Výskumníci skúmali baktérie z biofilmu v potoku napájanom ľadovcom a zistili, že ich vzťahy nie sú postavené len na súťažení. Pomerne často spolu dokážu koexistovať, a to aj vtedy, keď využívajú podobné zdroje. Keď však medzi nimi dôjde k priamemu súpereniu, navrch majú kmene s vlastnosťami, ktoré im umožňujú rásť efektívne aj v prostredí s veľmi obmedzenými živinami.
Snímka zobrazuje: Functional and ecological drivers of bacterial interactions in glacier-fed stream biofilms.
Biofilmy sú bežnou formou bakteriálneho života. Tvoria ich priestorovo usporiadané spoločenstvá buniek obalené vlastnou matricou, v ktorých si mikróby navzájom ovplyvňujú rast aj správanie. Práve preto majú veľký význam pre fungovanie vodných ekosystémov. O tom, čo presne rozhoduje o spolupráci alebo konkurencii medzi jednotlivými bakteriálnymi kmeňmi v potočných biofilmoch, však doteraz vieme len málo.
Autori práce analyzovali bakteriálne kmene izolované z biofilmu v ľadovcovom potoku pomocou fenotypových testov, genómiky a metabolického profilovania. Zamerali sa na to, ako sa kmene správajú v spoločnej kultúre a ktoré vlastnosti stoja za tým, či vedľa seba vydržia, alebo sa navzájom vytlačia.
Koexistencia bola podľa výsledkov pomerne častá: objavila sa pri 37 percentách dvojíc kmeňov. Platilo to dokonca aj pri baktériách, ktoré boli evolučne blízke a siahali po podobných zdrojoch. To je dôležitý poznatok, pretože samotná príbuznosť ani prekryv v spôsobe využívania živín zjavne automaticky nevedú k tomu, že jeden kmeň druhý vytlačí.
Vedci zároveň našli viacero znakov pozitívnych interakcií. Patrilo k nim metabolické cross-feeding, teda situácia, keď jeden mikrób využíva látky vytvorené druhým, ďalej synergická tvorba biofilmu a aj prípady, keď jedna baktéria podporila vznik biofilmu u iného druhu. Inými slovami, časť baktérií si v spoločnom prostredí nevytvára len prekážky, ale aj podmienky, ktoré druhým uľahčujú život.
Pri konkurenčných interakciách, keď jeden kmeň druhý prerástol alebo vytlačil, mali dominantné baktérie spoločné viaceré črty. Výskumníci pri nich zaznamenali oligotrofné vlastnosti, teda znaky typické pre organizmy prispôsobené na život v chudobnom prostredí. Išlo napríklad o vyššiu efektivitu využitia uhlíka, väčšiu špecializáciu na substráty, rastové stratégie s vysokým výťažkom a produkciu antagonistických molekúl.
Praktický význam výsledkov je pomerne jasný. Ak chceme rozumieť tomu, ako sa v tokoch skladajú mikrobiálne spoločenstvá a ako stabilne fungujú, nestačí poznať len zoznam prítomných druhov. Dôležité je vedieť aj to, ktoré baktérie si navzájom odovzdávajú metabolity, ktoré spolu vytvárajú biofilm a ktoré majú výhodu v boji o obmedzené zdroje.
Štúdia tak ukazuje dve paralelné sily, ktoré formujú bakteriálne spoločenstvá v potočných biofilmoch. Na jednej strane stojí efektívny rast a schopnosť presadiť sa v prostredí s nízkou dostupnosťou živín. Na druhej strane široko rozšírená metabolická spolupráca, ktorá môže pomáhať rôznym baktériám prežívať vedľa seba.
Autori zdôrazňujú, že práve takéto interakcie sú kľúčové pre skladbu komunít v biofilmoch vodných tokov. Baktérie v nich totiž netvoria len pasívne povlaky na povrchu kameňov či sedimentov, ale základ mikrobiálnych procesov, od ktorých závisí fungovanie riečneho prostredia.
Čo je biofilm a prečo je dôležitý
Biofilm si možno predstaviť ako tenkú, ale organizovanú vrstvu mikróbov prichytenú na povrchu. Nejde o náhodné zhluky buniek. Baktérie v biofilme žijú blízko seba, obklopuje ich ochranná matrica a medzi jednotlivými členmi komunity prebieha výmena látok aj signálov. V prírodných vodách sú takéto spoločenstvá bežné a zohrávajú dôležitú úlohu pri kolobehu živín a rozklade organických látok. V tomto prípade je podstatné, že sledovaný biofilm pochádzal z ľadovcového potoka, teda z prostredia, kde býva živín málo a podmienky sú náročné.
