Functional morphology of the horseshoe spot in the frustule of Planothidium species (Bacillariophyta)

Abstract

Morphology of the horseshoe spot (HHS) with the cavity has been investigated in details in several species of Planothidium Round et Bukht. that carry out an attached mode of life. On the base of photomicrographs obtained with light and scanning electron microscopy, the model of the HSS longitudinal section was designed and light rays tracing through it has been implemented. It has been shown that HHS is an optical system that may diffuse or focus light, depending on the refractive index of the matter inside the cavity. For the first time HHS functions are revealed in a living diatom organism: diffusion of light over the chloroplast side turned to the substrate. The vertical part of inner convexity generates on the attached valve the heating arc that provides a diatom cell with additional heating energy. Thus, a new mechanism of light utilization was detected in the diatom species widely distributed in benthic ecosystems. A new term, lensoid, and terminology for its morphological description are proposed.

Детально досліджено морфологію підковоподібної плями (ПП) із внутрішньою порожниною в панцирі видів роду Planothidium F.E. Round et Bukht., що ведуть прикріплений спосіб життя. На основі мікрофотографій, отриманих за допомогою світлового та електронного скануючого мікроскопів, розроблено модель поздовжнього перетину ПП і здійснено трассировку променів світла крізь неї. Показано, що ця морфологічна структура панцира є оптичною системою, яка залежно від коефіцієнта заломлювання матеріалу, що заповнює порожнину, може розсіювати або фокусувати світло. Вперше відкрито функції ПП у живому організмі діатомової водорості: розсіювання світла з боку хлоропласта, що звернений до субстрату. Крім того, вертикальна частина внутрішньої опуклості фокусує світло на прикріпленій до субстрату стулці й утворює теплову дугу, яка забезпечує клітину додатковою тепловою енергією. Таким чином, відкрито новий механізм утилізації світла у видів, широко розповсюджених у бентосних екосистемах. Запропоновано новий термин, лінзоїд, і супровідну до його морфологічного опису термінологію.

Детально исследована морфология подковообразного пятна (ПП) с внутренней полостью в панцире у видов рода Planothidium F.E. Round et Bukht., ведущих прикрепленный образ жизни. На основе микрофотографий, полученных с помощью светового и электронного сканирующего микроскопов, разработана модель продольного сечения ПП и проведена трассировка лучей света через нее. Показано, что данная морфологическая структура панциря представляет собой оптическую систему, которая в зависимости от коэффициента преломления материала, заполняющего полость, может рассеивать или фокусировать свет. Впервые выявлены функции ПП в живом организме диатомовой водоросли: рассеивание света над стороной хлоропласта, обращенной к субстрату. Кроме того, вертикальная часть внутренней выпуклости, фокусируя свет на прикрепленной к субстрату створке, образует тепловую дугу, обеспечивающую клетку дополнительной тепловой энергией. Таким образом, открыт новый механизм утилизации света у видов, широко распространенных в бентосных экосистемах. Предложены новый термин, линзоид, и сопутствующая его морфологическому описанию терминология.