Phototaktische Untersuchungen an einzelnen Zellen von Navicula peregrina (Ehrenberg) Kützing

Summary

• 1. The photo-phobotactic behaviour of single cells of Navicula peregrina has been investigated with the aid of Engelmann's light trap method. At 1000 lx the cells react positively, i.e. they reverse the direction of movement if they undergo a decrease in light intensity passing the border between the light trap and the dark surrounding field. The size of the shaded area of the cells at the moment of the induced stop varies greatly. Most frequently, i.e. in 9% of the total number of cells investigated, the diatoms returned when the diameter of the darkened area was about 65% of the cell length, and the percentage was the less, the smaller or greater the darkened area was.

• 2. The average value of the reaction time, i.e. the time between the beginning of the darkening of the front pole and the resumption of movement in the opposite direction, was about 10 sec.

• 3. With the aid of a special microscope, in which the condenser is replaced by an achromatic objective, partial illumination and partial shading experiments in single cells have been carried out.

• 4. In the partial illumination experiments increasing areas (10, 25, 50, 75%) of the rear pole of a Navicula cell moving in the dark were exposed to 1000 lx by shifting the cells sidewards into the light field. Independent of the size of the irradiated part of the cell the average reaction time was 10±1 sec in all experiments.

• 5. The same reaction time has been measured, when increasing areas of the front pole of a cell moving in the light were shaded. Thus the reaction time is about a sixth of the period of the autonomous rhythm of forward and backward movement which amounts to 60–70 sec in Navicula peregrina at 1000 lx.

• 6. When increasing areas of the front pole of a cell moving in the dark were irradiated, the time between two returns is extended to 240–260 sec, while even in this case no correlations between the size of the irradiated area and the reaction time can be observed. This way it is possible to extend the periods of the autonomous rhythm and “draw” the cells following the light spot over a longer distance.

• 7. In another series of experiments light fields of a constant size, the diameter of which was 25% of the cell length, were projected onto different parts of the diatoms. If the middle of the cell was illuminated, the reaction time equaled about the period of the autonomous rhythm. The more the light field was shifted to the rear pole, the shorter was the reaction time, reaching 10 sec when only the rear pole was irradiated. Conversely, the reaction time was the longer the more the light field was shifted to the front pole.

• 8. The results are discussed in respect to the localisation of the photoreceptor molecules of photo-phobotaxis in the Navicula cell.

Zusammenfassung

• 1. Das photo-phobotaktische Reaktionsverhalten einzelner Zellen einer Kultur von Navicula peregrina wurde mit Hilfe der Engelmannschen Lichtfallenmethode untersucht. Dabei zeigte sich, daß die Zellen beim Verlassen des Lichtfeldes verschieden tief in das dunkle Umfeld eintauchen, ehe sie umkehren. Am häufigsten, d.h. bei etwa 9% der Gesamtzahl, tauchten sie bis zu 65% der Zellänge in das dunkle Umfeld ein, doch kommen auch alle anderen Werte vor, allerdings um so weniger häufig, je weiter sie sich von dem 65%-Wert entfernen.

• 2. Die Reaktionszeit, d.h. die Zeit vom Überschreiten der Hell-Dunkel-Grenze bis zur Bewegungsumkehr, beträgt bei einer Beleuchtungsstärke von 1000 Lux im Durchschnitt 10±1 sec.

• 3. Mit Hilfe eines Spaltmikroskopes wurden Partialbelichtungen und Partialbeschattungen einzelner Zellen durchgeführt.

• 4. Bei der Partialbelichtung (1000 Lux) verschieden großer Abschnitte (10, 25, 50 und 75%) des Hinterendes verdunkelter Zellen zeigte sich überraschenderweise keine Beziehung zwischen der Größe der belichteten Fläche und der Reaktionszeit, deren Durchschnittswert ebenfalls 10±1 sec betrug.

• 5. Entsprechende Partialbeschattungen des Vorderendes belichteter Zellen ergaben den gleichen Wert. Demgegenüber beträgt der Zeitraum zwischen zwei autonomen Umkehrreaktionen bei 1000 Lux etwa 60 bis 70 sec.

• 6. Umgekehrt wird durch Belichtung (1000 Lux) des Vorderendes einer sich im Dunkeln bewegenden Diatomee die Zeit zwischen zwei Umkehrreaktionen auf 240 bis 260 sec, also etwa auf das Vierfache des autonomen Rhythmus, verlängert. Auch in diesem Falle spielt die Größe der belichteten Fläche keine Rolle.

• 7. Führt man Partialbelichtungen mit Lichtfeldern, deren Durchmesser 25% der Zellänge beträgt, in verschiedenen Bereichen der Zelle durch, so mißt man bei Belichtung der Zellmitte eine Reaktionszeit, die größenordnungsmäßig mit der Periode des autonomen Umkehrrhythmus übereinstimmt. Im übrigen ist die Reaktionszeit um so kürzer, je weiter das Lichtfeld nach hinten, und um so länger, je weiter es nach vorn verschoben wird.

• 8. Die Ergebnisse werden unter dem Aspekt der Lokalisation des Photoreceptors der photo-phobotaktischen Reaktion in der Zelle diskutiert.