Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Theoretische Biophysik: Abenteuerlustige Bakterien

15.04.2014

Für Nachwuchs sorgen oder die Welt erobern? Vor dieser Frage stehen auch Bakterien. Wie sie sich entscheiden sollten, um ihre Art optimal zu erhalten, haben jetzt Physiker der LMU berechnet.

Das Bakterium Bacillus subtilis ist wandelbar. Durch Flagellen bewegt es sich in Flüssigkeiten oder auf Nährböden. Alternativ kann es sich aber auch fest an einen Untergrund haften. In diesem Zustand teilen sich die Bakterien besonders effektiv. Sind sie hingegen sehr beweglich, vermehren sie sich mit einer deutlich niedrigeren Rate.

Um die eigene Kolonie aufrechtzuerhalten und zu vergrößern, benötigen Bakterien vor allem ausreichend Nährstoffe. Bewegen sie sich nur wenig von der Stelle, gehen ihnen diese bald aus. Abenteuerlustige Bakterien, die rasch in Richtung Nährstoff-Paradies schwärmen, vereinsamen hingegen.

Mit welcher Strategie haben die Organismen die besten Aussichten? Als Spezialist für Wachstum oder Wanderung? Oder als „Generalist“, der den Mittelweg einschlägt? Diese Frage haben Biophysiker um Erwin Frey, Lehrstuhlinhaber für Statistik und Biologische Physik, und Mitglied der Nanonsystems Initiative Munich (NIM) untersucht. „Wir haben ein spezielles mathematisches Modell entwickelt, in welchem diese Strategien gegeneinander antreten”, erläutert Matthias Reiter, Erstautor der Studie. “Und damit können wir belegen, dass die Generalisten am erfolgreichsten sind.”

Wettkampf im Modell

Praktische Versuche gibt es bisher nur für homogene Bakterienkulturen, deren Genom komplett identisch ist. Die Theoretiker berechnen erstmals das Verhalten heterogener Bacillus subtilis-Organismen. Dazu weisen sie jedem Bakterium der Anfangspopulation eine feste Mobilitätsrate zu, die dieses an seine Nachfahren weitergibt. Die Raten legen fest, welchen Zeitanteil die Organismen mit Fortbewegung oder aber Nahrungsaufnahme und Fortpflanzung verbringen. Im simulierten Versuchsszenario werden Bakterien beispielsweise auf die Mitte einer Nährstoffplatte gegeben. Mit der Zeit verbrauchen sie dort die Nährstoffe und müssen sich in unbesiedeltes Terrain ausbreiten.

Das Modell zeigt, dass zu Beginn ein intensiver Wettkampf um die beschränkten Ressourcen am Rand des besetzten Gebiets stattfindet. Zunächst sind Individuen im Vorteil, die sich schnell vermehren und viel Platz einnehmen. Doch schon bald werden sie von den Kolonien der „Generalisten“ verdrängt, die ihre Zeit gleichmäßig auf Migration und Fortpflanzung aufteilen. Sie breiten sich nach und nach in Form von Sektoren aus.

Die Münchner Theoretiker erklären dies mithilfe der Invasionsgeschwindigkeit von sogenannten Fisher-Fronten, die im Fall der Balance am höchsten ist. Zunächst bilden die Kolonien mit der Mittelweg-Strategie einzelne Sektoren, bis sie später die komplette Invasionsfront einnehmen

„Um unsere Theorie mit der Praxis abzugleichen, möchten wir unsere Ergebnisse in Kooperation mit Biologen experimentell überprüfen“, schaut Erwin Frey in die Zukunft. „Möglich wäre es auch, das Modell auf komplexere Ökosysteme zu erweitern. Denn es lässt sich grundsätzlich auf alle Ausbreitungsphänomene übertragen, bei denen Wachstum und Beweglichkeit komplementäre Eigenschaften sind.“

Publikation:
Matthias Reiter, Steffen Rulands, Erwin Frey
Range Expansion of Heterogeneous Populations
Phys. Rev. Lett. 112, 148103 (2014)
http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.112.148103

Ansprechpartner:
Prof. Erwin Frey
Arnold-Sommerfeld-Center for Theoretical Physics
Ludwig-Maximilians-Universität (LMU)
E-Mail: frey@lmu.de
Tel.: 089 / 2180 - 4538

Matthias Reiter
E-Mail: Reiter.Matthias@physik.uni-muenchen.de

Dr. Steffen Rulands
E-Mail: Steffen.Rulands@physik.uni-muenchen.de

Luise Dirscherl | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-muenchen.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Feinste organische Partikel in der Atmosphäre sind häufiger glasartig als flüssige Öltröpfchen
21.04.2017 | Max-Planck-Institut für Chemie

nachricht Darmflora beeinflusst das Altern
21.04.2017 | Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.

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: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Im Focus: Tief im Inneren von M87

Die Galaxie M87 enthält ein supermassereiches Schwarzes Loch von sechs Milliarden Sonnenmassen im Zentrum. Ihr leuchtkräftiger Jet dominiert das beobachtete Spektrum über einen Frequenzbereich von 10 Größenordnungen. Aufgrund ihrer Nähe, des ausgeprägten Jets und des sehr massereichen Schwarzen Lochs stellt M87 ein ideales Laboratorium dar, um die Entstehung, Beschleunigung und Bündelung der Materie in relativistischen Jets zu erforschen. Ein Forscherteam unter der Leitung von Silke Britzen vom MPIfR Bonn liefert Hinweise für die Verbindung von Akkretionsscheibe und Jet von M87 durch turbulente Prozesse und damit neue Erkenntnisse für das Problem des Ursprungs von astrophysikalischen Jets.

Supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien sind eines der rätselhaftesten Phänomene in der modernen Astrophysik. Ihr gewaltiger...

Im Focus: Deep inside Galaxy M87

The nearby, giant radio galaxy M87 hosts a supermassive black hole (BH) and is well-known for its bright jet dominating the spectrum over ten orders of magnitude in frequency. Due to its proximity, jet prominence, and the large black hole mass, M87 is the best laboratory for investigating the formation, acceleration, and collimation of relativistic jets. A research team led by Silke Britzen from the Max Planck Institute for Radio Astronomy in Bonn, Germany, has found strong indication for turbulent processes connecting the accretion disk and the jet of that galaxy providing insights into the longstanding problem of the origin of astrophysical jets.

Supermassive black holes form some of the most enigmatic phenomena in astrophysics. Their enormous energy output is supposed to be generated by the...

Im Focus: Neu entdeckter Exoplanet könnte bester Kandidat für die Suche nach Leben sein

Supererde in bewohnbarer Zone um aktivitätsschwachen roten Zwergstern gefunden

Ein Exoplanet, der 40 Lichtjahre von der Erde entfernt einen roten Zwergstern umkreist, könnte in naher Zukunft der beste Ort sein, um außerhalb des...

Im Focus: Resistiver Schaltmechanismus aufgeklärt

Sie erlauben energiesparendes Schalten innerhalb von Nanosekunden, und die gespeicherten Informationen bleiben auf Dauer erhalten: ReRAM-Speicher gelten als Hoffnungsträger für die Datenspeicher der Zukunft.

Wie ReRAM-Zellen genau funktionieren, ist jedoch bisher nicht vollständig verstanden. Insbesondere die Details der ablaufenden chemischen Reaktionen geben den...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

Baukultur: Mehr Qualität durch Gestaltungsbeiräte

21.04.2017 | Veranstaltungen

Licht - ein Werkzeug für die Laborbranche

20.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Intelligenter Werkstattwagen unterstützt Mensch in der Produktion

21.04.2017 | HANNOVER MESSE

Forschungszentrum Jülich auf der Hannover Messe 2017

21.04.2017 | HANNOVER MESSE

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungsnachrichten