Содержание

Эвглена зеленая (euglena viridis)

Представителем свободноживущих Жгутиконосцев, ведущих одиночный образ жизни, может быть эвглена зеленая. Она соединяет в себе черты растительных и животных организмов. Эвглена обитает в загрязненных водоемах, лужах. Тело эвглены длиной около 0,05 мм имеет веретенообразную форму и покрыто кутикулой. На переднем конце находится жгутик. Передвижение происходит с помощью жгутика, совершающего вращательные движения, в результате чего эвглена как бы ввинчивается в окружающую среду. Жгутик – тонкий цитоплазматический вырост, состоящий из тончайших фибрилл. Своим основанием он прикреплен к базальному тельцу или кинетосоме. На переднем конце тела находится глотка, ведущая в резервуар. Сбоку от резервуара располагается органелла ярко — красного цвета — светочувствительный глазок или стигма. Эвглена проявляет положительный фототаксис.

Осморегуляция и выделение осуществляется сократительной вакуолью, расположенной на переднем конце тела. Жидкость поступает в вакуоль по приводящим канальцам. В задней части тела эвглены заметно крупное ядро. В цитоплазме имеется большое количество хроматофоров, в которых находится хлорофилл. Благодаря присутствию хлорофилла эвглена способна к фотосинтезу. В темноте она может питаться как животное — готовыми органическими веществами — или загоняя мелкие частицы (бактерии) в глотку или осмотически. Эвглена как автотрофный, так и гетеротрофный организм. Такие организмы называют миксотрофными, то есть имеющими смешанный тип ассимиляции. Размножается эвглена бесполым путем — продольным делением. Сначала делится ядро, удваиваются базальное тельце, хроматофоры, затем делится цитоплазма. Жгутик отпадает или переходит к одной особи, а у другой он образуется снова. При неблагоприятных условиях эвглены инцистируются.

6.4.1.3.2. Колониальные жгутиконосцы — вольвокс (volvox globator)

Кроме одиночных жгутиконосцев в классе встречаются и колониальные формы. Колония представляет собой группу организмов, ведущих совместное существование. Колония вольвокс

(Volvox globator) — это шар, состоящий из большого числа одноклеточных жгутиконосцев (от 50 до 50000). Все особи колонии расположены по поверхности шара в один ряд и соединены цитоплазматическими мостиками. В середине шара находится студенистое вещество. Отдельную особь колонии называют зооидом. Каждый зооид имеет два жгутика, ядро, стигму и хроматофор с хлорофиллом. Питается каждая особь самостоятельно, перемещение колонии происходит согласованно. В колонии вольвокс существует специализация функций.

Небольшая часть особей способна к размножению. Их называют – генеративные зооиды. Остальные особи — соматические зооиды — не способны к размножению. Колонии вольвокс свойственно бесполое и половое размножение. Весной генеративные особи погружаются внутрь колоний и там начинают делиться митозом. Каждая особь делится на два, четыре, восемь и т.д. зооидов, которые связаны между собой. Внутри материнской колонии образуются дочерние, состоящие из многих зооидов. Затем материнская колония разрушается и дочерние существуют самостоятельно. Осенью из генеративных зооидов образуются два вида половых особей (гамет) — женские макрогаметы и мужские микрогаметы. Макрогаметы не делятся, а только растут. Они неподвижны. Особи, дающие микрогаметы, многократно делятся и образуют большое количество подвижных двужгутиковых гамет. Микрогаметы активно отыскивают неподвижные макрогаметы и сливаются с ними. Оплодотворенная макрогамета (зигота) окружается плотной оболочкой. При благоприятных условиях диплоидная зигота делится мейозом (первые два деления) и далее образуется новая колония. Так происходит половой процесс у вольвокса, осуществляющийся по типу оогамной копуляции. Колониальных жгутиконосцев рассматривают как переходную форму от одноклеточных организмов к многоклеточным.

Как устроены простейшие

Большинство простейших имеют микроскопические размеры: самые мелкие из них не превышают 2—4 мкм. Обычными считаются размеры от 50 до 150 мкм, но инфузория бурсария достигает в длину 1,5 мм, а грегарина пороспора (паразит кишечника жуков) — 1 см.

Эвглена зеленая

Строение эвглены зеленой

Эвглена зеленая содержит хлоропласты с хлорофиллом, но, кроме фотосинтеза, питается и как гетеротрофный организм. Она двигается с помощью жгутика, который вращается со скоростью 10—40 оборотов в минуту. В основании жгутика находится глазок из красного мелкозернистого пигмента, который позволяет эвглене находить освещенные места. Кислород поступает через всю поверхность ее тела.

Амеба

Амеба обыкновенная — это клетка размером 0,2—0,7 мм. Живет амеба в пресноводных, илистых водоемах. Цитоплазма образует выросты — ложноножки, которые окружают пищу — бактерии, водоросли, других простейших. Из цитоплазмы, обволакивающей добычу, выделяется пищеварительный сок, образующий пузырек — пищеварительную вакуоль. В результате пищеварения амеба получает питательные вещества, которые просачиваются из вакуоли в цитоплазму.

Способ захвата пищи с помощью ложноножек называется фагоцитозом.

Инфузория-туфелька

Строение инфузории-туфельки

Тельце инфузории-туфельки, или парамеции, сплошь покрыто тоненькими ворсинками — ресничками. Они, подобно тысячам крошечных весел, загребают воду, заставляя это одноклеточное плыть то вперед, то назад. В клетке инфузории два ядра: большое ядро отвечает за питание, дыхание, движение, обмен веществ, а малое ядро участвует в размножении. Парамеции живут в пресных водоемах и питаются бактериями, дрожжевыми клетками и другими одноклеточными организмами.

Конъюгация

При конъюгации не происходит размножение, только обмен наследственным материалом

Инфузория обычно размножается делением надвое. Однако ей присущ и половой процесс — конъюгация, которая заключается в следующем. Две инфузории соединяются друг с другом. Большое ядро каждой инфузории исчезает, а малое делится надвое, в результате чего образуется по два ядра. По цитоплазматическому мостику происходит обмен ядрами. Таким образом, в каждом организме оказываются два ядра — свое и чужое. Они сливаются, затем делятся снова и образуют большое и малое ядра. Так происходит обмен и перераспределение генетического материала, что увеличивает жизнестойкость инфузорий.

Поделиться ссылкой

Простейшие животные — хламидомонада, амеба, инфузория туфелька и эвглена зеленая. Стоковая иллюстрация № 3168029, иллюстратор Евгения Малахова / Фотобанк Лори

Корзина Купить!

Изображение помещёно в вашу корзину покупателя.
Вы можете перейти в корзину для оплаты или продолжить выбор покупок.
Перейти в корзину…

удалить из корзины

Размеры в сантиметрах указаны для справки, и соответствуют печати с разрешением 300 dpi. Купленные файлы предоставляются в формате

JPEG.

¹ Стандартная лицензия разрешает однократную публикацию изображения в интернете или в печати (тиражом до 250 тыс. экз.) в качестве иллюстрации к информационному материалу или обложки печатного издания, а также в рамках одной рекламной или промо-кампании в интернете;

² Расширенная лицензия разрешает прочие виды использования, в том числе в рекламе, упаковке, дизайне сайтов и так далее;

Подробнее об условиях лицензий

³ Лицензия Печать в частных целях разрешает использование изображения в дизайне частных интерьеров и для печати для личного использования тиражом не более пяти экземпляров.

Пакеты изображений дают значительную экономию при покупке большого числа работ (подробнее)

Размер оригинала: 4230×4000 пикс. (16.9 Мп)

Указанная в таблице цена складывается из стоимости лицензии на использование изображения (75% полной стоимости) и стоимости услуг фотобанка (25% полной стоимости). Это разделение проявляется только в выставляемых счетах и в конечных документах (договорах, актах, реестрах), в остальном интерфейсе фотобанка всегда присутствуют полные суммы к оплате.

Внимание! Использование произведений из фотобанка возможно только после их покупки. Любое иное использование (в том числе в некоммерческих целях и со ссылкой на фотобанк) запрещено и преследуется по закону.

Эвглена зелёная

Эвглена зелёная — вид протистов из типа Эвгленозои. Наиболее известный представитель эвгленовых протистов. Передвигается с помощью жгутика. Клетка эвглены зелёной обычно веретеновидной формы и зелёного цвета. Является миксотрофом.

1. Анатомия и физиология
Длина тела 50 — 60 микрометров, ширина 14 — 18 микрометров. Тело вытянуто, на переднем конце есть один длинный жгутик, который в клетке переходит в базальное тельце, задний конец слегка расширен и заострен. Эвглена имеет эластичную оболочку, которая придает ей форму, но позволяет сжиматься, становясь короче и шире.
С той же стороны, где находится жгутик, у эвглены зеленой располагается клеточный рот, с помощью которого она заглатывает органические частицы. Этому помогает жгутик.
Также в передней части клетки находится светочувствительное образование — глазок см. стигма, имеющий красный цвет. Эвглена зеленая обладает положительным фототаксисом, т. е. плывет в сторону света.

Движение осуществляется в том направлении, где находится жгутик. Он ввинчивается в воду, сама клетка в это время крутится в другую сторону.
Эвглена зеленая сочетает в себе признаки как растений, так и животных. Ее клетка содержит хлорофилл и на свету может питаться за счет процесса фотосинтеза. В темноте и при обилии органической пищи эвглена питается гетеротрофно, поглощая органику. Длительное пребывание в малоосвещённых местах приводит к «обесцвечиванию» зелёного тела эвглены: хлорофилл в хлоропластах разрушается, и эвглена приобретает бледно-зелёный или вовсе теряет цвет. Однако при возвращении в освещённые места у эвглены вновь начинает иметь место автотрофное питание.
При наступлении негативных для неё условий среды зима, пересыхание водоёма зелёная эвглена образует цисту, при этом утрачивает жгутик и становится шарообразной.
Размножается зелёная эвглена путём продольного деления клетки.

2. Распространение и экология
В природе эвглены живут обычно в сильно загрязнённых пресных водоемах с большим количеством растворённых органических веществ. При сильном размножении эвглен вода приобретает зеленый оттенок «цветение воды».

3. Родственные виды
Ближайшими родственниками эвглены зелёной являются эвглена кровавая Euglena sanguinea и эвглена снежная Euglena nivalis. При массовом размножении этих видов наблюдается так называемое «цветение снега». Ещё Аристотель в IV веке до н. э. описал появление «кровавого» снега. Чарльз Дарвин наблюдал это явление во время путешествия на корабле «Бигль».
Некоторые эвгленовые вообще не способны к фотосинтезу и питаются гетеротрофно подобно животным, например, представители рода Астазия Astasia. У таких животных могут развиваться даже сложные ротовые аппараты, с помощью которых они поглощают мельчайшие пищевые частицы.

Дата публикации:
05-16-2020

Дата последнего обновления:
05-16-2020

10 интересных фактов об Эвглене зелёной – Пипсик

Интересные факты об Эвглене зеленой

1. Эвглены зеленые (euglena green) относятся к группе протистов, это такие организмы, которых невозможно четко вписать в привычный нам вид — они не являются животными, растениями либо грибами. Так сказать, ни рыба ни мясо. К тому же, некоторые из них являются опасными для человека паразитами.

2. Эти удивительные растения можно встретить практически везде во всем мире, они легко приспосабливаются к любым условиям. Всё, что им необходимо — это пресная вода, которая даже может быть не очень чистой.

3. Рядом со ртом протистов, по соседству со жгутиком, расположено так называемое глазное пятно, выполняющее функции зрительного органа.

4. Цветение воды, которое часто можно наблюдать в прудах и иных закрытых водоемах, наиболее часто вызывается именно этими организмами. Когда эвглены начинают бесконтрольно размножаться, вода становится зеленой и «зацветает».

5. Эвглена зеленая, как и большинство растений на Земле, способна перерабатывать солнечный свет в энергию с помощью фотосинтеза. Однако если света оказывается недостаточно, у нее открывается вполне себе рот, которым она поглощает необходимые полезные вещества, переходя в так называемый животный режим питания.

6. Размер протистов крошечный, и редко когда превышает 0,05 мм, поэтому чтобы рассмотреть эвглену, вам понадобится хотя бы небольшой непрофессиональный микроскоп — вы не сможете ее увидеть просто так, невооружённым взглядом.

7. Для перемещений в воде у них существует приспособление-жгутик, выходящий прямо из тела. Этот аппарат может служить не только для плавания, но и для питания эвглен. С помощью этого жгутика эвглена зеленая выхватывает из воды мелкие частицы, которые и отправляет в ротовое отверстие.

8. Другие протисты схожих видов, например эвглены снежные или эвглены кровавые, способны легко выживать в снегах и во льдах. Расплодившись в огромных количествах они вызывают похожий с цветением воды эффект — окрашивают снежный покров в красный, жёлтый, голубой, зелёный или даже чёрный оттенок.

9. “Кровавый снег” описал в своих трудах ещё Аристотель. Тогда, вероятнее всего, это явление принимали за нечто сверхъестественное. Чарльз Дарвин, который создал теорию эволюции, восходящую от приматов, тоже наблюдал нечто похожее, но уже во льдах.

10. Эвглены зеленые размножаются делением, и способны в краткие сроки захватить целый водоем, если они попадут в благоприятную среду с богатой органической пищей. Эти организмы начинают стремительно размножаться и полностью захватывают все пространство. Сигналом о захвате водоема послужит изменение цвета последнего.

1 Название простейших(Эвглена зелёная и Инфузория-туфелька) 2 Среда обитания 3 Особен

Ответ:

                     План простейших одноклеточных организмов

            Название: Инфузория —  туфелька

             Среда обитания-  мелкие стоячие водоёмы.

              Особенности строения тела: Инфузория —  туфелька имеет постоянную форму тела напоминающую подошву туфли. Размеры Инфузории- туфельки равны от 0,1 мм. до 0,3 мм.  Передвигается Инфузория — туфелька с помощью ресничек которые делают волнообразные движения. А плывет она тупым концом  вперёд.

                Особенности питания: Инфузория туфелька  загоняет в глотку вместе с потоком воды свою основную пищу  бактерии. Она находит свою добычу, чувствуя наличие химических веществ. Которые выделяют скопления бактерий.  

                 Значение: Инфузории являются  членами цепочек питания. Они очищают загрязнённые водоёмы . По колличеству инфузорий, можно определить насколько грязная вода . Так же существуют инфузории паразиты . Множество видов инфузорий обитают внутри или на поверхности тела других животных . Так  они осуществляют симбиоз . То есть, если инфузория живёт внутри животного, она берёт у него питательные вещества и всё необходимое для жизни, но ничего не даёт взамен . так же можно назвать орендой, если инфузория обитает на поверхности тела животного . То есть, она может некоторое время пожить на нём и уйти . В настоящие время насчитывается более 7 тысяч видов инфузорий . Форма тела постоянная.

                       Название:  Эвглена зелёная  

                        Среда обитания: Эвглена зелёная обитает преимущественно в загрязненных водах

                       Особенности строения тела:  Эвглена зелёная имеет постоянную форму тела. Передвигается  Эвглена зелёная с помощью жгутиков. А размеры Эвглены зеленой вот такие.  Длина тела 50—60 микрометров, ширина 14—18 микрометров.

                              Особенности питания:  Эвглена зелёная питаеться как и гетеротрофным видом питания так и с помощью фотосинтеза.

       Значение: Эвглена зелёная имеет важное значение в природе.  

                 ЭВГЛЕНА ЗЕЛЁНАЯ. Значение в природе.

                  1. Миксотроф.  

 

2. Является звеном пищевых цепей и сетей.  

 

3. Участник круговорота веществ и энергии.  

 

4. В биогеоценозах выполняет роль продуцента и консумента.  

 

5. Модель для гипотезы о происхождении животной клетки от растительной, о единстве всего живого.          

                       

Влияние различных свето-темных циклов на подвижность и фотосинтез Euglena gracilis в закрытых биореакторах

Астробиология. 2014 Oct 1; 14 (10): 848–858.

Отделение клеточной биологии, гравитационная биология, Университет Фридриха-Александра, Эрланген-Нюрнберг, Эрланген, Германия.

Автор для переписки Адрес для корреспонденции:, Питер Р. Рихтер , Департамент биологии , Отдел клеточной биологии , Гравитационная биология , Университет Фридриха-Александра, Эрланген-Нюрнберг, , Штаудтстр.5 , Эрланген , Германия,
Эл. Почта: Эл. Почта: [email protected]

Поступила в редакцию 15 апреля 2014 г .; Принята к печати 3 сентября 2014 г.

Abstract

Одноклеточная фотосинтезирующая пресноводная жгутиконосица Euglena gracilis является многообещающим кандидатом в качестве продуцента кислорода в биологических системах жизнеобеспечения. В этом исследовании была определена способность Euglena gracilis справляться с различными световыми режимами. Культуры Euglena gracilis в закрытых биореакторах подвергали воздействию различных циклов темного света (интенсивность света 40 Вт / м 2 на поверхности 20-литрового реактора; холодные белые люминесцентные лампы в сочетании с лампой накаливания 100 Вт): 1–1 час, 2–2 часа, 4–4 часа, 6–6 часов и 8–16 часов соответственно.Подвижность и выработка кислорода в реакторах измерялись постоянно. Было обнаружено, что при воздействии циклов свет-темнота длительностью 1 час – 1 час, 2–2 часа, 4–4 часа и 6–6 часов точность гравитаксиса, а также количество подвижных клеток увеличивались. во время темной фазы, в то время как скорость увеличивалась в светлой фазе. Концентрация кислорода еще не достигла фазы плато. Во время циклов темное-светлое время от 8 до 16 часов выявлялись быстрые изменения двигательного поведения в клетках. Клетки показали начальное снижение гравиориентации после появления света и увеличение после начала темного периода.В течение световой фазы гравиориентация увеличивалась, а подвижность и скорость уменьшались после нескольких часов освещения. Во всех световых профилях Euglena gracilis была способна производить достаточно кислорода в светлой фазе, чтобы поддерживать концентрацию кислорода выше нуля в последующей темной фазе. Ключевые слова: Euglena gracilis — Биореактор — Цикл свет-темнота — Подвижность — Гравитаксис. Астробиология 14, 848–858.

1. Введение

В отличие от высших растений и, в меньшей степени, высших водорослей, таких как морские водоросли, различные группы микроводорослей почти не играют роли в производстве пищевых продуктов или добавлении в сырье.Тем не менее, микроводоросли обладают огромным потенциалом из-за их быстрого роста. В течение нескольких десятилетий предпринимались значительные технические усилия по использованию массового производства микроводорослей, но пока они имели лишь ограниченный успех (Сандерсон и др. , 1978; Мата и др. , 2010; Ахмад и др. , 2011 г .; Комитет по устойчивому развитию биотоплива из водорослей, 2012 г.). В настоящее время из-за сокращения запасов ископаемого топлива и ограниченного количества сельскохозяйственных земель, которые обеспечивают конкурирующие потребности производства продуктов питания и выращивания растений для технических продуктов, таких как биодизель, этанол и т. Д., Культивирование микроводорослей стало предметом интереса. .Помимо производства этих продуктов, микроводоросли предлагают очень интересные возможности для очистки сточных вод и очистки сточных вод, а также для связывания CO 2 (Дускова и др. , 2009). В настоящее время многие исследовательские группы и компании проводят исследования микроводорослей (http://www.oilgae.com). Различные типы водорослевых реакторов и жилых помещений разрабатываются с целью разведения различных микроводорослей в массовой культуре (Carvalho et al. , 2006).

Из-за преимуществ, связанных с микроводорослями, таких как их небольшой размер, быстрый рост и устойчивость, они представляют интерес для космических полетов. В последнее время микроводоросли использовались в качестве тестовых объектов в космических экспериментах (физиология и молекулярная биология), а также в биологических регенеративных системах жизнеобеспечения, где они служили продуцентами кислорода и общими переработчиками окисленного органического вещества (Blüm, 2003; Strauch, 2009). .

Системы реакторов на водорослях на Земле предназначены для производства большого количества биомассы и имеют частично открытый поток материала.Для достижения максимального производства биомассы углекислый газ и питательные вещества поставляются на оптимальном уровне. Напротив, водорослевые реакторы в ограниченной среде космического полета образуют замкнутую систему с очень ограниченным обменом веществ. Для закрытых экосистем характерен замкнутый круговорот веществ. Поставляемая извне энергия в виде света, тепла и, в конечном итоге, электрической / механической энергии для приведения в действие внутренних компонентов системы (, например, , насосы или фильтры) необходима для поддержания функции такой системы.Цикл материала почти во всех системах управляется взаимодействием процессов фотосинтеза и диссимиляции. Используя энергию света, фотосинтез производит органические продукты, богатые энергией (, например, , сахар), за счет восстановления сильно окисленных соединений, таких как диоксид углерода или вода. Потребители (, например, , животные) и деструкторы (грибы и бактерии) используют восстановленные органические вещества в качестве запасенной энергии, которая высвобождается в результате окисления этих органических продуктов до диоксида углерода и воды.Восстановление нитрата до аммиака или сульфата до сульфида также происходит за счет энергии, в основном вырабатываемой при фотосинтезе.

Закрытые экологические системы предоставляют множество объектов для научных исследований. С одной стороны, их можно рассматривать как упрощенное представление естественной экосистемы и позволять изучать взаимозависимости компонентов. С другой стороны, они могут использоваться в качестве систем жизнеобеспечения, если один из компонентов считается сторонником или производителем, а другие — потребителями.Изящество, присущее биологическим системам жизнеобеспечения, делает их интересными для космических полетов с участием людей в качестве потребителей (Blüm, 2003; Häder et al. , 2006). Фотосинтезирующим организмам требуется только свет в качестве источника энергии (при температурных условиях, которые также хорошо подходят для человека) для производства кислорода и удаления углекислого газа. Их можно использовать для очистки сточных вод и производства углеводов, что невозможно с другими системами. Свежеприготовленная биомасса идеально подходит для обогащения рациона космонавта во время длительного путешествия или длительного пребывания на космической станции, на Луне или на марсианской базе.Кроме того, системы на водной основе дают возможность выращивать рыбу, единственный экономичный источник свежего животного белка в ограниченных условиях космоса (Blüm et al. , 1995). В настоящее время разрабатывается множество различных подходов к созданию закрытых экосистем или закрытых биологических регенеративных систем жизнеобеспечения. Более крупными системами, включающими людей, являются, например, BION 3 в Красноярске или Biosphere 2 в Аризоне. Хотя последнее не было очень успешным, BION 3 имел степень рециркуляции биомассы более 90%.MELiSSA (Альтернатива микроэкологической системы жизнеобеспечения) или C.E.B.A.S. (Замкнутая уравновешенная биологическая водная система) были разработаны как проекты меньшего масштаба. Последний успешно выполнял полеты шаттлов (Gòdia et al. , 2004).

Штаммом водорослей, который часто использовался в космических полетах, является фотосинтетическая пресноводная жгутиконосица Euglena gracilis. В последние годы он стал модельным организмом для гравитационных исследований. Считается, что этот организм обладает высоким потенциалом в качестве продуцента кислорода в биологических системах жизнеобеспечения либо отдельно, либо в сочетании с высшими растениями.Клетки демонстрируют интересное поведение при движении к свету, гравитации и кислороду (Häder, 1987; Porterfield, 1997). В темноте клетки плывут вверх в толще воды, что называется отрицательной гравитационной осью. Они демонстрируют положительный фототаксис в отношении слабых источников света (<10 Вт / м 2 ), но отрицательный фототаксис при более высокой освещенности. Кроме того, клетки реагируют фобическим опрокидывающим движением при внезапных изменениях интенсивности окружающего света (повышающая или понижающая фотофобная реакция, соответственно).Воздействие яркого света переключает отрицательный гравитаксис на положительный и приводит при длительном воздействии к потере фототаксиса (Gerber and Häder, 1995).

Фототаксис, гравитаксис и общие эффекты микрогравитации исследовались в ходе различных космических экспериментов. Кроме того, Euglena gracilis успешно совершил несколько длительных полетов (Häder, 1996; Häder et al. , 2006; Nasir et al. , 2014). Полностью автономный реактор с ячеек Euglena был запущен в 12-дневный полет на борту спутника Foton M-2.Клетки обеспечивали рыбу достаточным количеством кислорода в аквариуме, который был соединен с водорослевым отсеком (Strauch, 2009).

Леберт и др. (1999) использовал полностью автоматическое устройство анализа образцов и изображений для анализа поведения клеток в закрытом реакторе с высоким временным разрешением. Это устройство было модифицировано, чтобы обеспечить постоянное наблюдение за клетками через определенные промежутки времени. Движение автоматически анализировалось с помощью прилагаемого микроскопа, который состоял из насосов и клапанов, а также микроскопа, оснащенного камерой CCD.Сигнал камеры анализировался с помощью специального программного обеспечения, установленного на ПК Pentium. ПК также собирал данные с датчиков и выполнял анализ изображений (откачка клеток и т. Д.). Обнаружены значительные изменения в движении клеток в светлый и темный периоды (10–14 ч). Как и все организмы, Euglena gracilis обладает внутренними часами, которые управляют множеством клеточных ритмов в разных временных масштабах (от секунд до месячных циклов) (Андерсон и др. , 1985; Карре и Эдмундс, 1992; Мохабир и Эдмундс, 1999). .

Целью экспериментов в настоящем исследовании было выявление возможных воздействий нерегулярного освещения на фотосинтетические характеристики Euglena gracilis . Производитель с низкой чувствительностью к нерегулярному освещению был бы более выгодным в системах жизнеобеспечения. Кроме того, хотя и менее важно для систем жизнеобеспечения, для Euglena gracilis было обнаружено влияние различных циклов день-ночь на поведение движений, что позволило получить информацию, касающуюся увлекаемых внутренних ритмов.

Измерения выявили очень интересные и важные эффекты, которые представлены в этом отчете.

2. Материалы и методы

2.1. Организмы и условия культивирования

Euglena gracilis Z был получен из коллекции культур водорослей Геттингенского университета (Schlösser, 1994). Клетки выращивали в минеральной среде, как описано ранее (Starr, 1964; Benedetti et al. , 1976; Checcucci, 1976), в стационарных культурах в 100 мл колбах Эрленмейера при температуре около 20 ° C и постоянном освещении мощностью около 18 Вт / м 2 из смешанных холодных белых и теплых тонов люминесцентных ламп.

2.2. Биореактор Euglena gracilis

Пятьсот миллилитров статических исходных культур Euglena gracilis переносили в ферментер (Biostat, Braun Biotech GmbH, Melsungen), заполненный минеральной средой. Конечный объем составлял 11 л. Ферментер освещали холодными белыми люминесцентными лампами и лампой накаливания мощностью 100 Вт, которая достигала 40 Вт / м 2 на поверхности реактора. Температуру поддерживали на уровне 20 ° C с помощью термостата. Были установлены две замкнутые системы, в которых суспензия клеток могла транспортироваться в кювету микроскопа или через камеру с различными датчиками (кислорода, pH, температуры).Перекачивание жидкости осуществлялось перистальтическими насосами. Циклы свет-темнота запускались таймером. Фотодиод регистрировал время прохождения света, чтобы обеспечить точное сравнение с другими данными измерений. Данные записывались с помощью компьютеров, которые были оснащены подходящими картами ввода-вывода или фреймграбберами соответственно. Кислород, pH, температура и свет регистрировались с помощью специального программного обеспечения.

Анализ изображения был записан с помощью отдельной компьютерной системы. Системное время различных компьютеров регулярно контролировалось и корректировалось, чтобы избежать временных сдвигов между записями.Измерение кислорода было основано на принципе Кларка или на недавно разработанной флуориметрической системе (Presens, Регенсбург, Германия). В то время как первый имеет ограниченный срок службы и потребляет кислород во время процесса, последний стабилен в течение более длительных периодов времени и не влияет на концентрацию кислорода. Он возбуждает флуоресцентный краситель, иммобилизованный в полимерной матрице, посредством вспышки синего света и измеряет последующее время жизни флуоресценции этого вещества. Время жизни флуоресценции сильно зависит от концентрации кислорода, поскольку энергия возбуждения передается кислороду при столкновении молекул, что гасит флуоресценцию.Представленные данные были получены в ходе различных независимых экспериментов. Циклы свет-темнота всегда приводят к выраженным изменениям в поведении, как описано в этом отчете.

2.3. Анализ изображения

Как описано выше, клетки накачивали в кювету для наблюдения с диаметром камеры около 2 см и глубиной 200 мкм. Клетки наблюдали с помощью прилагаемого микроскопа при освещении ИК-светодиодом (невидимым для клеток). Кювета была ориентирована вертикально, чтобы клетки могли демонстрировать гравитактическое восходящее плавание.Аналоговая ПЗС-камера (европейские стандарты видеонаблюдения CCIR) была установлена ​​поверх микроскопа, и видеопоток передавался на компьютер, который был оснащен картой захвата кадров (Matrox Meteor PPB, Квебек, Канада). Программное обеспечение, написанное на Visual Basic Харальдом Тахедлом, использовало древние, но очень надежные и устойчивые версии Wintrack для DOS (Vogel and Häder, 1990; Häder and Vogel, 1991; Häder et al. , 1991). Посредством триггерных сигналов RS-232 программное обеспечение могло управлять насосом и клапанами.Клапаны были необходимы для предотвращения утечки внутрь кюветы для наблюдений. Измерения проводились через желаемые промежутки времени. Клетки закачивали в кювету, и впоследствии поток был заблокирован после закрытия клапанов. После этого было выполнено пять последующих измерений, каждое из которых длилось ровно 1 мин. Сдвиг видимого объекта в последующих кадрах видео анализировался и использовался для построения векторов движения. Поскольку синхронизация коррелирует с частотой видео, скорость каждого объекта также может быть вычислена.Для каждого измерения анализировались данные для всех записанных векторов движения и рассчитывались параметры движения. Результаты этих расчетов были сохранены в цифровом виде, и были представлены следующие параметры.

р Значение : указывает на точность ориентации (Batschelet, 1981), вычисляя синусы и косинусы всех обнаруженных векторов движения (значения в сторону 1 соответствуют точной ориентации, а значения, близкие к 0, указывают на низкую ориентацию или отсутствие ориентации культуры клеток):

Подвижность (процент подвижных организмов): где n с = количество векторов, для которых вычисленная скорость выше заданного порогового значения, а n = общее количество вычисленных векторов:

Theta Φ : средний вектор движения всех отдельных треков (°; 0 ° / 360 ° вверх).Обеспечивает угол основного распределения (Häder et al. , 2005).

Вверх : процент клеток, плавающих вверх (от 300 ° до 60 °).

Скорость : средняя скорость обнаруженных объектов (мкм / с).

2.4. Статистический анализ

Данные о движении, полученные в различных фазах освещения, были объединены и проанализированы с помощью теста Стьюдента t .

3. Результаты

Были установлены следующие циклы темный-светлый: 1 ч – 1 ч, 2 ч – 2 ч, 4 ч – 4 ч, 6 ч – 6 ч и 8 ч – 16 ч.На параметры подвижности Euglena gracilis повлияли все световые профили.

Для цикла темнота-свет продолжительностью 1 час – 1 час гравитактическая ориентация и подвижность были лучше в темной фазе, чем в светлой фазе, в то время как скорость увеличивалась на свету по сравнению с темнотой (). показывает изменения значений r , подвижности и концентрации кислорода в течение 2 репрезентативных дней. В то время как средние значения r составляли около 0,7 в темноте, значения r на свету равнялись только 0.44. При последующем постоянном освещении значения r были в среднем только 0,33. В темноте 86,9% клеток плыли вверх; в легкой фазе вверх плыли 71,73%. При постоянном освещении вверх поплыло только 66,17% клеток. Различия были достоверными ( p <0,001). Скорость значительно увеличилась с 71,2 мкм / с в темноте до 75,8 мкм / с на свету ( p <0,001). Обнаруженная подвижность снизилась с 24,02% в темноте до 17,54% на свету и составила 16,16% при постоянном освещении ( p <0.001 в каждом сравнении). Производство кислорода было высоким во время этого профиля освещения, со средним уровнем кислорода 10 мг / л, то есть близким к насыщению. При постоянном освещении уровень кислорода сначала повышался до более чем 20 мг / мл, а затем начал падать ().

Влияние циклов темнота-свет продолжительностью 1 час – 1 час на гравитактическую ориентацию (значение r ) и подвижность Euglena gracilis, , а также концентрацию кислорода в закрытом биореакторе. Клетки измеряли каждые 30 мин.Полоски указывают световой период. Значение r является параметром точности направления движения (0: нет ориентации, 1: все ячейки плавают в одном направлении). Открытые кружки: точность ориентации. Треугольники: подвижные клетки (%). Крестики: концентрация кислорода. Подробности см. В тексте.

Концентрации кислорода в закрытом биореакторе с Euglena gracilis в течение 1–1 ч циклов темный-светлый. Серая линия указывает на состояние индикатора. Через 12 дней освещение переключили на постоянный свет.

Таблица 1.

Биореактор с Euglena gracilis Клетки при переменном освещении (1 час темноты — 1 час света)

62,23

3,87

Световой профиль r Значение Theta Вверх (%) Подвижность (%) Скорость (мкм / с) Отсчетов
DP 0,71 353.58 86,86 24,02 71,21 327,64
DP stdev 0,10 5,09

59

59

59

LP 0,44 a 337,98 71,74 a 17,55 a 81 а 214,35 а
LP stdev 0,13
Класс 0,33 a , b 336,64 66,17 a , b 16.17 a , b 68,89 a , b 219,76 a

2,29 2,36 42,07

Результаты при циклах темное-световое 2 часа – 2 часа сравнимы с обработкой длительностью 1–1 час.Клетки были точно ориентированы в темной фазе, в меньшей степени в последующий световой период (и). Среднее значение r составляло 0,55 в темноте и значительно снижалось до 0,34 в светлую фазу; в последующем режиме постоянной освещенности значение r составило 0,32. Доля восходящих клеток составила 78,32% в темноте и 63,84% на свету или 63,36% при постоянном освещении соответственно. Обнаруженная подвижность снизилась с 28,96% в темноте до 20,27% в свету (). При последующем постоянном освещении средняя подвижность составила 25.65%. Скорость, напротив, немного увеличилась при освещении. Скорость плавания составляла 63 мкм / с в темноте, 67 мкм / с в световой период и 71,5 мкм / с при постоянном освещении.

Влияние 2–2-часовых циклов темного-светлого на гравитактическую ориентацию (значение r ) и скорость плавания Euglena gracilis, , а также концентрацию кислорода в закрытом биореакторе. Клетки измеряли каждые 30 мин. Полоски указывают световой период. На рисунке показаны характерные циклы темного-светлого с последующим постоянным освещением.Значение r является параметром точности направления движения (0: нет ориентации, 1: все ячейки плавают в одном направлении). Открытые кружки: точность ориентации. Треугольники: подвижные клетки (%). Крестики: концентрация кислорода. Подробности см. В тексте.

Таблица 2.

Биореактор с Euglena gracilis Клетки при переменном освещении (2 часа темноты – 2 часа света)

0 0 0 0 0
Световой профиль r Значение Theta Вверх (%) Подвижность (%) Скорость (мкм / с) Отсчетов
DP 0.56 258,24 78,33 28,97 63,28 356,74
DP stdev 0,14 0,14 9258 9258 106,92
LP 0,35 a 239,76 a 63,84 a 20.27 а 67,65 а 201,51 а
LP stdev 0.13

0009

0.13

0009

0.13

000

0.13

0009

10,92 98,54
Класс 0,32 a 235,76 a 63.36 a 25,66 a, b 71,55 a, b 268,46 a, b 41,17 6,54 5,76 7,52 78,83

Сразу после закрытия кислородного реактора фото нетто-реактора не наблюдалосьПримерно через 5 дней было обнаружено фотосинтетическое выделение кислорода. Через 3 дня флуктуация темного-светлого достигла постоянного уровня, при котором были измерены максимальные значения кислорода между 8 и 10 мг / л. При постоянном освещении уровень кислорода повышался до 25 мг / л в течение 1 дня ().

В цикле 4–4 часа темнота-свет влияние на подвижность клеток было таким же, как и во время ранее описанных профилей освещения (). Среднее значение r составило 0,5 в темноте и 0,38 на свету (). Постоянный свет в этом эксперименте не применялся.Около 75,37% клеток плавали вверх в темноте, а 68,88% плыли вверх на свету (различия значительны). Скорость увеличилась незначительно, но значительно, с 62,69 до 71,33 мкм / с (), а подвижность увеличилась на свету с 19,59% до 23,8% (также значимо). Подвижность не увеличивалась сразу после появления света, а только после задержки от 1 до 2 часов. Производство кислорода было выраженным, но потребление кислорода значительно снизило концентрацию кислорода в течение 4 ч (). В целом как концентрация кислорода, так и амплитуда его колебаний уменьшались в ходе эксперимента.В то время как первоначально разница между самым низким значением (конец периода темноты) и максимальным значением (конец периода света) составляла около 6,4 мг / л, диапазон колебаний концентрации кислорода уменьшился до 4,3 мг / л в более поздних циклах.

Влияние 4–4-часовых циклов темного света на гравитактическую ориентацию (значение r ) и скорость плавания Euglena gracilis, , а также концентрацию кислорода в закрытом биореакторе. Клетки измеряли каждые 30 мин. Полоски указывают световой период.На рисунке показаны характерные циклы темного-светлого с последующим постоянным освещением. Значение r является параметром точности направления движения (0: нет ориентации, 1: все ячейки плавают в одном направлении). Открытые кружки: точность ориентации. Треугольники: скорость плавания (мкм / с). Крестики: концентрация кислорода. Разрыв в измерении кислорода: неисправность устройства измерения кислорода. Подробности см. В тексте.

Таблица 3.

Биореактор с Euglena gracilis Клетки при переменном освещении (4 часа темноты — 4 часа света)

Световой профиль r Значение

90 Theta Вверх (%)

Подвижность (%) Скорость (мкм / с) Отсчетов
DP 0.50 346,48 75,37 19,59 62,70 181,96
DP stdev 0,13

58 9258

58 925

43,43
LP 0,38 a 336,90 a 68,88 a 81 a 71,33 a 252,40 a
LP stdev 0,09

5

0,09

5

3,29 82,73

В цикле темнота-свет от 6 до 6 часов гравитактическая ориентация в темноте значительно усилилась ().Значение r уменьшилось с 0,48 до 0,38, а количество восходящих клеток уменьшилось с 80,22% до 74,04% в светлый период (). Подвижность была немного, но значительно ниже на свету (66,58% против 70,38%), в то время как средняя скорость была значительно увеличена (61,09 мкм / с в темноте, 76,59 мкм / с на свету). В этом эксперименте реакция на изменение светового режима была удивительно быстрой. Концентрация кислорода находилась в диапазоне от 1,4 мг / л (темнота) до 5-6 мг / л на свету.

Влияние циклов темного-светлого от 6 до 6 часов на гравитактическую ориентацию (значение r ) и скорость плавания Euglena gracilis , а также концентрацию кислорода в закрытом биореакторе. Клетки измеряли каждые 30 мин. Полоски указывают световой период. На рисунке показаны характерные циклы темный-светлый. Значение r является параметром точности направления движения (0: нет ориентации, 1: все ячейки плавают в одном направлении). Открытые кружки: точность ориентации.Треугольники: скорость плавания (мкм / с). Крестики: концентрация кислорода. Разрыв в измерении кислорода: неисправность устройства измерения кислорода. Подробности см. В тексте.

Таблица 4.

Биореактор с Euglena gracilis Клетки при переменном освещении (6 часов в темноте — 6 часов на свету)

Световой профиль r Значение Theta Вверх (%) Подвижность (%) Скорость (мкм / с) Отсчетов
DP 0.49 295,19 80,23 70,39 61,09 1675,29
DP stdev 0,12 62,63

5

62,63

5

62,63

5

226,32
LP 0,38 a 283,16 74,04 a 66.59 а 76,59 а 1505,53 а
LP stdev 0,07

0,07

0,07

4,58 199,17

Во время цикла темное-светлое время 8–16 часов не было измерено значительных изменений гравиориентации ().Среднее значение r составило 0,5 в темноте и 0,49 при свете; 73,14% клеток плыли вверх в темноте, а 73,49% плыли вверх при свете (и). Глядя на кинетику взаимодействия, можно увидеть, что Euglena gracilis демонстрирует ярко выраженный отклик при переходе от темноты к свету и наоборот. После перехода от темноты к свету гравиориентация сначала уменьшилась, но через 4 часа увеличилась, по крайней мере, до значений, полученных в темный период.Примерно через 12 часов освещения гравитактическая ориентация снова уменьшалась. При переходе к темному периоду точность ориентации сначала значительно увеличилась, но в большинстве случаев упала до относительно низких значений. Средняя подвижность составила 49,54% в темноте и 63,31% на свету. После перехода от светлого периода к темному периоду подвижность увеличивалась сразу примерно через 2 ч, после чего подвижность снова начинала снижаться. После нескольких циклов (около семи или восьми) подвижность восстановилась примерно за 1 час до того, как снова включился свет (показаны репрезентативные циклы).После перехода от темноты к свету подвижность резко увеличилась, достигнув максимума примерно через 2 часа, а затем подвижность снова снизилась. Примерно через 14 часов света наблюдалось выраженное падение моторики, которое длилось до перехода в темноту, когда моторика быстро нарастала. Скорость плавания намного выше при свете (54,44 мкм / с) по сравнению с темнотой (44,42 мкм / с). Выражена кинетика скорости плавания. В темноте скорость была почти постоянной, тогда как вначале скорость света увеличивалась очень быстро.Примерно через 12 ч скорость снизилась почти до темных значений (). Выделение кислорода происходило по ходу освещения. В темный период уровень кислорода не достигал значений ниже 5 мг / л.

Влияние циклов темное-световое от 8 до 16 часов на гравитактическую ориентацию Euglena gracilis в закрытом биореакторе. Клетки измеряли каждые 30 мин. Полоски указывают световой период. На рисунке показаны характерные циклы темного-светлого с последующим постоянным освещением. Значение r является параметром точности направления движения (0: нет ориентации, 1: все ячейки плавают в одном направлении).Пунктирная линия показывает концентрацию кислорода в реакторе (мг / л). Подробности см. В тексте.

Влияние циклов темнота-свет от 8 до 16 часов на подвижность клеток Euglena gracilis в закрытом биореакторе. Клетки измеряли каждые 30 мин. Полоски указывают световой период. На рисунке показаны характерные циклы темного-светлого с последующим постоянным освещением. Из-за ограничений в модифицированном программном обеспечении отслеживания доля подвижных клеток недооценена. Но отклонение одинаково по всем измерениям (подробности см. В тексте).Пунктирная линия показывает концентрацию кислорода в реакторе (мг / л).

Влияние циклов темноты и света от 8 до 16 часов на скорость плавания Euglena gracilis (мкм / с). Клетки измеряли каждые 30 мин. Полоски указывают световой период. На рисунке показаны характерные циклы темного-светлого с последующим постоянным освещением. Из-за ограничений в модифицированном программном обеспечении отслеживания доля подвижных клеток недооценена. Но отклонение одинаково по всем измерениям (подробности см. В тексте).Пунктирная линия показывает концентрацию кислорода в реакторе (мг / л).

Таблица 5.

Биореактор с Euglena gracilis Клетки при переменном освещении (8 часов в темноте — 16 часов на свету)

24,82

59 24,82

59 Обсуждение

4.1. Обсуждение данных о подвижности

В условиях микрогравитации конвекция, вызванная плавучестью, отсутствует, поэтому частицы перемещаются исключительно за счет гораздо более медленного процесса диффузии.Как следствие, среда вокруг неподвижных клеток вскоре истощается от питательных веществ и начинает накапливать продукты метаболизма, включая кислород в случае фотосинтезирующих водорослей и углекислый газ в случае дышащих клеток. Подвижные клетки менее подвержены влиянию, поскольку их постоянное движение препятствует образованию обедненной зоны вокруг клетки. Наблюдения за подвижностью клеток предоставляют информацию о реальных физиологических условиях и могут служить мерой степени смешивания питательных и метаболических веществ (чем более подвижны клетки, тем лучше перемешивается среда).Наши измерения показывают, что, по крайней мере, значительная часть клеток была подвижной при всех различных обработках от света до темноты. Высокая подвижность наблюдалась у Euglena gracilis при постоянном красном освещении во время предыдущих космических полетов (Häder et al. , 1996; Strauch, 2009).

Выраженная подвижность, эффективность фотосинтеза и низкие требования к факторам окружающей среды делают Euglena gracilis многообещающим кандидатом для производства кислорода в будущих космических экспериментах.Еще одно преимущество Euglena gracilis состоит в том, что клетки могут использовать аммиак и восстановленные аминогруппы в качестве единственного источника азота (Buetow, 1966; Oda et al. , 1982). Однако они не могут использовать нитрат или нитрит. Следовательно, они могут эффективно снижать концентрацию токсичного аммиака и вносить вклад в системную стабильность биологических систем жизнеобеспечения, не являясь нитратными конкурентами совместно культивируемых высших растений.

Кроме того, эксперименты дали интересные результаты, касающиеся общих эффектов циклов света и темноты на поведение движения, в первую очередь на гравитационную ось.Данные, представленные в настоящем исследовании, показывают четкую корреляцию между освещением и поведением движения клеток Euglena gracilis в закрытом реакторе. На всех кратковременных световых циклах (свет-темнота: 1–1 час, 2–2 часа, 4–4 часа, 6–6 часов) клетки отвечали значительным усилением отрицательной гравитактической ориентации в темноте и увеличение скорости в световой фазе. Наблюдаемое увеличение скорости плавания при свете, возможно, связано с фотокинезом, увеличением скорости плавания под действием света.Фотокинез был описан для Euglena mutabilis (Melkonian et al. , 1986).

Клетки немедленно отреагировали на изменение условий освещения. В большинстве случаев наблюдалось выраженное изменение параметров движения (, например, , точность ориентации, скорость плавания) между последней временной точкой темной фазы и первой временной точкой в ​​последующей светлой фазе (и наоборот). Euglena gracilis — это интенсивно исследуемый модельный организм в хронобиологии (Anderson et al., 1985; Эдмундс и др. , 1992; Эдмундс, 2005). Euglena gracilis демонстрирует хорошо известную эндогенную ритмичность своих клеточных функций. Эти циклы синхронизируются периодическими внешними факторами (, например, , свет). Эта почти не зависящая от температуры синхронизация называется увлечение , а внешние периодические синхронизирующие сигналы называются кардиостимулятором или Zeitgeber (Harmer et al. , 2001). Однако в этом исследовании не проводился анализ изменения передачи сигнала компонентов циркадного ритма.Таким образом, неясно, вызваны ли наблюдаемые периодичности параметров моторики увлеченными внутренними ритмами или являются прямыми реакциями на свет. Однако гравитактические измерения указывают в направлении увлеченных ультрадианных ритмов, потому что клетки показывают периодичность в гравитаксисе даже в присутствии постоянного света после световых и темных циклов (2 часа-2 часа свет-темнота).

4.2. Обсуждение данных по кислороду

Было обнаружено, что Euglena gracilis в закрытых реакторах производило кислород при всех применяемых интервалах освещения, не достигая перенасыщения или истощения (диапазон от 4 до 10 мг / л).Постоянный свет, напротив, привел к чрезмерным концентрациям около 20 мг / л. Соответственно, в последующих экспериментах использовался 4–4-часовой цикл свет-темнота. В этих условиях концентрация кислорода оставалась выше 8 мг / л; система проработала как минимум 50 дней без каких-либо нарушений (Lebert et al. , неопубликованные результаты). Это демонстрирует, что кратковременные световые циклы не ухудшают жизнеспособность культуры Euglena gracilis . Способность Euglena gracilis адаптироваться даже к очень коротким циклам свет-темнота имеет практическое значение как элемент, производящий кислород в системе жизнеобеспечения космических приложений.Основное назначение этой системы — производство кислорода для зоологических партнеров в системе жизнеобеспечения. Кроме того, водоросли утилизируют углекислый газ и продукты экскреции животных. Во время длительного (16 дней) космического эксперимента (Aquacells на Foton M2) никаких отрицательных эффектов не наблюдалось в клетках Euglena gracilis (Häder et al. , 2006). В более позднем эксперименте (OMEGAHAB на Foton M3), где реактор с клеток Euglena gracilis был соединен с аквариумом, было показано, что клетки могут производить достаточно кислорода, чтобы гарантировать выживание личинок рыб (Strauch, 2009).В ходе этих экспериментов клеток Euglena gracilis постоянно облучали красным светом. Чтобы сэкономить электроэнергию, было бы полезно использовать цикл свет-темнота. Длительные темные периоды всегда связаны с риском кислородного истощения, что может привести к летальному исходу для животных в спаренном отсеке. Возможная стратегия гибких циклов свет-темнота — избежать кислородного истощения, а также перенасыщения.

5. Заключение

Euglena gracilis стала модельным организмом в гравитационных исследованиях и может быть подвергнута физиологическим и молекулярно-биологическим исследованиям.

Данные этого отчета показывают, что Euglena gracilis может выдерживать различные световые профили, что позволяет точно дозировать кислород, подходящий для организмов с различными потребностями в кислороде. Кроме того, клетки потребляют только аммиак и поэтому не конкурируют с высшими растениями за нитраты. Прежде всего, Euglena gracilis — это одобренный космический организм, который уже используется в различных краткосрочных и долгосрочных космических экспериментах.

Благодарности

Эта работа финансировалась DLR от имени BMBF (грант 50WB1128).Авторы благодарят анонимных рецензентов за критические комментарии и полезные предложения.

Заявление о раскрытии информации

Никаких конкурирующих финансовых интересов не существует.

Ссылки

  • Ахмад А.Л., Ясин Н.М., Дерек К. и Лим Дж. К. (2011) Микроводоросли как устойчивый источник энергии для производства биодизеля: обзор. Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики 15: 584–593 [Google Scholar]
  • Андерсон Р.В., Лаваль-Мартин Д.Л. и Эдмундс Л.Н., младший (1985) Осцилляторы клеточного цикла.Температурная компенсация циркадного ритма деления клеток эвглены. Exp Cell Res 157: 144–158 [PubMed] [Google Scholar]
  • Batschelet E. (1981) Циркулярная статистика в биологии, математика в биологии, Academic Press, Лондон [Google Scholar]
  • Benedetti PA, Bianchini G., Checcucci А., Феррара Р. и Грасси С. (1976). Спектроскопические свойства и связанные с ними функции стигмы, измеренные в живых клетках Euglena gracilis . Arch Microbiol 111: 73–76 [PubMed] [Google Scholar]
  • Блюм В.(2003) Водные модули для биорегенеративных систем жизнеобеспечения: аспекты развития на основе результатов космического полета C.E.B.A.S. МИНИ-МОДУЛЬ. Adv Space Res 31: 1683–1691 [PubMed] [Google Scholar]
  • Блюм В., Андриске М., Кройцберг К. и Шрайбман М.П. (1995) Модули производства животного белка в биологических системах жизнеобеспечения: новые комбинированные методы аквакультуры, основанные на закрытой уравновешенной биологической водной системе (C.E.B.A.S.). Acta Astronaut 36: 615–623 [PubMed] [Google Scholar]
  • Buetow D.E. (1966) Аминокислоты как источники азота для роста Euglena gracilis и Astasia longa . The Journal of Protozoology 13: 585–587 [Google Scholar]
  • Карре И.А. и Эдмундс Л. (1992) цАМФ-зависимые киназы жгутиков водорослей Euglena gracilis . J Biol Chem 267: 2135–2137 [PubMed] [Google Scholar]
  • Карвалью А.П., Мейрелеш Л.А. и Мальката Ф. (2006) Реакторы на микроводорослях: обзор конструкции и характеристик закрытых систем. Biotechnol Prog 22: 1490–1506 [PubMed] [Google Scholar]
  • Checcucci A.(1976) Молекулярная сенсорная физиология Эвглены. Naturwissenschaften 63: 412–417 [PubMed] [Google Scholar]
  • Комитет по устойчивому развитию водорослевого биотоплива (2012) Устойчивое развитие водорослевого биотоплива, National Academies Press, Вашингтон, округ Колумбия [Google Scholar]
  • Douskova I., Doucha Дж., Ливанский К., Мачат Дж., Новак П., Умысова Д., Захледер В., Витова М. (2009) Одновременная биоремедиация дымовых газов и снижение затрат на производство биомассы микроводорослей. Appl Microbiol Biotechnol 82: 179–185 [PubMed] [Google Scholar]
  • Эдмундс Л.N. (2005) Циркадная организация жгутиков водорослей Euglena . В базе данных Madame Curie Bioscience [Интернет], Landes Bioscience, Austin, TX [Google Scholar]
  • Edmunds LN, Jr., Carre IA, Tamponnet C., and Tong J. (1992) Роль ионов и вторичных мессенджеров в циркадных ритмах. функция часов. Chronobiol Int 9: 180–200 [PubMed] [Google Scholar]
  • Гербер С. и Хедер Д.-П. (1995) Действие искусственного УФ-B и искусственного солнечного излучения на жгутик Euglena gracilis: физиологических, спектроскопических и биохимических исследований.Acta Protozool 34: 13–20 [Google Scholar]
  • Gòdia F., Albiol J., Pérez J., Creus N., Cabello F., Montràs A., Masot A., and Lasseur C. (2004) The MELiSSA опытно-промышленный комплекс в качестве интеграционного испытательного стенда для передовых систем жизнеобеспечения. Adv Space Res 34: 1483–1493 [PubMed] [Google Scholar]
  • Häder D.-P. (1987) Поляротаксис, гравитаксис и вертикальный фототаксис у зеленой жгутиконосцы, Euglena gracilis . Arch Microbiol 147: 179–183 [PubMed] [Google Scholar]
  • Häder D.-П. (1996) NIZEMI — эксперименты на медленно вращающемся центрифужном микроскопе во время миссии IML-2. J Biotechnol 47: 223–224 [PubMed] [Google Scholar]
  • Häder D.-P. и Фогель К. (1991) Интерактивная система анализа изображений для определения подвижности и скорости цианобактериальных нитей. J Biochem Biophys Meth 22: 289–300 [PubMed] [Google Scholar]
  • Häder D.-P., Reinecke E., Vogel K. и Kreuzberg K. (1991) Ответы фотосинтетических жгутиконосцев, Euglena gracilis , к гипергравитации.Eur Biophys J 20: 101–107 [PubMed] [Google Scholar]
  • Häder D.-P., Rosum A., Schäfer J., and Hemmersbach R. (1996) Гравиперцепция у жгутиков Euglena gracilis во время шаттла космический полет. J Biotechnol 47: 261–269 [PubMed] [Google Scholar]
  • Хэдер Д.-П., Хеммерсбах Р. и Леберт М. (2005) Гравитация и поведение одноклеточных организмов, Cambridge University Press, Кембридж, Великобритания [ Google Scholar]
  • Хедер Д.-П., Рихтер П.Р., Штраух С.М. и Шустер М.(2006) Aquacells — жгутиконосцы в условиях длительной микрогравитации и потенциального использования в системах жизнеобеспечения. Microgravity Sci Technol 18: 210–214 [Google Scholar]
  • Хармер С.Л., Панда С. и Кей С.А. (2001) Молекулярные основы циркадных ритмов. Annu Rev Cell Dev Biol 17: 215–253 [PubMed] [Google Scholar]
  • Леберт М., Порст М. и Хадер Д.-П. (1999) Циркадный ритм гравитаксиса у Euglena gracilis . J Plant Physiol 155: 344–349 [PubMed] [Google Scholar]
  • Mata T.М., Мартинс А.А., Каэтано Н.С. (2010) Микроводоросли для производства биодизеля и других приложений: обзор. Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики 14: 217–232 [Google Scholar]
  • Мелконян М., Мейнике-Либельт М. и Хедер Д.-П. (1986) Фотокинез и фотофобные реакции у скользящих жгутиков, Euglena mutabilis . Physiol растительных клеток 27: 505–513 [Google Scholar]
  • Mohabir G. и Edmunds L.N., Jr. (1999) Циркадная часовая регуляция бимодального ритма циклического АМФ у Euglena дикого типа.Cell Signal 11: 143–147 [PubMed] [Google Scholar]
  • Насир А., Штраух С.М., Беккер И., Сперлинг А., Шустер М., Рихтер П.Р., Вайскопф М., Нтефиду М., Дайкер В., An YA, Li XY, Liu YD, Lebert M., and Legué V. (2014) Влияние микрогравитации на Euglena gracilis , как изучено на Шэньчжоу 8. Plant Biol (Stuttg) 16 (Дополнение 1): 113–119 [ PubMed] [Google Scholar]
  • Ода Ю., Накано Ю. и Китаока С. (1982) Использование и токсичность экзогенных аминокислот в Euglena gracilis .J Gen Microbiol 128: 853–858 [Google Scholar]
  • Porterfield D.M. (1997) Ориентация подвижных одноклеточных водорослей на кислород: окситаксис в Euglena . Biol Bull 193: 229–230 [PubMed] [Google Scholar]
  • Сандерсон Дж. Э., Уайз Д. Л. и Огенштейн Д. К. (1978) Органические химические вещества и жидкое топливо из биомассы водорослей. Biotechnol Bioeng Symp 8: 131–151 [Google Scholar]
  • Schlösser U.G. (1994) SAG-Sammlung von Algenkulturen в Геттингенском университете. Bot Acta 107: 113–186 [Google Scholar]
  • Старр Р.К. (1964) Коллекция культур водорослей в Университете Индианы. Am J Bot 51: 1013–1044 [Google Scholar]
  • Strauch S.M. (2009) Euglena gracilis как Sauerstoffproduzent eines bioregenerativen Lebenserhaltungssystems и их физиологическая реакция на Änderungen der Schwerkraft. Диссертация, Университет Фридриха Александра, Эрланген-Нюрнберг, Эрланген, Германия [Google Scholar]
  • Фогель К. и Хедер Д.-П. (1990) Одновременное отслеживание жгутиконосцев в реальном времени с помощью анализа изображений.In Proceedings of the Four European Symposium on Life Sciences Research in Space, ESA SP-307, European Space Agency, Paris, pp 541–545 [Google Scholar]

Кинематика плавания жгутиков в Euglena gracilis: спиральные траектории и формы жгутиков

Значение

Активные жгутики обеспечивают движущий механизм для большого разнообразия плавающих эукариотических микроорганизмов, от простейших до сперматозоидов. Плоские и спиральные биения этих структур являются повторяющимися и широко изученными.Быстрое вращательное движение локомоторного жгутика водоросли Euglena gracilis составляет заметное исключение из этих закономерностей. Мы сообщаем количественное описание трехмерного биения жгутика при плавании E. gracilis . Учитывая их сложность, эти формы не могут быть непосредственно отображены с помощью современных методов микроскопии. Мы покажем, как преодолеть эти ограничения, разработав метод полной реконструкции трехмерной кинематики клетки из обычных двумерных микроскопических изображений, основанный на точной характеристике спирального движения тела клетки.

Abstract

Жгутиковое плавание эвгленид, приводимых в движение единственным передним жгутиком, характеризуется обобщенным спиральным движением. Трехмерная природа этого плавательного движения, в котором отсутствуют некоторые из симметрий, присущих более распространенным модельным системам, и сложные формы биения жгутиков, обеспечивающие его силу, затрудняют его количественное описание. В этой работе мы обеспечиваем количественную, трехмерную реконструкцию с высоким разрешением траекторий плавания и формы жгутиков особей Euglena gracilis .Мы достигли этой задачи, используя высокоскоростные записи 2D-изображений, сделанные с помощью обычного инвертированного микроскопа, в сочетании с точной характеристикой спирального движения тела клетки, чтобы вывести 2D-данные на 3D-траектории. Обсуждается движительный механизм. Наши результаты составляют основу для будущих биофизических исследований относительно неизученного типа движения жгутиков эукариот.

Эвглениды долгое время использовались в качестве модельных организмов для широкого круга биологических исследований, возможно, из-за их уникального таксономического положения, которое демонстрирует как животные, так и растительные характеристики (1).Среди первых микроорганизмов, изученных под микроскопом (Ван Левенгук, конец 1600-х годов), они по-прежнему занимают центральное место в современных исследованиях (2, 3), и вскоре появятся новые монографии (4).

Исследования подвижности эвгленид в последнее время сосредоточены на метаболизме (5, 6), в то время как плавание жгутиков остается плохо изученным и понятым, по крайней мере, с количественной точки зрения. Качественные наблюдения были сделаны по поводу шевеления жгутика эвгленид.Его характерное движение было названо «вращающимся лассо» или «восьмеркой». Количественное описание этого своеобразного движения, основным источником активации которого является аксонема «9 + 2», обычная для большинства эукариот (7), все еще отсутствует. Реконструкция движения жгутиков и приведения в действие эвгленид сталкивается с серьезной проблемой: захватом сложных трехмерных конфигураций жгутика, которые ускользают от исследования современных методов микроскопии. Плоские толчки жгутиков, которые легче уловить из данных изображений, в остальном широко изучены (8–11).

Типичный экземпляр Euglena gracilis (рис. 1 A ) имеет длину около 50 мкм. Жгутик, который они используют для передвижения, который немного короче его тела, бьется, вращаясь с частотой ~ 40 Гц в непосредственной близости от тела клетки (фильм S1). Как и у большинства жгутиконосцев, плавательные движения E. gracilis являются рототрасляционными и по своей природе трехмерными. В то время как трехмерное отслеживание плавающих микроорганизмов является давней областью экспериментальных исследований (12) и все еще развивается, ни один из современных методов не может полностью детально зафиксировать плавание жгутиков эвгленид.Например, стереоматчинг использовался для отслеживания эвгленид и других протистов (13, 14), но ему не хватает пространственного разрешения для определения движения как тела, так и жгутика (весь пловец является точкой). Конфокальная микроскопия, мощный инструмент для трехмерной визуализации, не имеет достаточного временного разрешения (15), чтобы устранить биение жгутиков. Цифровая голографическая микроскопия способна обеспечивать высокое разрешение как во времени, так и в пространстве (16), и дает возможность одновременного множественного отслеживания для высокопроизводительной статистики (17, 18).Однако на сегодняшний день это удалось только до трехмерной реконструкции траекторий и шага частицоподобных объектов вытянутой формы (19) и спирального биения изолированной структуры жгутиков (20). Непосредственная близость жгутика Euglena к телу клетки делает одновременную реконструкцию тела клетки и формы жгутика сложной задачей даже для этой техники.

