Was sind Diatomeen?
Lassen Sie mich mit ein paar Aussagen über Diatomeen (Kieselalgen) beginnen. In biologischer Terminologie bilden diese eine Klasse einzelliger Algen. Es ist für sie charakteristisch, dass sie in einem Haus aus Glas leben, welches aus hydratisiertem Silikat (SiO₂ + n H₂O) besteht und das mit einem organischen Material überzogen ist. Dieses Exoskelett (Frustel) besteht aus zwei Hälften, der Epitheca und der Hypotheca. Die Struktur ähnelt einer Petrischale, wobei die Epitheca die Hypotheca umfasst. Jede Theke besteht aus einer mehr oder weniger gewölbten Valve und dem Cingulum, einer Anzahl von zugeordneten Bändern (Gürtelbänder) aus Silikat (siehe nachfolgendes Bild).
Nach ihrer Form werden sie eingeteilt in zentrische Diatomeen, die radial-symmetrisch sind und in die länglichen pennaten Diatomeen, die bilateral symmetrisch sind. Unter den pennaten Diatomeen findet man viele Spezies, die sich gleitend auf einem Substrat fortbewegen können (siehe nächste Seite).
Die Größe der Diatomeen reicht von wenigen Mikrometern bis zu 2 Millimetern. In den meisten Fällen ist zu ihrer Beobachtung zumindest ein Lichtmikroskop erforderlich.
Diatomeen sind weit verbreitet und können in fast jedem Süß- oder Salzwasser, wie Bächen, Flüssen und dem Meer gefunden werden. Sogar feuchter Boden dient als Lebensraum. Einige Kieselalgen schweben im Wasser, andere leben am Grund eines Gewässers.
Diatomeen zeigen eine ungeheure Vielfalt an Formen und Strukturen. Ihre Gehäuse zeigen Poren, die ihnen den Austausch von Nährstoffen und Abfallstoffen ermöglichen. Die Valven mancher Diatomeen besitzen einen Spalt, die so genannte Raphe, die es ihnen erlaubt, sich über Oberflächen von Sandkörnern, Steinen oder von Wasserpflanzen zu bewegen.
Wie alle Pflanzen nützen Diatomeen die Photosynthese, um Sonnenenergie zu gewinnen. Neben Chlorophyll a und c dient Fucoxanthin als photosynthetisches Pigment, welches Diatomeen eine goldbraune Farbe verleiht.
Es gibt eine riesige taxonomische Vielfalt mit Hunderten von Diatomeen-Gattungen. Man findet unterschiedliche Schätzungen der Anzahl von rezenten Arten. Es könnten 100.000 oder sogar mehr sein. Diatomeen pflanzen sich durch asexuelle (vegetative) und sexuelle Vermehrung fort.
Wenn sich eine Zelle teilt (mitotische Teilung), wird die jeweils kleinere Valve neu gebildet, so dass nach der Teilung eine Zelle der ursprünglichen Größe und eine kleinerer Zelle vorliegt:
Das anschließende Bild illustriert die vegetative Reproduktion über 5 Generationen
:
Im statistischen Mittel nimmt daher die Größe ab (Gesetz von Pfitzer und MacDonald). Wenn die kleinste Diatomee eine minimale Größe erreicht, ist eine sexuelle Fortpflanzung erforderlich, um eine Zelle mit maximaler Größe zu erzeugen. In seltenen Fällen tritt auch eine vegetative Zellvergrößerung auf.
Die sexuelle Fortpflanzung pennater Diatomeen besitzt eine große Vielfalt an Varianten. Diatomeen sind diploid, besitzen also einen doppelten Chromosomensatz. Durch Reduktionsteilung (Meiose) bilden sich bei jeder Diatomee ein oder zwei haploide Gameten, Keimzellen mit einfachem Chromosomensatz. Bei pennaten Diatomeen herrscht Isogamie vor, bei der die Gameten gleich groß und unbegeißelt sind. Durch Verschmelzen der Gameten entstehen eine Zygote oder zwei Zygoten mit doppeltem Chromosomensatz. Schließlich wächst jede Zygote zur Auxospore heran und bildet eine neue vegetative Zelle (Erstlingszelle) mit zwei Valven, welche die maximale Größe aufweist.
Es ist auch möglich, dass zwei Gameten desselben Gametangiums zu einer Zygote verschmelzen, aus welcher Auxospore und Erstlingszelle entstehen. Diese Selbstbefruchtung wird als Automixis bezeichnet.
Weiterhin wurde beobachtet, dass eine Auxospore ohne vorherige Reduktionsteilung heranreifen kann (Apogamie, ungeschlechtliche Fortpflanzung). Zudem wurde bei pennaten Diatomeen Konjugation entdeckt.
Einzelheiten zu den Schritten siehe Round et. al. (2007). Terminologie und weitere Bilder finden sich in Irena Kaczmarska et. Al (2013).
F. E. Round; R. M. Crawford; D. G. Mann (2007), Diatoms: Biology and Morphology of the Genera, Cambridge University Press; 1 edition (2007)
Irena Kaczmarska , Aloisie Poulíčková , Shinya Sato , Mark B. Edlund , Masahiko Idei , Tsuyoshi Watanabe & David G. Mann (2013): Proposals for a terminology for diatom sexual reproduction, auxospores and resting stages, Diatom Research, DOI:10.1080/0269249X.2013.791344