研究发现细菌依靠合作和进化来抵御掠食性原生生物
吃和被吃是自然界的正常过程。这些捕食者-猎物的动态有助于稳定生态系统。它确保单个物种不会变得过于丰富，控制其种群，并防止人口过剩造成的损害(例如，在森林中被鹿浏览或毛毛虫对农作物的破坏)。
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但是，捕食者为什么不简单地吃掉所有的猎物，从而破坏系统呢?亥姆霍兹环境研究中心(UFZ)的一个研究小组与德累斯顿技术大学(TU)和波茨坦大学的科学家一起，利用生活在水体中的细菌和原生生物对此进行了研究，并发现了一些令人惊讶的东西。
根据最近发表在ISME杂志上的一篇文章，细菌通过合作行为和进化来保护自己免受掠食性原生生物的侵害。
在湖泊或河流中，仅10毫升水中就有1万到1万细菌。如此高的密度是必要的，因为细菌会永久分解有机化合物和污染物，从而净化水。但是，如果细菌过多，则可能导致病原体的传播。防止这种情况需要捕食者：微观原生生物，其中通常在<>毫升水中有几百到几千只个体。
它们不断吃细菌，从而确保细菌发挥其清洁功能，但不会变得太丰富。利用细菌Pseudomonas putida和细菌原生生物Poteriospumella lacustris，研究小组研究了细菌各种防御策略的作用以及摄食抗性的形成如何与生态系统的动态相关。
合作行为有帮助——但只是短期内
在为期五周的实验室实验中，科学家们发现，正如预期的那样，掠食性原生生物首先在细菌培养物中繁殖了一周，并减少了细菌的数量。然而，原生生物的数量在第二周迅速崩溃，因为细菌产生了一种毒素，强烈抑制了这些捕食者的繁殖。
“只有当相对大量的细菌加入并将相应数量的毒素释放到水中时，这种化学防御才会成功，”UFZ和德累斯顿工业大学的主要作者和水生生物学家Magali de la Cruz Barron博士说。
这种合作行为至少在短时间内保护了整个人口。但几天后，细菌不再分泌毒素，捕食者在第三周结束时恢复。无法确切地说出为什么会这样。对这种现象的一种常见解释是，形成了太多的“作弊者”。
在这种情况下，这些细菌本身不会形成毒素，但它们在群体中受益于它们，因为它们不必花费任何自己的努力来保护自己。“但是我们可以在数学模拟的帮助下证明，如果替代防御策略发展，作弊者就没有必要解释这种模式，”Magali de la Cruz Barron解释说。
个体防御持续时间长，稳定人口密度
事实上，研究小组发现了细菌从第三周开始发展的第二种防御机制。大多数细菌形成细丝(即细胞排列成链状的线)。这些使细菌大10到100倍，体积更大，因此其中许多不能再被原生生物吃掉。这种个人行为是成功的。
细菌密度在第五周结束时稳定下来。然而，仍然有足够数量的细菌可以吃掉，因为为了繁殖，细菌必须不断形成小单位，作为捕食者的食物。这也使原生生物能够建立稳定的种群密度。与毒素形成不同，细菌的个体防御是不可逆的。
“通过对细菌基因组进行测序，我们已经证明细丝的形成确实伴随着遗传物质的变化。进化就这样发生了。不是在数百万年的时间里，而是在短短几天内，“UFZ河流生态学系的合著者和负责人Markus Weitere教授博士说。这一观察结果并不是全新的。众所周知，进化可以在相对较短的时间内发生，特别是在细菌等快速生长的生物中。
“但值得注意的是，这种突变并非只发生过一次。实验经常重复，并且总是进行这些调整，“Weitere说。尽管基因组的变化可能是偶然发生的，但它会导致细菌中可重复的适应模式。
通过这个实验，研究小组展示了防御策略的形成如何影响捕食者 - 猎物系统的动态，以及这种防御对于稳定种群的重要性。同样清楚的是，猎物物种不依赖一种策略是有道理的。
“根据情况，几种策略中的一种可能会成功。在我们的实验中，正是快速的合作行为导致了最初的成功。最后，通过进化实现的更繁琐的个人防御导致了永久防御，“Weitere说。因此，个人保护占了上风——即使最初的合作防御肯定对社区有利。
