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mercoledì 2 maggio 2012

Microrganismi produttori e consumatori. Producer and consumer microrganisms.





Micorganismi fotosintetici come le piante e microrganismi che mangiano come gli animali


 

 

Questo post è dedicato ai soli microrganismi eucariotici e più in particolare a quelli a vita libera, quelli cioè che vivono nei vari ambienti che ci circondano.  Con pochi esempi vorrei far capire quanto diversi possano essere questi organismi tra di loro non solo come forma e dimensioni ma anche come  "comportamenti". Non tratta invece dei parassiti, spesso patogeni.

Prima di tutto tra i microrganismi eucariotici a vita libera ci sono autotrofi ed eterotrofi: i primi si comportano come piante, i secondi come animali.
Vediamo qualche esempio:


1)    Il flagellato Dunaliella tertiolecta visto in vivo al microscopio ottico. Misura circa 5 micrometri di diametro, è fotosintetico ed è un componente del plancton marino dove svolge il ruolo di produttore. Da notare la regione posteriore di color verde perché contiene i cloroplasti e i flagelli che si intravedono come sottili filamenti anteriori.-  Servono per il movimento.

2) I  Flagellati autotrofi non sono tutti uguali ma sono molto diversi tra loro per forma e dimensione.
 Ecco un altro esempio: 





3) Questo è una euglena fotografata in vivo al microscopio ottico. Sono ben visibili i platidi verdi, il flagello e il fotorecettore (il corpicciolo rosso anteriormente). Il fotorecettore, un cristallo di rodopsina, permette al microrganismo di orientarsi nella direzione della luce. 



4) Euglena al SEM (microscopio elettronico a scansione). In questa e nelle altre foto al SEM le barrette ci danno un idea della dimensione.











5)     Ciliato al SEM. La cellula è interamente coperta di ciglia che sono come flagelli più corti e più numerosi e servono per il movimento. I ciliati sono tutti eterotrofi quindi per procurarsi energia devono mangiare.







6) Altro ciliato al SEM con evidente  “bocca” o meglio citostoma. Le ciglia a livello del citostoma sono più lunghe e più fitte per creare un vortice nell’acqua e attirare le particelle alimentari.







7)  Ciliato in vivo all’ottico.






8) Questo ciliato è “erbivoro” si nutre dei protisti flagellati autotrofi (detti anche microalghe) tipo Dunaliella. A  questo ingrandimento si vedono le alghe appena ingerite come macchie verdi e quelle parzialmente digerite come macchie marroni.   Le alghe sono all’interno di vacuoli digestivi circondati da membrana. Il fondo del citostoma infatti non è bucato ma c’è la membrana che si riempie degli organismi ingeriti gonfiandosi come un palloncino.  Quando è abbastanza pieno il palloncino (cioè il vacuolo) si stacca e  viene raggiunto dagli enzimi digestivi mentre se ne forma un altro.







9) Vorticelle: ciliati sessili. C’è diversità anche nei ciliati erbivori. Le vorticelle hanno la bocca in alto.





10) UN ciliato ipotrico visto al SEM: Gli ipotrichi hanno un grande citostoma bordato da ciliatura specializzata. Le cillia della superfice ventrale sono organizzate in ciuffi detti cirri per mezzo dei quali possono "camminare". 





11) Il ciliato ipotrico  Euplotes fotografato in vivo mentre cammina tra igranelli di sabbia. walking trough sand granules. Il citostoma proteso in avanti cattura le particelle alimentari. 





12) Euplotes visto dalla superficie ventrale. Le Dunalielle ingerite sono chiaramente visibili.



13)  Confronto tra un ipotrico affamato ed uno ben nutrito. Il primo (quello a sinistra)  è quasi completamente trasparente. 





14)  Anche i ciliati erbivori non mangiano tutti gli stessi organismi: hanno delle preferenze alimentari. Alcuni ad esempio si nutrono delle microalghe filamentose dotate di una parete rigida che viene rapidamente digerita subito dopo l'ingestione mentre il protoplasma viene raccolto in diversi vacuoli digestivi e digerito più lentamente. Even herbivorous ciliates do not eat all the same organisms. 
Nassula
15) Other ciliate eat bacteria. La foto mostra una sezione al microscopio elettronico a trasmissione che interessa alcuni vacuoli contenenti batteri appena ingeriti. 






16)   Ci sono anche ciliati carnivori cioè ciliati che mangiano altri organismi eterotrofi come altri ciliati. Proprio come gli animali carnivori mangiano  mangiano altri animali. Quello qui fotografato si chiama Didinium nasutum. Nonostante il citostoma apparentemente piccolo è un terribile predatore.








17)  Eccolo mentre mangia un Paramecio, una preda più grande di lui! Riesce a caturarlo lanciando delle strutture dette toxicisti che paralizzano il malcapitato. Ai bambini parlo di "freccette avvelenate"!










18)  . Anche la preda ha delle armi (estrusomi tricocisti)con cui si può difendere







A sinistra tricocisti all'interno della cellula. A destra tricocisti estrusa.


19) Se, quando “sente” la presenza del predatore, riesce ad emetterle tutte insieme riceve una spinta all’indietro che può permettergli di sfuggire all’attacco delle toxicisti del predatore. 

Paramecium con tutte le tricocisti estruse.
19) Altro predatore: Loxophillum, il citostoma si nota appena.




20)  Ma quando mangia lo allarga! Qui sta mangiando un Euplotes: si possono notare i cirri ancora sporgenti.




21) L’energia accumulata mangiando permette la riproduzione per scissione: scissione vista all’ottico.





22) Scissione al SEM. Da notare che prima di separarsi le due nuove cellule devono aver ricostruito tutte le strutture (citostoma, cirri ecc.)





