Einführung in die. Mikrobielle Ökologie

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Norbert Dresdner
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1 Einführung in die 6 Mikrobielle Ökologie Anpassungen Wechselwirkungen Ohne Formel - zum Nachdenken... 1

Anpassungen Anpassungen Liebig's Gesetz vom Minimum: eine Komponente wird limitierend (Pflanzenertrag) Ökosystem: mehrere Komponenten werden limitierend für Aktivität, da verschiedene Populationen

2 Anpassungen Anpassungen Liebig's Gesetz vom Minimum: eine Komponente wird limitierend (Pflanzenertrag) Ökosystem: mehrere Komponenten werden limitierend für Aktivität, da verschiedene Populationen mit verschiedenen Bedürfnissen sich entwickeln Anpassung eines Organismus oder einer Population: Regulation Anpassung einer Lebensgemeinschaft: Selektion Baas-Becking 1934: Everything is everywhere, but the environment selects Strategien Was ist eine Strategie? z.vgl.: Mäuse nagen ein Gerippe gründlicher ab als Löwen... r: Rate K: Kapazität 2

3 Abhängigkeit der Wachstumsrate von der Substratkonzentration Wachstumsrate µ max. [s] µ = K S + [s] µ : Wachstumsrate [s] : Substratkonzentration K S : Substratkonzentration bei halbmaximaler Wachstumsrate Als Maß für die Substrat-Affinität (A) eines Stammes bestimmt man den Quotienten aus der maximalen Rate bei sättigender Substratkonzentration (µ max ) und K S. A = µ max /K S Anpassung an Nahrungsmangel Anpassungen Sporenbildung Abbau von Reservestoffen (z.b. PHB, Poly-Hydroxybuttersäure) und Ribosomen Ausbildung von neuen Proteinen (z.b. Transport-, 'Hitzeschock'-Proteine) Reduktive Teilung: Zellzahl und Oberfläche nehmen zu Ultramikrobakterien 0 < 0.2 µm Entwicklung von Chemotaxis, später Verlust der Beweglichkeit Viable but nonculturable cells (VBNC)!? 3

4 Erhaltungsstoffwechsel Erhaltungsstoffwechsel (Maintenance energy) 4 mmol ATP g -1 Trockenmasse h -1 = 4800 J d -1 (g Trockenmasse) ATP cycles pro Bakterium und Stunde 1-10 mm ATP im Cytoplasma, Zellvollumen l 6 * 10 5 ATP-Moleküle pro Zelle 1 Cyclus pro sec für jedes ATP-Molekül Seitz H-J, Cypionka H (1986) Arch Microbiol 146:63-67 Müller RH, Babel W (1996) Appl Environ Microbiol 62: Harder J (1997) FEMS Microbiol Ecol 23:39-44 Wir verstehen das (Über-)Leben in einer Population mit 1000 Jahren Verdopplungszeit noch nicht Wechselbeziehungen zwischen Populationen (oder Organismen) A B Neutralismus 0 0 Kommensalismus 0 + Wechselbeziehungen Amensalismus - 0 Mutualismus + + Symbiose (räumlich) *) Syntrophie (funktional) Parasitismus, Räuber-Beute- + - Beziehung Konkurrenz - - Population: Vertreter einer Art an einem Standort Lebensgemeinschaft: Alle Populationen an einem Standort *) Im Englischen wird 'symbiosis' oft nur für räumliche Nähe ohne fördernde Wirkung gebraucht Positiv denken! 4

5 Fotos Jörg Overmann 5

Detektierte Stoffe wirken als Effektoren für Regulatorproteine und lösen Hemmung/Aktivierung oder

6 Fotos Jörg Overmann Regulation Chemosensorik Regulation als Antwort auf intrazelluläre und Milieufaktoren erfordert Sensoren. Detektierte Stoffe wirken als Effektoren für Regulatorproteine und lösen Hemmung/Aktivierung oder Repression/Induktion aus. Reaktion auf Substrate, Nährstoffe: Transportsysteme, Abbauwege, Taxis Regulation der Geißel- Drehrichtung in Abhängigkeit von einem Attraktant. 6

7 Chemosensorik Chemo- und Phototaxis Taktische Reaktionen auf - Chemische Verbindungen (Attraktants oder Repellents) - Licht (Phototaxis) -? Magnetfeld: passive Ausrichtung wie Magnetnadel, Orientierung im Sauerstoffgradienten Die Bakterien reagieren nicht nur auf die Sauerstoffkonzentration, sie gestalten auch den Gradienten Bandenbildung sulfatreduzierender Bakterien um Sauerstoffblasen Wechselwirkungen Wechselwirkungen Neutralismus Ökologie? Kommensalismus, Amensalismus (langweilig) Konkurrenz Substrate, Nährstoffe, Platz Mutualismus (Synergismus) Syntrophie, Symbiose, Hofbildung, Signalstoffe Parasitismus, Räuber-Beute-Beziehung 7

8 Weshalb ist der Frosch grün? Maikäfer, flieg'! Ein Maikäfer, dem man die Flügel abschneidet, kann nicht mehr hören. 8

Schöne Grüße vom Maikäfer Menschen können sowohl durch die Nase als auch durch den Mund atmen. Normalerweise lernen sie, durch die Nase zu atmen und den Mund geschlossen zu halten.

9 Schöne Grüße vom Maikäfer Menschen können sowohl durch die Nase als auch durch den Mund atmen. Normalerweise lernen sie, durch die Nase zu atmen und den Mund geschlossen zu halten. Klemmt man ihnen jedoch mit einer Klammer die Nase zu, dann vergessen sie die gute Erziehung... Chemische Signalstoffe Kommunikation Bakterien können über chemische Stoffe kommunizieren: Bakterienpheromone Bakterienpheromone erzeugen eine spezifische Antwort bei Artgenossen, z.b. - Fruchtkörperbildung bei den Myxobakterien - Leuchtreaktion bei Photobakterien Bakterienpheromone sind manchmal Peptide, oft Derivate des Homserinlactons: Als Signalstoffe wirkt auch (intra- und extrazellulär): cycliches AMP (camp) 9

Viren Viren Viele Mikroben sind von Viren befallen oder lysogen. Es gibt auch positive Wirkungen, z.b. Unterdrückung Vermehrung anderer Viren Kill the Winner führt zur Erhaltung der Diversität von Lebensgemeinschaften.

However, a gruesome event is about to occur as a silent attacker speeds forth toward an unsuspecting victim.

Once inside, the transformation begins - the predator ceases its frenzy and prepares to multiply.

10 Viren Viren Viele Mikroben sind von Viren befallen oder lysogen. Es gibt auch positive Wirkungen, z.b. Unterdrückung Vermehrung anderer Viren Kill the Winner führt zur Erhaltung der Diversität von Lebensgemeinschaften. Bdellovibrio Bdellovibrio A mild ocean breeze plays over the water surface, dispelling any notion that danger lurks in the murky depths. However, a gruesome event is about to occur as a silent attacker speeds forth toward an unsuspecting victim. In a furious collision, the savage meets its target and whittles its way into the body of the innocent prey. Once inside, the transformation begins - the predator ceases its frenzy and prepares to multiply. The host is reduced to a protective cocoon, supplying food and shelter for the growing parasite. Within hours, the nourishment is drained and the ghost-like shell of the host bursts open to release a new generation of deadly predators. And all the while, the waters remain still... Bakterien haben keine Zähne... Es gibt auch eine Gattung Vampirococcus 10

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