Coleps in POL

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Michael
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Coleps in POL

#1 Beitrag von Michael » 8. November 2016, 11:02

Hallo in die Runde,

in letzter Zeit spiele ich immer wieder mit der POL-Einrichtung und bin dabei auf einige Coleps sp. gestoßen, von denen ich einige Fotos zeigen möchte. Die Beobachtung erfolgte zwischen gekreuzten Pol-Filtern mit einem doppelbrechendem Hilfsobjekt (etwa Rot I).

Bild
Bild 1: Übersicht

Bild
Bild 2: optischer Schnitt

Bild
Bild 3: Links Hellfeld, Rechts POL

Die unterschiedlichen Hintergrundfarben sind der Bildbearbeitung geschuldet. Bei direkter Beobachtung ist der Hintergrund wie bei Bild 1.

Viele Grüße

Michael
Zuletzt geändert von Michael am 18. Oktober 2021, 08:04, insgesamt 1-mal geändert.

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Re: Coleps in POL

#2 Beitrag von Monsti » 10. November 2016, 19:22

Hallo Michael,

leider erschließt sich mir der Sinn der POL-Bilder nicht, denn ich erkenne keine Informationen, die man nicht auch im Hellfeld, Schieflicht und DIC erkennen würde. Vielleicht kannst Du uns erläutern, welchen Zweck Du mit den POL-Fotos verfolgst.

Viele Grüße
Angie
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Michael
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Re: Coleps in POL

#3 Beitrag von Michael » 11. November 2016, 09:43

Hallo Angie,

Du hast recht, da habe ich wieder mal den Fehler gemacht, zu glauben, dass die Infos, die ich mir aus alten Mikrokosmos-Heften zusammengerafft habe, nur für mich neu waren und für alle anderen, erfahrenen Mikroskopiker ein alter Hut sind. Bis vor kurzem war ich auch der Meinung, dass der Zweck von POL-Untersuchungen ist, bunte Bilder von Kristallen zu produzieren oder die optischen Eigenschaften von kristallinen Strukturen zu bestimmen. Erst Artikel wie

Matthiesen, G. und W. Probst: Polarisationsmikroskopie mit einfachen Mitteln. II. Praktische Untersuchungen. Mikrokosmos 72, 205-212, 1983

haben mir die Augen für die biologische Anwendung geöffnet.

Ohne auf die technischen und physikalischen Grundlagen einzugehen, möchte ich kurz den Wert für biologische Untersuchungen zusammenfassen:

Bei der Untersuchung von biologischen Objekten im polarisierten Licht, werden alle doppelbrechenden Strukturen sowohl farblich als auch von der Lichtintensität hervorgehoben und deutlich kontrastiert. Prinzipiell ist jedes Material doppelbrechend, das auf submikroskopischer Skala (bezüglich seiner elektrischen Eigenschaften) in Schichten aufgebaut ist. Klassisch sind das die meisten Kristalle. Bei biologischen Objekten treten aber auch sog. Mischsubstanzen auf. Das sind Strukturen, die z.B. schichtweise wachsen und bei denen zwischen den Schichten andere Materialien (z.B. Wasser) eingelagert sind. Das sind die Strukturen, die uns hier interessieren und die durch die POL-Mikroskopie identifiziert und kontrastreich dargestellt werden können und deren Schichtrichtung bestimmt werden kann.
Nehmen wir als ein etwas komplexeres Beispiel die POL-Aufnahme eines Gastrotrichen:

Bild

Durch die POL-Beobachtung werden einige Einzelheiten kontrastreich dargestellt:
Man erkennt z.B. den muskulösen Pharynx (in Orange), da Muskeln aus submikroskopischen, parallel angeordneten Fibrillen bestehen und deshalb als Mischobjekte doppelbrechend sind. Die Farbe gibt an, dass in diesem Fall die Faserrichtung von SW nach NO verläuft. Strukturen, die senkrecht zu dieser Richtung geschichtet sind, werden blau dargestellt. So sind beidseitig des Pharynx (schwach) zwei Längsmuskelstränge in blau zu erkennen, deren Fibrillen also in Richtung NO nach SW verlaufen.
Des weiteren ist zu erkennen, dass die Schuppen des Tieres ebenfalls doppelbrechend sind. Da die Doppelbrechung bei Draufsicht nicht sichtbar ist, ist die Schichtung offensichtlich parallel zur Körperoberfläche. Anscheinend werden die Schuppen schichtweise senkrecht zu den Epidermiszellen abgeschieden. Bei höherer Vergrößerung erkennt man, dass die Schichtrichtung der Stachelform folgt und die Stacheln hohl sind (nur das doppelbrechende Material wird kontrastiert).
Durch die POL-Untersuchung lassen sich also eine Menge Zusatzinformationen zur „normalen“ Beleuchtung bei biologischen Objekten gewinnen.
Mit diesen Hintergrundinformationen kann man nun versuchen, die obigen Coleps-Bilder zu interpretieren (was mir als POL-Anfänger aber noch schwer fällt):
Coleps ist von einem doppelbrechenden (aus Polysaccharid aufgebauten) Panzer umgeben. Der Panzer ist – im Wesentlichen - aus senkrechten und waagrechten Stegen aufgebaut, die eine Schichtstruktur aufweisen (sonst wären sie nicht doppelbrechend). Senkrechte und waagrechte Stege erscheinen in komplementären Farben, also ist ihre Schichtung ebenfalls senkrecht zueinander, die deshalb nicht von „innen nach außen“ angeordnet sein kann. Vielmehr verläuft die Schichtung parallel zur Ausrichtung der Stege. Die Stege sind auch in Draufsicht doppelbrechend, also folgt die Schichtung nicht der Zellform, sondern scheint radial zu den Stegen ausgerichtet zu sein.

Du merkst schon, ich bin fasziniert von den Möglichkeiten, die diese Beobachtungsmöglichkeit auch im Tümpel-Bereich bietet. Leider ist die Interpretation der Ergebnisse nicht immer einfach – hier muss ich sicherlich noch etwas üben.

Viele Grüße

Michael
Zuletzt geändert von Michael am 18. Oktober 2021, 08:07, insgesamt 1-mal geändert.

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Re: Coleps in POL

#4 Beitrag von Monsti » 11. November 2016, 16:41

Hallo Michael,

vielen Dank für Deine Erläuterungen, wobei mir der Sinn der Polarisationsmikroskopie schon klar ist. Meine Frage bezog sich lediglich auf die Fotos von Coleps.

Viele Grüße
Angie
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Re: Coleps in POL

#5 Beitrag von Michael » 12. November 2016, 10:23

Hallo Angie,
dann entschuldige bitte die obigen Ausschweifungen.
Wenn man in Bild 1 die Algen rechts mit dem Coleps vergleicht fällt das völlig verschiedene Erscheinungsbild auf. Bei den Algen ist alles wie erwartet: die Zellwand zeigt das typische Bild einer konzentrischen Schichtung, die die Abscheidungsrichtung des Material von innen nach außen widerspiegelt. Beim Coleps ist eine solche Wachstumsrichtung nicht beobachtbar und deutet auf einen anderen Mechanismus bei der Bildung des Panzers hin. Diese submikroskopischen Unterschiede sind in der "normalen" Mikroskopie nicht zu beobachten.

Ein schönes Wochenende

Michael

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Re: Coleps in POL

#6 Beitrag von Monsti » 12. November 2016, 21:39

Hallo Michael,
dann entschuldige bitte die obigen Ausschweifungen.
Du musst Dich für gar nichts entschuldigen. Eher muss ich mich bei Dir entschuldigen, weil ich Dir provozierende Fragen gestellt habe. Es mag an meiner eigenen Unkenntnis liegen, dass ich im POL-Foto von Coleps beim besten Willen keine wichtigen Informationen erkenne, beim Bauchhärling hingegen schon.

Viele Grüße
Angie
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Re: Coleps in POL

#7 Beitrag von Michael » 13. November 2016, 16:15

Hallo Angie,
Monsti hat geschrieben:...dass ich im POL-Foto von Coleps beim besten Willen keine wichtigen Informationen erkenne, beim Bauchhärling hingegen schon...
Das sehe ich eigentlich gerade anders herum:
Das Gastrotrichen-Bild mag für meine Verhältnisse gut kontrastiert sein, aber ich glaube nicht, dass hier Details gezeigt werden, die jemand von Oles Format mit seinem DIC nicht mindesten ebenso gut darstellen könnte.
Bei der Beobachtung der Coleps fiel mir sofort auf, dass der gesamte Panzer, unabhängig von der Beobachtungsrichtung hell aufleuchtete. Dies ist für flächige, doppelbrechende Strukturen absolut untypisch. So erhält man z.B. beim Gastrotrichen von der Kutikula nur ein Signal, wenn man diese im Querschnitt betrachtet (also am Rand des Tieres). Blickt man direkt auf die Fläche der Schuppen, ist die optische Achse des Materials parallel zur Achse des Mikroskops und die Doppelbrechung ist nicht sichtbar.
Bei Coleps ist die Doppelbrechung auch in der Fläche des Panzers sichtbar und zeigt deshalb, dass der Panzer nicht einfach eine flächige Abscheidung der Zellwand ist. Vielmehr erscheint Coleps so, als wäre er ein „Drahtmodell“ bei dem die „Drähte“ konzentrisch von einer doppelbrechenden Substanz umzogen sind.
Angeregt durch Deine „provokativen“ Fragen habe ich nochmal meine aussortierten Fotos durchgesehen um diese Hypothese zu stützen. Wenn die Rippen des Panzers konzentrisch abgeschieden werden, sollte man nur am Rand der Rippen eine doppelbrechende Aufhellung erkennen, da man nur hier „zwischen“ die Schichten sieht. In Draufsicht – also in der Mitte der Rippen – sollte man dann eine deutliche Abschwächung der Doppelbrechung sehen. Bei einem plattgedrücken Exemplar glaube ich, dies erkennen zu können:

Bild

Bei dem Bild erkennt man, dass alle Stege und Zähne als Doppellinien erscheinen. In den unteren Diagrammen ist jeweils das Helligkeitsprofil entlang der beiden roten Pfeile zur Verdeutlichung zu sehen. Die Pfeile in der Diagrammen geben jeweils die Mitte der Rippen / Zähne an. Hier ist die Doppelbrechung jeweils vermindert.
Dies lässt sich am leichtesten erklären, wenn man annimmt, dass das Material jeweils von diesen Strukturen her abgeschieden wurde.
In

M.-L. Lemloh et al., Genesis of amorphous calcium carbonate containing alveolar plates in the ciliate Coleps hirtus (Ciliophora, Prostomatea), Journal of Structural Biology 181 (2013) 155–161

wurde erstmals die Existenz einer intracellulären Matrix beschrieben, von der aus die Bildung des Coleps-Panzers durch Abscheiden von amorphen Calziumcarbonats ausgeht. Ich glaube, dass die von mir gezeigten, doppelbrechenden Effekte eine Folge dieses dort beschriebenen Mechanismus sind.

Viele Grüße

Michael
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Re: Coleps in POL

#8 Beitrag von paramecium » 13. November 2016, 22:33

Ich finde den Coleps in Pol schon aufgrund des räumlichen Effekts gelungen. Im Phako ist die Panzerung nur schwer erkennbar.

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Re: Coleps in POL

#9 Beitrag von cabo » 14. November 2016, 21:26

Monsti hat geschrieben: leider erschließt sich mir der Sinn der POL-Bilder nicht, denn ich erkenne keine Informationen, die man nicht auch im Hellfeld, Schieflicht und DIC erkennen würde.
Hallo Angie,

wenn man wie ich keinen DIC hat, kann man sich mit etwas Mühe einen "DIC-Effekt" mit polarisiertem Licht zusammen stapeln. Einen Erkenntnisgewinn bringt das sicher nicht, aber die Bilder könnten u.U. in ihrer Bildwirkung etwas "aufgemotzt" werden.

Ein Beispiel:

Bild

Gruß aus Niederbayern

Christian
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Re: Coleps in POL

#10 Beitrag von Michael » 15. November 2016, 07:44

Hallo Christian,

ein tolles Foto - großen Respekt. Coleps zu stacken habe ich noch nie geschafft. Wie hast Du sie denn ruhig gestellt bzw. fixiert?

Viele Grüße

Michael

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Re: Coleps in POL

#11 Beitrag von cabo » 15. November 2016, 08:53

Hallo Michael,

es freut mich, dass Dir mein Bild gefällt.

Tonnentierchen haben den Vorteil, dass sie nach dem Abtöten ihre äußere Form beibehalten. Ich nehme da stark verdünnte Povidon-Iod Lösung aus der Apotheke.

Gruß

Christian

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