In freier Wildbahn leben die meisten auf der langsamen Spur

Eine neue Studie unter der Leitung der Northern Arizona University liefert neue Beweise dafür, dass ein gemeinsamer Rahmen zur Sortierung von Bakterien in zwei Lebensstile nicht einfach auf Bakterien zutrifft, die in wilder Erde leben. Die Ergebnisse, veröffentlicht in Das ISME-Journalzeigen, dass die meisten Bakterien, die in freier Wildbahn beobachtet wurden, nicht in zwei große Lebensstilgruppen fallen – eine angepasst, um wettbewerbsfähig zu sein und schnell zu wachsen, die andere langsam wächst und resistent gegen Hunger ist –, sondern dass die meisten Bakterien, die in freier Wildbahn beobachtet wurden, langsam wachsen, wobei schnell wachsende Bakterien zu einer kleinen vereinzelt wurden Anzahl der Arten.

„Was im Labor passiert und was in wilder Erde passiert, sind oft Welten voneinander entfernt, und wir müssen Ideen über Bakterien und Mikroben aus dem Labor mit dem, was wir im Feld sehen, testen und herausfordern“, sagte der Hauptautor Bram Stone, der die Studie leitete die Forschung am Center for Ecosystem Science and Society (Ecoss) an der Northern Arizona University und ist jetzt Linus Pauling Postdoctoral Fellow am Pacific Northern National Laboratory.

„Viele der dringendsten Fragen unserer Gesellschaft zur Kohlenstoffspeicherung und dazu, wie Böden auf den Klimawandel reagieren werden, beruhen auf einem besseren Verständnis der Funktionsweise von Mikroben in der Natur.“

Wenn es stimmt, dass gesellschaftliche Bedürfnisse manchmal die Forschungsgeschwindigkeit durch Finanzierung und politische Priorisierung beschleunigen können, dann stimmt es auch, dass einige Bereiche sich schnell weiterentwickeln, aber immer noch aufholen müssen, um sich beschleunigenden Herausforderungen wie der Klimakrise zu stellen. Die mikrobielle Ökologie ist in den letzten Jahren sprunghaft gewachsen, da sich die moderne Sequenzierungstechnologie verbessert, breiter verfügbar wird und auf neue Weise angewendet wird.

Und doch, da die globalen Kohlenstoffbudgets knapper geworden sind und vom Menschen verursachte Emissionen weiterhin nichtlineare Klimaauswirkungen anheizen, ist die Notwendigkeit, zu wissen, was die Mikroben in einer wärmeren Welt tun werden, wohl noch schneller geworden. Nicht nur herauszufinden, welche Mikroben wo sind, sondern auch, wer wächst, wer stirbt, welche Umweltfaktoren ihr Leben beeinflussen und wie sie interagieren, ist immer noch ein Aufholspiel, und neue Daten sind erforderlich, um einige der breiten Rahmenbedingungen zu bestätigen oder zu verkomplizieren, die Wissenschaftler haben verwendet haben, um dieser unsichtbaren Welt einen Sinn zu geben.

Solche konzeptionellen Rahmen und neue Daten, um sie zu testen, sind beide notwendige Teile des Prozesses, um mikrobielle Gemeinschaften und ihre Bedeutung für die Unterstützung gesunder Böden und den Kreislauf von Kohlenstoff und anderen Nährstoffen besser zu verstehen.

Laut Stone spiegeln die Ergebnisse des Teams die Verschiebung weg von harten Kategorien hin zu statistisch abgeleiteten Merkmalsspektren in anderen Bereichen, einschließlich der Psychologie, wider. (Denken Sie an die Abkehr vom Myers-Briggs-Test hin zum merkmalsbasierten Spektrum der „Big Five“-Persönlichkeitsfaktoren.)

„Unser Ziel ist es, die wichtigsten mikrobiellen Merkmale zu identifizieren, die das tatsächliche Verhalten im Boden bestimmen und Dinge wie den Energiefluss steuern“, sagte Stone. „Und wir wollen diese Eigenschaften numerisch ausdrücken. Mit einem solchen Tool können wir besser vorhersagen, wie mikrobielle Gemeinschaften auf den Klimawandel, die Umweltverschmutzung oder eine neue Fruchtfolge in einem landwirtschaftlichen Feld reagieren.“

Die Studie stützt sich auf Daten, die mittels quantitativer stabiler Isotopensondierung oder qSIP gesammelt wurden, einer Technik, die stabile Isotope oder mit einem zusätzlichen Neutron markierte Atome verwendet, um das Schicksal eines Wasser- oder Zuckermoleküls durch den Boden zu verfolgen. Forscher analysieren eine Probe wilder Erde, die mit diesem markierten Wasser oder Zucker behandelt wurde, und suchen danach, wo dieser molekulare Hashtag in der DNA vorkommt – was bedeutet, dass er von einer Mikrobe eingebaut wurde.

Durch die Sequenzierung der DNA in dieser Bodenprobe zu verschiedenen Zeitpunkten können Forscher an der NAU, wo die Technik entwickelt wurde, sehen, welche Mikroben gewachsen sind – und wie stark – und wie schnell sich die Gemeinschaft verändert hat.

„Es ist so aufregend für mich, dass wir die Daten in der Natur erhalten können, anstatt zu spekulieren“, sagte Bruce Hungate, Direktor von Ecoss und Mitautor der neuen Studie. „In der Lage zu sein, Mikrobiologie auf diesem Gebiet auf diese Weise durchzuführen, bedeutet, dass wir vernünftig skalieren können, um Flüsse für ein ganzes Ökosystem oder eine Region vorherzusagen, während wir gleichzeitig die hohe taxonomische Auflösung beibehalten, die durch die moderne Sequenzierung verfügbar ist.“