Artefakte: einige Gedanken zur Abbildung der natürlichen Umgebung .....

[Michael Plewka]

.......von Tümpel-Organismen in der Mikrofotorafie


Liebe Tümplerinnen und Tümpler,

Bereits im Zusammenhang mit dem im Frühjahr von Jürgen Stahlschmidt organisierten Foto-Workshops stand die Frage im Raum, an welchen Stufen auf dem Weg von der Naturbeobachtung bis zur Betrachtung des fertigen Bildes vom Menschen verursachte Verfälschungen ("Artefakte") die Wahrnehmung der Natur beeinflussen. Zwar wurde während des Workshops aus Zeitmangel der Fokus auf die Probleme der Bildbearbeitung gelegt, doch muss jedem Naturbeobachter klar sein, dass auch schon vor dem Foto beim Sammeln und Herstellen der Präparate jedesmal Artefakte entstehen. Während dieses bei z.B.  geschnittenen und gefärbten Pflanzenteile augenfällig  ist, erscheint das bei  Lebend"material"  wie in Tümpler-Präparaten auf den ersten Blick offenbar nicht ganz so plausibel.

So wurde  neulich   ("mag ich" oder "mag ich nicht") das Einbinden der natürlichen Umgebung in das Foto als Qualitätskriterium für Mikrofotos angeführt. Da dieses Argument immer wieder mal angeführt wird, möchte ich dazu aus biologischer Sicht Stellung nehmen.

Was ist "natürliche Umgebung"?

In der Biologie wird der Lebensraum eines Organismus grundsätzlich in 3 Bereiche untergliedert:

1. die abiotische Umwelt: Wasser/ Gase/ weitere Stoffe/ Licht, Temperatur, Dynamik dieser und anderer Faktoren
2. biotische Umwelt, gebildet von Organismen anderer Arten und deren Wechselwirkung mit dem betrachteten Organismus (z.B. Konkurrenz/ Symbiose/ Parasitismus, Nahrungsbeziehungen etc.)
3. biotische Umwelt, gebildet von Organismen derselben Art. (u.a. Dichte/ Vermehrung/ Sozialverhalten)

Diese 3 Bereiche stehen in einer dynamischen räumlichen und zeitlichen (Wechsel-)Beziehung zu dem betrachteten Organismus.

Aus diesen allgemeinen Grundsätzen heraus ergeben für limnische Organismen, bezogen auf die obige Fragestellung,  ganz grob 2 Lebensbereiche, d.h. natürliche Umgebungen:

1. Pelagial: u.a . mit dem Plankton, das hier näher betrachtet werden soll.
2. Benthal : u.a. der Bereich des Pflanzengürtels von Teichen / Seen Tümpeln / Fließgewässern.

Hier möchte ich nun an Beispielen aus diesen beiden Lebensräumen gegenüberstellen, ob und wie sich  durch die Probennahme und Präparation die Lebensbedingungen ändern.
(Außer acht gelassen werden soll an dieser Stelle die Problematik der Intensität der Mikroskop-Beleuchtung, die zumeist die Beleuchtungsstärke der natürlichen Umgebung um Größenordnungen übertrifft.)

Plankton:
hier ändern sich im natürlichen Lebensraum die abiotischen Faktoren (Licht /Temperatur/ chem. Parameter)  nur sehr langsam. d.h. nenneswerte Veränderungen ergeben sich durch den Tag-Nacht Rhythmus bzw. jahreszeitlich. Viele  Organismen sind demzufolge auch sehr stenök, vor allem was die Temperatur betrifft.
Die Dichte der Organismen ist sehr gering (Individuen / ml)   -selbst  bei sog. Algenblüten- liegt sie im Bereich von  
1000 Individuen / ml. Das bedeutet, dass man selbst bei einer Algenblüte in einem Präparat  auf ca. 0,25 Zellen pro Quadratmillimeter Beobachtungsfläche kommt .
Für Rädertiere werden Zahlen von ca. 40 Individuen pro Liter eines eutrophen Sees angegeben (z.B. Hexarthra, Filinia, Brachionus (Utermöhl 1935)); für Daphnia liegt der Wert bei 100 Ind./ Liter. Entsprechend gering wäre die Anzahl der Individuen im Präparat.

Zwangsläufig wird also das Plankton durch die Fangmethode (Planktonnetz) aufkonzentriert, und zwar um mehrere Größenordnungen, will man die Organismen im Mikroskop überhaupt finden.
Hier im Forum wurde auch verschiedentlich das Aufkonzentrieren von Plankton mittels Zentrifugation empfohlen.
Die Folgen sind:

-erhöhter O2-Verbrauch
-durch geringes Volumen Gefahr der Temperaturveränderung
-Zerstörung von Schwebefortsätzen
-Absterben der Organismen

Fast als Klischee zu bezeichnen sind also die sehr häufig -vor allem im Fernsehen- gezeigten Fotos oder Filmaufnahmen, die einen Wust von Algen unter dem Mikroskop zeigen (meist um die Produktivität des (Phyto)planktons zu veranschaulichen).