Рис. 1.

( A ) Микрофотография особи E. gracilis . Виден передний жгутик вместе с глазным пятном, пигментированная органелла, которая является частью фотосенсорного аппарата клетки.( B ) Схема экспериментальной установки: эвглениды плавают между двумя предметными стеклами микроскопа, разделенными ∼50 мкм. ( C ) Пример результатов сегментации изображения из высокоскоростного видео: измеряются положение геометрического центра тела (синий), положение глазного пятна (красный) и ориентация тела (зеленый). ( D ) Спроектированная ориентация тела θ как функция времени: колебания большой амплитуды модулируются меньшими колебаниями на шкале времени биения жгутиков.

Мы можем восстановить кинематику жгутиков E.gracilis с помощью стратегии реконструкции, основанной на простых предположениях и физике движения системы. Наш анализ основан на стандартных последовательностях изображений микроскопии, записанных с высокой частотой кадров. Это гарантирует соответствующее пространственно-временное разрешение (даже если с точки зрения 2D). Мы ограничиваем наш анализ случаем, когда биение жгутика Euglena является, в хорошем приближении, периодическим во времени (следовательно, нет бокового поворота).

В этом случае физика, управляющая системой (гидродинамика с низким числом Рейнольдса), накладывает ограничения на то, какие траектории и повороты ячейки фактически возможны.

Плавание при низком числе Рейнольдса с периодическими ударами

Спиральные траектории плавания широко распространены среди микроорганизмов (21). Простые физические аргументы могут объяснить преобладание винтовых траекторий, как это предлагается в основополагающих статьях (22, 23). Однородность и изотропия гидродинамических взаимодействий жидкость-тело, которые справедливы для тела, изолированного от границ или других объектов, играют решающую роль. В этом случае периодическое биение пловца приводит к возникновению периодических составляющих системы отсчета его поступательной и угловой скоростей.См. Дополнительную информацию , раздел 1. Временная эволюция центра и вращения 𝐑 корпуса пловца получается посредством интегрирования по времени из этих периодических скоростей (уравнение S7 ). Общее решение задачи плавания с помощью периодических биений с периодом Tb состоит в следующем. Положение центра тела 𝐜 (t) изменяется во времени согласно (t) = 𝐜h (t) + 𝐑𝐧 (ωt) 𝐜∼b (t) [1], а вращение тела описывается формулой (t) = 𝐑𝐧 (ωt) 𝐑∼b (t). [2] В предыдущих двух формулах замкнутая кривая 𝐜∼b и вращение 𝐑∼b являются периодическими функциями с периодом Tb, 𝐑𝐧 (ωt) — это вращение с осью 𝐧 и угол ωt, а 𝐜h описывает круговую спираль с осью 𝐧, замыкающую поворот каждые T = 2π / | ω | секунд.Детали вывода уравнений. 1 и 2 приведены в Вспомогательной информации , раздел 1.

В определении кинематики появляются две шкалы времени: период биений жгутиков Tb и время T, необходимое для закрытия одного витка гладкой круговой спирали 𝐜h. . В плавании Euglena , как и для большинства микроорганизмов, T намного больше, чем Tb: требуется много ударов, чтобы завершить поворот. Общую траекторию можно рассматривать как плавную и «медленную» спираль, возмущенную Tb-периодическими «быстрыми» завихрениями.Точно так же ориентацию тела можно рассматривать как медленное вращение с постоянной угловой скоростью вокруг, возмущенное быстрыми Tb-периодическими рывками.

Поступательное и вращательное движения связаны. Ради аргумента предположим, что T = NTb кратно Tb. Затем зафиксируйте фазу τ в пределах одного биения и рассмотрите время tk = τ + kTb. Центр движется согласно 𝐜 (tk), и эти точки лежат на круговой спирали оси 𝐧 (возмущенная версия 𝐜h: спираль с тем же шагом, но, возможно, другим радиусом).При этом тело пловца продолжает вращаться вокруг оси 𝐧 каждый раз на угол ωT / N. Отсюда следует, что после N ударов, точно когда один виток спирали закрывается, пловец оказывается в той же ориентации (фильм S2).

Результаты недавних исследований трехмерных спиральных траекторий микропловцов могут быть отражены в предсказаниях этой модели. Наблюдаемые траектории «хиральной ленты» в подвижности сперматозоидов человека (18) точно попадают в общее выражение, данное уравнением. 1 .В случае киральной ленты периодическая ∼b отслеживает отрезок прямой, частный и вырожденный случай нашего более общего ∼b, который описывает замкнутую орбиту. Вместо того, чтобы лежать на ленте, полученные траектории Euglena нарисованы на «спиральной трубе» (трубчатая окрестность «основной» спирали 𝐜h). Мы подчеркиваем, что уравнения. 1 и 2 обеспечивают общую характеристику любого движения, вызванного периодическим биением движущей части. Частные случаи, когда основная кривая 𝐜h траектории в уравнении. 1 — либо плоская кривая, либо прямая линия, следуйте, когда ось вращения 𝐧 либо ортогональна перемещению за один удар (как в плоских траекториях сперматозоидов, когда они двигаются за счет плоского биения их хвостов), либо параллельна к нему (как в случае бактерий, перемещаемых вращающимися спиральными жгутиками).

Экспериментальные наблюдения

Мы наблюдали, как особи E. gracilis плавали в водном растворе между двумя предметными стеклами микроскопа (рис.1 В ). Расстояние между предметными стеклами измеряли путем фокусировки контрольных шариков, прикрепленных к соответствующим стенкам (24), и было обнаружено, что оно составляет от 40 до 60 мкм. Контрольные шарики также использовали для проверки того, что жидкость была в состоянии покоя во время экспериментов. Мы получили высокоскоростные микрофотографии нескольких клеток со скоростью 1000 кадров в секунду (fps), отбирая только экземпляры, плавающие с регулярным периодическим биением (Рис. 1 C ). Более подробную информацию об экспериментальной установке можно найти в Материалы и методы .

В этих условиях для временных масштабов, больших, чем биение жгутика, траектории плавания следуют характерному синусоидальному пути, в то время как тело клетки подвергается кажущемуся «раскачивающемуся» движению с тем же периодом. В меньших временных масштабах можно наблюдать более тонкие особенности траекторий вместе с более высокочастотным «раскачивающимся» движением тела клетки (Movie S1). Последнее становится очевидным, если построить график предполагаемой ориентации тела как функции времени (Рис.1 D ): быстрое колебание с амплитудой ∼1 ° и периодом ∼25 мс накладывается на более медленное колебание с амплитудой ∼5 ° и периодом ∼0.5 с. Это типичный след спирального плавательного движения, спроецированный на 2D-плоскость.

Реконструкция движения тела клетки

Ур. 1 и 2 могут применяться для восстановления трехмерной кинематики из последовательностей двумерных изображений. Это может быть достигнуто путем согласования двухмерных проекций трехмерной кинематики, налагаемой теорией, с экспериментальными данными. Аналогичная идея преследовалась в исх. 25⇓ – 27. Далее мы описываем основные этапы нашей процедуры.

Мы моделируем тело Euglena как эллипсоид (в наших экспериментах поверхность клетки не деформируется заметно во время плавания).Мы рассматриваем систему отсчета пловца, расположенную в геометрическом центре тела, оси которого совпадают с осями симметрии эллипсоида. Поскольку оптические аберрации и эффекты расфокусировки незначительны, микроскопические изображения тела клетки можно сопоставить с проекциями эллипсоида на фокальную плоскость. Используя сегментацию изображения, мы извлекаем из этих проекций три соответствующие кинематические величины (Рис.1 C ): проекцию Π𝐜 центра тела (Рис.2 E ), проекцию Π𝐞 положения глазного пятна 𝐞 (Рис.2 F ), и угол θ, образованный проекцией большой оси эллипсоида на горизонталь (рис. 2 G ).

Рис. 2.

( A ) Трехмерное изображение тела Euglena с траекториями центра тела (синий) и глазного пятна (красный), восстановленными из процедуры подбора. Базовые оси 𝐥, 𝐦 и 𝐧 выбираются таким образом, чтобы 𝐧 была осью винтовой траектории. ( B ) Проекция траектории центроида Π𝐜 и ( C ) траектории глазного пятна Π𝐞 на фокальную плоскость.( D ) Проекция большой оси тела клетки Π𝐤 = (cosθ, sinθ) на фокальную плоскость. ( E G ) Сравнение экспериментальных измерений и кривых наилучшего соответствия модели для величин Π𝐜, Π𝐞 и θ. Обратите внимание, что экспериментальные данные для Π𝐞 доступны только в том случае, если глазное пятно видно.

Затем мы рассматриваем ограничения, налагаемые теоретической моделью, и получаем формулы для наблюдаемых величин Π𝐜, Π𝐞 и θ. Они зависят от списка параметров ξ, который включает, среди прочего, период биений Tb, коэффициенты Фурье Tb-периодических функций в уравнениях. 1 и 2 , а геометрические параметры круговой спирали 𝐜h. Для получения полного списка параметров ξ и их подробных выражений мы отсылаем читателя к Вспомогательная информация , раздел 2.

Мы восстанавливаем значения параметров ξ путем нахождения аппроксимации методом наименьших квадратов между теоретическими наблюдаемыми и измеренными экспериментальными данными. . То есть мы находим ξ, которое минимизирует j∥Π𝐜 (ξ, tjc) −Π𝐜 ∗ (tjc) ∥2, ∑j∥Π𝐞 (ξ, tje) −Π𝐞 ∗ (tje) ∥2 и ∑j | θ ( ξ, tjθ) −θ ∗ (tjθ) | 2, где зависящие от ξ функции представляют собой выражение, данное теорией для Π𝐜, Π𝐞 и θ, а экспериментальные данные отмечены звездочкой.Суммы берутся за те моменты времени, когда доступны данные отслеживания.

Набор параметров ξ, полученный таким образом, достаточен для определения трехмерного выражения для 𝐜 и, заданного уравнениями. 1 и 2 , что позволяет нам восстановить полную трехмерную временную эволюцию системы отсчета пловца (рис. 2 A ).

Тот факт, что Π𝐜, Π𝐞 и θ содержат всю информацию, необходимую для восстановления трехмерной кинематики, становится очевидным при рассмотрении деталей теории, о которых мы говорим в Вспомогательная информация , раздел 2.Мы упоминаем здесь ключевые идеи, лежащие в основе этого. Одной временной эволюции достаточно, чтобы восстановить трехмерную траекторию (рис. 2 B ). «Подъем» Π𝐜 → 𝐜 возможен благодаря вращательной симметрии, налагаемой уравнением. 1 . Точно так же угла θ достаточно, чтобы поднять Π𝐤 → 𝐤 проекцию Π𝐤 = (cosθ, sinθ) единичного вектора 𝐤, который определяет главную ось симметрии тела клетки в 3D (рис. 2 D ). Дополнительные данные Π𝐞 содержат информацию о вращении тела клетки вокруг 𝐤.Вместе с θ проекция глазного пятна позволяет нам затем восстановить всю движущуюся рамку пловца, то есть (θ, Π𝐞) → 𝐑.

Формы жгутика

Мы реконструируем форму жгутика, то есть временную историю трехмерной деформируемой кривой, на основе информации о ее (частичных) проекциях, полученных с помощью микроскопических изображений. Реконструкция заключается в нахождении кривой, минимизирующей «ошибку проекции», которая количественно определяет расстояние между экспериментальными точками и проекциями кривой.Мы опишем этот метод более подробно ниже.

Зафиксируйте фазу τ между 0 и Tb (определенную ранее) и рассмотрите изображения в моменты времени tk = τ + kTb. В эти моменты, предполагая периодичность биений, жгутик находится в той же конфигурации по отношению к корпусу тела. Когда Euglena вращается, для разных tk в фокальной плоскости появляется другой вид этой конфигурации. Результаты предыдущего раздела позволяют нам определять местоположение фокальной плоскости по отношению к кадру тела в любой момент.Сегментация изображения дает нам набор точек, в которых должна лежать проекция жгутика на каждой плоскости (Рис. 3 A ).

Рис. 3.

Стереографическая реконструкция жгутика. ( A ) Фиксированная фаза τ между 0 и периодом биений Tb, изображения, сделанные в моменты времени tk = τ + kTb, показывают жгутик в той же конфигурации по отношению к телу клетки, но с разных точек зрения ( Top ) . В каждый момент положение и ориентация Euglena относительно фокальной плоскости известны из результатов трехмерной реконструкции движения тела клетки ( Bottom ).( B ) Жгутик восстанавливается путем нахождения трехмерной кривой, проекции которой (на соответствующие плоскости) наиболее близки к экспериментальным проекциям.

Мы можем расположить плоскости Npl (от 11 до 19, в зависимости от эксперимента) вместе с набором точек проекции Pj ∗ для каждой плоскости j = 1,2,…, Npl. Жгутик восстанавливается путем нахождения трехмерной кривой, проекции которой наиболее близки к этим наборам экспериментальных точек на соответствующих плоскостях (рис. 3 B и Movie S3).«Близость» кривой 𝐫 к экспериментальным точкам определяется ошибкой проекции Err (𝐫) = ∑j = 1Npl∑𝐩 ∗ ∈Pj ∗ dist (𝐩 ∗, Πj𝐫) 2, [3] где мы обозначили через Πj проекция на j-ю плоскость. В предыдущем уравнении расстояние dist (𝐩 ∗, Πj𝐫) между точкой 𝐩 ∗ и проекцией Πj𝐫 определяется как минимум по параметру s кривой ∗ −Πj𝐫 (s) ∥. Мы используем интерполирующие кубические сплайновые кривые = Sp (𝐱1,…, 𝐱Nsp) [4] для параметризации жгутика. Интерполированные точки 𝐱1,…, 𝐱Nsp выбраны так, чтобы минимизировать ошибку проекции.Подставляя уравнение. 4 в уравнении. 3 приводит к минимизации выражения. Более подробная информация об алгоритмической реализации задачи приведена в Вспомогательная информация , раздел 3.

Результаты

Характеристики движения.

Мы применили нашу технику к множеству наборов экспериментальных данных, получив отличное согласие между экспериментом и теорией (рис. 2 E и F ). Мы сообщаем здесь о реконструкции траекторий и форм жгутиков для одной репрезентативной клетки.Результаты для других ячеек представлены в Вспомогательной информации , раздел 4, с комментариями по изменчивости результатов между разными ячейками и по количественной оценке неопределенностей наших процедур реконструкции. В частности (рис. 4 и фильм S4), история формы жгутиков нашей репрезентативной клетки хорошо совпадает с таковой у разных экземпляров, предполагая существование отличительного стиля биений Euglena , как описано ниже.

Рис.4.

Сетка экспериментальных изображений из четырех разных плавательных ячеек (столбцов), снятых в разное время (строки). Реконструированная временная история форм жгутиков из ячейки 1 (зеленый, первый столбец), удобно масштабированная как в пространстве, так и во времени, прикреплена к телам других ячеек (синий). Возникает хорошее перекрытие между проекциями прикрепленных жгутиков и экспериментальными изображениями (подробнее см. Movie S4 и Supporting Information , раздел 4). Это показывает, что жгутиковые биения ячейки 1, представленные здесь в основном тексте, являются достоверным представителем общего стиля биений.

Вид сбоку реконструированной кинематики плавания показан на рис. 5 A . В целях визуализации тело Euglena не соответствует масштабам смещения. Траектория центра тела развивается по спирали с правой ориентацией. Спираль на самом деле довольно узкая, со средним радиусом ≈0,75 мкм, что составляет небольшую часть ширины Euglena , составляющей около 9,2 мкм. Шаг составляет ≈35,8 мкм, что в ∼0,7 раза больше длины ячейки ∼50,8 мкм. Расчетный период биений Tb≈ 24.3 мс. Euglena замыкает виток спирали за T≈ 0,5 с, то есть примерно после N = 21 удара. На рис. 5 B показан вид траектории сверху. Цветная карта траектории отображает абсолютную скорость центра тела: центр движется путем непрерывного ускорения и замедления со скоростями в диапазоне от 50 до 140 мкм / с. Тело клетки (полное или прозрачное) изображается в начале каждого удара (τ = 0). Можно заметить, что глазное пятно направлено наружу.

Рис. 5.

( A D ) Представление кинематики Euglena . Размеры тела клетки не соответствуют смещениям в целях визуализации. ( A ) Вид сбоку. Euglena следует правой спиральной траектории. Полные или прозрачные тела отображаются в начале каждой доли. ( B ) Вид сверху. Траектория центра тела 𝐜 (t) отображается с использованием цветовой карты для выделения абсолютной мгновенной скорости.( C ) Движение тела, как видно из системы отсчета осей 𝐥 ′, 𝐦 ′ и 𝐧 ′, движущихся по круговой спирали 𝐜h (t) при вращении на 𝐑𝐧 (ωt) (вид сверху). Полные или прозрачные тела отображаются в моменты времени с равным интервалом в пределах одного удара. ( D ) Квазиконическая поверхность, охватываемая главной осью симметрии ячейки во время одного биения. ( E ) Последовательность форм жгутиков для 10 последовательных мгновений (фаз) в пределах одного удара. Каждая фаза помечена другим цветом. Базовые оси тела 𝐢, 𝐣 и 𝐤 представлены красным, зеленым и синим цветом соответственно.( F ) Поступательная скорость 𝐯 и ( G ) угловая скорость 𝝎 клетки, представленные в координатах системы отсчета тела. Скорости показаны для каждой фазы жгутиков и имеют соответствующую цветовую кодировку. ( H ) Полярный угол и ( I ) азимутальный угол единичного касательного вектора к жгутику в зависимости от длины дуги и времени.

Чтобы получить более полную картину периодического движения в пределах одного биения, мы рассматриваем эволюцию системы, наблюдаемую наблюдателем, движущимся по основной спирали 𝐜h (t) при вращении на 𝐑𝐧 (ωt) (уравнение. 1 ). На этом виде (рис. 5 C ) ячейка движется по квазикруговой орбите по часовой стрелке (противоположной траектории основной цепи). Что касается ориентации тела, интересно отметить, что поверхность, охватываемая главной осью симметрии ячейки, представляет собой примерно конус (рис. 5 D ): проекция этого движения в 2D переводится в «колебания небольшой амплитуды. »Наблюдали в микроскоп. Вращение вокруг своей длинной оси (так сказать, его «перекатывающее» движение) незначительно, и глазное пятно всегда указывает в одном и том же направлении.

Замечания по двигательному механизму.

Последовательность форм жгутиков для 10 последовательных моментов (фаз) в пределах одного удара показана на рис. 5 E . На рис. 5 F и G результирующие мгновенные поступательные и угловые скорости представлены в координатах системы отсчета тела. Каждая фаза помечена другим цветом. Изгибные волны выходят из основания жгутика и проходят по всей его длине, затухая на его конце. Жгутик изгибается, вращаясь вокруг тела клетки, со скоростями, которые значительно колеблются как по величине, так и по направлению.

Движительный механизм Euglena нельзя адекватно описать как «движение жгутика назад, чтобы толкнуть клетку вперед». Жгутик бьется сбоку, охватывая сложную последовательность неплоских форм: никакие очевидные симметрии не могут быть использованы, чтобы угадать, как движется тело в результате биения жгутика. Фактически, это движение влечет за собой спиралевидные траектории, связанные с вращениями тела. Чтобы подтвердить, что реконструированные формы жгутиков согласуются с наблюдаемым движением во время плавания, мы рассчитали кинематику, которую реконструированный биение жгутиков генерирует путем наложения баланса гидродинамических сил на пловца.Используя приближение локального сопротивления (28) теории силы сопротивления (RFT), мы получили хорошее качественное согласие путем подбора коэффициентов сопротивления для жгутика так, чтобы они наилучшим образом соответствовали экспериментальным данным, как это сделано в ссылке. 9 ( Вспомогательная информация , раздел 5 и рис. S6). Воспроизведение экспериментальных данных с полной количественной детализацией потребует более детального анализа.

RFT показывает, что наблюдаемая кинематика согласуется с типичным механизмом толчка гладких жгутиков.Действительно, пики поступательной скорости тела клетки коррелируют с волной жгутика, распространяющейся параллельно большой оси в направлении, противоположном направлению движения, в то время как пики скорости вращения возникают во время колебания жгутика вокруг тела (см. Фильм S5 и Дополнительная информация , раздел 5 для более подробной информации). Это, по-видимому, подтверждает утверждение (29) о том, что для жгутика эвгленоида присутствие мягких (нетубулярных) мастигонем не влияет в значительной степени на механизм надвига жгутика, как это происходит у других организмов (30).

