Noctiluca-Scintillane -Noctiluca scintillans

Noctiluca Szintillane
Noctiluca scintillans varias.jpg
Wissenschaftliche Klassifikation
Domain:
Eukaryoten
(ohne Rang):
SAR
(ohne Rang):
Alveolata
Stamm:
Dinoflagellata
Klasse:
Dinophyceen
Befehl:
Nachtlichter
Familie:
Nachtschattengewächse
Gattung:
Noctiluca
Spezies:
N. scintillans
Binomialer Name
Noctiluca scintillans
(Macartney) Kofoid & Swezy, 1921
Synonyme
  • Medusa Marina Slabber, 1771
  • Medusa-Szintillane Macartney, 1810
  • Noctiluca miliaris Suriray, 1816
  • Mammaria scintillans Ehrenberg, 1834
  • Noctiluca-Marina Ehrenberg, 1834

Noctiluca scintillans ist eine marine Art von Dinoflagellaten , die in einer grünen oder roter Form existieren können, je nach Pigmentierung in seinen Vakuolen . Es ist weltweit zu finden, aber seine geografische Verbreitung variiert je nachdem, ob es grün oder rot ist. Dieser einzellige Mikroorganismus ist für seine Fähigkeit zur Biolumineszenz bekannt , die dem Wassernachtsein hellblaues Leuchten verleiht. Allerdings Blüten dieser Art sind verantwortlich für die Umweltgefahren , wie giftige rote Gezeiten und Eutrophierung .

Etymologie

Der Name Noctiluca scintillans kommt aus dem Lateinischen; Noctiluca bedeutet „Licht, Licht bei Nacht“ und Szintillans bedeutet „leuchtend, Lichtblitze aussendend“.

Beschreibung

Taxonomie

Sie wurde bis 1873 der Qualle zugeordnet, als Haeckel sich dann entschloss, sie mit den Dinoflagellaten zu den Crystoflagellaten zu verlegen . Dies blieb bis 1920 so, als Kofoid es nach bestimmten Beobachtungen schließlich in die Ordnung Noctilucales einordnete . Diese Einteilung wird heute noch diskutiert und die Verwandtschaft von Noctiluca zu den Dinoflagellaten ist noch nicht eindeutig belegt, da die Analyseergebnisse noch zu variabel sind, um eine einzige Einteilung zu behaupten.

Gegenwärtig ist es Teil des Stammes Myzozoa , die einzellige begeißelte Organismen sind. Es ist dann Teil der Klasse Dinophyceae , die zwei Geißeln hat, der Ordnung Noctilucales, deren Kern beim Erwachsenen nicht dinocaryon ist, und der Familie Noctilucaceae , die eine kugelige Form mit einem Tentakel hat .

Morphologie und Anatomie

Noctiluca scintillans ist ein einzelliger kugelförmiger Organismus mit einer Länge von 400 bis 1500 µm. Es bewegt sich mit der Strömung und kann nicht wirklich schwimmen. Die Durchsichtigkeit erleichtert die Beobachtung. N. scintillans hat eine lange zytoplasmatische Ausdehnung, die an der Basis einer tiefen Furche hängt, in deren Nähe sich der Zellkern befindet . Ein weiteres Erkennungsmerkmal sind die feinen Streifen, die vom zentralen Zellkern ausgehen und sich bis zur Peripherie der Zelle erstrecken. Diese Art ist durch das Auftreten von blauen Blitzen bei Nachttauchgängen bekannt. N. scintillans sollte nicht mit Spatulodinium pseudonoctiluca verwechselt werden , einer ähnlichen, aber kleineren Art (<200 Mikrometer).

Es gibt 2 Farben von N. scintillans . Dies hängt von dem in den Vakuolen vorhandenen Pigment ab . Die rote Form ist heterotroph . Diese Form von N. scintillans konkurriert mit Copepoden um die Nahrungsaufnahme von Phytoplankton . Die grüne Form hat einen photosynthetischen Symbionten namens Pedinomonas noctiluca, der die grüne Farbe verursacht. Es ist hauptsächlich autotroph oder sogar photoautotroph, wenn dieser photosynthetische Symbiont in den Zellen reichlich vorhanden ist.

