Nassulopsis elegans – Der Schwertschlucker

[Martin Kreutz]

Liebes Forum,

ich möchte heute über meine Beobachtungen an dem Ciliaten Nassulopsis elegans berichten. Tatsächlich liegen diese Beobachtungen schon 18 Jahre zurück und ich habe damals auch im Mikrokosmos darüber berichtet (s. Lit.-Liste unten).

Damals erschien der Mikrokosmos noch in s/w und ich war nicht ganz happy, dass die schönen Farben dieses Ciliaten nicht wiedergegeben werden konnten. Deshalb habe ich mir noch mal die Originaldias gegriffen, gescant und ,,digitally remastered", um die ursprünglichen Farben möglichst naturgetreu wiederherzustellen. Außerdem mag es ja auch Mitglieder geben, die den Artikel damals nicht gelesen haben  !  

Der Fundort war ein kleiner, schattiger Waldtümpel in der Nähe von Kaltbrunn auf dem Bodanrück. Dort fielen mir auf dem Wasser treibende Matten aus Cyanobakterien auf, fast schwarz gefärbt. Die habe ich gleich mal einkassiert und zu Hause offenbarte sich, dass alle durchsetzt waren von einer stattlichen Population an Nassulopsis elegans:



Die Cyanobakterienmatten bestanden größtenteils aus den Gattungen Oscillatoria und Phormidium. Ich habe einige Kulturen in Petrischalen angesetzt, die sich sehr gut hielten. Auch im Mikroaquarium war Nassulopsis sehr pflegeleicht und so konnte ich fast den gesamten Lebenszyklus beobachten.

Nassulopsis elegans ist sehr leicht zu identifizieren. Mit 150 – 300 µm ist es ein recht stattlicher Ciliat und besitzt eine birnenförmige Gestalt. Im oberen Körperviertel befindet sich die sogenannte Reuse, ein spezialisiertes Organell, welches aus Mikrotubuli Stäben (Nemadesmen) zusammengesetzt ist und die Mundöffnung korbartig auskleidet. Am auffälligsten ist eine Ansammlung von intensiv blau oder violett gefärbter Flüssigkeitströpchen, die am Vorderende leicht dorsal lokalisiert sind (im ,,Hinterkopf"):


RE = Reuse
PF = Pigmentfleck
MA = Makronukleus

Für den Anfänger erscheint Nassulopsis elegans ähnlich Nassula ornata, dem Juwelentierchen. Von diesem kann man es jedoch leicht unterscheiden durch die 5-7 kontraktilen Vakuolen, die ventral in einer Reihe liegen. Nassula ornata besitzt nur eine KV in der Körpermitte:


KV, Pfeilköpfe = kontraktile Vakuole
MA = Makronukleus
RE = Reuse

Bei hoher Vergrößerung erkennt man im apikalen Bereich, dass die gefärbten Flüssigkeitströpchen jeweis in separaten Vakuolen eingeschlossen sind:



Nach Foissner (1994) handelt es sich um Nahrungsvakuolen, in denen die aufgenommen Cyanobakterien so weit zersetzt werden, dass sie eine flüssige Konsistenz annehmen. Nach meiner persönlichen Meinung könnte die intensive Färbung durch Abbauprodukte von Chlorophyll und Carotinoiden entsehen. Aber natürlich ohne Beweis.

Legt man ein Exemplar von Nassulopsis elegans unter dem Deckglas fest und fokussiert auf die Pellikula, kommt ein wabenartiges Muster von Alveolen zum Vorschein. In jeder Alveole erkennt man eine Mucocyste. Diese kann sich explosionsartig vergrößern und eine Schleimschicht um den Ciliaten ausbilden:


MU = Mucocysten

Wie die meisten reusentragenden Ciliaten sind diese oft auf eine spezifische Nahrung festgelegt. Dies trifft auch bei Nassulopsis elegans zu, der sich ausschließlich von den Cyanobakterien der Gattungen Oscillatoria und Phormidium ernährt (Foissner, 1994). Diese werden von anderen fädigen Blaualgen sicher unterschieden. Durch Fütterung mit anderen Cyanobakterien kann man dies einfach belegen. Andere Cyanobakteriengattungen werden selbst dann nicht angenommen, wenn die Exemplare völlig ausgehungert sind (frei von Nahrungsvakuolen). Diese Beobachtung stimmt mit denen an Nassula aurea überein (Canter, 1990). Die Reuse von Nassulopsis elegans ist für die Aufnahme von Cyanobakterien-Fäden ideal angepasst. Lichtmikroskopisch können nur die sogenannten Reusenstäbe (Nemadesmata) erkannt werden. Ihre Zahl ist nicht konstant und soll zwischen 20-40 schwanken (Foissner, 1994). Bei den von mir untersuchten Exemplaren waren es durchweg 24-26. Die Reusenstäbe sind gegeneinander beweglich und können sich so dem Umfang der Nahrung entsprechend anpassen. Sie liegen der Cyanobakterie während der Nahrungsaufnahme dicht an. Man kann Nassulopsis elegans sehr häufig bei der Nahrungsaufnahme beobachten, allerdings nur sehr selten unter Deckglasdruck, wo sich dieser Vorgang besonders schön beobachten lässt. Die  Phagocytose beginnt mit dem Abtasten des Cyanobakterienfadens mit der Reuse um ein Ende zu finden. Zuweilen stülpt sich die Reuse auch schon über den Faden ohne das Ende gefunden zu haben. Dann wird der Faden umgeknickt und der Faden wird in Doppellage verschlungen. Wird jedoch das Ende des Fadens erreicht, schiebt sich die Reuse darüber und die recht spektakuläre Aufnahme des Cyanobakterienfadens beginnt, wie auf den folgenden Tafeln I und II zu sehen ist:




Auf folgender Tafel III habe ich den "Schwertschlucker" in ventraler und lateraler Ansicht mit höherer Vergrößerung fotografiert:



Auf dem folgenden Foto liegt der Fokus auf die Reusenstäbe (Nemadesmen), die der Cyanobakterie eng anliegen:



Die Geschwindigkeit, mit der sich die Cyanobakterie durch die Reuse bewegt, konnte ich aus verschiedenen Beobachtungen mit circa 5 µm/sec bestimmen. Dieser Wert scheint unabhängig vom Durchmesser des Cyanobakterienfadens und des Individuum zu sein. Immer wieder Grund zum Staunen gibt die Funktionsweise der Reuse. Während der Algenfaden durch sie hindurchgleitet, ist lichtmikroskopisch nicht die geringste Aktivität an der Reuse zu erkennen, da die gerichtete Krafterzeugung auf molekularer Ebene stattfindet (Hausmann, 1982). Welche Kräfte dort jedoch wirken, wird spätestens dann klar, wenn der Cyanobakterienfaden das Hinterende der Zelle erreicht hat (Tafel I, Abb. 1). Nun geschehen einige sehr erstaunliche Dinge. Die Nahrungsaufnahme wird nicht unterbrochen. Statt dessen biegt sich die Cyanobakterie durch, gleich einem Glasfiberstab. Die Pellikula wird in diesem "Bogen" förmlich aufgespannt (Tafel I, Abb. 2) und beweist ihre außerordentliche Elastizität und Reißfestigkeit. Durch den Widerstand tritt die Reuse nun schnauzenartig hervor. Kurze Zeit später bricht die Cyanobakterie durch und wird im Folgenden im Hinterende von N. elegans aufgefaltet (Tafel I, Abb 3+4, Tafel II). Dabei nimmt der Ciliat mitunter skurrile Formen an. Im ungequetschten Zustand, wo sich der Faden auch dreidimensional falten kann, sind mitunter tetraedrisch geformte Individuen zu beobachten, in denen die Cyanobakterien wie Zeltstangen wirken. Das Ende der Nahrungsaufnahme kündigt sich nach ca. 4 min. an, durch eine deutliche Verlangsamung der bis dahin immer gleich schnell erfolgten Aufnahme. Das noch in der Reuse befindliche Algenstück wird durch zugeführte Lysosomen teilweise verdaut und schließlich ausgestoßen:



