2. Der Modus der Nahrungsaufnahme von seiten der Zelle.

Die Nahrungsstoffe sind teils in gasförmigem, teils in flüssigem,

d. h. gelöstem, teils in geformtem Zustande, aber bei weitem

nicht alle lebendigen Zellen sind in der Lage, geformte Nahrung

aufzunehmen. Die größte Mehrzahl aller Zellen, fast alle tierischen

und pflanzlichen Gewebezellen, und viele einzelligen Organismen nehmen

nur gelöste Nahrung auf, sei es, daß ihre Nahrung von vornherein

gleich ausschließlich in gelösten Stoffen besteht, sei es, daß

sie die geformte Nahrung erst durch Einwirkung bestimmter Sekrete

außerhalb ihres Zellkörpers in den gelösten Zustand überführen. Nur

eine verhältnismäßig kleine Zahl von Zellformen ist auf die Aufnahme

geformter Nahrung eingerichtet.

Bei der +Aufnahme der gasförmigen und gelösten Nahrungsstoffe+, die wir

als „+Resorption+“ bezeichnen, handelt es sich im wesentlichen um den

Durchtritt dieser Stoffe durch die Oberflächen des Zellprotoplasmas.

Dieser Durchtritt wird bestimmt durch die speziellen Eigenschaften

des Protoplasmas, das die Eigenschaften einer semipermeablen Membran

besitzt[102]. Selbstverständlich kann das Protoplasma überall, wo es an

seiner Oberfläche mit Nahrungsstoffen in Berührung steht, stets auch

direkt mit diesen in chemische Beziehung treten.

Eine Zufuhr von gasförmiger und gelöster Nahrung steht aber jeder Zelle

zur Verfügung.

Bei den Pflanzen tritt die Kohlensäure und der Sauerstoff der Luft in

direkte Berührung mit den Zellen der Blätter. Ebenso ist es in den

Lungen der Wirbeltiere. Die feinsten Aeste des Bronchialbaumes endigen

in kleinen blinden Säckchen, den sogenannten Lungenalveolen, die von

einer äußerst dünnen Lage von Epithelzellen gebildet und von einem

dichten, ebenfalls überaus dünnwandigen Netz von Blutgefäßkapillaren

umsponnen sind. Durch die dünnen Wände kann der Sauerstoff der in die

Lungen eingeatmeten Luft leicht hindurchtreten, um dann von den roten

Blutkörperchen gierig aufgenommen und im ganzen Körper umhergetragen zu

werden.

Auch die gelösten Stoffe bespülen stets die Oberfläche der Zellen.

In den Pflanzen steigen sie mit dem Wasser in feinen röhrenförmigen

Kanälen in die Höhe und werden so den Zellen direkt zugeführt. Im

zusammengesetzten Tierkörper stehen die Zellen teils unmittelbar,

wie die Zellen des Darmepithels, mit den gelösten Nahrungsstoffen

des Darmtraktus in Berührung, teils werden sie, wie die sämtlichen

Gewebezellen, vom Blut- resp. Lymphstrom umspült, der ihnen die

gelöste Nahrung bereits in bestimmt verarbeiteter Form zuträgt.

Auch bei solchen wirbellosen Tieren, die kein eigentliches

Blutzirkulationssystem besitzen, stehen die Zellen entweder unmittelbar

mit dem umgebenden Wasser in Berührung oder werden von Säften versorgt,

die in feinen Interzellularlücken die Zellen umspülen. Am einfachsten

schließlich liegen die Verhältnisse bei einzelligen Organismen,

die sich, wie die Algen, Bakterien und andere, stetig in einer

Nährlösung, sei es im Wasser mit seinen Salzen, sei es in organischen

Flüssigkeiten, befinden.

Eine +Aufnahme geformter Nahrung+ finden wir nur bei wenigen

Zellformen. Von den einzelligen Organismen nehmen alle Rhizopoden,

die meisten Wimperinfusorien und einige Geißelinfusorien geformte

Nahrung auf. Im zusammengesetzten Zellenstaat besitzen die Leukocyten

oder weißen Blutkörperchen, die deshalb von ~Metschnikoff~ auch

als „Phagocyten“ (Freßzellen) bezeichnet worden sind, ferner die

bei niederen Tieren die Rolle von Leukocyten spielenden amöboiden

Wanderzellen, dann amöboide Eizellen, wie sie bei Schwämmen vorkommen,

und schließlich die Darmepithelzellen mancher Tiere diese Fähigkeit.

Unter allen diesen Zellformen kann man zwei Typen nach der Art der

Aufnahme geformter Nahrung unterscheiden: Die einen können an jeder

beliebigen Stelle ihrer Oberfläche die Nahrungskörper in ihre lebendige

Substanz aufnehmen; das sind alle amöboiden Zellen, zu denen die

Rhizopoden, Leukocyten und manche Darmepithelzellen gehören; die

anderen haben eine besondere, dauernd bestehende Zellmundöffnung,

das sind die Wimper- und Geißelinfusorien, die bereits eine bestimmt

fixierte Körperform mit festerer Hautschicht besitzen. Alle Zellen

aber, die überhaupt geformte Nahrung aufnehmen, können es nur vermöge

aktiver Körperbewegungen.

[Illustration: Fig. 54. +Amöbe, eine Algenzelle fressend.+ Vier

aufeinanderfolgende Stadien der Nahrungsaufnahme.]

Als Beispiel für den +ersten Typus+ kann uns die Nahrungsaufnahme

der +Amöben+ dienen. Der Vorgang, den man nur verhältnismäßig selten

vollständig beobachtet, verläuft etwa folgendermaßen. Eine +Amöbe+,

die wir im Wassertropfen unter dem Mikroskop verfolgen, kriecht, indem

sie bald hierhin, bald dorthin die lebendige Substanz ihres formlosen

Protoplasmakörpers in breite, lappenförmige Ausläufer vorfließen läßt,

auf der Glasplatte umher (Fig. 54). Plötzlich wendet sie sich einer

kleinen, in der Nähe liegenden Algenzelle zu und kriecht heran, bis

sie die Algenzelle berührt. Alsbald beginnt ihr Protoplasma in Form

der gewöhnlichen lappigen „Pseudopodien“ von der Seite her um die

Algenzelle herumzufließen, aber durch das herandrängende Protoplasma

wird die Algenzelle fortgeschoben, und die +Amöbe+ muß von neuem

einen Versuch machen, mit ihren Pseudopodien die Algenzelle zu

umfließen. Nach mehreren fruchtlosen Versuchen gelingt es der +Amöbe+,

die Algenzelle in eine solche Lage zu bringen und durch ein feines

klebriges Sekret so festzuhalten, daß ihre Pseudopodien die Alge

vollständig umgreifen können. Indem jetzt das Protoplasma immer weiter

und weiter um die Algenzelle herumfließt, schließt es sie allmählich

von allen Seiten her ein, und die Alge befindet sich von einer dünnen

Wasserhülle, der sogenannten „Nahrungsvakuole“, umgeben im Innern der

+Amöbe+, die dann unbehindert weiterkriecht. Die +Amöbe+ nimmt also die

geformte Nahrung in sich auf, indem ihr Protoplasma den Nahrungskörper

einfach umfließt. Allein nicht immer verläuft der Akt so glatt. Die

Schwierigkeiten, welche entstehen, bis der Nahrungskörper, der

fortwährend dem Druck des heranfließenden Protoplasmas nachgibt, so

fixiert ist, daß ihn das Protoplasma von allen Seiten umschließen kann,

sind häufig so groß, daß die +Amöbe+ sich mit ihren auch nach anderen

Seiten fortdauernd vorfließenden Pseudopodien nicht selten wieder von

ihrem Opfer entfernt und von neuem erst wieder herankriechen muß, um

sich desselben zu bemächtigen, wenn sie sich nicht zu weit aus der

Einwirkungssphäre des Nahrungskörpers entfernt hat.

[Illustration: Fig. 55. +Leukocyt vom Frosch, einen Bakterienfaden

fressend.+ Drei auf einanderfolgende Stadien der Nahrungsaufnahme. Nach

~Metschnikoff~.]

[Illustration: Fig. 56. +Darmepithelzellen des Leberegels+ mit

pseudopodienartigen Protoplasmafortsätzen zur Aufnahme der

Blutkörperchen _a_, _b_ und Chylustropfen _c_. Nach ~Sommer~.]

