5 заметок с тегом

диатомовые водоросли

Центричные и пеннатные диатомовые. Различия в половом процессе

В прошлый раз я рассказал о том, что центричные и пеннатные диатомовые отличаются текстурой створок.

Помимо этого у них разные типы полового процесса: у центричных — изогамия, у пеннатных — оогамия.

Стадии полового процесса у пеннатной диатомовой Sellaphora auldreekie. Фото со страницы Альга Волда

Изогамия, значит, что у центричных диатомовых нет пола. Поэтому любая центричная диатомовая способна спариваться с любой другой центричной диатомовой того же вида. Если захочет.

Оогамия, значит, что у пеннатных диатомовых есть мужские и женские организмы — и только между ними возможен секс.

Секс в культурах диатомовых

Диатомовые размножаются двумя способами. Либо водоросль делится на две новых, при этом набор генов у потомков не меняется. Либо она вступает в половой процесс с партнером противоположного пола, тогда у потомков меняется генетический набор. Так как у центричных и пенатных диатомовых типы полового процесса отличаются, это влияет на генетическое разнообразие организмов, культивируемых в искусственных условиях.

Культуру диатомовых, и, вообще, любых микроводорослей, выводят из единственного организма. Вылавливают микроводоросль, помещают в чашку с питательной средой, создают комфортную температуру и регулярно освещают. Микроводоросль от этого начинает делится и размножаться. И образует одновидовую культуру. Так как все микроводоросли происходят от единственного предка-Адама, то после деления они получаются генетически однородными. Половой процесс меняется генетическую однородность и помогает организмам эволюционировать.

Изогамия повышает генетическое разнообразие диатомовых внутри одной культуры, а оогамия — нет

Изогамия помогает скрещиваться центричным диатомовым внутри одной культуры. У потомков меняется генетический набор, следовательно генетическое разнообразие центрических диатомовых из одной культуры со временем повышается.

При оогамии должны встретиться мужские и женские особи пеннатных диатомовых. Но пол диатомовых после деления сохраняется таким же, как у родителя. Поэтому пеннатные диатомовые из одной культуры могут только делиться, следовательно разнообразие генов в такой культуре не меняется.

Изогамия помогает скрещивать любые культуры центричных диатомовых одного вида, а оогамия — нет

В некоторых случаях культуру диатомовых надо разбавить новыми генами. Для этого берут культуры микроводорослей, произошедшие от разных индивидов одного вида, и пытаются скрестить.

Изогамные центричные из разных чашек запросто скрещиваются. А оогамные пеннатные скрещиваются, только если в пробирках окажутся мужские и женские особи. Если исследователю не повезло, и в культурах все особи пеннатных одного пола, скрещивания не получится. Генетический материал останется однородным.

Изогамия и оогамия помогают отнести диатомовую к центричным или пеннатным

Когда ученый сомневается, какая диатомовая перед ним: центричная или пеннатная, он проводит эксперимент. Разводит культуры из нескольких водорослей и пытается их скрестить. Если удается при любой комбинации культур — значит это центричные диатомовые. Если удается в некоторых случаях или не получается совсем — значит пеннатные.

Оогамия помогает поддерживать чистые генетические линии диатомовых, а изогамия — нет

Для проведение генетических опытов важно иметь чистую генетически однородную культуру организмов. Такую культуру можно получить только из пеннатных диатомовых водорослей, потому что пеннатные водоросли из одной культуры скрещиваться друг с другом не могут.

Половой процесс помогает доказать, что диатомовые из разных культур относятся к одному виду

Некоторые виды диатомовых столь похожи, что их сложно отличить по морфологическим признакам. Поэтому пойманных диатомовых пытаются с крестить с известными культивируемыми видами. Если получится, значит видовая принадлежность водоросли установлена.

Дополнительное чтение

Cтатья Давидовича Н. А. с соавторами «Репродуктивные особенности диатомовых водорослей: значение для культивирования и биотехнологии».

Страница «Альга Волда» о половом воспроизведении диатомовых рода Sellaphora.

Центричные и пеннатные диатомовые. Различия текстуры створок

Рассказ о двух больших морфологических группах диатомовых водорослей.

Кремниевый панцирь-коробочка диатомовых водорослей пронизан мельчайшими отверстиями. Их особенно много на основаниях панцирей — створках. Это перфорации створок.

Это диатомовая из Черного моря относится к роду Thalassiosira. У нее сохранилась только верхняя половинка панциря, поверхность которой сплошь пронизана отверстиями. Фото Е. Д. Бедошвили и А. М. Лях

В зависимости от строения, перфорации делят на ареолы и поры.

Пора — это простая дырка.

Ареола — это сложно устроенная дырка. Она накрыта с обеих сторон кремниевыми крышечками, на которых тоже есть отверстия. Одна из крышечек содержит одно большое отверстие — форамен. Вторая — пронизана маленькими порами. Она называется крибрумом, а поры — крибральными порами. Крибральные поры тоже покрыты крышечками — крибеллумом, которые пронизаны совсем-совсем маленькими порами. Они уже ничем не покрыты. Внутренняя часть ареолы называется камерой.

Ареола в разрезе. Рисунок из статьи в Нейче

Есть еще другие типы отверстий, но они не многочисленные, и не о них сейчас речь.

Перфорации формируют текстуру створки. Внешний вид и количественные характеристики текстуры — важный таксономический признак. Он помогает человеку различать таксоны диатомовых. Кроме того текстура помогает организму жить.

Исследователи давно заметили, что по строению текстур диатомовых можно отнести к двум группам: центричным и пеннатным. У центричных ареолы расходятся из одной точки — центра, а у пеннатных — от линии. Поэтому название центричных происходит от слова «центр», а пеннатных от лат. «penna» — перо, на которое похожа текстура.

Текстура центричных начинается из точки (слева), пеннатных — от линии (справа). Фото по краям Е. Д. Бедошвили и А. М. Лях, рисунок в центре из «библии диатомологов»

В этом, собственно, и состоит основное отличие центричных диатомовых от пеннатных.

Повторю. Центричные и пеннатные — это две большие морфологические группы диатомовых, которые отличаются способом построения текстуры. Это две параллельные линии эволюции диатомовых водорослей.

2017   диатомовые водоросли   пеннатные диатомовые   центричные диатомовые

Построить эллипс по пяти точкам. Плагин для Инкскейпа

Диатомовые водоросли иногда ложатся полубоком на предметный столик электронного микроскопа.

Thalassiosira proschkinae — крошечная диатомовая из Азовского моря. СЭМ. Наружняя и внутреняя поверхность створки; правая створка деформирована. Фото Е.Д. Бедошвили, А.М. Лях

Такой полуанфас бывает удобен. Он помогает понять геометрию и морфологию кремниевого панциря. Но в данном случае мне надо вернуть створке первоначальную круглую форму, так как сейчас, из-за поворота, она стала эллиптической. Для этого надо найти главные оси эллипса, чтобы понять, как он повернут.

Из аналитической геометрии известно, что любые пять точек плоскости однозначно задают коническое сечение, если никакие три их них не лежат на одной прямой. На Маз.Стакэксченже описан алгоритм построения эллипса по пяти точкам.

Все данные есть. И я уже было собрался писать программу, но нашел плагин для Инкскейпа.

После установки, он доступен в разделе Extensions → Generate from Path → Ellipse by 5 Points.

Плагин преобразует ломаную из пяти точек в эллипс. Если эллипс не получается, плагин ничего не строит. Плагин правильно решает задачу, но эллипс иногда не проходит по границе створки.

Плагин преобразует пятивершинную ломаную линию в эллипс

Допускаю, что при подготовке к микроскопированию створка диатомовых деформируется. Поэтому эллипс не совпадает.

А есть ли такой плагин для Иллюстратора?

2017   векторная графика   геометрия   диатомовые водоросли   инкскейп

Начал фотографировать диатомовых

Начал собирать коллекцию собственных фотографий диатомовых. Мне помогает Оля Ш. Придумал простой способ фотографрования: к окуляру микроскопа приставляем фотоапарат и жмем затвор. Получается терпимо.

Неизвестная пресноводная диатомовая сфотографирована с помощью фотоаппарата приставленного к окуляру микроскопа

На микроскопе с фотонасадкой — лучше.

Licmophora sp. из Черного моря

Особенно хорошо с фазовым контрастом.

Спасибо Жене Д. за время на микроскопе.

Мечтаю, чтобы было, как в «Иллюстрированном атласе бентосных диатомовых морской среды Кувейта» (ПДФ, 30 Мб).

Фотография живой диатомовой Amphora decussata из кувейтского атласа, рис. 128. Авторы Фальза Юсиф Ал-Ямани и Маша Сабурова. Масштаб 10 мкм

Фотографируем живые клетки. Не кремниевые трупы, а живые организмы с хлоропластами.

Licmophora cf. ehrenbergii из Черного моря; cf. означает неподтвержденную идентификацию, сокр. от лат. confer

Они снуют туда-сюда, стремятся уйти от яркого света. Идут по прямой, когда нет препятствий. Задорно обходят вокруг песчинок. Весело протанцовывают рядом с соседом. Или увлекают за собой, когда он не сопротивляется. Даже если партнер значительно больше.

Маленькая диатомовая хантсшия тащит большую плевросигму

Возникают методические вопросы.

  • В каком разрешении сохранять фотографии? Сейчас около 5000 пикселей по ширине.
  • Как их сортировать?
  • С чего начать определение?

Буду отвечать на них по мере решения.

Систематики, в лице Лены Н., закидывают нас тапками: штрихов не видно, шва не видно, даже род не понятен. А мне кажется, что мы разберемся. Главное, что мы фиксируем микроскопическую жизнь и нам интересно.

2016   Licmophora   диатомовые водоросли   метод   фото диатомовых

Панцирь диатомовых водорослей — это геометрически правильная коробочка

Диатомовые водоросли — это микроскопические самостоятельные растения, обитающие в воде.

Цвет живых диатомовых водорослей меняется от светло-желтого до буро-зеленого из-за пигментов: каротина, ксантофилла и диатомина. Фото Микроскопи-ЮК

Средний размер диатомовых водорослей 5-150 микрон. Диатомовые видны только в микроскоп.

Диатомовые относятся к одноклеточным водорослям. Это не куст, растущий под водой. Это одна полноценная клетка с хлоропластами, ядром и вакуолями, покрытая прочным панцирем.

Диатомовая — самодостаточный организм. Фото Микроскопи-ЮК
Это не дерево — это колония диатомовых вида Licmophora flabellata

Самое интересное в диатомовых — это панцирь. Он прочный, потому что состоит из кремния. Точнее на 87-99% из аморфного кремнезема или гидрата диоксида кремния SiO2·nH2O, аналогичного опалу.

Панцирь прозрачен и без труда пропускает солнечные лучи, необходимые для фотосинтеза. Углекислый газ, кислород, азот, фосфор и другие биогенные элементы поступают внутрь клетки через крошечные отверстия в стенках панциря — поры, ареолы и альвеолы.

Отверстия в стенках панциря Achnanthidium minutissimum. Фотография из черновика статьи Кетрин Лайнвебер и Питера Крота

Панцирь диатомовых геометрически правилен. Природа сконструировала огромное разнообразие математически выверенных форм панцирей диатомовых, покрытых многочисленными структурными элементами.

Панцирь устроен как коробка из-под леденцов. Он состоит из двух надетых одна на другую половин — крышки эпитеки и донышка гипотеки. Эпитека всегда больше гипотеки. Основания эпитеки и гипотеки называются створками, боковые каемки — пояском. Поясок не цельный, а состоит из отдельных вставочных ободков.

Панцирь диатомовых — это коробочка

Жесткий панцирь-коробочка накладывает ограничение на рост микроорганизма. Диатомовая растет только в одном направлении: вдоль центральной оси, которая проходит перпендикулярно плоскости створок. Рост происходит за счет нарастания пояска — между краем створки и пояском нарастают новые вставочные ободки. Таким способом диатомовая увеличивает высоту панциря.

Диатомовая растет только по высоте

Длина и ширина панциря уменьшаются после деления клетки. Во время деления панцирь-коробочка раскрывается. Эпитека и гипотека расходятся и дают жизнь двум организмам. Дочерние клетки получают от родителя половину панциря, которая становится эпитекой. Получается, что эпитека и гипотека родителя всегда превращаются в эпитеку потомков.

Деление диатомовой из рода Striatella или Pseudostriatella

Так как эпитека больше гипотеки, то дочерняя диатомовая, выросшая из гипотеки родителя, будет немного меньше размера родителя — примерно на двойную толщину стенок панциря. Вторая дочка останется такой же. Это каноническое правило Макдональда-Пфитцера.

После деления половина диатомовых уменьшается в размере, другая — остается такой же

Из всякого правила есть исключения. Некоторые виды диатомовых после деления не уменьшаются в размере. Возможно это связано с гибкостью поясковых ободков, что позволяет гипотеке оставаться равной или даже превышать по размеру эпитеку. Однако эта гипотеза требует исследований.

Диатомовые рода Dytilum и Odontella от Чарльза Креба

Диатомовые интересны не только жизненным циклом, но и разнообразием кремниевых элеметов панциря. Панцирь-коробочка — это первое приближение к морфологии диатомовых. Чем больше детализация — тем больше структур и сложнее систематика видов.

Из-за этого систематики мучаются. Они описывают новые виды, переописывают коллекции коллег, и никак не придут к единому мнению — что есть вид диатомовой.

А диатомовые, тем временем, живут в стеклянном домике неторопливой жизнью, и им абсолютно начхать на систематику.

Резюме

  1. Кремниевый панцирь диатомовой устроен как геометрически правильная коробочка.
  2. Жесткий панцирь позволяет организму расти только в одном направлении — по высоте.
  3. После деления длина и ширина панциря одной из дочерей слегка уменьшается, но у некоторых видов панцири остаются такими же.
  4. Систематика диатомовых сложная штука.
2016   диатомовые водоросли   микроводоросли   морфология панциря диатомовых