Der aufgenommene Algenfaden wird in der Reuse kontinuierlich mit einer Membran umhüllt, die zuerst noch eng an der Cyanobakterie anliegt. Schon eine Minute danach beginnt sich die Membran abzulösen, um eine langgestreckte Vakuole zu bilden:


CY = Cyanobakterie
NV = Nahrungsvakuole
RE = Reuse
MA = Makronukleus
Pfeilköpfe = Begrenzung der Nahrungsvakuole

Die Volumenzunahme der Nahrungsvakuole geschieht höchstwahrscheinlich durch die Verschmelzung mit Lysosomen aus dem Plasma, die weitere Verdauungsenzyme heranführen (Hausmann, 1982). Bereits nach zwei Minuten färbt sich das Lumen dieser "Riesenvakuole" deutlich violett. Sekunden später beginnt der Zerfall des Algenfadens.

In den Petrischalen mit den Kulturen von Nassulopsis elegans konnte ich weitere Beobachtungen des Lebenszyklus dieses Ciliaten machen. Bei guter Fütterung mit  Cyanobakterien konnte ich zahlreiche Zellteilungen verfolgen. Erste sichtbare Zeichen für den Beginn der Zellteilung ist eine einsetzende Einschnürung der Zellmitte. Parallel dazu muß sich die Reuse verdoppeln. Dieser Vorgang wurde für die Gattung Nassula von Tucker (1970) detailliert beschrieben. Bei Nassula wird die alte Reuse abgebaut und danach in beiden Zellhälften jeweils eine neue gebildet. Die neuen Reusen bilden sich aus zuvor linear angeordneten Mikrotubuli-Komponenten, die sich mit fortschreitender Differenzierung zu einem Kreis anordnen. In gleicher oder ähnlicher Weise wird wohl die Reusenbildung in Nassulopsis ablaufen, obwohl ich diesen Vorgang nicht durchgehend verfolgen konnte:


R1, R2 = Reusen in den beiden Zellhälften
KV = kontraktile Vakuolen

In beiden Zellhälften müssen auch die kontraktilen Vakuolen neu angelegt werden. Anfangs ,,erbt" jede Zellhälfte nur 3-4 KV's der ursprünglich vorhandenen. Hin und wieder kommt es vor, dass der Aufbau der neuen Reusen in den beiden Zellhälften fehlerhaft verläuft. Dann kommt es zu Individuen die 2, 3 oder sogar mehr Reusen tragen. Individuen mit 3 Reusen konnte ich öfters beobachten:


RE = Reusen
KV = kontraktile Vakuole
MA = Makronukleus

In der Kultur ließ sich auch die sexuelle Vermehrung durch Konjugation beobachten. Ich fand unter hunderten Individuen allerdings nur 2 konjugierende Paare. Bei einem reusentragenden Ciliaten ist sie besonders interessant, da die Mundbereiche bei der Konjugation miteinander verschmelzen. Sie beginnt bei Nassulopsis elegans mit der Bildung einer Plasmabrücke im Bereich der Reusen:



Diese Plasmabrücke ist sehr stabil und kann auch durch Deckglasdruck nicht gelöst werden. Um die Reusen herum bildet sich ein vakuolenfreier Bereich. Auf der Trennlinie zum Vakuolenbereich sammeln sich eine große Anzahl der farbigen Vakuolen an. Diese wurden offensichtlich von der sonst dorsalliegenden Ansammlung abgezogen. Bei wenigen Exemplaren konnte ich auch verfolgen, wie die Mikronuklei eine meiotische Reduktionsteilung durchführt. Der Mikronukleus erscheint dabei langgestreckt, da sich gerade der Spindelapparat ausbildet:


MI = Mikronuklei

Bei regelmäßiger Fütterung läßt sich in Mikroaquarien eine hohe Populationsdichte von Nassulopsis elegans erzeugen. Bleiben dann die Fütterungen aus, so werden die Exemplare durch den Abbau von Nahrungsvakuolen zunehmend transparent. Später werden sogar die farbigen Vakuolen abgebaut. Diese Hungerformen fallen durch ihre ungewöhnliche Gestalt auf. Sie sind an verschiedenen Stellen eingedellt, so dass die vormalige Birnenform nur noch schwer zu erkennen ist. Etwa zwei Tage nach Aussetzen der Fütterung beginnt dann eine massenhafte Encystierung. Die Encystierung wird durch eine deutliche Verlangsamung der Bewegung eingeleitet. Die Exemplare kugeln sich schließlich ab und scheinen eine dünne aber feste Schleimhülle auszuscheiden. Diese bildet offensichtlich die spätere Cystenhülle. In den runden Cysten ist noch deutlich die Reuse zu erkennen:


RE = Reuse

Die Cysten haben einen Durchmesser von 80-105 µm. Oft enthalten die Cysten einen orange-braunen Fleck. Eventuell handelt es sich dabei um Stoffwechselprodukte, die während der Encystierung nicht mehr ausgeschieden werden konnten. Die Cystenhaut besitzt eine Strukturierung in Form punktierter Reihen. Eine Excystierung konnte ich durch den Austausch von Wasser oder Zufuhr von Nahrung nicht einleiten.

Soviel zu meinen Beobachtungen an Nassulopsis. Viel Spass beim anschauen der Bilder und selber beobachten. Unten habe ich noch die oben erwähnten Literaturzitate gelistet.

Allen einen schönen Abend!

Martin


- Canter, H. M., Heany, S. 1., Lund, J. W. G.: The ecological significance of grazing on planktonic populations of cyanobacteria by the ciliate Nassula. New Phytol. 114, 247-263 (1990).

- Faure-Fremiet, E.: La familie des Nassulidae (Ciliata gymnostomatida) et le genre Nassulopsis n. gen., C. r. hebd. Seauc. Acad. Sci., Paris, 249, 1429-1433 (1959).

- Foissner, W., Berger, H., Kohmann, E: Taxonomische und ökologische Revision der Ciliaten des Saprobiensystem. Bd. Ill: Hymenostomata, Prostomatida,
Nassulida. Informationsber. d. Bayer. Landesamt. f. Wasserw., München 1994.

- Hausmann, K.: Der Ciliat Pseudornicrothorax dubius: ein Spezialist der Nahrungsaufnahme und Verdauung, I. Phygocytose und Reusenstruktur. Mikrokosmos 71, 129-135 (1982).

- Hausmann, K.: Der Ciliat Pseudornicrothorax dubius: ein Spezialist der Nahrungsaufnahme und Verdauung, II. Wachstum der Nahrungsvakuole und Verdauung. Mikrokosmos 71, 193-199 (1982).

- Kahl, A.: Urtiere oder Protozoa, I. Wimpertiere oder Ciliata (Infusoria). In Dahl, E (Hrsg.): Die Tierwelt Deutschlands. Gustav Fischer Verlag, Jena 1930-1935.

- Kreutz, M.: Nassulopsis elegans – Beobachtungen an einem Nahrungsspezialisten. Mikrokosmos 86, 113 – 120 (1997).

- Kreutz, M., Foissner, W.: The Sphagnum Ponds of Simmelried in Germany: A Biodiversity Hot-Spot for Microscopic Organisms. Protozoological Monographs, Vol. 3. Shaker Verlag, Aachen 2006.

- Schneider, H.: Buntfarbige Protozoen aus Teichen, Tümpeln und Gräben: Das Wimpertier Nassula omata. Mikrokosmos 81, 225-230 (1992).

- Tucker, J. B.: Morphogenesis of a large microtubular organelle and its association with basal bodies in the ciliate Nassula. J. Cell Sci. 6,385-429 (1970).

[Ralf Feller]

Hallo Martin,
ein toller Artikel mit wunderschönen Bildern (wie immer).
Es macht Spaß bei Dir zu lesen!

Gruß Ralf

[the_playstation]

Hallo Martin.
Deteilreiche, interessante Bilder und spannende Texte mit viel Mühe erarbeitet und mit Leichtigkeit vorgetragen. Perfekt. Das ein Fressvorgang so faszinierend sein kann.
Liebe Grüße Jorrit.

