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Paulinella 2 3 1 ist eine Gattung von etwa neun oder mehr Arten Spezies einzelliger Eukaryoten die je nach Art im Susswasser oder marinen Umgebungen leben 4 Paulinella ist Mitglied der Familie Paulinellidae diese gehort zu den Euglyphida unter den Silicofilosea mit Schalen versehene Amoben mit Filopodien PaulinellaPaulinella chromatophora mit zwei Chromatophoren aussen die schuppenartige Schale oben die FilopodienSystematikohne Rang Rhizariaohne Rang Cercozoaohne Rang Imbricateaohne Rang Silicofiloseaohne Rang EuglyphidaGattung PaulinellaWissenschaftlicher NamePaulinellaLauterborn 1895 1 Die bekanntesten Spezies Arten dieser Gattung sind die drei photosynthetischen Vertreter P chromatophora P micropora und P longichromatophora wobei es sich bei den ersten beiden um Susswasserformen und bei der dritten um eine marine Form handelt 5 Diese Arten gehoren einer Paulinella Klade an die erst vor evolutionar gesehen kurzer Zeit ein Cyanobakterium als Endosymbionten d h Cyanobionten aufgenommen haben 6 7 Sie sind nicht mehr in der Lage wie ihre nicht photosynthetischen Verwandten Phagozytose zu betreiben 8 Inhaltsverzeichnis 1 Morphologie 2 Chromatophoren 3 Systematik 3 1 Spezies 3 2 Aussere Systematik 4 Einzelnachweise 5 WeblinksMorphologie BearbeitenPaulinella Arten 9 sind Thecamoeben die im Inneren einer vom Organismus selbst erzeugten und von der Zelle abgeschiedenen Schale leben Diese Hulle wird als Testa oder Theca bezeichnet Die Differenzierung der verschiedenen Arten der Gattung erfolgt anhand der Gestalt der Testa Bei der am besten untersuchten Paulinella chromatophora ist die Testa etwa 20 bis 38 Mikrometer lang und 16 bis 29 Mikrometer breit Die grosste Art deshalb Paulinella gigantica genannt erreicht eine Lange von 47 Mikrometer bei einer Breite von 26 Mikrometer Kleine Arten wie Paulinella agasizzi erreichen nur 13 17 Mikrometer Lange bei 9 12 Mikrometer Breite Die Testa ist je nach Art 9 etwas unterschiedlich beutel birnen oder vasenformig ausgebildet Jede Testa besteht aus einem System fest und unbeweglich miteinander fusionierter Einzelplattchen die als Schuppen eng scales bezeichnet werden Bei den meisten Arten besteht die Testa aus funf an den Kanten miteinander verbundenen Reihen von Schuppen dazu gehort auch die Typusart Paulinella chromatophora Bei der schlecht bekannten Paulinella intermedia sollen nur drei oder vier Reihen ausgebildet sein Die Arten Paulinella multipora und Paulinella gigantica zeigen abweichend von allen anderen sieben bis acht bzw zehn bis zwolf solcher Reihen die ausserdem miteinander uberlappen Die rechteckigen Schuppen sind im lichtmikroskopischen Bild einformig mit einem je nach Art unterschiedlichen Muster aus kleinen Poren Im elektronenmikroskopischen Bild 10 zeigt sich ein komplexer Feinbau aus drei Schichten Die Schuppenreihen sind seitlich jeweils miteinander verzahnt ihre Verbindungslinie damit zickzackartig Am hinteren aboralen Pol der Testa laufen sie zusammen in einer funfeckigen Abschlussschuppe Nur am oralen Pol ist die Testa geoffnet Die schmale Offnung ist je nach Art von zwei oder drei Kragenschuppen eingefasst die meist etwas halsartig abgesetzt sind Aus der Offnung kann die Zelle lange fadenartige Scheinfusschen Filopodien genannt vorschieben bei Paulinella chromatophora jeweils ein bis drei davon Die Filopodien dienen bei den rauberischen Arten dem Beuterwerb und ermoglichen allen Arten die Fortbewegung Sie konnen bei Paulinella indentata auch verzweigt sein und erreichen hier 50 Mikrometer Lange 11 Die Testa besteht aus glasartig amorpher kieseliger Substanz wohl biogenem Opal und ist am lebenden Organismus glasartig durchsichtig bis blass gelblich gefarbt nbsp a b DIK Aufnahmem von P chromatophora verschiedene Fokusebenen c Schematische Darstellung der Zellteilung bei P chromatophora Eva C M Nowack 2014 12 Die Zelle innerhalb der Testa fullt diese meist nicht vollstandig aus Sie enthalt einen im hinteren Drittel liegenden Zellkern Nahe dem oralen Pol sind bei Paulinella chromatophora die Verhaltnisse bei der marinen Art sind unbekannt zwei oder drei pulsierende Vakuolen eingelagert die der Ausscheidung von uberschussigem Wasser und damit der Osmoregulation dienen Der Golgi Apparat besteht aus einem einzigen sehr grossen Dictyosom aus mehreren eng gepackten Zisternen Dieses dient soweit bekannt vor allem der Bildung der Schuppen Ausserdem sind weitere Vakuolen vorhanden 10 Bei den autotrophen Arten wie Paulinella chromatophora sind genau zwei der photosynthetisch aktiven Plastiden Chromatophoren vorhanden Sie sind im Querschnitt rund verjungen sich zu den Enden hin nicht und sind wurstformig gebogen bei Paulinella chromatophora von etwa 15 bis 20 Mikrometer Lange bei 3 5 bis 4 Mikrometer Durchmesser Sie sind blaugrun gefarbt Die Chromatophoren sind nur von zwei Membranen eingeschlossen nicht vier wie bei den meist auf Rhodoplasten mittels sekundarer Endosymbiose zuruckgehenden Plastiden der Ochrophyta Ausserdem ist zwischen diesen eine dunne Zellwand aus Peptidoglycanen ausgebildet Im elektronenmikroskopischen Bild zeigen sich zehn bis zwanzig konzentrisch angeordnete etwas wellenformige Thylakoide mit eingelagerten Phycobilisomen und Carboxysomen fur die Cyanobakterien typische Organellen zur Kohlenstoffdioxidanreicherung 10 Die Vermehrung erfolgt uber einfache Zellteilung Eine der Tochterzellen erbt die Testa der Mutterzelle fur die andere wird eine neue ausgebildet Dafur werden im Zytoplasma der Mutterzelle vor der Zellteilung zahlreiche Reserveschuppen vorgebildet Diese werden dann durch Filopodien an die richtige Stelle geschoben und fusionieren Nach der Teilung der Zelle quetscht sich eine der Tochterzellen durch die orale Offnung der alten Testa in die neue hinein die sich anschliessend trennen Jede der Tochterzellen erbt eine der Chromatophoren die sich anschliessend durch Teilung wieder verdoppeln Die Teilung von Mutterzelle und Endosymbionten sind also synchronisiert 12 Chromatophoren Bearbeiten nbsp Vorgeschlagenes Modell fur die Entwicklung der Phototrophie bei P chromatophora Heterotrophe und phototrophe Paulinella Arten haben einen gemeinsamen Vorlaufer der sich von Bakterien ernahrt links HGT Horizontaler Gentransfer EGT Endosymbiotischer Gentransfer Eva C M Nowack 2014 12 Das aus dem Endosymbiose Ereignis resultierende Organell ist ein photosynthetisches Plastid das als Chromatophor bezeichnet wird wegen seiner Ursprunglichkeit Ahnlichkeit mit den cyanobakteriellen Vorfahren wird es auch wie bei den Glaucophyten als Cyanell cyanobakterienartiges Organell bezeichnet Dies ist erst das zweite bekannte primare Endosymbiose Ereignis mit photosynthetischen Cyanobakterien Das erste und bedeutendste war nach der Endosymbiontentheorie der Ursprung der Chloroplasten als Organellen der so entstandenen Archaeplastida zu denen die Glaucophyten Grunalgen und Landpflanzen gehoren 13 14 Derzeit 2017 ist zusatzlich lediglich ein weiteres primares Endosymbiose Ereignis aber mit einem nicht photosynthetischen cyanobakteriellen Symbionten in der Kieselalgen familie Rhopalodiaceae Ordnung Rhopalodiales bekannt 15 Das endosymbiotische Ereignis bei den Vorfahren der photosynthetisch aktiven Paulinella Klade ereignete sich vor ca 90 140 Millionen Jahren Dabei war eine Cyanobakterienart beteiligt die sich vor ca 500 Millionen Jahren von ihrer Schwesterklade mit den heute lebenden Vertretern der Gattungen Prochlorococcus und Synechococcus abspaltete 16 17 18 19 Es handelt sich dabei um eine andere Cyanobakterienklade als die die zur Entstehung der Chloroplasten und anderen primaren Plastiden der Archaeplastida fuhrte 20 Die Chloroplasten aller anderen bekannten photosynthetischen Eukaryoten stammen letztlich von dem Cyanobakterien Endosymbionten ab der vor etwa 1 6 Milliarden Jahren von dem Archaeplastida Vorfahren aufgenommen wurde Diese wurden namlich anschliessend durch sekundare und spatere tertiare und quaternare Endosymbiose Ereignisse in andere Eukaryotengruppen ubernommen Die einzige derzeit 2021 bekannte Ausnahme dazu ist das Wimpertierchen Pseudoblepharisma tenue 21 Heterotrichea das neben einem Grunalgen Endosymbionten Chlorella sp K10 sekundare Endosymbiose auch ein photosynthetisch aktives Bakterium als Endosymbionten hat dies ist aber kein Cyanobakterium sondern ein Schwefelpurpurbakterium aus der Familie Chromatiaceae Candidatus Thiodictyon intracellulare 22 23 24 Das Chromatophoren Genom hat eine Verkleinerung durchgemacht und ist jetzt nur noch ein Drittel so gross wie das Genom seiner nachsten frei lebenden Verwandten aber immer noch 10 mal grosser als die Plastiden Genome Einige der Gene sind verloren gegangen andere sind durch endosymbiotischen Gentransfer EGT in den Zellkern der Wirtszelle gewandert 25 Man kann also hier die gleiche Tendenz beobachten wie bei den Plastiden und mitochondrienverwandten Organellen en mitochondria related organelles MROs bei denen die Reduktion des Organell Genoms im Extrem bis zum Totalverlust gefuhrt hat siehe DNA lose Chloroplasten Hydrogenosom Mitosomen Wieder andere Gene sind durch die sogenannte Mullersche Ratsche englisch Muller s ratchet die Anhaufung schadlicher Mutationen durch genetische Isolation degeneriert und wurden wahrscheinlich durch horizontalen Gentransfer HGT durch Gene aus anderen Mikroben ersetzt 26 Die Kerngene von P chromatophora d h die Regionen die nicht durch den Symbionten per endosymbiotischen Gentransfer modifiziert wurden sind am engsten mit der heterotrophen Schwesterspezies P ovalis verwandt 27 Auch der Rauber P ovalis hat mindestens zwei cyanobakterienahnliche Gene die wahrscheinlich ebenfalls durch horizontalen Gentransfer HGT von seiner cyanobakteriellen Beute in sein Genom integriert wurden ohne dass diese zu Endosymbionten wurden Ahnliche Gene konnten den Vorfahren der photosynthetischen Arten fur die Aufnahme des Chromatophors vorgerustet haben 28 Systematik BearbeitenTypusart der Gattung ist Paulinella chromatophora Lauterborn 1895 Robert Lauterborn fand sie am 24 Dezember 1894 in einem Altarm des Rheins bei Neuhofen sudlich Ludwigshafen am Rhein 29 Lauterborn benannte die Gattung nach seiner Stiefmutter Pauline Lauterborn auch wenn er dies nicht in der Publikation selbst vermerkte 30 Die autotrophen Paulinella Arten bilden zusammen eine Klade die in die heterotrophen Vertreter dieser Gattung eingeschachtelt ist 31 Dies zeigt klar dass die heterotrophe rauberische Lebensweise innerhalb der Gattung der ursprungliche Zustand ist und nicht auf einen sekundaren Verlust der Chromatophoren zuruckgeht Spezies Bearbeiten Gattung Paulinella Lauterborn 1895 2 3 1 P agassizi Nicholls 2009 2 P bulloides d Orbigny 1826 32 P carsoni Nicholls 2009 2 P chromatophora Lauterborn 1895 18 1 3 2 33 34 Modellorganismus 35 P gigantica Nicholls 2009 2 P indentata Hannah Rogerson amp Anderson 1996 2 P intermedia Vors 1993 2 P lauterborni Nicholls 2009 2 P longichromatophora Kim amp Park 2016 1 3 P micropora Lhee et al 2017 3 P multipora Nicholls 2009 2 P osloensis Feyling Hanssen 1954 32 P ovalis A Wulff 1919 P W Johnson P E Hargraves amp J M Sieburth 1988 1 2 36 37 P sphaeroides d Orbigny 1826 32 P subcarinata d Orbigny 1839 32 P suzukii Nicholls 2009 2 Unklar ist die Stellung einer weiteren Art Paulinella gracilis Hans Lohmann beschrieb 1908 eine neue Gattung Calycomonas mit den Arten Calycomonas gracilis und Calycomonas globosa der spater weitere Arten zugeordnet wurden Die Gattung und die Art C gracilis sind nach der taxonomischen Datenbank Algaebase weiterhin in Gebrauch 38 Andere Autoren haben einem Vorschlag von Naja Vors folgend 39 die Art in die Gattung Paulinella transferiert Die Stellung ist damit bis heute unklar 40 Da es die Typusart der Gattung ist ware ggf Calycomonas synonym zu Paulinella Aussere Systematik Bearbeiten Das National Center for Biotechnology Information NCBI listet in der Familie Paulinellidae folgende drei Eintrage 41 Micropyxidiella Tarnawski amp Lara 2015 mit der Spezies Micropyxidiella edaphonis Tarnawski amp Lara 2015 bodenlebende Art Paulinella ohne Gattungs und Artzuweisung Stamm Paulinellidae sp EL 2014b Die Stellung der Gattung Ovulinata 42 mit der bisher einzigen beschriebenen Art Ovulinata parva Anderson Rogerson amp Hannah 1996 ist umstritten ihre nahe Verwandtschaft zu Paulinella aber nachgewiesen Sie wird teilweise in die Paulinellidae mit einbezogen 43 teilweise in einer eigenen Familie Ovulinatidae Cavalier Smith gefuhrt NCBI 44 Ovulinata besitzt eine Testa aus organischem Material ohne silikatische Schuppen Bei einer molekularen Analyse 2010 war Schwestergruppe der Paulinellidae die Familie Cyphoderiidae de Saedeleer 1934 45 Einzelnachweise Bearbeiten a b c d e f M D Guiry Paulinella Lauterborn 1895 in Guiry M D amp Guiry G M 2013 algaebase org World wide electronic publication National University of Ireland Galway Abgerufen am 2 Juli 2021 a b c d e f g h i j k l Microworld Paulinella auf Microworld arcella nl mit Zeichnungen zu diversen 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