Das Recht auf Teilzeitnutzung ist vor allem in der Tourismusbranche populär. Nun zeigt eine Studie, dass Bakterien eine ähnliche Strategie bereits seit Millionen von Jahren nutzen, um Ressourcen gerecht aufzuteilen. Wenn Nahrung knapp wird, lösen miteinander konkurrierende Bakteriengemeinschaften das Problem offenbar diplomatisch: Sie wechseln sich beim Fressen ab, um die Effizienz bei der Nutzung der Ressource für beide Kolonien zu maximieren.

Sie gelten als simple mikroskopische Fressmaschinen – doch Studien der letzten Jahre haben immer deutlicher gezeigt, zu welcher Raffinesse auch Bakterien fähig sind. Im Januar 2017 haben die Forscher um Gürol Süels von der University of California in San Diego bereits über die Entdeckung berichtet, dass Bakterien in Gemeinschaften – sogenannten  Biofilmen – untereinander elektrische Signale austauschen, um zu kommunizieren und ihr Verhalten zu koordinieren. Nun sind die Forscher der Frage nachgegangen, inwieweit auch unterschiedliche Bakteriengemeinschaften miteinander in Verbindung treten und sich beeinflussen können.

„Abgesprochen“ asynchrone Wachstumsschübe

Sie führten dazu Laborversuche mit Kolonien des Bakteriums Bacillus subtilis auf Nährmedium durch. Setzt man einige Start-Mikroben auf den reichhaltigen Untergrund, beginnen sie sich zu teilen und schließlich eine Kolonie aus vielen Zellen zu bilden. Sie breitet sich dabei auf dem Nährmedium in Wachstumsschüben immer weiter aus. Für ihre Versuche ließen die Forscher zwei Kolonien in einem Abstand von zwei Millimetern nebeneinander wachsen. Es zeigte sich, dass sich die Wachstumsschübe der beiden Gemeinschaften zunächst synchronisierten.

Bei diesen Teilungsschüben nehmen die Bakterien aus dem Medium besonders viele Nährstoffe auf, die demnach mit der Zeit knapper werden können. Bei einigen Experimenten verknappten die Forscher nun gezielt den Nährstoff Glutamat im Nährmedium der beiden parallel wachsenden Bakterienkolonien. Bei jedem Wachstumsschub wurde dieser Nährstoff somit kritisch rar und schränkte die Leistungsfähigkeit der Bakterien ein.

Sie wechseln sich beim Fressen ab

Nun zeigte sich, dass die beiden Mikrobengemeinschaften „klug“ auf dieses Problem reagieren können: Sie asynchronisierten ihre Wachstumsschübe – wenn die eine Kolonie wuchs, ruhte die andere und umgekehrt. Diese „Absprache“ erfolge ebenfalls durch den Austausch von elektrischen Signale, sagen die Forscher. Durch das Ausschalten des Wettbewerbs schränkten die beiden Kolonien die übermäßige Ausbeutung des Mediums ein und vermieden damit Probleme bei der Nachlieferung des Glutamats im Medium. „Es ist üblich, dass Systeme in Einklang kommen, aber hier zeigen wir, dass auch Asynchonisation einen biologischen Nutzen bieten kann“, sagt Co-Autor Jordi Garcia-Ojalvo von der Universität Pompeu Fabra in Barcelona.

Sein Kollege Gürol Süels resümiert: „Es sind winzige und scheinbar simple Kreaturen, aber in einer Gemeinschaft beginnen Bakterien, sehr dynamische und komplexe Verhaltensweisen zu zeigen, die man hochentwickelten Organismen oder sozialen Netzwerken zuschreiben würden. Es ist faszinierend: Sie haben prinzipiell die gleiche Time-Sharing-Strategie entwickelt, die wir Menschen für unterschiedliche Zwecke verwenden – beispielsweise bei der Nutzung von Computern oder Ferienhäusern“, so der Wissenschaftler.

Zeitraffer-Film von Anti-Phasen-Oszillationen zweier Bacillus subtilis Kolonien. Die Bilder zeigen den Rand der beiden Kolonien, die auf dem gleichen Nährmedium gewachsen sind. Die Zeitspuren verdeutlichen die Asynchronität der Wachstumsschübe. (Credit: J Liu et al., Science, 2017)