Beobachtungen und Experimente zur Frühentwicklung von Hydractinia echinata (Fleming 1828) E-Book

Sebastian Nehls

• Herausgeber: epubli
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Deutsch

Seitenzahl: 67

Veröffentlichungsjahr: 2014

Beschreibung

Dieses Buch beinhaltet eine Diplomarbeit aus dem Jahr 1994 im Fach Biologie am Institut für Zoologie der Freien Universität Berlin. Die Arbeit behandelt die Frühentwicklung und Zellteilungen des marinen Hydrozoons Hydractinia echinata (Flem.) (Cnidaria, Hydrozoa) bis zum Sechzehnzell-Stadium mit Schwerpunkt auf den ersten drei Furchungsteilungen. Die Untersuchungen fanden mit Hilfe von Licht- und Fluoreszenzmikroskopie sowie Transmissions- und Raster-Elektronenmikroskopie statt. Das Buch enthält 25 Abbildungen, bestehend aus sieben Zeichnungen, acht elektronenmikroskopischen Fotos (schwarz-weiß), einem durchlichtmikroskopischen Foto (schwarz-weiß) und 21 fluoreszenzmikroskopischen Farbfotos. Über die Beobachtung der Normalentwicklung hinaus wurden Versuche mit Hemmstoffen des Zytoskeletts unternommen, um dessen Einfluss auf die Zellteilungen und die Entwicklung zu untersuchen. Schlagwörter: Hydractinia echinata, Anti-Tubulin, Blastomeren, Cytochalasin B, DAPI (4′,6-Diamidin-2-phenylindol), Diplomarbeit, Entwicklungsbiologie, F-Actin, Fluoreszenzmikroskopie, Frühentwicklung, Furchenbildung, Furchung, Hydrozoa, Inhibitor, marin, Meeresbiologie, Mikrotubuli, Mitose, Nocodazol, Normalentwicklung (Normogenese), Polypen, Rhodaminyl-Phalloidin, Zellteilung, Zellteilungsmechanismus, zelluläre Bewegungsprozesse, Zoologie, Zytokinese, Zytoskelett. Keywords: Hydractinia echinata, anti-tubulin, blastomeres, cell division, cellular movements, cleavage furrow formation, cytochalasin B, cytokinesis, cytoskeleton, DAPI (4',6-Diamidino-2-Phenylindole), developmental biology, Diplom (graduation thesis at German unversity), early development, F-actin, fluorescence microscopy, furrowing, Hydrozoa, inhibitor, marine, marine biology, mechanism of cell division, microtubuli, mitosis, nocodazole, normal development (normogenesis), polyps, rhodaminyl phalloidin, zoology

Leseprobe

Beobachtungen und Experimente zur Frühentwicklung von Hydractinia echinata (Fleming 1828)

Diplomarbeit von Sebastian Nehls

Institut für Zoologie der Freien Universität Berlin

Fachbereich Biologie

August 1994

Imprint

Beobachtungen und Experimente zur Frühentwicklung von Hydractinia echinata (Fleming 1828) Sebastian Nehls published by: epubli GmbH, Berlin, www.epubli.de Copyright: © 2014 Sebastian Nehls ISBN 978-3-8442-8497-3

Vorwort

Von meiner Diplomarbeit habe ich 1994 schätzungsweise fünf Exemplare angefertigt, nun unternehme ich das Experiment, sie neu aufzulegen und zu veröffentlichen.

Die Veröffentlichung von alten Diplomarbeiten erscheint mir nicht unsinnig. Auch wenn der wissenschaftliche Erkenntnisgewinn nicht in allen Fällen hoch ist, können diese Arbeiten oft eine Einführung in ein bestimmtes Gebiet geben, da sich der/die Diplomand/in ja selbst damit in ein Thema eingearbeitet hat. Auch eine hohe Qualität ist nicht garantiert, aber gerade wenn von erfahreneren Fachleuten gar keine Einführungstexte existieren, könnte man auf Diplomarbeiten zurückgreifen.

Es ist also manchmal schade, dass alte Diplomarbeiten in den Uni-Bibliotheken versauern. Es kommt vor, dass eine aufbewahrende Bibliothek sicherstellen will, dass die Urheberrechte nicht verletzt werden und Forschungsergebnisse nicht kopiert werden können, und dann die Arbeiten quasi unter Verschluss gehalten werden. Im Prinzip könnte unter diesen Voraussetzungen auch nicht aus Diplomarbeiten wissenschaftlich zitiert werden. Ob die Arbeiten wirklich noch nicht im eigentlichen Sinne als offiziell veröffentlicht gelten, ist eine juristische Frage, die ich hier nicht klären muss. Der ehemalige Diplomand kann an der Lage jedenfalls einfach etwas ändern, indem er die Arbeit tatsächlich (noch einmal) veröffentlicht.

