Bakterien: neue Anpassungsstrategie an rasch \u00e4ndernde Umweltbedingungen
\nWissenschaftler beobachten die Entstehung einer neuen Anpassungsstrategie an sich rasch \u00e4ndernde Umweltbedingungen
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\nWie al\u00adle Le\u00adbe\u00adwe\u00adsen si\u00adchern Bak\u00adte\u00adri\u00aden das \u00dcber\u00adle\u00adben ih\u00adrer Art, in\u00addem sie sich ge\u00adne\u00adtisch an ih\u00adre Um\u00adwelt an\u00adpas\u00adsen. \u00c4n\u00addern sich die Um\u00adwelt\u00adbe\u00addin\u00adgun\u00adgen zu schnell, kann dies zum Aus\u00adster\u00adben ei\u00adner Art f\u00fch\u00adren. Ei\u00adne Stra\u00adte\u00adgie, sol\u00adche Her\u00adaus\u00adfor\u00adde\u00adrun\u00adgen zu meis\u00adtern, ist die Er\u00adzeu\u00adgung ver\u00adschie\u00adde\u00adner Nach\u00adkom\u00admen, die je\u00adweils un\u00adter un\u00adter\u00adschied\u00adli\u00adchen Um\u00adwelt\u00adbe\u00addin\u00adgun\u00adgen \u00fcber\u00adle\u00adben k\u00f6n\u00adnen. Ein Teil des Nach\u00adwuch\u00adses hat dann zwar ei\u00adne ge\u00adrin\u00adge\u00adre \u00dcber\u00adle\u00adbens\u00adchan\u00adce, das \u00dcber\u00adle\u00adben der Art als Gan\u00adzes ist aber ge\u00adw\u00e4hr\u00adleis\u00adtet. Wis\u00adsen\u00adschaft\u00adler ha\u00adben nun erst\u00admals in ei\u00adnem Ex\u00adpe\u00adri\u00adment mit der Bak\u00adte\u00adri\u00aden\u00adart Pseu\u00addo\u00admo\u00adnas fluo\u00adre\u00adscens die Evo\u00adlu\u00adti\u00adon ei\u00adner sol\u00adchen Stra\u00adte\u00adgie un\u00adter La\u00adbor\u00adbe\u00addin\u00adgun\u00adgen be\u00adob\u00adach\u00adtet: Ein Bak\u00adte\u00adri\u00adenstamm, der rasch wech\u00adseln\u00adden Um\u00adwelt\u00adbe\u00addin\u00adgun\u00adgen aus\u00adge\u00adsetzt wor\u00adden war, ent\u00adwi\u00adckel\u00adte die F\u00e4\u00adhig\u00adkeit, auch oh\u00adne zu\u00ads\u00e4tz\u00adli\u00adche Mu\u00adta\u00adtio\u00adnen un\u00adter\u00adschied\u00adli\u00adche Nach\u00adkom\u00admen her\u00advor\u00adzu\u00adbrin\u00adgen. Die\u00adse neue \u00dcber\u00adle\u00adbens\u00adstra\u00adte\u00adgie si\u00adcher\u00adte den Er\u00adhalt des Bak\u00adte\u00adri\u00adenstam\u00admes. Die Er\u00adgeb\u00adnis\u00adse wur\u00adden jetzt in NA\u00adTURE ver\u00ad\u00f6f\u00adf\u00adent\u00adlicht.
\nSprich\u00adw\u00f6r\u00adter wie „nicht al\u00adle Ei\u00ader in ei\u00adnen Korb le\u00adgen“ oder „nicht al\u00adles auf ei\u00adne Kar\u00adte set\u00adzen“ ra\u00adten, Ri\u00adsi\u00adken zu ver\u00adtei\u00adlen und so zu ver\u00adrin\u00adgern. Auch in der Bio\u00adlo\u00adgie (z.b. bei Bak\u00adte\u00adri\u00aden) sind sol\u00adche Stra\u00adte\u00adgi\u00aden schon l\u00e4n\u00adger be\u00adkannt und wer\u00adden als „bet-hed\u00adging“ be\u00adzeich\u00adnet. Im Evo\u00adlu\u00adti\u00adons\u00adge\u00adsche\u00adhen stellt bet-hed\u00adging nicht die \u00fcb\u00adli\u00adche An\u00adpas\u00adsung an die Um\u00adge\u00adbung dar, bei der sich die Tr\u00e4\u00adger vor\u00adteil\u00adhaf\u00adter Mu\u00adta\u00adtio\u00adnen ge\u00adgen an\u00adde\u00adre In\u00addi\u00advi\u00addu\u00aden durch\u00adset\u00adzen, die die\u00adse