與纖毛蟲相反，阿米巴被認為是專門的表面取食者。在我們的實驗中，表面取食效應(yīng)在生物膜生物量上可見。然而，這種減少在我們實驗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菌生物量（圖2A和表1）。一種解釋是阿米巴通過胞飲作用消耗了懸浮細菌。這種與纖毛蟲的生態(tài)位重疊也與觀察到的纖毛蟲種群動態(tài)一致：纖毛蟲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）。阿米巴的下降是嚴重的，因為細胞在1周后無法用暗場顯微鏡檢測到（圖4B）。盡管暗場顯微鏡是在正常條件下觀察阿米巴細胞的好工具，但在饑餓條件下計數(shù)阿米巴細胞可能不夠充分。因此，阿米巴密度可能被低估了，特別是在食物競爭激烈的條件下，即阿米巴種群可能以非典型形式在多敵害處理中持續(xù)存在于整個實驗期間。阿米巴的急劇下降也表明纖毛蟲和阿米巴之間的競爭是不對稱的，有利于纖毛蟲，已知纖毛蟲在類似的微觀世界條件下是有效的細菌捕食者。
與捕食者相反，裂解性噬菌體對開放水中細菌密度的長期影響最小，并且對附著生物膜的量沒有影響。然而，當觀察Semad11和Db11之間的短期動態(tài)時，噬菌體被證明在殺死其宿主方面極其有效。我們獨立的短期實驗證明了細菌種群在12小時內(nèi)初始下降了93%。高死亡風(fēng)險可能對宿主防御產(chǎn)生強大的選擇壓力，導(dǎo)致細菌與噬菌體卷入緊密的共同進化軍備競賽動態(tài)，其中特定宿主和寄生蟲基因型的適合度取決于時間。與我們實驗相對應(yīng)的動態(tài)也被觀察到；細菌豐度的初始快速下降只是暫時的，因為具有噬菌體抗性的細菌能夠在100小時內(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菌之間的營養(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——防御的快速進化。然而，結(jié)果也表明，盡管噬菌體抗性細菌很快出現(xiàn)，但細菌種群從未能夠達到單獨培養(yǎng)細菌的對照組水平（圖2A）。這可能是因為新的噬菌體基因型的出現(xiàn)限制了總細菌種群，推測是進化軍備競賽的結(jié)果?；蛘?，噬菌體抗性可能是表型的（例如，細胞表面噬菌體受體的掩蔽），，導(dǎo)致與生長能力的權(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菌變異的出現(xiàn)，這為我們多敵害實驗方法帶來了有趣的未來前景。
已知噬菌體抗性的成本取決于幾個因素，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養(yǎng)環(huán)境中，噬菌體抗性的成本可能很高。因此，限制細菌生長的適合度成本可以解釋噬菌體在我們實驗中對自由水相生物量產(chǎn)生的微小但持續(xù)的長期負面影響。
阿米巴和纖毛蟲的種群大小在實驗期間緩慢下降。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化增加，而幾乎沒有證據(jù)表明捕食者發(fā)生了共同進化?；蛘撸捎趯嶒炘O(shè)置中未知的因素，培養(yǎng)條件可能已經(jīng)惡化，導(dǎo)致阿米巴和纖毛蟲種群下降。然而，與噬菌體不同，潛在的防御進化與捕食者控制細菌種群的能力沒有明顯關(guān)聯(lián)。在我們的實驗中，我們還發(fā)現(xiàn)多敵害系統(tǒng)中纖毛蟲的種群大小波動更大，這表明在自然界中，由于不同細菌消費者的相互作用，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，這是由于纖毛蟲的激烈競爭。此外，已經(jīng)證明，在存在捕食者的情況下，宿主-寄生蟲的共同進化與沒有捕食者時不同，因此可能也存在其他生態(tài)進化原因?qū)е掠^察到的波動。
總之，我們的結(jié)果表明，對細菌獵物的下行效應(yīng)在很大程度上取決于敵害的取食模式。纖毛蟲是非常有效的開放水體捕食者，而阿米巴能夠減少細菌生物膜和開放水體生物量。這可能導(dǎo)致資源利用的部分和不對稱重疊，并可能導(dǎo)致阿米巴的減少和觀察到的纖毛蟲種群動態(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有效的寄生蟲，但噬菌體的長期影響可以忽略不計。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)果強調(diào)，盡管來自細菌及其捕食者或寄生蟲的單敵害實驗數(shù)據(jù)很有價值，但由于敵害之間的相互作用，它們可能無法反映多敵害食物網(wǎng)中發(fā)生的過程。此外，敵害和宿主之間快速的進化動態(tài)可以極大地影響捕食性原生動物與寄生噬菌體作為細菌豐度和空間分布調(diào)節(jié)者的相對重要性。
從細菌病原體的生物防治角度來看，我們的結(jié)果強調(diào)，單一的裂解性噬菌體在短期內(nèi)可能有效，而纖毛蟲和阿米巴對細菌具有更持久的影響。盡管如此，我們建議噬菌體和原生動物一起可以為環(huán)境生長細菌的可持續(xù)和安全抗菌療法提供一種新選擇。此類細菌的一個例子是在水產(chǎn)養(yǎng)殖中具有主要意義的魚類病原體柱狀黃桿菌，它是柱狀病的致病因子，每年給魚類養(yǎng)殖造成重大的經(jīng)濟損失。
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