Bestimmung der Gattung und der Art

Die Kultivierung von Diatomeen erlaubt es, Beobachtungen einer Gattung oder sogar Spezies zuzuordnen. Dazu muss diese bestimmt werden. Das ist ein schwieriges Gebiet mit einer umfangreichen Bestimmungsliteratur, welches nur von Experten beherrscht wird. Deshalb sind auch die Angaben bei den hier gezeigten Videos gelegentlich zu hinterfragen. Oft haben wir uns bewusst auf die Zuordnung zur Gattung beschränkt.

An dieser Stelle sollen ein paar allgemeine Hinweise zur Präparation und Bestimmung gegeben werden.

Die morphologische Identifikation baut auf der Form und Struktur der Valven auf und stützt sich traditionell auf eine lichtmikroskopische Untersuchung. Es ist jedoch nicht generell damit zu rechnen, dass sich zwei verschiedene Arten auch immer morphologisch unterscheiden. Das Verfahren des DNA-Barcoding, bei dem ein molekulargenetischer Fingerabdruck zur taxonomischen Einordnung herangezogen wird, ist daher erheblich empfindlicher (siehe „Revolutioniert DNA-Barcoding die Gewässergüteanalyse?“ https://www.bgbm.org/de/pr/revolutioniert-dna-barcoding-die-gewaessergueteanalyse). Angesichts der hohen Anzahl der Diatomeen-Spezies ist vermutlich die praktische Anwendung des Verfahrens zum Teil noch Zukunftsmusik.

Obwohl die Strukturen der Schalen bei lebenden Diatomeen nicht detailliert erkennbar sind, kann man bestimmte Gattungen oder Arten von Diatomeen gut identifizieren. Nimmt man Merkmale hinzu wie die Typen und Anordnung der Chloroplasten in Valvenansicht und Gürtelbandansicht oder die Form von Kolonien, erweitern sich die Bestimmungsmöglichkeiten. Dieser Ansatz wird in “Identification of Freshwater Diatoms from Live Material” (E.J. Cox) verfolgt.

In den meisten Fällen wird man aber die Bestimmung anhand eines mikroskopischen Bildes einer Diatomeenschale (Valve) durchführen. Sie muss dazu frei von störenden Zellbestandteilen sein. In älteren Kulturen findet man meist geeignete Valven abgestorbener Diatomeen, so dass man oft ohne Präparation auskommt. Hat man keine solchen Valven vorliegen, kann man Präparate aus lebenden Zellen herstellen. Dazu gibt es verschiedene Verfahren. Beschrieben werden zumeist die Anwendung starker Säuren (Schwefelsäure) oder Oxidationsmittel (Wasserstoffperoxid).

Eine sehr alte und von Fachleuten nicht mehr empfohlene Methode ist das Glühen von Proben. Da ich weder gern mit unangenehmen chemischen Substanzen hantiere und nicht über einen Dunstabzug verfüge, habe ich dieses sehr einfache und schnelle Verfahren aufgegriffen, um Bilder der Valven aufzunehmen. Dauerpräparate entstehen auf diese Weise nicht und einen Schönheitswettbewerb gewinnen diese Fotos auch nicht, aber sie erfüllen ihren Zweck. Das Verfahren sei nachfolgend beschrieben.

Zunächst träufelt man kleine Tropfen aus einer Kultur auf mehrere saubere Deckgläser und lässt sie gründlich trocknen. Danach legt man sie auf eine Herdplatte und wärmt diese auf. Es hat sich bewährt, zunächst langsam die Temperatur zu steigern, um das Platzen von Zellen mit hohem restlichem Wassergehalt zu verhindern. Wenn in etwa die Platte anfängt zu glühen, entfernt man in Folge die Deckgläser nach und nach von der Herdplatte. So wird es wahrscheinlicher, ein Deckglas mit gutem Ergebnis vorzufinden. Bei zu geringer Erhitzung finden sich nichtverbrannte schwarze organische Überreste. Zu starke Erhitzung führt zur Zerstörung der feinen Strukturen. Außerdem besteht die Gefahr, dass sich die Deckgläschen stark verformen.

Die Deckgläser dreht man vorsichtig um, so dass sich nun die Diatomeen an der Unterseite befinden und legt sie auf einen Objektträger. Mit dem aufrechten Mikroskop erhält man dann die Deckglasdicke, für welche die Objektive optimiert sind. Der Unterschied des Brechungsindex zwischen Luft und Silikat ist so groß, dass man ein kontrastreiches Bild im Hellfeld erhält. Bei Verwendung von Ölimmersion muss man das Deckglas vorher am Objektträger fixieren.

Da man gleichzeitig eine große Anzahl von gleichartigen Diatomeen präparieren kann, ist die Wahrscheinlichkeit groß, intakte und gut gereinigte Valven vorzufinden. Mit etwas Glück sieht eine Übersichtsaufnahme so aus:

Dieses Bild zeigt zwei Diatomeen der Gattung Cymbella, die so gereinigt wurden (100x Öl, kombiniert aus Bilderstapel):

Nun kann man die Bestimmungsliteratur (Bestimmungsschlüssel) oder die Datenbanken im Internet heranziehen.

Eine Besonderheit des Verfahrens des Glühens in Vergleich zur Anwendung von Säuren ist, dass dabei die Frusteln der Diatomeen fast nie getrennt werden. Die Bilder der Diatomeen erscheinen deshalb im Durchlicht dunkler. Bei hoher Schärfentiefe (insbesondere bei geringen Vergrößerungen) können sich die Strukturen beider Valven überlagern, was den visuellen Eindruck und die fotografische Aufnahme verschlechtert. Setzt man ein Gesamtbild aus einem Stack von Bildern zu verschiedenen Fokusebenen zusammen, so muss man darauf achten, nur die benötigten Ebenen zu berücksichtigen.

Bei geeigneter räumlicher Lage der Diatomeen erweist sich diese Eigenschaft als Vorteil, denn sie kann dazu beitragen, eine bessere räumliche Vorstellung von der Form der Diatomeen zu gewinnen. Der Bestimmung dient das allerdings kaum. Als Beispiel seien Aufnahmen von Cymatopleura elliptica gezeigt.

Cox, E.J. (1997) The Identification of Freshwater Diatoms from Live Material. Chapman & Hall, London

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