Ook microben worden dik

We delen onze wereld met microben. Overal tref je eencellige organismen aan, met name onder onze voeten in de bodem. Eén theelepeltje bodem bevat al miljarden micro-organismen. Invloed hebben ze dus zeker, ook al zijn ze klein. Microben breken organisch materiaal van planten af en maken voedingsstoffen beschikbaar voor planten. Bovendien vormen ze zelf de basis voor complexe voedselketens. Daarbij produceren ze grote hoeveelheden broeikasgassen zoals CO₂, maar ze vormen ook duurzaam organisch materiaal dat klimaatverandering juist kan helpen tegengaan.

Hoe het is om als zo'n microscopisch kleine microbe te leven, is voor ons in veel opzichten onvoorstelbaar. Maar op sommige punten zijn er wel degelijk overeenkomsten met dieren en dus ook met mensen. Ze hebben voedingsstoffen nodig om te groeien, scheiden afvalstoffen uit, planten zich voort en gaan uiteindelijk een keer dood. En in de loop van hun leven - dat laat het recente onderzoek zien - worden ze ook dik.

Uitgehongerde microben?

Microbiologen weten al langer dat sommige van de bacteriën en schimmels die ze in het laboratorium kweken interne voorraden kunnen aanleggen van bijvoorbeeld koolstof en energie, met hetzelfde doel als wij mensen dat met vet doen. Sommige van de stoffen die ze hiervoor gebruiken komen zelfs overeen - triacylglycerolen bijvoorbeeld (TAG), waaruit dierlijke vetten worden gevormd - terwijl andere stoffen exotischer zijn van aard, en alleen door bepaalde microben kunnen worden aangemaakt. Als je kijkt naar de barre omstandigheden waaronder microben in het wild leven, dan zou je verwachten dat ze nauwelijks voedingsstoffen overhouden en er dus letterlijk magertjes bijstaan. Daarnaast werd altijd aangenomen dat microben zich in de race om te overleven zo snel mogelijk proberen voort te planten, en daar al hun voedingsstoffen voor gebruiken.

Om te kijken of dat klopt, hebben de onderzoekers in een landbouwbodem in Duitsland de verbindingen gemeten waarmee microben voedingsstoffen opslaan. In plaats van uitgehongerde microben, troffen ze hoge niveaus van deze verbindingen aan: zo'n 10 procent van de totale microbiële massa. Een stof die daarin een groot aandeel had was polyhydroxybutyraat (PHB). PHB staat al langer in de belangstelling als mogelijke vervanger voor niet-hernieuwbare plastics. Diezelfde verbinding lijkt nu dus niet alleen van technologisch, maar ook van ecologisch belang te zijn in bodems.

Junkfood

De onderzoekers wilden ook weten wat er gebeurt als er juist een overvloed aan voedingsstoffen is voor microben, want dat is in bodems soms ook het geval. Wanneer het uiteinde van een plantenwortel zich naar een nieuw gebied uitstrekt bijvoorbeeld, en daarbij glucose en andere suikers vrijlaat in de bodem. Als 'junkfood' zoals glucose zo makkelijk voor het oprapen ligt, zou je normaal gesproken verwachten dat micro-organismen daardoor in aantal toenemen. Dat zagen ze inderdaad toen ze in hun experiment glucose toevoegden aan de bodem. Maar de microben vergrootten ook hun opslag. Met andere woorden: ze werden er dik van. Zozeer zelfs, dat in sommige gevallen meer glucose werd gebruikt voor opslag dan voor celvorming. Het laat zien dat opslag een belangrijk en tot nu toe grotendeels verwaarloosd onderdeel is van de koolstofkringloop.

Wie wat bewaart, die heeft wat

Eigenlijk is het best logisch. De bodem is een weerbarstige omgeving met weinig betrouwbare voedselbronnen, dus als microbe weet je nooit waar je volgende maaltijd vandaan komt. Als je alles gebruikt voor de voortplanting, loop je het risico op hongersnood wanneer er weer magere tijden aanbreken. En ook wanneer voedingsstoffen schaars zijn, was het zinvol om iets opzij te leggen voor later.

Het vermogen om dit soort strategische investeringen te doen, suggereert dat het gebruik van voedingsstoffen door microben een stuk geavanceerder is dan eerder werd aangenomen. De onderzoekers vermoeden dat ze met dit soort opslag hun overleving proberen veilig te stellen, terwijl de druk op het milieu toeneemt en er door wereldwijde verandering steeds vaker sprake is van extreme gebeurtenissen. Om te zorgen dat microben hun cruciale werk kunnen blijven doen, zullen deze overlevingsmechanismen waarschijnlijk van doorslaggevend belang zijn.

Meer informatie

• Het wetenschappelijke artikel: Intracellular carbon storage by microorganisms is an overlooked pathway of biomass growth, verschenen in Nature Communications in April 2023. De auteurs zijn: Kyle Mason-Jones (NIOO-KNAW), Michaela A. Dippold (Geo-Biosphere Interactions, Universiteit van Tübingen, Tübingen, Duitsland) en anderen.

Tekst: Kyle Mason-Jones & Michaela A. Dippold / NIOO-KNAW
Foto's: Kyle Mason-Jones; Dr. Martin Koller, Universiteit van Graz, Oostenrijk (microscoopfoto, met dank aan Elisabeth Ingolić, FELMI-ZFE Graz)