Mu\u00adta\u00adti\u00adon nicht auf\u00adwei\u00adsen. Viel\u00admehr han\u00addelt es sich um ei\u00adne Stra\u00adte\u00adgie, bei der von ei\u00adner Ge\u00adne\u00adra\u00adti\u00adon Nach\u00adkom\u00admen pro\u00addu\u00adziert wer\u00adden, die zwar ge\u00adne\u00adtisch iden\u00adtisch sind, sich aber in ih\u00adrer An\u00adpas\u00adsung an die je\u00adwei\u00adli\u00adge Um\u00adwelt un\u00adter\u00adschei\u00adden: Ei\u00adni\u00adge Bak\u00adte\u00adri\u00aden\u00adnach\u00adkom\u00admen sind an die be\u00adste\u00adhen\u00adden Um\u00adwelt\u00adbe\u00addin\u00adgun\u00adgen op\u00adti\u00admal an\u00adge\u00adpasst, w\u00e4h\u00adrend sich an\u00adde\u00adre Back\u00adte\u00adri\u00aden\u00adnach\u00adkom\u00admen un\u00adter v\u00f6l\u00adlig an\u00adde\u00adren Be\u00addin\u00adgun\u00adgen am wohls\u00adten f\u00fch\u00adlen. Bei ei\u00adner schnel\u00adlen und dra\u00adma\u00adti\u00adschen \u00c4n\u00adde\u00adrung der Um\u00adge\u00adbung k\u00f6n\u00adnen sie so pl\u00f6tz\u00adlich im Vor\u00adteil sein und da\u00addurch das \u00dcber\u00adle\u00adben der Art si\u00adchern. Der evo\u00adlu\u00adtio\u00adn\u00e4\u00adre Vor\u00adteil die\u00adser bet-hed\u00adging-Stra\u00adte\u00adgie ist da\u00adbei um\u00adso gr\u00f6\u00ad\u00dfer, je dras\u00adti\u00adscher und un\u00advor\u00adher\u00adseh\u00adba\u00adrer sich die Um\u00adwelt\u00adbe\u00addin\u00adgun\u00adgen \u00e4n\u00addern. Bak\u00adte\u00adri\u00adel\u00adle Krank\u00adheits\u00ader\u00adre\u00adger be\u00adsit\u00adzen bei\u00adspiels\u00adwei\u00adse sol\u00adche Me\u00adcha\u00adnis\u00admen zur Ri\u00adsi\u00adko\u00adstreu\u00adung: In\u00addem ge\u00adne\u00adtisch iden\u00adti\u00adsche Zel\u00adlen un\u00adter\u00adschied\u00adli\u00adche Ober\u00adfl\u00e4\u00adchen aus\u00adbil\u00adden, ent\u00adkom\u00admen ei\u00adni\u00adge der Er\u00adre\u00adger dem mensch\u00adli\u00adchen Im\u00admun\u00adsys\u00adtem. Wei\u00adte\u00adre Bei\u00adspie\u00adle f\u00fcr bet-hed\u00adging sind aus dem Tier- und Pflan\u00adzen\u00adreich be\u00adkannt.<\/p>\n
Die Alex\u00adan\u00adder von Hum\u00adboldt-Stif\u00adtung f\u00f6r\u00adder\u00adte Chris\u00adti\u00adan Kost vom Max-Planck-In\u00adsti\u00adtut f\u00fcr che\u00admi\u00adsche \u00d6ko\u00adlo\u00adgie in Je\u00adna der am „New Ze\u00ada\u00adland In\u00adsti\u00adtu\u00adte for Ad\u00advan\u00adced Stu\u00addy“ in Auck\u00adland (Neu\u00adsee\u00adland) Bak\u00adte\u00adri\u00aden der Art Pseu\u00addo\u00admo\u00adnas fluo\u00adre\u00adscens un\u00adter\u00adsuch\u00adte. Die\u00adse Bak\u00adte\u00adri\u00aden ha\u00adben mit 52 Mi\u00adnu\u00adten ei\u00adne sehr kur\u00adzen Ge\u00adne\u00adra\u00adti\u00adons\u00adzeit, und sind des\u00adhalb be\u00adson\u00adders ge\u00adeig\u00adnet, die Be\u00adob\u00adach\u00adtung von Evo\u00adlu\u00adti\u00adon im Rea\u00adgenz\u00adglas zu er\u00adm\u00f6g\u00adli\u00adchen. Au\u00ad\u00dfer\u00addem k\u00f6n\u00adnen Mu\u00adta\u00adtio\u00adnen in der DNA auf\u00adgrund ih\u00adres re\u00adla\u00adtiv klei\u00adnen Ge\u00adnoms ver\u00adgleichs\u00adwei\u00adse leicht iden\u00adti\u00adfi\u00adziert wer\u00adden.
\nExperiment: Aus vorteilhaften Mutationen werden Nachteile<\/p>\n
F\u00fcr ih\u00adre Ex\u00adpe\u00adri\u00admen\u00adte setz\u00adten die For\u00adscher Pseu\u00addo\u00admo\u00adnas-St\u00e4m\u00adme ab\u00adwech\u00adselnd un\u00adge\u00adsch\u00fct\u00adtel\u00adtem oder ge\u00adsch\u00fct\u00adtel\u00adtem N\u00e4hr\u00adme\u00addi\u00adum aus, um so Va\u00adri\u00adan\u00adten zu er\u00adzeu\u00adgen, die auf\u00adgrund vor\u00adteil\u00adhaf\u00adter Mu\u00adta\u00adtio\u00adnen ent\u00adwe\u00adder „ge\u00adsch\u00fct\u00adtelt“ oder „un\u00adge\u00adsch\u00fct\u00adtelt“ ei\u00adnen Vor\u00adteil hat\u00adten. In bei\u00adden Um\u00adwel\u00adten muss\u00adte sich al\u00adso je\u00adde durch Mu\u00adta\u00adti\u00adon neu ent\u00adstan\u00adde\u00adne Bak\u00adte\u00adri\u00aden\u00adva\u00adri\u00adan\u00adte ge\u00adgen al\u00adle un\u00admu\u00adtier\u00adten Ver\u00adtre\u00adter des Aus\u00adgangs\u00adstam\u00admes durch\u00adset\u00adzen. Un\u00adter der An\u00adnah\u00adme, dass sich ei\u00adne Va\u00adri\u00adan\u00adte, die sich \u00e4u\u00ad\u00dfer\u00adlich von ih\u00adrem Vor\u00adg\u00e4n\u00adger un\u00adter\u00adschied (zum Bei\u00adspiel glat\u00adte vs. raue Ober\u00adfl\u00e4\u00adche), auch ge\u00adgen die\u00adsen durch\u00adge\u00adsetzt hat\u00adte, wur\u00adde der je\u00adweils h\u00e4u\u00adfigs\u00adte Ver\u00adtre\u00adter die\u00adser neu\u00aden Va\u00adri\u00adan\u00adten aus\u00adge\u00adw\u00e4hlt und der je\u00adweils an\u00adde\u00adren „Um\u00adwelt“ aus\u00adge\u00adsetzt. Ei\u00adne f\u00fcr das ge\u00adsch\u00fct\u00adtel\u00adte N\u00e4hr\u00adme\u00addi\u00adum vor\u00adteil\u00adhaf\u00adte Mu\u00adta\u00adti\u00adon wur\u00adde da\u00addurch zum Nach\u00adteil im un\u00adge\u00adsch\u00fct\u00adtel\u00adten Me\u00addi\u00adum und um\u00adge\u00adkehrt. Des\u00adhalb muss\u00adten neue Mu\u00adta\u00adtio\u00adnen und da\u00admit neue Va\u00adri\u00adan\u00adten ent\u00adste\u00adhen, die die\u00adsen Nach\u00adteil wie\u00adder kom\u00adpen\u00adsier\u00adten. Kaum hat\u00adten sich die Bak\u00adte\u00adri\u00aden al\u00adso an ei\u00adne Um\u00adge\u00adbung an\u00adge\u00adpasst, wur\u00adden sie ge\u00adzwun\u00adgen, sich er\u00adneut um\u00adzu\u00adstel\u00adlen.
\nBet-hedging: ein Genotyp, mehrere Varianten
\nDurch den st\u00e4ndigen und regelm\u00e4\u00dfigen Wechsel zwischen gesch\u00fctteltem und ungesch\u00fctteltem Medium entstanden nach kurzer Zeit Typen mit gleicher genetischer Ausstattung (Genotypen), die immer zwei verschiedene Varianten erzeugten. Einmal entstanden, war das also die ultimative \u00dcberlebensstrategie f\u00fcr diese bet-hedging-Pseudomonaden, denn alle anderen Genotypen, die ihre Variation immer nur durch neue Mutationen realisieren konnten, hatten keine Chance, sich gegen die bet-hedging-Varianten durchzusetzen.<\/p>\n
Eine Genanalyse ergab, dass beide Varianten auf genetischer Ebene absolut identisch waren. Des Weiteren unterschied sich der bet-hedging-Genotyp durch neun Mutationen vom Ursprungsstamm, mit dem das Experiment gestartet worden war. Dabei war ausschlie\u00dflich die zuletzt aufgetretene Mutation f\u00fcr das bet-hedging verantwortlich. „Unsere Experimente belegen, dass Risikostreuung eine sehr erfolgreiche Anpassung an sich rasch \u00e4ndernde Umweltbedingungen ist. Denn wenn ein und derselbe Genotyp gleichzeitig mehrere Varianten hervorbringt, kann er schneller auf starke \u00c4nderungen der Lebensbedingungen reagieren“, sagt Christian Kost. Und Paul Rainey, Leiter der Studie an der Massey University Auckland, erg\u00e4nzt: „Bet-hedging war m\u00f6glicherweise eine der ersten Strategien von Organismen, um sich an immer wieder wandelnde Umweltbedingungen auf der Erde anzupassen. Dies l\u00e4sst sich aus der Leichtigkeit schlie\u00dfen, mit der die Strategie in unseren Experimenten entstand.“<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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