Phototaxis bei Ciliaten

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. Bestimmte Ciliaten verschiedener Gattungen 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.

Einige der von uns bezüglich ihrer Lichtreaktionen genauer untersuchten Ciliaten besitzen spezielle Zellorganellen, mit deren Hilfe die Richtung des einfallenden Lichtes sehr präzise bestimmt werden kann. Ultrastrukturell lassen sich mindestens drei Typen von unidirektionalen Lichtdetektoren unterscheiden, welche offenbar nach unterschiedllichen physikalischen Prinzipien funktionieren. Dabei spielen Lichtabsorption, Lichtreflexion und Lichtbeugung jeweils eine wichtige Rolle.

Jüngste, mit den Ciliaten Chlamydodon mnemosyne und Ophryoglena flava durchgeführte Untersuchungen hinsichtlich der Wirkungsspektren des im Experiment eingesetzten Lichtes unterschiedlicher Wellenlängen geben nähere Aufschlüsse über die Natur der an der Lichtperzeption beteiligten Photorezeptormoleküle (möglicherweise sind dieses Flavine, Pterine sowie das Rhodopsin). Ähnliche Schlüsse ziehen wir aus der Autofluoreszenz bestimmter Bereiche der Zellmembran nach Anregung mit monochromatischem Licht.

Drittmittelgeber:

National Research Council, Italien

Beteiligte Wissenschaftler:

Prof. Dr. H.-W. Kuhlmann (Leiter), Dipl.-Biol. M. Selbach, Prof. Dr. D.-P. Häder (Erlangen), Dr. G. Colombetti (CNR, Pisa), Dr. R. Marangoni (CNR, Pisa)

Veröffentlichungen:

Selbach, M. & H.-W. Kuhlmann: Structure, fluorescent properties, and proposed function in phototaxis of the stigma apparatus in the ciliate Chlamydodon mnemosyne. J. Exp. Biol. 202, 919-927 (1999)

Selbach, M., D.-P. Häder & H.-W. Kuhlmann: Phototaxis in Chlamydodon mnemosyne: Determination of the illuminance-response curve and the action spectrum. J. Photochem. Photobiol. B: Biol. 49, 35-40 (1999)

Görtz, H.-D., H.-W. Kuhlmann, M. Möllenbeck, A. Tiedtke, J. Kusch, H. J. Schmidt & A. Miyake: Intercellular interactions in ciliated protozoa. Naturwissenschaften 86, 422-434 (1999 / Review)

Kuhlmann, H.-W.: Directional light antennas in protozoa. Trends in Photochemistry and Photobiology 6, 1-13 (1999 / Review)

Cadetti, L., F. Marroni, R. Marangoni, H.-W. Kuhlmann, D. Gioffré & G. Colombetti: Phototaxis in the ciliated protozoan Ophryoglena flava: dose-effect curves and action spectrum determination. J. Photochem. Phtobiol. B: 57, 41-50 (2000)