Cytochemistry and X-ray microprobe analysis of the midgut of Tomocerus minor lubbock (Insecta, Collembola) with special reference to the physiological significance of the mineral concretions

Summary

Histochemical and cytochemical analyses have been made on the mineral concretions within the midgut cells of Tomocerus minor. The classical histochemical methods are not specific and precise enough and have been supplemented with cytochemical techniques on ultrathin sections. The most interesting of these was the K-pyroantimonate technique combined with glutaraldehyde-osmium fixation. This technique shows the distribution of cations such as Ca⁺⁺, K⁺, Mg⁺⁺ and Na⁺ on the concentric layers of the concretions. Chloride ions can be detected by means of the silver lactate technique. The action of calcium chelators such as E.D.T.A. shows an important distribution of calcium ions in the concretions. The spectra obtained by electron probe microanalysis from areas of fresh, dried and carbon coated midguts as well as from carbon coated semithin or ultrathin sections reveal the presence of Ca, K, Mg, S, Cl and P principally. Other elements such as aluminium, silicon and manganese have also been detected. Iron is not always present. The chemical and X-ray analytical investigations indicate that the midgut concretions are mainly built up of calcium, potassium, magnesium and sodium phosphates, perhaps associated with chlorides and carbonates. An organic matrix formed by polysaccharides seems to join the different mineral layers. These concretions may be formed within the vesicles of rough endoplasmic reticulum. The midgut cells are highly differentiated and very active in transport. Extensive basal infoldings and apical microvilli as well as lateral membranes are a site of small cationic deposits. The possible pathway of ion transport in the cell and the physiological significance of the concretions are discussed. The principal function of these concretions seems to be the maintenance of the mineral balance and to trap foreign and excess ions.

Résumé

L'analyse chimique des sphérocristaux de l'intestin moyen de Tomocerus minor a été réalisée. Les méthodes histochimiques courantes manquant souvent de spécificité et de sensibilité ont été complétées avec des méthodes cytochimiques sur coupes ultrafines. La plus intéressante a été la technique du pyroantimonate de K montrant la distribution des cations Ca⁺⁺, K⁺, Mg⁺⁺, Na⁺ sur les couches concentriques des sphérocristaux. La technique au lactate d'argent permet de déceler les ions Cl^-. L'action d'agents chélateurs du Ca tels l'E.D.TA. montre une importante distribution du calcium dans les sphérocristaux. L'analyse spectrographique d'étalements de mésentérons séches, carbonés et de coupes semi-fines ou ultrafines carbonées montre la présence de Ca, K, Mg, S, Cl, P, Na. D'autres éléments tels l'Al et le Si ont pu être détectés. Le Fe n'est pas toujours présent. Les sphérocristaux semblent formés essentiellement de phosphates de calcium, de potassium, de magnésium, de sodium associés peut-être à des chlorures ou des carbonates. Une matrice organique constituée essentiellement par des polysaccharides semble lier les différentes couches minérales. Ces sphérocristaux prennent naissance à l'intérieur des vésicules de l'ergastoplasme. Les cellules de l'intestin moyen sont très différenciées et sont le siège de nombreux transports actifs. Les replis basaux de la membrane plasmique, les microvillosités apicales, de même que les membranes latérales sont le siège de dépôts de cations. Le transport des ions dans les cellules ainsi que le rôle physiologique des sphérocristaux sont discutés. Le maintien de la balance hydrique ainsi que le piégeage d'ions étrangers ou en surplus semblent être la principale fonction des sphérocristaux.