[Peter V.]

Lieber Martin,

Tatsächlich liegen diese Beobachtungen schon 18 Jahre zurück u

alt.....aber SAUgut! Chapeau! Das sind Beiträge, wie man sie sich wünscht. Ich hoffe, dass Du uns im Laufe der Zeit noch mehr davon zeigst. Deine Beiträge - wie auch die von von Michael Plewka - begeistern mich immer sehr.

Herzliche Grüße
Peter

[Martin Kreutz]

Hallo,

ganz herzlichen Dank für die positiven und motivierenden Kommentare von euch! Tatsächlich war der Beitrag diesmal etwas aufwändiger obwohl ich den Text teilweise von mir selber abkupfern konnte. Jedoch war es mir ein Anliegen, die jetzt inzwischen 19 Jahre alten Dias wieder in alter Pracht erstrahlen zu lassen. Ich habe damals eine Olympus OM-2n auf dem Mikroskop beschäftigt und fast ausschließlich Fuji Sensia 100 ASA Diafilm verwendet. Außerdem habe ich immer eine Blende unterbelichtet, weil dann die Kontraste besser kamen. Nachteil dieser Methode war, dass alle Dias einen starken Blaustich haben. Kombiniert mit der inzwischen erfolgten "Reifung" war es nicht so einfach, die originalen Farben daraus wieder hervorzuzaubern. Da habe ich ganz schön rumgefrickelt bis es geklappt hat. Hier zwei Bespiele vorher/nachher:




Mit "Autofarbe" kommt man da nur ins Nirwana. Schließlich hat eine "dreifache selektive Farbkorrektur" zum Erfolg geführt. Dazu habe ich ein Originaldia mit "selektiver Farbkorrektur" nach "Gefühl" korrigiert (Regler wild hin und her und sehen was passiert) und dies als "Aktion" mit aufzeichnen lassen. Nach dem ersten befriedigenden Ergebnis habe ich "OK" gewählt und dann den Vorgang nochmal wiederholt (alles in der gleichen "Aktion" mit aufgezeichnet). Dies habe ich mit 3 Dias durchgeführt. Da ich mir die Einzelschritte nicht notiert hatte (die waren nur in der "Aktion" gespeichert), bin ich beim zweiten Mal zu einem leicht unterschiedlichen Ergebnis gekommen und beim dritten Mal natürlich auch. Ich habe dann das ansprechendste Ergebnis gewählt und die beiden anderen "Aktionen" gelöscht. Das Ergebnis der bevorzugten "Aktion" musste dann aber noch ein drittes Mal mit "selektiver Farbkorrektur" und schließlich "Farbbalance" eingestellt werden. Da wird es sicher Mitglieder hier im Forum geben, die einen eleganteren Weg kennen, aber in PS führen viele Wege zum Ziel und ich war mit dem Ergebnis dann ganz zufrieden. Dadurch haben die Dias dann hier im Forum ein zweites Leben bekommen.

Allen einen schönen Abend!

Martin

[Fahrenheit]

Lieber Martin,

vielen Dank für die schöne und lehrreiche Dokumentation! Das Lesen ist ein Genuss!

Herzliche Grüße
Jörg

[TPL]

Hallo Martin,

ich suche ja immer noch den "Mag ich"-Knopf im Mikroskopie-Forum, denn ich hier sicher so lange gedrückt gehalten hätte, bis ich in's Bett muss . Auch und gerade als nicht-Biologe/Tümpler gefällt mir dieser Beitrag besonders gut!

Viele Grüße
Thomas

[Bernd Kaufmann]

Lieber Martin,

das ist wieder ein "Beitrag", der diesen Namen nicht verdient. Unglaublich tolle Bilder, hochinteressante Texte, gepaart mit didaktisch erstklassigem Aufbau und dazu als besonderes Schmankerl auch noch eine detaillierte Beschreibung der Bildbearbeitung - einfach bewundernswerte, erstklassige Arbeit, die uns große Freude und Genuss bereitet. Vielen Dank für dieses wahre Meisterstück!