4. Die Produktion von Elektrizität.

Die Produktion von Elektrizität ist bisher nur in einem Falle an

der einzelnen Zelle nachgewiesen worden, und zwar an den großen

Pflanzenzellen der Algengattung +Chara+. Im allgemeinen sind

selbst unsere feinsten Apparate zu roh, um sie auf die winzige

Zelle anzuwenden. Es bedarf also auch hier größerer Zellenkomplexe

zur Untersuchung. Die Fälle aber, in denen man an solchen die

Elektrizitätsproduktion ohne besondere Hilfsmittel wahrnehmen kann,

sind noch viel geringer an Zahl als die Fälle der direkt wahrnehmbaren

Wärmeproduktion, die ja alle homoiothermen Tiere zeigen. Die Produktion

von Elektrizität ist ausschließlich da ohne weiteres zu beobachten, wo

sie im großen Maßstabe erfolgt, d. h. nur bei den elektrischen Fischen,

deren heftige Schläge denn auch bereits den Alten bekannt waren. Im

übrigen ist die Geschichte der tierischen Elektrizitätslehre eng mit

der Entdeckung des Galvanismus verbunden und knüpft sich an die Namen

~Galvani~ und ~Volta~ selbst. Gewiß ist es ein merkwürdiger Zufall,

daß die Entdeckung der +physikalischen+ Tatsache des Galvanismus von

+physiologischen+ Beobachtungen ausgegangen ist.

[Illustration: Fig. 132. ~Dulong~s +Wasserkalorimeter+. Kasten mit

doppelter Wand. In dem breiten Raume zwischen beiden Wänden befindet

sich Wasser, durch das in Schlangenwindungen ein Rohr nach dem Innern

des Kastens läuft, um von außen her bei _D_ dem Tiere, das sich im

Kasten befindet, Luft zuzuführen und die verbrauchte Luft durch _D_′

wieder abzuführen. Bei _T_ und _T_′ befinden sich Thermometer. Nach

~Rosenthal~.]

Es war an einem Septemberabend des Jahres 1786, als in der

altertümlichen Universitätsstadt Bologna ~Aloisio Galvani~ auf

der Terrasse seines Hauses Untersuchungen über den Einfluß der

atmosphärischen Elektrizität auf abgehäutete Froschschenkel anstellte,

wie er sie schon mehrere Jahre früher in Gemeinschaft mit seiner

frühverstorbenen Gattin ~Lucia~ ausgeführt hatte. Er zog dabei durch

die noch mit den Nerven zusammenhängende Wirbelsäule eines Frosches

einen kupfernen Haken. Da, als er dieses Präparat auf das eiserne

Geländer der Terrasse legte, bemerkte er zu seinem Erstaunen, daß

jedesmal, wenn der Haken das Geländer berührte, die darauf liegenden

Froschschenkel heftige Zuckungen ausführten. Diese einfache Beobachtung

sollte der Ausgangspunkt für die Entdeckung der Berührungselektrizität

werden, deren unabsehbare Tragweite in kultureller Beziehung erst

unsere Zeit würdigen lernen durfte. ~Alessandro Volta~ fand nämlich

die Erklärung dieser Beobachtung, indem er feststellte, daß bei der

Berührung von zwei verschiedenen Metallen mit einem feuchten Leiter

eine elektrische Spannung entsteht, die sich in Form eines elektrischen

Stromes ausgleicht, sobald die Metalle miteinander verbunden werden.

Die Nerven und Muskeln des Frosches bildeten bei ~Galvani~s Anordnung

diese feuchte Leitung zwischen dem Kupferhaken und dem Eisengeländer.

So ging der Strom durch die Nerven und reizte sie, daß die Muskeln

zuckten. Leider kämpfte ~Galvani~ gegen diese richtige Deutung ~Volta~s

selbst an, da er sich vorstellte, daß die Zuckung der Froschschenkel

durch Elektrizität, die in +ihnen selbst+ entstände, hervorgerufen

sei. Allein, auch dieser Irrtum sollte den glücklichen Mann wieder

zu einer neuen Entdeckung führen. Da er bemüht war, ~Volta~ zu

beweisen, daß die Berührung der Metalle zum Zustandekommen der Zuckung

nicht notwendig sei, so suchte er die Zuckung auch ohne Metalle zu

erzeugen, und das gelang ihm, indem er den frisch präparierten Nerven

eines Froschschenkels an seinem freien Ende mit dem Muskelfleisch in

Berührung brachte. In diesem Versuch wird, wie wir jetzt wissen, der

Nerv in der Tat von dem im Muskel selbst produzierten elektrischen

Strom gereizt, und so wurde ~Galvani~ Entdecker der tierischen

Elektrizität, wie er vorher, wenn auch unbewußt, Entdecker der

Berührungselektrizität geworden war.

