Alle lebendige Substanz muß, da sie fortwährend von selbst zerfällt,
Stoffe in sich aufnehmen, welche die sämtlichen chemischen Elemente
enthalten, aus denen die lebendige Substanz selbst sich wieder aufbaut.
Ist es so einerseits eine allgemeine Lebensäußerung jeder Zelle,
überhaupt Nahrungsstoffe in sich aufzunehmen, so ist anderseits die Art
dieser Nahrungsstoffe für jede bestimmte Zellenform verschieden. Trotz
aller speziellen Verschiedenheiten der Stoffe aber, die jede einzelne
Zellenform für ihr Leben braucht, lassen sich doch alle Organismen
in einige wenige große Gruppen einreihen, innerhalb deren gewisse
allgemeine Uebereinstimmungen in der Art der Ernährung herrschen.
Schon früh hat man einen fundamentalen Unterschied in der Ernährung
der Pflanzen und Tiere gefunden. +Alle grünen Pflanzen nehmen einfache
anorganische Stoffe aus dem Erdboden und der Luft auf, um daraus
ihre lebendige Substanz aufzubauen; alle Tiere dagegen ohne Ausnahme
bedürfen hochkomplizierter organischer Verbindungen, um ihr Leben
dauernd unterhalten zu können.+
Diese Tatsache ist leicht festzustellen. Um sich zu überzeugen, daß
+Tiere+ ohne organische Nahrung nicht existieren können, braucht man
nur entsprechende Fütterungsversuche anzustellen. Die Tiere gehen bei
Fütterung mit rein anorganischen Stoffen, wie Wasser und Salzen, selbst
wenn diese die chemischen Elemente der lebendigen Substanz sämtlich
in richtigem Verhältnis enthalten, nach kürzerer oder längerer Zeit
stets zugrunde. Dagegen kann man durch geeignete Versuche zeigen, daß
+Pflanzen+ nur auf Kosten von anorganischen Stoffen leben, indem man
sie in sogenannten „Nährlösungen“ wachsen läßt, die in Gestalt von
anorganischen Salzen die chemischen Elemente besitzen, welche zum
Aufbau der lebendigen Substanz nötig sind. Eine solche Nährlösung,
welche die Elemente N, H, O, S, P, Cl, Na, Mg, Ca, Fe, also mit
Ausnahme des Kohlenstoffs alle organischen Elemente, in löslichen
Verbindungen enthält, ist z. B. nach ~Sachs~[98] folgendermaßen
zusammengesetzt:
Wasser 1000 ccm
Salpetersaures Kali 1 g
Chlornatrium 0,5 g
Schwefelsaurer Kalk 0,5 g
Schwefelsaure Magnesia 0,5 g
Phosphorsaurer Kalk 0,5 g
Schwefelsaures Eisenoxydul 0,005 g
Taucht man die Wurzel eines Maiskorns, das man im Wasser zum Keimen
gebracht hat, in einen Zylinder mit dieser Nährlösung, während
die oberirdischen Teile in die Luft ragen (Fig. 53), so wächst
die Pflanze am Licht ganz ausgezeichnet, entwickelt sich zu einer
großen Maisstaude, treibt Blüten und bringt Samen, mit denen man
das Experiment von vorn anfangen kann. Fehlt das Eisensalz in der
Nährlösung, so wächst die Pflanze ebenfalls einige Zeit, bleibt aber
farblos, und die mikroskopische Untersuchung der Blätter zeigt, daß den
Zellen der Chlorophyllfarbstoff fehlt. Erst auf Zusatz von einer Spur
Eisensulfat färben sich die Blätter grün.
[Illustration: Fig. 53. +Maispflanze+ in einem Zylinder mit Nährlösung
wachsend. _N_ Nährlösung, _S_ Maiskorn, _K_ Kork. Nach ~Sachs~.]