Natürlich ist es sehr viel mühseliger (und langweilig zudem), ein Präparat zu durchforsten, das die Organismen entsprechend  ihrer natürlchen Umgebung in geringer Konzentration enthält. Es hat aber den Vorteil, dass man diese wenigen Organismen -wenn man sie dann erst einmal aufgespürt hat- sehr gezielt und dosiert festlegen kann, ohne dass andere, größere Organismen die optimale Schichtdicke stören.

Fazit:

Bei Plankton-Organismen ist bei realistischen Aufnahmen der natürlichen Umgebung der Hintergrund leer!  
Zeigt ein Foto etwas anderes, kann man zumeist von einem Artefakt ausgehen.


Benthos

Häufig nehmen die Tümpler Proben von Wasserpflanzen/ Blättern/ Holzresten zusammen mit etwas Probenwasser mit nach Hause (mach ich natürlich genauso)

Schaut man sich ein solches Pflanzenteil vorsichtig in der Petrischale unter der Stereolupe / -mikroskop an, so wird etwas erkennbar, was beim Beobachten im  (Aufrechten) Mikroskop zumeist verloren geht :

es erschließt sich eine Struktur, deren Grundgerüst eben z.B.  von einer Sprossachse oder einem Blatt gebildet wird, auf dem kleinere Algen oder sessile Tiere oder Einzeller fixiert ähnlich einem Wald gemäß ihrer ökologischen Potenz in Wechselwirkung zu einander stehen. Es erschließt sich dabei auch die 3. Dimension in die Höhe, d.h. man sieht Organismen im freien Wasser schwimmen, dabei aber in biologischem Kontakt und Abhängigkeit mit ihren fixierten  Futterquellen wie z.B. Bakterienrasen.  Das Ganze erinnert stark an Bilder und Filme  aus Korallenriffen, wo freischwimmende Fische auch Teil der Biozönose Korallenriff sind. Der Vergleich mit dem Korallenriff kann sogar noch weiter geführt werden: Viele Lebewesen des Periphytons sind zunächst gut in Zwischenräumen versteckt; man kann sie nur fotografieren, indem man sie aus ihrem natürlichen Lebensraum (=Versteck)  herausholt.

Diese Struktur zerstört der gemeine Tümpler nun also mit seiner Präparations"technik":

Entweder wird mit der Pipette ein Tropfen dieser Struktur abgesaugt, was in seiner Wirkung makroskopisch durchaus mit Tropenstürmen oder "Kyrill" vergleichbar ist, oder aber es wird mit geeignetem Gerät etwas Material vom Blatt abgeschabt, was einer Rodung eines Walds mit einem Bulldozer gleichkommt. Dieser Trümmerhaufen kommt nun auf den Objektträger und wird anschließend mit dem Deckglas zu einem Brei gequetscht.
(anders ist das möglicherweise bei Invers-Mikroskopen, von deren Präparaten hier im Forum aber kaum Bilder zu sehen sind)
Dass viele Tümpler-Organismen erstaunlicherweise diese Tortur unverletzt überstehen, verdanken sie ihrer Größe, und zwar  in zweierlei Hinsicht. Zum einen stützen und schützen  härtere Pflanzenteile, die größer sind als die anderen Objekte das Deckglas ab, zum andern ist die Materialfestigkeit mikroskopisch  kleiner Organismen relativ zur Körpergröße um Größenordnungen höher als bei z.B. Säugetieren.

Selbstverständlich praktiziere auch ich diese Methoden, vor allem, um durch geringe Schichtdicke an scharfe Fotos der Organismen zu kommen. Somit bietet sich mir jedes Mal, wenn ich ein solches Präparat  durchs Mikroskop betrachte, das Bild einer Verwüstung. Möglicherweise liegt dann zufällig eine Zieralge pittoresk neben einem Rädertier, das ich gerade fotografiere.

Aber bildet  ein solches  Foto dann  eine natürliche Umgebung ab?

Ich meine: es kommt drauf an!  Darauf nämlich, ob man weiß, ob zwischen den beiden Organismen(arten)  eine Beziehung besteht oder nicht.
Besteht eine solche Beziehung, erachte ich dieses Bilddetail als relevant, dann kann ich das auch dokumentieren. Dann kann (und sollte) ich diese Beziehung aber auch thematisieren!

Im andern Fall ist die Alge lediglich eine Deko im Bild, wie die künstliche Petersilie in der Fleischertheke.


Hier nun ein paar Beispiele von solchen Artefakten:
1.möglicherweise ganz nett anzusehen, aber Artefakt:  in der natürlichen Umgebung ist die Dichte der Organismen  (Keratella, Pandorina) viel geringer:



2. Ptygura melicerta in natürlicher Umgebung?



mitnichten! Ptygura melicerta siedelt in Gloeotrichia-Kolonien, wie im folgenden Bild zu sehen. Das obige Exemplar wurde  bei der "Präparation" losgerissen und liegt zufälligerweise so auf dem Objekträger herum. Selbst wenn man das Material auf dem  Objektträger ins Fundortwasser zurückgeben würde, wäre die Überlebenschance minimal.




3. Vielleicht würde der eine oder andere dieses für ein "ehrliches Foto" halten......



Das Rädertier Albertia naidis habe ich zuerst in der gezeigten Form gefunden und fotografiert. Später wurde mir klar, dass dieses Rädertier im Darm  des Oligochäten Nais sp. parasitiert. Dieser war zerquetscht worden  und das Rädertier wurde auf diese Weise freigesetzt (Leider habe ich kein gescheites Foto von A. naidis in dem Wurm selbst. Martin Kreutz hat dazu aber mal ein schönes Video gezeigt. Vielleicht erinnert sich der eine oder andere noch). Auch dieses Foto hier zeigt also ein Artefakt.

soweit erst mal ..
beste Grüße Michael Plewka

[Klaus Henkel]

Lieber Herr Plewka und andere Tümpler!

Noch eine Ergänzung zu Ihren sehr interessanten Überlegungen. Wegen der geringen Vorkommensdichte von Planktonorganismen, die wir mit dem Netz einsammeln und dann in die bekannten Schnappdeckelgläschen schütten, wird selbstverständlich verdichtet. Werden dann noch Pflanzenteile, wie zB Algen, Tausendblatt, Wasserlinsen etc. hinzugefügt, weil die ja "Sauerstoff produzieren", tritt ein regelrechter Sauerstoffmangel ein, sobald man das gefüllte Sammelglas in die dunkle Tasche steckt. Zur Photosythese brauchen Pflanzen Licht, nachts oder im Dunkeln atmen sie genau so Sauerstoff und geben CO² ab wie die Tiere. Wird dann die Tasche getragen oder im Auto transportiert, peitscht das Wasser bei nicht vollständig (!) gefülltem Glas bei jeder Bewegung gegen an die Glaswände und zerschmettert eine erhebliche Anzahl der kleineren und zarteren Planktonwesen. D. h. diejenigen, die überhaupt noch am Leben sind.

Die meisten zarteren Wesen sind zu diesem Zeitpunkt nämlich schon deformiert, zerfallen oder durch elektrolytische Prozesse regelrecht aufgelöst. Das geschieht in Minutenschnelle nach dem Fang, oft schon in weniger als einer Minute. Auch schon eine leichte Erwärmung des Wassers im Sammelglas vernichtet sie beinahe restlos. Solche zarten Organismen kann man nur vor Ort am Seeufer oder Weiher mit dem bereitstehenden Exkursionsmikroskop finden, nur dort kann man sie auch fotografieren. - Daheim werden sie dann fehlen, die "natürliche Umwelt" ist dann sowieso nicht mehr komplett.

Die Organismen in "ihrer natürlichen Umgebung" unter dem Mikroskop zu sehen, ist ein zu schöner Traum, als daß er wahr werden könnte.
Im übrigen würde das auch gar keine realistischen Erkenntnisse bieten, weil das Verhalten der Organismen im engen Raum des Präparats vom natürlichen ganz erheblich abweicht.

Wie man "Plankton" fängt und transportiert, kann man in den beiden folgenden, recht ausführlichen Aufsätzen nachlesen, die 1995 in der Zeitschrift MIKROKOSMOS erschienen sind.

http://www.weihenstephan.org/~fsrklauhenk/NETZE9.pdf
http://www.weihenstephan.org/~fsrklauhenk/PLANKT5.pdf

Planktontische Grüße
KH

[Ernst Hippe]

Liebe Herren Plewka und Henkel,
solche Betrachtungen waren eigentlich schon lange fällig. Sehr vielen Dank also für die gründlichen Beiträge, die hoffentlich viele lesen!

[ruhop]

Sehr geehrter Herr Plewka, sehr geehrter Herr Henkel.

Ihre beiden Beiträge sind nicht nur sehr gut durchdacht sondern auch notwendig und eigentlich auch längst fällig. Allerdings fordern sie auch zur Diskussion heraus. Aber die ist nun einmal das Salz in der Suppe der Wissenschaft, auch für nicht-Profis.