Prečo je koexistencia aj pri podobných kmeňoch zaujímavá
V ekológii sa často predpokladá, že organizmy s podobnými nárokmi budú silno súťažiť. Táto práca však ukazuje, že pri baktériách v biofilme to nemusí byť také jednoduché. Aj kmene, ktoré sú si evolučne blízke a siahajú po podobných zdrojoch, môžu pomerne často existovať vedľa seba. To naznačuje, že o výsledku nerozhoduje len to, čo baktérie spotrebujú, ale aj to, ako efektívne to robia, aké vedľajšie produkty vytvárajú a či svojou prítomnosťou pomáhajú alebo brzdia ostatných členov komunity.
Ako môže vyzerať bakteriálna spolupráca
Zdroj uvádza niekoľko foriem pozitívnych interakcií. Metabolické cross-feeding znamená, že jedna baktéria dokáže využiť látky, ktoré vznikli činnosťou druhej. Synergická tvorba biofilmu zas naznačuje, že spoločný rast môže viesť k pevnejšiemu alebo úspešnejšiemu biofilmu, než keby každý kmeň rástol sám. Interspecifická indukcia biofilmu znamená, že prítomnosť jedného druhu podporí tvorbu biofilmu u iného. Vo všeobecnom kontexte to pripomína, že mikrobiálne komunity nemožno chápať len ako arénu neustáleho boja, ale aj ako sieť vzťahov, v ktorej sa môžu objavovať obojstranne výhodné väzby.
Prečo v konkurencii vyhrávajú oligotrofné vlastnosti
Keď sa spolupráca nepresadí a rozhoduje priamy súboj, výhodu majú podľa tejto práce kmene s črtami typickými pre prostredie chudobné na živiny. Vyššia efektivita využitia uhlíka znamená, že baktéria dokáže z dostupných zdrojov vyťažiť viac. Špecializácia na substráty môže zasa pomôcť lepšie zužitkovať konkrétne látky, ktoré sú v prostredí k dispozícii. Rastové stratégie s vysokým výťažkom zvýhodňujú kmene, ktoré dokážu hospodáriť úsporne. Produkcia antagonistických molekúl navyše poskytuje priamy nástroj, ako obmedziť konkurenta. V ľadovcových potokoch, kde sú zdroje obmedzené, dávajú takéto vlastnosti ekologický zmysel.
Čo tieto zistenia ešte nehovoria a čo bude dôležité ďalej
Štúdia prináša detailný pohľad na interakcie medzi izolovanými kmeňmi v spoločnej kultúre a prepája ich s konkrétnymi vlastnosťami baktérií. To je cenné, no zároveň treba mať na pamäti, že prírodný biofilm býva ešte zložitejší. V reálnom toku pôsobí naraz viac druhov, mení sa prietok, dostupnosť živín aj fyzikálne podmienky. Všeobecne preto platí, že ďalší výskum môže ukázať, ako sa tieto vzťahy správajú v početnejších a dynamickejších komunitách. Už teraz je však zrejmé, že bez poznania konkrétnych interakcií medzi baktériami sa fungovanie potočných biofilmov vysvetľuje len čiastočne.
Na poskytovanie tých najlepších skúseností používame technológie, ako sú súbory cookie na ukladanie a/alebo prístup k informáciám o zariadení. Súhlas s týmito technológiami nám umožní spracovávať údaje, ako je správanie pri prehliadaní alebo jedinečné ID na tejto stránke. Nesúhlas alebo odvolanie súhlasu môže nepriaznivo ovplyvniť určité vlastnosti a funkcie.
Funkčné
Vždy aktívny
Technické uloženie alebo prístup sú nevyhnutne potrebné na legitímny účel umožnenia použitia konkrétnej služby, ktorú si účastník alebo používateľ výslovne vyžiadal, alebo na jediný účel vykonania prenosu komunikácie cez elektronickú komunikačnú sieť.
Predvoľby
Technické uloženie alebo prístup je potrebný na legitímny účel ukladania preferencií, ktoré si účastník alebo používateľ nepožaduje.
Štatistiky
Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na štatistické účely.Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na anonymné štatistické účely. Bez predvolania, dobrovoľného plnenia zo strany vášho poskytovateľa internetových služieb alebo dodatočných záznamov od tretej strany, informácie uložené alebo získané len na tento účel sa zvyčajne nedajú použiť na vašu identifikáciu.
Marketing
Technické úložisko alebo prístup sú potrebné na vytvorenie používateľských profilov na odosielanie reklamy alebo sledovanie používateľa na webovej stránke alebo na viacerých webových stránkach na podobné marketingové účely.
