Überblick: Was ist Vorticella?

Vorticella ist eine Protozoe (Protist), die zum Stamm Ciliophora gehört. Als solche sind sie eukaryotische Ciliaten, die unter anderem in Lebensräumen wie Süß- und Salzwasser vorkommen.

Studien zufolge ist Vorticella mit über 100 identifizierten Arten die größte Gattung von sitzenden Peritrich-Ciliaten. Je nach Lebensraum ernährt sich diese Art von einer Reihe von Nahrungsmitteln durch den Vorraum, der als Eingangsweg für Lebensmittel dient.

Abgesehen davon, dass es Teil der Nahrungskette ist, spielt es auch eine Reihe wichtiger Rollen in der Umwelt, die dem Menschen zugute kommen.Einige der Arten in dieser Gattung sind:

• V. campanula
• V. citrina
• V. marina
• V. communis
• V. striata
• V. utriculus
• V. sphaerica

Klassifizierung

Vorticella ist eine Gattung von Ciliaten Protozoen, die unter den folgenden klassifiziert ist:

• Königreich: Chromalveolata
• Phylum: Cilophora
• Superphylum: Alveolata
• Klasse: Oligohymenophorea
• Unterklasse: Peritrichia
• Ordnung: Sessilida
• Familie: Vorticellidae

Fortpflanzung und Lebenszyklus

Wie viele andere Infusorien (winzige Wasserorganismen wie Protozoen) hat sich die Teilung (binäre Spaltung) der Organismen in zwei (oder manchmal mehr) Tochterzellen als eines der Mittel zur Vermehrung von Vorticella erwiesen.

Bevor die Teilung der Organismen beginnt, verkürzt sich der Körper des Organismus mit zunehmender Breite. Darauf folgt die Teilung des Kerns, bei der sich der Makronukleus amitotisch teilt, während sich der Mikronukleus mitotisch teilt. Dies geht einher mit der Verengung der Organismen, die den Organismus letztendlich in zwei oder mehr Organismen aufteilten.

Während sich der Elternorganismus zu zwei oder mehr Vorticella teilte, ist es erwähnenswert, dass nur einer der neuen Organismen den ursprünglichen Stiel beibehält. Dadurch kann der andere neue Zilien (temporäre Zilien) und letztendlich einen neuen Stiel entwickeln, durch den er sich an einem anderen Substrat oder einer anderen Oberfläche festsetzen kann. Die binäre Spaltung solcher Peritrichien wie Vorticella hat sich im Vergleich zu anderen Ciliaten als einzigartig erwiesen, da sie oft ungleich und longitudinal ist (indem sie entlang der oral-aboralen Achse des Organismus verläuft).

Schematische Darstellung der longitudinalen Binärspaltung:

In dieser schematischen Darstellung können einige Teile der Organismen identifiziert werden, darunter: das Peristom, der Mikronukleus, der Makronukleus, eine kontraktile Vakuole, aborale Zilien sowie die Längsfurche.

Wenn die binäre Spaltung beginnt, schließt sich das Peristom zuerst, wenn sich der Körper (Glocke) des Organismus verkürzt und in der Breite zunimmt (Querdehnung). Das kontraktile pulsiert während der Teilung, während sich der Makronukleus verkürzt und kondensiert (wenn er sich in der Mitte der Zelle quer bewegt).

Mit fortschreitender Teilung beginnt die Verengung am vorderen Ende der Zelle und teilt die Zelle allmählich über ihre Länge (vom Peristom bis zum Stiel). Dies teilte den Organismus letztendlich in zwei ungleiche Teile (wobei eine der Tochterzellen kleiner war).

Während die größere Zelle einen Stiel behält, mit dem sie an einer Oberfläche haften bleiben kann, fehlt der kleineren Zelle ein Stiel, aber sie entwickelt an ihrem hinteren Ende aborale Zilien. Im Vergleich zur größeren Zelle mit einem Stiel wird die kleinere Zelle zylindrischer und wird als Teletroch bezeichnet.

Unter Verwendung der aporalen Zilien schwimmt die Zelle dann weg und haftet an einer Oberfläche durch ihre Scopula an ihrem aporalen Ende. Das Schulterblatt ist auch dafür verantwortlich, einen neuen Stiel für die Tochterzelle zu produzieren, der es dem Organismus ermöglicht, an der Oberfläche zu bleiben. Im Laufe der Zeit entwickelt sich die zylindrische Form zu einer Glockenform, wenn der Organismus reift.

* Diese Teilung dauert normalerweise 20 bis 30 Minuten.

Sexuelle Fortpflanzung / Konjugation

Abgesehen von der binären Spaltung wurde auch gezeigt, dass sich Vorticella durch Konjugation vermehrt (sexuelle Fortpflanzung).

Dies ist in zwei Hauptphasen unterteilt, die Folgendes umfassen:

Bildung von Mikro- und Makrokonjuganten

Diese Phase beinhaltet einen binären Spaltungsprozess, der eine größere und kleinere Zelle (ungleiche Zellen) erzeugt. Hier wird die kleinere Zelle (die in einigen Fällen mehr als eine sein kann) als Mikrokonjugat bezeichnet.

Die in dieser Phase produzierten Mikrokonjuganten entwickeln hintere Zilien und schwimmen, nachdem sie sich von der anderen größeren Zelle gelöst haben, und heften sich an andere Oberflächen. Im Vergleich zu den Telotrochs, die durch asexuelle Fortpflanzung produziert werden, wurde gezeigt, dass Mikrokonjuganten kleiner sind. Darüber hinaus entwickeln sich Mikrokonjuganten nicht zu adulten Formen (Metamorphose) und entwickeln keinen Stiel. Nach 24 Stunden sterben sie ab, anstatt zu kodieren, wie es einige der Telotrochs bei Berührung tun.

Darüber hinaus durchlaufen die größeren Zellen, die einen Stiel behalten haben, nukleare Modifikationen und entwickeln sich zu Makrokonjuganten. In diesem Zustand können sich die Makrokonjuganten mit lebensfähigen Mikrokonjuganten sexuell vermehren.

Fusion

Die zweite Phase der sexuellen Fortpflanzung wird allgemein als Fusion der Konjuganten bezeichnet. Wenn die Mikrokonjuganten herumschwimmen, können sie mit den Makrokonjuganten in Kontakt kommen und sich am unteren Teil des Zellkörpers in der Nähe des Stiels festsetzen; Nach dieser Anheftung fallen die Zilien der Mikrokonjuganten ab, gefolgt von Veränderungen im Kern der beiden Konjuganten.

Während die Makronuclei beider Konjuganten degenerieren (und im Zellzytoplasma absorbieren), werden die Mikronucleus im Makrokonjuganten Teilungen unterzogen, die zu vier Mikronuclei führen, während sich die des Mikrokonjuganten mehrmals teilen, um acht Mikronuclei zu erzeugen.

In beiden Konjuganten degenerieren alle Mikronuclei bis auf einen, so dass jeder Konjugant einen einzigen Mikronukleus aufweist (weiblicher Vorkern des Makrokonjuganten und männlicher Vorkern des Mikronukleus).

Die Wand zwischen den beiden Konjuganten verschwindet dann und die beiden vereinen sich. Es folgt eine Fusion der beiden Vorkerne, die zur Bildung eines Zygotenkerns (Synkaryon) führt. Die Teilung der Zygote erzeugt wiederum sieben Makronuclei und einen einzigen Mikronucleus.

Der Mikronukleus erfährt auch eine weitere Teilung, um zwei Mikronkerne zu bilden, die nach der Teilung der Zelle getrennt werden. Dies führt zu einer Zelle mit einem Mikronukleus und vier Makronukleien und die andere mit drei Makronukleien und einem Mikronukleus.

Die einzelnen Zellen und der Mikronukleus setzen auch die Teilung fort und produzieren schließlich Zellen mit einem Makro- und Mikronukleus.

Das Endergebnis dieser Teilungen umfasst sieben Tochterzellen, die bei ihrer Metamorphose allmählich Stängel entwickeln. Sobald sie voll ausgereift sind, können sie den Lebenszyklus fortsetzen.

Überleben unter ungünstigen Bedingungen

In Fällen, in denen sich die Umgebungsbedingungen als ungünstig für Vorticella erweisen, haben einige Studien gezeigt, dass sich die Organismen vom Substrat lösen und frei in eine günstigere Umgebung schwimmen. Bei extremen ungünstigen Bedingungen wird jedoch eine Zyste zum Schutz gebildet.

Dieser Prozess beginnt mit dem Zurückziehen des Peristoms, gefolgt von den Organismen, die sich zu einer Kugel zusammenziehen. Dann wird eine gallertartige Hülle abgesondert, die sich schließlich verfestigt und eine Kapsel bildet. Die Verkapselung umgibt und schützt die Organismen in der Dauer der extremen Umweltbedingungen.

Während der Kern und die kontraktile Vakuole der Organismen bei der Bildung der Zyste gleich bleiben können, kann während dieser Zeit Folgendes auftreten:

• Der Kern kann in mehrere winzige Scheiben zerbrechen
• Der Knochen kann auch in mehrere Säcke zerbrechen (von denen einige die Zyste durchbrechen und frei schwimmen können)

** Normalerweise, wenn sich die Bedingungen verbessern, kann der zyste wird brechen, um den Organismus freizugeben. Sobald die Organismen in die günstige Umgebung freigesetzt wurden, entwickelt sich die kontraktile Vakuole und beginnt zu pulsieren.

Wenn sich der Organismus vergrößert, wird ein aboraler Zilienkreis gebildet, der einen Telotroch bildet. Der Organismus schwimmt dann frei, bis er sich an ein Substrat anlagert, wo sich der Stiel schließlich entwickelt, wenn der Organismus reift.

Lebensraum

Vorticella kommen häufig in Gewässern wie Teichen, Seen, Flüssen und Bächen vor. Sie kommen jedoch auch in salzhaltigen Umgebungen (Salzwasser) sowie in der aquatischen Vegetation vor.

Diese Umgebungen sind ideal, da sie ideale Nahrungsquellen sind. Wie bereits erwähnt, werden Vorticella normalerweise durch ihren Stiel an Substraten befestigt. Infolgedessen schwimmen sie im Allgemeinen nicht frei, um Nahrung zu finden. In ihren aquatischen Umgebungen wird es jedoch leicht, Nahrung aus ihrer unmittelbaren Umgebung im Wasser zu erhalten.

Fütterung

Im Wesentlichen sind Vorticella Suspensionsfütterer. Hier ist anzumerken, dass die Telotroch zum größten Teil Nicht-Feeder sind. In diesem Stadium (und unter günstigen Bedingungen) beginnen sie, die somatischen Zilien wieder aufzunehmen, die die Energie und das Material liefern, die für die Stängelsekretion und Metamorphosen erforderlich sind.

Sobald die Organismen gereift sind und einen Stiel bilden, heften sie sich an ein Substrat und beginnen, sich von einer Reihe von Material in ihrer Umgebung zu ernähren. Das Peristom ist die Öffnung, durch die Nahrungsmittelmaterial verbraucht wird. Um diese mundähnliche Öffnung herum befinden sich Zilien, die eine wichtige Rolle dabei spielen, Nahrungsmaterial in der Umgebung in die zu verzehrende Mundrille zu fegen.

Da sie sich nicht frei bewegen / schwimmen, sind Vorticella weitgehend davon abhängig, dass sich Material in ihrer Umgebung frei bewegt, um Nahrung zu erhalten. Dazu gehören andere kleinere Protozoen, Bakterien und anderes winziges organisches Material um sie herum.

* Das Peristom (mundähnliche Öffnung) ist auch die Öffnung, durch die Vorticella Abfallmaterial in die Umwelt freisetzt.

Struktur und Eigenschaften

Mit Hilfe eines Phasenkontrastmikroskops können die Schüler die verschiedenen Teile und Strukturen von Vorticella leicht beobachten.Einer der größten Vorteile der Verwendung eines Phasenkontrastmikroskops ist die Tatsache, dass es das Licht verlangsamt, das in die dichten Teile des Organismus eindringt, was wiederum dazu führt, dass einige der Strukturen unter dem Mikroskop im Vergleich zu weniger dichten Teilen deutlich werden.Noch wichtiger ist, dass diese Technik es ermöglicht, lebende Organismen zu beobachten, was es ermöglicht, die Organismen zu sehen, während sie noch am Leben sind, wie sie in ihrer natürlichen Umgebung wären.

* Das Verfahren besteht einfach darin, den Organismus aus Teichwasser (oder einem anderen Gewässer, in dem sich Vorticella-Organismen befinden) zu gewinnen und unter verschiedenen Vergrößerungen zu beobachten.

Bild von Vorticella unter Phasenkontrastmikroskop:

Eines der deutlichsten Merkmale von Vorticella ist, dass sie einen kegelförmigen Körper haben (glockenförmig). Im obigen Bild sind feine haarähnliche Strukturen im oberen Teil des glockenförmigen Organismus zu sehen. Diese feinen haarähnlichen Strukturen sind als Zilien bekannt und spielen eine wichtige Rolle beim Einbringen von Nahrungsmaterial in das Peristom (breite Öffnung, umgeben von Zilien).

Auf dem zweiten Bild ist ein schlanker Stiel an der Basis des Organismus zu sehen. Dies spielt eine wichtige Rolle bei der Befestigung des Organismus an einem Substrat, wodurch der Organismus schwimmen und sich von schwimmendem Nahrungsmaterial im Wasser ernähren kann. Der unverzweigte Stiel unterscheidet Vorticella von den anderen Ciliaten.

Eine seiner anderen Eigenschaften ist, dass der Stiel Myonem enthält, eine kontraktile Fibrille, die es dem Stiel ermöglicht, sich bei Stimulation zu verkürzen und zu winden. Daher ist es unter dem Mikroskop möglich, den wie eine Feder aufgerollten Stiel zu beobachten.

Dies ist ein Bild eines geraden und federartigen Stiels:

Messungen

Verschiedene Arten von Vorticella variieren in der Größe. Für Vorticella campanula wurde gezeigt, dass der glockenförmige Körper etwa 157 Mikrometer lang und 99 Mikrometer breit ist. Der Stiel hingegen kann erheblich von etwa 53 Mikrometern bis zu 4150 Mikrometern variieren.

Bedeutung von Vorticella

In ihrer Umgebung ernähren sich Vorticella-Arten von einer Reihe von Materialien und Organismen, einschließlich anderer kleinerer Protozoen und Bakterien. In ihrem Nahrungssystem ist dies wichtig, da es hilft, die Population dieser Organismen in ihrer Umwelt zu kontrollieren.

Diese Art ist in Abwasserbehandlungssystemen sowie in Teichen für die aquatische Landwirtschaft reichlich vorhanden. Als schwimmende Feeder spielen Vorticella-Arten eine wichtige Rolle in solchen Systemen, indem sie organische Stoffe in diesen Umgebungen verbrauchen und abbauen.

In Abwasserbehandlungssystemen helfen sie beim Abbau der organischen Substanz, die zusammen mit anderen in das System integrierten Systemen zur Behandlung des Abwassers beiträgt.

In jüngerer Zeit wird der Mechanismus dieser Organismen in künstliche technische Systeme integriert, um beim Abbau verschiedener organischer Stoffe zu helfen.

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Ping Sun, John C. Clamp, Dapeng Xu, Bangqin Huang, Mann Kyoon Shin und Franziska Turner. (2018). Ein ITS-basierter phylogenetischer Rahmen für die Gattung Vorticella: Auffinden der molekularen und morphologischen Lücken in einer taxonomisch schwierigen Gruppe.