In der Nährlösung ist, wie ein Blick auf die darin enthaltenen Stoffe
zeigt, kein Kohlenstoff. Da die Pflanze aber unter allen Umständen
Kohlenstoff zum Aufbau ihrer organischen Substanz braucht, so muß sie
beim Wachsen den Kohlenstoff aus der Luft genommen haben. Deshalb mußte
der Versuch auch so angestellt werden, daß die oberirdischen Teile
in die Luft ragen. Schließt man durch Ueberstülpen einer Glocke die
Luft vollständig ab, so geht die Pflanze in kurzer Zeit zugrunde. Der
Kohlenstoff ist aber in der Luft nur in Form von Kohlensäure enthalten;
die Pflanze muß ihn also aus dieser Verbindung beziehen, und in der Tat
zeigt sich denn auch, daß, wenn man unter die Glocke eine bestimmte
Menge Kohlensäure gelassen hat, nach kurzer Zeit alle Kohlensäure von
der Pflanze verbraucht ist. Diese wichtige Tatsache, daß die Pflanze
ihren Kohlenstoffbedarf nur aus der Kohlensäure der Luft bestreitet,
ist bereits von ~Ingenhouss~ und ~De Saussure~ entdeckt worden und
bildet jetzt, nachdem sie zuerst eine Zeitlang angezweifelt worden war,
eine der wichtigsten Grundtatsachen der ganzen Pflanzenphysiologie.
Der Stickstoff der Pflanze dagegen kann, wie ein dem obigen analoger
Versuch zeigt, nicht aus der Luft bezogen werden, obwohl er hier
bekanntlich in Gasform in großer Menge vorhanden ist; er wird allein
aus den stickstoffhaltigen Salzen des Wassers aufgenommen.
Aus diesen Versuchen geht also hervor, daß die +Pflanzen+ ihre
lebendige Substanz aufbauen aus einfachen anorganischen Verbindungen,
und zwar aus der Kohlensäure der Luft, die von den Blättern aufgenommen
wird, sowie aus dem Wasser mit seinen Salzen, das durch die Wurzeln in
die Pflanzen gelangt. Demgegenüber vermag kein einziges +Tier+ seine
lebendige Substanz aus einfachen anorganischen Verbindungen synthetisch
aufzubauen, selbst wenn alle Elementarbestandteile des tierischen
Körpers darin enthalten sind; vielmehr brauchen alle Tiere ohne
Ausnahme bereits fertiges organisches Material zu ihrem Leben.
Dieser Gegensatz zwischen Tier und Pflanze ist in der Tat von
weittragender Bedeutung, denn er bringt die wichtige Tatsache zum
Ausdruck, +daß die Tierwelt nicht ohne die Pflanzenwelt existieren
kann+. Zwar gibt es eine große Zahl von Tieren, +die Fleischfresser+,
die nur tierische Nahrungsstoffe, vor allem Fleisch brauchen, aber,
verfolgt man weiter, woher wieder diese zur Nahrung dienenden
Tiere ihr Material beziehen, so kommt man schließlich immer zu
+Pflanzenfressern+, und die Pflanzenfresser können ohne Pflanzennahrung
nicht leben. So ist auch der Fleischfresser in letzter Instanz auf die
Existenz der Pflanzen angewiesen. Ohne Pflanzen würde die Tierwelt
zugrunde gehen, denn nur die Pflanzen vermögen aus anorganischen
Stoffen Kohlehydrate, Fette und Eiweiß herzustellen, deren die
Tiere zu ihrer Existenz notwendig bedürfen. Man kann also der alten
Naturphilosophie aus dem Anfange des vorigen Jahrhunderts nicht ganz
Unrecht geben, wenn sie in ihrer gesuchten Ausdrucksweise die ganze
Tierwelt als Parasiten der Pflanzen bezeichnete.
Man hat lange Zeit geglaubt, daß der eben besprochene Unterschied
in der Ernährung der Tiere und Pflanzen ein durchgreifender sei, so
daß man alle lebendigen Zellen nach ihrem Stoffwechsel einfach in
tierische und pflanzliche Zellen trennen könne. Allein es hat sich
herausgestellt, daß dieser Unterschied doch nur innerhalb bestimmter
Grenzen besteht, nämlich nur soweit es sich um tierische Zellen
einerseits und um +grüne+, d. h. chlorophyllhaltige Pflanzenzellen
anderseits handelt, denn diejenigen Bestandteile der Pflanzenzelle,
in denen die Kohlensäure aufgenommen und verarbeitet wird, sind
ausschließlich die grünen Chlorophyllkörper. Es gibt aber Pflanzen ohne
Chlorophyll oder analoge Farbstoffe, wie z. B. die Pilze, die in ihrem
Stoffwechsel gewissermaßen einen Uebergang zwischen den Tieren und den
grünen Pflanzen bilden.
