Mitochondrien bei Ciliaten
Abbildung 1: Carchesium polypinum in der Aufsicht auf den oralen Wimpernkranz (Bewimperung des Zellmunds).Thilo Bauer, vom 28.02.2018
Im Winter 2017/2018 findet man Carchesium polypinum – eine größere Art der „Glockentierchen“ – in der nach längerer Trockenheit rehydrierten Hellenmaar bei Bornheim. C. polypinum ist in Plank- tonproben mit dem bloßen Auge bereits in großen Kolonien von einigen Hundert Tieren zu erkennen. Diese sitzen zumeist zu vielen an einem gemeinsam verwachsenen Stil. C. polypinum läßt bereits bei mittlerer Vergrößerung des Mikroskops zahlreiche Zellorganellen erkennen. Neben dem Zellkern und einigen gefüllten Nahrungsvakoulen findet man in der Zelle auch Mitochondrien. Mitochondrien sind die Energiefabriken eukaryotischer Zellen. Mitochondrien haben verschiedene Gestalt, erscheinen bläschenförmig, punktförmig bisweilen auch länglich gestreckt wie Filamente eines Netzwerks. Der Nachweis dieser speziellen Organellen in den unterschiedlichen Gattungen der Ciliata (Wimpertiere) gelingt beispielsweise mit verschiedenen Fluorochromen. Hier gezeigt ist eine Färbung mit dem Carbocyaninfarbstoff 3,3'-Dihexyloxacarbocyanine Iodide, kurz DiOC6(3).
Abbildung 2: Mehrere Individuen von C. polypinum sitzen am gemeinsamen Hauptstiel.
Der Fokus in Abbildung 2 ist auf das Zellinnere gerichtet. Man erkennt den langgestreckten J-förmigen Zellkern (Ma), einige Nahrungsvakuolen (Ph) sowie zahlreiche Mitochondrien (Mi) des Zellinneren als kleine, bläs- chenförmige Organellen. Bei dem mittleren Tier ist ebenfalls die Bewimperung des Zellmunds (Zm) zu erkennen, der in eine sich bildende Nahrungsvakuole mündet.
Abbildung 3: Die gleiche Gruppe von C. polypinum wie in Abbildung 2 mit Fluoreszenzbeleuchtung, Fokus auf das Zellinnere.
Der Fokus in Abbildung 3 ist wieder auf das Zellinnere gerichtet. Die Mitochondrien erscheinen nun hell gefärbt in Grün, was als positiver Nachweis gelten darf. Sie sind im Zellinneren eher unregelmäßig verteilt und liegen vor allem in den Randbereichen der Pellicula (Zellmembran).
Abbildung 4: Die gleiche Gruppe von C. polypinum wie in Abbildung 2 mit Fluoreszenzbeleuchtung, Fokus auf die Oberfläche der Pellicula.
Der Fokus in Abbildung 4 ist auf die Oberfläche der Pellicula gerichtet (Zellmembran). Interessanterweise erscheinen die Mitochondrien nun in Linien angeordnet dicht unter der Zellmembran. Entlang des „Kragens“ um den Zellmund sind sie dichter gepackt und halten hier offenbar die zahllosen Wimpern in Bewegung.
Abbildung 5: Auch innerhalb der Stiele sind Plasmamembranen sowie Mitochondrien vorhanden.
Amos (1972) beschreibt den inneren Aufbau der kontrahierenden Stiele sehr schön. Auch in der Abbildung 5 sind bereits im Phasenkontrast sind die Membranen und kleine rundliche Organellen sichtbar.
Abbildung 6: Fluoreszenzaufnahme des Stiels mit schematischer Darstellung der Anatomie.
Wie Abbildung 6 zeigt, werden sowohl die Mitochondrien, als auch die Plasmamembran innerhalb des Stiels von DiOC6(3) gefärbt. Das lässt auf eine Ähnlichkeit der Membran innerhalb des Stiels im Aufbau mit der Membran des endoplasmatischen Reticulums schließen.
Allgemeine Differentialdiagnose der Mitochondrien in der Zelle: Zur Färbung kommen neben DiOC6(3) verschiedene Fluorochrome wie Rhodamin 123 oder Rhodamin 6G in Betracht. Die Differentialdiagnose erfolgt mittels Phasenkontrast, da die genannten Farbstoffe auch in der Lage sind Membranen des endoplasmatischen Reticulum (ER) zu färben und das Färbeergebnis gelegentlich vom mitochondrialen Membranpotential abhängt. Beide Organellen, Mitochondrien und ER, erscheinen im Phasenkontrast getrennt, so dass auch die kleineren Mitochondrien innerhalb oder nahe gefärbter Membranen des ER differenziert werden können. Man vergleiche hierbei Details in Abb. 5 und 6.
Aufnahmedetails: Zeiss AxioLab.A1 LED-FL, Hellfeld, Phasenkontrast und Fluoreszenz; Objektiv Plan-Neofluar 40x/0,75. Hellfeld und Phako erfolgten mit einer 4W LED, tageslichtweiß (6000K). Epi-Fluoreszenz: Die Aufnahmen wurden 1/50s belichtet bei ISO 3200 mit Tripelband Filter F66-L422 (Quelle: AHF Analysentechnik) und Blauanregung 470nm (Zeiss LED).
Genehmigung gemäß BNatSchG mit freundlicher Unterstützung des Amts für Natur- und Landschaftsschutz des Rhein-Sieg Kreis in Zusammenarbeit mit Dipl.-Biol. C. Fehse INRES, Bonn.
Durchführung der Proben, Fluorochromierung und Aufnahmen: Dipl.-Phys. Thilo Bauer, Bornheim.
Aufnahmedetails: Zeiss AxioLab.A1 LED-FL, Hellfeld, Phasenkontrast und Fluoreszenz; Objektiv Plan-Neofluar 40x/0,75. Hellfeld und Phako erfolgten mit einer 4W LED, tageslichtweiß (6000K). Epi-Fluoreszenz: Die Aufnahmen wurden 1/50s belichtet bei ISO 3200 mit Tripelband Filter F66-L422 (Quelle: AHF Analysentechnik) und Blauanregung 470nm (Zeiss LED).
Genehmigung gemäß BNatSchG mit freundlicher Unterstützung des Amts für Natur- und Landschaftsschutz des Rhein-Sieg Kreis in Zusammenarbeit mit Dipl.-Biol. C. Fehse INRES, Bonn.
Durchführung der Proben, Fluorochromierung und Aufnahmen: Dipl.-Phys. Thilo Bauer, Bornheim.
Literatur
[1] High genetic diversity but no population structure of the peritrichous ciliate Carchesium polypinum in the Grand River basin (North America) inferred from nuclear and mitochondrial markers
Gentekaki, E., and D. H. Lynn
Applied and Environmental Microbiology (2009)
[2] Structure and coiling of the stalk in the peritrich ciliates Vorticella and Carchesium
Amos, W. B.
Journal of cell science 10.1 (1972): 95-122
Gentekaki, E., and D. H. Lynn
Applied and Environmental Microbiology (2009)
[2] Structure and coiling of the stalk in the peritrich ciliates Vorticella and Carchesium
Amos, W. B.
Journal of cell science 10.1 (1972): 95-122
Bildquellen