Noctiluca scintillans ist eine Spezies, die ihren Auftrieb durch Regulierung der intrazellulären Ionenkonzentration steuern kann. Um zu steigen, wird die Kaliumkonzentration erhöht und um zu sinken, werden schwerere Elemente wie Kalzium oder Magnesium verwendet.

Platz in der Nahrungskette

N. scintillans nimmt einen wichtigen Platz in der pelagischen Nahrungskette ein. N. scintillans wird von vielen Copepoden wie Calanus sp., Temora sp. und Acartia sp., Chaetognathen und Hydromedusen. Aufgrund ihrer übermäßigen Vermehrung ziehen sie aufgrund ihrer sehr dichten Ansammlungen und der häufigen Biolumineszenz in dieser Lebensphase viele Raubtiere an.

Die Ernährung variiert je nach grüner und roter Form. Die grüne Form ist tatsächlich autotroph, wenn der Symbiont Pedinomonas noctiluca in seiner Vakuole reichlich vorhanden ist. Ansonsten ist es heterotroph, wie die rote Form. N. scintillans ernährt sich dann von Kieselalgenaggregaten sowie von Copepoden-Eiern, Naupilar-Larven und Fischeiern.

N. scintillans kann von Euduboscquella parasitiert werden , einem intrazellulären Parasiten , der hauptsächlich Tintinniden, aber auch Dinnoflagellaten infiziert.

Lebenszyklus

Trophonten

Noctiluca scintillans ist ein heterotropher Dinoflagellat, der giftige rote Fluten verursacht . Um den Lebenszyklus dieser Art zu erklären, müssen wir mit den Trophonten beginnen. Trophonten sind die nicht-reproduktive Lebensphase vieler bewimperter Protozoen . Sie haben die Form einer Aubergine mit einer Kruste, die aus zwei verschiedenen Schichten besteht; eine äußere gallertartige Schicht und eine Plasmamembran . Wie alle Eukaryoten besteht der Trophont aus einem Kern, der in der Nähe des Zytostoms liegt, umgeben von Zytoplasma , das das Zytoplasmazentrum bildet.

Gamonts

Bei den Gamonts, wie die Zellen während der Gametogenese heißen , findet die Zellteilung statt. Diese Gamonts werden von einem kleinen Teil der Trophonten produziert, die spontan die Gametogenese initiieren. Während dieser Transformation wird die Zelle kugelförmig und verliert einige Organellen einschließlich des Tentakels und der Zellkern bewegt sich bis knapp unter die Zelloberfläche.

Dieser Lebenszyklus setzt sich mit zwei aufeinanderfolgenden Kernteilungen fort, um 4 Kerne zu erhalten. Durch diese Teilung entstehen Wölbungen über der Zelloberfläche. Darauf folgt ein Kontinuum synchroner Kernteilungen, wobei jeder „Vorläufer“ durch dünne Filamente mit den anderen verbunden ist. Mit fortschreitender Gametogenese kommt es innerhalb der verschiedenen Kernteilungen zu einer Verdichtung der Chromosomen, die die Farbe der Zelle verdunkelt. Das Ergebnis sind vier blütenblattförmige Cluster von Vorläufern.

Zoosporen

Die Vorfahren des vorherigen Stadiums haben sich in Zoosporen verwandelt . An diesem Punkt sind sie gleichmäßig in einem Teil der Zelle verteilt. Gleichzeitig mit der Reifung der Vorfahren beginnen sich zwei Geißeln zu entwickeln und schlagen aktiv. Diese Geißeln entwickeln sich außerhalb der Mutterzelle und die reifen Gameten werden dann in die Umgebung freigesetzt. Wenn sie alle aufgetaucht sind, bleibt die Mutterzelle geisterhaft.

Die beiden gebildeten Geißeln sind nicht gleich lang und haben daher nicht die gleiche Funktion. Der längere der beiden dient der Bewegungsrichtung im Meerwasser, während der kürzere mehr Schwimmkraft zur Aktivierung der Bewegung bietet.

Zygotenbildung

Diese Phase ist noch sehr offen für Spekulationen. Es scheint, dass Noctiluca scintillans Isogameten produziert , das sind Gameten, die miteinander verschmelzen, um eine Zygote zu bilden. Diese Zygote hat dann 4 Flagellen und 2 Kerne. Dies bedeutet, dass die Art tatsächlich diploid ist, was sie von den meisten haploiden Dinoflagellaten unterscheidet .

Morphologische Entwicklung von der Zygote zur Trophonte

Zu Beginn der Trophontenbildung nimmt die Zahl der Geißeln ab und die Zellen werden spindelförmig. Im Laufe der weiteren Entwicklung werden sie runder, und es bilden sich zwei verschiedene Geißeln, eine längere und eine kürzere, und schließlich bleibt nur noch eine übrig. Danach wird die äußere Schicht erkennbar und die Kruste bildet sich. Das Ergebnis ist ein Miniatur-Tropont mit einem Tentakel, durch den er mit viskosen Materialien, an denen die Algen haften, Nahrung aufnimmt.

Dank seiner hohen Spezifität konnte Noctiluca scintillans seine Biomasse in einer Woche um das 100-fache steigern.

Verbreitung und Lebensraum

Günstiges Umfeld

Die Umwelt spielt eine wichtige Rolle bei der Verbreitung von Noctiluca scintillans . Die Population variiert je nach Sonnenlicht, Strömung, Nährstoffgehalt (insbesondere Nitrat, Ammonium und Harnstoff), Wassersalzgehalt, Temperatur und trophischem Stress. Die angetroffene Menge variiert auch je nach Geographie und dem betreffenden Ozean, obwohl sie auf der ganzen Welt vorkommt.

Noctiluca scintillans kommt in gemäßigten, subtropischen und tropischen Gewässern vor. Es ist reichlich in der Nähe der Küste zu finden; es ist eine neritische Spezies. Auch in der Nähe von Flussmündungen ist sie nach starken Regenfällen reichlich zu finden. Sie werden hauptsächlich während der warmen Jahreszeiten gefunden, obwohl sie das ganze Jahr über zu finden sind.

Extreme Bedingungen für die Art sind 2 bis 31 °C und 17 bis 45 psu ( praktische Salinitätseinheit ). Jede Form hat jedoch ihre eigenen Vorlieben und die Temperatur- und Salzgehaltsbereiche sind im Allgemeinen stärker eingeschränkt.

Die rote Form kommt in einem weiten Temperaturbereich vor: zwischen 10 und 25 °C und in salziger Umgebung. Es ist in euthrophischen Umgebungen, in denen Kieselalgen dominieren, sehr häufig, da dies seine bevorzugte Nahrungsquelle ist. Die grüne Form ist mit einem Temperaturbereich von 25-30 °C eingeschränkter.

Geografische Verteilung

Noctiluca scintillans reicht von tropischen Ozeanen bis zu nördlichen Meeren. Es ist eine kosmopolitische Art, die in allen Meeren der Welt vorkommt.

Die grüne Form von N. scintillans kommt hauptsächlich in den tropischen Gewässern Südostasiens, dem Golf von Bengalen , dem Arabischen Meer , dem Golf von Oman und dem Roten Meer vor . Die rote Form ist weiter verbreitet und kommt in den Meeren Mittelamerikas , Europas , des Schwarzen Meeres , Ost- , Süd- und Südostasiens und des Tasmanischen Meeres vor . Es kommt auch an den Küsten Südamerikas und in den Meeren Westafrikas vor .

Die beiden Formen überschneiden sich im westlichen, östlichen und nördlichen Arabischen Meer mit saisonalen Unterschieden in der Häufigkeit. Die grüne Form kommt in kaltem Wasser mit konvektiver Durchmischung im Winter vor, während die rote Form in der wärmeren Sommersaison vorkommt.

Biolumineszenz

Dies war einst ein mysteriöses Phänomen, das von Seeleuten und Küstenbewohnern "Seefeuer" oder "Seefunkeln" genannt wurde. Es ist die Umwandlung von chemischer Energie in Lichtenergie durch ein Lebewesen, das dann dieses Licht aussendet. Biolumineszenz unterscheidet sich von Fluoreszenz und Phosphoreszenz, da die beiden letzteren den Kontakt mit Licht erfordern, um das Phänomen auszulösen.

N. scintillans erzeugt bei mechanischer Belastung Lichtblitze, die Biolumineszenz darstellen. Dieses Phänomen kann daher in bewegtem Wasser beobachtet werden, dh beim Vorbeifahren von Booten, in Küstennähe auf Wellenniveau oder nach Wasserbewegungen. Die Biolumineszenz ist während der Proliferation am stärksten.

Es ist die Reaktion zwischen Luciferase und Luciferin, die die Emission von Licht verursacht. Diese Reaktion wurde Ende des letzten Jahrhunderts von dem Lyoner Physiologen Raphael Dubois entdeckt . Er nannte die beiden Substanzen Luciferase, ein thermolabiles Enzym, und Luciferin, das durch heißes Wasser konserviert wird, aber in begrenzten Mengen in Organismen vorkommt.

Luciferin verbindet sich mit Luciferase und die beiden reagieren mit Sauerstoff, um einen oxidierten Komplex zu bilden. Das Luciferin sendet dann ein Photon aus . Natürlich ist die Reaktion selbst nicht so einfach, bei Glühwürmchen benötigt sie zudem zwei zusätzliche Cofaktoren, ATP und Magnesium . Es gibt auch mehrere Arten von Luciferin, und jede ist mit einer spezifischen Luciferase verbunden, die unterschiedliche chemische Reaktionssysteme ergibt.

Im Fall von Noctiluca scintillans findet die chemische Reaktion in Organellen statt, die Scintillons genannt werden. Dies sind dichte Bläschen, die sich während der Nacht reichlich auf der Zelloberfläche befinden und die Vakuole hervorbringen.

Das Licht wird durch mechanische Stimulierung durch Scherspannung erzeugt . Die Verformung der Zellmembran verursacht ein Aktionspotential über die Vakuolenmembran, das durch Ca 2+ -Ionen verursacht wird , die aus intrazellulären Speichern freigesetzt werden. Dieses Aktionspotential setzt einen Einstrom von Protonen aus der Vakuole in die Szintilla frei, wodurch der pH-Wert von 8 auf 6 gesenkt wird . Dies ändert die Konformation der Luciferase und macht sie aktiv. Luciferin enthält ein Bindungsprotein , das die Autooxidation bei einem alkalischen pH-Wert verhindert. Es setzt es durch eine Konformationsänderung des sauren pH-Wertes frei und aktiviert Luciferin. Diese Aktivierung ermöglicht es dem Enzym dann, Luciferin zu Oxyluciferin zu oxidieren. Es ist dieses Molekül, das durch einen unbekannten Prozess zur Emission von Photonen führt.

Noctiluca scintillans ist einer der häufigsten biolumineszenten Organismen in Küstengebieten der Welt, seine Biolumineszenz dauert 80 ms. In Gebieten, wo es reichlich vorhanden ist, wirkt seine Biolumineszenz als sensibler Ausdruckscharakter und gibt einen Hinweis auf seine räumliche Verteilung. Es gibt eine große Variabilität in der Dauer der Biolumineszenz zwischen den Arten, die noch nicht erklärt ist. Es kann jedoch mit der Anzahl der vorhandenen Szintillationen, dem Volumen der Szintillationen, der verfügbaren Luciferinmenge und der durch den Protoneneinstrom stimulierten Szintillationsmenge zusammenhängen, die bei Noctiluca scintillans bis zu 5% betragen kann .

Einige andere Phänomene beeinflussen die Intensität der Biolumineszenz und sogar ihre Anwesenheit. Zunächst wurde festgestellt, dass sie mit dem zirkadianen Rhythmus variiert . Die Moleküle werden im Morgengrauen zerstört und beginnen in der Abenddämmerung mit der Resynthese. Ihre Konzentration ist während 4 Stunden der Nacht am höchsten, wenn sie das 10-fache der Tageskonzentration erreicht.

Die Intensität des emittierten Lichts wird durch den physiologischen Zustand der Zelle und auch durch Umweltfaktoren beeinflusst. Die Intensität wird auch durch die am Vortag empfangene Lichtmenge beeinflusst. Dieses letzte Phänomen ist darauf zurückzuführen, dass bei chlorophyllhaltigen Arten (wie der grünen Gattung Noctiluca scintillans ) der Mechanismus der Biolumineszenz etwas anders ist und vom Chlorophyll a- Molekül abhängt . Die Biolumineszenz wird daher durch die Empfindlichkeit der Zellen gegenüber Stimulation, spezifische Reaktion, Zeit, Physiologie und Umweltfaktoren beeinflusst.

N. scintillans ist in dieser „Phase“ der Biolumineszenz weniger anfällig für Prädation, daher könnte dies eine der Funktionen der Biolumineszenz sein. Die Funktion der Biolumineszenz ist noch nicht bewiesen, sie ist nur ein theoretisches Konzept. Es scheint jedoch als Abwehr gegen Raubtiere zu dienen, für Sauerstoff, Tarnung und Verführung.

N. scintillans ist nicht die einzige Spezies, die zur Biolumineszenz fähig ist; Pyrocystis lunula , ein Dinobiont oder bestimmte Bakterien sind ebenfalls dazu in der Lage.

Risiken

Rote Gezeiten

Die Vermehrung von N. scintillans kann toxisch sein und wurde mit der massiven Sterblichkeit von Fischen und wirbellosen Meerestieren in Verbindung gebracht. Diese Art produziert jedoch keine Toxine, die oft die schädliche Wirkung dieser Gezeiten verursachen, wenn sie von anderen Organismen verursacht werden. Tatsächlich ist N. scintillans wegen der übermäßigen Akkumulation von Ammonium und der Verringerung des gelösten Sauerstoffs im direkten Ökosystem während seiner Vermehrung schädlich für andere Fischarten und wirbellose Tiere, die eine hohe Sterblichkeit aufweisen.

Wenn die Konzentration von Individuen eineinhalb Millionen pro Liter überschreitet, färbt sich das Wasser rosa oder orange, daher der Name des Phänomens der roten Flut . 1970 wurden Konzentrationen von 2.400.000 N. scintillans pro Liter gefunden.

Dieses Phänomen ist nicht immer rot. Die Farbe hängt vom Pigment in der Vakuole des Organismus ab und kann grün sein. (Es gibt ein Bild im Abschnitt Morphologie).

Andere Arten können auch rote Fluten verursachen, wie zum Beispiel Arten von Dinobioten, bei denen es sich um einzellige Organismen mit 2 Geißeln handelt. Ob die Rote Flut tatsächlich von Noctiluca scintillans verursacht wird, muss unter dem Mikroskop überprüft werden .

Eutrophierung

Noctiluca scintillans wurde laut einer aktuellen Studie erstmals in den 2000er Jahren im Arabischen Meer entdeckt, was auch das erste Mal war, dass das Meerwasser mit Sauerstoff untersättigt war. Seitdem sind die Konzentrationen des gelösten Sauerstoffs im Winter in der oberen euphotischen Zone niedrig geblieben. Es wurde gezeigt, dass die Art am besten in einer Umgebung mit reichlich Licht (für die grüne Gattung) und mit einer niedrigeren Konzentration an gelöstem Sauerstoff wächst, dies die Sauerstoffaufnahme der Art erhöht und den Sauerstoffgehalt weiter verringert. Dadurch kann die Art schneller wachsen und erzeugt jeden Winter Wellen grüner Noctiluca scintillans- Blüten im Arabischen Meer.

Die Eutrophierung des Wassers steht also nicht in direktem Zusammenhang mit Noctiluca scintillans , aber die Tatsache , dass die Konzentration des gelösten Sauerstoffs während der Monsunzeit bereits leicht niedrig ist , zeigt eine gleichmäßigere Entwicklung der Art , was die Situation durch Erhöhung der Sauerstoffaufnahme und Verringerung der Sauerstoffaufnahme verschlechtert Menge des verfügbaren gelösten Sauerstoffs. Diese Abnahme des natürlichen gelösten Sauerstoffs wird tatsächlich durch das Vorhandensein von Phytoplankton verursacht, das während der Monsunzeit durch das hypoxische Wasser des Südlichen Ozeans eingebracht wird . Dies ist bis heute die einzige Erklärung für die Ankunft des sauerstoffarmen Wassers.

Ein weiteres interessantes Detail ist, dass Noctiluca scintillans in seinen Ausscheidungen große Mengen an Phosphor und Stickstoff produziert . Die Blüte der Art wurde oft mit dem Massensterben von wirbellosen Meerestieren und Fischen in Verbindung gebracht, aber in Wirklichkeit produziert sie keine Giftstoffe, sondern sammelt tödliche Mengen an Ammonium an, die dann in die Umwelt ausgeschieden werden. Während der giftigen roten Fluten scheidet die rote Gattung diese tödlichen Mengen an die Tiere in ihrer Umgebung aus.

Auswirkungen auf Korallenriffe

Korallenriffe sind in den letzten Jahrzehnten stark zurückgegangen. Laut einer 2019 im Golf von Mannar (Südindien) durchgeführten Studie führen hypoxische Bedingungen durch Algenblüten zu einer massiven Sterblichkeit von Korallenriffen.

In dieser Studie wird gezeigt, dass Noctiluca scintillans das Absterben dieser Korallen durch Überwucherung signifikant verursacht, da ihre Reproduktion eine Abnahme des gelösten Sauerstoffs um 2 mg/L verursacht. Dies führt bei Korallen der Gattungen Acropora, Montipora und Pocillopora zu einer tödlichen Hypoxie.

Dieses Phänomen wird mit dem Klimawandel nur zunehmen , was die Häufigkeit und Intensität der Blüten erhöht. Immer mehr Korallen werden betroffen sein.

Es gibt noch viel zu tun, um dieses Problem zu beheben, insbesondere um die genauen Mechanismen der Interaktion zu verstehen. Korallen sind die Heimat von 25 % des Meereslebens der Erde. Es steht also viel auf dem Spiel, dies zu verstehen.

Rolle in der Umwelt

Zusammenfassung der Rolle von N. scintillans in der Umwelt
Positiver Effekt Neutraler Effekt Negativer Effekt
In der Nahrungskette Biolumineszenz (Rolle unbekannt) Eutrophierung, Auswirkungen auf Korallenriffe, Rote Fluten

Kalender

Das Phänomen der Biolumineszenz ist sehr schön zu beobachten, aber nicht überall und zu jeder Zeit zu finden. Beigefügt ist ein Kalender der Spitzenhäufigkeit in verschiedenen Regionen der Welt und in verschiedenen Monaten des Jahres.

Kalender der Sichtungen von N. Scintillans
Region Monat des Jahres
J F m EIN m J J EIN S Ö n D
Nordostatlantik (Golf der Gascogne) x
Nordsee (flämische, seeländische und holländische Küste) x x
Schwarzes Meer (zentraler Norden) x
Schwarzes Meer (Süden) x
Schwarzes Meer (Nordosten) x
Meer von Marmara x
Adria (Nord) x
Nordarabisches Meer (pakistanische Küste) x x
Nordwestliches Arabisches Meer (Küste und offenes Meer) x x x
Westarabisches Meer (Golf von Oman) x x
Ostarabisches Meer x
Rotes Meer (Nord) x x
Nordostindischer Ozean (Bucht von Bengalen) x x x x x x
Golf von Thailand x x
Südostaustralisches Regal x x
Nordwestpazifik (Japanisches Schelf) x

Verweise

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Weiterlesen

Externe Links

  • " Noctiluca scintillans " . Führer zum Meereszooplankton im Südosten Australiens . Tasmanisches Institut für Aquakultur und Fischerei. 2011-11-30.