Um die weitere Entwicklung der Lehre von der tierischen Elektrizität

bemühten sich ~Pfaff~, ~Humboldt~, ~Ritter~, ~Nobili~, ~Matteucci~

und andere; allein erst den klassischen Untersuchungen ~Du

Bois-Reymonds~[249] war es vorbehalten, dieses damals noch halb

mystische Gebiet der Physiologie, das als eine der Hauptstützen für

die Lehre von der Lebenskraft galt, auf eine klare, wissenschaftliche

Grundlage zu stellen, und zwar dadurch, daß er zunächst eine

zuverlässige und umfangreiche Untersuchungsmethodik schuf.

Versuchsobjekte bildeten aus naheliegenden Gründen anfangs nur die

Muskeln und Nerven des Frosches. Indessen bald zog ~Du Bois-Reymond~

auch die interessanten Erfahrungen an elektrischen Fischen mit in den

Kreis seiner Untersuchungen, und zahlreiche Forscher, wie ~H. Munk~,

~Hermann~, ~Engelmann~, ~Hering~, ~Bernstein~, und in neuester Zeit

besonders ~Biedermann~[250], ~Boruttau~ und ~Waller~ untersuchten

die Elektrizitätsproduktion der verschiedensten tierischen Gewebe,

sowie auch der Pflanzen. Eine zusammenfassende Uebersicht über die

elektrophysiologischen Tatsachen und Probleme hat in knapper und klarer

Darstellung kürzlich ~Mendelssohn~[251] gegeben.

Die ersten Schritte zum Verständnis der Elektrizitätsproduktion in der

lebendigen Substanz verdanken wir den Untersuchungen ~Hermann~s. Die

endgültige Aufklärung des ganzen Gebietes brachte erst die Entwicklung

der modernen Elektrochemie. Daß aber die Lehre von der tierischen

Elektrizität eines der bestgekannten Gebiete der Physiologie werden

konnte, das ist unstreitig das Verdienst der grundlegenden Arbeiten ~Du

Bois-Reymond~s.

Die einfachste Methode, einen galvanischen Strom zu gewinnen, ist

bekanntlich die, daß man zwei verschiedene Metallstreifen, etwa Kupfer

und Zink, die an ihrem einen Ende miteinander verlötet sind, an ihren

freien Enden mit einem „feuchten Leiter“, etwa einem nassen Faden,

in Berührung bringt (Fig. 133 _A_). Im Moment, wo die beiden freien

Metallenden durch den feuchten Leiter miteinander verbunden werden,

beginnt ein elektrischer Strom in dem geschlossenen Kreise zu fließen,

der vom Zink durch den feuchten Leiter nach dem Kupfer, und vom

Kupfer durch die Lötstelle wieder auf das Zink übergeht und so lange

zirkuliert, als der Kreis geschlossen bleibt. Es ist das die Anordnung,

welche dem ursprünglichen ~Galvani~schen Experiment entspricht, bei

dem der Nerv den feuchten Leiter zwischen den beiden Metallen Kupfer

und Eisen vorstellte. Diese Methode ist in etwas vervollkommneter Form

in den „+galvanischen Elementen+“ verwandt worden (Fig. 133 _B_), in

denen als feuchter Leiter eine Flüssigkeit benutzt wird, während die

beiden Metalle, die mit ihren unteren Enden in den Flüssigkeitsbehälter

tauchen, an ihren oberen Enden anstatt durch Lötung durch einen

Kupferdraht miteinander in Berührung stehen, was den Vorteil hat, daß

man mittels des biegsamen Drahtes den Strom hinleiten kann, wo man ihn

gerade braucht.

[Illustration: Fig. 133. _A_ Primitive Vorrichtung zur Erzeugung

eines galvanischen Stromes. _Zn_ Zink, _Cu_ Kupfer, beide unten

verbunden durch einen feuchten Faden. Die Pfeile geben die Richtung

des Stromes an. _B_ Einfachste Form eines galvanischen Elementes. Zwei

Metallstreifen (Kupfer + und Zink -) tauchen in eine Flüssigkeit und

sind an ihren freien Enden metallisch miteinander verbunden. Der Strom

geht in der Richtung der Pfeile.]

