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Fluoreszenzfärbung von Gastrostyla mystacea

Thilo Bauer, vom 10.11.2019

Die Bestimmung der Hypotrichen ist ein schwieriges Gebiet. Die große Anzahl von Arten mit subtilen Unterschieden der Struktur der Cirren erschwert die Bestimmung teils erheblich. Helmut Berger, ein bekannter Spezialist für diese Ciliaten, hat in derzeit vier Monografien verschiedene Gruppen von Hypotrichen beschrieben, von denen die Oxytricha im ersten Band mit dem Titel "Monograph of the Oxytrichidae" beschrieben sind. Diese zugegebenermaßen nicht gerade preiswerte Sammlung von Monografien ist definitiv Pflichtlektüre. Die hier vorgestellte Art ist jedoch auch im bekannten "Ciliatenatlas", Band 1 beschrieben.

Bestimmung mit der Fluoreszenzfärbung

Gastrostyla mystacea gehört zur Gruppe der Oxytricha. In einer Kultur sind sie aktuell vergesellschaftet mit einer anderen, etwa gleich großen Oxytricha sp., die noch der Bestimmung harrt. Diese Vermischung verschiedener Arten in einer Gesellschaft erschwert es weiter, die einzelnen Hypotrichen auseinander zu halten. Dies vor allem dann, wenn sie, wie hier, lichtmikroskopisch und auf den ersten Blick identisch aussehen und eine ähnliche Größe aufweisen.

Hier dargestellt sind Ergebnisse der Doppelfärbung mit Hoechst 33342 und Acridinorange (siehe Literaturhinweis). Diese Färbung liefert bei Quetschpräparation und Anregung mit UV oder blauem Licht nicht selten auch eine positive Färbung der Cilien und Cirren verschiedener Gattungen der Hypotricha. Eine solche Färbung lässt sich nun sehr gut für die genaue Bestimmung anhand der Anordnung der Cirren verwenden. Die Fluoreszenz-Färbung ist einfach und universell in der Handhabung. Individuen können über längere Zeiträume lebend beobachtet werden, wobei Teilungsvorgänge beobachtet werden können.

Arttypische Merkmale

Charakteristisch für die Gattung Oxytricha sind zwei randliche Reihen von Cirren (Marginalreihen) links und rechts auf der Bauchseite verlaufend, die sich am Ende nicht vereinen. Hiervon abgesetzt können Caudalcirren am Hinterende vorhanden sein. Artspezifisch ist die Anzahl und Anordnung der vorderen und hinteren Cirren sowie eventuell die Anordnung und Lage eventuell weiterer Cirrenreihen zwischen den Marginalreihen. Speziell für die die Gattung Gastrostyla ist eine zusätzlich vorhandene, einreihige mittlere Ventralreihe von Cirren, die etwas oberhalb der Transversalcirren (5) beginnt und sich bis zum Kopfende zieht. Für die spezielle Art G. mystacea wichtig ist insbesondere die Anordnung dreier Ventralcirren vor den Transversalcirren (5) am hinteren Ende, sowie der Buccalcirren (2) Am Kopfende vor den Frontalcirren (3). Das Mundfeld, genauer der Verlauf der adoralen Membranellenzone (AZM), ist ebenfalls typisch und verläuft in der Sicht auf die Bauchseite gekrümmt wie ein Fragezeichen "?". Weitere wichtige Merkmale sind in der Spezialliteratur nachzulesen.

Gastrostyla mystacea besitzt laut Literatur nur zwei Macronuclei mit je einem Mi. Die Anlage von vier Macronuclei bei mehreren der Individuen in der Probe führte mich zunächst in die Irre und kann auf G. steinii schließen lassen, eine Art, die in der Ruhephase vier Ma besitzt. Gegen diese Art sprechen jedoch die Anordnung der hinteren Ventralcirren und Transversalcirren sowie die geringe Größe der Individuen. Die weitere Durchmusterung des Präparats, das über Nacht in der feuchten Kammer gefärbt wurde, wies vielfache in Teilung befindliche Individuen. Es ist immer sehr eigentümlich so viele Teilungen vorzufinden, wo doch wenigstens Acridinorange unter dem Verdacht stand, die DNA zu schädigen. In der Tat gibt es in der Literatur Hinweise auf eine solche schädigende Wirkung bei isolierter DNA. In lebenden Zellen tritt eine Schädigung jedoch offenbar nur unter dem Einfluss von intensivem UV Licht ein. So ist hier die korrekte Deutung in Bild 1 eine bereits angelegte Dopplung der beiden Macronuclei mit beginnender Teilung in den jeweiligen Tochterzellen. Die folgenden Aufnahmen sollen hier das Teilungsstadium eines solchen Individuums in fortgeschrittener Teilung verdeutlichen.

