Populatiekrimp als stuurknuppel: zo verandert samenwerking bij microben

Een nieuw onderzoek onthult hoe een sociale bacterie samenwerkt, en hoe dat ook ruimte kan geven voor profiteurs.

Microben werken vaak samen. Een deel van de cellen “betaalt” daarvoor: ze steken energie in stoffen waar vooral de groep iets aan heeft. Maar er zijn ook luilakken, ookwel ‘cheaters’ genoemd: cellen die wel profiteren, maar zelf niets bijdragen.

Onderzoekers denken al langer dat een populatiebottleneck, een moment waarop een populatie plots heel klein wordt, die profiteurs weg kan drukken. Een nieuwe studie laat nu zien dat het verhaal ingewikkelder ligt: zo’n bottleneck kan de vorm van samenwerking niet alleen beschermen, maar ook sturen. Het onderzoek is gepubliceerd in PLOS Biology.

Sociale bodembacterie

Voor het onderzoek is er gekeken naar Myxococcus xanthus, een sociale bodembacterie die bekendstaat om twee opvallende groepskunstjes: samen jagen op prooi en samen ‘vruchtlichaampjes’ bouwen waarin sporen ontstaan. Het team van het Indian Institute of Science (IISc) wilde weten wat er gebeurt als je zo’n bacterie steeds opnieuw een populatiebottleneck mee laat maken: wie blijft uiteindelijk over, en welke sociale eigenschappen worden dan beter of juist slechter?

Teamlid Jyotsna Kalathera legt uit: “Een populatiebottleneck is een plotselinge en sterke daling in de grootte en variatie van een populatie,” zegt ze. “Als je cheaters uit een groep kunt wegwerken zou dit één van de ideale manieren zijn om dat te doen.”

Leestip: Antibioticum Polymyxine B dwingt microben op de knieën – tenzij ze slapen

Hoofdonderzoeker Samay Pande wijst erop dat zulke krimp in het wild heel normaal is. “Overstromingen en bosbranden kunnen een populatie in één klap enorm verkleinen,” zegt hij. “Bij grote ecosystemen, met planten en dieren, is het moeilijk om dit soort evenementen echt te testen. Met micro-organismen kan dat wel.”

Levenscyclus

In het lab deden de onderzoekers een lang experiment waarin M. xanthus steeds dezelfde levenscyclus doorliep: de bacteriën groeiden eerst, maakten daarna sporen aan in vruchtlichamen en kwamen vervolgens weer op gang terwijl ze op een andere bacterie (E. coli) jaagden. Dat proces herhaalden ze tien keer. Een ronde had zich voltrokken als al die stapjes zichtbaar waren geweest en de ´samenleving´ op gang was gekomen.

Het grote verschil zat in de “doorstart” tussen de rondes: soms mocht maar een heel klein deel van de populatie door naar de volgende ronde (een strenge bottleneck), en soms een veel groter deel (een relaxte bottleneck). Concreet ging het om 1% versus 15% van de populatie die naar een volgend petrischaaltje werd overgezet. Weet wel: zelfs tijdens een strenge bottleneck werden er ongeveer honderdduizend cellen overgezet. De populatie ‘klein’ noemen na zo’n strenge bottleneck is dus niet erg aan de orde.

Brave bouwers

Ze keken tijdens het onderzoek naar vier belangrijke ‘groepstaken’: de populatiegroei, jachtgedrag (predatie), het bouwen van vruchtlichaampjes (sporulatie) en het uitkomen van sporen (germinatie). Wat bleek? Bij de strenge bottleneck werd er vooral gefocust op vruchtlichaamvorming en het aanjagen van de populatiegroei. Tegelijkertijd werd er minder gejaagd. Het resultaat: populaties die veelal hetzelfde gedrag laten zien, met vooral ‘brave’ bacteriën.

Bij de relaxte bottleneck gebeurde er iets heel anders: de onderzoekers zagen duidelijk dat er veel meer ‘rollen’ ontstonden in de groep. Naast het bouwen van vruchtlichaampjes werd er ook veel meer gejaagd op andere bacteriën. De onderzoekers zagen zelfs dat grotere populaties onderling wat competitiever leken te zijn: het leek niet altijd om het volgen van een duidelijke groepsstrategie te gaan, maar soms meer om het ‘winnen’ van onderlinge conflicten. En jazeker, ook de strategie van alleen maar profiteren dook ineens op.

Genetische veranderingen

Het team keek afsluitend naar mogelijke genetische veranderingen die de verschuivingen in gedrag mogelijk kunnen verklaren. Die bleken er te zijn, maar hoe ze precies werken is nog onbekend. Pande: “We hebben genetische veranderingen gevonden die passen bij de gedragsverschillen tussen strenge en relaxte bottlenecks. Hoe die veranderingen op moleculair niveau precies werken weten we echter nog niet.”

De resultaten zijn belangrijk te noemen, omdat ze iets laten zien over de aard van samenlevingen. In een complexere samenleving met meerdere sociale taken ontstaat vaak al snel een vorm van specialisatie, waarbij een organisme beter wordt in een vaardigheid ten koste van een andere. In dit geval is dat bijvoorbeeld het kiezen tussen het bouwen van vruchtlichaampjes of het jagen op andere bacteriën. Bottlenecks kunnen daarbij dus bepalen welk gedrag de voorkeur verdient en hoe een soort zich evolueert.

We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook Gaan deze bacteriën ons helpen om Mars te koloniseren? en Darmbacteriën kunnen mogelijk MS versnellen door je immuunsysteem voor de gek te houden . Of lees dit artikel: Darmbacteriën kunnen een stof produceren die type 2-diabetes verlicht .

Schrijf je in voor de nieuwsbrief!
Ook elke dag vers het laatste wetenschapsnieuws in je inbox? Of elke week?
Schrijf je hier in voor de nieuwsbrief!

Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast: