Wednesday, September 23, 2009

Schleimpilze - Slime mold

Als wären sie nicht von dieser Welt. - Der unmögliche Lebenswandel der Schleimpilze
  • Schleimpilze (Rechte: WDR)
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  • Schleimpilze brauchen Feuchtigkeit. (Rechte: WDR)

    Schleimpilze brauchen Feuchtigkeit. Sobald es regnet quellen sie aus Ritzen und Löchern und ziehen los auf Futtertour.

  • Schleimpilze vermehren sich über Sporen in Fruchtkörpern. (Rechte: WDR)

    Schleimpilze vermehren sich über Sporen in Fruchtkörpern



Schleimpilze sind Außenseiter der Evolution: Als hätten sie eine Zauberformel parat, pendeln sie zwischen den großen Reichen des Lebens - dem Reich der Tiere und dem Reich der Pflanzen. "Lebenswandel" scheinen sie wörtlich zu nehmen. Seit über 20 Jahren stellt Karlheinz Baumann diesen Wunderwesen nach. In den Nebelwäldern Kanadas, in den Kaiserlichen Gärten Tokios oder im Wald vor seiner Haustür. Baumanns Kamera führt in eine ebenso fremde wie abenteuerliche Welt, die unseren Sinnen weitgehend verborgen ist: Da schrumpfen Tage auf Sekunden zusammen und Winzlinge aus dem Mikrokosmos wachsen zu bedrohlichen Riesen.
Eine neue, elektrisierende Meldung kommt aus Japan: An der Universität von Sapporo haben WissenschaftlerInnen einen Intelligenztest für Schleimpilze entwickelt. Der Film dokumentiert den Verlauf - und das unerwartete, fast beängstigende Ergebnis.

Es ist schwierig, sich der Faszination dieser fremdartigen Wesen zu entziehen - nicht nur für WissenschaftlerInnen. Schleimpilze besitzen eine Fangemeinde rund um die Erde. Mancher von Ihnen hält sich Hunderte in seiner Wohnung - in Dosen und Schächtelchen verpackt. Dort ruhen die "Aliens" im "Dauerschlaf". Doch jederzeit könnten sie erwachen und wieder ins Leben treten - ein Leben, als wären sie nicht von dieser Welt.



Physarum polycephalum ist ein echter Schleimpilz (Protista/Myxomycetes). Sein natürliches Verbreitungsgebiet sind Waldgebiete in den mittleren Breiten. Dort kann er bis zu 1 m2 große, gelbliche Riesenzellen (Plasmodien) bilden. Diese stellen die aktive Phase seines Lebenszyklus dar. Sie bilden am Ende dieser Phase Sporen, mit denen sich Physarum vermehrt und verbreitet.

Als Plasmodium ist Physarum ein Synzytium, eine einzige Zelle ohne unterteilende Zellwände, die aber viele Millionen Zellkerne besitzt. Im Inneren dieser Zelle ist eine rasche Zellplasmaströmung unter dem Mikroskop erkennbar. Die Strömung sorgt für eine gleichmäßige Verteilung von Nähr- und Botenstoffen, die durch die Größe der Zelle durch Diffusion allein nicht mehr gewährleistet ist. Durch Kontraktionen der Plasmamembran und unterschiedliche Viskosität wird das Zellplasma durch ein vernetztes System von Adern gepumpt. Daran sind maßgeblich Aktin und Myosin, zwei Proteine des Zytoskeletts beteiligt. Diese wirken zusammen mit ATPase und sind vor allem für die Kontraktion der Plasmamembran, sowie für den Transport von Vesikeln in der Zelle verantwortlich.

* PhysarumPlus
* Messung der Cytoplasmaströmung von Physarum polycephalum mit einem Beispielfilm
* Pilz im Roboterhirn - Forscherteam entwickelt Maschine, die von einem Schleimpilz gesteuert wird



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http://www.mininova.org/tor/2269357

Der unmoegliche Lebenswandel der Schleimpilze - Als waeren sie nicht von dieser Welt GERMAN DOKU-DiV



Ein Synzytium (Plural: Synzytien), auch Coenoblast oder Coenocyt, bezeichnet eine mehrkernige (polyenergide) Zelle. Ein Synzytium kann durch Verschmelzung von mehreren Einzelzellen oder durch Kernteilungen ohne anschließende Teilung des Zytoplasma entstehen. Als funktionelles Synzytium werden Zellen bezeichnet, die morphologisch voneinander getrennt, deren Zytoplasma aber über Gap Junctions miteinander verbunden ist.