Выводы

Мы представили трехмерную кинематическую реконструкцию движения жгутиков эвгленид. Для этого мы ввели метод восстановления трехмерной кинематики из двумерных микроскопических изображений (фильм S6). Это дает беспрецедентную детализацию и применимо к другим организмам.

Как и другие методы восстановления трехмерной информации из двухмерных данных (25–27), наш подход основан на модели и определенных предположениях. В частности, мы ограничены периодическими биениями и движениями, ограниченными узким полем зрения микроскопии высокого разрешения.Даже когда эти ограничения будут преодолены с помощью новых методов, способных к прямому трехмерному отображению кинематики жгутиков и тела (на сопоставимых уровнях пространственно-временной детализации), характеристика траекторий как обобщенных спиралей, на которых основан наш метод, останется. Биологическое значение паттернов, возникающих из траекторий жгутиковых одноклеточных пловцов, часто подчеркивалось в прошлом (18). Здесь мы показываем, что на самом деле геометрическая структура траекторий является в точности сигнатурой периодического биения жгутиков, которое их порождает.

Наша работа прокладывает путь для будущих исследований потоков, индуцированных в окружающей жидкости биением жгутиков, а также для исследования механизмов, управляющих внутренним срабатыванием жгутика. E. gracilis можно рассматривать как первый пример большого класса модельных организмов, чьи плавательные движения менее симметричны, чем те, которые исследовались до сих пор, и по которым количественные данные еще не доступны.

Материалы и методы

Культура клеток.

Штамм SAG 1224-5-27 из E.gracilis , полученный из коллекции культур водорослей SAG в Геттингенском университете, поддерживали аксеничным в жидкой культуральной среде Eg (см. рецепт среды от SAG) в стерильных пробирках из полистирола на 16 мл. Культуры переносили еженедельно. Их содержали в инкубаторе (IPP 110plus; Memmert) при 15 ° C и при цикле свет: темнота 12:12 ч при холодном белом светодиодном освещении с интенсивностью излучения около 50 мкмоль / (м2с).

Экспериментальная установка.

Для каждого экспериментального испытания готовили разбавленный раствор E.gracilis и из полистирола диаметром 0,5 мкм, флуоресцентные шарики [(F8813; Life Technologies), объемная доля ~ 0,05%] в культуральной среде Напр. Плавательные клетки визуализировали при фазово-контрастном освещении с помощью инвертированного микроскопа Olympus IX81, оборудованного объективом LCAch 40 × Ph3 (N.A. 0,55). Расчетная глубина резкости для такого расположения составляет ∼2,3 мкм. Клетки помещали между двумя предметными стеклами микроскопа, разделенными двусторонним клейким разделителем толщиной ~ 50 мкм. Микрофотографии были записаны с частотой кадров 1000 кадров в секунду с помощью высокоскоростной дополнительной цифровой камеры металл-оксид-полупроводник (FASTCAM Mini UX100; Photron).

Обработка изображений и подбор данных.

Обработка изображений и численная аппроксимация выполнялись с помощью программ, разработанных собственными силами и реализованных в среде MATLAB (MathWorks).

Благодарности

Это исследование проводилось в лаборатории SAMBA Международной школы перспективных исследований (SISSA) во время нескольких визитов М.

Сноски

  • Автор: М.Р., Г.Н. и А.Д. спланировали исследование; M.R., G.C., G.N. и A.D. проводили исследования; М.Р. проанализировал данные; М.Р. и Г.Н. спланированные эксперименты; А.Б. выращивали клетки и делились опытом в микроскопии; G.C. и А.Д. разработали теоретическую модель; и M.R., G.C., A.B., G.N. и A.D. написали статью.

  • Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

  • Эта статья представляет собой прямое представление PNAS.

  • Эта статья содержит вспомогательную информацию на сайте www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.1708064114/-/DCSupplemental.

  • Copyright © 2017 Автор (ы). Опубликовано PNAS.

Курсовая работа по эвглене | Простейшие | Микроорганизмы

Вот подборка курсовых работ по теме «Эвглена». Найдите абзацы, долгосрочные и краткосрочные работы на тему «Эвглена», специально написанные для студентов колледжей и студентов-медиков.

Курсовая работа по эвглене

Курсовая работа Содержание:

  1. Курсовая работа по привычкам и среде обитания Эвглены
  2. Курсовая работа по культуре эвглены
  3. Курсовая работа по морфологии эвглены
  4. Курсовая работа по физиологии эвглены
  5. Курсовая работа по выведению эвглены
  6. Курсовая работа по поведению эвглены
  7. Курсовая работа по репродукции в эвглене
  8. Курсовая работа по изучению эвглены
  9. Курсовая работа о позиции Эвглены

Курсовая работа № 1.Привычки и среда обитания Эвглена :

Эвглена — простая свободноживущая жгутиконосица. Встречается в стоячей воде, содержащей азотистые вещества. Иногда их количество увеличивается настолько, что они образуют зеленый слой на поверхности воды. Встречается много видов Euglena, но Euglena viridis более обычна, поэтому ее обычно изучают в этом классе.

Euglena viridis состоит из двух греческих и одного латинского слова. Gr. Eu-True и Glene-Eye зрачок, а латинское — Virids-Green.Это означает животное зеленого цвета, которое обладает светочувствительной структурой, похожей на глаз.


Курсовая работа № 2. Культура эвглены :

Эвглену можно легко культивировать в лаборатории с помощью следующего метода. Отварите в банке коровий или конский навоз в дистиллированной воде и дайте ему остыть в течение двух дней. Затем насыпьте в банку сорняки из пруда, в котором есть эвглены, и поставьте банку возле хорошо освещенного окна. Через несколько дней в этом азотистом настое появятся эвглены.


Курсовая работа № 3. Морфология эвглены :

1. Форма и размер :

Euglena viridis зеленая, тонкая, удлиненная, веретенообразная на вид. Его передний конец тупо закруглен, средняя часть шире, а задний конец заострен.

Euglena viridis имеет длину около 40-60 мкм и ширину 14-20 мкм в самой толстой части тела.

2.Пелликул :

Вокруг тела присутствует очень тонкая мембрана, называемая пленкой. Имеет спиральные бороздки. Эти полосы у Euglena spirogyra короткие. Пленка хоть и жесткая и крепкая, но очень тонкая и эластичная, благодаря чему эвглена при необходимости может изменить форму своего тела. Согласно Шадефо, пленка двухслойная.

Внешний тонкий слой называется эпикультикой, а внутренний толстый слой называется кутикулой. Пелликула состоит из ряда утолщенных продольных полосок и микрофибрилл (микротрубочек), соединяющихся друг с другом.Он состоит из параллельных спиральных полосок или скульптур, которые можно наблюдать с помощью электронной микроскопии.

Эти полоски проходят против часовой стрелки от переднего к заднему концам тела и включают продольные жесткие полоски, которые сцеплены друг с другом по своим краям. Когда мельчайшие фибриллы, называемые мионемами, возникающие непосредственно под пленкой в ​​цитоплазме, сокращаются, они заставляют полоски пленки скользить друг по другу и влияют на изменение формы тела эвглены.

3. Цитостом и цитофаринкс :

Рядом с передним концом находится воронкообразное углубление, называемое клеточным ртом или цитостомом, которое ведет в короткий трубчатый глоток клетки или цитофаринкс. Его часто ошибочно называют глоткой. Цитофаринкс переходит в увеличенную сферическую постоянную полость или пузырек протоплазмы, которая называется резервуаром.

4. Жгутики:

На переднем тупом конце тела виден единственный длинный и тонкий протоплазматический отросток, жгутик, который раздваивается и заканчивается двумя белфаропластами.Manter и Millier (1959) придерживаются мнения, что жгутик возникает из небольшой гранулы, блефаропласта. Hollande (1942), Pringsheim (1948) считали, что, помимо длинного жгутика, в шейке резервуара обнаруживается также короткий жгутик, который выходит за пределы цитостома.

Некоторые протозоологи и авторы, а именно Вилли Уокер и Смит (1963), придерживаются мнения, что жгутик образуется в результате слияния двух жгутиков. Козлуф (1972) описывает, : «Есть два неравных жгутика.Короткий жгутик не выходит из резервуара, и его кончик может быть приложен к более длинному жгутику таким образом, что может показаться, что там всего один жгутик с двумя корнями ».

Жгутик представляет собой сократительную осевую нить, заключенную в протоплазматическую оболочку, которая возникает из блефаропластов. Хлыстовые движения жгутика не смещают животное сзади, а вытягивают его вперед. Поэтому его еще называют тактеллум. Мы уже знаем, что жгутиков на самом деле два.Один жгутик длинный, корневой. Тем не менее, после недавних исследований почти наверняка упоминается, что жгутик Euglena имеет раздвоенный жгутик, а другой — короткий.

Вторично ассоциируется короткий жгутик. На одном из корней жгутика есть опухоль, известная как фоторецептор, которая чувствительна к свету. Козлофф (1972) описывает: «Рядом с резервуаром находится ярко-красная масса, клеймо». Он состоит из небольших гранул каротиноидного пигмента, заключенных в бесцветную стому.Фактический фоторецептор, по-видимому, представляет собой опухоль, отмеченную в более длинном жгутике около рыльца.

Жгутики и их базальные гранулы представляют собой фибриллярные структуры; каждый жгутик содержит 11 (одиннадцать) продольно расположенных микротрубчатых волокон, которые расположены в определенном порядке из двух центральных синглетных волокон и девяти периферических дублетных волокон (9 + 2). В базальную гранулу заходят только 9 периферических волокон.

Дистальная часть длинного жгутика несет вдоль одного края ряд коротких волосковидных сократительных волокон или отростков, называемых мастигонемами.Предполагается, что эти мастигонемы возникают из двух из девяти периферических волокон.

5. Резервуар :

На кончике переднего конца имеется небольшое отверстие в форме воронки, устье клетки или цитостом. Он не служит для захвата пищи. Из цитостома в тело ведет характерная короткая трубчатая или колбообразная клеточная глотка или цитофаринкс. Он расширяется в основании в большой постоянный сферический пузырь или резервуар. Название «глоток» — неправильное употребление, потому что эвглена не глотает твердую пищу, питательные вещества.

6. Стигма :

Рядом с резервуаром и на стороне, противоположной стороне сократительной вакуоли, также обнаруживается небольшое, но заметное дискообразное красное пятно, называемое глазным пятном или стигмой. Он содержит пигмент, называемый гематохромом, который чувствителен к свету. Пигмент находится в виде мелких гранул, заключенных в матрицу. Согласно Leedale (1966), стигма состоит из масляных капель, содержащих красный пигмент — каротиноид.Рыльце и парафлагеллярное тело вместе образуют фоторецепторный аппарат.

7. Цитоплазма и органеллы :

Цитоплазма эвглены дифференцирована на тонкий, прозрачный и плотный внешний слой эктоплазмы и более жидкий и зернистый внутренний (центральный) слой эндоплазмы. Эндоплазма содержит множество клеточных органелл, таких как стигма, хлоропласты (хроматофоры), митохондрии, ядро, сократительную вакуоль, а также обычные клеточные органеллы, такие как эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, рибосомы и т. Д.

(i) Ядро:

Одиночное большое сферическое везикулярное ядро ​​лежит посередине или ближе к заднему концу тела. Он содержит хромосомы (в виде хроматина) и несколько крупных эндосом или ядрышек.

(ii) Сократительная вакуоль:

Рядом с резервуаром с одной стороны (напротив рыльца) лежит одиночная большая сократительная вакуоль. Он окружен несколькими дополнительными сократительными вакуолями, которые сливаются вместе, образуя большую вакуоль.Сократительная вакуоль выводит водянистое содержимое в резервуар; оттуда жидкость выходит через цитофаринкс и цитостом.

8. Хроматофоры :

В цитоплазме обнаружено много зеленых хлоропластов различной формы. Некоторые из них имеют форму диска, овала или звезды, а некоторые — ленты. У Euglena viridis группа звездообразных тонких хлоропластов находится в середине тела. В центре каждого хлоропласта присутствует структура, называемая пиреноидом, которая окружена оболочкой из парамилума.Парамилум — это гликогеноподобный углевод (β-1,3-гликан). Он также находится в цитоплазме в виде крупных гранул. Их форма различна у разных видов.

9. Paramylon :

Эндоплазма содержит множество рассеянных мелких преломляющих гранул парамлона или парамилума. Это полисахарид (β-1,3 глюкан), похожий на крахмал, но он не окрашен в синий цвет из-за раствора йода. Тела парамилонов светло-голубовато-зеленые, в отличие от ярких травянисто-зеленых хлоропластов.

10. Другое эндоплазматическое включение :

Эндоплазматическая сеть образована соединением мелких пузырьков и канальцев. Тела Гольджи состоят из нескольких продолговатых уплощенных мешочков с оторванными от их концов округлыми пузырьками. Митохондрии более многочисленны вблизи резервуара и несут трубчатые кристы. Рибосомы расположены рассредоточенно, а также на эндоплазматическом ретикулуме и внутри хлоропластов.

У некоторых видов тонкая фибрилла, ризопласт, соединяет блефаропласт с гранулой около ядра, связанной с тельцем хроматина около ядерной мембраны.Это предполагает наличие миниатюрной органеллы нейрометра, которая может функционировать в отношении движения жгутиков.


Курсовая работа № 4. Физиология эвглены :

1. Передвижение:

В Эвглене есть два способа передвижения:

(i) Флагеллярный механизм:

Эвглена перемещается за счет привязки жгутика и за счет движения всего тела. Когда эвглена плавает, жгутик наклонно тянется назад, а затем бросается в волны.Таким образом, очевидно, что движение жгутика происходит не только от ударов хлыста. Когда жгутик удаляется из тела, он может продолжать крепление при условии, что блефаропласт остается прикрепленным.

Когда эвглена движется вперед, она вращается вокруг своей оси, а также вращается. Эти движения происходят из-за реакции тела на силу, возникающую при нагревании жгутика. Эвглена, таким образом, движется вперед по воде. Жгутиковые движения эвглены объясняются тремя основными взглядами.

Бутшли объяснил этот тип движения действием винта, вызывающего толкающее действие, толкающее животное вперед. Мецмер пришел к выводу, что простой удар жгутика по кругу вызывает достаточный ток, чтобы тянуть животное вперед.

Ulehla (1911) и Krijaman (1925) заявили, что движение жгутика происходит в сторону, состоящее из эффективного удара вниз и расслабленного удара для восстановления, при котором жгутик снова выдвигается вперед. Таким образом, животное движется вперед и вращается вокруг своей продольной оси.

Согласно Бутски, жгутик совершает серию боковых движений, и при этом на воду оказывается давление под прямым углом к ​​ее поверхности. Это давление создает две силы: одна направлена ​​параллельно, а другая — под прямым углом к ​​главной оси тела. Параллельная сила будет толкать животное вперед, а сила, действующая под прямым углом, будет вращать животное вокруг собственной оси.

Согласно Грею, серия волн проходит от одного конца жгутика к другому.Эти волны создают два типа сил: один в направлении движения, а другой — в круговом направлении с главной осью тела. Первый будет толкать животное вперед, а второй вращать его.

Согласно Лаундесу, жгутик во время передвижения направлен назад. По его словам, серия спиральных волн проходит последовательно от основания к кончику направленного назад жгутика со скоростью около 12 в секунду с увеличением скорости и амплитуды.Волны движутся вдоль жгутика по спирали и заставляют тело эвглены вращаться один раз в секунду.

Количество ходов весла:

Во время быстрых движений жгутик наносит удары плетью вбок или взмахи веслом. Каждый удар состоит из эффективного удара назад с жестко вытянутым жгутиком. При восстановительном ударе жгутик расслаблен, сильно изогнут, чтобы оказывать наименьшее сопротивление воде, и снова выдвигается вперед.

Движение жгутика связано с сокращением его девяти периферических волокон.Энергия для сокращения обеспечивается АТФ (аденозинтрифосфат), присутствующим в митохондриях блефаропластов. Функция мастигонем, обнаруженных на жгутике, остается неизвестной.

(ii) Эвгленоид движение:

Это характерное медленное и ограниченное движение эвглены, называемое метаболическим или эвгленоидным движением. На твердом субстрате эвглена медленно извивается, как червяк, за счет перистальтики, то есть волны сжатия и расширения охватывают тело от переднего к заднему концам, и животное движется вперед.Перистальтика осуществляется с помощью мионем, расположенных непосредственно под пленкой.

2. Питание :

Режим питания в эвглене миксотрофный, то есть простой режим питания не является достаточным для поддержания жизни в эвглене.

Видны следующие виды питания:

(a) Голофитный или автотрофный:

Это основной способ питания эвглены. Хлорофилл содержится в хроматофорах, присутствующих в теле эвглены.Эвглена самостоятельно производит пищу путем фотосинтеза с помощью хлорофилла в присутствии солнечного света, диоксида углерода и воды. Хлорофилл расщепляет диоксид углерода на углерод и кислород. Этот углерод соединяется с водой, образуя углевод, называемый парамилумом, избыток которого хранится в пиреноидных телах.

(b) голозойский или гетеротрофный (животное-подобный):

Некоторые виды эвглены способны поглощать твердые частицы, которые проходят через пищевод в организм и ассимилируются.Движения жгутика создают водоворот, благодаря которому мельчайшие фрагменты вынуждены попадать в цитостом. Этот вид питания похож на питание типичных животных и называется галозойским.

Некоторые зоологи сомневаются в таком способе питания, но другие более или менее уверены в этом. Холл (1939) установил, что эвглена не испытывает недостатка в твердой пище, но поддерживает свое существование голофитным и сапрозойным типами питания. Козлофф (1972) упомянул, что «эвглена, как известно, не поглощает органические частицы в виде частиц, но может использовать органические питательные вещества в растворе».

(c) Сапрофитный или сапрозойский:

Питается разлагающимися органическими веществами, такими как грибы. Эвглена, если ее держать в темноте в растворе углеводов и азотистых соединений, сохраняется и быстро размножается, но хлорофилл теряется. Это показывает, что эвглена продолжает свое существование за счет сапрофитного питания, при котором питательные вещества растворяются в воде и абсорбируются.

3. Дыхание :

Эвглена дышит через всю поверхность нашего тела.Кислород, растворенный в воде, диффундирует через пленку, а углекислый газ выделяется наружу. Ферменты, присутствующие в митохондриях, катализируют реакции окисления с помощью кислорода.

Высвободившаяся энергия улавливается высокоэнергетическими фосфатными связями АТФ, которые поставляют энергию для метаболической активности. Вероятно, что часть CO 2 , образующегося в качестве побочного продукта катаболической активности организма, используется для фотосинтеза, а высвободившийся O 2 — для дыхания.

4. Осморегуляция :

Содержание воды в организме регулируется сократительной вакуолью, которая периодически опорожняется в резервуар. Это называется осморегуляцией. Во время диастолы сократительная вакуоль нарастает скачкообразно, потому что меньшие дополнительные вакуоли, образующиеся в ее окрестностях, сливаются с ней одна за другой.

После максимального роста сократительная вакуоль подвергается систоле, слившись со слизистой оболочкой резервуара и прорываясь в нее.Напомним, что вода имеет тенденцию попадать в организм животного путем эндосмоса.


Курсовая работа № 5. Выведение эвглены :

Азотистые продукты жизнедеятельности (аммиак), образующиеся в результате катаболизма, выходят путем диффузии через общую поверхность тела. Некоторое выделительное вещество может выводиться сократительной вакуолью в резервуар. Согласно недавним исследованиям Chadefaud, сократительная вакуоль окружена специализированной гранулярной и экскреторной цитоплазмой.

Несколько небольших дополнительных вакуолей появляются в экскреторной цитоплазме и позже сливаются вместе, образуя большую сократительную вакуоль. Периодически вакуоль достигает своего максимального размера (диастола), а затем лопается (систола), чтобы вывести свое содержимое в резервуар и, следовательно, наружу.

Считается, что стенка сократительной вакуоли, контактирующая с резервуаром, очень нестабильна и легко лопается. При удалении избытка воды удаляются и некоторые растворенные азотистые экскреторные вещества.


Курсовая работа № 6. Поведение Эвглены :

Если движущаяся вперед эвглена вращается вокруг своей оси, достигает неблагоприятной области, она вскоре поворачивается и возвращается в благоприятную область. Таким образом он пытается вырваться из неблагоприятных условий. Точно так же его привлекает благоприятный интенсивный свет, но он пытается отодвинуть очень яркий свет.

Эвглена обретает это ощущение света с помощью своего глазного пятна.Это особенно примечательно, поскольку питание эвглены зависит в основном от фотосинтеза, для которого животным необходимо чувство света.

