Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Egoistische Bakterien haben wenig Chancen

19.11.2004


Wieso helfen wir der alten Dame über die Straße, obwohl wir davon doch gar nichts haben? Viele Soziobiologen vermuten auch hinter derartigen Verhaltensmustern evolutive Ursachen, selbst wenn sie häufig nur schwer zu erkennen sind. Ein Biologe der Universität Bonn hat nun in einem theoretischen Modell nachgewiesen, dass altruistisches Verhalten sogar bei Bakterien ein evolutiver Vorteil sein kann: Unter bestimmten Wachstumsbedingungen sterben egoistische Bakterien aus, während sich ihre altruistischen Konkurrenten durchsetzen. Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift Microbiology (Band 150, S. 2.751 - 2.760) erschienen.



Normalerweise setzen sich in der Evolution die Individuen mit der größten "Fitness" durch - sprich: diejenigen, denen es gelingt, ihre Gene mit dem größten Erfolg zu verbreiten. Dennoch verzichten beispielsweise bei den Ameisen die Arbeiterinnen komplett darauf, sich fortzupflanzen, und kümmern sich stattdessen um Bau und Nachwuchs. Ihr Verhalten nützt ihnen persönlich also nichts, hilft aber der Gruppe.

... mehr zu:
»Bakterium »Biofilm »Biologe »Mikrobe »Nahrung


"Evolutionsbiologen erklären so ein altruistisches Verhalten seit Jahrzehnten mit der so genannten Gruppenselektionstheorie", erklärt der Bonner Biologe Dr. Jan-Ulrich Kreft. "Frei nach dem Motto: Was der Gruppe nutzt, nutzt auch dem Individuum." Zwar opfern altruistische Individuen einen Teil ihrer eigenen Fitness, erhöhen dafür aber die Fitness ihrer Gruppe. In Konkurrenzsituationen können sich Gruppen mit vielen Altruisten daher auf Kosten "egoistischerer" Gruppen ausbreiten; der Altruisten-Anteil kann dadurch insgesamt zunehmen. Das hört sich einleuchtend an, und dennoch: "Die Gruppenselektionstheorie war lange verpönt", sagt Kreft; "die Argumentation stützte sich häufig nur auf unkritisch-naive Interpretationen und nicht auf Beweise."

Im Zahnbelag gibt’s keinen Egoismus

Der Biologe hat eine der einfachsten Formen von Altruismus in einem Computermodell untersucht. "Ich habe das Bakterienwachstum in so genannten Biofilmen simuliert", erklärt er, "das sind Bakterienbeläge, wie sie zum Beispiel auf unseren Zähnen vorkommen." Die Mikroben in derartigen Schichten sind relativ unbeweglich; zudem ist das Nahrungsangebot gerade in tieferen Bereichen begrenzt. Wenn sich nun ein Bakterium schnell teilt und dabei viel Nahrung und Energie verbraucht, nimmt in seiner Umgebung die Nährstoffkonzentration ab: Seinen Nachbarn und ihm selbst droht die Hungersnot. "Spar-Bakterien", die sich langsamer teilen und daher sparsamer mit den Ressourcen umgehen, lassen für ihre Nachbarn dagegen mehr übrig. Sie büßen für ihren "Altruismus" aber mit ihrer langsameren Vermehrungsrate.

Kreft hat im Rechner verschiedene Konstellationen durchgespielt, in denen er schnell wachsende "Egos" auf ökonomischere "Sparer" stoßen ließ. "Aus Sicht eines einzelnen Bakteriums hat die Ego-Strategie einen Vorteil: Je schneller es sich teilt, desto schneller verbreiten sich seine Gene. Im Prinzip sollten sich derartige Bakterien daher in der Evolution durchsetzen", so Kreft. Weil aber Biofilm-Bakterien meist unbeweglich sind, bleiben sie nach der Teilung Nachbarn. Während sich die Nachkommen der "Egos" also gegenseitig die Nährstoffe streitig machen, profitieren die Nachkommen der "Sparer" untereinander von ihrem niedrigeren Ressourcenverbrauch. In Biofilmen mit "Egos" und "Sparern" haben die Egoisten daher auf lange Sicht meist keine Chance, wie die Computermodelle zeigen. Zwar haben sie einen Startvorteil; sobald die Nahrung knapp wird, holen die sparsamen Mikroben jedoch Schritt für Schritt auf und machen am Ende das Rennen.

"Anders kann es aussehen, wenn ich mit einem Biofilm beginne, in dem Ego- und Spar-Bakterien abwechselnd nebeneinander sitzen", erklärt der Biologe. Dann kann es den Egoisten nämlich eventuell schon in der Startphase gelingen, ihre Spar-Konkurrenten vollkommen zu überwachsen und ihnen so den Zugang zur Nahrung abzuschneiden. Falls diese Blitzattacke aber schiefgeht, ist die Niederlage der Egoisten unausweichlich.

Wenn die Mikroben frei in einem Nährmedium schwimmen, gewinnen allerdings ausnahmslos die Egoisten, weil die Nachbarn ständig wechseln: Die Hungersnot, die die Egoisten hervorrufen, schädigt dann sowohl "Egos" als auch "Sparer". Gleichzeitig profitieren die "Egos" aber von der Sparsamkeit der Anderen, da sie ja selber nicht den Nachteil des langsameren Wachstums tragen müssen. Jan-Ulrich Kreft: "Unter natürlichen Bedingungen wachsen die meisten Bakterien allerdings in Biofilmen, und dort haben Altruisten sicherlich Vorteile."

Kontakt:

Dr. Jan-Ulrich Kreft
Theoretische Biologie
Institut für Zelluläre
und Molekulare Botanik
der Universität Bonn
Tel.: 0228/73-2081
E-Mail: kreft@uni-bonn.de

Frank Luerweg | idw
Weitere Informationen:
http://www.theobio.uni-bonn.de/people/jan_kreft/altruism.html

Weitere Berichte zu: Bakterium Biofilm Biologe Mikrobe Nahrung

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Aus der Moosfabrik
20.10.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Wie Fettleibigkeit Brustkrebs aggressiver macht
20.10.2017 | Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher untersuchen Pflanzenkohle als Basis für umweltfreundlichen Langzeitdünger

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

„Antilopen-Parfüm“ hält Fliegen von Kühen fern

20.10.2017 | Agrar- Forstwissenschaften

Aus der Moosfabrik

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie