Die Flechte Xanthoria polycarpa - scheibchenweise

[Michael]

Hallo in die Runde,

vor einigen Wochen bin konnte ich überraschend eine Leitz Grundschlittenmikrotom erwerben. Zum Ausprobieren fiel mir im Garten eine schöne Gelbflechte auf, die ich für Xanthoria polycarpa halte und die als Testobjekt herhalten musste. Die Abgrenzung zu X. parientina fiel mir nicht leicht und beruht hauptsächlich drauf, dass die Flechte aus einer Kruste sich überdeckender und  miteinander verbundenen Loben besteht. Härchenartige Verbindungen zum Substrat sind nicht vorhanden. Ich lasse mich also gern eines Besseren belehren!


Bild 1: Xanthoria polycarpa; Überkrustete Zweige eines Gartenstrauchs

X. polycarpa überkrustet Zweige von Gartengehölzen in Gegenden, in denen der Stickstoffeintrag über die Luft - bedingt durch die Landwirtschaft - relativ groß ist und ist deshalb leider nicht sehr selten zu finden. Sie breitet sich entlang der Zweige aus und kann große Bereiche eines Strauchs überdecken.


Bild 2: Xanthoria polycarpa; Detailansicht mit vielen Fruchtkörpern (Apothecien)

Sieht man sich die Flechte etwas genauer an, erkennt man, dass der Thallus sehr viele becherförmige Fruchtkörper (sog. Apothecien) ausbildet und deren Vielzahl namensgebend ist (polycarpa  = vielfrüchtig). Die Flechtenkruste ist leicht abzulösen und konnte deshalb leicht für die Untersuchung präpariert werden.

Die Proben wurden teilweise mit AFE fixiert, teilweise aber auch unfixiert in PEG-1500 eingebettet, um die Flechtenstoffe nicht herauszulösen. Die Einbettung erfolgte nach dem Rezept von Ralf Wagner (http://www.dr-ralf-wagner.de/wp/wp-content/uploads/2017/02/PEG.pdf). Die unfixierten Proben wurden auf ca. 40µ geschnitten, während bei den fixierten das PEG besser eindrang und Schnitte bis zu 10µ möglich waren.


Bild 3: Xanthoria polycarpa; Übersichtsschnitt mit mehreren verbundenen Loben und Substrat; 20µm

Ein Kennzeichen von X. polycarpa ist, dass die einzelnen Loben eine mehrschichtige Kruste bilden und miteinander verbunden sind. Die Verbindung zum Substrat ist nicht haarartig ausgeführt sondern erfolgt durch dicke, kurze Säulen.


Bild 4: Xanthoria polycarpa; Schnitt durch Lobe, unfixiert, 40µ

Der Schnitt durch eine Lobe zeigt den typischen Aufbau dieser Flechte: Die Außenseite ist von einer kristallinen Schutzschicht - in diesem Fall aus Parientin - bedeckt. Darunter liegt der obere Cortex aus dicht aneinander gefügten Pilzhyphen. In der photoaktiven Schicht liegen Grünalgen, die in eine Matrix aus Pilzhyphen eingebettet sind und die für die primäre Nahrungsproduktion durch Photosynthese zuständig sind. Unter der Algenschicht liegt die schwammartige Markschicht aus Hyphen mit großem Abstand. Hier kann in kurzer Zeit viel Wasser gespeichert werden. Den unteren Abschluss bildet der untere Cortex der wieder aus enge aneinander liegenden Pilzhyphen aufgebaut ist.


Bild 5: Xanthoria polycarpa; Verbindung zum Substrat; fixiert, 10µm

Von diesem unteren Cortex aus werden kurze, breite Rhizine gebildet, die die Flechte an das Substrat anheften.
Algen und Pilz bilden eine enge symbiotische Gemeinschaft. Der Pilz produziert die Flechtenstoffe der äußeren Schicht, die die Photosymbionten vor der UV-Strahlung schützt und diese teilweise über Fluoreszenz in für die Algen nutzbares Licht konvertieren. Unter dem festen Cortex liegen die Algen gut geschützt. Die lockere Markschicht reguliert den Wasser- und Gashaushalt, so dass sich optimale Lebensbedingungen für die Algen ergeben.
Im Gegenzug produzieren die Algen über Photosynthese Kohlenhydrate, die sie an den Pilz abgeben und ihn durch ernähren.


Bild 6: Xanthoria polycarpa; Photosymbiont aus der Gattung Trebouxia mit anliegenden Pilzhyphen

Sowohl der Pilz als auch die symbiontischen Algen kommen "in freier Wildbahn" nicht stabil vor. X. polycarpa bildet keine speziellen Fortpflanzungskörper (Soralien bzw. Isidien) mit Photobionten und Mycobioneten. Es stellt sich also die Frage, wie sich ein so komplexer Organismus erfolgreich fortpflanzen kann. Bei dem Photosymbionten ist keine sexuelle Fortpflanzung bekannt - er vermehrt sich nur über asexuelle Zellteilung. Der Pilz kontrolliert die Fortpflanzungsrate und sorgt so dafür, dass die Algen nicht Überhand nehmen.
Der Pilz selbst bildet als Schlauchpilz Fruchtkörper, in denen Sporen gebildet und nach Außen abgegeben werden. Dies Apothecien erheben sich becherförmig aus dem Thallus.


Bild 7: Xanthoria polycarpa; Thallus mit Apothecium

Ein genauerer Blick zeigt, dass die Apothecien direkt aus dem Thallus gebildet werden und deshalb die Algenschicht auch an den Rändern der Apothecie hochgezogen werden. Im Inneren des Apotheciums liegt das Hymenium mit den Sporenschläuchen.


Bild 8: Xanthoria polycarpa; Apothecium, fisiert, 20µm

In jedem der Porenschläche (Asci) werden je acht Sporen gebildet und nach Außen abgegeben.


Bild 9: Xanthoria polycarpa; Asci

Die Sporen bestehen bei X. polycarpa aus je zwei Zellen, die durch ein dickes Septum getrennt sind. Durch diese Trennwand läuft ein dünner Verbindungskanal, so dass die Sporen an Sanduhren erinnern.


Bild 9: Xanthoria polycarpa; Sporen

Wie kommen nun diese Sporen und die daraus treibenden Pilze und die unbeweglichen Algen zusammen? Würde sich der Organismus lediglich auf den Zufall verlassen, wäre eine so erfolgreiche Ausbreitung wie bei X. polycarpa schwer vorstellbar. Um dieses Rätsel zu lösen, muss man die gesamte Lebensgemeinschaft betrachten, die sich auf den befallenen Zweigen findet. Unter den Flechtenkrusten liegt ein geschützter, gleichmäßig feuchter Lebensraum, der von vielen Kleintieren wie z.B. Milben bewohnt wird. In Kotpellets einiger typischer Milben hat man fortpflanzungsfähige Sporen und Algen gefunden, die so durch die Milben entlang der Zweige vertragen werden und einen gut gedüngten Startpunkt für eine neue Flechte darstellen.
Um die Rolle der Milben zu verstehen, habe ich aus einigen Proben Milben ausgelesen und mir genauer angesehen.


Bild 10: Milbe an Xanthoria polycarpa

Betrachtet man diese Milben - deren Bestimmung ich mir nicht zutraue - etwas genauer, fällt auf, dass die Tiere dicht mit Algen und Pilzsporen - zum Teil bereits ausgetrieben - überkrustet sind.


Bild 11: Milbe an Xanthoria polycarpa; Pilz und Algenkruste

Auch an den Analplatten sind Algen und Sporen vorhanden. Deshalb erscheint es mir nicht verwunderlich, dass an Kotpellets ebenfalls Algen und Sporen gefunden wurden. Eine Passage durch den Verdauungstrakt halte ich nicht für zwingend.


Bild 12: Milbe an Xanthoria polycarpa; Algen und Sporen an Anal- und Genitalplatten

Das Projekt "Xanthoria" begann eigentlich als Übung im Mikrotomieren. Aber je näher ich mich mit diesen Organismen befasst habe, desto Größer wurde meine Faszination für die eng in ein dichtes ökologisches Netz verwobene Flechten. Ich hoffe, ich konnte Euch ebenfalls ein wenig von meiner Begeisterung für dieses interessante Thema vermitteln.

Viele Grüße

Michael

[liftboy]

Hallo Michael,

sehr schöne Dokumentation!
Bei der Milbe handelt es sich um eine Hornmilbenart (schwer bestimmbar)

Grüße
Wolfgang

[Bob]

Hallo Michael,
schöne Schnitte hast Du da gemacht und sie auch prima beschrieben. Da hat sich der Kauf des Bootsankers doch schon gelohnt. Hast Du Dich schon mal mit Paraffineinbettung befasst? Die Klarheit des Bildes verbessert sich bei Flechten mit abnehmender Schnittdicke deutlich.

Viele Grüße,

Bob

[JürgenG.]

Servus Michael,

interessante Darstellung dieser häufigen aber wenig beachteten Wegbegleiter. Bei der Milbe könnte es sich um eine Nothridae handeln. Eine garantierte Bestimmung ist das aber bei weitem nicht.
Gruß Jürgen

[plaenerdd]

Hallo Michael,
ein sehr schöner Beitrag!° Die Rolle der Milben bei der Verbreitung der Flechten war mir bisher nicht bekannt. Ein guter Grund, mir die Flechten in meinem Garten auch mal genauer anzusehen, obwohl ich da sicher andere an den Johannisbeersträuchern habe. Die sind eher grau, nicht gelb, aber sicher auch von Untermietern belebt.
Beste Grüße
Gerd

[Heiko]

Hallo Michael,

den lobenden Worten der Vorredner kann ich nur beipflichten – sehr gelungene Dokumentation.
Der ,,Verdacht", dass Milben als Vektoren eine Rolle beim ,,Infektionsgeschehen" spielen, war mir neu, ist natürlich aber prinzipiell plausibel. Neben den Adhäsionseffekten des Wassers (bei etlichen Pilzen spielt Schleim eine Rolle) scheint das ein weiterer Mobilitätsfaktor.
Die Lichenologen haben sich seit eh an dieser Thematik abgearbeitet – den neuesten Stand kenne ich nicht, Hauptsache es funktioniert – und die von Dir gezeigte Milbe transportiert Sporen, wenngleich Xanthoria-Sporen sind in dieser Ansicht wohl nicht zu erkennen.

Viele Grüße,
Heiko

[piu58]

"Gelbflechte" ist ja überall häufig. Ich werde mir das selbst einmal anschauen. Sehr instruktiv! Und bis ins letzte untersucht: Porenschläuche, Poren und sogar die Milden. Ein sehr lehrreicher Aufsatz, der wieder neue Einblicke darein gibt, welchen Weg sich das Leben sucht.

[A. Büschlen]

Hallo Michael,

dicht mit Algen und Pilzsporen - zum Teil bereits ausgetrieben

Mit Baumwollblau angefärbt kann du erkennen ob mögliche Pilzsporen wirklich ausgetrieben haben.

Gruss Arnold

[Michael]

Hallo Flechteninteressierte,

vielen Dank für Eure netten Rückmeldungen. Da das mein erstes Mikrotom- und Flechtenprojekt war, freue ich mich um so mehr, dass meine Arbeit vorzeigbar war.

@Bob:
Ja, der Bootsankers hat sich auf alle Fälle gelohnt - auch wenn ich mir fast das Kreuz verhoben habe, als ich das Ding aus dem Kofferraum wuchtete. Aber man muss halt Opfer für die Wissenschaft bringen...

