Phototaxis bei Ciliaten

Organismen sind in ihrer Umgebung einer Vielzahl von Reizen ausgesetzt, welche sie, sofern sie den Reiz wahrnehmen können, gegebenenfalls mit einer Reaktion beantworten. Die Reaktion des Organismus auf einen Reiz kann als Versuch betrachtet werden, die Chance seines Überlebens zu erhöhen. Als Folge einer Orientierungsreaktion z.B. kann ein Organismus an einen anderen Ort gelangen, an welchem die Lebensbedingungen für ihn günstiger sind. Unterschieden werden u.a. physikalische Reize wie Lichtreize, akustische, thermische, mechanische, elektrische, gravitationsbedingte, magnetische Reize und schließlich das weite Spektrum der chemischen Reize.

Unter Phototaxis versteht man die Bewegung eines freibeweglichen Organismus, welche sich unmittelbar an der Lichtrichtung orientiert. Dem Studium der Phototaxis kommt eine allgemeine, über die Aufklärung des speziellen Problems hinausgehende Bedeutung zu. Einzellige Organismen eignen sich besonders gut für derartige Untersuchungen, da sich bei ihnen das Geschehen innerhalb einer Zelle abspielt und somit die komplexen Wechselwirkungen zwischen Zellen keine Rolle spielen. Am hiesigen Institut beschäftigen wir uns ausschließlich mit Orientierungsreaktionen von Ciliaten. Die meisten der näher untersuchten Arten sind sowohl zu einer positiven wie negativen Phototaxis befähigt; eine Umkehr des Reaktionstyps erfolgt dabei oft im Anschluß an die Nahrungsaufnahme. Zusätzlich zur Phototaxis zeigen viele Ciliaten photokinetische und photophobische Reaktionen, welche von der Lichtrichtung unabhängig sind, sowie Orientierungsreaktionen als Folge von chemischen Reizen (z.B. Anlockung durch Pheromone), Berührung, Temperaturveränderung, etc.

Einige der untersuchten Arten besitzen spezielle Zellorganellen, mit deren Hilfe die Reizrichtung (die Richtung des einfallenden Lichtes) sehr präzise bestimmt werden kann. Solche Zellorganellen wurden in der Berichtszeit mit Hilfe eines Transmissionselektronenmikroskops genauer untersucht. Ultrastrukturell lassen sich mindestens drei Typen von unidirektionalen Lichtdetektoren unterscheiden, welche offenbar nach unterschiedlichen physikalischen Prinzipien funktionieren. Dabei spielen Lichtabsorption, Lichtreflexion und Lichtbeugung jeweils eine wichtige Rolle.

Weitergehende Aussagen zur Funktion der besonderen Zellorganellen sowie zur Lichtperzeption allgemein werden dann möglich sein, wenn wir mehr über die chemische Natur und die Lokalisation der eigentlichen Photorezeptormoleküle bei phototaktischen Ciliaten wissen.

Beteiligte Wissenschaftler:

HDoz. Dr. H.-W. Kuhlmann (Leiter)

Veröffentlichungen:

Kuhlmann, H.-W., R. Bräucker, A.G. Schepers: Phototaxis in Porpostoma notatum, a marine scuticociliate with a composed crystalline organelle. Europ. J. Protistol. 33, 295-304 (1997).

Kuhlmann, H.-W.: Untersuchungen zur Lage und Ausrichtung potentieller Lichtrichtungsdetektoren bei sich phototaktisch orientierenden Ciliaten. Verh. Dtsch. Zool. Ges. 90.1, 205 (1997).

Kuhlmann, H.-W.: Adaptive strategies: Life stages and responses to stimuli. In: "Explore the World Using Protozoa", pp. 192-198, (O.R. Anderson, M. Druger, eds.), Joint Publication of the NSTA and the Society of Protozoologists, Arlington, Virginia (1997).

Kuhlmann, H.-W.: Photomovements in ciliated protozoa (Übersichtsartikel). Naturwissenschaften 85, 143-154 (1998).

Kuhlmann, H.-W.: Do phototactic ciliates make use of directional antennas to track the direction of light? Europ. J. Protistol. 34, 244-253 (1998).

Kuhlmann, H.-W.: Possible role of four types of cell organelles in phototactic orientation of ciliates. In: "From Structure to Information in Sensory Systems", pp. 478-481, (C. Taddei-Ferretti, C. Musio, eds.), World Scientific, Singapore, London, New Jersey, Hongkong (1998).