Forsinket tilpasning fremmer sameksistens

Jordbakterier skal kunne tilpasse sig varierende miljøforhold. - Men en ny undersøgelse fra LMU-forskere indikerer, at hurtig tilpasning kan være kontraproduktiv, mens forsinket tilpasning letter sameksistens mellem forskellige arter.

Et enkelt gram jord kan indeholde op til 10, 000 forskellige arter af bakterier. Hvordan en så ekstraordinær grad af biodiversitet kan opretholdes inden for populationer, der består af arter med vidt varierende konditionsniveauer, er et centralt spørgsmål i økologien. Når blandinger af jordbakterier dyrkes under definerede forhold i laboratoriet, stammen eller arterne med den højeste vækstrate vil i sidste ende dominere bestanden, og alle de andre vil dø ud. LMU-fysiker professor Erwin Frey og hans kollega dr. Marianne Bauer har nu spurgt, hvorfor dette ikke sker under naturlige forhold i jorden. Resultaterne af deres undersøgelse, som står i journalen Fysisk gennemgangsbreve , viser, at forsinket tilpasning til ændringer i økologiske parametre kan føre til stabil sameksistens af forskellige arter.

Jord er et ekstremt komplekst habitat, ikke kun biologisk, men også fra et strukturelt synspunkt - det er kendetegnet ved labyrintiske systemer af indbyrdes forbundne porer. Afhængigt af vandindholdet, dette netværk af porer gør det muligt at distribuere næringsstoffer og gør det muligt for bakterier at komme i kontakt med nabopopulationer. "Vi var interesserede i at vide, om den karakteristiske rumlige variation af dette habitat har en indvirkning på stabiliteten af ​​bakteriepopulationer, " siger Marianne Bauer. For at finde svaret, Bauer og Frey betragtede et simpelt system bestående af to mobile arter, der adskiller sig i visse egenskaber, og brugte matematiske simuleringer til at modellere ændringer i befolkningens sammensætning som reaktion på udsving i miljøets sammensætning. I deres model, en af ​​arterne syntetiserer og udskiller konstant et diffust vækstfremmende stof, hvilket har en gavnlig effekt på hele befolkningen. Imidlertid, fordi biogenese af forbindelsen medfører en energiomkostning, væksthastigheden af ​​producentcellerne er lavere end for de andre arter. Under laboratorieforhold, en sådan kombination af egenskaber ville få de langsomt voksende arter til at blive udkonkurreret og drevet til udryddelse.

Imidlertid, modellen inkorporerer et andet træk:Forfatterne antager, at medlemmer af begge arter ikke er i stand til at reagere hurtigt på pludselige udsving i miljøforhold. De fortsætter således med at vokse med samme hastighed som før i nogen tid efter indtræden i en zone, hvor pH-værdien eller næringsstoftilførslen adskiller sig fra den, der herskede i deres tidligere niche. Simuleringer baseret på denne model indikerer, at forsinkelsen i tilpasningen til nye forhold har en positiv effekt på befolkningen som helhed. og faktisk tillader den langsigtede sameksistens af de to arter. Da vækstraterne for begge arter afhænger af tilgængeligheden af ​​vækstfaktoren, en lokal delpopulation, der indeholder mange af de langsomt voksende producentceller, vil vokse hurtigere end en, hvor der er langt færre producenter – og tilsvarende lavere niveauer af vækstfaktoren. "Og fordi porerne i jordsystemet tillader udveksling mellem populationer, medlemmer af arter med meget forskellige væksthastigheder kan forekomme sammen inden for den samme pore, som giver begge mulighed for at overleve i det uendelige, " Bauer forklarer. "Dette virker for et bredt spektrum af poresystemer og for overraskende store forskelle i vækstrater mellem de to arter."

Ifølge forfatterne, det faktum, at stabil sameksistens af de to arter er mulig over en bred vifte af parameterrum, tyder på, at forsinket tilpasning til ændringer i levevilkårene spiller en væsentlig rolle i opretholdelsen af ​​biodiversiteten. "Dette indebærer, at eksperimenter, der tager hensyn til den rumlige struktur af økologiske nicher, tilbyder en lovende tilgang til udforskningen af ​​biodiversitet i realistiske systemer, " siger Frey.