Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Resozialisierte Bakterien

18.05.2006
Max-Planck-Forscher finden heraus, dass Mikroorganismen, die ihre Artgenossen betrügen, verlorene soziale Verhaltensweisen zurückgewinnen

Auch Bakterien sind zur Resozialisierung fähig, wenn sie ihrer Gesellschaft als Betrüger schaden. Das hat eine Gruppe von Wissenschaftlern um Gregory Velicer vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen jetzt beim Bakterium Myxococcus xanthus herausgefunden. Die Mikroben leben in kooperativen Gesellschaften, dessen soziales Gefüge einige Stämme ausnutzen und so die gesamte Population gefährden. Biologen nennen diese daher Betrüger. Ein betrügerischer Stamm von Myxococcus xanthus entwickelte jedoch wieder soziales Verhalten, ehe er seine Gesellschaft zu Grunde richtete. Inspiriert von dem antiken Mythos nennen die Wissenschaftler diesen neuen Stamm Phönix. Dieser ist sogar dem ursprünglichen kooperativen Stamm überlegen und zudem vor den Betrügereien seiner Vorfahren gefeit. Mit ihrer Arbeit geben die Biologen neue Einblicke in die soziale Evolution (Nature, 18. Mai 2006).


Myxococcus xanthus bildet in Zeiten der Nahrungsknappheit Fruchtkörper, in denen einige Bakterien als Sporen überleben. Die Betrüger unter den Mikroben können nicht das biochemische Signal geben, den Fruchtkörper zu bilden, aber viel effektiver Sporen bilden. Bild: Jürgen Berger und Supriya Kadam / Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie

Myxococcus xanthus ist ein soziales Bakterium: Die Mikroben bewegen sich gemeinsam, gehen zusammen auf die Jagd und wenn es an Nahrung mangelt, schließen sie sich zu Fruchtkörpern von über 100.000 Zellen zusammen. Allerdings überleben darin nur wenige Bakterien die harten Zeiten als widerstandsfähige Sporen. Darüber wann sie sich zu einem Fruchtkörper zusammenschließen müssen, verständigen sich die Bakterien mit biochemischen Signalen. Einige Stämme nutzen diese Signale der kooperierenden Bakterien jedoch aus. Sie können die Botenstoffe selber nicht ausschütten, verwandeln sich aber mit Hilfe der Signalen ihrer kooperativen Artgenossen viel effizienter als diese in Sporen. Wenn eine Population aus kooperierenden und betrügerischen Bakterien mehrmals hintereinander Zeiten des Mangels durchlebt, gewinnen die Betrüger so allmählich die Oberhand - bis zu wenig kooperierende Bakterien übrig sind, die dazu aufrufen, einen Fruchtkörper zu formen. In vielen Fällen stirbt die Population dann bei der nächsten Not aus. Biologen bezeichnen dies als evolutionären Selbstmord.

Doch soweit muss es nicht kommen: Das haben Forscher um Gregory Velicer an einer Population kooperierender Bakterien herausgefunden, die sie mit einem betrügerischen Stamm vermischten. Über mehrere Zyklen von Nahrungsknappheit und -überfluss gewann dieser rasch die Oberhand über die kooperierenden Bakterien. Schließlich rottete der betrügerische Stamm sogar beinahe die gesamte Population aus. In einem weiteren Zyklus haben die Wissenschaftler jedoch plötzlich wieder Sporen gefunden. Offenbar hat sich eine neue Generation der vormals betrügerischen Myxococcen so verändert, dass die Bakterien wieder kooperieren können.

... mehr zu:
»Bakterium »Biologe »Population »Sporen

Nun durchsuchten die Wissenschaftler das Erbgut nach Veränderungen, die die Resozialisierung auslösten. Hierzu nutzten sie eine Methode, die sie in Kürze in den Proceedings of the National Academy of Sciences vorstellen werden. Mit deren Hilfe fanden sie heraus, dass eine einzige Mutation ausreichte, um die betrügerischen wieder in kooperierende Bakterien zu verwandeln. Die Mutation führte dazu, dass der neue Stamm Phönix größere Mengen des Enzyms Acetyltransferase produzierte als seine Vorfahren - und sogar effektiver als seine kooperierenden Verwandten Sporen bildete. Das Enzym löst einen bislang unbekannten Mechanismus aus, der das soziale Verhalten beeinflusst. Wie genau dieser Mechanismus funktioniert, wissen die Forscher jedoch noch nicht. Jedenfalls sorgt er auch dafür, dass sich Phönix nicht mehr von seinen betrügerischen Vorfahren ausnutzen ließ. So dominierte der neue Stamm bald die gesamte Population.

Das betrügerische Verhalten mancher Myxococcen-Stämme nennen Biologen obligat: Wie Parasiten oder Symbionten, hängen sie von anderen Organismen, in diesem Fall ihrer Artgenossen, ab. Bislang wussten Biologen nicht, ob Organismen diese abhänge Lebensweise wieder ablegen können. Und wie lange es gegebenenfalls möglich bleibt, dass sich eine obligate Lebensweise zu einer unabhängigen zurückentwickelt. Nach den Erkenntnissen der Max-Planck-Wissenschaftler wahren zumindest die Myxococcen diese Chance über einige Generationen. Über den Zwischenschritt des obligaten betrügerischen Verhaltens haben sie sogar einen großen evolutionären Schritt nach vorne gemacht. Denn die Bakterien des Phönix-Stamm waren mit ihrer sozialen Lebensweise erfolgreicher als die kooperierenden Stämme, die die Betrüger verdrängt hatten. Mit ihrer Arbeit geben die Wissenschaftler einen Einblick, wie sich soziale Systeme entwickeln.

Originalveröffentlichung:

Francesca Fiegna, Yuen-Tsu N. Yu, Supriya V. Kadam und Gregory J. Velicer
Evolution of an obligate social cheater to a superior cooperator
Nature, 18. Mai 2006

Dr. Andreas Trepte | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/

Weitere Berichte zu: Bakterium Biologe Population Sporen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht 'Fix Me Another Marguerite!'
23.06.2017 | Universität Regensburg

nachricht Schimpansen belohnen Gefälligkeiten
23.06.2017 | Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften (MPIMIS)

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: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften