Schönheit unter Wasser - So sieht die Struktur von Plankton aus

Plankton steht am Anfang der Nahrungskette des Ozeans und sieht wunderschön aus. Vor kurzem gelang es erstmals, ihre zelluläre Architektur sichtbar zu machen.

Kleiner als ein Punkt auf Papier und schwebend im Meer unterwegs: das Plankton. Seine innere Architektur blieb bisher verborgen.

Jetzt haben Forschende enthüllt, wie diese winzigen Wesen aufgebaut sind – in Bildern, die wissenschaftlich faszinieren und visuell begeistern.

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  Die Schönheit des Planktons

  Verschiedenes Plankton, genauer mikrobielle Eukaryoten, die mithilfe der Expansionsmikroskopie eingefärbt wurden.

  Dudin Group/University of Geneva
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  Ein Wimpertierchen mit Flimmerhärchen (Lacrymaria)

  Grün markiert ist hier das Zytoskelett. Daraus bestehen auch die Flimmerhärchen dieses Wimpertierchens. Der Einzeller gehört zu den mikrobiellen Eukaryoten.

  Felix Mikus/EMBL
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  Zellteilungen bei Dinoflagellaten

  Bilder von verschiedenen Stadien der Zellteilung im Zellkern von Dinoflagellaten. Auch sie gehören zu den mikrobiellen Eukaryoten. Blau markiert ist der Zellkern, rot Proteine des Zytoskeletts.

  Dudin Group/University of Geneva
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  Vorticella sp.

  Ein sogenanntes glockenförmiges Wimpertierchen. Mit ihrem Stiel können sie sich an Oberflächen anheften. Blau eingefärbt ist die DNA im Zellkern, in Grün die Mikrotubuli des Zytoskeletts. Grün gefärbte Punkte sind auch im Stiel der Vorticella sichtbar.

  DudinLab/Dey Lab/Guichard-Hamel Lab/EMBL/UNIGE
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  Euplotes rariseta

  Auch diese Art gehört zu den Wimpertierchen. Es ernährt sich von Bakterien. Blau eingefärbt ist die DNA und in Grün das Centrin – ein wichtiges Protein der Zellteilung und für die Organisation des Zytoskeletts.

  DudinLab/Dey Lab/Guichard-Hamel Lab/EMBL/UNIGE
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  Lingulodinium polyedrum

  Ein Dinoflagellat, also ein Panzergeissler. In Blau ist die DNA sichtbar und in Grün das Centrin, ein Protein der Zellteilung und zum Zytoskelett gehörend.

  DudinLab/Dey Lab/Guichard-Hamel Lab/EMBL/UNIGE
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  Lacrymaria sp.

  Bei diesem Wimpertierchen sind in Magenta die Mikrotubuli des Zytoskeletts eingefärbt. In Gelb ist das Centrin sichtbar, welches verzweigte Bündel und Ringe bildet. Blau markiert ist die DNA im Zellkern.

  DudinLab/Dey Lab/Guichard-Hamel Lab/EMBL/UNIGE
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  Gymnodinium impudicum

  Gymnodinium ist eine Gattung der Dinoflagellaten, also der Panzergeissler. Diese Art kann Ketten bilden, wie hier auf dem Bild. Der Zellkern ist blau eingefärbt. In grün sind die für Dinoflagellaten typischen Längs- und Querfurchen (mittig) sichtbar.

  DudinLab/Dey Lab/Guichard-Hamel Lab/EMBL/UNIGE

Die in der Bildergalerie gezeigten Lebewesen werden umgangssprachlich als Plankton bezeichnet. Dieser Sammelbegriff umfasst verschiedenste Pflanzen, Tiere, Pilze und Bakterien.

Die präzise Bezeichnung der Organismen, um die es hier geht, ist mikrobielle Eukaryoten. Sie sind winzig klein – mit einer Länge von einem Zweihundertstel bis einem Fünftel eines Millimeters.

Mehr Infos zu mikrobiellen Eukaryoten

Alle Lebewesen können in Pro- oder Eukaryoten eingeteilt werden. Zu den Eukaryoten zählen Pflanzen, Tiere, Pilze und mikrobielle Eukaryoten wie die Mikroalgen. Eukaryoten sind Lebewesen, deren Zellen einen Zellkern, verschiedene Organelle wie Mitochondrien und ein Zytoskelett besitzen. Das Zytoskelett ist ein dynamisches Geflecht von Proteinen innerhalb einer Zelle. Es stabilisiert die Zelle und ermöglicht den Transport. Die andere grosse Gruppe an Lebewesen sind die Prokaryoten mit Zellen ohne Zellkern. Zu ihnen gehören die Bakterien und die Archaeen.

Mit «mikrobiell» ist gemeint, dass diese Lebewesen winzig klein sind. Die meisten mikrobiellen Eukaryoten leben im Meer. Sie werden zum Plankton gezählt. Wie auch einige Bakterien. Das zeigt – Plankton ist ein ungenauer Begriff, welcher Eu- und Prokaryoten beinhaltet.

Beschreibung zum Video

Auch die winzigen Kieselalgen werden zum Plankton gezählt. In grün sind die Chloroplasten eingefärbt. In diesen Organellen findet die Photosynthese statt, also die Umwandlung von Licht, Kohlenstoff und Wasser in Zucker und Sauerstoff. Darin befinden sich auch die eckigen Pyrenoiden, hier grau markiert. Blau eingefärbt ist die DNA im Zellkern. In Magenta sind die röhrchenförmigen Mikrotubuli sichtbar, die zum Zytoskelett gehören. Gelb zeigt Teile der Zellmembran an.

Für diese neuartigen Bilder hat das Forschungsteam dieser Studie die mikrobiellen Eukaryoten aufquellen lassen, ähnlich wie Gummibärchen in Wasser. Danach färbten sie diese ein.

Mehr zur Technik dieser Bildgebung

Bei diesen Bildern wurden 221 Arten von mikrobiellen Eukaryoten zuerst in ein quellfähiges Gel eingebettet. So quollen über 70 Prozent dieser Proben wie Gummibärchen in Wasser auf ihre vierfache Grösse auf. Mithilfe dieser Technik der sogenannten Expansionsmikroskopie lassen sich sehr kleine Dinge vergrössern.

Danach können sie mit dem gängigen Lichtmikroskop untersucht werden. Ein weiterer hilfreicher Effekt des Aufquellens – die sehr starre Zellwand dieser Eukaryoten wird durchlässiger. Dadurch können in einem zweiten Schritt die verschiedenen zellulären Strukturen eingefärbt werden.

Der letztgenannte Autor der Studie, das heisst der Projektleiter, ist Omaya Dudin, ein Professor der Universität Genf. An der Forschung beteiligt sind zudem Forscherinnen und Forscher aus Deutschland, Spanien und Japan.

Die faszinierend detailreichen Bilder enthüllen, wie verschiedene mikrobielle Eukaryoten miteinander verwandt sind – und geben Aufschluss über ihre Evolutionsgeschichte.