Einige Exemplare meiner damaligen Diplomarbeit enthielten original eingeklebte Foto-Abzüge, einige nur papierne Farbkopien. Für die vorliegende Version wurden die Fotoabzüge einfach mit einem üblichen Flachbettscanner, einem "Heimgerät" eingescannt. Der Informationsgehalt wäre auch durch das professionelle Scannen von Negativen nicht so stark gestiegen, dass es den Aufwand gerechtfertigt hätte. Die Zellen des frühen Hydractinia-Keims sind nicht durchsichtig und die Fluoreszenzmikroskopie und filmische Abbildung war noch nicht auf dem heutigen technischen Niveau möglich - auch von daher sollte die Qualität der hier gezeigten Scans angemessen sein.

Da es sich im Prinzip um einen Nachdruck handelt, der die damalige Diplomarbeit möglichst unverändert wiedergeben soll, wurde die alte Schreibweise beibehalten.

Sebastian Nehls

Berlin, Februar 2014

Kontakt: [email protected]

Beschreibung und Zusammenfassung

Dieses Buch beinhaltet eine Diplomarbeit aus dem Jahr 1994 im Fach Biologie. Die Arbeit behandelt die Frühentwicklung und Zellteilungen des marinen Hydrozoons Hydractinia echinata (Flem.) (Cnidaria, Hydrozoa) bis zum Sechzehnzell-Stadium mit Schwerpunkt: auf den ersten drei Furchungsteilungen. Die Untersuchungen fanden mit Hilfe von Licht- und Fluoreszenzmikroskopie sowie Transmissions- und Raster-Elektronenmikroskopie statt.

Das Buch enthält 25 Abbildungen, bestehend aus

- sieben Zeichnungen

- acht elektronenmikroskopischen Fotos (schwarz-weiß)

- einem durchlichtmikroskopischen Foto (schwarz-weiß) und

- 21 fluoreszenzmikroskopischen Farbfotos.

Über die Beobachtung der Normalentwicklung hinaus wurden Versuche mit Hemmstoffen des Zytoskeletts unternommen, um dessen Einfluss auf die Zellteilungen und die Entwicklung zu untersuchen. Eine ausführlichere Zusammenfassung der Arbeit und ihrer Ergebnisse befindet sich am Schluss unter Kapitel 5 und im englischsprachigen Abstract (siehe unten).

Schlagwörter

Hydractinia echinata, Anti-Tubulin, Blastomeren, Cytochalasin B, DAPI (4′,6-Diamidin-2-phenylindol), Diplomarbeit, Entwicklungsbiologie, F-Actin, Fluoreszenzmikroskopie, Frühentwicklung, Furchenbildung, Furchung, Hydrozoa, Inhibitor, marin, Meeresbiologie, Mikrotubuli, Mitose, Nocodazol, Normalentwicklung (Normogenese), Polypen, Rhodaminyl-Phalloidin, Zellteilung, Zellteilungsmechanismus, zelluläre Bewegungsprozesse, Zoologie, Zytokinese, Zytoskelett

Abstract (English)

This Book contains a "Diplom" thesis (for Graduation at a German University) from the year 1994 in biology. It contains seven drawings, eight electron microscopical photos (b/w), one transmitted light microscopical photo, and 21 fluorescence microscopical colour photographs.

The work describes and investigates the early development and cell divisions of the marine polyp Hydractinia echinata (Flem.) (Cnidaria, Hydrozoa) up to the 16-cell-stage. Examinations were made by light- and fluorescence microscpy as well as transmission- and scanning electron microscopy. Fluorescent labeling with anti-tubulin and DAPI could show extension and position of the mitotic apparatus as well as the states of the nuclei in the cell cycle. Rhodaminyl phalloidin was used to visualize F-actin.

In most of the cases, the first two cleavage furrowings are meridional with orthogonal planes, the third cleavage is equatorial. Nevertheless, there exists some variability in the positioning of the mitotic planes.

By labeling with an external vital stain, combined with time-lapse video-microscopy, it could be seen that the Hydractinia embryo carries out a 90 degree turn just before the second cleavage. During this, the animal-vegetative axis tilts from its ground-parallel orientation into an orthogonal one. In most of the cases, the animal pole ends up being on top. At the start of the first and third cleavage, similar movements of the embryo occur.

The turns of the Hydractinia embryo are caused by changes in shape.

The maximum extension of the asters before the beginning of furrowing in telophase and the positioning of the mitotic apparatus correlate with the embryo's changes in shape and are probably the cause of these changes.

Experiments with nocodazole, a known inhibitor of microtubuli formation, showed that a) without microtubuli, initiation of furrowing was inhibited, b) the progression of furrowing was disturbed, resulting in total blockage, if the furrow had not already progressed over more than the half of the respective cells.

Experiments with the F-Actin-affecting inhibitor cytochalasin B (0,05 - 2,5 µg/ml) showed that a) cytokinesis was not blocked, b) adhesion of the blastomeres to each other was often dissolved and c) toxic effects (cell blebbing and malformation) could occur.

