與纖毛蟲(chóng)相反，阿米巴被認(rèn)為是專門(mén)的表面取食者。在我們的實(shí)驗(yàn)中，表面取食效應(yīng)在生物膜生物量上可見(jiàn)。然而，這種減少在我們實(shí)驗(yàn)的最后三周最為明顯（圖2B）。值得注意的是，阿米巴也能夠顯著減少自由水中的細(xì)菌生物量（圖2A和表1）。一種解釋是阿米巴通過(guò)胞飲作用消耗了懸浮細(xì)菌。這種與纖毛蟲(chóng)的生態(tài)位重疊也與觀察到的纖毛蟲(chóng)種群動(dòng)態(tài)一致：纖毛蟲(chóng)種群大小在單一敵害處理中平均高于與噬菌體和阿米巴混合的處理，并且在多敵害處理中，纖毛蟲(chóng)密度在阿米巴種群下降后短暫增加（圖4A）。阿米巴的下降是嚴(yán)重的，因?yàn)榧?xì)胞在1周后無(wú)法用暗場(chǎng)顯微鏡檢測(cè)到（圖4B）。盡管暗場(chǎng)顯微鏡是在正常條件下觀察阿米巴細(xì)胞的好工具，但在饑餓條件下計(jì)數(shù)阿米巴細(xì)胞可能不夠充分。因此，阿米巴密度可能被低估了，特別是在食物競(jìng)爭(zhēng)激烈的條件下，即阿米巴種群可能以非典型形式在多敵害處理中持續(xù)存在于整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間。阿米巴的急劇下降也表明纖毛蟲(chóng)和阿米巴之間的競(jìng)爭(zhēng)是不對(duì)稱的，有利于纖毛蟲(chóng)，已知纖毛蟲(chóng)在類似的微觀世界條件下是有效的細(xì)菌捕食者。
與捕食者相反，裂解性噬菌體對(duì)開(kāi)放水中細(xì)菌密度的長(zhǎng)期影響最小，并且對(duì)附著生物膜的量沒(méi)有影響。然而，當(dāng)觀察Semad11和Db11之間的短期動(dòng)態(tài)時(shí)，噬菌體被證明在殺死其宿主方面極其有效。我們獨(dú)立的短期實(shí)驗(yàn)證明了細(xì)菌種群在12小時(shí)內(nèi)初始下降了93%。高死亡風(fēng)險(xiǎn)可能對(duì)宿主防御產(chǎn)生強(qiáng)大的選擇壓力，導(dǎo)致細(xì)菌與噬菌體卷入緊密的共同進(jìn)化軍備競(jìng)賽動(dòng)態(tài)，其中特定宿主和寄生蟲(chóng)基因型的適合度取決于時(shí)間。與我們實(shí)驗(yàn)相對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)也被觀察到；細(xì)菌豐度的初始快速下降只是暫時(shí)的，因?yàn)榫哂惺删w抗性的細(xì)菌能夠在100小時(shí)內(nèi)將種群恢復(fù)到接近之前的水平（圖3）。因此，觀察到的噬菌體抗性的出現(xiàn)似乎有效地削弱了寄生噬菌體與其宿主細(xì)菌之間的營(yíng)養(yǎng)聯(lián)系。
這一發(fā)現(xiàn)也展示了噬菌體療法面臨的主要挑戰(zhàn)之一——防御的快速進(jìn)化。然而，結(jié)果也表明，盡管噬菌體抗性細(xì)菌很快出現(xiàn)，但細(xì)菌種群從未能夠達(dá)到單獨(dú)培養(yǎng)細(xì)菌的對(duì)照組水平（圖2A）。這可能是因?yàn)樾碌氖删w基因型的出現(xiàn)限制了總細(xì)菌種群，推測(cè)是進(jìn)化軍備競(jìng)賽的結(jié)果。或者，噬菌體抗性可能是表型的（例如，細(xì)胞表面噬菌體受體的掩蔽），，導(dǎo)致與生長(zhǎng)能力的權(quán)衡。盡管已經(jīng)表明，使用噬菌體混合物而不是單一噬菌體可以延遲噬菌體抗性細(xì)菌變異的出現(xiàn)，這為我們多敵害實(shí)驗(yàn)方法帶來(lái)了有趣的未來(lái)前景。
已知噬菌體抗性的成本取決于幾個(gè)因素，例如噬菌體的遺傳背景、感染期間噬菌體菌株的數(shù)量以及環(huán)境條件。例如，在土壤和池塘水等低營(yíng)養(yǎng)環(huán)境中，噬菌體抗性的成本可能很高。因此，限制細(xì)菌生長(zhǎng)的適合度成本可以解釋噬菌體在我們實(shí)驗(yàn)中對(duì)自由水相生物量產(chǎn)生的微小但持續(xù)的長(zhǎng)期負(fù)面影響。
