Synteettisten mikrobiyhteisöjen ekologiset ja fysiologiset mekanismit: Tetrahymena-suvun ripsieläimien ja bakteerilajien väliset peto- saalissuhteet, yhteisödynamiikka sekä saalisyhteisön lajidiversiteetti

Abstract

Mikrobit muodostavat monimutkaisia kokonaisuuksia luonnollisissa ympäristöissään, joissa erilaiset organismit vuorovaikuttavat ja kommunikoivat keskenään. Organismien välinen yhteistyö vaikuttaa laajasti ekosysteemien hyvinvointiin. Kaiken kaikkiaan mikrobiyhteisöt ovat erittäin tärkeitä koko biosfäärin toiminnan kannalta. Monimutkaiset vuorovaikutussuhteet sekä mikrobiyhteisöjen dynamiikka ovat olleet tutkimuksen kohteena jo pitkään. Kertyneestä tutkimustiedosta huolimatta mikrobiyhteisöjen rakennetta ja toimintaa sääteleviä mekanismeja ei vielä täysin ymmärretä. Tämän tutkielman tavoitteena oli perehtyä bakteerilajien sekä bakteereita laiduntavien Tetrahymena-suvun ripsieläimien välisiin peto-saalissuhteisiin ja selvittää miten petolajit vaikuttavat saalispopulaation kasvuun ja koostumukseen tutkimalla erilaisia synteettisiä mikrobiyhteisöjä. Ensimmäisessä koeasetelmassa tarkasteltiin peto- ja saalislajien parittaisia vuorovaikutussuhteita ja toisessa koeasetelmassa tutkittiin monimuotoisten mikrobiyhteisöjen keskinäisiä vuorovaikutuksia. Tutkimuksissa seurattiin mikrobien kasvua ja käyttäytymistä. Lisäksi saalisyhteisöjen koostumusta ja monimuotoisuutta selvitettiin DNA-sekvensoinnilla. Tutkielmassa havaittiin, että erilaiset ekologiset sekä fysiologiset mekanismit peto-saalissuhteiden muodostumisen taustalla ovat hyvin monimuotoisia eikä yhteisödynamiikassa tapahtuvia muutoksia voida tulkita yksiselitteisesti. Merkittävää oli, että Tetrahymena-suvun ripsieläimien todettiin kontrolloivan bakteeripopulaation kasvua ja dynamiikkaa. Lisäksi osoitettiin, että petolajien käyttäytymisessä ja vaikutuksessa voidaan havaita merkittävää vaihtelua myös vain yhden alkueläinsuvun (Tetrahymena) sisällä. Myös saalisyhteisössä havaittiin mielenkiintoisia muutoksia. Saalispopulaatioiden nähtiin vastaavan fysiologisesti laidunnuksesta aiheutuvaan stressiin ja useiden lajien osoitettiin olevan hyvin sopeutumiskykyisiä. Tulokset antoivat viitteitä myös mahdollisista evolutiivista tapahtumista. Lisäksi havaittiin viitteitä siitä, että synteettisissä mikrobiyhteisöissä voi esiintyä luonnollisten yhteisöjen kaltaista populaatiokoon syklistä vaihtelua. Ennen kaikkea tutkielman tulokset korostavat, että koko yhteisön kontekstin ymmärtäminen mikrobiyhteisöissä tapahtuvien muutosten selittämisessä on kiistattoman tärkeää.

Microbes form complex dynamic structures in their natural environments, where various organisms interact and communicate with each other. Interactions among organisms profoundly impact the well-being of ecosystems. Despite extensive research, the mechanisms governing microbial community structure and function remain incompletely understood. This thesis explores predator-prey relationships between bacterial species and Tetrahymena ciliate protozoa, investigating how predators influence prey populations in synthetic microbial communities under laboratory conditions. Two experimental setups were designed: one examining pairwise interactions and the other creating more complex microbial communities for a deeper understanding. Throughout the experiments, microbial growth and behavior were closely monitored, and DNA sequencing provided detailed information about community composition and prey diversity. The study unveiled diverse ecological and physiological mechanisms underlying predator-prey relationships, with Tetrahymena ciliates identified as effective controllers of bacterial populations, showcasing species-specific effects. The results emphasize the significance of employing multiple predator species for a comprehensive understanding. Populations were shown to respond physiologically to grazing-induced stress, and several species exhibited high adaptability. The results also provided indications of possible evolutionary events. Furthermore, indications of temporal fluctuations in population sizes, similar to natural communities, were also observed. In conclusion, the findings highlight the undeniable importance of understanding the entire community context in explaining changes in microbial communities. Microbial communities play a crucial role in the biosphere's functioning, making this thesis relevant for a better understanding of microbial community dynamics.