閉単体上に微生物叢多様性理論を再構築する

生態学的多様性理論は、局所群集内の多様性をより高次の集合体の多様性と結び付けるが、この尺度構造は微生物叢解析ではほとんど考慮されていない。アルファ多様性は通常、試料内の要約量として扱われる一方、「ベータ多様性」はしばしばペア間非類似度を意味し、ガンマ多様性が明示されることはまれである。本研究では、環境、宿主関連、および縦断的な微生物叢について局所―地域構造を復元し、地域ベータ多様性をペア間非類似度および予測因子に関連する組成変動から区別する。疎な組成データに対してこれらを定量化するため、厳密なゼロを保持する閉単体の一対一かつ有界な正規座標表現であるヘリンガー＝リーマン内在座標（HRIC）を導入する。同じ座標から、単体ヘリンガー・アルファ多様性およびガンマ多様性、加法的地域ベータ多様性、分類群ごとの寄与、ペア間非類似度、ならびにモデルによって説明される分散が得られる。シミュレーションにより、HRIC分散とPERMANOVAの条件間成分との対応が確認された。北極圏および北大西洋の群集では、各地域基準に対する局所多様性は、分類群レベルの関連が部分的に異なるにもかかわらず、鉛直方向の環境勾配と同様に共変動した。自己糞便微生物叢移植の無作為化試験では、レシピエントは移植前の個人固有の組成へより早期に回帰した一方、アルファ多様性の差はより小さく、推定精度も低かった。したがって、局所および地域の参照基準を明示することで、微生物系を横断して多様性分割と組成解析を結び付けられる。

https://doi.org/10.64898/2026.09.02.748976