Zur Geschwindigkeit von Mikroorganismen

[Michael Plewka]

hallo zusammen,

vor einiger Zeit wurde hier im Forum mal nach Daten über die Geschwindigkeit vom Mikroorganismen gefragt. Nachdem ich neulich in einem anderen Thread https://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=21009.0 dargetan hatte, dass Asplachna-Männchen sich ,,relativ langsam" bewegen würden, soll nun das Ergebnis einer diesbezüglichen Messung vorgestellt werden. Vielleicht regt dieser Beitrag ja  andere Mikroskopiker dazu an, in ähnlicher Weise vorzugehen.

1. Ich habe ein weiteres A. priodonta-Männchen in einem Wassertropfen beim Durchmustern eines Präparates  gefunden und ohne Deckglas weiter beobachtet. Dieses garantiert die völlige Bewegungsfreiheit über eine kleine, aber ausreichende Messtrecke des Untersuchungsobjekts, bedeutet aber auch, dass das Untersuchungsobjekt sich aus der Schärfeebene d.h. in Richtung der z-Achse bewegen kann. Diese z-Komponente der Wegstrecke kann bei der Messung nicht berücksichtigt werden (= Fehlerquelle). Alternativ kann  auch ein Deckglas mit Wachs oder Vaselinefüßchen Verwendung finden.

2.Mittels der Canon 600, mit der ich arbeite, wurde  bei schwacher Vergrößerung (Obj.10x) mehrmals gefilmt, wie das Objekt durchs Blickfeld schwimmt.  Für die Mess-Sequenz darf natürlich der Objektträger nicht nachgeführt werden. Die Qualität dieses Videos muss nicht super sein; es kommt nur darauf an, dass die Ortsveränderung des Objekts möglichst genau bestimmt werden kann.

3. Das Video/ die Videos werden in den Rechner übertragen. Ich arbeite mit der dem Rechner beigelegten Software iMovie. Eine entsprechende Sequenz des  sich möglichst geradlinig bewegenden Objekts  wird aus dem Film herausgesucht  und jeweils ein Einzelbild (Still)  des Anfangs und des Endes aufgenommen. Auf der Timeline müssen die Sekunden und Frames der Einzelbilder zu sehen sein.

4. Die beiden Stills werden in Photoshop oder einem vergleichbaren Programm in zwei Ebenen eines Bildes kopiert. Mittels des Radiergummis wird das Untersuchungsobjekt  aus der unteren Ebene sichtbar gemacht, so dass sich das Objekt an zwei Stellen (Anfangs und Enddposition) desselben Bildes befindet. In dem folgenden Bild sieht man das und die Timeline mit den beiden Cue-Punkten, die den Zeitpunkt (in sek und Frames) der Stills-Aufnahme beschreiben (Die Zeitdifferenz ist die Zeit, in der die Strecke zurückgelegt wurde):



5. Somit kann man nun -gegebenenfalls recht primitiv durch Anlegen eines Lineals an den Monitor- die zurückgelegte Strecke in Relation zur Körperlänge des Objekts setzen.
Aus der Zeit zwischen den Frames kann nun die Geschwindigkeit des Objekts in zurückgelegten Körperlängen pro Zeit angegeben werden.

6. Eleganter ist es natürlich, wenn man mittels  ein geeigneten Objekts einen Größenmaßstab hat und mit dem Messlineal von Photoshop oder eines vergleichbaren Programms arbeiten kann. (Die entsprechende Vorgehensweise ist in dem Bild ebenfalls zu sehen). Dann kann man auch die Absolutgeschwindigkeit angeben, was zwar wissenschaftlicher ist, aber dafür auch weniger anschaulich.

7. Selbstverständlich ist dieses Verfahren nicht auf den Nanometer/ sec genau, aber es liefert durch die speicherbaren Videos überprüfbare Daten, was m.E. das Entscheidende ist.

8. Das von mir gemessenene männliche  Asplanchna-Exemplar bewegte sich mit der Geschwindigkeit von ca. 2 Körperlängen pro 9 sec., was einer Absolut-Geschwindigkeit von ca. 60µm/sec entspricht.  Zum Vergleich: einige Synura-Kugeln im selben Präparat haben das Asplanchna-Männchen teilweise überholt; ebenso waren einige Ceratium-Dinoflagellaten schneller, wobei die Geschwindigkeit des in diesem Thread gezeigten Exemplars (gefühlt) ähnlich derjenigen  von den Asplanchnas (sowohl männlich als auch weiblich) aus der Probe neulich (s.o.) war.

beste Grüße Michael Plewka

[Martin Kreutz]

Hallo Michael,

ein interessanter Beitrag. Heute schaffe ich es nicht mehr die Rennbahn aufzubauen und die Zeit zu nehmen, aber ich habe hier ein paar rekordverdächtige Kandidaten vor Ort (z. B. Askenasia, Pelagostrombidium oder Urotricha agilis). Ich frage mich auch, wer der schnellste ist und ob es gerechter wäre, die zurückgelegte Strecke pro Sekunde noch durch die Körperlänge des Schwimmers zu dividieren, um einen Faktor geschwommene Strecke pro Sekunde pro µm Körperlänge zu errechnen.

Martin

[Michael Plewka]

hallo Martin,

...Faktor geschwommene Strecke pro Sekunde pro µm Körperlänge...

wenn mich nicht alles täuscht, ergibt deine Berechnungsidee wiederum die Geschwindigkeit als Körperlange pro Zeit.
Davon abgesehen wären natürlich  weitere Messungen von Protisten von großem Interesse.

beste Grüße Michael Plewka

[Martin Kreutz]

Hallo Michael,

da merkt man natürlich, dass ich kein Mathematiker bin. Vielleicht kann ich es in einer anderen Schreibweise besser ausdrücken:

Geschwindigkeit pro µm Körperlänge = Zurückgelegte Strecke in µm/((Benötigte Zeit in sec.) X (Körperlänge in µm))

Vielleicht nur eine Schnapsidee! Was soll's! Ein kurzer Blick ins Internet zeigt, dass sich auch andere Leute bereits mit der Geschwindigkeitsmessung beschäftigt haben. Hier die Bachelorarbeit von Peter Hingsamer von 2008 zur Schwimmgeschwindigkeit von Ciliaten:

http://www.bio-salzburg.at/biowiki/images/6/6d/Bachelorarbeit_Ciliaten.pdf

Aus dieser Arbeit von Peter Hingsamer habe ich folgende Grafik herauskopiert:



Man sieht, dass Paramecium caudatum durchschnittlich etwa 700 µm/sec schwimmt, also etwa 10 mal so schnell wie Asplanchna. Da würde mich schon interessieren, was die richtig schnellen Flitzer so drauf haben und dazu gibt es in der Arbeit von Peter Hingsamer auch eine interessante Literturstelle:

Gilbert J. J. (1994): Jumping Behaviour in the Oligotrich Ciliates Strobilidium velox and Halteria grandinella, and Its Significance as a Defense Against
Rotifer Predators. Microbial Ecology. Springer-Verlag New York Inc.

Auf die ganze Arbeit konnte ich nicht zugreifen, jedoch der frei zugängliche Text des Abstracts ist auch schon aufschlussreich:

"S. velox jumped on contact with Asplanchna girodi, traveling a mean distance of 1.5 mm (33 body lengths) at a mean velocity of 7 mm/s (154 body lengths/s) at 17°C. H. grandinella jumped on contact or near contact with Synchaeta pectinata, traveling a mean distance of 0.37 mm (18 body lengths) at a mean velocity of 2.76 mm/s (131 body lengths/s) at 20°C. The maximum velocity recorded during these escape jumps was 16.07 mm/s for S. velox and 3.70 mm/s for H. grandinella. In S. velox, swimming velocity during jumps was not significantly correlated either with swimming velocity just before jumping (mean = 0.15 mm/s) or with distance traveled."

D.h. Strobilidium velox (ich habe leider kein Foto von dieser Art um das Vieh mal zu zeigen) erreicht 16.000 µm/sec beim Sprung, also 22 mal schneller als Paramecium und 270 mal schneller als Asplanchna. 

Bis bald!

Martin

[HDD]

Hallo Michael, hallo Martin

Mich beschäftigt dieses Thema auch immer wieder. Ich fände es einmal interessant die Kleinlebewesen mit ihren Fortbewegungsgeschwindigkeiten in Relation zu allgemein bekannten Tierarten zu setzen. Also Paramecium caudatum mit seinen 0,7 mm/sec im Verhältnis zu seiner Körperlänge. Wäre es so schnell wie ein Delphin, wenn man seine Körperlänge entsprechen hochrechnen würde? Wären die Geschwindigkeiten im Mikrokosmos mit denen des Makrokosmos vergleichbar? Ich frage mich schon seit Ewigkeiten ob es auf unserer Erde noch nicht erforschte Gesetzmäßigkeiten gibt, die im Mikro als auch im Makrokosmos berechenbare Fakten aufweisen, mit denen man zu neuen Erkenntnissen in der Nanoforschung kommen könnte.

Je mehr wir wissen umso mehr Fragen tauchen auf -  aber:  Wer nix weiss muss alles glauben, ein Teufelskreis 

Viele Grüße

Horst-Dieter

[Bernd]

Hallo Horst-Dieter,

ich nehme mal an, der Delfin ist 2 m lang. Könnte er, wie S. velox, mit ca. 150 Körperlängen pro Sekunde schwimmen, wären das ca. 300 m/s oder etwa 1100 km/h. Beim Wttschwimmen wäre der Delphin chencenlos!

Viele Grüße
Bernd