Staining with rhodaminyl phalloidin to show F-Actin and subsequent fluorescence microscopical examination could not produce any evidence for a "contractile ring" or "arch" located beneath the furrow.

Keywords

Hydractinia echinata, anti-tubulin, blastomeres, cell division, cellular movements, cleavage furrow formation, cytochalasin B, cytokinesis, cytoskeleton, DAPI (4',6-Diamidino-2-Phenylindole), developmental biology, Diplom (graduation thesis at German unversity), early development, F-actin, fluorescence microscopy, furrowing, Hydrozoa, inhibitor, marine, marine biology, mechanism of cell division, microtubuli, mitosis, nocodazole, normal development (normogenesis), polyps, rhodaminyl phalloidin, zoology

Inhalt

Titel

Imprint

Vorwort

Beschreibung und Zusammenfassung

Schlagwörter

Abstract (English)

Keywords

Inhalt

1 Einleitung

2 Material und Methoden

2.1 Hälterung der Versuchstiere

2.2 Gewinnung der Zygoten

2.3 Behandlung und Beobachtung der Keime

2.4 Aufbringen von Farbmarkern

2.5 Verwendete Chemikalien

2.6 Fluoreszenzmikroskopie

2.6.1 Zur DAPI-Färbung

2.6.2 Zur Rhodaminylphalloidin-Färbung

2.6.3 Zur indirekten Immunfluoreszenz mit dem Anti-Tubulin-Antikörper WA3

2.6.4 Fixierungs- und Färbeprozedur: Methode 1

2.6.5 Fixierungs- und Färbeprozedur: Methode 2

2.7 Versuche mit Hemmstoffen des Cytoskeletts

2.7.1 Cytochalasin B

2.7.2 Nocodazol

2.8 Lichtmikroskopisches Material und Technik

2.9 Zeitraffer-Videoaufnahmen

2.10 Rasterelektronenmikroskopie (REM)

2.11 Transmissionselektronenmikroskopie (TEM)

2.12 Fotografische Dokumentation

3 Ergebnisse

3.1 Vorbemerkung: Fluoreszenzmikroskopie bei Hydractinia-Keimen

3.2 Oogenese und Befruchtung

3.3 Frühentwicklung

3.3.1 Karyogamie und erste Prophase

3.3.2 Erste Metaphase

3.3.3 Erste Anaphase

3.3.4 Erste Telophase

3.3.5 Zweite Interphase

3.3.6 Zweite Prophase

3.3.7 Zweite Meta- und Anaphase

3.3.8 Zweite Telophase

3.3.9 Dritte Interphase

3.3.10 Verlauf nach der zweiten Furchung bis zum Achtzell-Stadium

3.3.11 Acht- und Sechzehnzell-Stadium

3.3.12 Ungefährer zeitlicher Verlauf der Furchungen

3.4 Wirkung von Hemmstoffen des Cytoskeletts

3.4.1 Cytochalasin B

3.4.2 Nocodazol

3.5 Zusammenfassendes Modell der ersten drei Furchungsteilungen

4 Diskussion

4.1 Zu Furchungsmodus und Blastomerenanordnung

4.2 Die Rotationen des Hydractinia-Keims auf dem Untergrund

4.3 Zur Rolle von F-Actin beim Cytokinesemechanismus

4.3.1 RPh-Fluoreszenzmikroskopie und "kontraktiler Bogen"

4.3.2 Weitere Folgerungen aus RPh-Fluoreszenzmikroskopie, Elektronenmikros-kopie und Beobachtung

4.3.3 Effekte von Cytochalasin B auf die Cytokinese

4.4 Mögliche F-Actin-unabhängige Komponenten des Cytokinesemechanismus

5 Zusammenfassung

6 Literatur

Danksagung

1 Einleitung

Hydractinia echinata ist eine weitverbreitete marine Hydrozoenart (Athecata, Hydractiniidae), die getrenntgeschlechtliche Polypenstöcke mit ausgeprägtem Polymorphismus bildet. Die Medusengeneration fehlt, stattdessen sind Gonophore (Gonozooide, Geschlechtspolypen) vorhanden, die ihre Geschlechtsprodukte ins freie Wasser abgeben. Aus einem Embryo entsteht eine Planulalarve, die sich schließlich festheftet und einen Primärpolypen bildet.

Über den Furchungsmodus von H. echinata herrscht insofern Übereinstimmung, daß er total und weitgehend äqual ist. Bunting (1894) skizzierte und beschrieb die Furchung in einer Weise, die eine bestimmte Festlegung der Blastomerenanordnung suggerierte, dennoch am ehesten als irregulär zu bezeichnen ist. Andere Autoren beschrieben eine Radiärfurchung (Teissier u. Teissier 1927; van de Vyver 1964, 1967) oder eine Pseudospiralfurchung (Müller 1975). Die Pseudospiralfurchung, anarchische bzw. irreguläre Furchung bei Hydrozoen, namentlich bei Hydractinia echinata