杜克大學的研究人員發現了一個基本但令人驚訝的事實：廚房海綿是一個比實驗室培養皿更好的多樣化細菌群落的孵化器。但不僅僅是被困的殘羹剩飯使周圍蜂擁而至的微生物如此富有成效，而是海綿本身的結構。

在一系列的實驗中，科學家們展示了各種微生物物種如何根據其結構環境的因素（如復雜性和大小）來影響彼此的種群動態。一些細菌在多樣化的社區中茁壯成長，而另一些則喜歡孤獨地生存。而允許這兩種細菌過上最佳生活的物理環境會導致最強的生物多樣性水平。

土壤提供了這種最佳的混合居住環境，而廚房海綿也是如此。杜克大學的生物醫學工程師說，他們的結果表明，利用細菌來完成清理污染或生產商業產品等任務的行業應該考慮到結構環境。

該成果於2022年2月9日在線發表於《自然-化學生物學》雜誌。

杜克大學生物醫學工程教授尤凌沖（音譯）說：“細菌就像生活在大流行中的人一樣–一些人發現被隔離很困難，而另一些人則能很好地適應。我們已經證明，在一個物種之間既有積極作用又有消極作用的複雜群落中，有一個中間量的整合將使其整體共存最大化。”

微生物群落在整個自然界中以不同的程度混合。土壤為不同種群的生長提供了許多角落和縫隙，而不需要與它們的“鄰居”有太多的互動。但是，當人類把許多細菌物種扔在一起，形成一種無結構的糊狀物，以生產酒精、生物燃料和藥物等商品時，通常是在一個盤子甚至是一個大桶裡。在他們的實驗中，尤凌沖和他的實驗室研究人員展示了為什麼這些工業努力可能是明智的，開始採取一種結構性的方法來進行製造工作。

研究人員對大約80個不同的大腸桿菌菌株進行了編碼，這樣他們就可以跟踪它們的種群增長。然後他們將這些細菌以不同的組合混合在實驗室的生長板上，這些生長板有各種各樣的潛在生活空間，從六個大孔到1536個小孔。大孔近似於微生物物種可以自由混合的環境，而小孔則是模仿物種可以保持自我的空間。

無論棲息地的大小如何，結果都是一樣的。開始時只有少數幾個物種的小孔最終演變成了只有一兩個菌種存活的社區。同樣，開始時有廣泛的生物多樣性的大孔，在實驗結束時也只剩下一到兩個物種。

“小份量確實傷害了那些依靠與其他物種互動來生存的物種，而大份量則消除了那些遭受這些互動的成員（孤獨者），”尤凌沖說。“但是中間的分量允許微生物群落中的倖存者有最大的多樣性。”

尤凌沖說，這些結果為研究人員創造了一個框架，使他們能夠在不同的細菌群落中開始測試什麼結構環境可能對他們的追求最有效。他們還指出了為什麼廚房海綿是一個如此有用的微生物“棲息地”。它模仿了在健康土壤中發現的不同程度的分離，提供不同的分離層和不同大小的公共空間。

為了證明這一點，研究人員還用一個普通家用海綿進行了實驗。結果顯示，與他們測試的任何實驗室設備相比，它是一個甚至更好的微生物多樣性“孵化器”。

“事實證明，海綿是一種非常簡單的方式，可以實現多層次的分工，以提高整體的微生物群落，”尤凌沖說。“也許這就是它是一個真正的髒東西的原因–海綿的結構只是為微生物提供了一個完美的家。”