In ihren Grundzügen unterscheiden sich die Entwicklungsprozesse von Bakterienpopulationen kaum von denen anderer Lebewesen einschließlich des Menschen: Umweltbedingungen und Ressourcen bestimmen, wie sie sich vermehren und ausbreiten. Da sich diese äußeren Faktoren verändern können, haben Organismen Strategien hervorgebracht, um mit problemtischen Entwicklungen zurecht zu kommen. Das gilt auch für Bakterien. Welche Rolle dem Individualismus dabei zukommt, hat eine Forschergruppe des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie in Bremen, der Eawag, der Universität Zürich und der EPFL Lausanne nun genauer untersucht.
Einzellige “Persönlichkeiten” im Blick
“Üblicherweise werden in der Mikrobiologie nur die kollektiven Eigenschaften in Populationen von mehreren Millionen oder gar Milliarden von Zellen zusammen gemessen”, sagt Frank Schreiber von der Universität Zürich. “Nur durch die enge Zusammenarbeit, die vielfältigen Kenntnisse und die technische Ausstattung der beteiligten Forschergruppen war es möglich, so ins Detail zu gehen.” Mit modernen Verfahren rückten sie den Mikroben einzeln auf den Pelz: Sie erfassten die individuelle Nahrungsaufnahme der nur 2 μm groß Wesen.
Bei ihren “Versuchstierchen” handelte es sich um Bakterien der Art Klebsiella oxytoca. Die Forscher konnten zeigen, dass Gruppen dieser Bakterien, Individualismus entwickeln, wenn sie in nährstoffarmem Kulturmedium leben: Einige Bakterien gingen ungewöhnlich mit den Nährstoffen in ihrer Umgebung um. “Obwohl alle Individuen der Gruppe genetisch identisch sind und den gleichen Umweltbedingungen ausgesetzt waren, sind die einzelnen Zellen verschieden”, sagt Schreiber.
Konkret: K. oxytoca Bakterien nehmen Stickstoff eigentlich bevorzugt in Form von Ammonium auf, denn das kostet sie vergleichsweise wenig Energie. In dem Ammonium- “mageren” Kulturmedium holten sich allerdings einige Zellen der Gruppe ihren Stickstoff durch Stickstofffixierung aus elementarem Stickstoff. Das erscheint erstaunlich, denn eigentlich war diese Version der Stickstoffaufnahme bei den Ausgangsbedingungen deutlich aufwendiger, berichten die Forscher.
Mangel fördert Vielfalt – Vielfalt macht flexibel
Doch der Nachteil kann schnell zum Vorteil werden: Geht das Ammonium plötzlich ganz aus, sind die stickstofffixierenden Zellen auf den Mangel gut vorbereitet. Diese Bakterien ermöglichen dann der Gruppe das Überleben, erklären die Forscher. Das bedeutet, dass diese Bakterienpopulationen sich nicht nur – wie meist angenommen – im Nachhinein veränderten Umweltbedingungen anpassen. Durch die Individualisierung kann die Gruppe auch schon im Vorhinein auf problematische Veränderungen vorbereitet sein.
