Autor Thema: Diatomee, Parasit oder Symbiose  (Gelesen 513 mal)

Carlos

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Diatomee, Parasit oder Symbiose
« am: Januar 17, 2020, 17:50:04 Nachmittag »
Hallo Diatomeen-Experten,
Bekannt ist, dass (bestimmte?) Diatomeen gern auf Wasserpflanzen „anhaften“. Dies gilt für Süß- wie auch für Salz-/Meerwasser-Diatomeen. Sie sitzen auf den Pflanzen wie Blattläuse auf frischen Pflanzentrieben. 
Man kann die Diatomeen recht sauber von Trübstoffen und mineralischem „Schmutz“ (Sand, Ton) befreit  gewinnen, indem man nur die Wasserpflanzen aus Gewässern sammelt, diese wäscht und anschließend in einem Plastiktütchen mit Wasser durch „Durchreiben“ von den Pflanzen ablöst.
Nach der „Chemischen Reinigung“ (z.B. konz. Schwefelsäure + KMnO4) kann man die Kieselsäure-Skelette der Diatomeen recht sauber erhalten.
 Ein Bekannter hat mir aus Schweden eine Probe von Ostsee-Wasser mit sehr vielen Faden-Algen, gut luftdicht verschlossen in einem Glasbehälter, mitgebracht. Mich interessierten vor allem die darin enthaltenen Ostsee-Diatomeen. 
Ich bin erst jetzt dazu gekommen, diese Probe mikroskopisch auf Diatomeen zu untersuchen. Die Probe wurde bereits im Juli gezogen, deshalb war das darin enthaltene, organische Material schon stark anaerob abgebaut.
Dennoch zeigte eine Probe außerordentlich viele Fadenalgen, deren Zellstruktur mit Resten von (grünem) Chlorophyll  noch erhalten war.  Auffallend war, dass auf vielen dieser  Algenfäden dicht gedrängt (braune) Diatomeen, offensichtlich einer bestimmten Art, hafteten.
Nach den mikroskopischen Bildern der grünen Fadenalgen sieht es so aus, als ob jeweils stets zwei Diatomeen der gleichen Art, also vier „Halbschalen“, auf den Fäden als Verbund haften. Auch diese Diatomeen enthalten noch „Innereien“. Ähnlichen „Diatomeen-Besatz“ hatte ich schon früher auch an grünen „Blatt-Wasserpflanzen“ auch mit unterschiedlichen Diatomeen beobachtet, ging allerdings, ohne weiter darüber nachzudenken, davon aus, dass es sich um einen parasitären Besatz der Pflanzen mit Diatomeen handelt. Jetzt sind mir Zweifel aufgekommen.
Parasitieren die Diatomeen auf den Algenfäden oder ist das eine Symbiose?
Letzteres ist m.E. denkbar. Die Fotosynthese der Diatomeen würde dadurch verbessert, dass sie durch die der Wasser-Oberfläche näheren und sich bewegenden  Algenfäden, ohne selbst Energie aufzuwenden um  zu „wandern“,  stets gute „Lichtverhältnisse“ haben.
Die Algenfäden wiederum könnten durch den Besatz als „dickere Brocken“  vor Angriffen von Fressfeinden besser geschützt werden.
Die Fotosynthese der Algenfäden müsste durch den Diatomeen-Aufwuchs nicht unbedingt negativ beeinträchtigt werden. Die Fotosynthese der grünen Algenfäden adsorbiert Licht nur der Wellenlänge „rot“ und „blau“, die Diatomeen dagegen Licht der Wellenlängen zwischen „rot“  und „blau“. Wenn die aufsitzenden Diatomeen für „rot“ und „blau“ hinreichend „durchlässig“ sind, und so sieht es aus, würde die Fotosynthese der grünen Fadenalgen nicht gestört.
Auch eine Konkurrenz bei der Aufnahme von CO2 (und Mineralstoffen) ist vermutlich nicht gegeben. Beide nehmen dies über die gesamte Oberfläche auf. (Zudem senkt die Fotosynthese die CO2-Konzentration im Umgebungswasser m.E. wegen der schnellen Vermischung  im Gewässer nicht wirklich.)
Es könnte sich also, anders als bei Blattläusen auf frischen Pflanzentrieben, um eine Symbiose von Diatomeen und Wasserpflanzen handeln.
Gibt es hierzu Erkenntnisse?
Hier einige Bilder:
25-fach Objektiv, DF


