Nicht immer nimmt der Gewinner alles

Dass diese Theorie im echten bakteriellen Leben zutrifft, hat nun ETH-Forscherin Olaya Rendueles als erste experimentell beweisen k?nnen. Die Postdoktorandin arbeitet am Institut f¨¹r integrative Biologie der ETH Z¨¹rich in der Gruppe von Professor Gregory J. Velicer. Velicer besitzt eine der gr?ssten Sammlungen an M. xanthus-St?mmen weltweit ¨C ¨¹ber 1000 verschiedene lagern bei ihm im K¨¹hlschrank in Kultur.

Um herauszufinden, welche Faktoren f¨¹r die hohe Diversit?t des Bodenbakteriums verantwortlich sind, hat Rendueles die Konkurrenzkraft von einigen Myxococcus xanthus-Varianten miteinander verglichen. Ihre Studie ver?ffentlichte sie soeben in der Fachzeitschrift ?Current Biology?.

Auf Kulturschalen veranstaltete die Forscherin eine Art Ritterturnier. Zuerst pr¨¹fte sie, welcher Stamm sich in einem Eins-zu-eins-Duell durchsetzt. Dabei zeigte sich, dass sich stets der konkurrenzstarke durchsetzte und den schwachen vernichtete. So ging Diversit?t verloren.

Nicht so, wenn der Konkurrenzschwache dem Starken zahlenm?ssig im Verh?ltnis 99:1 ¨¹berlegen war. Dann vernichtete der Schw?chere den St?rkeren. Die Fachleute nennen diesen Selektionsvorteil aufgrund einer zahlenm?ssigen ?berlegenheit ?positive frequenzabh?ngige Selektion? (Frequenz als Synonym f¨¹r H?ufigkeit).

Nische rettet Konkurrenzschw?chere

Ordnete Rendueles die Duelle schachbrettartig auf vier Feldern an ¨C auf einem weissen Feld ?bermacht des Schw?cheren, auf dem schwarzen Feld ?bermacht des St?rkeren, dann setzte sich auf dem jeweiligen Feld immer der zahlenm?ssig ?berlegene durch.

Aber: Hatte sich der Konkurrenzschw?chere dank seiner zahlenm?ssigen ?berlegenheit auf seinem Feld durchgesetzt, hielt er dieses Feld erfolgreich. Der Konkurrenzst?rkere konnte diese Nische nicht erobern. Eine soziale Barriere zwischen den genetisch unterschiedlichen St?mmen verhinderte den ?bergriff. Rendueles fand heraus, dass sich zwei verschiedene St?mme nur im direkten Kontakt einzelner Individuen bek?mpfen k?nnen, nicht aber aus der Ferne, wie zum Beispiel ¨¹ber Antibiotika, welche den Gegner t?ten. Insgesamt blieb die Diversit?t der Gesamtpopulation, die alle vier Felder umfasst, also erhalten.

F¨¹r Rendueles spricht dies eindeutig daf¨¹r, dass die positive frequenzabh?ngige Selektion die Vielfalt von Genotypen innerhalb einer Population erhalten oder gar f?rdern kann, wenn sich konkurrenzschw?chere Varianten einer Art in Nischen halten k?nnen, die den dominanten nicht zug?nglich sind.

H?ufigkeit als Selektionsvorteil

?Das ist der erste experimentelle Nachweis dieses theoretisch vorausgesagten Mechanismus¡®?, freut sich die Postdoktorandin. W?re die Population nicht ungleichm?ssig verbreitet, etwa in w?ssriger L?sung wie im Meer, w¨¹rde die Geschichte anders ausgehen, erg?nzt sie. In einer solchen Situation, in der sich alle vorhandenen St?mme stark durchmischen k?nnen, w¨¹rde nur der konkurrenzst?rkste oder zahlenm?ssig ¨¹berlegene Bakterienstamm ¨¹berleben. Dies f¨¹hrt unweigerlich zu einer Verminderung der genetischen Vielfalt.

Der experimentelle Nachweis f¨¹r die Hypothese der positiv frequenzabh?ngigegn Selektion als Mechanismus zum Erhalt der Diversit?t ist deshalb wichtig, weil bisher nur eine ?ltere, etablierte Theorie, n?mlich die der negativ frequenzabh?ngigen Selektion, als der Hauptmechanismus zum Erhalt von Vielfalt galt. Bei dieser Selektion k?nnen seltene Genvarianten einen Vorteil gegen¨¹ber h?ufigen, dominanten Varianten haben, da sie weniger oft Beutegreifern zum Opfer fallen. So entgehen zum Beispiel abweichende Farbvarianten einer Schmetterlingspopulation einem Raubtier, weil sie besser getarnt sind als das Gros des Bestandes. Dieser Selektionsvorteil besteht nur so lange, als dass die Genvariante Tarnfarbe selten bleibt.

Die positiv frequenzabh?ngige Selektion hingegen wurde bis anhin als diversit?tsvermindernd (?the winner takes it all?) angesehen. ?Wir zeigen nun auf, das auch positiv frequenzabh?ngige Selektion die Diversit?t erhalten kann, indem es schw?cheren Genvarianten das ?berleben erlaubt, wenn sie gegen¨¹ber dominanten Varianten zahlenm?ssig ¨¹berlegen sind?, so Rendueles.

Die Forscher sind ¨¹berzeugt, dass dieser Mechanismus nicht nur f¨¹r M. xanthus gilt, sondern auch f¨¹r viele weitere Organismen.