Bodembacteriën moeten zich kunnen aanpassen aan wisselende omgevingsomstandigheden. – Maar een nieuwe studie door LMU-onderzoekers geeft aan dat snelle aanpassing contraproductief kan zijn, terwijl vertraagde aanpassing het naast elkaar bestaan ​​van verschillende soorten vergemakkelijkt.

Een enkele gram aarde kan tot 10, 000 verschillende soorten bacteriën. Hoe zo'n buitengewone mate van biodiversiteit kan worden gehandhaafd binnen populaties die bestaan ​​uit soorten met sterk verschillende niveaus van fitheid, is een centrale vraag in de ecologie. Wanneer mengsels van bodembacteriën onder gedefinieerde omstandigheden in het laboratorium worden gekweekt, de stam of soort met de hoogste groeisnelheid zal uiteindelijk de populatie domineren en alle andere zullen uitsterven. LMU-natuurkundige prof.dr. Erwin Frey en zijn collega dr. Marianne Bauer hebben nu gevraagd waarom dit onder natuurlijke omstandigheden in de bodem niet gebeurt. De resultaten van hun onderzoek, die in het journaal verschijnt Fysieke beoordelingsbrieven , laten zien dat vertraagde aanpassing aan veranderingen in ecologische parameters kan leiden tot het stabiel naast elkaar bestaan ​​van diverse soorten.

De bodem is een uiterst complexe habitat, niet alleen biologisch, maar ook vanuit structureel oogpunt - het wordt gekenmerkt door labyrintische systemen van onderling verbonden poriën. Afhankelijk van het watergehalte, door dit netwerk van poriën kunnen voedingsstoffen worden verdeeld en kunnen bacteriën in contact komen met naburige populaties. "We waren geïnteresseerd om te weten of de karakteristieke ruimtelijke variabiliteit van deze habitat een impact heeft op de stabiliteit van bacteriële populaties, " zegt Marianne Bauer. Om het antwoord te vinden, Bauer en Frey beschouwden een eenvoudig systeem dat bestaat uit twee mobiele soorten die in bepaalde eigenschappen verschillen, en gebruikte wiskundige simulaties om veranderingen in de samenstelling van de bevolking te modelleren als reactie op fluctuaties in de samenstelling van de omgeving. In hun model een van de soorten synthetiseert en scheidt voortdurend een diffundeerbare groeibevorderende stof af, wat een gunstig effect heeft op de hele bevolking. Echter, omdat de biogenese van de verbinding energiekosten met zich meebrengt, de groeisnelheid van de productiecellen is lager dan die van de andere soorten. Onder laboratoriumomstandigheden, een dergelijke combinatie van eigenschappen zou ertoe leiden dat de langzaam groeiende soort wordt weggeconcurreerd en met uitsterven wordt bedreigd.

Echter, het model bevat nog een ander kenmerk:de auteurs nemen aan dat leden van beide soorten niet snel kunnen reageren op plotselinge fluctuaties in omgevingscondities. Zo blijven ze enige tijd in hetzelfde tempo groeien als voorheen nadat ze in een zone zijn beland waarin de pH-waarde of de nutriëntenvoorziening verschilt van die in hun vorige niche. Simulaties op basis van dit model geven aan dat de vertraging bij het aanpassen aan nieuwe omstandigheden een positief effect heeft op de bevolking als geheel, en maakt het in feite mogelijk om de twee soorten op lange termijn naast elkaar te laten bestaan. Aangezien de groeisnelheid van beide soorten afhankelijk is van de beschikbaarheid van de groeifactor, een lokale subpopulatie die veel van de langzaam groeiende productiecellen bevat, zal sneller groeien dan een met veel minder producenten - en dienovereenkomstig lagere niveaus van de groeifactor. "En omdat de poriën in het bodemsysteem uitwisseling tussen populaties mogelijk maken, leden van soorten met zeer verschillende groeisnelheden kunnen samen voorkomen in dezelfde porie, waardoor beide voor onbepaalde tijd kunnen overleven, " legt Bauer uit. "Dit werkt voor een breed spectrum van poriesystemen en voor verrassend grote verschillen in groeisnelheden tussen de twee soorten."

Volgens de auteurs, het feit dat stabiele coëxistentie van de twee soorten mogelijk is over een breed scala van parameterruimten, suggereert dat vertraagde aanpassing aan veranderingen in levensomstandigheden een belangrijke rol speelt bij het behoud van de biodiversiteit. "Dit impliceert dat experimenten die rekening houden met de ruimtelijke structuur van ecologische niches een veelbelovende benadering bieden voor de verkenning van biodiversiteit in realistische systemen, ' zegt Frey.