Svingende miljøer kan hjælpe samarbejdende bakterier

Samarbejdende bakteriepopulationer er mere tilbøjelige til at overleve i skiftende levesteder, ny forskning viser.

Dr. Mauro Mobilia, fra University of Leeds, og professor Erwin Frey og Karl Wienand, fra Ludwig-Maximilians-universitetet i München, har matematisk modellerede bakteriekolonier, der konkurrerer i et miljø med tilfældigt svingende mængder ressourcer.

Deres fund, udgivet i Fysisk gennemgangsbreve , viste, at et tilfældigt skiftende miljø kan skabe lige vilkår mellem selvbetjente bakterier og bakterier, der arbejder sammen.

Ligesom andre biologiske samfund, bakteriekollektiver deltager i sociale interaktioner, der fremmer deres overlevelse. For eksempel findes samarbejdende bakterier, der producerer og udskiller forbindelser, der stimulerer kolonivækst, i mange bakteriepopulationer på trods af, at dette bruger en stor mængde af deres energi.

I et stabilt miljø, en bakteriestamme, der gør dette energioffer ofte dør ud, fordi den ikke kan reproducere i samme takt som bakterier, der er "freeloading". Ved hjælp af matematiske modeller, forskerne var i stand til at simulere miljøer, hvor forskellige samfundsstørrelser af kooperative og freeloading -bakterier måtte konkurrere om tilfældigt skift af ressourcer.

Undersøgelsen viste, at et tilfældigt skifte fra ressourcemængde til knaphed reducerer størrelsen på et bakteriesamfund, give de samarbejdende bakterier en kæmpechance mod deres freeloading -rivaler.

Undersøg medforfatter Dr Mobilia, fra School of Mathematics i Leeds, sagde:"Generelt de miljøer, hvor du finder bakterier, ændrer sig konstant. Vores kroppe, for eksempel, med deres stadigt skiftende niveauer af hormoner og næringsstoffer, give et meget varierende miljø til en række mikroorganismer.

"Undersøgelsen viste, at en tilfældig omstilling fra ressourcemængde til knaphed reducerer størrelsen på et bakteriesamfund, give de samarbejdende bakterier en kæmpechance mod deres freeloading -rivaler. "

Første forfatter Karl Wienand, en biofysiker fra LMU München, sagde:"Nogle af bakteriernes kooperative adfærd kan forekomme i modstrid med den velkendte idé om 'de raskestes overlevelse'. Bakterier har ikke hjerner eller sociale konventioner for at håndhæve samarbejde, men ved analyse af de kombinerede virkninger af miljø og befolkning på en bakteriestammes overlevelse, vores modeller viser, at et variabelt miljø gør det muligt for bakterier at overvinde prisen på samarbejde. "

Bakterier betragtes generelt som usofistikerede organismer, men der er beviser for, at mikrobielle samfund er komplekse systemer, med bakterier, der har indviklede relationer til deres miljø og indbyrdes.

Dr Mobilia sagde:"Mere modelleringsarbejde er påkrævet, men vores tilgang kan bruges til at studere forskellige typer bakterielle interaktioner og samarbejde for yderligere at opklare bakteriernes sociale liv.

"En bedre forståelse af den måde, hvorpå bakterier interagerer med sit miljø, kan endda have indflydelse på, hvordan man bedst dyrker bakteriestammer og hvordan man behandler bakterielle infektioner."