阿米巴和纖毛蟲(chóng)的種群大小在實(shí)驗(yàn)期間緩慢下降。在類似捕食者-獵物系統(tǒng)的先前研究中發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果，這種下降可能歸因于獵物防御的進(jìn)化增加，而幾乎沒(méi)有證據(jù)表明捕食者發(fā)生了共同進(jìn)化?；蛘?，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)置中未知的因素，培養(yǎng)條件可能已經(jīng)惡化，導(dǎo)致阿米巴和纖毛蟲(chóng)種群下降。然而，與噬菌體不同，潛在的防御進(jìn)化與捕食者控制細(xì)菌種群的能力沒(méi)有明顯關(guān)聯(lián)。在我們的實(shí)驗(yàn)中，我們還發(fā)現(xiàn)多敵害系統(tǒng)中纖毛蟲(chóng)的種群大小波動(dòng)更大，這表明在自然界中，由于不同細(xì)菌消費(fèi)者的相互作用，情況可能更為復(fù)雜（圖4A）。在我們的案例中，波動(dòng)增加可能是由于阿米巴種群規(guī)模的下降，這是由于纖毛蟲(chóng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)。此外，已經(jīng)證明，在存在捕食者的情況下，宿主-寄生蟲(chóng)的共同進(jìn)化與沒(méi)有捕食者時(shí)不同，因此可能也存在其他生態(tài)進(jìn)化原因?qū)е掠^察到的波動(dòng)。
總之，我們的結(jié)果表明，對(duì)細(xì)菌獵物的下行效應(yīng)在很大程度上取決于敵害的取食模式。纖毛蟲(chóng)是非常有效的開(kāi)放水體捕食者，而阿米巴能夠減少細(xì)菌生物膜和開(kāi)放水體生物量。這可能導(dǎo)致資源利用的部分和不對(duì)稱重疊，并可能導(dǎo)致阿米巴的減少和觀察到的纖毛蟲(chóng)種群動(dòng)態(tài)的短期效應(yīng)。我們還發(fā)現(xiàn)，雖然噬菌體在短期是超級(jí)有效的寄生蟲(chóng)，但噬菌體的長(zhǎng)期影響可以忽略不計(jì)。這一結(jié)果源于噬菌體抗性的極其快速的出現(xiàn)以及噬菌體抵消它的能力較弱。我們的結(jié)果強(qiáng)調(diào)，盡管來(lái)自細(xì)菌及其捕食者或寄生蟲(chóng)的單敵害實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)很有價(jià)值，但由于敵害之間的相互作用，它們可能無(wú)法反映多敵害食物網(wǎng)中發(fā)生的過(guò)程。此外，敵害和宿主之間快速的進(jìn)化動(dòng)態(tài)可以極大地影響捕食性原生動(dòng)物與寄生噬菌體作為細(xì)菌豐度和空間分布調(diào)節(jié)者的相對(duì)重要性。
從細(xì)菌病原體的生物防治角度來(lái)看，我們的結(jié)果強(qiáng)調(diào)，單一的裂解性噬菌體在短期內(nèi)可能有效，而纖毛蟲(chóng)和阿米巴對(duì)細(xì)菌具有更持久的影響。盡管如此，我們建議噬菌體和原生動(dòng)物一起可以為環(huán)境生長(zhǎng)細(xì)菌的可持續(xù)和安全抗菌療法提供一種新選擇。此類細(xì)菌的一個(gè)例子是在水產(chǎn)養(yǎng)殖中具有主要意義的魚(yú)類病原體柱狀黃桿菌，它是柱狀病的致病因子，每年給魚(yú)類養(yǎng)殖造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。
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