Ueber die Entstehung eines galvanischen Stromes im Element hat

~Nernst~[252] eine Vorstellung entwickelt, die sich in der

Elektrochemie als außerordentlich fruchtbar erwiesen hat. Die Theorie

von ~Nernst~ schließt sich aufs engste an die Anschauungen an, die

wir durch die Untersuchungen von ~van ’t Hoff~ über die Natur der

Lösungen gewonnen haben. Bekanntlich gelten nach diesen Anschauungen

für die Lösungen dieselben Gesetze wie für die Gase. Die Moleküle

des gelösten Stoffes bewegen sich in dem Lösungsmittel mit einer

bestimmten Geschwindigkeit durcheinander, indem sie fortwährend

gegeneinander und gegen die Wände des Gefäßes stoßen, abprallen,

wieder anstoßen und so fort. Auf diese Weise übt der gelöste Stoff

einen gewissen Druck aus, der als „+osmotischer Druck+“ bezeichnet

wird. Wie wir bereits früher sahen, ist nach dem ~Avogadro~-~van ’t

Hoff~schen Gesetz dieser osmotische Druck abhängig von der Zahl der

Moleküle des gelösten Stoffes. Man sollte also eigentlich erwarten,

daß der betreffende Stoff, z. B. Salzsäure oder Schwefelsäure, in

konzentriertem Zustande den größten osmotischen Druck haben sollte.

Man war aber sehr erstaunt, als man fand, daß der osmotische Druck

von Salzen, Säuren und Basen in gelöstem Zustande größer ist, als man

ihn berechnete. Angesichts dieser Tatsache blieb nur übrig, entweder

daß das ~Avogadro~-~van ’t Hoff~’sche Gesetz nicht allgemein gültig

war oder daß die Moleküle der gelösten Stoffe in wässerigen Lösungen

zu einem bestimmten Prozentverhältnis in einfachere Bestandteile,

Atome oder Atomgruppen, dissoziiert sind. Das letztere erwies sich als

zutreffend. Wir wissen heute, daß z. B. Salzsäure in wässeriger Lösung

in H- und Cl-Atome dissoziiert ist, und zwar in verdünnten Lösungen in

größerer Molekülzahl als in konzentrierteren. Die Dissoziationsgröße

der verschiedenen Stoffe hängt ganz ab von der Art der Stoffe, von der

Art des Lösungsmittels und von der Konzentration. Reines Wasser ist so

gut wie gar nicht dissoziiert.

Das Wichtigste ist nun aber, daß während das geschlossene Molekül eines

gelösten Stoffes elektrisch indifferent ist, die Dissoziationsprodukte

elektrisch geladen sind, und zwar die einen positiv, die anderen

negativ. So ist das Wasserstoffatom H positiv geladen, das Chloratom Cl

negativ:

+ -

HCl = H + Cl.

So ist bei der Dissoziation des Wassermoleküls, wie sie z. B. in

wässerigen Lösungen entsteht, das Wassermolekül gespalten in ein

Wasserstoffatom H und eine Hydroxylgruppe HO, von denen das erstere

wieder positive, die letztere negative Ladung hat:

+ -

H₂O = H + HO.

Man bezeichnet nun allgemein die mit negativer Elektrizität geladenen

Atome oder Atomgruppen als „+negative Ionen+“ oder „+Anionen+“, die mit

positiver Elektrizität geladenen als „+positive+“ oder „+Kationen+“.

Nun haben die Metalle nach ~Nernst~s Theorie eine große Neigung, ihre

Moleküle als Kationen an die Lösungen gewisser Salze abzugeben, und

zwar wird diese Abgabe von Kationen um so größer sein, je größer die

Lösungstension des Metalls ist. Durch die Abgabe der Kationen wird im

Metall das elektrische Gleichgewicht gestört, denn da in dem nach außen

elektrisch indifferenten Metall beide Elektrizitäten in gleicher Menge

angenommen werden müssen, so muß entsprechend der Menge von positiver

Elektrizität, die durch die in Lösung gehenden Kationen das Metall

verläßt, eine gleiche Menge von negativer Elektrizität frei werden,

die dem Metall eine negative Ladung gibt. Umgekehrt muß der Zuwachs

an positiven Ionen der an sich nach außen elektrisch indifferenten

Flüssigkeit eine elektrisch positive Ladung verleihen. Taucht man nun

in die Lösung ein anderes Metall, dessen Lösungstension geringer ist

als die des ersten Metalls, so werden sich auf diesem Metall jetzt

umgekehrt aus der Flüssigkeit Kationen anlagern und demselben eine

positive Ladung mitteilen. Es wird also eine elektrische Spannung

zwischen beiden Metallen entstehen, und wenn man beide durch einen

Leiter miteinander verbindet, wird in dem so geschlossenen Kreise ein

elektrischer Strom zirkulieren, so lange wie zwischen den Metallen und

der Lösung die entsprechenden elektrochemischen Umsetzungen stattfinden.

[Illustration: Fig. 134. +Schema.+

_I_ Ein Flüssigkeitstropfen, in dem die chemischen Prozesse an allen

Punkten gleichartig sind, ist stromlos. _II_ Ein Flüssigkeitstropfen,

in dem an zwei verschiedenen Stellen verschiedenartige

chemische Prozesse verlaufen, bei denen Ionen von verschiedener

Diffusionsgeschwindigkeit auftreten, gibt bei der Ableitung einen

Strom. Der große Kreis ist der Flüssigkeitstropfen, der kleine der

Multiplikator mit Magnetnadel. Beide sind verbunden durch Drähte.]

Wie wir durch die Untersuchungen der Elektrochemie, besonders seit der

enormen Entwicklung, welche diese Wissenschaft nach den glänzenden

Arbeiten von ~Kohlrausch~, ~Arrhenius~, ~Nernst~ u. a. erfahren

hat, wissen, kann bei den verschiedensten chemischen Prozessen

eine Störung des elektrischen Gleichgewichts eintreten. Bei den

verschiedenartigsten chemischen Spaltungsprozessen können positive und

negative Ionen frei werden. Finden die gleichen chemischen Prozesse an

allen Punkten eines Systems in gleichem Umfange statt, so läßt sich

davon kein Strom ableiten, denn es besteht keine Spannung zwischen

den Ableitungspunkten, weil an beiden sowohl positive als negative

Atomgruppen in gleicher Menge entstehen (Fig. 134 _I_). Verlaufen

aber in einem System, wie es eine Flüssigkeitsmasse vorstellt,

verschiedenartige chemische Umsetzungen räumlich gesondert, so kann

sich zwischen diesen beiden Punkten stets eine elektrische Spannung

entwickeln, wenn die positiven und negativen Ionen, die dabei frei

werden, verschiedene Wanderungsgeschwindigkeit bei ihrer Diffusion

besitzen, so daß Konzentrationsdifferenzen in der elektrischen Ladung

der beiden Ableitungsstellen entstehen. Es kann dann von diesen

Punkten, solange die Prozesse andauern, ein galvanischer Strom nach

außen abgeleitet werden (Fig. 134 _II_). Die Bedingungen, unter denen

ein galvanischer Strom entsteht, können wir also in folgendem Satz

ausdrücken: +Von einem System ist ein Strom nach außen ableitbar,

wenn in ihm chemische Prozesse auftreten, die zur Entstehung

von Konzentrationsdifferenzen der gleichnamigen Ionen an beiden

Ableitungsstellen Anlaß geben.+

[Illustration: Fig. 135. +Schema.+ _I_ Eine Zelle, in der an allen

Punkten ihrer lebendigen Substanz die gleichen chemischen Prozesse

stattfinden, ist stromlos. _II_ Polar differenzierte Zellen (z. B.

Schleimhautzellen), bei denen an einem Pol andere chemische Prozesse

ablaufen wie am anderen, geben einen Strom.]

[Illustration: Fig. 136. +Schema. Musculus sartorius vom Frosch.+ An

beiden Enden befinden sich die Knochenansätze. _I_ Unverletzt und

ruhend ist er stromlos. _II_ Verletzt (Querschnitt) gibt er einen

Strom, und zwar ist die verletzte Stelle negativ. _III_ Tätig (es läuft

eine Kontraktionswelle von rechts her über den Muskel) gibt er einen

Strom. Die tätige Stelle ist negativ.]

Dieser Satz hat seine Gültigkeit für die lebendige Substanz ebenso

wie für die leblose. Die lebendige Substanz einer Zelle ist ein

Flüssigkeitstropfen, in dem sich komplizierte chemische Umsetzungen

dauernd vollziehen. Sind dieselben an allen Punkten der Zelle

gleich, so kann von der Zelle kein Strom abgeleitet werden (Fig.

