Ödogonium - Oedogonium

Ödogonium
Oedogonium sp., Zeigt ein Oogonium (geschwollene Zelle) und Antheridien (kurz gestapelte Zellen)
Wissenschaftliche Klassifikation
(ohne Rang):	Viridiplantae
Stamm:	Chlorophyta
Klasse:	Chlorophyceae
Bestellen:	Oedogoniales
Familie:	Oedogoniaceae
Gattung:	Oedogonium Link - ex Hirn , 1900
Typusart
Oedogonium grande Kützing ex Hirn
Spezies
siehe Text

Oedogonium ist eine Gattung filamentöser, frei lebender Grünalgen , die 1860 von W. Hilse im polnischen Süßwasser entdeckt und später vom deutschen Wissenschaftler KE Hirn benannt wurde. Die Morphologie von Oedogonium ist einzigartig, mit einem Innen- und einem Außenbereich, die sehr unterschiedlich funktionieren und sich während ihres gesamten Lebenszyklus ändern . Diese Protisten leben in Süßwasserökosystemen in beiden Hemisphären und sind sowohl benthischer als auch planktonischer Natur. Sie bilden Algenflecken auf der Wasseroberfläche und interagieren eng mit einer Vielzahl anderer Algen. Die Lebenszyklen dieser filamentösen Zellen umfassen je nach Lebenszyklusstadium sowohl die sexuelle als auch die asexuelle Fortpflanzung . Obwohl recht häufig, ist Ödogonium schwer zu identifizieren, da wichtige ID-Faktoren nur während der Reproduktion vorhanden sind, was ein ungewöhnliches Lebensstadium dieser Gattung darstellt. Ödogonium hat sich als wichtig für die Fixierung von Schwermetallen in Süßwasserökosystemen erwiesen.

Etymologie

Obwohl KE Hirn als erster über Odeogoniales publizierte , ist nicht klar, ob er als erster diese neue Gattung entdeckte. Hirn, der zuerst Oedogoniaceen (deutsch) genannt wurde, nutzte seine Kenntnisse der lateinischen Sprache, um die Gattung der Grünalgen zu beschreiben und zu benennen. Ödos bedeutet Schwellung / Tumor und Gonos bedeutet Nachkommen / Samen. Dieser Name sollte die Morphologie während der sexuellen und asexuellen Fortpflanzung beschreiben, die er in seiner Veröffentlichung „Monographie und iconographie der Oedogoniaceen“ sah und beschrieb.

Geschichte des Wissens

Oedogonium- Arten wurden erstmals im späten 19. Jahrhundert von Hilse (1860), Gołowin (1964), Kirchner (1878), Kozłowski (1895) und Gutwiński (1897) beschrieben. Hilse war eine polnische Phykologin, die Süßwassersysteme untersuchte, um mehr über Mikroorganismen und deren Interaktion mit ihrer Umwelt zu erfahren. Neben Ödogonium wird Hilse auch die Entdeckung und Klassifizierung vieler Kieselalgen zugeschrieben. Mrozińska war der erste, der diese Gruppe auf Morphologie, Ökologie und Verbreitung untersuchte und beschrieb zu seiner Zeit mehr als 400 Arten - hauptsächlich aus Südpolen.

1900 schrieb der deutsche Wissenschaftler KE Hirn eine Monographie über die Entdeckung eines neuen Taxons , der er umgehend den Namen Oedogoniaceen - heute Oedogonium - gab . Dieses Papier wurde 60 Jahre später veröffentlicht und übersetzt. Hirn entdeckte Oedogonium in einem Graben, der von Juni bis Oktober erschien, aber nicht viel anderes ist bekannt, da dies sein einziger veröffentlichter Beitrag war und er 1907 starb (7 Jahre nach seiner Entdeckung). Seit dieser Monographie von 1900 ist dieses Taxon für laufende Studien zur Biosorption von Schwermetallen - insbesondere Blei - aus Süßwasserökosystemen von entscheidender Bedeutung. Die Identifizierung von Arten innerhalb von Oedogonium ist äußerst schwierig, da ID-Faktoren hauptsächlich auf Fortpflanzungsmerkmalen beruhen und Arten dieser Gattung nur sehr selten in ihrem Fortpflanzungszustand entdeckt werden. Zum größten Teil existieren sie in filamentöser Form.

1991 präsentierte ein Artikel von Mrozińska eine neue taxonomische Klassifikation der Gattung Oedogonium und eine vorgeschlagene Unterteilung in zwei Abschnitte: I. Monospermatozoideae und II. Dispermatozoideae. Diese Schnitte basierten auf der unterschiedlichen Anzahl von Spermatozoiden, die die Antheridialzelle (männliches Geschlechtsorgan enthaltend) exprimiert. Diese Klassifizierung wird nicht allgemein akzeptiert, da sie noch durch weitere Studien unterstützt werden muss.

Morphologie

Außen

Zellen der Gattung Oedogonium sind schmal und zylindrisch . Der Algenkörper besteht aus grünen, unverzweigten und mehrzelligen Filamenten, die Ende an Ende angeordnet sind. Jede Zelle des filamentösen Algenkörpers (Thallus genannt) hat eine ähnliche Form, abgesehen von der apikalen Zelle (der obersten) und der Haftzelle (der untersten). Die apikale Zelle ist breiter und an ihrer Spitze (mit einer Kappe) immer relativ zu den anderen Zellen des Thallus gerundet. Die Haftzelle erzeugt jedoch von beiden nicht befestigten Seiten längliche Wucherungen, die dazu beitragen, das Filament fest am Substrat zu befestigen. Das Holdfast ist auch die einzige farblose Zelle des Filaments. Alle anderen Zellen im Filament existieren als grüne Strukturen, die von Natur aus sehr ähnlich sind, wobei nur einige Zellen Kappen aufweisen. Die Anzahl der Kappen pro Zelle gibt an, wie oft sich diese Zelle geteilt hat. Jede Zelle des Filaments hat eine Zellwand, die aus drei Schichten besteht - die innerste besteht aus Zellulose, die mittlere aus Pektose und die äußerste aus Chitin. Diese drei Schichten bieten Steifheit und Schutz für diese benthischen Arten. Die meisten Zellen werden durch das Festhalten an das Substrat gebunden und sind vegetative Zellen, obwohl einige frei schwebend sind. Arten von Ödogonium werden basierend auf der Verteilung der Geschlechtsorgane in zwei Hauptgruppen unterteilt: makrandöse und nannandrische Arten. Makrandöse Arten haben ein männliches Geschlechtsorgan (die Antheridie) und ein weibliches Geschlechtsorgan (die Oogonie), die auf Filamenten normaler Größe produziert werden. Diese Gruppe ist weiter unterteilt in makrandöses einhäusiges und makrandöses zweihäusiges. Bei makrandösen einhäusigen Arten befinden sich Antheridien und Oogonien immer auf demselben Filament. Im Gegensatz dazu werden bei makrandösen zweihäusigen Arten die Antheridien und Oogonien auf verschiedenen Filamenten produziert. Obwohl Filamente, die Antheridien und Oogonien tragen, morphologisch ähnlich sind, unterscheiden sie sich physiologisch. Bei nannandrischen Arten zeigen Filamente, die Antheridien und Oogonien produzieren, eine morphologische Unterscheidung. Die Antheridien, die viel kleiner als die Oogonia sind, werden als Zwergmännchen bezeichnet. Nannandrous Arten sind immer zweihäusig; dh Antheridien und Oogonien werden immer auf verschiedenen Filamenten erzeugt. Kleine männliche Filamente sind wahrscheinlich an einem weiblichen Filament in der Nähe eines Oogoniums befestigt.

Innere

Das Protoplasma von Oedogonium ist in einer Plasmamembran enthalten und besteht aus einem einzelnen Kern, retikulierten Chloroplasten, Zytoplasma und einer zentralen Vakuole. Der Zellsaft (in der zentralen Vakuole enthalten) besteht aus anorganischen Verbindungen, Ausscheidungen und Sekreten. Zwischen der innersten Zellwand und der zentralen Vakuole befindet sich eine dünne Schicht, die als Protoplast bekannt ist. Der einzelne Kern ist groß und oval geformt und befindet sich in der Mitte der Zelle - normalerweise entlang der Membran und innerhalb des Chloroplasten. Dieser große Kern enthält 1-2 Nukleolen und verlängerte Chromosomen. Der retikuläre parietale Chloroplasten erstreckt sich über das gesamte Innere der Zelle und umhüllt den Protoplasten. Ob diese vernetzten Stränge schmal oder breit sind, variiert zwischen den Arten, aber bei den meisten Arten verlaufen diese Fadenkreuze parallel zur Längsachse der Zelle. An den Strangübergängen befinden sich Pyrenoide, die mit Stärkeplatten bedeckt sind.

Zellen von Oedogonium enthalten auch sehr typisch Golgi Körper, Mitochondrien und endoplasmatischen Reticulum.

Lebensraum und Ökologie

Ödogonium kommt in Süßwasserökosystemen vor und bevorzugt stehendes Wasser wie kleine Teiche, Pools, Straßengräben, Sümpfe, Seen und Stauseen. Es wächst über einen großen pH-Bereich (7,3-9,6) und weist eine breite Toleranz gegenüber Schwankungen des Nährstofftyps und der Menge in Wasser auf. Es gibt Zellen, die entweder am Boden des Wassersystems am Substrat befestigt sind oder darin frei schweben. Wenn sie frei schweben, bilden sie Polyalgenflecken (Matten) auf der Wasseroberfläche, um einen relativ statischen Lebensraum zu schaffen. Matten entstehen durch Verweben mehrerer verschiedener Algenfilamente, die in einer gelatineartigen Matrix suspendiert sind. Diese Matrix ist ein Ergebnis von Sekreten durch frei schwebende Thalli. Benthische Zellen sind meistens jugendliche Filamente und neigen nach ihrer Reife dazu, loszulassen, nach oben zu schweben und die Matten zu bilden. Ödogoniumfilamente treten typischerweise in den wärmeren Monaten auf, die Ende Juni (nördlich des Äquators) auftreten, und im Juli und August sind Polyalgenmatten weit verbreitet. Von Oedogonium gebildete Matten sind mehrere Arten, die mit Spirogyra , Rhizoclonium und Cladophora assoziiert sind . Zusammen nutzen diese Spezies Haftzellen, um sich gegenseitig zu greifen und Photosynthese zu betreiben. Diese Matten / Flecken sind auch als Algenblüten bekannt.

Lebenszyklen

Asexuelle Reproduktion

Ödogonium kann sich ungeschlechtlich durch Fragmentierung der Filamente, Keimung von Aplanosporen und Akineten und durch Zoosporen vermehren. Bei der Fragmentierung spaltet sich das Filament und jedes Fragment vermehrt sich, um einen voll funktionsfähigen Thallus zu bilden. Die Aufspaltung kann mehr als einmal an derselben Position des Filaments erfolgen, was erklärt, warum einige Zellen mehr als eine Kappe haben. Die Aufteilung der Fragmentierung kann beabsichtigt sein oder auch nicht - sie kann aufgrund natürlicher Schäden durch die Umwelt oder durch Raubtiere erfolgen.

Die asexuelle Fortpflanzung über Zoosporen ist ebenfalls sehr häufig und tritt in vegetativen (benthischen) Zellen auf. Vegetative Zellen produzieren Zoosporangien - das Gehege, in dem sich Sporen bilden -, aus denen die Zoosporen entstehen. Jede Zoospore hat eine kleine hyaline vordere Region und an der Basis dieser Region befindet sich ein Flagellenring (~ 150). Sobald eine Zoospore aus dem Zoosporangium hervorgegangen ist, wird sie immer noch von einem zerbrechlichen Vesikel umhüllt, aus dem sie bald austritt. Nach der Ausbreitung erfährt die Zoospore eine kurze Motilitätsperiode, in der sie nach einem Substrat sucht. Wenn es an einem Substrat befestigt ist, geht der Flagellenring verloren und die Zoospore beginnt sich zu teilen, um ein neues Filament zu bilden.

Die Keimung von Aplanosporen und Akineten ist ungewöhnlich, aber möglich. Eine Aplanospore ist nicht beweglich und bildet sich in einer vegetativen Zelle, deren Wand sich von der der Elternzelle unterscheidet. Unter bestimmten ungünstigen Bedingungen scheiden Aplanosporen dicke Mauern um sie herum aus und speichern reichlich Nahrungsreserven. Eine akinete Spore ist groß, unbeweglich und dickwandig, deren Wand mit der der Elternzelle verschmolzen ist. Akinetes dicke Zellwände sind mit Nahrungsmitteln angereichert. Sowohl Aplanosporen als auch Akineten sind in der Lage, ungünstigen Gewohnheitsbedingungen (Kälte, Wintermonate oder nährstoffarmes Wasser) standzuhalten und bleiben unter diesen Bedingungen inaktiv. Mit dem Einsetzen günstiger Bedingungen (wie z. B. warmer Wintermonate) können sie keimen und ein neues Individuum bilden.

Da diese Prozesse alle Formen der asexuellen Fortpflanzung sind, erzeugen sie bei den Nachkommen keine genetische Vielfalt. Daher sind asexuell reproduziertes Ödogonium anfälliger für sich ändernde Umgebungen.

Sexuelle Fortpflanzung

Die sexuelle Fortpflanzung in Oedogonium ist oogam; und kann einhäusig oder zweihäusig sein. Die Arten können entweder makrandrous (ohne Zwergmännchen) oder nannandrous (ohne Zwergmännchen) sein. Zwergmännchen sind kleine, kurze, Antheridium produzierende Filamente, die in der Nähe der Oogonia (weibliches Geschlechtsorgan) angebracht sind. Diese Zwergmännchen werden durch wiederholte Zellteilung von multiflagellierten Androsporen gewonnen. Wenn sich eine oogoniale Mutterzelle teilt, bildet sie ein geschwollenes Oogonium, das von einer Stützzelle gebunden wird. Oogonialzellen können in einer Reihe entlang des Filaments existieren, und so kann eine Teilung auch in einer Reihe auftreten; was dazu führt, dass jedes Oogonium ein einzelnes Ei enthält. Die Produktion eines Eies führt zu einer Schwellung der Zellwand, die für den Namen verantwortlich ist, den Hirn 1900 gegeben hat - Ödos (Schwellung) und Gonos (Samen / Nachkommen). Antheridien sind kurz und scheibenförmig und enthalten 1 bis 2 Spermien mit mehreren Flagellen. Bewegliche männliche Gameten verlassen die Antheridien und fühlen sich chemotaktisch von Oogonie angezogen. Eine einzelne Samenzelle passiert eine Porenöffnung in der oogonialen Zellwand und ermöglicht so die Befruchtung. Zygoten (Oosporen) sind anfangs grün, färben sich jedoch allmählich orangerot und entwickeln eine dicke mehrschichtige Zellwand mit speziesspezifischen Oberflächenverzierungen. Meiose tritt in der Zygote vor der Keimung auf und produziert nach der Keimung vier Zellen mit mehreren Flagellen. Einmal vom Oogonium befreit, ist jede Tochterzelle nur für kurze Zeit beweglich. Alle vier Zellen können sich schließlich an ein Substrat anlagern und sich dann wiederholt teilen, um ein neues Ödogoniumfilament zu bilden .

Der Lebenszyklus von Ödogonium ist haplontisch. Das Ei aus der Oogonie und das Sperma aus der Antheridie verschmelzen und bilden eine diploide Zygote (2n). Die Zygote unterliegt dann einer Meiose und vermehrt sich ungeschlechtlich, um die filamentöse Grünalge zu bilden, die haploide ist (1n).

Genetik

Ödogonium-Kerngenome sind eher nicht außergewöhnlich, und Genomgröße und -organisation bleiben innerhalb ihres Stammes weitgehend unstudiert.

Ödogonium enthält Chloroplasten mit sehr ausgeprägter Genomarchitektur . Dieses Genom ist 196.547 bp lang und das kompakteste unter den photosynthetischen Chlorophyten. Es hat eine fehlerhafte vierteilige Struktur mit 17 Introns der Gruppe I und 4 Introns der Gruppe II - was es unglaublich intronreich macht. Es hat vier lange offene Leserahmen (ORFs), die 99 verschiedene konservierte Gene enthalten. Zwei dieser ORFs zeigten hohe Ähnlichkeiten mit Genen, die normalerweise nicht in cpDNA (Chloroplasten-DNAs) gefunden werden. Das chloroplastische Genom von Oedogonium zeigt Charakterbeweise für eine enge Allianz zwischen der OCC-Klade. Obwohl mehr Daten erforderlich sind, um diese Ergebnisse zu validieren, unterstützen molekulare Signaturen diese Dichotomie und die Verzweigung von Ödogonium als früheste divergierende Linie der OCC-Klade.

Praktische Bedeutung

Jüngste Studien ab 2007 haben gezeigt, dass Ödogoniumzellen eine maximal hohe Schwermetallabsorptionskapazität (qe) aufweisen. Es wurde festgestellt, dass der Hauptmechanismus der Blei-Absorptions-Wechselwirkung ionische Wechselwirkungen und die Komplexbildung zwischen Metallkationen und Liganden sind, die in der Struktur von Ödogoniumfilamenten enthalten sind. Die Biosorption von Schwermetallionen durch die Oedogoniales erfolgt in zwei Stufen; eine anfängliche schnelle Aufnahme aufgrund der Oberflächenadsorption an den drei Hauptzellwandkomponenten und dann eine anschließende langsame Aufnahme aufgrund des Membrantransports von Metallionen zum Zytoplasma der Zellen. Die drei Zelloberflächen einer Oedogonium- Filamentzelle bestehen aus Polysacchariden, Proteinen und Lipiden, die mehrere funktionelle Gruppen bereitstellen, die an Schwermetallionen binden können.

Ödogonium sind leicht verfügbare, nicht toxische Mikroorganismen, die leicht kultiviert und / oder kultiviert werden können. Aufgrund ihrer Position an der Oberfläche können Algenblüten das Sonnenlicht anderer Organismen blockieren und während der Hochsommermonate den Sauerstoffgehalt im Wasser verringern. Jede in der Blüte enthaltene Alge ist kurzlebig, was zu einer hohen Konzentration an abgestorbener organischer Substanz führt. Der Zerfallsprozess verbraucht gelösten Sauerstoff im Wasser, was zu hypoxischen Bedingungen führt. Ohne ausreichend gelösten Sauerstoff im Wasser können Tiere und Pflanzen in großer Zahl absterben. Wenn Blüten in Kraft sind, wirkt sich das Entfernen dieser Zellen positiv auf ihr Ökosystem aus und kann getrocknet und verwendet werden, um schädliche Schwermetalle aus anderen Süßwassersystemen wie Industrieabfällen effektiv zu absorbieren. Ödogonium kann auch Bewässerungskanäle erheblich verstopfen, wenn das Wachstum auf Betonoberflächen aufgrund hoher Gehalte an benthischen Filamenten übermäßig wird. Die Entfernung von Ödogonium aus verstopften Bewässerungskanälen kann sich ebenfalls als kostengünstig erweisen, da sie erneut getrocknet und zur Absorption von Schwermetallen verwendet werden können.

Artenliste

Dies ist eine Liste aller akzeptierten Ödogonium- Arten:

EIN

B.

C.

D.

E.

F.

G

H.

ich

J.

K.

L.

M.

N.

Ö

P.

Q.

R.

S.

T.

U.

V.

W.

Y.

Z.

Verweise