Ecological modelling approaches for predicting emergent properties in microbial communities.
Ecological modelling approaches for predicting emergent properties in microbial communities.
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预测微生物群落紧急特性的生态模拟方法。
DOI：
10.1038/s41559-022-01746-7
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发表时间：
2022-07
影响因子：
16.8
通讯作者：
Patil KR
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
van den Berg NI;Machado D;Santos S;Rocha I;Chacón J;Harcombe W;Mitri S;Patil KR
最近的研究提出了新兴的性质在塑造微生物群落和生态系统的一部分，他们的关键作用。涌现特性--不能从组成部分的特性线性推导出的模式或功能--是重要的生态特征的基础，如恢复力、生态位扩张和空间自组织。虽然很明显，新兴的属性是社区内相互作用的结果，其非线性的性质使得数学建模必须建立社区结构和功能之间的定量联系。随着对微生物生态系统的保护和合理调节的需求越来越明显，对模拟新兴特性的方法的益处和局限性的考虑也越来越明显。在这里，我们审查生态系统建模方法的紧急属性的观点。我们考虑的范围，优点和局限性的Lotka-Volterra，消费者资源，基于特质，基于个人，和基因组规模的代谢模型。在这一研究领域的未来努力将受益于利用这些方法之间的互补性，使复杂的微生物生态系统的合理调节。
Recent studies have brought forward the critical role of emergent properties in shaping microbial communities and the ecosystems they are part of. Emergent properties - patterns or functions that cannot be deduced linearly from the properties of the constituent parts - underlie important ecological characteristics such as resilience, niche expansion, and spatial self-organisation. While it is clear that emergent properties are a consequence of interactions within the community, their non-linear nature makes mathematical modelling imperative for establishing the quantitative link between community structure and function. As the need for conservation and rational modulation of microbial ecosystems is increasingly apparent, so is the consideration of the benefits and limitations of the approaches to model emergent properties. Here we review ecosystem modelling approaches from the viewpoint of emergent properties. We consider the scope, advantages, and limitations of Lotka-Volterra, consumer-resource, trait-based, individual-based, and genome-scale metabolic models. Future efforts in this research area would benefit from capitalising on the complementarity between these approaches towards enabling rational modulation of complex microbial ecosystems.
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