Bodenbakterien verknüpfen ihre Lebensstrategien mit Bodenbedingungen: Studie

Bodenbakterien helfen, den Kohlenstoff- und Nährstoffkreislauf auf der Erde zu regulieren. Im Laufe der Zeit haben diese Bakterien Strategien entwickelt, die bestimmen, wo sie leben, was sie tun und wie sie auf eine sich verändernde Umgebung reagieren. Allerdings verstehen Mikrobiologen den Zusammenhang zwischen den Genen der Bakterien und ihren Lebensstrategien nicht vollständig.

Durch die Analyse großer Mengen von DNA-Sequenzierungsdaten aus der ganzen Welt haben Forscher eine neue Möglichkeit entdeckt, die vorherrschenden Lebensstrategien von Bodenbakterien anhand ihrer Gene zu kategorisieren. Diese Technik ermöglichte es Forschern, verschiedene Lebensstrategien mit bestimmten Klima- und Bodenbedingungen zu verknüpfen. Ihr Artikel wird in der Zeitschrift veröffentlicht Natürliche Mikrobiologie.

Bodenbakterien sind für die Gesundheit des Planeten unerlässlich, aber sie sind schwer zu untersuchen, weil sie so vielfältig und für das menschliche Auge unsichtbar sind. In ihrer Studie verwendeten die Forscher allgemein verfügbare genetische Sequenzdaten, um Bodenbakterien anhand ihrer Lebensstrategien zu klassifizieren. Dies erleichtert es Forschern, vorherzusagen, wie Böden auf den Klimawandel reagieren könnten, oder Mikroben mit wünschenswerten Lebensstrategien zu konstruieren. Diese Forschung trägt auch dazu bei, das seit langem in der Biologie bestehende Problem der Verbindung genetischer Sequenzen mit dem Stoffwechsel von Bakterien und anderen Lebensformen zu lösen.

Das Forschungsteam kategorisierte die Lebensstrategien von Bodenbakterien anhand biologischer Merkmale, die aus metagenomischen Sequenzierungsdaten abgeleitet wurden. Als nächstes verwendeten die Forscher eine mathematische Technik, um die Merkmale in lebensgeschichtliche Strategien zu gruppieren. Es haben sich drei Hauptstrategien herauskristallisiert, die auf unterschiedlichen genetischen Merkmalen basieren.

Einige Bakterien verfolgen eine minimalistische Strategie mit kleinen Genomen, die den grundlegenden Stoffwechsel und das Wachstum unterstützen. Andere Bakterien haben größere Genome, wodurch sie ihre Stoffwechselfähigkeiten erweitern können. Bakterien mit größeren Genomen können effektiver auf veränderte Umweltbedingungen reagieren als Bakterien mit kleinen Genomen und können Nährstoffe effizienter recyceln.

Die vorteilhafteste Strategie an einem bestimmten Standort hing von Variablen wie dem pH-Wert des Bodens, der Stickstoffverfügbarkeit, dem jährlichen Niederschlag und der Saisonalität ab. Minimalistische Bakterien mit kleinen Genomen wurden in Böden mit ausgeglichenem pH-Wert bevorzugt, die Trockenheit und starken saisonalen Schwankungen ausgesetzt waren – eine Strategie, die Forscher mit Stresstoleranz in Verbindung brachten.

Unter trockenen, wechselnden und saureren Bedingungen war die bevorzugte Strategie ein erweiterter Stoffwechsel, der eine schnelle Reaktion auf Umweltveränderungen ermöglichte. Diese Bakterien ähnelten Unkräutern, die nach Störungen wie Dürre oder Feuer schnell wuchsen. Die dritte Hauptstrategie – ein erhöhter Stoffwechsel für den Nährstoffkreislauf – war bei Bakterien vorherrschend, die in ständig feuchten und sauren Böden leben. Diese Bakterien ähneln Pflanzen, die ihre Nachbarn verdrängen, indem sie aus ihnen herauswachsen.