Hulspas weet het | Zo wijs als een bacterie

COLUMN - Bacteriën houden niet van zwemmen. Voor een microscopisch levensvormpje is gewoon water zeer viskeuze materie, en zwemmen is dus zwaar werk. Maar hij moet wel. Anders vind je niks. Een bacterie zwemt gewoon rechtuit, totdat hij een signaal krijgt dat er uit een bepaalde richting meer voedzame moleculen langskomen. Dan maakt hij een koprol, en zwemt weer door – in de hoop dat hij na de koprol in een gunstiger richting zwemt. Is dat niet het geval, dan wordt er weer een koprol gemaakt, enzovoorts.

Johannes Keegstra, een promovendus van de Systems Biology groep van het AMOLF, bouwde een speciale microscoop waarmee hij het zwem-signaal-tuimelgedrag van één enkele bacterie kan volgen. Hij ontdekte dat genetisch identieke bacteriën zich heel verschillend kunnen gedragen. Keegstra:

Elke bacterie lijkt een eigen persoonlijkheid te hebben. We vonden bijvoorbeeld dat de chemische drempelconcentratie waarop ze reageren, aanzienlijk verschilt tussen bacteriën.

Daarnaast zag hij dat het signaalsysteem in een bacterie het ene moment gevoeliger is dan de andere. Hetzelfde signaal was de ene keer een tuimeling waard maar even later niet meer. Keegstra:

De aanzienlijke variatie in stemmingen zou kunnen betekenen dat sommige bacteriën zich gedragen als verkenners die afgelegen, grote gebieden onderzoeken met slechts soms een belangrijk resultaat, terwijl anderen dichtbij blijven en efficiënt gebruik maken van wat daar te vinden is. Zo’n verdeling van de arbeid kan gunstig zijn voor de hele populatie.

Maar hoe kan dat gedrag ontstaan? Het persbericht dat de groep hierover uitbracht, stelt:

De onderzoekers menen dat toevalsgebeurtenissen in de cel deze wisselende moleculaire signalen veroorzaken. “We denken dat de bacteriële individualiteit niet komt door nature (de DNA volgorde) of nurture (omgevingsinvloeden), maar veel meer door willekeurige gebeurtenissen zoals botsingen van moleculen binnenin de bacterie, een klassiek voorbeeld van wat fysici ‘ruis’ noemen,” aldus [onderzoeksleider] Shimizu.

En daar geraak ik onder water. Ruis is ruis, en veroorzaakt ruiserige processen. Die zouden verantwoordelijk kunnen zijn voor de stemmingswisselingen (al verwacht ik daar dan wél een glijdende schaal), maar ruiserigheid kan niet het bestaan van twee (en niet meer) bacteriële persoonlijkheden verklaren. Hier is toch meer aan de hand,

Het aardige is natuurlijk dat die twee persoonlijkheden ook bij andere, hogere diersoorten optreden. Onderzoek laat zien: je hebt introverte en extraverte wormen en watertorren, honden en katten, vissen en vogels, en ga zo maar door. Iedereen met een vogelhuisje in de tuin (en een flinke dosis ethologisch geduld) kan het zien: je hebt durfallen en schijters. Stoere katten en bangeriken. De een gaat overal nieuwsgierig op af; de ander blijft liever veilig op afstand. Dat zijn geen antropomorfismen; het is een inmiddels behoorlijk hard onderzoeksresultaat. En je ziet het dus ook bij bacteriën.

Het kan niet anders of die polariteit zit wel degelijk ingebakken in het DNA. Keegstra geeft het zelf al aan: het feit dat er twee verschillende ‘gedragspolen’ bestaan, heeft zo zijn voordelen. Soms is riskant gedrag verstandiger, een tijdje later juist helemaal niet. De enige manier om dat soort wisselingen in de omgeving op populatieniveau te overleven, uit te buiten, is twee verschillende vormen van gedrag vertonen..

