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 mit einer sich verändernden Umgebung umgehen. Mikrobiologen verstehen jedoch nicht vollständig, wie die Gene der Bakterien mit ihren Lebensstrategien zusammenhängen.
Durch die Analyse großer DNA-Sequenzierungsdatensätze aus der ganzen Welt entdeckten Forscher eine neue Möglichkeit, die vorherrschenden Lebensstrategien von Bodenbakterien anhand ihrer Gene zu kategorisieren. Diese Technik ermöglichte es den Forschern, verschiedene Lebensstrategien mit spezifischen Klima- und Bodenbedingungen zu verknüpfen. Ihr Papier ist veröffentlicht im Tagebuch Naturmikrobiologie.
Bodenbakterien sind für die Gesundheit des Planeten von entscheidender Bedeutung, aber sie sind schwer zu untersuchen, weil sie so vielfältig und für das menschliche Auge unsichtbar sind. In ihrer Studie nutzten die Forscher allgemein verfügbare Gensequenzdaten, um Bodenbakterien nach ihren 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 von Gensequenzen 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. Basierend auf unterschiedlichen genetischen Merkmalen entstanden drei Hauptstrategien.
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 Stoffwechselkapazitäten erweitern können. Bakterien mit größeren Genomen können effektiver auf veränderte Umweltbedingungen reagieren als Bakterien mit kleinen Genomen und können Nährstoffe effektiver 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 großen saisonalen Schwankungen ausgesetzt waren, eine Strategie, die die Forscher mit Stresstoleranz in Verbindung brachten.
Unter trockenen, wechselnden und saureren Bedingungen bestand die bevorzugte Strategie in einem erweiterten Stoffwechsel, der eine schnelle Reaktion auf Umweltveränderungen ermöglichte. Diese Bakterien ähnelten Unkrautpflanzen, die nach Störungen wie Dürre oder Feuer schnell wachsen. Die dritte Hauptstrategie – der erweiterte Stoffwechsel für den Nährstoffkreislauf – war bei Bakterien vorherrschend, die in durchweg feuchten, sauren Böden leben. Diese Bakterien ähneln Pflanzen, die ihre Nachbarn dadurch übertreffen, dass sie sie überwuchern.
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Gabin Piton et al., Lebensgeschichtliche Strategien von Bodenbakteriengemeinschaften in globalen terrestrischen Biomen, Naturmikrobiologie (2023). DOI: 10.1038/s41564-023-01465-0