Genau wie bei der +Amöbe+ findet auch die Nahrungsaufnahme bei

den anderen Rhizopoden statt, mögen sie nun dicke lappige, feine

fadenförmige oder baumartig verästelte Pseudopodien haben. Sind

die Nahrungskörper bewegliche Organismen, wie z. B. Infusorien, so

bewirken sie durch den Reiz des Anschwimmens an den Rhizopodenkörper

meist die Ausscheidung eines klebrigen Sekretes, die durch den Reiz

der Fluchtversuche noch vermehrt wird, so daß die Nahrungsorganismen

immer fester kleben und in das Protoplasma hineingezogen werden

können. Auch die amöboiden +Wanderzellen+ und +Leukocyten+ nehmen

geformte Stoffe, die sich im Blute oder in den Gewebelücken zwischen

den Zellen befinden, ebenso auf wie die +Amöben+ und besitzen, wie

~Metschnikoff~[103] durch seine bewunderungswürdigen Arbeiten gezeigt

hat, eine große Bedeutung für den Schutz des Körpers vor bestimmten

Infektionskrankheiten, indem sie gewisse pathogene Bakterien, die in

eine Wunde hineingekommen sind, auffressen (Fig. 55), ihre Vermehrung

verhüten und den Körper vor weiterer Erkrankung schützen. Endlich

schließt sich auch die Aufnahme mikroskopischer Fetttröpfchen von

seiten der +Darmepithelzellen+ allerdings nur bei einzelnen wirbellosen

Tieren demselben Modus der Nahrungsaufnahme an. Bei diesen Tieren,

z. B. bei manchen Würmern, sind die Darmepithelzellen wirklich amöboide

Zellen und umfließen mit ihren Pseudopodien die Fettkügelchen des

Speisebreies (Fig. 56). Bei den höheren Tieren, bei den Säugetieren

und dem Menschen dagegen haben die Darmepithelzellen nicht mehr diese

Fähigkeit.

Die seinerzeit von ~Thanhoffer~[104] beschriebene und fast allgemein

als zutreffend angenommene Beobachtung, nach der auch bei Wirbeltieren

die Darmepithelzellen Fetttröpfchen als solche in ihren Zellkörper

aktiv hineinziehen sollten, hat sich nicht bestätigt. Die Fettaufnahme

im Darm des Wirbeltieres findet seitens der Darmepithelzellen nur nach

Spaltung des Fettes in seine Konstituenten Glyzerin und Fettsäuren und

nach Verseifung der letzteren statt, unterliegt also dem Modus der

Aufnahme gelöster Stoffe.

[Illustration: Fig. 57. +Vorticella+ bei der Nahrungsaufnahme in vier

aufeinanderfolgenden Stadien. Eine Algenzelle wird in den Zellmund

hineingestrudelt und durch den Pharynx ins Endoplasma aufgenommen.]

Ganz anders sind die Verhältnisse beim +zweiten Typus+ der

Nahrungsaufnahme, wo die Zelle eine festere, formbeständige

Oberflächenschicht besitzt und nur eine kleine Oeffnung, den Zellmund,

der direkt ins dünnflüssige Endoplasma führt. Hier vermittelt

ausschließlich die Bewegung der Wimpern und Geißeln der Zelle die

Aufnahme der geformten Stoffe. Als Beispiel kann uns +Vorticella+

dienen, ein Wimperinfusorium, dessen glockenförmiger Zellkörper auf

einem kontraktilen Stiel festsitzt und an seinem breiten Ende mit einem

spiralförmigen Kranz von Wimpern besetzt ist (Fig. 57). Am Grunde

dieses spiralförmigen Wimpertrichters befindet sich der Zellmund, der

sich noch ein Stück weit als Zellpharynx in das Protoplasma fortsetzt,

aber dann allmählich im dünnflüssigen Endoplasma verschwindet. Die

Wimpern des „Peristomkranzes“ schlagen nun fortwährend in rhythmischem

Tempo und erzeugen auf diese Weise im Wasser einen Strudel, der

so gerichtet ist, daß er kleine Teilchen, wie Detritus- und

Schlammpartikelchen, Bakterien, Algen etc., die im Wasser suspendiert

sind, in den Zellmund hineinstrudelt, von wo sie, mit einer Wasserhülle

umgeben, durch Kontraktionen des Körpers in den Zellpharynx und

weiter bis in das Endoplasma hinein geschoben werden (Fig. 57). Der

Vorgang läßt sich sehr leicht beobachten, wenn man, wie das schon

~Ehrenberg~[105] getan hat, Karmin- oder Indigokörnchen in das Wasser

mischt. Alsdann sieht man, wie die +Vorticellen+ die roten oder blauen

Körnchen in sich hineinstrudeln und in ihrem Protoplasma zu Klumpen

zusammenballen, die von einer Wasserhülle, der Nahrungsvakuole, umgeben

sind.