Einige Definitionen bezeichnen als Synzytien nur polyenergide Zellen die durch Fusion entstanden sind. Zur Abgrenzung werden Produkte unvollständiger Zellteilung manchmal als Plasmodium (Plural: Plasmodien) bezeichnet.

Eine Energide (Plural: Energiden) bezeichnet einen Zellkern und den ihn umgebenden Plasmabereich eines Synzytiums.


Physarum polycephalum
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Physarum polycephalum

Scientific classification
Kingdom: Amoebozoa
Phylum: Mycetozoa
Class: Myxogastria
Order: Physarida
Family: Physaridae
Genus: Physarum
Species: P. polycephalum
Binomial name
Physarum polycephalum

Physarum polycephalum belongs to the supergroup Amoebozoa, phylum Mycetozoa, and class Myxogastria. P. polycephalum, often referred to as the “many-headed slime,” is a slime mold that inhabits shady, cool, moist areas, such as decaying leaves and logs.
http://www.educationalassistance.org/Physarum/Graphics/logo.mod2.gif
Characteristics

This protist may be seen without a microscope; P. polycephalum is typically yellow in color, and eats fungal spores, bacteria, and other microbes. P. polycephalum is one of the easiest eukaryotic microbes to grow in culture, and has been used as a model organism for many studies involving amoeboid movement and cell motility. Most organisms receive mitochondrial DNA from their mother, but it is not known from where P. polycephalum receives its mitochondrial DNA as it is currently not possible to distinguish between male and female.

Life cycle

The main vegetative phase of P. polycephalum is the plasmodium (the active, streaming form of slime molds). The plasmodium consists of networks of protoplasmic veins, and many nuclei. It is during this stage that the organism searches for food. The plasmodium surrounds its food and secretes enzymes to digest it.

If environmental conditions cause the plasmodium to desiccate during feeding or migration, Physarum will form a sclerotium. The sclerotium is basically hardened multinucleated tissue that serves as a dormant stage, protecting Physarum for long periods of time. Once favorable conditions resume, the plasmodium reappears to continue its quest for food.

As the food supply runs out, the plasmodium stops feeding and begins its reproductive phase. Stalks of sporangia form from the plasmodium; it is within these structures that meiosis occurs and spores are formed. Sporangia are usually formed in the open so that the spores they release will be spread by wind currents.

Spores can remain dormant for years if need be. However, when environmental conditions are favorable for growth, the spores germinate and release either flagellated or amoeboid swarm cells (motile stage); the swarm cells then fuse together to form a new plasmodium.

Streaming behavior

The movement of P. polycephalum is termed shuttle streaming. Shuttle streaming is characterized by the rhythmic back-and-forth flow of the protoplasm; the time interval is approximately two minutes. The forces of the streaming vary for each type of microplasmodium.

The force in amoeboid microplasmodia is generated by contraction and relaxation of a membranous layer probably consisting of actin (type of filament associated with contraction). The filament layer creates a pressure gradient, over which the protoplasm flows within limits of the cell periphery.

The force behind streaming in the dumbbell-shaped microplasmodia is generated by volume changes in both the periphery of the cell and in the invagination system of the cell membrane.

Intelligence

Physarum Polycephalum demonstrates a surprising amount of intelligence for a single-celled creature.
http://www.abc.net.au/science/news/img/slime.jpg

Maze-solving

A team of Japanese and Hungarian researchers, writing in the journal Nature , claimed to have found the slime mold Physarum polycephalum is capable of finding the shortest way through a maze. Pieces of the slime mould were enticed through a 30-square-centimetre (five-square-inch) maze by the prospect of food at the end of the puzzle. The researchers concluded that the creature was exhibiting a kind of primitive intelligence.

Normally, the slime spreads out its network of tube-like legs, or pseudopodia, to fill all the available space. But when two pieces of food were placed at separate exit points in the labyrinth, the organism squeezed its entire body between the two nutrients. It adopted the shortest possible route, effectively solving the puzzle.