Die Abbildungen der verschiedenen Hypotrichen in der Probe scheinen mehr Micronuclei in den Zellen zu zeigen, als man bei den Arten normalerweise vermuten würde. Dieses Artefakt ist zu erklären als Ansammlung kleiner Phagosomen (=Nahrungsvakuolen), die mit unverdauter Bakterien DNA gefüllt etwa gleich groß erscheinen, wie die Micronuclei. Ferner teilen sich die Micronuclei zu einem anderen Zeitpunkt, als die Macronuclei, so dass Verwechslungen oder gar ein Fehlen der Micronuclei in diesen Lebensabschnitten der Zellen an der Tagesordnung sind. 

Legende

AZM: Adorale Membranellenzone
BC: Buccalcirren
FC: Frontalcirren
Ma: Macronucleus
Mi: Micronucleus
TC: Transversalcirren
VC: Figur dreier Ventralcirren vor den Transversalcirren
VR: mittlere Ventralreihe von Cirren
Bild 1: Darstellung der Cirren in Doppelfärbung mit Ho342 und Acridinorange. Die Anlage von vier Macronuclei kann auf den ersten Blick zu einer Verwechselung mit G. steinii führen.
Bild 1: Darstellung der Cirren in Doppelfärbung mit Ho342 und Acridinorange. Die Anlage von vier Macronuclei kann auf den ersten Blick zu einer Verwechselung mit G. steinii führen.
Bild 2: Teilungsstadium im Hellfeld; die arttypische, mittlere Ventralreihe (VR) ist hier gut erkennbar, wenn auch
Bild 2: Teilungsstadium im Hellfeld; die arttypische, mittlere Ventralreihe (VR) ist hier gut erkennbar, wenn auch "gestört" durch die doppelte Anlage zweier Tochterzellen, die bereits ein eigenes Mundfeld (AZM) besitzen. Dies ist eine oft gesehene, typische Teilungsfigur der Hypotrichen.
Bild 3: Dasselbe Individuum wie in Bild 2, jedoch in Fluoreszenzfärbung gezeigt (UV Anregung, 385 nm). Die Macronuclei erscheinen bei den Hypotrichen in der Ruhephase eher homogen gefärbt und
Bild 3: Dasselbe Individuum wie in Bild 2, jedoch in Fluoreszenzfärbung gezeigt (UV Anregung, 385 nm). Die Macronuclei erscheinen bei den Hypotrichen in der Ruhephase eher homogen gefärbt und "löcherig". Ein solcher räumlicher, chromosomaler Anblick der gefalteten DNA ist der Färbung in Fluoreszenz vorbehalten. Eine solche granulierte, eher chromosomale Struktur, wie sie hier im Bild erkennbar ist, ist die Folge der stattfindenden Zellteilung. Lichtmikroskopisch erscheint der Ma bestenfalls granuliert, ohne dass große Unterschiede zwischen Ruhephase oder Mitose erkennbar wären. Ein äußerer roter Saum weist auf eine unter der Pellicula befindliche Granula hin, kleine saure Vesikel.
Bild 4: Dasselbe Individuum wie in Bild 2, jedoch in polarisiertem Licht. Zahlreiche Zelleinschlüsse sind erkennbar, die die Polarisationsrichtung drehen.
Bild 4: Dasselbe Individuum wie in Bild 2, jedoch in polarisiertem Licht. Zahlreiche Zelleinschlüsse sind erkennbar, die die Polarisationsrichtung drehen.
Literatur
[1]  Bauer, T., 2019: Fluoreszenz-Doppelfärbung mit Hoechst 33342
       und Acridinorange zur Bestimmung der Arten von
       Ciliaten (Phylum: Ciliophora),
       Mikroskopie, Ausgabe 1/2019, Hachinger Verlag (S. 2 - 19)

Weiterführende Literatur:
Berger, H. 1999, Monograph of the Oxytrichidae, Kluwer Academic Publishers.
Foissner, W. et al. 1991. Taxonomische und ökologische Revision der Ciliaten des Saprobiensystems, Informationsberichte des Bayer. Landesamts f. Wasserwirtschaft.

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