Zuerst einmal zum Begriff der natürlichen Umgebung: Wenn man einen Organismus aus seinem Biotop entnimmt, egal ob Elefant oder Rädertier, und in ein Behältnis bringt, in dem sich nur noch Teile seines Biotops befinden, dann ist das doch nicht mehr die natürliche Umgebung. Die natürliche Umgebung ist nur das Biotop selbst.

Die von vielen Tümplern gern betriebene Aufbewahrung der Proben (ggf mit gelegentlicher Ergänzung von verdunstetem Wasser) hat mit der eigentlichen Probe nichts mehr zu tun, schon garnicht mit dem betreffenden Biotop. Beobachtet werden dann eigentlich nur noch die zeitlichen Sukzessionen von Arten in einem sich ständig ändernden Mini-Biotop, d. h. die sich ständig verschiebenden ökologischen Optima und Pessima der Arten.

Nun ist aber wohl die wissenschaftliche Biotopanalyse nicht unbedingt das Anliegen der meisten Tümpler (dann müßte die Probeentnahme schon anders erfolgen), sondern wohl eher das Betrachten der gefundenen Organismen im Mikroskop und die Freude daran. Wie die dabei gemachten Fotos dann gestaltet werden, hängt von der Zielsetzung ab. Wenn natürlich diese Zielsetzung wissenschaftlich fundiert ist, dann sind irgendwelche Artefakte auf den Bildern eigentlich unerwünscht. Sie, Herr Plewka, führen das ja in vorbildlicher Weise mit Ihrer Datenbank vor. Wenn es aber nur um die Freude am Finden und Betrachten geht, sollte es jedem selbst überlassen bleiben, wie er/sie es mit Artefakten und Hintergrund hält.

Zu den Mengenangaben pro Wassermenge möchte ich etwas Widerspruch einlegen: Die Dichte von Oscillatoria agardhii (ich weiß, heißt heute Planktothrix) in den Hamburger Stadtgewässern lag in den 70ern um einiges höher als 1000 Individuen/ml. Die Wasserquantenanalyse nach HENTSCHEL (1964) und NÖTHLICH (1972) bietet hier eine gute Möglichkeit, Individuendichten einzuordnen.

Bei der Probenahme sollte man sich nicht unbedingt nur auf das Netz verlassen. Wasserschöpfer dienen nicht nur der Entnahme von Wasser für die chemische Analyse sondern auch der Erfassung des . Denn grade die kleinen und kleinsten Formen des Planktons, die locker durch die Maschen eines Planktonnetzes ,,rutschen", können nur so erfaßt werden. Wer allerdings mit dem Netz ,,fischt" sollte nicht zu viel Wasser hindurch schleppen. Die beste Methode (weniger ist oft mehr) ist, nicht das Netz zu schleppen, sondern eine definierte Wassermenge (z. B. 10 l) langsam hindurch zu gießen.

Ich will mich hier nicht über die Methoden der qualitativen und/oder quantitativen Planktologie auslassen, das würde zu weit führen. Aber wer immer sich mit Wasserorganismen beschäftigt, sollte sich vorher klar machen, was er oder sie damit bezweckt. Danach richtet sich letztendlich die Art der Probenahme und deren weitere Behandlung. Wenn keine wissenschaftliche Bearbeitung erfolgen soll, dann sollten die Proben nur so gut behandelt werden wie irgend möglich.

Zum Transport der Proben: Ich halte es ebenfalls mit randvollen Flasche, sofort in ein Styroporkästchen verbracht. Anschließend sehe ich zu, so schnell wie möglich nach hause zu kommen, wo die Probe dann in ein anderes Gefäß überführt wird. Einen Teil der Probe konserviere ich immer schon vor Ort, weil ich nur so Auskunft über die tatsächliche Zusammensetzung erhalte. Daß auch der sorgfältigste Transport zu Verlusten führt, ist klar und sollte auch jedem Tümpler klar sein. Daher die schnellst mögliche Durchführung, um diese Verluste so gering wie möglich zu halten. Im übrigen arbeite ich mit Netz und Schöpfer. Wenn zentrifugiert werden soll, dann nur mit einer langsamen Handzentrifuge.

Schönen Gruß aus dem Hintertaunus

Holger Penzhorn

[Fahrenheit]

Lieber Michael, lieber Herr Henkel,

vielen Dank für die lehrreichen Ausführungen, die auch für einen Pflanzenschnippler und Gelegenheitstümpler sehr interessant sind.

Herzliche Grüße
Jörg

[Bernd]

Liebe Tümpler,

dieser Cartoon aus dem Buch Protistology von Hausmann et al. zeigt ohne viel Worte die "natürliche Umgebung" von Mikroorganismen unter dem Deckglas (coverslip)



Viele Grüße
Bernd