40-fach Objektiv, DF


40-fach Objektiv, HF



Gruß Carlos

Detlef Kramer

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Re: Diatomee, Parasit oder Symbiose
« Antwort #1 am: Januar 17, 2020, 18:08:55 Nachmittag »
Hallo,

Erkenntnisse sind mir dazu nicht bekannt. Ich denke, die Diatomeen sind hier als Epiphyten (Aufsitzer) zu betrachten, die dadurch wirklich Vorteile genießen könnten. Für die Pflanze/Alge kann ich das nicht erkennen. Damit entspräche dies nicht der Definition einer Symbiose.

Herzliche Grüße
Detlef
Dr. Detlef Kramer, gerne per DU

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JB

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Re: Diatomee, Parasit oder Symbiose
« Antwort #2 am: Januar 17, 2020, 20:57:47 Nachmittag »
Parasitieren die Diatomeen auf den Algenfäden oder ist das eine Symbiose?
Letzteres ist m.E. denkbar. Die Fotosynthese der Diatomeen würde dadurch verbessert, dass sie durch die der Wasser-Oberfläche näheren und sich bewegenden  Algenfäden, ohne selbst Energie aufzuwenden um  zu „wandern“,  stets gute „Lichtverhältnisse“ haben.
Die Algenfäden wiederum könnten durch den Besatz als „dickere Brocken“  vor Angriffen von Fressfeinden besser geschützt werden.
Die Fotosynthese der Algenfäden müsste durch den Diatomeen-Aufwuchs nicht unbedingt negativ beeinträchtigt werden. Die Fotosynthese der grünen Algenfäden adsorbiert Licht nur der Wellenlänge „rot“ und „blau“, die Diatomeen dagegen Licht der Wellenlängen zwischen „rot“  und „blau“. Wenn die aufsitzenden Diatomeen für „rot“ und „blau“ hinreichend „durchlässig“ sind, und so sieht es aus, würde die Fotosynthese der grünen Fadenalgen nicht gestört.
Auch eine Konkurrenz bei der Aufnahme von CO2 (und Mineralstoffen) ist vermutlich nicht gegeben. Beide nehmen dies über die gesamte Oberfläche auf. (Zudem senkt die Fotosynthese die CO2-Konzentration im Umgebungswasser m.E. wegen der schnellen Vermischung  im Gewässer nicht wirklich.)

Gibt es hierzu Erkenntnisse?

Hallo Carlos,

Dazu gibt es einiges an Literatur. Link ist unten (Bezug auf Suesswasser). Viele der von Ihnen angesprochenen Wechselwirkungen sind auch schon untersucht worden.

Aufgrund der Vielfalt von Makrophyten und Epithyten (letztere bilden diverse, mehrschichtige Biofilme auf geeigneten Oberflaechen) und ihrer Habitate gibt es auch eine grosse Vielfalt von beobachteten Wechselwirkungen. Der Effekt von Epiphyten kann negativ, neutral oder positiv sein, je nach Art, Jahreszeit, Gewaesser und selbst Tageszeit.

Positive Effkte sollen Frassschutz und Lichtschutz sein (zur Mittagszeit im Sommer wirkt die hohe Lichtstaerke hemmend auf Makrophyten - eine leichte Abschattung ist also positiv). Andererseits entziehen die Epiphyten tiefer im Wasser lebenden Makrophyten messbar Licht, koennen anscheinend sogar lebendem Gewebe Naehrstoffe entziehen und konkurrieren um CO2.

Aufgrund der vielfaeltigen Wechselwirkungen ist die Lebensweise dieser Diatomeen am besten bewertungsfrei als epiphytisch beschreiben. Im Englischen auch neutral als "symbiosis" ( = Lebensgemeinschaft) da eine echte Symbiose (engl. "mutualism") wohl eher selten ist.

Dafuer spricht auch, dass aquatische Makrophyten eine ganze Reihe von Abwehrstoffen ins Wasser abgeben (allelopathische Substanzen) um den Epiphytenbewusch zu begrenzen.

Hier nachzulesen ab Seite 10: https://bioone.org/journals/cryptogamie-algologie/volume-39/issue-1/v39.iss1.2018.3/Ecology-and-Applications-of-Freshwater-Epiphytic-Diatoms--Review/10.7872/crya/v39.iss1.2018.3.pdf Letáková et al. (2018) Ecology and applications of freshwater epiphytic diatoms – review. Cryptogamie, Algologie 39 (1): 3-22

Noch ein paar Anmerkungen:

Gruenes Licht wird durchaus und ziemlich effizient von hoeheren Pflanzen genutzt. Gerade im Wasser ist das wichtig, da rotes Licht wenig verfuegbar ist. https://www.canr.msu.edu/news/green_light_is_it_important_for_plant_growth

Konkurrenz um CO2 ist (zumindest im Suesswasser) ein sehr wichtiger Faktor. An einem sonnigen Tag ist in einem Teich ist schon um die Mittagszeit alles verfuegbare CO2 verbraucht und die Photosynthese kommt weitgehend zum Erliegen. In Stillgewaessern bildet sich um die photosynthetisierende Pflanze herum eine CO2-freie Zone, in die nicht genug CO2 nachdiffundieren kann um den Verbrauch auszugleichen.

Beste Gruesse,

Jon

plaenerdd

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Re: Diatomee, Parasit oder Symbiose
« Antwort #3 am: Januar 17, 2020, 22:31:21 Nachmittag »
Hallo,
Gibt es auch als Fahrgemeinschaft :D Heute aus dem Fluß vor meiner Haustür (Weißeritz).
LG Gerd
Fossilien, Gesteine und Tümpeln mit
Durchlicht: CZJ-Nf mit Phv, Pol, DF, HF; Auflicht: VERTIVAL, Stemi: MBS-10; Inverses: Willovert mit Ph

Carlos

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Re: Diatomee, Parasit oder Symbiose
« Antwort #4 am: Januar 29, 2020, 17:37:44 Nachmittag »
Hallo zusammen,
Aus der Probe (mit vielen Algenfäden) habe ich in üblicher Weise Diatomeen-Konzentrat gewonnen. Dieses Konzentrat enthält natürlich nicht nur die oben gezeigten „Aufsitzer-Diatomeen“ der Algenfäden sondern auch eine Vielzahl anderer Diatomeen.
Ein Aliquot dieses Konzentrats, 0,2 ml, habe ich im Mikromaßstab chemisch gereinigt. (Ich verwende dazu: 1. konz. Schwefelsäure, 2. Kaliumpermanganat, 3. H2O2. Durchgeführt wurde die Reinigung in einem kalibrierten, ca. 14 ml Zentrifugen-Röhrchen.)
Da es mir dabei darum ging, die räumliche Struktur der Diatomeen zu erhalten, habe ich eine Methode gewählt, bei der die beiden Kieselsäure-Schalen einer Diatomee  nicht getrennt werden sondern verbunden bleiben. Hier, zusammengefasst mit ca. Angaben, die Vorgehensweise:
1.   0,2 ml feuchtes Diatomeen-Konzentrat wurde mit ca. 1,5 ml konz. Schwefelsäure langsam unter „Durchschütteln“ tropfenweise vermischt. Das Gemisch erwärmte  sich dabei auf ca. 50°C, die Mischung enthielt jetzt 80%ige Schwefelsäure. Das Gemisch wurde auf Raumtemperatur unter mehrfachem Durchschütteln abgekühlt und dann 24 Stunden stehen gelassen. Danach ist die Mischung „homogen tief schwarz“.
2.   Nach 24 Stunden werden nach und nach wenige, kleine  Kaliumpermanganat-Kristalle  zu der Mischung  zugegeben, wobei  jeweils durchgeschüttelt wird, bis sich der jeweilige Kristall gelöst hat. Während des Lösungsvorgangs der Kristalle nahm die Mischung einen violetten Farbstich an, der nach Zugabe des letzten Kristalls am Ende einige Minuten sichtbar bestehen blieb. (Insgesamt wurden hierfür ca.1 bis 2 mg Kaliumpermanganat benötigt.)Diese Mischung wurde 12 Stunden stehen gelassen.
3.   Nach 12 Stunden wurde tropfenweise (vorsichtig! Die Mischung schäumt)10%ige H2O2-Lösung unter Durchschütteln zugegeben bis die Lösung farblos wird und kaum noch schäumt. (Dazu reichten weniger als 2 ml 10%iges H2O2.) Sie war jetzt (weitgehend) farblos und „milchig“ trüb. Zum Schluss wird auf ca. 10 ml im Zentrifugen-Röhrchen mit dest. Wasser aufgefüllt.
Das weitere Vorgehen zur Entfernung von Verunreinigungen und zum Neutralwaschen ist, wie üblich.
Hier zwei Bilder:
Bild 1, DF, 10-fach Objektiv, Bildbreite 78/100 mm


Das Bild gibt einen Überblick über die Vielfalt der in der Probe enthaltenen, unterschiedlichen Diatomeen. Auffällig sind zwei „Diatomeen“ im Zentrum des Bildes. (M. E. sind es jeweils ein Verbund von zwei gleichartigen Diatomeen.)
Bild 2, DF, 25-fach Objektiv, Bildbreite 27/100 mm


Das Bild zeigt  vergrößert beide „auffälligen Diatomeen“.

Bild 3, „Stack“/EDF-Bild aus 18 Einzelbildern, HF, 63-fach Objektiv, Bildbreite 11/100 mm, gleicher Ausschnitt um 90° gedreht


Das Bild zeigt vergrößert eine der „auffälligen Diatomeen“.
Gruß Carlos
Ps. Das mit dem „Mikro-Verfahren“  gewonnene/ gereinigte Diatomeen-Material reicht für die Herstellung von ca. 100 Präparaten.

Carlos

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Re: Diatomee, Parasit oder Symbiose
« Antwort #5 am: Januar 30, 2020, 20:07:06 Nachmittag »
Hallo,
Noch ein kleiner Zusatz, warum ich vermute, dass die oben gezeigten „auffälligen Diatomeen“ ein Verbund von zwei gleichartigen Diatomeen ist.
Da ich bemüht bin, die Schicht aus Objekten und Eindeckmedium zwischen Deckglas und Objektträger möglichst klein zu halten, habe ich diese mit einer Schublehre, bevor das Eindeckmittel ausgehärtet ist, gemessen. Dabei habe ich den Druck der „Backen“ der Schublehre langsam erhöht, wobei das Eindeckmittel etwas am Rand des Deckglases austrat. 
 Bis zur Schichtdicke von 20 µm sind die „auffälligen Diatomeen“ völlig in Ordnung.  Erhöhte ich dann langsam den Druck passierte zunächst nichts bis plötzlich die Schichtdicke auf 10 µm schrumpfte.  Unter dem Mikroskop war m.E. zu erkennen, dass nur die „auffälligen Diatomeen“  zusammengekracht waren und offensichtlich Bruchstücke von zwei gleichartigen Diatomeen zurück ließen. 
Gruß Carlos