Kontraktile Vakuolen in Mikroorganismen
Eine kontraktile Vakuole (CV) ist eine Organelle oder eine subzelluläre Struktur, die an der Osmoregulation und dem Abfalltransport beteiligt ist. Früher wurde eine CV auch als pulsatile oder pulsierende Vakuole bezeichnet. CVs sollten nicht mit Vakuolen verwechselt werden, die Nahrung oder Wasser speichern. Eine CV findet sich vor allem in Protisten und in einzelligen Algen. In Süßwasserumgebungen ist die Konzentration von gelösten Stoffen innerhalb der Zelle höher als außerhalb der Zelle. Unter diesen Bedingungen fließt Wasser aus der Umgebung durch Osmose in die Zelle. So wirkt der CV als Schutzmechanismus gegen die zelluläre Ausdehnung (und möglicherweise Explosion) durch zu viel Wasser; er treibt überschüssiges Wasser durch Kontraktion aus der Zelle. Allerdings sind nicht alle Arten, die einen CV besitzen, Süßwasserorganismen; einige Meeres- und Bodenmikroorganismen haben ebenfalls einen CV. Der CV ist bei Arten, die keine Zellwand haben, vorherrschend, aber es gibt Ausnahmen. Durch den Prozess der Evolution wurde der CV in mehrzelligen Organismen größtenteils eliminiert; er existiert jedoch noch im einzelligen Stadium einiger mehrzelliger Pilze und in mehreren Zelltypen in Schwämmen, einschließlich Amöbozyten, Pinazozyten und Choanozyten.
Die Phasen des Lebenslaufs, Wasser zu sammeln (Expansion) und Wasser auszustoßen (Kontraktion), sind periodisch. Ein Zyklus dauert mehrere Sekunden, abhängig von der Spezies und der Osmolarität der Umgebung. Die Phase, in der Wasser in den CV fließt, wird Diastole genannt. Die Kontraktion des CV und der Ausstoß von Wasser aus der Zelle wird als Systole bezeichnet. Wasser fließt immer von außerhalb der Zelle in das Zytoplasma; und erst dann aus dem Zytoplasma in den CV. Spezies, die einen CV besitzen, nutzen diesen immer, auch in sehr hypertonischen (hohe Konzentration an gelösten Stoffen) Umgebungen, da die Zelle dazu neigt, ihr Zytoplasma so anzupassen, dass es noch hyperosmotischer (hypertonischer) wird als die Umgebung. Die aus der Zelle ausgestoßene Wassermenge und die Kontraktionsrate stehen in Beziehung zur Osmolarität der Umgebung. In hyperosmotischen Umgebungen wird weniger Wasser ausgestoßen und der Kontraktionszyklus ist länger.
Die Anzahl der CVs pro Zelle variiert je nach Spezies. Amöben haben einen; Dictyostelium discoideum, Paramecium aurelia und Chlamydomonas reinhardtii haben zwei; und Riesenamöben, wie Chaos carolinensis, haben viele. In einigen einzelligen eukaryotischen Organismen (z. B. Amöben) werden zelluläre Abfälle, wie Ammoniak und überschüssiges Wasser, durch Exozytose ausgeschieden, indem die kontraktilen Vakuolen mit der Zellmembran verschmelzen und die Abfälle in die Umgebung ausstoßen. In Paramecium, dem vermutlich komplexesten und am weitesten entwickelten Lebenslauf, ist die Vakuole von mehreren Kanälen umgeben, die durch Osmose Wasser aus dem Zytoplasma aufnehmen. Nachdem sich die Kanäle mit Wasser gefüllt haben, wird es in die Vakuole gepumpt. Wenn die Vakuole voll ist, stößt sie das Wasser durch eine Pore im Zytoplasma aus, die geöffnet und geschlossen werden kann.