Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Minderheiten leisten mehr - Mikroorganismen bei der Arbeit zugeschaut

04.11.2008
Die moderne NanoSIMS-Technik ermöglicht Einblicke in den Stoffwechsel einzelner Zellen - und liefert nun überraschende Ergebnisse: In einem Schweizer Alpensee wird der Bärenanteil des Stoffumsatzes von einem winzigen Teil der Bakteriengemeinschaft geleistet.

In vielen Ökosystemstudien wurden solche Minderheiten bisher vernachlässigt. Das kann leicht zu falschen Rückschlüssen führen, betonen die Autoren.

Mikrorganismen sind immer und überall - aber wer macht wann eigentlich was?

Einer internationalen Forschergruppe um Niculina Musat vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiolgie in Bremen ist das Kunststück gelungen, zeitgleich den Stoffwechsel und die Identität einzelner Bakterienzellen zu bestimmen. Im Schweizer Alpensee Lago di Cadagno verglichen die Forscher die Stoffwechselleistung dreier Bakterienarten. Im Fachjournal "Proceedings of the National Academy of Science" (PNAS) präsentieren sie nun das überraschende Ergebnis: der Bärenanteil des Stoffumsatzes wird von einem winzigen Teil der Bakteriengemeinschaft geleistet. Jene Bakterienart, die nur 0,3 Prozent aller Bakterien stellte, war für über 40 Prozent der Ammonium- und 70 Prozent der Kohlenstoffaufnahme zuständig.

Im Gegensatz zu den meisten Binnengewässern ist der Lago di Cadagno stabil geschichtet (meromiktisch). In der Übergangsregion zwischen der oberen, sauerstoffhaltigen und der unteren, sauerstofffreien Schicht leben die Chromatium okenii, Lamprocystis purpurea und Chlorobium clathratiforme - allesamt Mikroorganismen, die ohne Sauerstoff leben und Photosynthese betreiben. Chlorobium clathratiforme ist die in der untersuchten Schicht häufigste Bakterienart, sie stellt bis zu 80 Prozent der Zellen. Dennoch war C. clathratiforme nur für etwa je 15 Prozent der gesamten Ammonium- und Kohlenstoffaufnahme zuständig. Lamprocystis purpurea, eine häufige, kleine Art, nahm weniger als zwei Prozent der gemessenen Nährstoffe auf. Die vergleichsweise großen Zellen von Chromatium okenii hingegen, die einen winzigen Teil der Bakterienpopulation ausmachten, waren für den Großteil des Umsatzes von Kohlenstoff und Ammonium verantwortlich.

"Die meisten Studien über die Ökologie mikrobieller Gemeinschaften beschäftigen sich mit häufig auftretenden Organismen. Das gleiche gilt für genetische Analysen von Umweltproben. Organismengruppen mit einer Häufigkeit von unter ein Prozent werden hingegen üblicherweise für unwichtig gehalten und vernachlässigt. Doch gerade diese Minderheiten können für das Verständnis eines Ökosystems wesentlich sein, das zeigen unsere Ergebnisse ganz klar. Schenkt man ihnen keine Beachtung, kann man leicht zu falschen Schlüssen kommen", betont Mitautor Marcel Kuypers.

Als Musat und ihre Kollegen einzelne Zellen innerhalb einer Arten verglichen, stießen sie auf eine zweite Überraschung: Auch Zellen der gleichen Art unterschieden sich sehr viel stärker als erwartet in ihrer Aktivität. Die Forscher vermuten genetische Ursachen. Die individuellen Unterschiede beruhten möglicherweise auf kleinen Unterschieden im Genom, die sich im Laufe der Evolution durch Mutationen entwickelt haben. Nur Mutationen, die ihren Trägern Vorteile in ihrem begrenzten Lebensraum verschaffen, setzen sich durch.

Möglich wurden die vorliegenden Messungen mit Hilfe der so genannten NanoSIMS-Technik. Die Bremer Max-Planck-Forscher haben ihr NanoSIMS seit Mitte 2008 in Betrieb und haben dieses besondere Massenspektrometer, von dem es weltweit nur etwa 20 Stück gibt, auf ökologische Fragestellungen optimiert. So wurde es möglich, die Verteilung ausgewählter markierter Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen innerhalb einzelner Zellen anzuzeigen. Gleichzeitig identifizieren die Forscher die Bakterienart mit Hilfe molekulargenetischer Techniken. "Diese Technik wird in Zukunft die ökologischen Untersuchungen revolutionieren", ist sich MPI-Arbeitsgruppenleiter Marcel Kuypers sicher.

Der Befund der Forscher erinnert auch an das Funktionieren menschlicher Gesellschaften: Die so genannte Pareto-Verteilung des italienischen Ökonoms Vilfredo Pareto belegt, dass nur 20 Prozent einer Population etwa 80 Prozent der Leistung erwirtschaften. Prinzipielle Bestätigung gefunden hat dieser empirische Befund in einer Vielzahl von wirtschaftlichen und soziologischen Studien und findet Anwendung in modernen Management-Konzepten.

Manfred Schlösser
Fanni Aspetsberger
Rückfragen an
Dr. Marcel Kuypers 0421 2028 647
Dr. Niculina Musat 0421 2028 653
oder an die Pressesprecher
Dr. Manfred Schlösser 0421 2028 704
Dr. Fanni Aspetsberger 0421 2028 704
Originalartikel:
A single cell view on the ecophysiology of anaerobic phototrophic bacteria
Niculina Musat, Hannah Halm, Bärbel Winterholler, Peter Hoppe, Sandro Peduzzi, Francois Hillion, Francois Horreard, Rudolf Amann, Bo B. Jørgensen, and Marcel M.M. Kuypers.

doi: 10.1073/pnas.0809329105

Beteiligte Institute
Max Planck Institute for Marine Microbiology, Celsiusstrasse 1, 28359 Bremen, Germany
Max Planck Institute for Chemistry, Joh.-J.-Becher Weg 27, 55128 Mainz, Germany
Cantonal Institute of Microbiology and Alpine Biology Center Foundation Piora, Via Mirasole 22A, CH-6500 Bellinzona, Switzerland

Cameca, Quai des Gresillons 29, 92622 Gennevilliers Cedex, France

Dr. Manfred Schloesser | idw
Weitere Informationen:
http://www.mpi-bremen.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Entzündung weckt Schläfer
29.03.2017 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

nachricht Rostocker Forscher wollen Glyphosat „entzaubern“
29.03.2017 | Universität Rostock

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: Quantenkommunikation: Wie man das Rauschen überlistet

Wie kann man Quanteninformation zuverlässig übertragen, wenn man in der Verbindungsleitung mit störendem Rauschen zu kämpfen hat? Uni Innsbruck und TU Wien präsentieren neue Lösungen.

Wir kommunizieren heute mit Hilfe von Funksignalen, wir schicken elektrische Impulse durch lange Leitungen – doch das könnte sich bald ändern. Derzeit wird...

Im Focus: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Im Focus: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Organisch-anorganische Heterostrukturen mit programmierbaren elektronischen Eigenschaften

29.03.2017 | Energie und Elektrotechnik

Klein bestimmt über groß?

29.03.2017 | Physik Astronomie

OLED-Produktionsanlage aus einer Hand

29.03.2017 | Messenachrichten