris。
參考文獻
C Burke, P Steinberg, D Rusch, S Kjelleberg, & T Thomas (2011). Bacterial community assembly based on functional genes rather than species Proceedings of the National Academy of Sciences : doi/10.1073/pnas.1101591108
Munday, P. (2004). Competetive coexistence of coral-dwelling fishes: the lottery hypothesis revisited Ecology, 85 (3), 623-628 DOI: 10.1890/03-3100