Chlamydomonas
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Chlamydomonas ist eine Gattung einzelliger Grünalgen, die vor allem im Süßwasser, aber auch marin vertreten ist. Charakteristisch für ihr Aussehen sind zwei gleichartige (isokonte) Geißeln. In der Forschung ist Chlamydomonas reinhardtii als gut untersuchter Modellorganismus von Bedeutung.
Milieu
Fortpflanzung
Die vegetative Vermehrung ist die normale Art der Fortpflanzung bei Chlamydomonas. Sie erfolgt nicht durch einfache Teilung, sondern unter Bildung von begeißelten Zoosporen, indem sich eine Zelle innerhalb der Zellwand mehrfach längs teilt und dann die Tochterzellen freigesetzt werden. Letzteres geschieht durch Freisetzung von Enzymen, welche die Zellwand auflösen.
Die sexuelle Fortpflanzung wird durch ungünstige Lebensverhältnisse wie etwa Stickstoffmangel ausgelöst. Wenn sich Gameten unterschiedlicher Typen treffen, haften sie paarweise aneinander und verbinden sich. Erst verschmelzen ihre Protoplasten miteinander (Plasmogamie) und dann die Zellkerne (Karyogamie), sodass eine diploide Zygote entsteht.
Die durch die Vereinigung der Gameten entstehende Zygote ist ein Dauerstadium und wird durch eine derbe Wand geschützt. Wenn sie auskeimt, erfolgt unmittelbar die Reduktionsteilung (Meiose); es handelt sich bei Chlamydomonas also um Haplonten, bei denen alle Zellen außer der Zygote haploid sind.
Bei der sexuellen Fortpflanzung können die Gameten zu mehreren innerhalb einer Zelle entstehen, die damit zum Gametangium wird, oder eine einzellige Alge wird als Ganzes zu einem Gameten. In beiden Fällen tritt sowohl Isogamie, Anisogamie als auch Oogamie auf, d. h. die Gameten beiderlei Geschlechts können äußerlich gleich sein, oder der weibliche Gamet ist wesentlich größer als der männliche, oder er ist eine unbegeißelte und damit unbewegliche Eizelle. Dabei ist die Isogamie am häufigsten.
Phototaxis
Chlamydomonas ist lichtempfindlich, da es Licht erkennen und sich in Richtung Licht bewegen muss, um sich durch Photosynthese zu ernähren. Sie haben diese Art von Lichtempfindlichkeit in Aktion gesehen, wenn Sie jemals bemerkt haben, dass sich Algen an einem sonnigen Tag in einem See oder Teich ansammeln.
Das Geheimnis des Erfolgs von Chlamydomonas bei der Lichtjagd ist ein lichtempfindliches Protein, bekannt als Channelrhodopsin, das sich an der Grenze der augenähnlichen Struktur der Algen befindet, die als Eyespot bezeichnet wird.
Wenn es von Licht getroffen wird, wandelt dieses lichtempfindliche Protein – ähnlich wie ein Solarpanel – Licht in elektrischen Strom um. Es tut dies, indem es seine Form ändert, um einen Kanal durch die Grenze des Augenflecks zu bilden. Dieser Kanal ermöglicht es positiv geladenen Teilchen, die Grenze zu überschreiten und in die Augenfleckregion einzutreten.
Der resultierende Fluss geladener Teilchen erzeugt einen elektrischen Strom, der durch eine Kaskade von Ereignissen die beiden Flagellen der Algen – peitschenartige Schwimmstrukturen – zwingt, den Organismus in Richtung Licht zu lenken.
Die lichtempfindlichen Proteine von Chlamydomonas und ihre Fähigkeit, elektrische Ströme für die Lichtverfolgung zu erzeugen, wurden 2002 von einem Forschungsteam am Health Science Center der University of Texas in Houston unter der Leitung von John Spudich entdeckt Oleg SIneshchekov und Kwang-Hwan Jung. Das Team wurde von der National Science Foundation (NSF) finanziert.
Die Entdeckungen dieses Teams über die Algenproteine folgten jahrzehntelanger Forschung von Spudich, einem biophysikalischen Chemiker, und seinen Mitarbeitern darüber, wie lichtempfindliche Rezeptoren das Schwimmverhalten in vielen Arten von Mikroorganismen steuern.
„Mein Interesse an Chlamydomonas entstand aus meinem Interesse an den Grundprinzipien des Sehens. Das heißt, die molekularen Mechanismen, mit denen Organismen Licht nutzen, um Informationen über ihre Umwelt zu erhalten „, sagt Spudich. „Ich war schon lange fasziniert davon, wie Mikroorganismen die Welt „sehen“und begann mit den einfachsten – Bakterien mit lichtempfindlichen Bewegungen (Phototaxis), gefolgt von Phototaxis in komplexeren Algen. Unser Fokus lag dabei auf dem Verständnis der grundlegenden Biologie dieser Phänomene.“
Als Spudichs Forschung zur Lichtsensorik durch Chlamydomonas veröffentlicht wurde, hat sie die Grundlagenforschung zur Lichtsensorik und Signalgebung in Mikroorganismen erheblich vorangetrieben. Aber zu der Zeit wusste niemand, dass es glücklicherweise das scheinbar weit entfernte Feld der Hirnforschung weiter bringen würde.
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