Roofzuchtige bodembacteriën jagen als vampiers en wolven en helpen koolstof door de bodem te verplaatsen

Wetenschappers die de bodem bestuderen, werken hard om ons te helpen begrijpen wat er zich onder onze voeten afspeelt. Het lijkt erop dat een deel van wat er gebeurt veel lijkt op wat er bovengronds gebeurt, alleen op microscopische schaal, met roofdieren die jagen en prooien eten. Hoewel we wisten van deze interacties, weten we nu dat het deel uitmaakt van het puzzelstukje dat beschrijft hoe koolstof door de bodem beweegt. Met dank aan Kate Petersen van NAU's Centre for Ecosystem Science and Society voor dit interessante artikel.

Roofzuchtige bacteriën - bacteriën die andere bacteriën eten - groeien sneller en verbruiken meer hulpbronnen dan niet-roofdieren in dezelfde bodem, volgens een nieuwe studie van de Northern Arizona University. Deze actieve roofdieren, die wolfpack-achtig gedrag, enzymen en cytoskeletale "hoektanden" gebruiken om te jagen en zich tegoed te doen aan andere bacteriën, oefenen een belangrijke macht uit bij het bepalen waar bodemvoedingsstoffen naartoe gaan . De resultaten van het onderzoek, deze week gepubliceerd in het tijdschrift mBio , laten zien dat predatie een belangrijke dynamiek is in het wilde microbiële rijk en suggereren dat deze roofdieren een buitensporige rol spelen in de manier waarop elementen worden opgeslagen in of vrijkomen uit de bodem.

Net als elke andere levensvorm op aarde behoren bacteriën tot ingewikkelde voedselwebben waarin organismen met elkaar verbonden zijn door wat ze consumeren en hoe. In macro-webs hebben ecologen al lang begrepen dat wanneer hulpbronnen zoals gras en struiken worden toegevoegd aan lagere niveaus van het web, roofdieren aan de bovenkant, zoals wolven, er vaak van profiteren. Het onderzoeksteam, geleid door Bruce Hungate en andere onderzoekers van de Northern Arizona University en het Lawrence Livermore Laboratory wilden testen of hetzelfde gold voor de microbiële voedselwebben in wilde grond.

"We weten dat predatie een rol speelt bij het in stand houden van de bodemgezondheid, maar we wisten niet hoe belangrijk roofdierbacteriën zijn voor deze ecosystemen", zegt Hungate, die NAU's Center for Ecosystem Science and Society leidt.

Om te begrijpen wat en hoeveel roofdierbacteriën consumeerden, stelde het onderzoeksteam een ​​groot beeld samen met behulp van tientallen kleinere gegevens "snapshots:" 82 sets gegevens van 15 locaties in een reeks ecosystemen. Het team gebruikte informatie over hoe bacteriën zich in cultuur gedragen om bacteriën te categoriseren als verplichte of facultatieve roofdieren. Ongeveer 7 procent van alle bacteriën in de meta-analyse werd geïdentificeerd als roofdieren, en de meerderheid daarvan was facultatief of omnivoor.

Verplicht roofzuchtige bacteriën zoals Bdellovibrionales en Vampirovibrionales groeide 36 procent sneller en nam koolstof 211 procent sneller op dan niet-roofdieren. Toen de bodem een ​​boost van koolstof kreeg, gebruikten roofdierbacteriën het om sneller te groeien dan andere soorten. Onderzoekers zagen deze effecten ook bij de omnivore bacteriën, hoewel de verschillen minder groot waren.

Alle experimenten werden uitgevoerd met behulp van een state-of-the-art techniek genaamd kwantitatieve Stable Isotope Probing of qSIP. Onderzoekers gebruikten gelabelde isotopen, die een beetje op moleculaire hashtags lijken, om bij te houden wie actief is en voedingsstoffen in de bodem opneemt. Door het DNA in een grondmonster te sequensen en naar deze labels te zoeken, kon het team zien wie wie kweekte en at op het niveau van bacteriële taxa.

“Terwijl ik mijn gegevens analyseerde, merkte ik dat Vampirovibrio was superverrijkt. Sinds we Vampirovibrio kennen is een roofdier, raakte ik geïnteresseerd in het zoeken naar andere potentiële roofdieren in mijn andere gegevens, "zei Brianna Finley, een postdoctoraal onderzoek aan de Universiteit van Californië-Irvine en co-auteur van het onderzoek. "Dat we deze signalen konden oppikken, bevestigt echt dat qSIP een hulpmiddel is."

Deze video van 42 seconden beschrijft hoe Vampirovibrio zich hecht aan zijn prooi en de voedingsstoffen eruit "zuigt". Dit "vampierachtige" gedrag gaf het zijn naam.

Bodemecosystemen bevatten meer koolstof dan wordt opgeslagen in alle planten op aarde, dus inzicht in hoe koolstof en andere elementen zich verplaatsen tussen bodemorganismen is cruciaal voor het voorspellen van toekomstige klimaatverandering. Omdat bacteriën zo overvloedig aanwezig zijn in de bodem, spelen ze een enorme rol in de manier waarop voedingsstoffen worden opgeslagen of verloren gaan, en meer leren over hoe roofdierbacteriën als "antibiotica" werken, kan later therapeutische implicaties hebben.

"Tot nu toe maakten roofzuchtige bacteriën geen deel uit van dat bodemverhaal," zei Hungate. "Maar deze studie suggereert dat het belangrijke karakters zijn die een belangrijke rol spelen bij het bepalen van het lot van koolstof en andere elementen. Deze bevindingen motiveren ons om predatie als een proces nader te bekijken.”

_________________

Naast Hungate zijn de andere NAU-auteurs Jane Marks, professor aan de afdeling Biologische Wetenschappen; Egbert Schwartz, hoogleraar bij de afdeling Biologische Wetenschappen; afgestudeerd onderzoeksassistent Pete Chuckran, Paul Dijkstra, onderzoeksprofessor bij de afdeling Biologische Wetenschappen; afgestudeerde studente Megan Foley; Michaela Hayer, onderzoeksmedewerker voor Ecoss; Ben Koch, senior onderzoeker voor Ecoss; Michelle Mack, professor bij de afdeling Biologische Wetenschappen; Rebecca Mau, onderzoeksmedewerker, Pathogen &Microbiome Institute; Samantha Miller, onderzoeksmedewerker voor Ecoss; Jeff Propster, onderzoeksassistent voor Ecoss; afgestudeerd onderzoeksassistent Alicia Purcell; en voormalig NAU-onderzoeker Bram Stone.

Het onderzoek werd ondersteund door het Office of Biological and Environmental Research Genomic Sciences Program van het Department of Energy en een Lawrence Fellow-onderscheiding van het Lawrence Livermore National Laboratory.