Chlamydomonas reinhardtii ist eine eukaryotische, einzellige Grünalgenart aus der Gattung Chlamydomonas. Sie wurde von der Sektion Phykologie der Deutschen Botanischen Gesellschaft als Alge des Jahres 2014 ausgewählt.Sektion Phykologie der DBG:
Beschreibung mini|Transmissionselektronenmikroskopische Aufnahme eines Schnitts durch C. reinhardtii alternativtext=|mini|Zeichnung eines TEM-Schnitts1. Geißel, 2. Mitochondrium, 3. Kontraktile Vakuole, 4. Augenfleck, 5. becherförmiger Chloroplast, 6. Golgi-Apparat, 7. Stärkekörner, 8. Pyrenoid, 9. Vakuole, 10. Zellkern, 11. Endoplasmatisches Retikulum, 12. Zellmembran, 13. Zellwand Chlamydomonas reinhardtii ist ein 3 bis 10 Mikrometer großer Hüllenflagellat mit eiförmiger Gestalt. Die beiden gleich langen (isokonten) Geißeln dienen der Fortbewegung. Die Schläge der Geißeln erfolgen nacheinander, und zwar mit einer kleinen Verzögerung. Dadurch entsteht eine Überlagerung ihrer Vorwärtsbewegung durch eine Rotation um die Längsachse der Alge mit einer Frequenz von etwa 1 Hertz. Die Fortbewegung der Zelle ist lichtgesteuert.
Die Zellmembran ist an der Vorderseite nicht zu einer Papille verdickt. Der Chloroplast besitzt ein großes Pyrenoid.
Es ist ein Augenfleck (Stigma) von etwa 1 Mikrometer Durchmesser vorhanden. Er ist durch eingelagerte Carotinoide orange gefärbt und gut erkennbar. Der Augenfleck liegt mit einem Abstand von etwa 10 Mikrometer von den Geißeln leicht oberhalb des Zelläquators. Als Photorezeptor sind Rhodopsin-ähnliche Proteine, sogenannte Channelrhodopsine, darin eingelagert.
Stämme Einige Stämme von Chlamydomonas reinhardtii , 1888 [Chlamydomonas smithii , 1966] sind: UTEX:90 (Epityp) ≟ CC-3532 (Referenzstamm) UTEX 89 UTEX 1062 UTEX 2244 SAG:53.72 (C. smithii) SAG:54.72 (C. smithii) CC-373 CC-503 cw92 CC-1051 CC-1373 CC-1375 CC-2359 CC-3268 alias CC3268 CC-4199 CC-1952 CC-2936 CC-2936 alias CC2936 CC-2937 alias CC2937 CC-2938 alias CC2938 CC-3061 alias CC3061 CC-3065 CC-5816 GB-66
Lebensraum Die Art lebt im Süßwasser, man findet sie vor allem in nährstoffreichen Kleingewässern. Sie ist weltweit verbreitet (kosmopolitisch).
Fortpflanzung Die Alge kann sich sowohl vegetativ als auch geschlechtlich durch Gameten vermehren.Lehrstuhl für Zellbiologie der FAU: Die geschlechtliche Fortpflanzung wird durch Nährstoffmangel (insbesondere Stickstoffmangel) induziert. Dabei ist die Zygote das einzige diploide Stadium, das widrige Umstände überdauert und beim Keimen nach einer Meiose wieder haploide Nachkommen hervorbringt.
Lichtgesteuertes Verhalten Chlamydomonas reinhardtii besitzt mit dem Augenfleck einen lichtsensitiven Apparat zur Phototaxis. Die Alge kann die Richtung und die Intensität von einfallendem Licht ermitteln. Bei niedriger Beleuchtungsstärke schwimmt sie auf die Lichtquelle zu, bei hoher Intensität von dieser weg. Dadurch optimiert sie ihre Photosynthese und damit die Zellernährung.Erhard Kühnle: Studium Ionaler Prozesse bei der Phototransduktion der einzelligen Alge Chlamydomonas reinhardtii. Wissenschaftliche Forschungsbeiträge Biologie/Biochemie/Chemie Bd. 47. Verlag Intemann, Prien 1990. ISBN 3-926323-51-5 Die Alge kann sowohl phototroph (unter Ausnutzung des Lichtes) als auch heterotroph (auf Nährmedium) leben.
