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Auf den Punkt:
Pseudomonas fluorescens SBW25 bildet im Labor innerhalb weniger Tage immer wieder mattenartige Strukturen an der Grenzfläche zwischen Luft und Flüssigkeit.
Der ursprüngliche Ausgangstyp besiedelt diese Grenzfläche zuerst und verändert die Bedingungen so, dass Mutanten sich dort leichter etablieren können.
Die anschließende Dynamik ist vor allem durch Ausbreitung geprägt: Mehrere angepasste Varianten können gleichzeitig bestehen, statt dass sich ein einzelner Typ rasch durchsetzt (klassischer „selective sweep“).
Angetrieben wird der Prozess durch einen Wechsel zwischen sesshafter und beweglicher Lebensweise, gesteuert über c-di-GMP.
Auf den Punkt:
Pseudomonas fluorescens SBW25 bildet im Labor innerhalb weniger Tage immer wieder mattenartige Strukturen an der Grenzfläche zwischen Luft und Flüssigkeit.
Der ursprüngliche Ausgangstyp besiedelt diese Grenzfläche zuerst und verändert die Bedingungen so, dass Mutanten sich dort leichter etablieren können.
Die anschließende Dynamik ist vor allem durch Ausbreitung geprägt: Mehrere angepasste Varianten können gleichzeitig bestehen, statt dass sich ein einzelner Typ rasch durchsetzt (klassischer „selective sweep“).
Angetrieben wird der Prozess durch einen Wechsel zwischen sesshafter und beweglicher Lebensweise, gesteuert über c-di-GMP.
Wie in einem Kombucha-Ansatz oder in einem Sherry-Fass können sich Mikroben genau dort ansiedeln, wo Luft und Flüssigkeit aufeinandertreffen – und dort eine zusammenhängende, teppichartige Schicht bilden. Im Labor ist das Bakterium Pseudomonas fluorescens SBW25 berühmt-berüchtigt für dieses Verhalten: Startet man mit einem Stamm, der zunächst keine solche Schicht bildet, entstehen innerhalb weniger Tage durch genetische Veränderungen immer wieder Varianten, die an der Oberfläche eine stabile „Mikrobenmatte“ aufbauen – erstaunlich zuverlässig und in kurzer Zeit.
Lange Zeit war allerdings unklar, warum dieser Prozess so verlässlich abläuft – welche ökologischen und physikalischen Mechanismen also dahinterstecken. Ein Team aus der Abteilung Mikrobielle Populationsbiologie am Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie hat nun aufgezeigt, worauf es dabei ankommt. Mit einer Kombination aus Mikroskopie und mathematischer Modellierung beschreiben die Forschenden eine zentrale – und auf den ersten Blick überraschende – Rolle des ursprünglichen Ausgangstyps: Er besiedelt die Grenzfläche zwischen Luft und Flüssigkeit zunächst nur vorübergehend und schafft damit gewissermaßen eine Struktur, die den späteren Erfolg der mattenbildenden Mutanten begünstigt. In Reinkultur, also ohne den ursprünglichen Ausgangstyp, scheitern solche mattenbildenden Mutanten in der Regel.
Damit verschiebt sich der Blick weg vom „Mutanten allein“ hin zu dem Kontext, den eine Population sich selbst schafft. Die Arbeit zeigt, wie eng Evolution und Ökologie miteinander verflochten sein können: Frühe Besiedler verändern die Bedingungen – und spätere Nachfolger sind auf diese vorübergehenden Veränderungen angewiesen, um überhaupt Fuß zu fassen.
Die Studie zeichnet auch genetisch ein anderes Bild davon, was evolutionärer „Erfolg“ bedeutet. Statt eines klassischen „selective sweep“, bei dem wenige vorteilhafte Varianten rasch die Oberhand gewinnen, sind die beobachteten Prozesse vor allem durch Ausbreitung und Verlagerung geprägt. Während sich die ursprünglichen Zellen nach und nach von der Grenzfläche zurückziehen und im Medium verteilen, können mehrere angepasste Varianten gleichzeitig entstehen, nebeneinander vorkommen und in derselben weiterentwickelten Population koexistieren. So entsteht eine hohe genetische Vielfalt – dort, wo man eher mit einem einzigen dominierenden Typ gerechnet hätte.
Diesen Abläufen liegt ein grundlegender Verhaltenswechsel zugrunde: ausbreiten oder am Ort bleiben. Die evolutive Abfolge wird dadurch angetrieben, dass Zellen zwischen diesen beiden Zuständen umschalten. Vermittelt wird dieses Umschalten durch c-di-GMP, ein sekundäres Signalmolekül.
Prof. Dr. Paul Rainey
Scientific Member (Director)
Department Microbial Population Biology
Max Planck Institute for Evolutionary Biology
Karita Y, Rodríguez-Sánchez GT, Brambilla E, Hernandez-Beltran JCR, Schwarz M, Rainey PB. 2026 Context-dependent adaptation in structured environments. Proc. R. Soc. B 293: 20252004. https://doi.org/10.1098/rspb.2025.2004
Mattenbildung von Pseudomonas fluorescens in ungeschüttelten Laborkulturen.
Quelle: Yuya Karita
Copyright: Ⓒ Yuya Karita
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten
Biologie
überregional
Forschungs- / Wissenstransfer, Forschungsergebnisse
Deutsch
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