Если эвглены хранятся рядом с источником света в небольшой посуде, они вскоре переместятся в освещенное место, однако, если блюдо убрать в затемненное место, они снова рассыпаются по всей посуде. Эвглена также реагирует на тепловые и химические раздражители, из-за которых вся ее деятельность замедляется, или она пытается уплыть от этих раздражителей.

(i) Реакция на свет:

Euglena показывает позитивное фото-такси, избегая яркого света, но поворачивая и плывя к умеренно интенсивному свету, например, из окна.Подобно большинству подвижных и свободно живущих одноклеточных организмов, содержащих хлорофилл, он ориентируется параллельно лучу обычного света и плывет к источнику освещения.

В чашке с культурой большинство особей собираются сбоку от света. Если блюдо находится под прямыми солнечными лучами и одна половина его накрыта, животные избегают области прямого солнечного света, а также тени, а собираются между ними в небольшую полосу.

(ii) Шоковая реакция:

Плавающая эвглена демонстрирует ударную реакцию, при которой изменяется направление свечения.Было обнаружено, что парафлагеллярное тело более светочувствительно, чем любая другая часть тела. Клеймо расположено таким образом, что если эвглена освещена сбоку, ее парафлагеллярное тело или фоторецептор затеняются рыльцем один раз за каждый нормальный оборот.

Каждый раз, когда это происходит, фоторецептор возбуждается и действует на жгутики таким образом, что организм поворачивается к новому источнику света. Сначала тело наклоняется вниз, затем при каждом последующем повороте слегка выпрямляется вверх с постепенным изгибом к новому источнику света.

При движении в направлении света фоторецептор не затеняется рыльцем, поэтому животное продолжает следовать тем же курсом. Поскольку свет необходим для фотосинтеза или ассимиляции углерода с помощью хлорофилла, эта специализация, выводящая животное на свет, имеет явное преимущество в его питании.


Курсовая работа № 7. Репродукция в Эвглене :

У эвглены происходит только бесполое размножение.

Это происходит двумя способами:

и. Бинарное деление.

ii. Множественное деление и стадия пальмеллы.

и. Бинарное деление:

При благоприятных экологических условиях, таких как наличие пищи, оптимальный свет, температура и вода, активная эвглена воспроизводится за счет продольного двойного деления. Инициируется делением базальных тел. Ядро разделено своеобразным митозом, при котором митотическое веретено формируется внутри интактного ядра, т.е.е. ядерная оболочка и эндосома или ядрышко не распадаются во время митоза.

Кариокинез (деление ядра) сопровождается цитокинезом (делением цитоплазмы), который включает удвоение жгутиков, рыльца, сократительной вакуоли, хлоропластов, митохондрий и т. Д. На более поздних стадиях резервуар, цитофаринкс и цитостом дублируются продольной бороздой. На заключительном этапе цитокинеза на переднем конце тела появляется продольная борозда, идущая назад, разделяя родительское тело на две дочерние эвглены.

ii. Множественное деление и стадия пальмеллы:

При неблагоприятных условиях в Эвглене происходит множественное деление. Он выделяет вокруг себя кисту. Стенки кисты могут быть толстыми или тонкими. Животное делится, образуя от 16 до 32 дочерних эвглен внутри кисты. Иногда жгутик эвглены исчезает, и его тело сокращается, превращаясь в круглую структуру, напоминающую водоросли. В этом состоянии вся деятельность замедляется, и животное делится путем деления. Таким образом, многие маленькие эвглены образуются из большой эвглены.

Эти эвглены выглядят как зеленые водоросли на поверхности воды. Это состояние известно как стадия пальмеллы, которая регулярно встречается у некоторых видов эвглены. Позже у этих дочерних эвглен вырастают жгутики, которые становятся свободными и развиваются во взрослых особей.

Нет четких доказательств полового размножения у эвглены, хотя Бихлер описал половое размножение посредством сингамии у некоторых видов.


Курсовая работа № 8. Encystment of Euglena:

При неблагоприятных условиях эвглена подвергается инцистированию.При инцистировании сначала эвглена становится неактивной, теряет жгутики и выделяет толстую округлую защитную кисту красного цвета (красный цвет обусловлен пигментом гематохромов). Киста секретируется слизистыми телами, лежащими под пленкой эвглены.

У энцистированных эвглен есть хорошие шансы на широкое распространение. По возвращении благоприятных условий инцистированные эвглены выходят наружу и возвращаются к нормальной активной жизни.


Курсовая работа № 9. Положение Эвглены :

Эвглена показывает многие признаки растений, такие как хроматофоры с хлорофиллом и холофитное питание.

Однако это животное считается животным по следующим причинам:

(i) В нем отсутствует клеточная стенка из целлюлозы.

(ii) Его пленка состоит из белков, как и другие клетки простейших (т. Е. Инфузорий).

(iii) Наличие рыльца и парафлагеллярного тела, светочувствительной структуры.

(iv) Наличие сократительной вакуоли.

(v) Воспроизведение двойным делением.

Таким образом, эвглена представляет собой маленькое микроскопическое живое существо, у которого нет заметной морфологической дифференциации структуры, по которой ее можно было бы четко различить.

Поскольку эвглена проявляет сходство как с растениями, так и с животными, ее позиция считается спорной. Некоторые биологи предлагают рассматривать эвглену как промежуточный этап в эволюции растений и животных.

Euglena показывает следующие признаки растений:

(a) Фотосинтез происходит в присутствии солнечного света.

(b) Пиреноидные тела присутствуют.

(в) Питание голофитное.

(d) Палмела стадия существует.

(e) Присутствуют хроматофор и хлорофилл. Эвглена показывает следующие признаки животных:

(i) Воспроизведение происходит двойным делением.

(ii) Имеется сократительная вакуоль.

(iii) Пелликула состоит из белка.

(iv) Питание бывает гетерофитным, частичным или полным.

(v) Он также использует пентозы аминокислот или полипептиды в качестве источников азота.


Поток клеток Euglena gracilis зависит от градиента интенсивности света

Abstract

Мы количественно оценили фотодвижение суспензии Euglena gracilis , представляющую поведенческую реакцию на световой градиент. Несмотря на недавние измерения фототаксиса и фотофобности, детали макроскопического поведения фотодвижений клеток в условиях градиентов интенсивности света, которые имеют решающее значение для понимания недавних экспериментов по пространственно локализованным образцам биоконвекции, не были полностью поняты.В этой статье поток плотности клеток при градиенте интенсивности света был измерен с помощью следующих двух экспериментов. В первом эксперименте капилляр, содержащий суспензию клеток, освещался разной интенсивностью света в двух областях. В установившемся режиме различия количества клеток в двух областях, нормированные на общее количество, были пропорциональны разнице света, где разница в интенсивности света составляла 0,5–2,0 μ моль м −2 с −1 .Коэффициент пропорциональности был положительным (т. Е. Яркая область содержала много микроорганизмов), когда средняя интенсивность света была слабой (1,25 мкм моль м -2 с -1 ), тогда как он был отрицательным, когда средняя интенсивность была сильной. (13,75 мкм моль м −2 с −1 ). Во втором эксперименте неглубокий прямоугольный контейнер с суспензией освещался ступенчатым светом. Распределение плотности клеток показало единственный пик в месте, где интенсивность света была примерно I c 3.8 мкм моль м −2 с −1 . Эти результаты предполагают, что суспензия E. gracilis реагировала на световой градиент и что благоприятная интенсивность света составляла I c .

Образец цитирования: Огава Т., Сёдзи Э, Суэмацу Нью-Джерси, Нишимори Х., Изуми С., Авазу А. и др. (2016) Поток клеток Euglena gracilis зависит от градиента интенсивности света. PLoS ONE 11 (12): e0168114. https: // doi.org / 10.1371 / journal.pone.0168114

Редактор: Санджой Бхаттачарья, Глазной институт Баскома Палмера, США

Поступила: 22.06.2016; Одобрена: 27 ноября 2016 г .; Опубликовано: 29 декабря 2016 г.

Авторские права: © 2016 Ogawa et al. Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Доступность данных: Все соответствующие данные находятся в документе.

Финансирование: Эта работа была поддержана JSPS KAKENHI 26400396 MI https://www.jsps.go.jp/english/e-grants/ и CREST PJ74100011 MI http://www.jst.go.jp/ kisoken / crest / en / index.html. Финансирующие организации не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили, что никаких конкурирующих интересов не существует.

1 Введение

Euglena gracilis — одноклеточная фотосинтетическая водоросль с жгутиками; тело примерно 10 мкм в ширину и м в длину и 50–100 мкм в длину. E.gracilis несет рыльце (глазное пятно) в передней части, которое имеет красный цвет из-за содержащихся в теле каротиноидных пигментов, называемых пигментными гранулами. Особи E. gracilis реагируют на свет посредством затенения рыльца на парафлагеллярном теле (PFB) у основания жгутика.Поведение фотоответа E. gracilis можно разделить на фототаксис, фотокинез и фотофобный ответ [1].

Посредством фототаксиса E.gracilis плывет к источнику света, если интенсивность меньше критического значения (положительный фототаксис), и уплывает, если интенсивность превышает критическое значение (отрицательный фототаксис) [2]. В этой статье мы определяем фототаксис потока клеток как движение фотоотклика, при котором средняя скорость плавания параллельна вектору света согласно Винсенту и Хиллу [3].Häder et al. [4] измерили фототаксис E. gralicis для нескольких яркостей белого света и обнаружили, что поведение фототаксиса почти предельное около 250 лк, что эквивалентно 1,05 Вт · м -2 в соответствии с соотношением преобразования. Giometto et al. [5] измерили фототаксис при распределении света, создаваемом точечным источником света. E. gracilis также обнаруживает таксис для поляризованного света [6, 7].

Фотокинез — это явление, при котором линейная скорость плавания зависит от силы света.Нода исследовал скорость плавания E. gracilis при яркости света от 200 до 2500 лк (С. Нода, магистерская диссертация в Хиросимском университете, 2012 г.). Было обнаружено, что скорость плавания составляла приблизительно 60 μ мс -1 , если сила света была меньше 1000 лк, но она увеличивалась с увеличением интенсивности света, с максимальной скоростью приблизительно 90 μ мс — 1 при 2500 лк.

Фотофобная реакция — это реакция шока, вызванная светом, которая возникает, когда интенсивность освещения вокруг микроорганизма внезапно изменяется.Мацунага и др. [8] измерили статистику изменения направления плавания при резком временном изменении интенсивности света. Они измерили как «повышающее» изменение; то есть увеличение интенсивности света из состояния отсутствия света и «понижение» интенсивности; то есть уменьшение интенсивности света до состояния отсутствия света. Они также определили фотофобный индекс и измерили индекс для света с разными длинами волн (260-520 нм) и интенсивностями (0,3–100 мкм моль м -2 с -1 ) и обнаружили, что индекс увеличивается с увеличением интенсивности света. в диапазоне 0.1–10 мкм моль м –2 с –1 , хотя детальное поведение зависело от длины волны. Кроме того, Iseki et al. [9] идентифицировали флавопротеин, ответственный за «повышающие» ответы.

Фотодвижения E. gracilis вызывают интересную макроскопическую картину: биоконвекцию [3, 10–14]. Если взвесь E. gracilis освещена снизу сильным светом, картина локализуется в пространстве [15, 16]. Такие локализованные структуры можно разделить на две группы: одна представляет собой отдельную область с высокой плотностью клеток, зажатую с двумя противоположно вращающимися конвекционными валками (биоконвекционный блок), а другая представляет собой бегущую волну в ограниченной области (локализованная бегущая волна).Эти элементарные конструкции могут быть получены в кольцевом контейнере [15].

Сильное освещение снизу является необходимым условием для создания этих локализованных биоконвекционных структур. И наоборот, если интенсивность света мала, картина локализации не наблюдается [17]. В то время как поведение фотоотклика, вероятно, отвечает за механизм локализации, вышеупомянутые фотодвижения кажутся недостаточными для описания наблюдаемых паттернов локализации. В частности, движение микроорганизмов за счет фототаксиса параллельно световому вектору.В установке вертикального светового вектора это важно для микроорганизмов, чтобы накапливаться у поверхности и вызывать нестабильность Рэлея-Тейлора [18]; однако макроскопический горизонтальный поток плотности клеток, вызывающий наблюдаемую пространственную локализацию, не учитывается в этом эффекте.

Винсент и Хилл [3] проанализировали гидродинамическую модель биоконвекции, созданную с помощью положительного фототаксиса, когда суспензия освещалась сверху. В их модели член фототаксиса индуцировал поток плотности клеток только в вертикальном направлении.Рассеяние света рассматривалось в биоконвекции при освещении сверху Гораи и его сотрудниками [19, 20]; однако поток усредненной плотности клеток из-за фототаксиса был направлен вертикально, как в модели Винсента и Хилла. Следовательно, похоже, что для локализованной конвекции требуется другое фотодвижение, которое могло бы быть боковым, чтобы усилить пространственные возмущения.

В этом исследовании мы предполагаем, что боковое движение происходит из-за фотодвижения, определяемого световым градиентом, благодаря которому возможно эффективное скопление особей, потому что при освещении подвески снизу область у поверхности, которая составляет Euglena -богатая. темнее по сравнению с другими регионами.Для сравнения, Williams и Bees [21] включили влияние фотодвижения за счет светового градиента на крутящий момент, приложенный к клетке микроорганизма, предполагая, что отдельная клетка способна обнаруживать световой градиент. Кроме того, исследования таких условий, как пространственная световая ловушка [7] или фотофобная реакция [8], позволили предположить некоторые реакции E. gracilis на световой градиент.

Giometto et al. [5] получили уравнение плотности клеток, которое включает пространственный потенциал, вызывающий популяционную скорость в направлении светового градиента.Однако их измерения проводятся при освещении точечным источником света. Таким образом, вектор света не является вертикальным, за исключением начала источника света, поэтому их уравнение не может быть применено непосредственно к конфигурации пространственно однородного освещения (плоский источник света), что связано со многими проблемами, включая проблемы биоконвекции. Уравнение для описания потока ячеек при световом градиенте, создаваемом плоскими источниками света, будет полезным, однако прямых измерений потока плотности ячеек в Е нет.gracilis под легким градиентом. Здесь мы сосредотачиваемся на макроскопическом поведении потока плотности клеток (называемого в дальнейшем «плотностью клеток») и представляем доказательства того, что световой градиент на самом деле вызывает смещение плотности клеток при неоднородном освещении. В частности, в этом исследовании мы измерили фотодвижение E. gracilis за счет светового градиента. Обобщив экспериментальные установки ниже (раздел 2), мы покажем, что поток плотности клеток состоит из суммы диффузии и другого потока, который пропорционален световому градиенту и средней плотности клеток (раздел 3).Мы оцениваем коэффициенты потока как функцию средней интенсивности света (раздел 4) и обсуждаем наблюдаемое поведение фотодвижения в контексте других явлений, таких как хемотаксис (раздел 5).

2 Экспериментальные установки

E. gracilis предварительно культивировали с использованием среды Корена-Хутнера в течение 2–4 недель при непрерывном освещении при комнатной температуре. Затем клетки инокулировали в раствор HYPONeX с концентрацией 1 г / л при периодическом освещении (14 ч яркого света / 10 ч темноты).После 4–21 дня культивирования в водном растворе HYPONeX суспензию использовали для каждого эксперимента в течение 10–14 часов циркадного времени (CT).

Поток плотности клеток измерялся в световом поле с двумя различными областями интенсивности (раздел 3). Культуру HYPONeX разбавляли до 2,50 × 10 5 клеток / мл -1 плотности клеток и помещали в капиллярный стакан (объем V = 1 мкл , длина = 30 мм, внутренний радиус = 0,10 мм). . Капиллярное стекло с культурой клеток освещали в течение 60 мин снизу галогенным плоским источником света (YAHATA, Megalight 100) через белую акриловую пластину (толщиной 1 мм) для рассеивания света (рис. 1 (а)).Две области с разной интенсивностью света были приготовлены с использованием фото-маски из листа OHP, на котором маска в градациях серого была напечатана с использованием лазерного принтера (Canon MF8350). Плотность фотопотока (PFD) в точке наблюдения I измерялась освещающим фотометром (Deltaohm, HD2302.0) на белой акриловой пластине. Разница в PFD между более темной областью ( I D ) и более яркой областью ( I B ) варьировалась от 0.От 5 до 2,0 мкм моль м −2 с −1 при сохранении средней интенсивности ( I D + I B ) / 2 постоянной (рис. 1 (b) ). В области около x = 0, границы интенсивностей света, интенсивность света имела градиент. Максимальный световой градиент составил -0,314 мкм моль м -2 с -1 мкм м -1 . Для подсчета количества клеток, содержащихся в более темной ( N D ) и более яркой ( N B ) частях, капиллярное стекло было разрезано по центру и культура перенесена на стеклянную пластину. перед тем, как один раз промыть внутреннюю часть капиллярного стакана дистиллированной водой.Затем подсчитывали количество клеток на фотографии, сделанной с верхней части стеклянной пластины с помощью микрообъектива (универсальный адаптер Raynox UAC 3500), прикрепленного к цифровой камере (GC-PX1, JVC, Япония). Для каждого набора из I B I D и I B + I D было выполнено десять экспериментов. Хотя в более позднем анализе использовалась нормализованная разница в двух регионах, распределение для N D и N B характеризовалось 60.30 ± 19,41 и 151,80 ± 22,75 (среднее ± стандартное отклонение) для случая ( I D + I B ) / 2 = 1,25 μ моль м −2 с −1 и I B I D = 1,5 μ моль м −2 с −1 , например.

Плотность стационарных клеток оценивалась при освещении градиентом силы света (раздел 4).Ступенчатая интенсивность света создавалась фотошаблоном с листом ОНР. Были приготовлены два вида дискретных рисунков следующим образом: первый рисунок имел восемь ступеней, а интенсивность света увеличивалась с 1,47 мкм моль м -2 с -1 до 25,76 мкм моль м -2 с −1 с 3,47 мкм моль м −2 с −1 в шаге с прямоугольными областями (5 мм в ширину, 25 мм в высоту) (Лист A; Рис. 2 (a), внутри пунктирного прямоугольника ).Вторая картина имела семь ступеней, а интенсивность света увеличивалась с 1,47 мкм моль м -2 с -1 до 8,41 мкм моль м -2 с -1 с 1,16 мкм моль м −2 с −1 в шаге (Лист B). Шаблоны были зажаты с двумя более широкими прямоугольными областями (40 мм в ширину, 25 мм в высоту), и оттенки серого каждого широкого прямоугольного шаблона были такими же, как и у соседнего прямоугольника, чтобы устранить граничные эффекты.

Была приготовлена ​​силиконовая пластина толщиной 1 мм с прямоугольным отверстием, которая была зажата со стеклянными пластинами для создания ячейки Хеле-Шоу (64 мм в ширину, 10 мм в высоту и 1 мм в толщину). Культуру HYPONeX разбавляли до 0,50 × 10 5 по плотности клеток и герметизировали в ячейке Хеле-Шоу. Ячейка Хеле-Шоу освещалась снизу галогеновым плоским светом через фото-маску и белую акриловую пластину (рис. 2 (b)). После 2-часового освещения клетки в каждой прямоугольной области фотографировали с использованием той же оптики, что и в предыдущем эксперименте.Оптика была установлена ​​на устройстве, которое позволяет механически перемещаться по горизонтали, так что высота фокуса была одинаковой для всех областей во время одной последовательности сканирования. Кроме того, тщательно выбиралась высота фокуса, чтобы избежать приграничных областей. Сфотографированная область представляла собой прямоугольник (2,9 мм × 2,2 мм) в центральной части каждой прямоугольной области, после чего подсчитывали количество ячеек. Мы подготовили две фотографии, сделанные с интервалом в одну секунду, преобразовали их в изображения в оттенках серого (рис. 2 (c)) и подсчитали темные пятна, которые перемещались между двумя изображениями.Для каждой области плотности было выполнено десять измерений. Отметим, что ширина прямоугольной области была выбрана так, чтобы она была больше как толщины ячейки Хеле-Шоу, так и ширины области фотографии.