23) Ciliato “mixotrofo”. Conserva nel citoplasma parte delle alghe ingerite e le nutre in modo che possano anche dividersi al suo interno. Quando per le condizioni ambientali (freddo o altro) non ci sono più alghe nell’ambiente si nutre delle alghe che ha dentro: in qualche modo diventa autotrofo!




24) Cisti. Stato di vita latente, ben protetto da una parete resistente che evita la disidratazione, per superare periodi di scarsezza di acqua o di cibo. Le sporgenze probabilmente favoriscono il trasporto da parte di vento o animali in luoghi più favorevoli.







Microorganisms like plants and microorganisms like animals


The present post deals only with eukaryotic unicellular organisms. In particular with those free living, sharing their habitats with us. By means of a few examples you will understand that these organisms differ from each other in many respects: not only they differ in shape and size but also in behaviors.
First of all there are autotrophic eukaryotic microorganisms that behave like plants and heterotrophic eukaryotic microorganisms behaving like animals.

Some examples:


1) This is  Dunaliella tertiolecta a flagellate, seen in vivo by light microscope. It is 5 micrometers in size and is a producer in the sea plankton. Indeed it is autotrophic and contains chloroplasts in its posterior region (note the green color).  Two flagella are hardly visible in the apical region. They are locomotor organelles.





2) Autotrophic flagellates are not all the same: they differ in shape, size number and position of the flagella and so on
An other example:






 3) This is Euglena seen at the light microscope. The green plastids, the flagellum and the photoreceptor ( the red spot in the anterior region) are visible. Photoreceptor is a rodopsin crystal and through it the organism realizes the light direction.










4) Euglena at SEM (scanning electro mictoscope). The bars in this picture and in the others at SEM are indicative of the size of the soecimen.  






5)     A Ciliate at SEM.  The cell is completely covered by cilia. Cilia are similar to flagella for the internal structure but they are shorter and, generally more numerous. By means of cilia Ciliates move very rapidly: they are the faster swimmers among protists. They are all heterophic i.e. they have to eat to get vital energy. 








6) To eat ciliates have a mouth i.e. a cytostome. It appears as a more or less pronounced depression surrounded, as it is visible in this picture, by a thicker ciliature. The movement of these cilia produces a whirl in the water driving food particles toward the cytostome bottom.



7)  A ciliate seen in vivo at the light microscope.









8) This ciliate can be defined  “ herbivorous” as it feeds on autotrophic flagellate (often referred to as microalgae) like Dunaliella. In the following picture taken at higher magnification, just ingested algae appear as green bodies inside the organism while those partially digested are brown. The food are contained in digestive vacuoles surrounded by a membrane. Cytostome bottom indeed is not open: it is delimited only by the cell membrane which swells like a balloon receiving food particles. When is completely full, the balloon come off, digestive enzymes pour into it and perform their action while new vacuoles are formed.



9) Herbivorous ciliates are very different from each other. This is Vorticella  a colonial sessile form  with the cytostome on the top. 




10) An hypotrich Ciliate seen at SEM. Hypotrichs have a huge cytostome bordered by ciliary membranelles. Cilia of the ventral surface are organized in tufts by which they "walk". 







11) The hypotrich Euplotes walking trough sand granules. The forward cytostome catchs food organims. (in vivo picture)






12) Euplotes seen from the ventral surface: ingested Dunaliellae are clearly visible .




13) Comparison between a starved hypotrich (it is transparent) and a well fed one.





14)  Even herbivorous ciliates do not eat all the same organisms. Some for example are specialized in eating filamentous  microalgae. The rigid wall of those organisms is rapidly digested soon after ingestion while their protoplasm is collected and processed in a number of different digestive vacuoles. 

Nassula
15) Other ciliates eat bacteria. In this picture taken by transmission electron microscope the section of food vacuoles containing just ingested bacteria is shown. 






16) There are also meat-eating ciliates! i.e. ciliates eating other ciliates, other heterotrophic organisms as carnivorous beasts  eat other beasts.  The following picture shows Didinium nasutum. In spite of the apparently small cytostome it is an efficient predator.




16) IN the following pictures you can see Didinium eating Paramecium. The predator succeed in catching this big and fast swimming prey  by immobilizing the victim through the discharge of extrusive organelles called toxicysts. Like poisoned little arrows. The cytostome enlarges and ingestion takes play. 










18)  Anyway Paramecium possess its own extrusomes (Trichocysts) that can be used as defensive tools. 







Trichocyst inside the cell (on the left): ejected trichocyst (on the right). 


19) In the presence of a predator Paramecium undergoes  an explosive extrusion of trichocysts  and shows a rapid backward movement by which he can escape the toxicyst action.  

Paramecium with ejected trichocysts. 

19)  Loxophillum, an other predator ciliate: the cytostome is barely visible.



20)  But the cytostome widens a lot to engulf the prey! In the piture Loxophillum eats Euolotes whose cirri are still visible




21) Energy obtained by feeding induces reproduction by binary fission.  





22) BefAs it is clearly visible in this SEM picture the two daughter cells reconstructed all their structures (cytostome, cirri and so on) beforere their separation. In such way they are both able to survive  separately.  





23) This is a "mixotroph" ciliate i.e. a ciliate normally heterophic  but able to survive for a period without food ingestion like eutotrophic protists. It mantains in its cytoplasm part of the ingested microalgae and allows them to grow and reproduce. So, when for bad climate conditions there are not live algae in the environment,  this iliate feeds on those it "breeded" 






24) Cyst. This is a stage of latent life.  The ciliate is enclosed by a resistent wall able to avoid dehydration. In this stage the cell overcome  periods of starvation and water lack.  Thank to the protrusions cysts can be transported by the wind or by little animals in more favorable environments where nomal life can be recovered.