Bodembacterie vindt samenwerking telkens opnieuw uit

Samen sta je sterk, aan dat principe houdt de bodembacterie Myxococcus xanthus hardnekkig vast. Duitse evolutiebiologen schakelden bij deze bacteriën een cruciaal gen uit dat het organisme het vermogen geeft collectief uit te zwermen. Maar de bacteriën evolueerden die eigenschap binnen de kortste keren weer terug. In alle gevallen was de nieuw geëvolueerde oplossing zelfs beter dan het orgineel (Nature, 4 sep).

Myxococcus-bacteriën kennen twee manieren om zich door de bodem te verplaatsen. Enerzijds is er de individualistische A-motiliteit, waarbij individuele cellen een soort slijm uitscheiden. Daarnaast bestaat er ook S-motiliteit, waarbij de bacteriën aan hun celoppervlak zogeheten pili vormen, vingervormige uitstulpingen waarmee zij zich aan elkaar kunnen hechten. De S-motiliteit is een collectieve vorm van voortbewegen.

Biologen Gregory Veller en Yuen-tsu Yu van het Max Planck Instituut voor ontwikkelingsbiologie in Tübingen vernietigden in hun experiment het PilA-gen van een Myxococcus-bacteriestam, waardoor deze het vermogen van S-motilteit verloor. Daaruit lieten zij acht afzonderlijk evoluerende stammen ontstaan door de kolonies generatie na generatie op verse voedingsbodems te laten groeien. Na 32 van die overplaatsingen (21 in twee gevallen) hadden alle acht stammen een collectief uitzwermend vermogen ontwikkeld dat groter was dan de orginele stam.

Het bleek dat de bacteriën niet het aloude PilA-gen had teruggeëvolueerd, maar via natuurlijke selectie op een alternatieve oplossing waren uitgekomen, die zelfs beter werkte. Elk van de acht stammen was bovendien met een andere oplossing gekomen, hetgeen bleek uit hun verschillende vermogens om uit te zwermen en de verschillende manieren waarop zij dat deden.

Nadat de biologen in deze stammen via een genetische ingreep ook de A-motiliteit uitschakelden bleken zij niet meer in staat uit te zwermen. Dat systeem is dus in ieder geval betrokken bij de alternatieve oplossing, maar dat is niet de enige factor want Velicer en Yu ontdekten dat ook de vorming van fibrillen bijdraagt aan de motiliteit.

Voor de individuele bacterie kost de aanmaak van pili of fibrillen veel extra energie. De biologen ontdekten dat bacteriekolonies in een wateroplossing sneller groeien als zij geen fibrillen aanmaken; daar gaat dus veel energie inzitten. Maar op een vaste voedingsbodem is het voordeliger om collectief de strijd in te gaan.

Samenwerkende groepen bacteriën kunnen dankzij hun uitzwermende structuur voedselbronnen bereiken die niet bereikbaar zijn voor individuele bacteriën. Het gemeenschappelijke voordeel weegt daardoor op tegen de kosten voor het individu en zo ontstaat een primitieve vorm van sociaal gedrag. Het onderzoek levert inzicht hoe de eerste stap naar meercelligheid kan zijn verlopen in de vroege evolutie uit eencellig leven.