Event anticipation

Biophysicist Toshiyuki Nakagaki of Hokkaido University and colleagues manipulated the environment of Physarum slime-mold amoebas. As the cells crawled across an agar plate, the researchers subjected them to cold, dry conditions for the first 10 minutes of every hour. During these cool spells, the cells slowed down their motion. After three cold snaps the scientists stopped changing the temperature and humidity and watched to see whether the amoebas had learned the pattern. Indeed, many of the cells throttled back right on the hour in anticipation of another bout of cold weather. When conditions stayed stable for a while, the slime-mold amoebas gave up on their hourly braking, but when another single jolt of cold was applied, they resumed the behavior and correctly recalled the 60-minute interval. The amoebas were also able to respond to other intervals, ranging from 30 to 90 minutes.

Computing

Andrew Adamatzky at the University of the West of England in Bristol, outlined how it is possible to precisely point, steer and cleave plasmodium using light and food sources. Since plasmodia always react in the same way to the same stimulus, Adamatzky says they are the "ideal substrate for future and emerging bio-computing devices".

References

1. ^ Toshiyuki Nakagaki, Hiroyasu Yamada and Ágota Tóth (2000). "Intelligence: Maze-solving by an amoeboid organism". Nature 407: 470. doi:10.1038/35035159.
2. ^ Barone Jennifer (2008-12-09). "Top 100 Stories of 2008 #71: Slime Molds Show Surprising Degree of Intelligence". Discover Magazine. http://discovermagazine.com/2009/jan/071. Retrieved 2009-03-04.
3. ^ Andrew Adamatzky (2008-08-06). "Steering plasmodium with light: Dynamical programming of Physarum machine". arXiv. http://arxiv.org/abs/0908.0850v1. Retrieved 2009-08-10.

* Gawlitta,W, KV Wolf, HU Hoffmann, and W. Stockem. 1980. Studies on microplasmodia of Physarum polycephalum. I. Classification and locomotive behavior. Cell Tissue Res; 209(1): 71-86.
* http://www.carolina.com/tips/01pdfs/August_2001_Tips.pdf
* http://www.educationalassistance.org/Physarum/PhysarumPlus.html
* Cellular memory hints at the origins of intelligence - The learning and memory potential of Physarum polycephalum
* slime mold - Slime shown negotiating a maze




Schleimpilze, auch Myxomyceten (Eumycetozoa), sind eine Gruppe von heterotrophen Organismen. Etwa 1000 Arten sind bekannt. Ob Schleimpilze als Einzeller oder Vielzeller anzusehen sind, ist schwer zu beantworten. Auch ist man sich nicht einig, ob Schleimpilze den Tieren, Pilzen oder Pflanzen zuzurechnen sind. Innerhalb der Biologie wird die systematische Erforschung der Schleimpilze durch die Botanik betrieben.

Schleimpilze bilden ein Plasmodium, eine Plasma-Masse mit vielen Zellkernen bzw. amöboiden Zellen. Das Plasmodium ist ein vielkerniger, amöboid beweglicher, ungegliederter Organismus. Es ist ein Entwicklungsstadium der meisten Schleimpilze. Die Plasmodien von Schleimpilzen ernähren sich meist durch Phagozytose. Dabei werden zumeist Bakterien, aber auch Sporen, Pilzhyphen und Anderes von ausfließendem Plasma umflossen und inkorporiert.

Auffällige Plasmodien der Schleimpilze tragen oft volkstümliche Namen: Blutmilchpilz (Lycogala epidendrum), Hexenbutter sind die Plasmodien der Lohblüte (Fuligo septica), als Drachendreck oder Wolfsblut werden weitere Plasmodien bezeichnet.

Die meist diploiden Plasmodien der Schleimpilze werden morphologisch in drei Gruppen eingeteilt:

* Protoplasmodien sind mikroskopisch klein und unverzweigt. Meist wird nur ein einziges Sporokarp gebildet.
* Aphanoplasmodien sind anfangs so klein und wie Protoplasmodien gebaut, werden aber größer und verzweigen sich. Sie sind ohne auffallende Pigmentierung und hyalin (= durchscheinend). Es werden viele Sporokarpien gebildet.
* Phaneroplasmodien können mitunter sehr groß werden und Flächen von bis zu 1,5 m² bedecken. Sie bilden rasch ein umfangreiches Netzwerk. Die Plasmastränge sind oft auffällig pigmentiert. Es werden viele Sporokarpien oder ein einziges großes Aethalium gebildet.

