bacterie

Harde werkers zijn soms het slachtoffer van profiterende valsspelers. Om als groep te overleven, moeten de werkers het beter doen dan de valsspelers. Wetenschappers uit Princeton bestudeerden deze strijd tussen bacteriën in de sneeuw…onder het wateroppervlak.

Het zal u misschien verbazen, maar ook in diep onder het wateroppervlak kan het sneeuwen. Deze “mariene sneeuw” bestaat uit dood fytoplankton, uitwerpselen van zoöplankton, en andere nutriëntrijke afvalstoffen. Terwijl deze deeltjes langzaam naar de bodem van de oceaan dwarrelen, worden ze gekoloniseerd door bacteriën. Deze micro-organismen verwerken de complexe moleculen van de mariene sneeuw en produceren vaak kleinere deeltjes, die vrij rondzweven en toegankelijk zijn voor de hele gemeenschap. Samenwerking op microscopische schaal.

Public Goods Dilemma
Er zijn echter altijd organismen die profiteren van het werk van anderen. In de mariene sneeuw consumeren deze “valsspelers” de nutriënten die door de werkende bacteriën geproduceerd worden. Knut Drescher (University of Princeton) en collega’s gebruikten deze situatie om het “public goods dilemma” te bestuderen. Dit dilemma behandelt de spanning tussen het succes van het individu en de groep. In het geval van de bacteriën zijn de valsspelers succesvol door te profiteren van de producerende bacteriën. Maar als deze laatste uitsterven, hebben de valsspelers geen voedselbron meer en verdwijnt de groep. Welk mechanisme zorgt ervoor dat de groep blijft bestaan?

Experimenten
Om deze vraag te beantwoorden ontwierpen Drescher en zijn collega’s enkele experimenten. Zij gebruikten chitine, een moeilijk afbreekbare molecule, om de mariene sneeuw te simuleren. In het chitine-rijke milieu bestudeerden de wetenschappers het evenwicht tussen bacteriën (Vibrio cholera), die chitine afbreken tot kleinere bestanddelen, en twee types valsspelers, die geen chitine kunnen verwerken. In een controle-experiment namen de valsspelers de bovenhand. Dit gaf aan dat er bepaalde mechanismen zijn die het samenleven van beide type bacteriën (werkers en valsspelers) mogelijk maken.

Twee mechanismen werden in detail getest aan de hand van nieuwe experimenten. Als eerste kan de dikte van de biofilm, die de bacteriën vormen op de zinkende deeltjes, beletten dat nutriënten in het omliggende water terechtkomen. Hierdoor hebben de valsspelers geen toegang tot voedsel. Om deze hypothese te testen, creëerden de wetenschappers een mutant die een extra dikke biofilm aanmaakt. Deze mutant concurreerde de valsspelers vlot weg. Het tweede mechanisme omvat het effect van de waterstroom over de deeltjes. Als de stroom te sterk is, drijven de verwerkte bestanddelen weg voordat de valsspelers ze kunnen gebruiken. Door de stroomsnelheid te variëren, ontdekte Drescher dat zelfs bij zeer lage snelheden de werkende bacteriën het beter deden dan de valsspelers. Om als groep te overleven in de mariene sneeuw moeten bacteriën dus beschikken over een dikke biofilm en een sterke waterstroming.

Jente Ottenburghs (1988) heeft sinds zijn Master Evolutie en Gedragsbiologie aan de Universiteit van Antwerpen een brede interesse voor evolutionaire biologie. Sinds mei 2012 werkt hij als PhD-student bij de Resource Ecology Group aan de Universiteit van Wageningen. Meer informatie over zijn onderzoek vindt u hier.