I batteri del suolo devono essere in grado di adattarsi alle diverse condizioni ambientali. – Ma un nuovo studio dei ricercatori della LMU indica che un rapido adattamento può essere controproducente, mentre l'aggiustamento ritardato facilita la coesistenza di specie diverse.

Un singolo grammo di terreno può contenere fino a 10, 000 diverse specie di batteri. Come si possa mantenere un grado così straordinario di biodiversità all'interno di popolazioni costituite da specie con livelli di fitness molto variabili è una questione centrale in ecologia. Quando le miscele di batteri del suolo vengono coltivate in condizioni definite in laboratorio, il ceppo o le specie con il più alto tasso di crescita alla fine domineranno la popolazione e tutti gli altri si estingueranno. Il fisico della LMU, il professor Erwin Frey, e la sua collega, la dott.ssa Marianne Bauer, si sono ora chiesti perché questo non si verifica in condizioni naturali nel suolo. I risultati del loro studio, che appare sul giornale Lettere di revisione fisica , mostrano che un adattamento ritardato ai cambiamenti dei parametri ecologici può portare alla coesistenza stabile di specie diverse.

Il suolo è un habitat estremamente complesso, non solo biologicamente, ma anche da un punto di vista strutturale – è caratterizzato da sistemi labirintici di pori interconnessi. A seconda del contenuto di acqua, questa rete di pori consente la distribuzione dei nutrienti e consente ai batteri di entrare in contatto con le popolazioni vicine. "Ci interessava sapere se la variabilità spaziale caratteristica di questo habitat ha un impatto sulla stabilità delle popolazioni batteriche, " dice Marianne Bauer. Per trovare la risposta, Bauer e Frey consideravano un semplice sistema composto da due specie mobili che differiscono per certi tratti, e ha utilizzato simulazioni matematiche per modellare i cambiamenti nella composizione della popolazione in risposta alle fluttuazioni nella composizione dell'ambiente. Nel loro modello, una delle specie sintetizza e secerne continuamente una sostanza diffusibile promotrice della crescita, che ha un effetto benefico su tutta la popolazione. Però, perché la biogenesi del composto comporta un costo energetico, il tasso di crescita delle cellule produttrici è inferiore a quello delle altre specie. In condizioni di laboratorio, una tale combinazione di tratti porterebbe la specie a crescita lenta a essere superata e portata all'estinzione.

Però, il modello incorpora un'altra caratteristica:gli autori presumono che i membri di entrambe le specie non siano in grado di rispondere rapidamente alle fluttuazioni improvvise delle condizioni ambientali. Quindi continuano a crescere alla stessa velocità di prima per qualche tempo dopo essere entrati in una zona in cui il valore del pH o l'apporto di nutrienti differiscono da quelli che prevalevano nella loro nicchia precedente. Le simulazioni basate su questo modello indicano che il ritardo nell'adattamento alle nuove condizioni ha un effetto positivo sull'intera popolazione, e infatti permette la coesistenza a lungo termine delle due specie. Poiché i tassi di crescita di entrambe le specie dipendono dalla disponibilità del fattore di crescita, una sottopopolazione locale che contiene molte delle cellule produttrici a crescita lenta crescerà a un ritmo più veloce di una in cui ci sono molti meno produttori e, di conseguenza, livelli inferiori del fattore di crescita. "E poiché i pori nel sistema del suolo consentono lo scambio tra le popolazioni, membri di specie con tassi di crescita molto diversi possono verificarsi insieme all'interno dello stesso poro, che permette ad entrambi di sopravvivere indefinitamente, " Bauer spiega. "Questo funziona per un ampio spettro di sistemi di pori e per differenze sorprendentemente grandi nei tassi di crescita tra le due specie".

Secondo gli autori, il fatto che la coesistenza stabile delle due specie sia possibile su un'ampia gamma di spazi parametrici suggerisce che l'adattamento ritardato ai cambiamenti delle condizioni di vita gioca un ruolo significativo nel mantenimento della biodiversità. "Ciò implica che gli esperimenti che tengono conto della struttura spaziale delle nicchie ecologiche offrono un approccio promettente all'esplorazione della biodiversità in sistemi realistici, "dice Frey.