Bei den meisten Schleimpilzen, den Myxomycota, ist das Plasmodium nicht in Zellen gegliedert, enthält keine Zellwände, aber sehr viele Zellkerne. Diese Plasmodien können sich in einzelne amöbenartige Zellen (Myxamöben) aufteilen, die sich wieder vereinigen können. Andere Schleimpilze, die Acrasiomycota, bilden Plasmodien, die in amöboide Einzelzellen gegliedert bleiben und sich ebenfalls wieder in einzelne amöbenartige Individuen aufteilen können. Plasmodien können sich wie riesige Amöben bewegen und durch Phagozytose ernähren, aber auch feste pilzartige Fruchtkörper bilden. Einige Arten bilden wie echte Pilze chitinhaltige Zellwände. Einige Schleimpilze bilden Geschlechtszellen mit Geißeln, ähnlich denen von Braunalgen und den Spermien von Tieren.

Myxomycota, z. B. Physarum polycephalum, wandern im Jugendstadium als vielkernige Riesenzellen zur Nahrungssuche auf dem Substrat umher, bei Reife erstarren sie zu feststehenden Fruchtkörpern. Verschiedene Arten kommen ausschließlich während der Schneeschmelze im Frühjahr im Gebirge vor. Sie brauchen eine mehrmonatige geschlossene Schneedecke zur Entwicklung. Bekannt ist vor allem die gelb gefärbte Art Physarum polycephalum, ein amöboider Myxomycet, bei dem das Plasmodium einer einzigen vielkernigen „Zelle“ mehr als 2 m² Fläche bedecken kann. Sie ist auch im Labor kultivierbar. Junge Plasmodien, die im Inneren von abgestorbenen Bäumen leben, zeigen eine Bewegung in Richtung niedrigerer Beleuchtungsstärke (negative Phototaxis). Ältere Plasmodien zeigen positive Phototaxis und wandern vor der Sporenbildung nach außen zum Licht. Sie besitzen lichtempfindliche Farbstoffe, die insbesondere auf blaues und UV-Licht reagieren.

Viele Schleimpilzarten können auf Rinden gezüchtet werden. Wird die Rinde in einem geschlossenen Gefäß auf Zellstoff gelegt, erscheinen meist nach wenigen Tagen bis Wochen die Fruchtkörper. Die meisten Arten allerdings kommen während der Vegetationsperiode an verschiedenen Substraten vor, wie zum Beispiel Totholz, Gras, abgestorbenen Pflanzenteilen und Moos.

Manche Arten können extreme Mengen an Calcium und anderen Metallen ansammeln. So wurde für Fuligo septica ein Calcium-Gehalt von bis zu 11 Gewichtsprozent ermittelt. Auch die Gehalte an Mangan, Zink und Barium waren hoch.

Manche Schleimpilzarten werden auch von Menschen gegessen, z. B. Plasmodia von Fuligo septica und Aethalia von Enteridium lycoperdon in der Gegend von Veracruz in Mexiko. Dort sind sie gegrillt, unter der Bezeichnung „caca de luna“, als Delikatesse bekannt. In der Medizin werden Schleimpilze als Modellorganismen genutzt, z. B. bei der Erforschung der Legionärskrankheit.

Eine ähnliche Lebensweise wie die eukaryotischen Schleimpilze haben im Bereich der Prokaryonten die Myxobacteria entwickelt, ein Beispiel für konvergente Evolution.


Slime mold is a broad term describing fungi-like organisms that use spores to reproduce.[1] They were formerly classified as fungi, but are no longer considered part of this group.[2]

Their common name refers to part of some of these organism's lifecycles where they can appear gelatinous (hence the name slime). However, this feature is mostly seen with the myxomycetes, which are the only macroscopic slime molds.

Slime molds have been found all over the world and feed on microorganisms that live in any type of dead plant material. For this reason, these organisms are usually found in soil, lawns, and on the forest floor, commonly on deciduous logs. However, in tropical areas they are also common on inflorescences, fruits and in aerial situations (e.g., in the canopy of trees). In urban areas, they are found on mulch or even in the leaf mold in gutters. One of the most commonly encountered slime molds, both in nature in forests in the temperate zones of the earth as well as in classrooms and laboratories is the yellow Physarum polycephalum.

Most slime mold are smaller than a few centimetres, but the largest recorded reached an area of up to thirty square metres,[3] making them the largest undivided cells known (although one could argue that slime molds are made up from individual cells). Many have striking colours such as yellow, brown and white.
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