Eine Parafineinbettung habe ich noch nicht probiert und werde auch damit warten, bis ich das Gefühl habe, die Möglichkeiten von PEG ausgeschöpft habe und das Verfahren sicher beherrsche. Leider ist es da noch ein langer Weg hin - ich übe noch. Im Moment gelingen mir manchmal (immer öfter) 10µ Schnitte.

Welche Schnittdicke strebt Ihr für Flechten an?

@Wolfgang und Jürgen:
Danke für Eure Hinweise zur Bestimmung der Milben. Nothridae ist sicher ein guter Einstieg, auch wenn das eine der größten Hornmilben-Gruppen ist. Da ich vorausschauend die Milben sowohl in Dorsal- als auch in Ventralansicht als Dauerpräparat eingeschlossen habe, werde ich mich in einer ruhigen Minute (Stunde, Tag...) mal durch die Bestimmungschlüssel beißen.

@Heiko:
Hornmilben bilden mit den Flechten eine enge Lebensgemeinschaft die z.B. hier genauer beleuchtet wird:

E. L. SEYD and M. R. D. SEAWARD, "The association of oribatid mites with lichens," Zool. J. Linn. Soc., vol. 80, no. 4, pp. 369–420, 1984, doi: 10.1111/j.1096-3642.1984.tb02552.x.

Hier gibt es sogar eine Zuordnung zwischen Flechtenart und den zugehörigen Milbenarten. Von daher lag es nahe, auch Milben, die sich von "ihren" Flechten ernähren, als Fortpflanzungsvektor zu untersuchen:

F. A. Meier, S. Scherrer, and R. Honegger, "Faecal pellets of lichenivorous mites contain viable cells of the lichen-forming ascomycete Xanthoria parietina and its green algal photobiont, Trebouxia arboricola," Biol. J. Linn. Soc., vol. 76, no. 2, pp. 259–268, 2002, doi: 10.1046/j.1095-8312.2002.00065.x.

In diesem Paper wurden Milben von Xanthoria abgesammelt und in Laborkultur kultiviert. Dazu wurden die Tiere mit Teilen von Apothecien der Flechte gefüttert. Die Kotpellets wurden gesammelt und es wurde versucht, Pilze und Algen auf Nährböden aus den zerkleinerten Pellets anzuzüchten. Das gelang sowohl bei dem Pilz als auch bei den zugehörigen Algen, so dass geschlossen wurde, dass Sporen und Algen den Verdauungstrakt keimfähig passieren. Die Milben waren eine Art, von der bekannt war, dass sie sich durch das Hymenium der Apothecien bis zu Metulla durchfressen. Bei Xanthoria liegen unter dem Hymenium "Klumpen" von Algen (siehe Bild 8 ) (aus den Lehrbüchern sieht man nur Abbildungen von Apothecien, bei denen die Photobionten nur am Rand vorkommen, nicht in der Tiefe unter dem Hymenium. Ist das eine Spezialität von Xanthoria?). Die Milben fressen also sowohl Sporen als auch Algen.
Die von mir beobachteten Milbe waren über und über mit Algen und Sporen überzogen. Dies ist für Hornmilben ungewöhnlich und ist mir bei den von mir untersuchten Bodenmilben noch nicht vorgekommen. Das ist wohl eine Spezialität des Lebensraums "Flechte". Auch Sporen von Xanthoria waren beobachtbar, sind aber vor dem dunklen Untergrund sehr schwer abzubilden. Ich hänge mal ein Belegfoto an. Es wundert mich eigentlich nicht, dass die Milben nach ihrer Mahlzeit mit Sporen und Algen bepudert sind. Es würde mich auch nicht wundern, wenn beim Absetzen der Kotpellets Algen und Sporen an der klebrigen Außenschicht der Pellets hängen blieben. Aber dass müsste natürlich genauer und mit genetischen Methoden untersucht werden.
Aber das ist ein spannendes Thema...