[Illustration: Fig. 58. +Vier Individuen von Coleps hirtus+, einen

Nahrungsballen umschwärmend und aufnehmend.]

Ganz ähnlich wie bei +Vorticella+ ist auch die Nahrungsaufnahme bei

den meisten anderen Infusorien. Die freischwimmenden Formen suchen

häufig festliegende Nahrungsmassen selbst auf und strudeln sie in sich

hinein. Ja, es kommt vor, daß manche Infusorien wie z. B. +Coleps+,

ein kleines eiförmiges Wimperinfusorium mit zierlichem Gitterpanzer,

große Nahrungsballen, die breiter sind als ihre Mundöffnung, aufnehmen,

indem sie sich mit der Mundöffnung durch die Kraft ihres Wimperschlages

auf den Nahrungsballen hinaufpressen, bis sich die Mundöffnung, wie

bei einer Schlange, immer mehr und mehr erweitert. So „lutschen“ sie

förmlich den Nahrungsballen in sich hinein (Fig. 58).

Die Aufnahme geformter Nahrung von seiten der Zelle ist also in

jedem Falle durch aktive Bewegungen des Zellprotoplasmas oder seiner

Bewegungsorganoide bedingt.

Bei der Aufnahme von Stoffen seitens der lebendigen Zelle verdient

eine Tatsache noch besonderes Interesse, das ist die Tatsache der

+Nahrungsauswahl+. Von verschiedenartigen, in demselben Medium lebenden

Zellen nimmt jede Zelle andere Stoffe in sich auf, Stoffe, die sie für

den Aufbau gerade +ihrer+ charakteristischen Zellsubstanz nötig hat.

Das ist schon deutlich bei den Gewebezellen hochorganisierter Tiere,

z. B. des menschlichen Körpers zu sehen. Hier ist die Blut- resp.

Lymphflüssigkeit das gemeinsame Nährmaterial für alle Gewebezellen.

Aber dieser gemeinsamen Nährflüssigkeit entnimmt jede Zellform die

gerade für +ihr+ Leben notwendigen Stoffe; die Schleimzelle andere als

die Ganglienzelle, die Muskelzelle andere als die Knorpelzelle, die

Leberzelle andere als die Sinneszelle usf. Die verschiedenen Zellen

wählen gewissermaßen jede nach ihrem Bedürfnis ganz verschiedene Stoffe

für sich aus.

Vielleicht noch auffallender ist diese Tatsache der Nahrungsauswahl

bei gewissen freilebenden Zellen, die geformte Nahrung aufnehmen.

~Cienkowski~[106], der das Leben der niedrigsten Rhizopodenformen, der

nackten „Monaden“, eingehend studiert hat, gibt uns eine interessante

Schilderung davon, wie sich +Colpodella+ und +Vampyrella+, zwei

einfache nackte Rhizopodenzellen, ihre Nahrung verschaffen, die aus

lebendigen Algenzellen besteht. ~Cienkowski~ berichtet: „Obwohl die

Zoosporen- und Amöbenzustände der Monaden nur nackte Protoplasmakörper

vorstellen, so ist trotzdem ihr Verhalten bei Aufsuchen und Aufnahme

der Nahrung so merkwürdig, daß man Handlungen bewußter Wesen vor

sich zu sehen glaubt. So sticht z. B. die +Colpodella pugnax+ die

Chlamydomonas an, saugt das heraustretende Chlorophyll aus und läuft

davon. Einen zweiten seltsamen Fall dieser Art bietet die +Vampyrella

Spirogyrae+. Die zu ihr gehörende Amöbe legt sich nämlich an gesunde

Spirogyren an, bohrt die Zellwand durch und verschlingt den langsam

heraustretenden Primordialschlauch mit dem Chlorophyllbande zusammen.

Und nur an Spirogyren scheint sie den Hunger stillen zu können.“ (Fig.

59.)

Aber wir brauchen gar nicht so weit zu suchen. In unserem eigenen

Körper haben wir Zellen, die sich ganz ähnlich verhalten. Die

Leukocyten fressen, wie ~Metschnikoff~[107] durch seine langjährigen

Untersuchungen gezeigt hat, gewisse Bakterienformen, die in den Körper

gelangt sind, auf und verdauen sie, während sie andere Bakterien

verschmähen, ja sogar geradezu fliehen.

Ein anderer, ebenfalls sehr interessanter Fall von Stoffauswahl

schließlich, der zwar nicht in der Aufnahme von Nahrung, wohl aber

auch von solchen Stoffen besteht, die im Leben der betreffenden

Organismen eine Rolle spielen, ist gleichfalls vielfach, wenn auch mit

Unrecht, auf ein bewußtes Auswahlvermögen der Zelle bezogen worden.

Es ist die Aufnahme von Schalen- und Gehäusebaumaterial von seiten

gewisser schalentragender Rhizopoden. Die +Difflugien+, einzellige

Rhizopoden des Süßwassers, deren nackter Protoplasmaleib in einem

überaus zierlichen Gehäuse von Urnen- oder Flaschenform steckt, nehmen

das Baumaterial für ihre niedlichen Wohnungen aus dem Schlamm der

Tümpel und Seen, an deren Grunde sie leben, mit ihren fingerförmigen

„Pseudopodien“ selbst in sich auf[108]. Das Baumaterial ihrer Gehäuse

ist sehr verschieden, aber man findet Formen, deren Gehäuse nur aus

einem ganz bestimmten Material zusammengekittet ist (Fig. 60). So

findet man +Difflugien+formen, die ihr Gehäuse nur aus den Panzern

der Kieselalgen oder „Diatomeen“ aufgebaut haben, während andere nur

Sandkörnchen von bestimmter Größe und wieder andere Schlammpartikelchen

zu ihrer Maurerarbeit benutzt haben. Man hat daraus den Schluß ziehen

wollen, daß die +Difflugien+ das Baumaterial unter den ihnen zu Gebote

stehenden Stoffen nach bestimmten Gesichtspunkten mit Ueberlegung

auswählen. Allein wir werden später sehen, daß von einer so grob

anthropomorphen Auffassung des Vorgangs gar keine Rede sein kann.

[Illustration: Fig. 59. +Vampyrella Spirogyrae+, eine +Spirogyrazelle

anbohrend und aussaugend+. _A_ Die Spirogyrazelle ist angebohrt,

und der Inhalt tritt in die Vampyrella über. _B_ Die Spirogyrazelle

ist vollständig ausgesaugt. Bei * eine angebohrte und bereits

leergefressene Spirogyrazelle. Nach ~Cienkowski~.]

B. Die Umsetzung der aufgenommenen Stoffe.

Den Vorgang des Aufbaues der lebendigen Substanz aus den aufgenommenen

Nahrungsstoffen bezeichnen wir mit dem Worte „+Assimilation+“. Unter

Assimilation im engeren Sinne wird seit langer Zeit in der Botanik die

synthetische Bildung des ersten sichtbaren organischen Stoffes, der

Stärke, aus den aufgenommenen organischen Verbindungen in der Pflanze

verstanden. Allein es ist zweckmäßig, den Begriff zu erweitern und

ihn auch für den Aufbau der komplizierteren organischen Verbindungen,

vor allem der komplizierten Eiweißverbindungen, und zwar nicht bloß

in der Pflanze, sondern auch im Tiere, zu verwenden. +Wir verstehen

daher unter Assimilation die Gesamtheit der Prozesse, die zum Aufbau

der lebendigen Substanz bis zum Höhepunkt ihrer kompliziertesten

Konstitution, der Synthese der Eiweißverbindungen, führen, und können

dann dem Aufbau oder der „Assimilation“ den Abbau oder Zerfall als

„Dissimilation“ gegenüberstellen.+

[Illustration: Fig. 60. +Verschiedene Difflugien-Gehäuse.+ _A_ aus

Diatomeenschalen, _B_ aus feinen Sandkörnchen, _C_ aus feinen und

groben Sandkörnchen, _D_ aus Diatomeenschalen und Sandkörnchen, _E_

aus groben Sandkörnchen, _F_ die gleiche Form wie _E_, aus blauen

Glassplittern gebaut.]

Allgemeine Physiologie · 第 140 / 283 题