Kugelalge Volvox – Entstehung von Vielzellern

Hallo, mein Name ist Kerstin. In diesem Video lernst du die Kugelalge Volvox näher kennen. Hierbei handelt es sich um einen besonderen Organismus, der an der Schwelle zum Vielzeller steht. Du erfährst dabei etwas über ihren Aufbau, die Fortpflanzung, die Organisationsform und wie sich Einzeller zu Vielzellern entwickeln konnten. Du solltest zum besseren Verständnis bereits wissen, welche Unterschiede es zwischen Einzellern und Vielzellern gibt. Los geht’s. Beginnen wir mit dem Aufbau von Volvox. Volvox gehört zur Gruppe der Chlorophyta, der Grünalgen. Das sind Photosynthese betreibende Algen, also niedere Wasserpflanzen ohne Blüten, Samen und Wurzeln. Der Beiname Kugelalge lässt sich auf den Aufbau von Volvox zurückführen. Es handelt sich um eine Hohlkugel, die mit einer gallertartigen Masse, der extrazellularen Matrix, gefüllt ist. Diese Kugeln können einen Durchmesser von 0,5 bis 2 Millimeter erreichen. Hier siehst du eine Schemazeichnung von Volvox. Viele dieser Zellen ergeben in einem Verbund von hunderten bis tausenden Zellen einen kugelförmigen Zellverband. Die einzelnen Zellen sind über Plasmafäden miteinander verbunden. Zusätzlich hat jede Zelle zwei Geißeln, die zur Fortbewegung dienen. Im Verband sind die Geißeln nach außen gerichtet. So kann eine Volvox-Kugel die Richtung ihrer Bewegung steuern. Nun zur Fortpflanzung. Innerhalb der Kolonie gibt es zwei Zellarten, die zwar ähnlich gebaut sind, sich aber in Größe und Funktion unterscheiden. Zum einen die somatischen Zellen, die einen stark ausgeprägten Augenfleck haben und für die Fortbewegung und die Nahrungsaufnahme zuständig sind. Sie sind nicht mehr teilungsfähig und sterben irgendwann ab. Der Augenfleck dient zur Orientierung am Licht und ermöglicht so eine zielgerichtete Fortbewegung. Zum anderen gibt es die wesentlich größeren generativen Zellen, die für die Fortpflanzung zuständig sind. Sie bleiben teilungsfähig. Volvox kann sich sowohl vegetativ als auch sexuell fortpflanzen. Sicherlich sind dir schon die kleinen Kugeln innerhalb der Volvox-Kugeln aufgefallen. Man nennt sie Tochterkugeln. Die große Kugel außen herum ist die Mutterkugel. Bei der vegetativen, also ungeschlechtlichen Fortpflanzung teilen sich die generativen Zellen. So entstehen im Inneren der Mutterkugel neue, kleinere Tochterkugeln. Diese wachsen in der Mutterkugel heran und gelangen erst ins freie Wasser, wenn die Mutterkugel aufreißt. Dann sterben die Zellen der Mutterkugel ab. Die Tochterkugeln hingegen wachsen weiter und sind nun unabhängig. Die sexuelle Fortpflanzung findet selten statt. Hierbei bilden die generativen Zellen Eizellen und Spermien. Durch die Verbindung der Keimzellen, also durch Befruchtung, entsteht eine neue Volvox-Kugel. Wie du schon weißt, bezeichnet man die Organisationsform von Volvox als Zellverband. Das bedeutet, dass mehrere Zellen miteinander verbunden sind und im Fall von Volvox über die Plasmafäden auch miteinander kommunizieren können. Zudem herrscht zwischen den Zellen Arbeitsteilung. Sie haben also eine unterschiedliche Funktion. Es gibt mindestens zwei verschiedene Zellarten. Bei Volvox sind das die somatischen und die generativen Zellen. Durch die Differenzierung können die Zellen nicht mehr alleine überleben. Das Auflösen des Verbandes führt zum Absterben des Organismus. Du darfst einen Zellverband aber nicht mit einer Zellkolonie verwechseln. Auch hier hängen mehrere Zellen zusammen. Sie sind durch eine Gallerthülle miteinander verbunden, durch die Stoffaustausch möglich ist. Aber bei einer Zellkolonie ist keine eindeutige Arbeitsteilung vorhanden. Die einzelnen Zellen sind auch außerhalb der Kolonie lebensfähig. Heute ist es möglich, die Entwicklung vom Einzeller zum Vielzeller nachzuvollziehen, wie sie womöglich vor mehreren Milliarden Jahren abgelaufen ist. Dazu sehen wir uns jetzt vier verschiedene Grünalgen an. Chlamydomonas ist ein Einzeller – die Zelle ist aber ganz ähnlich aufgebaut, wie die einzelnen Zellen von Volvox. Sie besitzen zwei Geißeln zur Fortbewegung. Zudem enthalten sie eine kontraktile Vakuole, den Augenfleck, einen Chloroplasten und den Zellkern. Die Grünalge Gonium ist bereits in einer Zellkolonie organisiert – die einzelnen Zellen Chlamydomonas sehr ähnlich. In einer Kolonie sind jeweils 16 Zellen auf einer Gallertplatte angeordnet. Auch bei Eudorina sind die Zellen in Zellkolonien angeordnet. Hier ist die Gallerthülle kugelförmig und enthält 32 Zellen. Die uns bereits bekannte Kugelalge Volvox steht am Ende dieser Entwicklung. Dennoch ist sie noch kein richtiger Vielzeller. Dazu müsste die Arbeitsteilung innerhalb der somatischen Zellen noch ausgeprägter sein, sodass verschiedene Gewebe und erste Organe gebildet werden können. Immerhin bildet Volvox schon einen Zellverband und zeigt eine geringe Arbeitsteilung der Zellen auf. Diese Alge steht somit an der Schwelle zum Vielzeller. Fassen wir zusammen: Die Grünalge Volvox hat ihren Beinamen Kugelalge ihrem Aufbau zu verdanken. Sie pflanzt sich meist über die Bildung von Tochterkugeln fort. Man bezeichnet den Organisationstypen als Zellverband. Bei einem Zellverband findet man im Gegensatz zu Einzellern oder Zellkolonien eine konkrete Arbeitsteilung und Kommunikation zwischen den Zellen vor. Zudem haben die somatischen Zellen ihre Teilungsfähigkeit verloren und sterben irgendwann ab. Volvox steht auf der Schwelle zum Vielzeller und zeigt uns heute, wie die ersten einfachen Vielzeller vor mehreren Milliarden Jahren möglicherweise ausgesehen haben. Das war’s von mir. Viel Spaß beim Lernen! Kerstin.