Räuberische Bodenbakterien jagen wie Vampire und Wölfe und helfen, Kohlenstoff durch den Boden zu transportieren

Wissenschaftler, die Böden untersuchen, arbeiten hart daran, uns zu helfen zu verstehen, was unter unseren Füßen vor sich geht. Es sieht so aus, als ob einiges von dem, was passiert, sehr dem ähnelt, was über der Erde passiert, nur im mikroskopischen Maßstab, mit Raubtieren, die Beute jagen und fressen. Obwohl wir von diesen Wechselwirkungen wussten, wissen wir jetzt, dass sie Teil des Puzzleteils sind, das beschreibt, wie sich Kohlenstoff durch den Boden bewegt. Danke an Kate Petersen vom Center for Ecosystem Science and Society der NAU für diesen interessanten Artikel.

Laut einer neuen Studie der Northern Arizona University wachsen räuberische Bakterien – Bakterien, die andere Bakterien fressen – im selben Boden schneller und verbrauchen mehr Ressourcen als Nicht-Raubtiere. Diese aktiven Raubtiere, die ein wolfsrudelähnliches Verhalten, Enzyme und Zytoskelett-"Reißzähne" verwenden, um andere Bakterien zu jagen und sich an ihnen zu erfreuen, üben eine wichtige Macht aus, um zu bestimmen, wohin die Bodennährstoffe gelangen . Die Ergebnisse der Studie wurden diese Woche im Fachjournal mBio veröffentlicht , zeigen, dass Prädation eine wichtige Dynamik im Bereich der wilden Mikroben ist, und legen nahe, dass diese Prädatoren eine übergroße Rolle dabei spielen, wie Elemente im Boden gespeichert oder aus dem Boden freigesetzt werden.

Wie jede andere Lebensform auf der Erde gehören Bakterien zu komplizierten Nahrungsnetzen, in denen Organismen durch das, was sie konsumieren, und wie sie es konsumieren, miteinander verbunden sind. Bei Makronetzen haben Ökologen schon lange verstanden, dass Raubtiere an der Spitze, wie Wölfe, oft davon profitieren, wenn Ressourcen wie Gras und Sträucher zu den unteren Ebenen des Netzes hinzugefügt werden. Das Forschungsteam unter der Leitung von Bruce Hungate und andere Forscher der Northern Arizona University und des Lawrence Livermore Laboratory, wollten testen, ob dies auch für die mikrobiellen Nahrungsnetze gilt, die in wilder Erde zu finden sind.

„Wir wussten, dass Raubtiere eine Rolle bei der Aufrechterhaltung der Bodengesundheit spielen, aber wir wussten bisher nicht, wie wichtig Raubbakterien für diese Ökosysteme sind“, sagte Hungate, der das Zentrum für Ökosystemwissenschaft und -gesellschaft der NAU leitet.

Um zu verstehen, was und wie viel Raubbakterien konsumierten, stellte das Forschungsteam ein großes Bild aus Dutzenden kleinerer Daten zusammen „Schnappschüsse“:82 Datensätze von 15 Standorten in einer Reihe von Ökosystemen. Das Team nutzte Informationen darüber, wie sich Bakterien in Kultur verhalten, um Bakterien als obligatorische oder fakultative Räuber zu kategorisieren. Etwa 7 Prozent aller Bakterien in der Meta-Analyse wurden als Prädatoren identifiziert, und die meisten davon waren fakultativ oder Allesfresser.

Obligatorische räuberische Bakterien wie Bdellovibrionales und Vampirovibrionales wuchs 36 Prozent schneller und nahm Kohlenstoff 211 Prozent schneller auf als Nicht-Raubtiere. Als der Boden einen Kohlenstoffschub erhielt, nutzten Raubbakterien ihn, um schneller zu wachsen als andere Arten. Forscher sahen diese Effekte auch bei den alles fressenden Bakterien, obwohl die Unterschiede weniger tiefgreifend waren.

Alle Experimente wurden mit einer hochmodernen Technik namens quantitatives stabiles Isotopen-Probing oder qSIP durchgeführt. Die Forscher verwendeten markierte Isotope, die ein wenig wie molekulare Hashtags wirken, um zu verfolgen, wer aktiv ist und Nährstoffe im Boden aufnimmt. Indem die DNA in einer Bodenprobe sequenziert und nach diesen Markierungen gesucht wurde, konnte das Team auf der Ebene der Bakterientaxa sehen, wer wen anbaute und wen aß.

„Bei der Analyse meiner Daten ist mir aufgefallen, dass Vampirovibrio war super bereichert. Seit wir Vampirovibrio kennen ein Raubtier ist, interessierte ich mich dafür, in meinen anderen Daten nach anderen potenziellen Raubtieren zu suchen“, sagte Brianna Finley, Postdoktorandin an der University of California-Irvine und Mitautorin der Studie. „Dass wir diese Signale erfassen konnten, bestätigt qSIP wirklich als Werkzeug.“

Dieses 42-sekündige Video beschreibt, wie sich Vampirovibrio an seine Beute anheftet und ihr die Nährstoffe „aussaugt“. Dieses „vampirähnliche“ Verhalten gab ihm seinen Namen.

Bodenökosysteme enthalten mehr Kohlenstoff als in allen Pflanzen auf der Erde gespeichert ist, daher ist es entscheidend zu verstehen, wie sich Kohlenstoff und andere Elemente zwischen Bodenorganismen bewegen, um den zukünftigen Klimawandel vorherzusagen. Da Bakterien im Boden so reichlich vorhanden sind, spielen sie eine enorme Rolle bei der Speicherung oder dem Verlust von Nährstoffen, und mehr darüber zu erfahren, wie Raubbakterien als „Antibiotika“ wirken, könnte später therapeutische Auswirkungen haben.

„Bisher waren räuberische Bakterien kein Teil dieser Bodengeschichte“, sagte Hungate. „Aber diese Studie legt nahe, dass sie wichtige Charaktere sind, die eine bedeutende Rolle dabei spielen, das Schicksal von Kohlenstoff und anderen Elementen zu bestimmen. Diese Ergebnisse motivieren uns, Raub als Prozess genauer zu betrachten.“

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Neben Hungate sind die anderen NAU-Autoren Jane Marks, Professorin am Department of Biological Sciences; Egbert Schwartz, Professor im Fachbereich Biowissenschaften; graduierter Forschungsassistent Pete Chuckran, Paul Dijkstra, Forschungsprofessor in der Abteilung für Biowissenschaften; Doktorandin Megan Foley; Michaela Hayer, wissenschaftliche Mitarbeiterin bei Ecoss; Ben Koch, leitender Forschungswissenschaftler für Ecoss; Michelle Mack, Professorin im Fachbereich Biowissenschaften; Rebecca Mau, wissenschaftliche Mitarbeiterin, Pathogen &Microbiome Institute; Samantha Miller, wissenschaftliche Mitarbeiterin bei Ecoss; Jeff Propster, Forschungsassistent für Ecoss; wissenschaftliche Mitarbeiterin Alicia Purcell; und ehemaliger NAU-Forscher Bram Stone.

Die Forschung wurde vom Office of Biological and Environmental Research Genomic Sciences Program des Energieministeriums und einem Lawrence Fellow Award des Lawrence Livermore National Laboratory unterstützt.