6.2B: Oligotrophe

Ein Oligotropher ist ein Organismus, der in einer Umgebung gedeiht, die sehr wenig Nährstoffe bietet. Sie stehen im Gegensatz zu kopiotrophen Organismen, die nährstoffreiche Umgebungen bevorzugen. Oligotrophe Organismen zeichnen sich durch langsames Wachstum, niedrige Stoffwechselraten und eine allgemein geringe Populationsdichte aus. Zu den oligotrophen Lebensräumen gehören tiefe ozeanische Sedimente, Höhlen, Gletscher- und Polareis, tiefe unterirdische Böden, Grundwasserleiter, Meereswasser und ausgelaugte Böden. Ein Ökosystem oder eine Umgebung wird als oligotroph bezeichnet, wenn sie wenig bietet, um Leben zu erhalten. Der Begriff wird üblicherweise verwendet, um Umgebungen aus Wasser, Eis, Luft, Gestein oder Boden mit sehr geringen Nährstoffgehalten zu beschreiben. Oligotrophe Umgebungen sind von besonderem Interesse für alternative Energiequellen und Überlebensstrategien, auf die sich das Leben stützen könnte. Ein Beispiel für ein oligotrophes Bakterium ist Caulobacter crescentus.

Caulobacter crescentus ist ein gramnegatives, oligotrophes Bakterium, das in Süßwasserseen und -bächen weit verbreitet ist. Der Kontrollkreislauf, der den Zellzyklus von Caulobacter steuert und antreibt, umfasst die gesamte Zelle als integriertes System. Der Kontrollkreislauf überwacht die Umgebung und den internen Zustand der Zelle, einschließlich der Zelltopologie, während er die Aktivierung der Subsysteme des Zellzyklus und die asymmetrische Zellteilung von Caulobacter crescentus steuert. Die Proteine des Caulobacter-Zellzyklus-Kontrollsystems und seine interne Organisation sind bei vielen Alphaproteobakterienarten konserviert, aber es gibt große Unterschiede in der Funktionalität des Regulationsapparats und der peripheren Konnektivität zu anderen zellulären Subsystemen von Art zu Art. Das Zellzyklus-Kontrollsystem von Caulobacter wurde durch evolutionäre Selektion als Gesamtsystem für einen robusten Betrieb angesichts von internem stochastischem Rauschen und Umweltunsicherheiten optimiert.

Das Kontrollsystem der Bakterienzelle ist hierarchisch aufgebaut. Das Signalisierungs- und Kontrollsubsystem steht über sensorische Module, die sich größtenteils auf der Zelloberfläche befinden, mit der Umwelt in Verbindung. Die genetische Netzwerklogik reagiert auf Signale aus der Umwelt und von zellinternen Statussensoren, um die Zelle an die aktuellen Bedingungen anzupassen.