Nader onderzoek is dringend gewenst. Welke andere karaktereigenschappen zijn ook al door bacteriën ontdekt? Hebben ze gevoel voor humor? Zitten er zeurpieten onder? Gierigaards? Hoe meer we weten van die kleine zwemmers, hoe meer we leren over ons onvermogen om onszelf te veranderen.

  1. 1

    Elke bacterie lijkt een eigen persoonlijkheid te hebben.

    Ik zou het geen persoonlijkheid noemen. Individuele cellen van een menselijk lichaam ‘gedragen’ zich net zo. En net zo verschillend. Dat is een wel erg ver doorgevoerd anthropomorfisme: eigenschappen van de mens op een bacterie projecteren. Persoonlijkheid lijkt me meer de som van de gedragingen van triljarden van onze lichaamscellen.

    maar ruiserigheid kan niet het bestaan van twee (en niet meer) bacteriële persoonlijkheden verklaren

    Waarom niet? De genetische achtergrond wordt verondersteld constant te zijn, net zoals de omgeving/proefopzet. Maar bacteriën van eenzelfde stam laten mutaties achter na elke deling. Bovendien is er een zekere variate in ‘fitheid’ van een bacterie, afhankelijk van de kweekomstandigheden voorafgaand aan de proef. En die zijn zeker niet 100% constant (daar kan ik zo 100 factoren voor opnoemen die ervoor zorgen dat dat niet 100% is). Hetzelfde verhaal met de proefopzet waarbij individuele bacteriën gestimuleerd worden. Ook daar zit onvermijdelijke variatie in. De vraag is: hoe groot zijn die variaties en in hoeverre hebben die invloed op de uitkomst?

    Heeft de groep ook een controle uitgevoerd met een en dezelfde bacterie? Is de variatie die tussen verschillende bacteriën gezien is ook te zien bij één bacterie die verschillende malen getest is Misschien praktisch gezien niet zo goed uit te voeren, maar zonder een dergelijk experiment kun je niet concluderen of de bacteriën zich verschillend gedragen, of dat de proefopzet toch niet zo constant is als wordt aangenomen en de oorzaak is van deze variatie (de ‘ruis’).

    En dan nog de meest filosofische vraag n.a.v. dit alles. Wat nou als verschillende bacteriën verschillende persoonlijkheden hebben die niet terug te voeren zijn op DNA of leef- en experimentele omstandigheden? Welke derde factor hebben we dan nog die dat verschil kan verklaren? Geesten? De hand van God?

  2. 4

    Nog een dingetje. Als je bacteriën individueel onderzoekt, is er dan wel rekening gehouden met de ‘leeftijd’, dwz de tijd waarop het ‘beestje’ voor het laatst een binaire deling doorgemaakt heeft? Vijf minuten na de deling of tien minuten na de deling kan nogal een verschil betekenen in metabole toestand van de cel (met mogelijk grote gevolgen voor de ‘persoonlijkheid’), zeker als deze zich om de twintig minuten deelt. Allemaal erg lastige zaken om rekening mee te moeten houden bij dit soort onderzoektjes.

  3. 5

    @4: Zou er dan ook een relatie zijn met het feit dat als je een ‘persoonlijke bacteriële aandrang’ aanvankelijk negeert, dat het na twintig minuten vooreerst ook niet meer hoeft? Dat er dan eerst een paar generaties bacteriën overheen moeten gaan eer je weer moet? Ik ga er dan maar van uit dat de meesten van ons hierbij hun eigen dagritme hebben, en als dat is verstoord, kan men vaak zijn draai niet meer vinden.

  4. 6

    @5: Lijkt me nog weer een reden om je vingers niet te branden aan ‘individueel gedrag’ bij bacteriën, maar het onderzoek wijselijk te richten op ‘de groep’. Als men dan toch zo’n leuk microscoopspeeltje heeft, middel de gedragingen dan op z’n minst uit of cluster ze en kijk dan of er verbanden bestaan met andere zaken, zoals celvolume, verschillende interventies en verschillen in genexpressie (of een van de vele andere factoren).