Plankton abschießen: Winzige Organismen verfügen über beeindruckende Artillerie

Einzellige Meeresorganismen schießen ihre Beute mit Hilfe von Netzwerken wie Spider-Man und Gatlings Miniatur- Maschinengewehren .

Dinoflagellaten namens Nematodinium und Polykrikos sind mikroskopisch kleines Plankton, das auf der Oberfläche von Kreaturen schwimmt, die von Tonnen von Walen verschluckt werden. Aber unter den erwähnten Dinoflagellaten, einer der Arten von Protisten , ist das Leben mit einem eigenen Drama gefüllt. Sie sind Jäger, die andere Dinoflagellaten essen, für die sie Rüstungen, mikroskopisch kleine militärische Ausrüstung und sogar chemische Waffen haben.

Eine neue Studie ergab, dass Nematodinium und seine verwandten Dinoflagellaten ihre eigene Art von Waffe erfanden: Obwohl sie stechenden Quallenzellen sehr ähnlich sind, entwickelten sich diese Strukturen unabhängig voneinander, möglicherweise weil das Wettrüsten in der Welt des Planktons stattfand.



"Sie könnten Ozeanpolizisten gewesen sein", sagte Gregory Havelis, ein Forscher, ein Postdoc an der Arizona State University, der die Dinoflagellatenforschung leitete, als er an der University of British Columbia arbeitete. "Sie haben eine absurde Menge an Ausrüstung, um Ziele zu erreichen."

Die coolsten Zellen

Dinoflagellaten sind "objektiv gesehen die coolsten Zellen", sagte Havelis. Zuvor hatte er bereits entdeckt, dass Nematodinium eine Augenklappe mit einer Linse und einem lichtempfindlichen Pigment hat; Dies bedeutet, dass dieser Organismus trotz Einzelligkeit in gewissem Sinne sehen kann.



Ein ungewöhnlicher Satz von Waffen Nematodinium genannt Nematozysten. Havelis und Kollegen verwendeten ein Rasterelektronenmikroskop, um Bilder von Nematozysten sowohl dieser als auch einer anderen gut bewaffneten Spezies von Dinoflagellaten, Polykrikos kofoidii, zu erhalten.

Sie schossen auch zuerst einen Schuss von einer Polykrikos kofoidii-Waffe.

Sie sahen die Arbeit ziemlich komplexer Strukturen: Nematodinium hat Nematozysten, die in Form von Sockeln zusammengesetzt sind und wie ein Gatling-Maschinengewehr mit mehreren Läufen aussehen.



"Niemand hat diese Kreaturen jagen sehen, da Nematodinium äußerst selten ist", sagte Havelis. "Im Gegensatz zum Gatling-Maschinengewehr schießen sie höchstwahrscheinlich alle diese Kapseln gleichzeitig."

Und P. kofoidii ist immer noch seltsamer. Diese Dinoflagellaten platzieren die Kapseln auf ihrer Oberfläche, und jede von ihnen ist mit einem fingerförmigen Vorsprung, einer Teniozyste, ausgestattet. Als sie das Opfer trifft, explodiert die Teniozyste und feuert, wie Havelis glaubt, eine klebende Substanz ab, die dem Netz von Spider-Man ähnelt. Die Explosion bewirkt, dass die Kapsel, die Nematozyste, ein in eine Spirale gedrehtes Rohr abschießt, an dessen Ende ein scharfer Vorsprung in Form eines Dolches, eines Stiletts, vorhanden ist. Das Mandrin dringt in die Beute ein, die Spirale löst sich auf und die Beute wird durch eine Art Schlepper am dinoflagellierten Raubtier befestigt.

"Sie benutzen den Schlepper genau wie das Ziehen eines von einer Harpune gefangenen Fisches", sagt Havelis.

Und dann ist es Zeit zu essen.


Polykrikos kofoidii

Unabhängige Evolution

Stechende Meerestiere, Quallen und andere kreischende Tiere haben ebenfalls Nematozysten in ihrem Arsenal. Aus diesem Grund, sagt Havelis, gibt es seit langem Theorien, dass Dinoflagellaten und Strifera von einem entfernten gemeinsamen Verwandten abstammen, der ein beeindruckendes Arsenal an Verteidigung besaß. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass Dinoflagellaten und Strewniks mehrere Gene austauschen. Eine Art von Dinoflagellaten lebt in Symbiose mit Korallen, die ebenfalls zum Stechen gehören, was den Genaustausch ermöglicht.

Havelis und Kollegen untersuchten das Hydra- Genom und verglichen seine für Nematozysten verantwortlichen Gene mit einzelligen Genen. Sie verglichen auch die Proteine, die in Bogenwürmern gefunden werden, mit denen von Dinoflagellaten.

Und sie fanden keine Verbindungen. Havelis sagt, dass die Gene, die Nematozysten in Dinoflagellaten bilden, völlig anders sind als die Gene, die dies in Stewards tun. Neue Entdeckungen, die Ende März in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht wurden, bedeuten, dass Streben und Dinoflagellaten als Ergebnis der Evolution unabhängig voneinander ähnliche Waffen erhalten haben.

Havelis vermutet, dass Dinoflagellaten im Laufe der Evolution solch hoch entwickelte Jagdausrüstung entwickelt haben, weil ihre Beute für sie gefährlich ist - dies sind andere Dinoflagellaten. Polykrikos zum Beispiel verschlingt Plankton, das für toxische Rotspülungen verantwortlich ist. Prototypen mit Bakterienantrieb benötigen keine speziellen Waffen, wie Havelis sagt, aber Dinoflagellaten haben möglicherweise Raubtiere und Opfer, die ein Wettrüsten durchführen, um zu überleben.

Er und das Team testen nun diese Hypothese und finden heraus, ob Dinoflagellaten mehr "Waffen" produzieren, wenn ihre Opposition besser bewaffnet ist. In diesem Fall muss die Anzahl der produzierten Nematozysten davon abhängen, in welchem ​​Unternehmen sie landen.

"Jetzt haben wir tatsächlich mikrobielle Schlachten in Zellen, in denen wir auf verschiedene Arten treffen", sagt Havelis.