Mikroskopierst du das Wasser aus beispielsweise einem Tümpel, so wirst du viele verschiedene Bakterien und Einzeller entdecken können. Darunter wird dir ein Lebewesen vermutlich besonders auffallen, denn es kann sich im Gegensatz zu anderen Einzellern sehr schnell fortbewegen. Die Rede ist hier vom sogenannten Pantoffeltierchen.

Pantoffeltierchen – Definition

Steckbrief der Pantoffeltierchen

Folgende Informationen lassen sich zum Pantoffeltierchen aufzählen:

Name: Paramecium caudatum

Art: Einzeller, Wimperntierchen

Größe: zwischen 0,05 - 0,03mm

Aussehen: elastische und arttypische Zellgestalt (erinnert an eine Pantoffel), Wimpernhärchen an äußerer Membran

Vorkommen: mit Bakterien angereichertes Wasser

Bewegung: schnelle Schwimmbewegungen in einer Spirale um die eigene Längsachse

Ernährung: Bakterien und andere Einzeller

Fortpflanzung: ungeschlechtliche Fortpflanzung/Querteilung

Pantoffeltierchen einfach erklärt

Einfach erklärt sind Pantoffeltierchen Einzeller, die vorwiegend im Süßwasser leben und sich von Bakterien ernähren. Besonders an ihnen sind die Wimpernhärchen an ihrer äußeren Haut, welche ihnen bei der Fortbewegung und Ernährung helfen.

Vorkommen des Pantoffeltierchens

Ein Großteil des Lebensraums der Pantoffeltierchen stellt das Süßwasser dar. In Gewässern wie Tümpeln, Teichen, Seen und Flüssen sind viele Arten der Pantoffeltierchen anzutreffen. Wenige Arten weisen eine Toleranz für Salzwasser auf, weshalb man auch in Brackwasser an Flussmündungen oder sogar im Meer Pantoffeltierchen finden kann.

Züchten von Pantoffeltierchen

Es ist auch möglich über einen Heuaufguss Pantoffeltierchen zu züchten. Hierfür wird eine Handvoll Heu mit etwa 400ml Wasser aus einem natürlichen Gewässer vermengt und abgedeckt. Dieses Gemisch muss bei Zimmertemperatur einige Zeit stehen gelassen werden. Mit der Zeit vermehren sich die Pantoffeltierchen und andere Bakterien aus dem beigesetzten Wasser. Von den Bakterien und den Überresten des Heus können sich die Pantoffeltierchen ernähren.

Nach etwa 1-2 Tagen kann dann Wasser zum mikroskopieren entnommen werden. Wenn du ein Paramecium mikroskopierst, dann solltest du in etwa folgendes erkennen können:

Abbildung 1: Mikroskopie eines PantoffeltierchensQuelle: wikipedia.com

Aufbau des Pantoffeltierchens – Beschriftung

Das Paramecium kann zwischen 0,05 und 0,3 mm groß werden. Das menschliche Auge kann Strukturen bis zu einer Größe von 0,2 mm sehen, alles was kleiner ist, ist für dich nicht mehr sichtbar. Demnach kannst du die größten Pantoffeltierchen mit bloßem Auge erkennen, für die meisten brauchst du jedoch ein Mikroskop.

Es gibt einige Besonderheiten im Aufbau des Pantoffeltierchens, die du im folgenden Abschnitt kennenlernen wirst.

Abbildung 2: Aufbau des PantoffeltierchensQuelle: wikipedia.com

Zellmembran und Bestandteile

Die Zellmembran eines Parameciums beinhaltet die sogenannten Trichocysten und ist von Wimpernhärchen besetzt.

Trichocysten

Bei den Trichocysten handelt es sich um Haarbläschen, die spitze stäbchenförmige Gebilde enthalten. Diese Gebilde können sich bei Berührung explosionsartig verlängern und lange, klebrige Proteinfäden ins Wasser schießen. So ist es dem Pantoffeltierchen möglich, sich vor Feinden zu schützen. Die Fressfeinde können sich in den klebrigen Fäden verfangen und dadurch absterben. Auch der Beutefang wird dem Pantoffeltierchen über diesen Mechanismus möglich.

Wimpern

Ein weiterer wichtiger Bestandteil der Zellmembran sind die Wimpern des Pantoffeltierchens, auch bezeichnet als Cilien. Dabei handelt es sich um etwa 10.000 Härchen, die an der Außenseite der Zellmembran befestigt sind. Diese ermöglichen dem Pantoffeltierchen sich relativ schnell fortzubewegen. Durch rhythmisches Krümmen und Aufrichten der Wimpern kann sich das Pantoffeltierchen sowohl vorwärts als auch rückwärts bewegen.

Am hinteren Ende des Tieres befinden sich besonders lange Wimpernhärchen, welche zusammen den Wimpernschopf darstellen. Dieser Schopf dient ebenfalls dem Antrieb.

Vakuolen des Pantoffeltierchens

Das Paramecium besteht unter anderem aus mehreren Nahrungsvakuolen, in denen die Verdauung stattfindet.

Neben den Nahrungsvakuolen gibt es die kontraktilen/pulsierenden Vakuole, welche sich zusammen ziehen und erweitern können. Meist kommen zwei kontraktile Vakuole im Pantoffeltierchen vor. Da die osmotische Konzentration des Pantoffeltierchens höher ist als das umliegende Wasser, wird permanent Wasser aufgenommen. Damit der Einzeller nicht platzt wird das überschüssige Wasser mithilfe der kontraktilen Vakuolen nach Außen abgegeben. So dienen die pulsierenden Vakuole der Osmoregulation des Paramecium.

Besonderheiten des Pantoffeltierchens

Neben den typischen Organellen, die eine Zelle enthält, gibt es einige Besonderheiten im Bau des Paramecium. Gemeint sind dabei das bewimperte Mundfeld und der Kerndimorphismus.

Bewimpertes Mundfeld

Das Mundfeld des Pantoffeltierchens besteht aus dem Zellmund und dem Zellschlund. Außerhalb befinden sich Wimpern, welche durch Wimpernschläge Nahrung wie z. B. Bakterien ins Mundfeld befördern können. So gelangen die Bakterien über das bewimperte Mundfeld zum Zellmund, wo sie im Zellschlund in eine Nahrungsvakuole importiert werden.

Kerndimoprhismus

Wie du in der oberen Abbildung bereits erkennen konntest, beinhaltet das Pantoffeltierchen nicht wie üblich einen, sondern zwei Zellkerne. Vorhanden sind der Großkern/Makronukleus und der Kleinkern/Micronukleus.

Der Makronukleus ist somatisch aktiv und steuert alle Stoffwechselprozesse. Hier werden Gene abgelesen und transkribiert (d. h. die Proteinbiosynthese findet hier statt). Der Mikronukleus hingegen steuert die Vorgänge regenerativer Prozesse (d. h. zuständig für die Fortpflanzung).

Zwar enthalten beide Kerne die gleiche Erbinformation, das Genom der Kerne ist aber unterschiedlich aufgebaut. Die Chromosomen im Makronukleus werden mehr als 800 mal verdoppelt. Anschließend werden lediglich die funktionalen Gene ausgeschnitten und wieder zusammengesetzt. Abschnitte der DNA ohne Information, wie z. B. repetitive DNA, werden verworfen. Daher hat der Mikronukleus einen diploiden und der Makronukleus einen polyploiden Chromosomensatz.

Ernährung des Pantoffeltierchens

Das Paramecium ernährt sich, wie du bereits gelernt hast, mithilfe des Mundfelds und den Nahrungsvakuolen. Nahrungsquelle dieses Einzellers sind andere kleine einzellige Lebewesen wie Bakterien.

Ihre Beute wird, mithilfe der Trichocysten, eingefangen und durch die Wimpernschläge ins Mundfeld transportiert, wo sie über den Zellmund in den Zellschlund gelangt. Dort gelangt die Nahrung über Endocytose/Phagocytose verpackt in Vesikeln ins Zellinnere. Das Vesikel dient nun als Nahrungsvakuole, welcher Verdauungsenzyme beigesetzt werden.

Während der Verdauung wird die Nahrungsvakuole in oval-förmiger Bahn durch die Zelle transportiert. Dieser Vorgang wird Cyclose genannt. Am Ende der Cyclose gelangt die Vakuole zum Zellafter. Dort werden nach der Verdauung die Überreste über eine Exocytose nach Außen abgegeben.

Fortpflanzung des Pantoffeltierchens

Pantoffeltierchen vermehren sich ungeschlechtlich über die Querteilung. Hin und wieder kommt es jedoch auch zum geschlechtlichen Vorgang Konjugation, bei dem zwischen zwei Pantoffeltierchen Erbinformationen ausgetauscht werden.

Der Einzeller ist für die Fortpflanzung bereit, sobald es eine bestimmte Größe erreicht hat. Als erstes teilen sich die Kerne durch Mitose, wodurch sich die Mikronuklei und der Makronukleus verdoppeln. Das Pantoffeltierchen wird in die Länge gezogen und das Mundfeld wird geteilt. Auch die pulsierenden Vakuole vermehren sich. Nun schnürt sich der Einzeller in der Mitte ab, wodurch zwei erbgleiche Tochterzellen entstehen.

Bei dieser Art der Fortpflanzung wird kein Erbmaterial ausgetauscht, was einen Selektionsnachteil darstellt. Die Anpassungsfähigkeit an veränderte Umweltbedingungen ist stark eingeschränkt. Daher kommt es neben der Querteilung auch zur Konjugation zwischen den Einzellern.

Konjugation der Pantoffeltierchen

Über die Konjugation können Pantoffeltierchen untereinander genetische Informationen austauschen. Dazu legen sich zwei Tiere an ihren Mundfeldern aneinander. Die Zellmembranen verschmelzen und die Wimpern verschwinden an dieser Stelle, um eine Übertragung zu ermöglichen.

Nun lösen sich die Makronuklei der beiden Einzeller auf. Die Mikronuklei teilen sich über eine meiotische Reduktionsteilung von zwei diploiden Kernen zu vier haploiden Tochterkernen je Pantoffeltierchen. Von den neu gebildeten Tochterkernen sterben drei von vier ab. Es bleibt je ein haploider Tochterkern in beiden Pantoffeltierchen zurück. Dieser teilt sich wiederum über die Mitose in zwei haploide Kerne.

Für den Austausch von Erbinformationen zwischen den beiden Einzellern, muss nun jeweils ein haploider Tochterkern in das andere Pantoffeltierchen wandern und dort mit dem zurückbleibenden haploiden Kern zu einem diploiden Mikronukleus verschmelzen. Als Ergebnis erhält jedes Pantoffeltierchen die eigenen Erbinformationen und die Erbinformationen des jeweils anderen.

Abbildung 5: Die Bildung der neuen Mikronuklei bei der Konjugation der Pantoffeltierchen

Da sich der Makronukleus zum Beginn der Konjugation aufgelöst hat, muss dieser nun neu hergestellt werden. Dies geschieht, indem sich der neue Mikronukleus erneut über Mitose teilt. Aus einem der daraus entstandenen Tochterkerne entwickelt sich nun durch mehrfache Verdoppelung der Chromosomen und Entfernung der informationslosen DNA der neue polyploide Makronukleus. Der andere Tochterkern wird nicht verändert und verbleibt als diploider Mikronukleus.

Am Ende der Konjugation trennen sich die Pantoffeltierchen voneinander und die aufgelösten Wimpern und Mundfelder regenerieren sich.