Viren und GEVEs mini|Die TEM-Aufnahmen zeigen Zellen von C. reinhardtii aus Kulturen während der exponentiellen Wachstumsphase. (A) Querschnitte von Zellen des GEVE-Stamms CC-2937 und (B) des GEVE-Stamms CC-3268 nach dreitägiger Kultivierung in flüssigem TAP-Medium. Es ist eine typische Morphologie zu beobachten, aber es sind unter diesen Umständen keine Viruspartikel sichtbar. Die Zellbestandteile sind wie folgt gekennzeichnet: m, Mitochondrium; n, Zellkern; p, Pyrenoid; s, Stärkekorn; v, Vakuole; c, Cytoplasma. In Chromosom 15 des Stamms Chlamydomonas reinhardtii CC-2937 wurde ein riesiges endogenes virales Element (, GEVE) entdeckt, das Viruspartikel produzieren kann (Punuivirus latens). In den Stämmen CC-503 cw92, CC-2931 und CC-3065 gibt es offenbar keine solchen GEVEs. Das GEVE von Chlamydomonas reinhardtii CC2938 gehört zusammen mit GVMAG-S-ERX555967-131 und dem Chlamydomonas reinhardtii GEVE der Klade mit der provisorischen Bezeichnung „Algavirales-03“ [AG_03] an, einer Schwesterklade von Chlorovirus [AG_02].
Bedeutung als Forschungsobjekt Die Geißeln von C. reinhardtii sind ebenso aufgebaut wie die menschlicher Spermien und vieler anderer Lebewesen. Diese Alge wurde als Modellorganismus für das Studium der Struktur und Funktion der Geißeln gewählt, weil sie sich sehr leicht kultivieren lässt und weil sie etwa durch einen pH-Schock zum Abwerfen der Geißeln veranlasst werden kann.Robert Edward Lee: Phycology. 5. Aufl., Cambridge University Press, Cambridge 2018, S. 3.
Das Genom von C. reinhardtii ist vollständig sequenziert.Merchant et al.; Prochnik, SE; Vallon, O; Harris, EH; Karpowicz, SJ; Witman, GB; Terry, A; Salamov, A et al.: The Chlamydomonas Genome Reveals the Evolution of Key Animal and Plant Functions Science 318 (2007): 245–250. Zu Forschungszwecken wurden viele unterschiedliche Mutanten des Wildtyps gezüchtet, die zum Beispiel Zellwanddefekte aufweisen oder „blind“ sind.Homepage des Chlamydomonas-Center, abgerufen am 6. April 2011.
Ein Forschungsschwerpunkt ist die genetische Modifikation von C.reinhardtii hin zu Stämmen, die in industriell nutzbarem Maße Wasserstoff erzeugen können. Parallel dazu gibt es eine Reihe von wissenschaftlichen Projekten zur Entwicklung von leistungsfähigen Bioreaktoren zur Wasserstoffproduktion.Karin Hollricher: Wasserstoff aus der Alge. In: Laborjournal 04/2010. F+R Internet Agentur, Freiburg, deutsch, abgerufen am 8. April 2011.
Interessant erscheint auch die Fähigkeit, Cellulose zu spalten und zur Energiegewinnung zu nutzen.Olga Blifernez-Klassen, Viktor Klassen u. a.: Cellulose degradation and assimilation by the unicellular phototrophic eukaryote Chlamydomonas reinhardtii. In: Nature Communications. 3, Artikel: 1214, 2012, , Pflanzen fressen Pflanzen auf pflanzenforschung.de, abgerufen am 3. März 2017. Die Alge könnte somit als Biokatalysator für die Herstellung von Cellulose-Biokraftstoffen (z. B. Cellulose-Ethanol) dienen.
