Alge des Jahres 2010: Die Froschlaichalge

Die Algenforscher der Deutschen Botanischen Gesellschaft haben die Froschlaichalge zur Alge des Jahres 2010 gekürt. Sie möchten damit auf diese gefährdete Pflanze unserer heimischen Gewässer aufmerksam machen. Froschlaichalgen werden immer rarer, da ihr Lebensraum schwindet. Sie sind auf sauberes und kühles Wasser angewiesen, das jedoch oft zugebaut oder durch Abwässer und Pflanzenschutzmittel verunreinigt wird oder bei zu starker Wasserentnahme ganz versiegt. Die Algenspezialistin Dr. Johanna Knappe von der Philipps-Universität Marburg erklärt, was sie an der Roten-Liste-Art fasziniert.

Einzelne Arten sind sehr ähnlich

Ihren Namen verdankt die Froschlaichalge ihrer gallertartigen Gestalt sowie ihrem perlschnurartigen Aussehen, das an die Laichschnüre mancher Kröten erinnert. Die perlartigen Knoten bestehen aus regelmäßig angeordneten Wirteln aus kurzen, sich verzweigenden Fäden. "So richtig hübsch wird Batrachospermum, wie diese Alge wissenschaftlich heißt, aber erst unter dem Mikroskop", schwärmt Dr. Johanna Knappe, Spezialistin für diese Süßwasser-Lebewesen. Die Algenforscherin der Philipps-Universität Marburg wird oft von Kollegen und Laien gebeten, bei der Artbestimmung zu helfen, denn die einzelnen Arten der Forschlaichalgen sind schwer auseinander zu halten. Dazu müsse sie ganz genau hinsehen, "denn Blüten haben sie ja nicht", sagt Knappe. Sie betrachtet zur Artbestimmung die Zellen der Kurztriebe, die Rinde, und die so genannten Trichogynen, fadenförmige, weibliche Empfängnisorgane, an denen männliche Geschlechtszellen andocken können.

Anzeiger für sauberes Wasser

Wichtig sind Froschlaichalgen auch für die Mitarbeiter der Wasserwirtschaftsämter, die sie im Freiland erkennen müssen: Die vor neun Jahren verabschiedete Wasserrahmenrichtlinie der Europäischen Union fordert, den ökologischen Zustand der Gewässer anhand der vorkommenden Arten und deren Besiedlungsdichte zu bewerten. Froschlaichalgen sind dabei wichtig, weil sie sauberes Wasser anzeigen. Die exakte Arterkennung und -benennung ist zwar schwierig, aber notwendig, um mehr über ihre Verbreitung zu erfahren. "Denn leider stehen alle Froschlaichalgen auf der Roten Liste der vom Aussterben bedrohten Lebewesen", erklärt Dr. Knappe.

Lebensraum Bergbach

"Um die raren Algen zu finden, wandert man am besten zu den Quellbächen der Mittelgebirge", verrät die Phykologin Knappe. Im Schatten von Brücken siedeln die graugrünen bis bräunlichen, manchmal sogar leuchtend roten Fadenbüschel. Plätze in praller Sonne meiden sie. Meist sind die etwa zwei bis zwölf, manchmal sogar bis zu zwanzig Zentimeter langen Pflanzen auf den nackten Steinen festgewachsen, sitzen aber auch auf Holz oder auf anderen Wasserpflanzen. "Man erkennt sie an ihrer glitschigen Gestalt und ihrem Schlängeln, das durch die Wasserbewegung verursacht wird", beschreibt Knappe. Am besten beobachtet man sie im Frühjahr oder Herbst, denn in den Sommermonaten sind meist kleine Exemplare zu finden, weil das Wasser vielerorts zu warm wird.

Außergewöhnliche Energiegewinnung

Froschlaichalgen zählen zur Gruppe der Rotalgen und sind die häufigste Gattung der etwa 150 weltweit im Süßwasser vorkommenden Arten. Biologen interessiert an Froschlaich- und anderen Rotalgen zum einen wie sie aus Licht Energie gewinnen. Aufgrund ihrer Pigmentzusammensetzung nutzen sie andere Wellenlängen für die Photosynthese als etwa Grünalgen oder Samenpflanzen. Diese rötlichen Farbstoffe gaben den Rotalgen ihren Namen. Im Gegensatz zu vielen Meeresalgen erscheinen die Froschlaichalgen und die meisten Süßwasser-Rotalgen jedoch olivgrün oder graublau, weil ihre Pigmente in einem anderen Mischungsverhältnis vorliegen.

Einzigartig: Teilung und Sex wechseln dreimal

Zum anderen sind die Lebenswissenschaftler an den Generationszyklen interessiert: Rotalgen sind die einzigen Lebewesen, bei denen sich drei Generationen nacheinander abwechseln; sie vermehren sich dabei teils sexuell und teils ungeschlechtlich. Bei diesem Generationswechsel folgen auf eine Generation mit sexueller Fortpflanzung (Gametophyt) noch zwei Generationen mit doppeltem Chromosomensatz, die durch Teilungen entstehen (Karposporophyt und Tetrasporophyt). Der Karposporophyt entlässt Karposporen, aus denen der Tetrasporophyt heranwächst. Erst die zweite Teilungsgeneration bringt weibliche und männliche Sporen mit einfachem Chromosomensatz hervor. Auf Bäume übertragen würde das bedeuten, dass sie sich zuerst teilen und Sporen hervorbringen müssten, die sich zu einem eigenständigen Lebewesen entwickeln. Erst dieser Organismus würde - wenn er selbst geschlechtsreif ist - Fruchtknoten und Pollen für die sexuelle Vermehrung produzieren.

Alle Generationen bleiben zusammen

"Die Entwicklung der Froschlaichalgen verläuft sogar ganz speziell: Es entsteht zunächst ein völlig anders aussehender, kleiner fädiger Sporophyt, das sogenannte Chantransia-Stadium mit doppeltem Chromosomensatz. Daraus wächst ein wirteliger Gametophyt mit einfachem Chromosomensastz, die eigentliche Froschlaichalge. Nach deren sexueller Vermehrung entsteht ein unscheinbarer Karposporophyt mit doppeltem Chromosomensatz", berichtet Knappe. "Und alle drei Generationen bleiben zeitlebens miteinander verbunden", ist die Algenforscherin fasziniert. "Ich freue mich über jede Froschlaichalge, die ich in einem Bach entdecke. Nicht nur weil sie mein Spezialgebiet sind", fügt Knappe hinzu, "sondern weil sie mir wirklich sauberes Wasser anzeigen, das ich bei meinen Exkursionen leider immer seltener finde".

Foto: Am Zentralfaden entspringen in regelmäßigen Abständen dicht gedrängte Wirtel, die der Froschlaichalge, Batrachospermum, ein perlschnurartiges Aussehen verleihen. Sie bestehen aus verzweigten Zellfäden.
(Mikroskopische Aufnahme: Dr. Johanna Knappe, Philipps-Universität Marburg)

In Schale geworfen: Kieselalgen

Ein ganzer Mikrokosmos bizarr geformter Lebewesen eröffnet sich, wenn man Kieselalgen, den Hauptbestandteil des Meeresphytoplanktons, unter dem Mikroskop betrachtet. Die regelmäßig strukturierten Silikatschalen dieser einzelligen Kleinstlebewesen haben es Wissenschaftlern angetan, denn sie sind besonders interessante Beispiele für natürliche Hybridmaterialien und zeichnen sich durch außergewöhnliche mechanische und optische Eigenschaften aus. Noch sind die Mechanismen der zu Grunde liegenden Biomineralisation nicht vollkommen verstanden, dennoch dienten die Silikatschalen schon häufig als Inspiration für die Synthese künstlicher Nanostrukturen. Forscher der TU Dresden und des Max-Planck-Instituts für chemische Physik fester Stoffe in Dresden konnten jetzt einen weiteren Bestandteil der Zellwände einer Kieselalge identifizieren. Wie das Team um Professor Eike Brunner von der Fachrichtung Chemie und Lebensmittelchemie der TU Dresden in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift "Angewandte Chemie" berichtet, fanden sie ein organisches Netzwerk aus miteinander vernetzten Chitinfasern.

Chitin ist eine lange Molekülkette aus Zuckerbausteinen, ein so genanntes Polysaccharid. Neben Cellulose ist es das verbreitetste Polysaccharid auf der Erde. Im Zusammenspiel mit Calciumcarbonat (Kalk) und Proteinen bildet es unter anderem den "Panzer" von Insekten und Krebsen. "Bei der Biomineralisation solcher kalkbasierter Schalen und Strukturen spielt Chitin eine wichtige Rolle", erläutert Brunner. "Wir haben jetzt erstmals nachgewiesen, dass auch die silikatischen Zellwände der Kieselalge Thalassiosira pseudonana ein auf Chitin basierendes Netzwerk enthalten."

Die Forscher lösten die Silikatbestandteile von Kieselalgenschalen mit einer fluoridhaltigen Lösung auf. Die Überbleibsel erscheinen unter dem Rasterelektronenmikroskop als filigrane, netzartige Gerüstsubstanz. Dieses Netz gleicht der Form und Größe der Zellwand und besteht aus miteinander vernetzten Fasern mit einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 25 nm. Spektroskopische Untersuchungen zeigten, dass diese Fasern Chitin sowie weitere, bisher unbekannte Biomoleküle enthalten.

"Unsere Ergebnisse lassen darauf schließen, dass die chitin-basierte netzwerkartige Struktur als Grundgerüst für die Silikatabscheidung dient, während weitere Biomoleküle diese aktiv beeinflussen", so Brunner. "Dieser Mechanismus wäre dann dem der Calciumcarbonat-Biomineralisation analog. Zusätzlich könnten die Netzwerke im Inneren der Zellwand eine mechanische Stabilisierungsfunktion haben."

Forscher entdecken Bernsteineinschlüsse von Mikroorganismen aus dem Meer

Erstmals haben Wissenschaftler mikroskopische Bernsteineinschlüsse von Meeresbewohnern gefunden. Zu den aus der Kreidezeit stammenden marinen Mikroorganismen gehören unter anderem zahlreiche Arten von Algen. Zusammen mit einer Vielzahl weiterer Einschlüsse, darunter waldbewohnende Insekten, Pflanzenreste sowie winzige Federn von Dinosauriern oder Vögeln, bilden sie die "wohl ungewöhnlichste Gemeinschaft, die jemals in einem Bernsteinstück entdeckt wurde", betont Dr. Alexander Schmidt. Der Paläontologe von der Universität Göttingen hat den Bernsteinfund aus Südwestfrankreich mit französischen Kollegen untersucht. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift PNAS veröffentlicht.

Die kreidezeitlichen Bernsteinwälder Frankreichs wuchsen direkt an der Küste des vor etwa 100 Millionen Jahren noch jungen Atlantiks. Es waren Mischwälder, die von Nadelholzgewächsen wie Araukarien dominiert wurden. Wie Dr. Schmidt erläutert, wurden mikroskopisch kleine Schalen und Stacheln der Meeresbewohner wahrscheinlich durch Wind oder Gischt vom Strand her in die nahen Küstenwälder getragen. Dort kamen sie mit flüssigem Harz in Kontakt. Zusammen mit Insekten und anderen Organismen wurden sie in den fossil gewordenen Baumharzen eingeschlossen. Als einer der ersten Wissenschaftler hat Dr. Schmidt Mikroeinschlüsse in Bernsteinen zum Gegenstand der geobiologischen Forschung gemacht.

Unter den mikroskopisch kleinen Inklusen fanden die Wissenschaftler Kieselalgen und Foraminiferen - das sind schalentragende Amöben - sowie Schwammnadeln und Strahlentierchen. Erhalten wurde auch der Stachel einer Seeigellarve. Bei den Insekten identifizierte das Forscherteam rund 80 verschiedene Arten in dem nur fünf Zentimeter großen Bernsteinstück, das für die Detailuntersuchungen in 30 Scheiben zersägt wurde. "Diese Organismen bieten heute wertvolle Einblicke in die Lebenswelt vergangener Erdzeitalter", sagt Dr. Schmidt. Der Wissenschaftler beschäftigt sich im Courant Forschungszentrum Geobiologie der Universität Göttingen mit der Landpflanzenevolution und der Entwicklung terrestrischer Ökosysteme.

Foto: Marine Kieselalge im Bernstein der Kreidezeit
Mit freundlicher Genehmigung der c National Academy of Sciences, PNAS

Kieselalgen zwischen Biologie, Kunst und Designvorbild

Wer das Phyletische Museum der Friedrich-Schiller-Universität Jena betritt, wird nicht nur mit Entwicklungsgeschichte, sondern auch mit Kunst konfrontiert. Medusenzeichnungen von Ernst Haeckel, dem Gründer des Museums, schmücken die Decke. Und diese Verbindung von Natur und Kunst spiegelt auch die neue Sonderausstellung "Diatomeen - Formensinn" wieder, die am 23. Oktober mit einer Vernissage startete.

Diatomeen sind mit bloßem Auge kaum sichtbare Einzeller: Kieselalgen. Diese Algen haben nicht nur bereits Johann Diedrich Möller - noch vor Haeckel - inspiriert, Kunst nach dem Vorbild der Natur zu schaffen und damit reich zu werden, wie in der Ausstellung gezeigt wird. Die Algen sind bis heute Vorbild - und so zeigt die neue Schau auch die Spuren, die diese winzigen Kieselalgen mit ihrem formschönen und funktionalen Glaspanzer in der Architektur und Bionik, beim Design und in der Kunst hinterlassen haben. Auf einer Reise in den biologischen Mikrokosmos erfahren die Besucher von der Bedeutung der Organismen, die fast ein Viertel des Sauerstoffs weltweit produzieren. Die Exposition schafft auch etwas, was kein Buch, kein Fernsehen kann: Sie zeigt Größe - oder besser Winzigkeit. Denn Diatomeen-Forschung ist untrennbar mit der Geschichte ihrer Sichtbarmachung durch das Mikroskop verbunden. "Formensinn" fragt dabei nach dem Verhältnis von Funktion und Ornament. Für die Besucher soll deutlich werden, dass die wissenschaftliche und gestalterische Beschäftigung mit Naturformen stets im Kontext von ästhetischen, technischen und gesellschaftlichen Vorbedingungen erfolgt. Die Fragen, "wie entsteht überhaupt Form und welchen Sinn hat sie", "kann etwas so Schönes wirklich funktional sein" und "kann etwas, das eigentlich nur aus Funktion besteht, gleichzeitig als Verzierung wahrgenommen werden", ziehen sich so als roter Faden durch die Ausstellung.

Doch die Kieselalgen sind auch im Alltag präsent: als Katzenstreu, das aus fossilen Diatomeen besteht, als Vorbild für Koffer, Boote und Bahnhöfe. Exponate wie das Modell eines nach dem Vorbild von Diatomeen entworfenen Bahnhofs für Luxemburg des Jenaer Architekten Pohl, Frei Ottos legendäre Entwürfe für eine Stadt in der Arktis und weitere Originalzeichnungen des berühmten Architekten sowie innovative Designprototypen zeigen, wie die Kieselalge zum Vorbild wurde und bis heute wird.

Neu im Phyletischen Museum ist auch, dass das Ausstellungsdesign erstmals nicht selber gestaltet wurde: Seit über einem Jahr arbeiten 16 Studierende der Bauhaus-Universität Weimar an Konzeption und Umsetzung. Einige der Kunst- und Medienstudenten haben auch eigene Arbeiten zur Ausstellung beigesteuert. "Die Studierenden treffen die Sprache unserer jungen Zielgruppe", sagt Museums-Direktor Prof. Dr. Martin S. Fischer, der die Ausstellung initiiert hat. "Klassische Themen werden durch sie in moderner zeitgenössischer Formensprache präsentiert", freut sich der Jenaer Biologe über die Zusammenarbeit.

Eine Kooperation, die dank des Kurators der Ausstellung Felix Sattler, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Bauhaus-Universität Weimar, um drei renommierte Partner erweitert werden konnte: das Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung Bremerhaven, das Zoologische Museum Hamburg und das Leichtbauinstitut Jena.

Das interdisziplinäre Projekt wird an der Bauhaus-Universität auch begleitet durch die Professur Interaction Design von Professor Wolfgang Sattler und beraten durch Professor Rainer Gumpp (Professur Entwerfen und Tragwerkskonstruktion).

Die Kunst-Natur-Schau wird ein Jahr zu sehen sein. Das Phyletische Museum (Vor dem Neutor 1) ist täglich von 9-16 Uhr geöffnet.


Foto c Peter Scheere/FSU Eine nach dem Vorbild von Diatomeen gestaltete Leichtbau-Autofelge.

Lago di Candia

Der Film zeigt Planktonfunde die aus dem Lago di Candia, der in Italien zwischen Mailand und Turin liegt, stammen. Es sind sehr schöne Aufnahen die auch „Nichttümpler“ ansprechen werden.

Da bekommt man gleich Lust selbst wieder den nächsten See oder Tümpel zu erforschen. Viel Spaß beim ansehen.

Phytoplankton - die Basis des Lebens

Anknüpfend an das Thema vom Vortag möchte ich folgenden Film der „Open University“ Vorstellen der sich mit Phytopankton, dessen Hauptbestandteil ja Kieselalgen sind, beschäftigt.

Es geht darum wie Phytopankton sich verhält, wenn es sich in den Weltmeeren bewegt und wie es überlebt. Phyoplankton ist die Basis der Nahrungspyramide und somit für jeden Einzelnen von uns von Interesse.

Warum sind Kieselalgen so erfolgreich?

Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts finden Hinweise in der Evolution dieser Algen

Pressemitteilung des Alfred-Wegener-Instituts:

Foto: Richard Crawford

Bremerhaven, 26. Juni. Kieselalgen (Diatomeen) spielen eine Schlüsselrolle für die Photosynthese in den Weltmeeren und werden deshalb intensiv untersucht. Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft haben in internationaler Zusammenarbeit eine neue Entdeckung zur Evolution der Photosynthese in Diatomeen gemacht. Bisher ging man davon aus, dass Diatomeen ihre Fähigkeit zur Photosynthese ausschließlich von Rotalgen geerbt haben. Die Molekularbiologen haben jetzt gezeigt, dass sich im Genom der Diatomeen erhebliche Mengen an Erbmaterial finden, das von Grünalgen abstammt. Die photosynthetischen Zellstrukturen der Diatomeen, vereinen somit Eigenschaften aus Rotalgen- und Grünalgenvorfahren, was ihren enormen Erfolg in den Weltmeeren erklären könnte. Die Ergebnisse werden nun in der jüngsten Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift „Science“ vorgestellt.

Die Photosynthese, Basis allen Lebens auf der Erde, wird je etwa zur Hälfte auf dem Land und im Meer erbracht. An Land sind vor allem komplexe grüne Pflanzen dafür verantwortlich, in den Meeren die Algen und zwar vorwiegend einzellige Vertreter. Darunter stellen die Kieselalgen (Diatomeen) mit einem Anteil von etwa 40 Prozent die wichtigste Gruppe.

Landpflanzen, Rot- und Grünalgen unterscheiden sich in ihrer evolutionären Geschichte grundsätzlich von den Diatomeen: Sie entstammen der Symbiose eines photosynthetischen Bakteriums (Cyanobakterium) mit einer höher entwickelten, farblosen Wirtszelle mit Zellkern (eukaryotische Zelle). Da dabei eine Zelle als Symbiont in einer anderen Zelle lebt, nennt man den Vorgang Endosymbiose. Im Ergebnis entstanden so die photosynthetischen Organellen in Pflanzen- und Algenzellen, die Plastiden oder Chloroplasten.

Auch Diatomeen besitzen Plastiden, doch diese entwickelten sich, in dem zwei höhere Zellen miteinander verschmolzen: Eine eukaryotische Wirtszelle nahm einen photosynthetischen Rotalgen-Einzeller auf. Bei dieser sekundären Endosymbiose entstehen so genannte sekundäre Plastiden. Bisher ging man davon aus, dass die aufnehmende Zelle farblos und nicht photosynthetisch war. „In einer internationalen Zusammenarbeit gelang es uns zu zeigen, dass die aufnehmende Wirtszelle bereits Chloroplasten besaß, die denen von Grünalgen ähneln. In den Genomen von zwei Diatomeen-Arten konnten wir Spuren dieser „kryptischen“ Chloroplasten entdecken“, erklärt Klaus Valentin, Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung.

Tatsächlich fänden sich in den Genomen sogar mehr Spuren des Grünalgen- als des Rotalgen-Vorfahren. Daraus könne man schließen, dass die Plastiden heutiger Diatomeen tatsächlich eine Mischform aus zwei Plastidentypen, denen aus Grünalgen und Rotalgen, darstellen. „Diatomeen verfügen dadurch wahrscheinlich über mehr stoffwechselphysiologisches Potenzial als jede der beiden Ausgangstypen einzeln, was den großen Erfolg der Diatomeen in den Meeren erklären könnte“, so Valentin weiter. „Ihre Plastiden könnten quasi das „Beste beider Welten“ vereinen.“Mittlerweile haben Valentin und sein Kollege Bànk Beszteri Spuren einer grünen Endosymbiose auch in anderen Meeresalgen entdeckt, die ähnlich wie Diatomeen ebenfalls aus einer sekundären Endosymbiose hervorgegangen sind. Dazu gehören beispielsweise die Braunalgen. „Unser nächstes Ziel ist es nun herauszufinden, welchen Vorteil diese Form der Symbiose den Meeresalgen genau gebracht hat. Wir wollen diesen Vorteil quantifizieren und die Stoffwechselwege identifizieren, die in Diatomeen zusätzlich vorhanden sind oder besser funktionieren als in Rot- oder Grünalgen alleine. Vielleicht können wir so verstehen, warum die Algen mit sekundären Plastiden in den Meeren so erfolgreich sind während an Land Pflanzen mit primären Plastiden das Rennen gemacht haben.“

Ansprechpartner im Alfred-Wegener-Institut ist Klaus Valentin

Ein Kosmos für sich - der Wassertropfen

Im Wissenschaftsmagazin scinexx.de findet sich ein interessanter Artikel über dutzende Kleinstlebewesen die sich in Wasserproben finden können. Es wird beispielsweise auf Rädertiere, Bärtierchen, diverse Algen etc. eingegangen.

Ein sehr interessanter Artikel, den sich kein Tümpler oder alles die es noch werden wollen, entgehen lassen sollte.

Tiere und Pflanzen im Gartenteich

Die steigenden Temperaturen lassen den Artenreichtum in Gartenteich und Tümpel ansteigen, für die Tümpler unter den Mikroskopikern ist nur wieder Saison. Die Webseite macht richtig Lust eine Probe unter dem Mikroskop zu erforschen, man weiss nie was man bekommt das macht es umso spannender.

Eine sehr schöne Zusammenstellung von Mikro- und Makrofotos rund um den Gartenteich.

Die Webseite vermittelt eine Vorstellung davon was man alles in einem Kleinstgewässer so finden kann und bietet umfangreiche Informationen dazu.

AlgaTerra Informationssystem

Mehr als 23.000 Mikroalgen umfasst die Datenbank die von der Freien Universität Berlin betrieben wird. Es findet sich wohl kaum etwas vergleichbares und vor allem frei zugängliches im Web.

Zahlreiche Suchmöglichkeiten stehen zur Verfügung, aber man muss schon wissen was man sucht. Das Angebot richtet sich natürlich in erster Linie an den wissenschaftlichen Bereich.

Dennoch bin ich überzeugt, dass der ambitionierte Hobbymikroskopiker seinen Nutzen aus der Datenbank zieht. Also einfach mal ansehen!