细菌如何共存?细菌如何共存?在一个由水定义的城市,建筑师的目标是把威胁变成机会

由罗兰研究所研究员Katja Taute、AMOLF研究所的Sander Tans和Tom Shimizu领导的研究小组发现了一种解释细菌物种共存的新机制。在他们2月19日发表在《自然》杂志上的论文中,他们描述了“移动者”和“种植者”之间的竞争如何导致一种平衡,在这种平衡中,这两种类型可以继续共存。

从宏观尺度上的气候变化和森林火灾到宿主的饲养周期和微观层面上的疾病传播,生态系统不断受到干扰。但是,是什么使生态系统稳定或脆弱,又是什么阻止一个物种在竞争中战胜所有其他物种?Taute帮助指导了AMOLF的实验,后来监督了Rowland的工作,他说:“细菌为实验研究这些问题提供了一个理想的模型系统——它们复制得如此之快,我们可以很容易地在实验室中观察它们的种群动态。”

为了了解细菌是如何共存的,博士生Sebastian Gude培育了两种大肠杆菌菌株的混合物,这两种大肠杆菌是从同一动物的粪便中分离出来的。然而,在搅拌液体培养中,一种菌株的生长速度总是超过另一种,并最终导致其灭绝。然而,当细菌从一滴注射到培养皿中营养丰富的凝胶中生长时,这两种细菌在生长扩散后仍然存在,这表明有某种机制在起作用,促进了任何一种稀有菌株的生长。

为了解决是什么拯救了先前较弱的竞争对手免于灭绝,研究人员转向延时荧光成像。电影揭示了细菌是如何在凝胶中传播的。最初,一个菌株会在最初的落差附近迅速生长,并慢慢扩展其周围的领地。然后,它的扩张会突然停止,因为另一种张力出现在第一种的外围,并开始迅速占领剩下的外部领土。结果是一个点和甜甜圈的模式,两个菌株把领地分开。

这两个菌株是如何达成这种安排的?他们是交换了化学信号,还是毒害了彼此?通过实验、基因工程和模拟的结合,研究人员表明,菌株之间不需要相互作用。该机制的核心是快速发展和快速增长之间的权衡。

陶特说:“和我们一样,细菌在分配有限的资源方面也有不同的选择:一种细菌优先快速生长,另一种则快速游动——但它们无法同时在这两方面都做得很好。”“种植者”总是在最初的产量下降时就占领了这片区域。然而,“移动者”游得更快,最终超过了第一个。一旦他们走得足够远,在第一个菌株赶上之前消耗了所有的当地资源,后者的扩张就因为缺乏能量而停止了。因此,“搬运工”总是占领远处的领土,而“种植者”则占领附近的领土。

这一发现开启了一种可能性,即运动性可能有助于多种栖息地的物种多样性——甚至可能是人类肠道。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.harvard.edu/gazette/story/newsplus/how-do-bacterial-species-coexist/

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