Viele Grüße

Michael

[Heiko]

Hallo Michael,

ja, das ist spannend – eine ,,Verdauungsverbreitung" durch Milben, und deren Taxifunktion hast Du nun auch per Foto belegt. Danke.

Viele Grüße,
Heiko

[Bob]

Hallo Michael,

ich hatte hier in PEG auf 20µ geschnitten: https://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=39942.0


Hier sind 5µ-Schnitte von John Brodie zu sehen, für meinen Geschmach deutlich klarer: https://www.microbehunter.com/microscopy-forum/viewtopic.php?f=10&t=12033&p=98623&hilit=lichen#p98623

Bei dickeren Schnitten hat man von allem immer ein paar zuviel übereinander für ein wirklich klares Bild. Es würde sich also schon lohnen auf 10µ oder weniger zu gehen. Meine Einbettung in PEG ließ noch viel Spielraum nach oben, von daher sollten 10µ auch in PEG machbar sein. Johns Safranin + Fast Green Färbung gefällt mir gut.

Viele Grüße,

Bob

[Michael]

Hallo Bob,

danke für die Links - da bleibt noch viel Luft nach oben bei meinen Schnitten! Ich werde also daran arbeiten, mit dem PEG noch weiter die Schnittdicke zu reduzieren. Im Moment bleibe ich aber bei 10µm hängen. Dies kann aber auch durch die Messerschärfe kommen - auch hier kämpfe ich noch tapfer!

Die Färbung sieht echt gut aus.

Schöne Feiertage

Michael

[liftboy]

Hallo erstmal,

bei Fragen zu Flechten gibt es einen Spezialisten (war ganz früher auch mal hier im Forum aktiv) Mike Guwak.
Jetzt im österreichischen Forum für den Bereich Lichenes zuständig https://mikroskopie-forum.at/index.php?user/2-mike-guwak/
Da könnte man ja auch mal fragen ;-)

Grüße
Wolfgang

[Michael]

Hallo,

Bobs Beitrag hat meinen Ehrgeiz angestachelt und ich habe gestern noch das Mikrotommesser nachgeschärt und die minimale Schnittdicke ausgelotet. Bei 5µm ist bei mir (zumindest zur Zeit) das Ende der Fahnenstange erreicht.
Die Schnitte schauen eigentlich recht gut aus, aber bei der Nachbearbeitung und Überführung in ein vernünftiges Präparat geht meist irgendwas schief: die Schnitte verknicken, reißen, gehen verloren, überlagern sich oder nutzen irgendeine der tausend anderen Möglichkeiten, mich zu ärgern...

Die angehängten - noch nicht idealen - Bilder zeigen einen 5µm Schnitt ungefärbt bzw. mit Baumwollblau gefärbt, das gerade bei den Apothecien die Einzelheiten besser herausarbeitet.

Schöne Ostern

Michael


Ungefärbte Apothecie, 5µm


Mit Baumwollblau gefärbte Apothecie, 5µm


Mit Baumwollblau gefärbte Asci, 5µm


Mit Baumwollblau gefärbte Skeletthyphen, 5µm


Mit Baumwollblau gefärbter oberer Cortex , 5µm

[Bob]

Hallo Michael,
klasse Fotos, das meinte ich mit der zunehmenden Klarheit!
Mein PEG-Schneiden ergab ja nur so eng gerollte Krümel, aus denen sich dann in Wasser zusammenhängende Schnitte fischen ließen. Bei Paraffin bekomme ich leicht gestauchte und nur leicht gewölbte Schnitte, die ich dann als Paraffinscheibchen mit Inhalt weiterverarbeite. Wie sah das bei deiner PEG-Einbettung aus? Ich fände es ja praktisch, eine Zwischenstufe zwischen Frischmaterial und Paraffinblock zu finden, 80% des Ergebnisses bei 20% Einsatz, Parteo-Prinzip. Bislang ist mir das nicht gelungen.

Viele Grüße,

Bob