In einer 2021 veröffentlichten Studie konnte gezeigt werden, dass infolge Selektionsdruck durch Fressfeinde innerhalb von nur 500 Generationen Mutationen entstanden, die C. reinhardtii zur Bildung von Kolonien befähigten.Joana P. Bernardes, Uwe John, Noemi Woltermann, Martha Valiadi, Ruben J. Hermann, Lutz Becks: The evolution of convex trade-offs enables the transition towards multicellularity, in: Nature Communications, Band 12, 4222, 9. Juli 2021, doi:10.1038/s41467-021-24503-z. Dazu: Elena Bernard: Evolution in Echtzeit: Einzellige Grünalge vollzieht in nur 500 Generationen die ersten Schritte zur Mehrzelligkeit, auf scinexx.de vom 19. Juli 2021
Literatur Heinz Streble, Dieter Krauter: Das Leben im Wassertropfen. Mikroflora und Mikrofauna des Süßwassers. Ein Bestimmungsbuch. Franckh-Kosmos Verlag, Stuttgart 2008, ISBN 978-3-440-11966-2.
Weblinks
Datenbank mit weiterführenden Artikeln zu Chlamydomonas Chlamydomonas reinhardtii verdaut Zellulose
Carly Cassella: These Tiny Vehicles Are Being Driven By Something You'd Never Guess. Auf: sciencealert vom 14. Juli 2024.
Einzelnachweise NCBI Taxonomy Browser: Chlamydomonas reinhardtii P.A.Dangeard, 1888, nom. cons. Rank: species. Heterotypic synonym: Chlamydomonas smithii R.W.Hoshaw & H.Ettl, 1966. NCBI Nucleotide: GVMAG-S-ERX555967-131 (Pacific Ocean).
Hisashi Endo, Romain Blanc-Mathieu, Yanze Li, Guillem Salazar, Nicolas Henry, Karine Labadie, Colomban de Vargas, Matthew B. Sullivan, Chris Bowler, Patrick Wincker, Lee Karp-Boss, Shinichi Sunagawa, Hiroyuki Ogata: Biogeography of marine giant viruses reveals their interplay with eukaryotes and ecological functions. In: Nature Ecology & Evolution, Band 4, 7. September 2020, S. 1639–1649; (). Siehe insbes. Supplement. Maria P. Erazo-Garcia, Uri Sheyn, Zachary K. Barth, Rory J. Craig, Petronella Wessman, Abdeali M. Jivaji, W. Keith Ray, Maria Svensson-Coelho, Charlie K. Cornwallis, Karin Rengefors, Corina P. D. Brussaard, Mohammad Moniruzzaman, Frank O. Aylward: Cryptic infection of a giant virus in a unicellular green alga. In: Science, Band 388, Nr. 6748, 10. April 2025; (). Dazu: Preprint auf bioRχiv, 3. September 2024; , , PMID 39282281. Mohammad Moniruzzaman, Maria P Erazo-Garcia, Frank O. Aylward: Endogenous giant viruses contribute to intraspecies genomic variability in the model green alga Chlamydomonas reinhardtii. In: Virus Evolution, Band 8, Nr. 2, 21. Oktober 2022, S. veac102; (). Frederik Schulz, Simon Roux, David Paez-Espino, Sean Jungbluth, David A. Walsh, Vincent J. Denef, Katherine D. McMahon, Konstantinos T. Konstantinidis, Emiley A. Eloe-Fadrosh, Nikos C. Kyrpides, Tanja Woyke: Giant virus diversity and host interactions through global metagenomics. In: Nature, Band 578, Nr.&bsp;7795, Februar 2020, S. 432–436; , , PMID 31968354, Epub 22. Januar 2020 ().
Kategorie:Chloroplastiden Kategorie:Chloroplastida
Kategorie:Organismus mit sequenziertem Genom