3 Поток плотности клеток за счет светового градиента

В первом эксперименте (рис. 1), если N B и N D зависят от разницы в интенсивности света, I B I D , поток плотности клеток имеет еще один фактор, зависящий от световой среды.Здесь мы смоделировали движение населения, а не индивидуальное движение. Согласно результатам Giometto et al. [5], что распределение плотности клеток удовлетворяет уравнению диффузии, мы предположили, что поток плотности клеток Дж был суммой эффекта диффузии и дополнительного члена, Дж p , который был неизвестен в тот момент , следующее. (1) Нашей целью в этом эксперименте было выяснить, зависит ли J p от разницы в интенсивности света, Δ I = I B I D , и количественно определить зависимость от Δ I .Для этого была использована следующая формула. В установившемся режиме Дж = 0. Мы проинтегрировали уравнение (1) по интервалу [- ε , ε ] (где 2 ε — характерная ширина переходного слоя интенсивности света на обе стороны), чтобы получить (2) Что касается n ( ε ), n (- ε ) в качестве средней плотности клеток в яркой области и в темной области, N B / ( V /2 ), N D / ( V /2) соответственно, мы получили (3) Таким образом, усредненный поток в интервале [- ε , ε ],, представляется как (4) Эта формула дает соотношение между Δ N и Δ N , измеренным экспериментально.Мы измерили Δ N для разных Δ I , сохранив при этом среднюю интенсивность света I среднее значение = ( I D + I B ) / 2. Результаты суммированы на рис. 3, где нанесен график для Δ I для I среднее значение = 1,25, 3,25 и 13,75 мкм моль м −2 с −1 . Количество клеток в капилляре ( N D + N B ) варьировалось от 135 до 319, тогда как количество было оценено как 250 клеток из средней плотности клеток в культуре.Когда I среднее значение = 1,25 μ моль м −2 с −1 , средние значения N B для каждого значения Δ I всегда были больше, чем у N D ; то есть особи имели тенденцию накапливаться в среднем в более яркой области. С другой стороны, когда I среднее значение = 13,75 μ моль м −2 с −1 , средние значения N B всегда были меньше, чем N . D , и особи имели тенденцию скапливаться в среднем в более темных областях.Эти два случая показывают, что горизонтальный световой градиент вызывает смещение плотности клеток и что направление потока плотности клеток зависит от среднего значения I . Также показан почти нейтральный случай, I среднее = 3,25 μ моль м −2 с −1 , где средние значения N D и N B были почти такими же, хотя световой градиент присутствовал.

Рис 3. по сравнению с Δ I для I среднее значение = 1,25, 3,25, 13,75 μ моль м −2 с −1 .

Усредненные значения и стандартные отклонения показаны точками и столбиками . Фитинги нарисованы пунктирными линиями . Наклоны : 0,302 ± 0,0252 для I среднее значение = 1,25 мкм моль м −2 с −1 , −0,0147 ± 0,0226 для I среднее = 3 .25 μ моль м −2 с −1 и −0,243 ± 0,0217 для I среднее значение = 13,75 μ моль м −2 с −1 .

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0168114.g003

Кроме того, рис. 3 показывает, что это пропорционально Δ I : (5) где k — постоянная, определяемая средней силой света и. Тогда мы могли бы определить поток как (6) где — усредненный градиент интенсивности света.

Взяв предел ε → 0, мы получили следующий вид J p : (7) где коэффициент 2 k был заменен функцией силы света, f ( I ).

4 Функция фотодвижения за счет светового градиента

Далее мы оценили f ( I ) экспериментально. Мы использовали следующую формулу. По формуле (1) и виду Дж p (уравнение (7)) мы приняли следующий вид потока плотности клеток в одномерном случае как (8) В установившемся режиме Дж = 0.Потом, (9) Таким образом, мы можем оценить f ( I ) путем измерения распределения плотности клеток в установившемся состоянии, n ( x ), при заданном распределении интенсивности света I ( x ). Для этого был проведен эксперимент, представленный на рис.

Общее поле силы света можно рассматривать как ступенчатое, тогда как средний линейный градиент света dI / dx = γ в листе A составил γ = γ A = 0 .694 μ моль м −2 с −1 ⋅ мм −1 , а в листе B γ = γ B = 0,231 μ моль м −2 с −1 ⋅ мм −1 . Далее мы предположили, что dI / dx = γ .

Поскольку плотность клеток была низкой, а глубина суспензии была небольшой, мы могли исключить эффект самозатенения E. gracilis ; в частности, не происходила биоконвекция.Кроме того, глубина резкости камеры, a , была мала по сравнению с глубиной ячейки Хеле-Шоу, d . Таким образом, подсчитанное число в каждой области, N , было оценено путем умножения плотности клеток на a и области наблюдения A : N = nAa . В реальных измерениях мы использовали усредненное частотное распределение N , n ′, которое также пропорционально n . Из этих измеренных значений мы могли бы получить f ( I ) как (10)

На рис. 4 показано частотное распределение подсчитанного количества ячеек, n ′.Во всех экспериментах не наблюдалось глобального перетекания или самозатенения особей. Результаты для листа A показывают медленный распад ( I −1 ) n ′, когда I > 15 μ моль · м −2 s −1 . На обоих графиках есть одиночные пики; в частности, I = 3,80 μ моль м −2 с −1 для листа B. Эти результаты показывают, что E. gracilis предпочитает определенную интенсивность света и движется согласно световому градиенту.Распределение с использованием листа B предполагает, что n ( x ) имеет большой разброс в области I <10 μ моль м −2 с −1 ; данные для листа А сглаживаются в этой области.

Рис. 4. Построенные данные n ′ ( x ).

(а) Лист А, исходные данные. Усредненные значения и стандартные отклонения показаны точками и полосами, которые немного сдвинуты вправо, чтобы избежать перекрытия с необработанными данными.(b) То же, что и в (a), но для листа B. (a) ’Лист A, кривая, описанная уравнением (11). Усредненные значения и стандартные отклонения показаны точками и полосами. (b) ’Как в (a)’, но для листа B и горизонтальный диапазон был установлен таким же, как для (a) ’.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0168114.g004

Полученные распределения качественно согласуются с результатом, полученным при рассмотрении потока плотности клеток, где E. gracilis переместилась в более яркую область при I = 1.25 μ моль м −2 с −1 , тогда как он предпочел более темную область, когда I = 13,75 μ моль м −2 с −1 . Мы предположили, что измеренное значение Частотное распределение количества клеток, которое пропорционально распределению плотности клеток, было представлено дробной функцией следующего вида: (11) где независимая переменная была заменена на I с использованием отношения I ( x ) = γx .Эта форма была выбрана таким образом, чтобы при I было большим, как это отражено в результате на листе A (рис. 4 (a)).

Подгонянные значения a , b , c и d , полученные методом Левенберга-Марквардта, а также интенсивность света, дающая пик подобранной кривой, I *, перечислены в таблице 1. для обоих случаев листа A и листа B. Подгоняемая функция принимает максимум при I = I c = 3.8 мкм моль м −2 с −1 для листа B.

Эти два эксперимента дают распределение плотности клеток в разных световых областях; закон затухания в яркой области был получен путем эксперимента с использованием Листа A, а подробное распределение вблизи максимума n ′ было исследовано в эксперименте с использованием Листа B. Здесь мы отмечаем, что плотность клеток n ( I ) ожидалось, что он будет пропорционален; однако их коэффициенты пропорциональности не совпадают при конкретном значении I (или x ) по следующим двум причинам: (1) (и изображенные данные) представляют не саму плотность клеток, а нормализованное значение используя общее количество ячеек.(2) Распределение количества клеток зависит как от средней плотности клеток, так и от распределения света. Следовательно, мы не можем напрямую объединить результаты для листа A и листа B.

Чтобы получить функцию f ( I ) с использованием этих данных, нам не требовалось абсолютное значение плотности ячеек, потому что пропорциональность не меняется f ( I ): f ( I ) инвариантно относительно преобразования n ′ → αn ′ ( α — постоянная).Используя этот факт, мы оценили функцию распределения чисел, охватывающую всю экспериментальную область, следующим образом. Определим набор данных интенсивности света и плотности клеток в экспериментах с использованием Листа A и Листа B как S A и S B соответственно. Здесь S A и S B , где M — количество данных. Мы определяем критическую интенсивность света, разделяющую область затухания и детализированную область, как I = I b = 10 μ моль м −2 s −1 .Мы объединяем S A и S B с учетом того, что каждый набор имеет неопределенный коэффициент плотности ячеек, который является результатом различных областей светового градиента. Без потери общности, мы можем присвоить коэффициент неопределенности только набору данных S A . Теперь объединенный набор данных S ( α ) определяется как (12) (13) Подгонка функции к набору данных S ( k ) выполняется следующим образом.Мы определяем ошибку подгонки как функцию α как: (14) (15) где — функция, пропорциональная распределению плотности клеток. Здесь мы приняли разницу между логарифмом данных и функциями для взвешивания данных в области затухания, чтобы хвостовая часть распределения также вносила вклад в оценку ошибки. Чтобы найти набор из α и ( a , b , c , d ), чтобы минимизировать E ( α ; a , b , c , d ), мы нашли параметры ( a , b , c , d ) для минимизации E ( α ; a , b , c , d ) для заданного значения α .Величина минимальной ошибки определялась как. Затем находим минимизатор α = α * такой, чтобы определить лучшие параметры α и ( a , b , c , d ). На практике мы вычисляем в интервале 1 ≤ α ≤ 5 с шагом 0,01 и находим α *, так что это минимум. Результаты приведены в таблице 1 (справа), где были получены α * = 3,96 и I * = 3,63.Соответствующая функция для набора данных S ( k ) показана на рис. 5.

Подставляя функции и на n ′ в уравнении (10), вычисляем функцию f ( I ). Здесь мы еще раз отметим, что постоянная неопределенность не влияет на расчет f ( I ), поэтому оба и могут использоваться для расчета f ( I ). Расчетные функции f ( I ) показаны на рис. 6. Общая форма функции для Листа A аналогична таковой для объединенного, за исключением меньших значений интенсивности света.Форма функции для Листа B аналогична объединенной для больших значений интенсивности света, тогда как она отличается от формы для объединенного из-за грубых данных. Значение f ( I ) должно быть идентично значению 2 k , полученному с учетом потока плотности ячеек; k = 0,302, -0,0147, -0,243 для I среднее значение = 1,25, 3,25 и 13,75 μ моль м −2 с −1 соответственно. Значение k = 0.302 ( I среднее значение = 1,25 μ моль м −2 с −1 ) отклоняется от результата, потому что он находится за пределами области измеренного значения, и подобранная функция, таким образом, не может хорошо представлять данные . Два других значения демонстрируют разумное согласие с расчетным значением f ( I ).

Знак f ( I ) изменяется при I = I c по формуле (10). Таким образом, если сила света меньше I c , E.gracilis имеют тенденцию двигаться в сторону более яркой области. Если интенсивность света больше, чем I c , E. gracilis имеет тенденцию смещаться в более темную область. Однако функция f ( I ) принимает значение почти равное нулю, если I большое (например, 15 μ моль м −2 с −1 ), поэтому E. gracilis почти нейтральный по отношению к световому градиенту, если средняя интенсивность света достаточно велика.

5 Заключительные замечания

В этом исследовании мы провели два эксперимента, чтобы изучить распределение плотности клеток в суспензии E.gracilis под градиентом интенсивности света. В первом эксперименте был измерен поток плотности клеток, и результат показал, что поток был пропорционален градиенту интенсивности света и плотности клеток. Коэффициенты пропорциональности могут быть как положительными, так и отрицательными, в зависимости от средней интенсивности света. Во втором эксперименте коэффициент оценивался как функция интенсивности света. Полученные результаты показали, что E. gracilis имели тенденцию к накоплению в области с определенной интенсивностью света (примерно 3.8 μ моль м −2 с −1 ), когда суспензия освещалась снизу таким образом, что создавался линейный градиент интенсивности света, хотя критическое значение для индивидуумов могло иметь разнообразие. В этих экспериментах основной эффект фототаксиса был вертикальным из-за вертикального освещения, которое отличается от той, что использовалась Джометто и др., В которой использовался точечный источник света, а средний вектор света был наклонен [5].

Согласно эксперименту локальной биоконвекции с использованием E.gracilis [15, 16], мы приняли типичную плотность клеток как ρ = 10 6 клеток / мл, а глубину суспензии как d = 5 мм. Коэффициент поглощения суспензии E. gracilis , k a , составляет 2,84 × 10 −10 м 2 / клеток (С. Нода, кандидатская диссертация в Хиросимском университете, 2012). Используя закон Ламберта-Бера, мы можем оценить интенсивность света в верхней части подвеса, освещенного снизу, с интенсивностью света I 0 , I , как Если мы возьмем I 0 = 30 μ моль м −2 с −1 , что соответствует примерно 1200 лк, мы получим I = 7.2 μ моль м −2 с −1 , что выше порога I c . Следовательно, если имеется возмущение в соответствующем однородном распределении плотности клеток во всей области, возмущение нарастает за счет светового градиента. Эта нестабильность не зависит от длины волны возмущения и не зависит от неустойчивости Рэлея-Тейлора, которая вызывает многие виды (нелокализованной) биоконвекции. В этом смысле фотодвижение из-за светового градиента может представлять главную причину локализации.

Механизм накопления пока остается открытым. Поскольку E. gracilis имеет единственное парафлагеллярное тело, которое действует как орган чувств, особь E. gracilis не может обнаружить мгновенный световой градиент. Однако настоящие результаты показывают, что E. gracilis ведут себя так, как будто они могут чувствовать световой градиент. Предложена теоретическая модель биохимических кинетических процессов фоторецепторов для раскрытия механизма фотофобных реакций [7].Однако нынешние характеристики f ( I ) не могут быть полностью объяснены с помощью одной только этой модели. Ниже перечислены несколько альтернативных кандидатов для этого механизма.

Первый кандидат — механизм на основе фототаксиса. Фактически, E. gracilis может интегрировать информацию о рассеивании света в среде с градиентом света. В текущей настройке мы использовали акриловую пластину для рассеивания света, чтобы отдельная ячейка в среде с градиентом света обнаруживала векторы рассеяния света не только непосредственно снизу, но и под углом.Световые векторы снизу наклонно наклонены, и их интенсивность неоднородна. Таким образом, интеграция фототактического отклика разной величины может привести к наблюдаемому отклику на световой градиент. Этот сценарий будет подтвержден, если отклик фототаксиса изменится при том же значении интенсивности света, при котором функция f ( I ), функция отклика на световой градиент, принимает ноль, т.е. 3,8 μ моль м −2 с −1 , при тех же условиях освещения.Критическое значение изменения поведения фототаксиса, определенное Häder et al. составляла около 250 лк (= 1,05 Вт · м −2 ) [4]. Для точного преобразования энергетической освещенности в плотность фотопотока требуется спектр источника света, который недоступен. Оценка в предположении, что свет имел единственный пик при 470 нм, дает 1,05 Вт · м −2 = 4,1 мкм моль · м −2 с −1 . Подчеркнем, что это значение дает лишь порядок плотности фотопотока; однако примечательно, что он имеет тот же порядок, что и наше критическое значение.

Вторая возможность — это фотофобный механизм. Когда отдельная клетка E. gracilis плавает в условиях градиента света, интенсивность света изменяется в зависимости от пути плавания, что может вызвать изменение направления плавания. Согласно эксперименту Мацунага и соавт. [8], увеличение или уменьшение интенсивности света на несколько μ моль м −2 с −1 может увеличить вероятность изменения скорости в статистическом смысле.Значение интенсивности света также того же порядка, что и критическое значение в наших экспериментах, хотя в их экспериментах изучались изменения в поведении между светом и условиями отсутствия света.

Чтобы понять, как кинематический механизм может обеспечить чувствительность к градиенту, наводит на размышления механизм хемотаксиса у Escherichia coli и некоторых других бактерий. E. coli и некоторые другие бактерии демонстрируют явления, аналогичные понижающей (повышающей) фотофобной реакции E.gracilis [22–27]. Здесь E. coli демонстрирует временное увеличение скорости кувырка при изменении направления плавания, называемое адаптацией, вследствие внезапного уменьшения (увеличения) концентраций хемоаттрактанта (хеморепеллента). Хемотаксис E. coli также широко исследовался экспериментально и теоретически [22–32]. Недавно в результате теоретического исследования с использованием модели биохимической кинетики хеморецепторов была получена экспериментально наблюдаемая форма функции, которая зависит от отношения фоновой концентрации химического вещества к чувствительности к хемотаксису; эта функция соответствует f ( I ) в настоящем исследовании.[32].

Наши эксперименты показывают, что поток суспензии E. gracilis зависит от светового градиента. Измерения показывают другие аспекты коллективного движения E. gracilis , которые могут быть полезны для понимания коллективного поведения взвеси E. gracilis , особенно пространственно локализованных паттернов биоконвекции.

Вклад авторов

  1. Концептуализация: MI.
  2. курирование данных: КО.
  3. Формальный анализ: МИ ТО.
  4. Финансирование: MI.
  5. Расследование: МИ ХН АА.
  6. Методология: МИ ТО.
  7. Администрация проекта: MI.
  8. Ресурсы: MI SI.
  9. Программное обеспечение: MI ES TO.
  10. Надзор: MI.
  11. Подтверждение: MI ES TO.
  12. Визуализация: MI TO.
  13. Написание — черновик: MI.
  14. Написание — просмотр и редактирование: MI NJS.

Ссылки

  1. 1. Дин Б. Фототаксис и сенсорная трансдукция в Euglena . Наука. 1973; 181: 1009–1015. pmid: 4199225
  2. 2. Леберт М. Фототаксис Euglena gracilis — флавины и птерины. В серии «Всесторонняя фотонаука 1: Фотодвижение» (глава 11), изд. Хедер Д.-П. and Jori G., 2001.
  3. 3. Винсент Р.В., Хилл Н.А. Биоконвекция в суспензии фототактических водорослей. Журнал гидромеханики. 1996. 327: 343–371.
  4. 4. Häder D-P, Colombetti G, Lenci F, Quaglia M. Фототаксис у жгутиков, Euglena gracilis и Ochromonas danica . Архив микробиологии. 1981; 130: 78–82.
  5. 5. Джометто А., Альтерматт Ф., Маритан А., Стокер Р., Ринальдо А. Обобщенный рецепторный закон регулирует фототаксис в фитопланктоне Euglena gracilis .Труды Национальной академии наук США. 2015; 112: 7045–7050. pmid: 25964338
  6. 6. Häder D-P. Поляротаксис, гравитаксис и вертикальный фототаксис в зеленой жгутиконосце, Euglena gracilis . Архив микробиологии. 1987. 147: 179–183. pmid: 11536573
  7. 7. Кройц К., Дин Б. Моторные реакции на поляризованный свет и зондирование силы тяжести у Euglena gracilis . Журнал протозоологии. 1976; 23: 552–556.
  8. 8.Мацунага С., Хори Т., Такахаши Т., Кубота М., Ватанабе М., Окамото К., Масуда К. и Сугаи М. Обнаружение сигнального эффекта УФ-В / С света в расширенных спектрах действия УФ-А / синего типа для ступенчатых понижающие и повышающие фотофобные реакции у одноклеточной жгутиковой водоросли Euglena gracilis . Протоплазма. 1998. 201: 45–52.
  9. 9. Исэки М., Мацунага С., Мураками А., Оно К., Сига К., Ёсида К. и др. Аденилатциклаза, активируемая синим светом, опосредует фотоизбежание у Euglena gracilis .Природа. 2002; 415: 1047–1051. pmid: 11875575
  10. 10. Уэйджер Х. О влиянии гравитации на движения и скопление Euglena viridis , Ehrb. И других микроорганизмов. Философские труды Королевского общества B: биологические науки. 1911; 201: 333–390.
  11. 11. Platt JR. «Паттерны биоконвекции» в культурах плавающих организмов. Наука. 1961; 133: 1766–1767. pmid: 17829722
  12. 12. Чилдресс С. Механика плавания и полета.Издательство Кембриджского университета; 1981.
  13. 13. Педли Т.Дж., Кесслер Дж. Гидродинамические явления в суспензиях плавающих микроорганизмов. Ежегодный обзор гидромеханики. 1992; 24: 313–358.
  14. 14. Хилл Н.А., Педли Т.Дж. Биоконвекция. Исследование динамики жидкости. 2005; 37: 1–20.
  15. 15. Сёдзи Э., Нисимори Х., Авазу А., Идзуми С., Иима М. Локализованные модели биоконвекции и их зависимость от начального состояния в суспензиях Euglena gracilis в кольцевом контейнере.Журнал Физического общества Японии. 2014; 83: 043001.
  16. 16. Суэмацу Н.Дж., Авазу А., Изуми С., Нода С., Наката С., Нисимори Х. Локализованная биоконвекция эвглены , вызванная фототаксисом в боковом направлении. Журнал Физического общества Японии. 2011; 80: 064003.
  17. 17. Suematsu NJ, Biseibutsu no soukousei ni tomonau kyokuzai tairyu pata-n no hikari outou. RIMS Kokyuroku. 2014; 1900: 85–90.
  18. 18. Чандрасекхар С.Гидродинамическая и гидромагнитная устойчивость. Dover Publications; 1981.
  19. 19. Ghorai S, Panda MK, Hill NA. Биоконвекция в суспензии изотропно рассеивающих фототактических водорослей. Физика жидкостей. 2010; 22: 071901.
  20. 20. Ghorai S, Panda MK. Биоконвекция в анизотропной рассеивающей суспензии фототактических водорослей. Европейский журнал механики — B / Жидкости. 2013; 41: 81–93.
  21. 21. Уильямс CR, Пчелы MA. Фотогиротактическая биоконвекция.Журнал гидромеханики. 2011; 678: 41–86.
  22. 22. Берг ХК, Браун Д.А. Хемотаксис в Escherichia coli анализировали с помощью трехмерного отслеживания. Природа. 1972; 239: 500–504. pmid: 4563019
  23. 23. Macnab RM, Koshland DE. Механизм восприятия градиента в бактериальном хемотаксисе. Труды Национальной академии наук США. 1972; 69: 2509–2512.
  24. 24. Блок С.М., Сегалл Дж. Э., Берг ХК. Импульсные ответы при бактериальном хемотаксисе.Клетка. 1982; 31: 215–226. pmid: 6760985
  25. 25. Месибов Р., Ордал Г.В., Адлер Дж. Диапазон концентраций аттрактантов для бактериального хемотаксиса, а также порог и размер ответа в этом диапазоне: закон Вебера и связанные с ним явления. Журнал общей физиологии. 1973; 62: 203–223. pmid: 4578974
  26. 26. Браун Д.А., Берг ХК. Временная стимуляция хемотаксиса Escherichia coli . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки.1974; 71: 1388–1392. pmid: 4598304
  27. 27. Сегалл Дж. Э., Блок С. М., Берг ХК. Временные сравнения в бактериальном хемотаксисе. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 1986; 83: 8987–8991. pmid: 3024160
  28. 28. Баркай Н., Лейблер С. Устойчивость в простых биохимических сетях. Природа. 1997; 387: 913–917. pmid:

    24

  29. 29. Брей Д., Левин, доктор медицины, Мортон-Ферт С.Дж. Кластеризация рецепторов как клеточный механизм контроля чувствительности.Природа. 1998. 393: 85–88. pmid: 95

  30. 30. Мелло Б.А., Ту Ю. Эффекты адаптации в поддержании высокой чувствительности в широком диапазоне фонов для хемотаксиса Escherichia coli . Биофизический журнал. 2007. 92: 2329–2337. pmid: 17208965
  31. 31. Ту Й, Симидзу Т.С., Берг ХК. Моделирование хемотаксической реакции Escherichia coli на изменяющиеся во времени стимулы. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки.2008; 105: 14855–14860. pmid: 18812513
  32. 32. Намба Т., Нисикава М., Сибата Т. Биофизический журнал. Связь передачи сигнала с чувствительностью и динамическим диапазоном бактериального хемотаксиса. Биофизический журнал. 2012; 103: 1390–1399. pmid: 22995512

Изучение поведения Euglena viridis, Euglena gracilis и Lepadella patella, выращенных в цельностеклянном микроаквариуме

  • E. Berthier, E.W.K. Янг, Д. Биби, Инженеры из PDMS-land. Биологи из Полистирении. Лаборатория на чипе 12 , 1224–1237 (2012)

  • B.M. Carlson, Stem Cell Anthology , 1-е изд. (Эльзевьер, Канада, 2010 г.)