Die +Pilze+ haben nämlich nicht die Fähigkeit der chlorophyllführenden
Pflanzen, ihren Kohlenstoff aus der Kohlensäure der atmosphärischen
Luft zu beziehen; sie brauchen vielmehr, um ihren Kohlenstoffbedarf
zu decken, ebenso wie die Tiere organische Stoffe, wie Eiweiß,
Kohlehydrate etc., denen sie den Kohlenstoff entnehmen. Dagegen
verhalten sich die Pilze wie Pflanzen, insofern sie ihren Bedarf an
Stickstoff auch aus anorganischen Salzen dem Boden entnehmen können,
während die Tiere zur Deckung ihres Stickstoffbedarfs allein auf die
Eiweißkörper und deren Derivate angewiesen sind. Diese Tatsachen
ergeben sich aus Versuchen mit Nährstofflösungen, in denen Pilze
nicht wachsen, wenn ihnen kein organisches Material zur Verfügung
steht, dagegen vortrefflich gedeihen, wenn ihnen beispielsweise neben
einfachen stickstoffhaltigen Salzen noch Zucker geboten wird. Somit
haben wir in den Pilzen eine Gruppe von Organismen, die in ihrem
Stoffwechsel halb tierische, halb pflanzliche Charaktere vereinigen.
Aber auch damit sind noch nicht alle tatsächlich vorkommenden
Verhältnisse erschöpft. In der Welt der Mikroorganismen kommen
zahlreiche Formen vor, die ganz ähnliche Uebergangsglieder vorstellen,
und je mehr wir die höchst eigenartigen Lebensverhältnisse dieser
mikroskopischen Wesen, vor allem der +Bakterien+, erforschen, um so
mehr scheint es, als ob in der Gruppe dieser kleinsten Organismen
die Verhältnisse des Stoffwechsels überhaupt noch nicht so einseitig
differenziert sind wie bei den höher organisierten Tieren und Pflanzen.
So hat zuerst der ausgezeichnete Bakterienforscher ~Winogradsky~[99]
Bakterienformen entdeckt, die in der Erde leben und ganz aus
anorganischem Material, nämlich hauptsächlich aus kohlensaurem Ammon
und einigen Mineralstoffen, ihre lebendige Substanz aufbauen. Diese
merkwürdigen Stickstoffbakterien (+Nitromonas+) verhalten sich also
genau wie die grünen Pflanzen, obwohl sie kein Chlorophyll besitzen,
während hingegen andere Bakterienformen ohne organische Nahrung nicht
bestehen können.
Werfen wir noch einen Blick auf die speziellere Ernährung der +Tiere+,
so herrscht auch hier in bezug auf die organischen Nahrungsstoffe
eine ziemlich bedeutende Verschiedenheit zwischen den einzelnen
Tierformen. Nur in +einem+ Punkte herrscht allgemeine Uebereinstimmung:
+Alle Tiere ohne Ausnahme brauchen Eiweiß oder wenigstens die das
Eiweiß aufbauenden Aminosäuren in ihrer Nahrung.+ Schon seit langer
Zeit ist bekannt, daß unter allen Nahrungsstoffen nur das Eiweiß
als ausschließliche Nahrung, wie z. B. bei den Fleischfressern,
hinreicht, um den Bedarf aller zum Aufbau des Körpers erforderlichen
Elementarstoffe zu decken, und ~Pflüger~[100] hat durch eingehende
Versuche gezeigt, daß sogar Hunde selbst dann noch dauernd von
reiner Eiweißnahrung leben können, wenn sie täglich harte Arbeit
verrichten müssen. Die Hunde verlieren bei diesen Versuchen schon
nach kurzer Zeit fast alles Körperfett, bleiben aber im höchsten Maße
leistungsfähig, kräftig und gesund. Dagegen ist es unmöglich, Tiere
allein mit Kohlehydraten oder mit Fetten oder auch mit beiden zusammen
am Leben zu erhalten. Die Tiere zehren dann trotz reichlichster Fett-
oder Kohlehydratnahrung von ihrem eigenen Körpereiweiß, wie das
die fortdauernde Stickstoffausscheidung im Harne zeigt, und gehen
schließlich unfehlbar zugrunde. Diese Tatsache ist ohne weiteres
verständlich, denn da die lebendige Substanz fortwährend von selbst in
bestimmtem Maße zerfällt, muß sie immer wieder neu aufgebaut werden,
wenn das Tier leben soll. Das kann nicht geschehen, wenn dem Tier
kein Stickstoff geliefert wird, der ja den Kohlehydraten und Fetten
fehlt. Aus anorganischen Verbindungen können die Tiere, wie wir
sahen, keinen Stickstoff aufnehmen. Es bleiben also für die Deckung
des Stickstoffbedarfs beim Tier nur organische Stickstoffverbindungen
übrig, und unter diesen sind es die Eiweißkörper, die das Tier ganz
allgemein mit Stickstoff versorgen. Da indessen die Eiweißkörper der
Nahrung bei der Verdauung erst in einfachere Bestandteile gespalten
werden, ehe sie zum Aufbau der lebendigen Substanz zur Verwendung
kommen, so ist in neuerer Zeit die Frage entstanden, ob nicht auch
mit einfacheren stickstoffhaltigen Spaltungsprodukten des Eiweiß der
Stickstoffbedarf des Tieres gedeckt werden kann. In der Tat ist das
der Fall. Von den Peptonen wußten wir schon lange, daß sie die nativen
Eiweißkörper in der Nahrung ersetzen können. In neuester Zeit hat aber
~Otto Loewi~[101] durch höchst interessante Versuche gezeigt, daß
auch stickstoffhaltige Spaltungsprodukte, die nicht mehr Eiweißnatur
haben, wie die Aminosäuren, im stande sind, den Stickstoffbedarf
des Tieres zu decken, und zahlreiche Forscher wie ~Abderhalden~ und
~Rona~, ~Henderson~ und ~Dean~, ~Lüthje~ u. a. haben die von ~Loewi~
entdeckte Tatsache bestätigt. +Wir können also demnach die wichtige
Tatsache feststellen, daß von allen organischen Substanzen allein die
Eiweißkörper und ihre nächsten stickstoffhaltigen Spaltungsprodukte bis
zu den Aminosäuren herab für die Ernährung der Tiere unentbehrlich,
aber auch in gewissen Fällen allein ausreichend sind, um das Leben der
Tiere dauernd zu erhalten.+
Neben der Aufnahme der eigentlichen Nahrung im engeren Sinne ist die
Aufnahme von +Sauerstoff+ fast allen Organismen gemeinsam, mit Ausnahme
einer kleinen, nur den niederen Organismengruppen angehörigen Zahl von
Organismen, die in eigentümlicher Weise an das Leben ohne Sauerstoff
angepaßt sind und daher den Namen der „+anaeroben Organismen+“ erhalten
haben. Der Vorgang der Sauerstoffaufnahme und des Verbrauchs von
Sauerstoff zu Oxydationsprozessen in der lebendigen Substanz wird
als ein besonderer und wichtiger Teilprozeß des Stoffwechsels seit
altersher mit dem besonderen Namen der „+Atmung+“ bezeichnet. Freilich
beziehen nicht alle sauerstoffatmenden Organismen den Sauerstoff in
gleicher Weise und aus gleicher Quelle. Die Landorganismen nehmen ihn
in Gasform aus der Luft, die Wasserorganismen verbrauchen den im Wasser
gelösten Sauerstoff, die Gewebezellen entnehmen ihn dem Blute resp. der
Lymphe.
Schließlich nehmen alle Organismen ohne Ausnahme +Wasser+ in sich auf
und teils mit dem Wasser, teils mit der festen Nahrung gewisse +Salze+,
die ebenfalls unentbehrlich sind für die Erhaltung des Lebens, wenn
auch in bezug auf die Art der erforderlichen Salze unter den einzelnen
Organismen weitgehende Verschiedenheiten herrschen. Unentbehrlich
aber scheinen allen Organismen zu sein die phosphor-, schwefel-,
kohlenstoff- und chlorhaltigen Salze des Natriums, Kaliums, Magnesiums,
Kalks und Eisens.
Das ist ein kurzer Ueberblick über die Nahrungsstoffe der Organismen.
Betrachten wir jetzt, wie die einzelne Zelle diese Nahrung erlangt.