Formen der Bahnen

Erfasst man die Bewegung der Diatomeen mit dem Blick von oben auf das Substrat, auf dem sich Diatomeen bewegen, dann erkennt man häufig nahezu kreisförmige, spiralförmige oder gerade Bahnen, die immer wieder durch Richtungsumkehr unterbrochen werden.  Wie erwähnt, erfolgen zudem je nach Spezies auch ein Hin- und Herruckeln oder Schwenkbewegungen um große Winkel. Insbesondere bei kleinen Diatomeen tritt in Kombination mit der linearen Bewegung ein Schwänzeln um die Bewegungsrichtung auf.

Ein Beispiel solcher Bahnen ist im Video oben zu sehen. Links sieht man die Bewegung einiger Cymatopleura solea (Länge ca. 180 µm) in einer noch dünn besiedelten Petrischale im Zeitraffer (60-facher Zeitraffer). Das Video rechts daneben wurde mittels VirtualDub daraus hergestellt, wobei die Bewegungsbahnen durch 40-fache Anwendung des Filters „motion blur“ verdeutlicht wurden.

Wie perfekt manchmal ein Kreis beschrieben wird, zeigt das animierte Bild links, bei dem in das Foto von Bahnen mehrerer artgleicher Nitzschia rot gestrichelte Kreise eingeblendet werden. Die Kreise besitzen unterschiedliche Radien. Der größte besitzt einen Radius von einem knappen Millimeter.

Diese regelmäßigen Bahnen sind ein Artefakt unter Laborbedingungen, denn hier bewegen sich die Diatomeen auf glatten Flächen. In der Natur besteht das Substrat etwa aus einer rauen Steinoberfläche oder unebenem pflanzlichen Gewebe mit einer komplexen Oberflächenstruktur. Noch bevor die Größe der Unebenheiten des Substrats in die Größenordnung der Höhe der Diatomee kommt, wird die Bahn deutlich gestört. Auf exakt kreisförmigen Bahnen wäre durch Bewegungsumkehr allein keine Ortsveränderung über den Kreis hinaus möglich. Dennoch sind insbesondere die Aufnahmen der Bewegung auf glatten Substraten von besonderem Interesse, denn sie sind weitgehend frei von Störungen und erlauben Rückschüsse auf die Mechanismen der Bewegung.

Im Bild links sieht man die Bahnen unbekannter Diatomeen. Hier wurde ein kleiner Kieselstein aus einem Bach unter Auflicht beobachtet. Aus einem kurzen Video entstand aus dem Minimum aller Frames ein typisches Bild einer Bewegungsbahn in der Natur. Man erkennt nur noch Ansätze von kreisförmigen Bahnen. Über die Spezies ist hier nichts bekannt und es ist unklar, wie die entsprechende Bewegung auf glattem Substrat aussehen würde. Man kann diese Situation leicht mit einer bekannten Spezies aus einer Kultur nachstellen. Dazu wurde ein sterilisierter flacher Kiesel in eine Petrischale mit Nährlösung gelegt. Danach wurde sie mit ein paar deutlich unterscheidbaren Spezies beimpft. Nach ein paar Tagen wurde das nachfolgende Video aufgenommen, bei dem man vor allem etliche Craticula cuspidata (Länge ca. 120 µm) in Bewegung sieht. Die Aufnahmezeit betrug 600 Sekunden. Rechts daneben sieht man die Bahnen, die aus dem Video gewonnen wurden (zum Vergrößern anklicken).

Zum Vergleich wurde eine sehr dünn besiedelte Kultur in einer Petrischale über denselben Zeitraum unter denselben Lichtverhältnissen aufgenommen. Das Video und die Bewegungsbahnen sind nachfolgend zu sehen.

Zwar zeigen solche Experimente starke Schwankungen, aber der Einfluss eines unebenen Substrats ist unverkennbar.

Es sei angemerkt, dass es auch Fälle gibt, in denen die Bewegung durch Kolonien-Bildung eingeschränkt ist. So können sich Bacillaria paxillifera nur relativ zu ihren benachbarten Diatomeen bewegen, was zu einer Bewegung der gesamten Kolonie führt (siehe Videos). Die Frage nach der Bahnkrümmung einer Diatomee stellt sich erst gar nicht.

Viele motile Diatomeen zeigen keine Eigenbewegung, so lange sie sich in Kolonien befinden, können sich aber als Individuen oder kleine Gruppen bewegen (siehe Eunotia und Cymbella).

Ein anderes Beispiel sind Röhren-bewohnende Diatomeen, wie sie in einer Wasserprobe aus einem kleinen Teich im Video links unten zu sehen sind (Kultivierung dieser Röhren-bewohnenden Cymbella ist leider nicht gelungen). Die Freiheitsgrade der Bewegung werden durch die Röhre eingeschränkt und die zurücklegbare Strecke ist durch die Positionen der benachbarten Diatomeen eingeengt. Röhren-bewohnende Frustulia vulgaris aus dem Neckar (Ort: Lauffen am Neckar) findet man im Video rechts daneben. Auffällig ist die hohe Elastizität des Schlauches.

Auf den folgenden Seiten soll zunächst auf die Kinematik, also die formale Beschreibung der Bewegungsbahnen und die Randbedingungen für die Analyse eingegangen werden. Danach wird kurz die Visualisierung und das Tracking der Bahnen vorgestellt. Analysemethoden und Ergebnisse der Analyse folgen im letzten Beitrag (siehe Menü links).

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