    Google ученый

  • К. Чанг, К. Пенг, В. Ляо, Ю. Тунг, Полидиметилсилоксановый чип для культивирования клеток млекопитающих. Аналитик 140 , 7355–7365 (2015)

    Статья Google ученый

  • К.Чавла, С. Бюргель, Г. Шмидт, Ф. Рудольф, О. Фрей, А. Хирлеманн, Платформа для культивирования микрожидкостных клеток, сочетающая долгосрочную визуализацию с высоким разрешением с импедансной спектроскопией. Разработка процедур 120 , 154–157 (2015)

    Статья Google ученый

  • А.Е. Христаку, М. Олин, Б. Онфельт, М. Виклунд, Ультразвуковая трехмерная культура клеток на чипе для динамических исследований иммунного надзора за опухолями с помощью естественных клеток-киллеров.Лабораторный чип 15 , 3222–3231 (2015)

    Артикул Google ученый

  • Г. Комина, А. Суска, Д. Филиппини, Изготовление PDMS lab-on-a-chip с использованием 3D-печатных шаблонов. Lab Chip , v. 14, pp. 424–430, 2014

  • М. Крамер, Дж. Майерс, Ростовые и фотосинтетические характеристики Euglena gracilis . Archiv fur Mikrobiologie 17 , 384–402 (1952)

    Статья Google ученый

  • С.Форри, L. Locascio, Встроенный контроль CO 2 для микрофлюидных клеточных культур. Лабораторный чип 11 , 4041–4046 (2011)

    Артикул Google ученый

  • М. Ган, Дж. Су, Дж. Ван, Х. Ву, Л. Чен, Масштабируемый микрожидкостный чип для бактериальной суспензионной культуры. Лабораторный чип 11 , 4087–4092 (2011)

    Артикул Google ученый

  • J.M. Glime, Bryophyte Ecology, Volume 2 (Электронная книга, спонсируемая Технологическим университетом Мичигана и Международной ассоциацией бриологов, Bryological Interaction, 2013 г.) http: // www.bryoecol.mtu.edu/. Доступ 30 января 2016 г.

    Google ученый

  • Дж. Хаген, Пять королевств, больше или меньше: Роберт Уиттакер и широкая классификация организмов. BioScience 62 , 67–74 (2012)

    Статья Google ученый

  • С. Халлдорссон, Э. Люкуми, Р. Гомес-Сьёберг, Р.М. Флеминг, Преимущества и проблемы микрофлюидных клеточных культур в полидиметилсилоксановых устройствах.Биосенс. Биоэлектрон. 63 , 218–231 (2015)

    Статья Google ученый

  • Я. Ханада, К. Сугиока, К. Мидорикава, Наноаквариумы из ультракоротких лазерных импульсов. Отдел новостей SPIE. 7 апреля 2008 г., DOI: 10.1117 / 2.1200902.1453

  • K. Haubert, T. Drier, D. Beebe, Склеивание PDMS с помощью портативной недорогой коронирующей системы. Лабораторный чип 6 , 1548–1549 (2006)

    Артикул Google ученый

  • г.Heo, Улучшение технологии экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) с помощью микрофлюидики (ProQuest Dissertations Publishing, США, 2009)

    Google ученый

  • Я. Хео, Л. Кабрера, Дж. Сон, Н. Футаи, Ю.С. Тунг, Г.Д. Смит, С. Такаяма, Характеристика и разрешение сдвигов осмоляльности, обусловленных испарением, которые ограничивают культуру микрожидкостных клеток в полидиметилсилоксановых устройствах. Анальный. Chem. 79 , 1126–1134 (2007)

    Артикул Google ученый

  • г.Хоссейни, С. Солтаниан-Заде, М. Ага, Микроинженерная камера Бойдена для анализа миграции клеток . Материалы 19-й Международной конференции по миниатюрным системам для химии и наук о жизни MicroTAS 2015 25-29 октября 2015 г., Кёнджу, стр. 2103–2104

  • Ю. Хван, О. Пайдар, Р. Кандлер, 3D-печатные формы для неплоских микрофлюидных каналов PDMS. Датчики Актуаторы A Phys. 226 , 137–142 (2015)

    Статья Google ученый

  • А.Ито, С. Хури, В. Тамура, Сборка микродеталей с помощью группы эвглены, контролируемой формированием, с использованием их фототаксиса. Материалы Международного конгресса и выставки по машиностроению IMECE2008, 2008 г., ASME, 31 октября — 6 ноября 2008 г., Бостон, 2, 207–208

  • К. Камей, Ю. Машимо, Ю. Кояма, К. Фокенберг, М. Накашима, М. Накадзима, Дж. Ли, Ю. Чен, 3D-печать мягкой литографической формы для быстрого производства микрофлюидных устройств на основе полидиметилсилоксана для стимуляции клеток с градиентами концентрации.Биомед. Микроустройства 17 , 36 (2015). DOI: 10.1007 / s10544-015-9928-y

    Артикул Google ученый

  • K.K.S. Лау, К. Глисон. Химическое осаждение фторуглеродных пленок из газовой фазы с импульсным плазменным усилением и горячим волокном. J. Fluor. Chem. 104 , 119–126 (2000)

    Артикул Google ученый

  • Дж. Ли, К. Парк, Г.Whitesides, Совместимость с растворителями микрофлюидных устройств на основе поли (диметилсилоксана). Анальный. Chem. 75 , 6544–6554 (2003)

    Артикул Google ученый

  • Л. Мэй, Р. Уоллес, А. Херциг, Симпозиум по коловраткам IV (Спрингер, Шотландия, 1987)

    Книга Google ученый

  • Т. Могами, А. Моримото, К. Иидзима, Ю. Акияма, К. Катаяма, Т.Futami, Разработка системы, использующей диэлектрофорез для обнаружения и анализа отдельных клеток . Материалы 19-й Международной конференции по миниатюрным системам для химии и наук о жизни MicroTAS 2015 25-29 октября 2015 г., Кёнджу, стр. 2070–2071

  • С. Мросс, Т. Циммерманн, Н. Винкин, М. Крафт, Х. Фогт, Интегрированная мультисенсорная система для параллельного мониторинга питательных веществ, метаболитов и клеточной массы на месте в биотехнологических процессах. Разработка процедур 120 , 372–375 (2015)

    Статья Google ученый

  • р.Mukhopadhyay, Когда PDMS не самая лучшая. Анальный. Chem. 79 , 3249–3253 (2007)

    Google ученый

  • Т.М. Нарганг и др., Жидкий полистирол: фотоотверждаемый при комнатной температуре мягкий полистирол, пригодный для заливки и отверждения, пригодный для литографии. Лабораторный чип 14 , 2698–2708 (2014)

    Артикул Google ученый

  • З. Ню, В. Чен, С. Шао, Х. Цзя, В.Чжан, амплификация ДНК на гибридном микрочипе ПДМС – стекло. J. Micromech. Microeng. 16 , 425–433 (2006)

    Статья Google ученый

  • К. Озаса, Дж. Ли, С. Сонг, М. Хара, М. Маеда, Определение газа / жидкости посредством хемотаксиса клеток эвглены, заключенных в изолированном микро-аквариуме. Лабораторный чип 13 , 4033–4039 (2013)

    Артикул Google ученый

  • К.Озаса, Дж. Ли, С. Сонг, М. Маеда, Определение токсичности с помощью хемотаксической реакции микробных клеток, заключенных в микрожидкостном чипе . Procedure Engineering, v. 87, pp. 512–515, 2014a

  • К. Озаса, Дж. Ли, С. Сонг, М. Маеда, Анализ размножения и движения клеток плавающей эвглены в изолированном от потока микроаквариуме . Материалы 18-й Международной конференции по миниатюрным системам для химии и наук о жизни MicroTAS 2015, 26-30 октября, 2014b, Сан-Антонио, стр.497–499

  • Р. Пал, А.К. Чоудхури, Введение в фитопланктон: разнообразие и экология (Спрингер, Индия, 2014 г.)

    Книга Google ученый

  • А. Пируска, И. Никчевич, С.Х. Ли, К. Ан, В.Р. Хайнеман, П.А. Лимбах, C.J. Селискар, Автофлуоресценция пластмассовых материалов и чипов, измеренная при лазерном облучении. Лабораторный чип 5 , 1348–1354 (2005)

    Артикул Google ученый

  • А.Плецис, Ю. Чен, Изготовление микрофлюидных устройств на основе технологии стекло – ПДМС – стекло. Микроэлектрон. Англ. 84 , 1265–1269 (2007)

    Артикул Google ученый

  • С. Пробст, А. Грюнбергер, В. Вихерт, Д. Колхейер, Полидиметилсилоксановые (PDMS) субмикронные ловушки для одноклеточного анализа бактерий. Микромашины 4 , 357–369 (2013)

    Артикул Google ученый

  • г.Рэндалл, П. Дойл, Поток, управляемый проницаемостью, в микрожидкостных устройствах на основе поли (диметилсилоксана). Proc. Natl. Акад. Sci. США 102 (31), 10813–10818 (2005)

    Статья Google ученый

  • K.J. Regehr, M. Domenech, J.T. Koepsel, K.C. Карвер, С.Дж. Эллисон-Зельски, W.L. Мерфи, Л.А. Шулер, Э. Аларид, Д.Дж. Биби, Биологические последствия микрожидкостной клеточной культуры на основе полидиметилсилоксана. Лабораторный чип 9 , 2132–2139 (2009)

    Артикул Google ученый

  • Т.Райнеке, П. Бихеле, В. Шульте, Т. Шепер, С. Циммерманн , Недорогая сенсорная система для неинвазивного мониторинга роста клеток в одноразовых биореакторах. Rulesia Engineering, v. 120, pp. 548–551, 2015

  • Q. Shi, L. Qin, W. Wei, F. Geng, R. Fan, Y. Shin, D. Guo, L. Hood, П. Мишель, Дж. Хит, Одноклеточный протеомный чип для профилирования внутриклеточных сигнальных путей в одиночных опухолевых клетках. Proc. Natl. Акад. Sci. U. S. A., v. 109, pp. 419–424, 2011

  • Y.С. Шин, К. Чо, С.Х. Лим, С. Чанг, С. Парк, Ч. Чанг, Д. Хан, Дж. К. Чанг, микросхема для ПЦР на основе PDMS с париленовым покрытием. J. Micromech. Microeng. 13 , 768–774 (2003)

    Статья Google ученый

  • Э. Соломон, Л. Берг, Д. Мартин, К. Вилли, Биология (Multico, Варшава, 2000)

    Google ученый

  • B. Streit, T. Stӓdler, C.M. Лайвли, Эволюционная экология пресноводных животных: концепции и тематические исследования (Springer Basel AG, Германия, 1997)

    Книга Google ученый

  • Х.Г. Су, E.W.K. Янг, H.A.S. Андеркофлер, Т. Камп, К. Январь, D.J. Beebe, Микрожидкостная клеточная культура и ее применение в высокопроизводительном скрининге лекарств. Кардиотоксичность для каналов hERG. J. Biomol. Экран. 16 , 101–111 (2011)

    Статья Google ученый

  • К. Тантави, Э. Ваддел, Дж. Уильямс, Структурный и композиционный анализ фотоопределяемых стекол apex ™ и Foturan ™. J. Mater. Sci. 48 , 5316–5323 (2013)

    Артикул Google ученый

  • М.Цугане, Х. Сузуки, Обнаружение транспортной активности культуральных клеток с помощью устройства с микрокамерой. Материалы 19-й Международной конференции по миниатюрным системам для химии и наук о жизни MicroTAS 2015 25-29 октября 2015 г., Кёнджу, стр. 2079–2080

  • М. Утц, Г. Финч, К. Валланс, А. Илмаз, ЯМР-совместимая платформа для культивирования клеток человека в нормоксических условиях . Труды 19-й Международной конференции по миниатюрным системам для химии и наук о жизни MicroTAS 2015 25-29 октября 2015 г., Кёнджу, стр.2124–2125

  • A.E. Vasdekis, M.J. Wilkins, J.W. Решетка, Р. Келли, А.Е. Конопка, С.С. Ксантеас, Т. Чанг, Литография с погружением в растворитель. Лабораторный чип 14 , 2072–2080 (2014)

    Артикул Google ученый

  • К. Ван, Ю. Као, П. Чи, К. Хуанг, Дж. Линь, К. Чоу, Дж. Ченг, К. Ли, Асимметричный рост филоподий раковых клеток, индуцированный электрическими полями в микрожидкостном культурный чип. Лабораторный чип 11 , 695–699 (2011)

    Артикул Google ученый

  • К.Вудрафф, С.Дж. Maerkl, высокопроизводительная микрофлюидная платформа для трансфекции и культивирования клеток млекопитающих. Природа: Научные отчеты 6 , 23937 (2016). DOI: 10.1038 / srep23937

    Google ученый

  • Эссе Эвглена БЕСПЛАТНО

    Эвглена, микроскопический одноклеточный организм, принадлежит к царству протистов и типу Euglenophyta. Большинство из них живут в тихих пресноводных ручьях и прудах.Кроме того, некоторые эвглены могут развиваться в загрязненном, удобренном водоеме. Эвглена довольно обычна в теплое время года, где много богатых органических отходов. Эвглена в целом округлая. Он асимметричный, его можно приплюснуть. Из 150 видов эвглены большинство имеют тенденцию быть зелеными из-за хлорофилла, который создает продукты питания посредством фотосинтеза. Однако некоторые виды могут быть ярко-красными из-за пигмента, называемого астаксантином. Поскольку эвглена осуществляла фотосинтез, но была подвижной, многие ранние ученые были весьма сбиты с толку: она обладала характеристиками как растений, так и животных (учитывая тот факт, что большинство растений не подвижны, а большинство животных не могут осуществлять фотосинтез).Поскольку они хотели разделить каждое живое существо на растения или животных, Эвглена была довольно «загадочной» формой организма. Размер Эвглены варьируется от 1/1000 до 1/100 дюйма или от 0,025 до 0,254 см. Эвглена движется жгутиком, который находится на переднем конце эвглены. Как и у многих других эвгленоидов, у эвглены только один жгутик. Это похоже на длинную структуру, напоминающую хлыст, которая перемещает клетку по воде. Например, жгутик эвглены функционирует как пропеллер самолета.Жгутик скручивался, чтобы протащить клетку через воду, точно так же, как пропеллер вращается в воздухе. Жгутик прикреплен к внутреннему карману, называемому резервуаром. Еще одна важная структура тела — глазное пятно, пигментированная органелла. Эуглена содержит глазное пятно на переднем (переднем) конце тела. Глазок служит световым щитом. Глазок выбирает определенное направление для попадания на световой датчик, выпуклость у основания жгутика.

    Оптовая продажа готовых слайдов эвглены, эвглены, жгутиконосца обыкновенного

    Оптовая продажа готовых слайдов эвглены, эвглены, жгутиконосца обыкновенного

    Эвглена, жгутик обыкновенный зеленый

    Euglena — род одноклеточных жгутиковых эукариот.Это самый известный и наиболее широко изученный представитель класса Euglenoidea, разнообразной группы, включающей около 54 родов и не менее 800 видов. Виды эвглены встречаются в пресной и соленой воде. Из Википедии.

    Слайды, подготовленные Евгленой, являются наиболее популярными слайдами, которые использовались на всех этапах обучения в школах.

    Описание слайдов, подготовленных эвгленой:
    1. Размер: 76,2 * 25,4 мм
    2. Окраска: окрашенные ядра
    3. Хранение: длительное
    4. MOQ: 1ПК

    Прочие фиксированные комплекты:

    1. 100шт / набор, Зоология, https: // www.ihappysci.com/product/100pcs-zoology-microscope-prepared-slides/
    2. 50 шт. / Компл., Паразитология, https://www.ihappysci.com/product/student-medical-parasitology-slides-50pcs/
    3. 30 шт. / Компл., Паразитология, https://www.ihappysci.com/product/30pcs-parasitology-slides/
    Об оплате

    Онлайн-заказ принимает PayPal, обычно ваш заказ будет обработан и отправлен в течение недели.
    В случае отсутствия на складе мы свяжемся с вами и подтвердим предполагаемую дату доставки.
    Мы также принимаем Western-Union, T / T (банковский перевод)

    О наладочных работах

    Если в списке нет нужных вам товаров, отправьте нам свой список и получите предложение в течение 12 часов.
    Поскольку мы производим готовые слайды для микроскопов, мы также предоставляем OEM-услуги по настройке ваших специально подготовленных наборов слайдов.

    Полезные знания о подготовленных предметных стеклах микроскопа

    C.S. = Поперечное сечение: на слайде показан тонкий срез поперечной плоскости организма или ткани.
    Л.С. = Продольный разрез: слайд показывает вертикальный разрез организма по самой длинной плоскости.
    C.S. & L.S. = Поперечное и продольное сечение на том же слайде для сравнения
    W.M. = Крепление целиком: на слайде показан весь организм или структура, как указано, сохраняется на слайде

    О нас:

    Производитель слайдов для микроскопов из Китая

    Что мы имеем, как показано ниже:

    Световой профиль r Значение Theta Вверх (%) Подвижность (%) Скорость (мкм / с) Отсчетов
    DP 0.51 280,73 73,14 49,54 44,43 297,76
    DP stdev 0,15 87258

    59

    87258

    59

    9

    146,38
    LP 0,49 270,45 73,50 63,32 a 54,54 a

    9025.79 a

    LP stdev 0,14 96,69 11,48 24,82 24,82

    59

    Разные категории Кол-во
    Ботаника 868 видов
    Гистология 375 видов
    Зоология 459 видов
    Патология человека 269 видов
    Митоз и мейоз 66 видов
    Эмбриология 33 вида
    Микробиология 100 видов
    Клеточная биология и генетика 64 вида
    Патология ботаники 373 вида
    Патология полости рта 95 видов
    Гематология 59 видов
    Патология животных 68 видов
    Петрология шлифов горных пород 191 вид

    Возможно, нужных вам товаров нет на нашем сайте, пришлите нам свой список и получите предложение в течение 12 часов .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *