在湖泊或河流中，仅 1 毫升的水中就有 1 到 1000 万个细菌。如此高的密度是必要的，因为细菌会永久分解有机化合物和污染物，从而净化水。但是，如果细菌过多，则会导致病原体传播。防止这种情况需要捕食者：1 毫升水中通常有几百到几千个个体的微型原生生物。它们不断地吃掉细菌，从而确保细菌发挥清洁功能，但又不会变得过多。使用恶臭假单胞菌和食菌原生生物Poteriospumella lacustris，研究小组调查了细菌各种防御策略的作用，以及摄食抗性的形成与生态系统动态的关系。
合作行为有帮助——但仅限于短期
在为期五周的实验室实验中，科学家们发现，正如预期的那样，掠食性原生生物首先在细菌培养物中繁殖了一周，并减少了细菌数量。然而，由于细菌产生的毒素强烈抑制了这些捕食者的繁殖，因此原生生物的数量在第二周迅速减少。UFZ 和德累斯顿工业大学的主要作者兼水生生物学家 Magali de la Cruz Barron 博士说：“只有相对大量的细菌加入并向水中释放相应数量的毒素，这种化学防御才能成功。” 这种合作行为保护了整个种群——至少在短时间内是这样。但几天后，细菌不再分泌毒素，捕食者在第三周结束时恢复了健康。无法确切地说出这是为什么。对这种现象的一种常见解释是形成了太多的“骗子”。在这种情况下，这些细菌本身不会形成毒素，但会在群体中从毒素中获益，因为它们不必花费自己的任何努力来保护自己。Magali de la Cruz Barron 解释说：“但我们可以在数学模拟的帮助下证明，如果替代防御策略不断发展，作弊者就没有必要解释这种模式。”
个体防御持续时间长，人口密度稳定
事实上，研究小组发现了细菌从第三周开始形成的第二种防御机制。大多数细菌形成细丝(即细胞呈链状排列的线)。这些使细菌大了 10 到 100 倍，体积也大得多，以至于其中许多不能再被原生生物吃掉。这种个人行为是成功的。细菌密度在第五周结束时稳定下来。然而，仍然有足够数量的细菌可供食用，因为为了繁殖，细菌必须不断形成小单元，作为捕食者的食物。这也使原生生物能够建立稳定的种群密度。与毒素形成不同，细菌的个体防御是不可逆的。“通过对细菌基因组进行测序，我们已经证明，细丝的形成确实伴随着遗传物质的变化。进化就这样发生了。不是超过数百万年，而是在短短几天之内”，共同作者兼 UFZ 河流生态系主任 Markus Weitere 教授说。这种观察并不是全新的。众所周知，进化可以在相对较短的时间内发生，尤其是在细菌等快速生长的生物体中。“但值得注意的是，这种突变不仅仅发生过一次。经常重复实验，并且总是进行这些调整”，Weitere 说。尽管基因组的变化可能是偶然发生的，但它会导致细菌产生可重复的适应模式。不是超过数百万年，而是在短短几天之内”，共同作者兼 UFZ 河流生态系主任 Markus Weitere 教授说。这种观察并不是全新的。众所周知，进化可以在相对较短的时间内发生，尤其是在细菌等快速生长的生物体中。“但值得注意的是，这种突变不仅仅发生过一次。经常重复实验，并且总是进行这些调整”，Weitere 说。尽管基因组的变化可能是偶然发生的，但它会导致细菌产生可重复的适应模式。不是超过数百万年，而是在短短几天之内”，共同作者兼 UFZ 河流生态系主任 Markus Weitere 教授说。这种观察并不是全新的。众所周知，进化可以在相对较短的时间内发生，尤其是在细菌等快速生长的生物体中。“但值得注意的是，这种突变不仅仅发生过一次。经常重复实验，并且总是进行这些调整”，Weitere 说。尽管基因组的变化可能是偶然发生的，但它会导致细菌产生可重复的适应模式。众所周知，进化可以在相对较短的时间内发生，尤其是在细菌等快速生长的生物体中。“但值得注意的是，这种突变不仅仅发生过一次。经常重复实验，并且总是进行这些调整”，Weitere 说。尽管基因组的变化可能是偶然发生的，但它会导致细菌产生可重复的适应模式。众所周知，进化可以在相对较短的时间内发生，尤其是在细菌等快速生长的生物体中。“但值得注意的是，这种突变不仅仅发生过一次。经常重复实验，并且总是进行这些调整”，Weitere 说。尽管基因组的变化可能是偶然发生的，但它会导致细菌产生可重复的适应模式。
通过这个实验，研究小组展示了防御策略的形成如何影响捕食者-猎物系统的动态，以及这种防御对于稳定种群的重要性。很明显，猎物物种不只依赖一种策略是有道理的。“根据情况，几种策略中的一种可能会成功。在我们的实验中，正是快速的合作行为导致了最初的成功。最终，通过进化形成更繁琐的个体防御导致了永久防御”，Weitere 说。因此，个人保护占上风——即使最初的合作防御肯定对社区有利。
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