Obwohl für uns unsichtbar, enthält jeder Teelöffel Meerwasser mehr als eine Million Meeresbakterien. Diese winzigen Mikroben spielen eine zentrale Rolle bei der Steuerung der chemischen Zyklen, die unser Klima kontrollieren und die Gesundheit des globalen Ozeans beeinflussen. Aber sind sie passive Drifter oder zielgerichtete Jäger?
Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass Bakterien im Meer ein ähnliches Verhalten wie viele Tiere bei der Nahrungssuche an den Tag legen. Sie schwimmen durch ihre Umgebung, während sie jagen und ihre bevorzugte „Nahrung“ aus einer Suppe von Chemikalien im Meerwasser auswählen.
In einer internationalen Studie unter der Leitung von Forschern der University of Technology Sydney (UTS) in Zusammenarbeit mit der ETH Zürich und der University of Queensland wurden eigens entwickelte Mikrochips eingesetzt, um den Ozean aus der „Bakterienperspektive“ zu betrachten und zu zeigen, dass Mikroben in der natürlichen Umgebung ein ausgeklügeltes Verhalten an den Tag legen, um die von ihnen bevorzugte Nahrung aufzuspüren und anzusteuern.
Der Mikrobenökologe Dr. Jean-Baptiste Raina, Hauptautor der Studie, erklärte: „Wir hatten eine gewisse Vorstellung davon, dass Mikroben in ihrer unmittelbaren Umgebung herumschwimmen können, um Nahrungsflecken zu finden und auszunutzen, aber die einzigen verfügbaren Beweise stammten aus Laborexperimenten, die oft nicht sehr realistisch oder repräsentativ für natürliche Umgebungen sind. Diese Art von Verhalten war in der Umwelt bei natürlichen Mikrobenpopulationen noch nie umfassend untersucht worden.
„Jetzt konnten wir zum ersten Mal zeigen, dass das Schwimmverhalten von Mikroben in der natürlichen Umgebung durch die Anziehung von Bakterien durch bestimmte chemische Reize bestimmt wird, was wichtige Prozesse und Interaktionen diktiert, die die Basis des marinen Nahrungsnetzes strukturieren.
Dr. Raina sagte, dass die Forscher eine Technologie namens Mikrofluidik verwendeten, um eine spezielle „Bakterienfalle“ zu konstruieren, mit der sie die Nahrungspräferenzen von Bakterien in Küstengewässern in der Nähe von Sydney messen konnten. Dieser neue Ansatz wurde dank der Finanzierung durch die Gordon and Betty Moore Foundation und den Australian Research Council entwickelt.
Professor Justin Seymour, Hauptautor der Studie, sagte, die Arbeit zeige, wie Prozesse, die über sehr kleine Entfernungen im Ozean ablaufen, weitreichende Auswirkungen haben können.
„Wenn wir daran denken, wie klein ein Bakterium ist, ist es leicht, die Folgen seines Verhaltens zu vernachlässigen. Da Meeresbakterien jedoch so zahlreich und vielfältig sind, kann die Art und Weise, wie sie Chemikalien im Meerwasser finden, verbrauchen und recyceln, einen tiefgreifenden Einfluss auf Prozesse haben, die das globale Klima und die Produktivität des marinen Nahrungsnetzes steuern“, sagte Professor Seymour.
„Diese Arbeit hat uns einen einzigartigen Einblick in die Art und Weise verschafft, wie Bakterien navigieren und ihren mikroskopischen Lebensraum erkunden.
„Jeder hat schon einmal Bilder von Fischschwärmen gesehen, die von fressenden Haien angegriffen werden. Hier betrachten wir einen ähnlichen Prozess aus mikrobieller Sicht, bei dem Bakterien in einer Art Fressrausch in einen Fleck mit Chemikalien schwimmen“.
Die Forschung wurde von der Gordon and Betty Moore Foundation und dem Australian Research Council unterstützt.
Datum: April 20, 2022
Quelle: Universität für Technologie Sydney
Journal Reference:
- Jean-Baptiste Raina, Bennett S. Lambert, Donovan H. Parks, Christian Rinke, Nachshon Siboni, Anna Bramucci, Martin Ostrowski, Brandon Signal, Adrian Lutz, Himasha Mendis, Francesco Rubino, Vicente I. Fernandez, Roman Stocker, Philip Hugenholtz, Gene W. Tyson, Justin R. Seymour. Chemotaxis shapes the microscale organization of the ocean’s microbiome. Nature, 2022; DOI: 10.1038/s41586-022-04614-3