135 _I_); sind sie aber an zwei verschiedenen Polen der Zelle

qualitativ oder quantitativ verschieden, so daß sie zu Differenzen

in der Jonenkonzentration Veranlassung geben, so resultiert eine

Spannung zwischen diesen beiden Polen, und wenn man sie durch einen

Schließungsbogen miteinander verbinden könnte, würde man einen Strom im

Schließungskreise erhalten. An der einzelnen Zelle kann man freilich

wegen ihrer Kleinheit diesen Versuch kaum anstellen, aber für den

Zellen+komplex+, für das Gewebe muß das gleiche gelten wie für die

einzelne Zelle. Hier, am größeren Zellenkomplex, kann man auch in

der Tat dieses Verhalten leicht konstatieren, und ~Hermann~s[253]

„+Differenztheorie+“, welche sagt, daß nur dann von einem Gewebe

(Muskel, Nerv, Schleimhaut etc.) ein Strom ableitbar ist, wenn an

den beiden Ableitungsstellen verschiedenartige Prozesse stattfinden,

ist nur der Ausdruck der tatsächlichen Verhältnisse. Ein ruhender

unverletzter Muskel, wie z. B. der Musculus sartorius vom Frosch,

an dem man sich am besten davon überzeugen kann, ist stromlos, weil

an jeder Stelle dieselben inneren Vorgänge in gleicher Intensität

stattfinden. Bringen wir aber an zwei Stellen des Muskels künstlich

eine Differenz hervor, indem wir die eine Stelle erwärmen, oder indem

wir einen Querschnitt machen, der mit einem lokalen Zerfall der

lebendigen Substanz verbunden ist, oder indem wir schließlich eine

Kontraktionswelle über den Muskel hinlaufen lassen, so bekommen wir

einen elektrischen Strom, und zwar verhält sich dann, wie die Erfahrung

gezeigt hat, die erwärmte oder absterbende oder kontrahierte Stelle

stets negativ zu jeder normalen. Gewebe, deren Zellen nicht polare

Verschiedenheiten besitzen, zeigen im umgekehrten Zustande niemals

einen Strom, dagegen kann man von Drüsen und Schleimhäuten, deren

Zellen polar differenziert sind, in der Weise, daß der untere Teil des

zylindrischen Zellkörpers andere Stoffe und Stoffumsetzungen beherbergt

als der obere, auch in ungestörtem Zustande stets verhältnismäßig

starke Ströme ableiten (Fig. 135 _II_). Die von ~Mendelssohn~

gefundene, früher sehr auffällige Tatsache, daß der herausgeschnittene

Nerv bei Ableitung von beiden Querschnitten einen axialen Strom zeigt,

welcher der Richtung der Nervenleitung entgegengesetzt, d. h. beim

motorischen Nerven zentripetal, beim sensiblen zentrifugal, verläuft,

ist neuerdings von ~O. Weiss~[254] in sehr einfacher Weise aufgeklärt

worden. Die Differenz an den beiden Ableitungsstellen ist nämlich hier

rein quantitativer Art und allein bedingt durch die verschiedene Zahl

von Nervenfasern, die sich bei einem Nerven an zwei verschiedenen

Querschnitten finden.

Nach den obigen Betrachtungen ist es selbstverständlich, daß man aus

dem Auftreten von elektrischen Spannungen in lebendigen Objekten

schlechterdings keinen Schluß ziehen kann auf die +Art+ der Prozesse,

die währenddessen in der lebendigen Substanz sich abspielen. Es können,

wie gesagt, die allerverschiedenartigsten chemischen Umsetzungen zu

chemischen Spannungen bezw. zu elektrischen Strömen Veranlassung

geben. Die Hoffnung der älteren Physiologie, durch die Erforschung der

Gesetzmäßigkeit bei der Elektrizitätsproduktion des lebendigen Objekts

Aufschlüsse über den eigentlichen Lebensprozeß selbst zu gewinnen,

dürfte daher nach der heutigen Entwicklung der Elektrochemie als

gescheitert zu betrachten sein. Die ungeheure Bedeutung, die man einst

der Erforschung dieser Lebensäußerungen beilegte, hat sich heute auf

ein bescheidenes Maß reduziert.

Den +Nachweis der Ströme+ führen wir wie bei den auf thermoelektrischem

Wege entstehenden Strömen mittels des Multiplikators oder

Galvanometers. In neuerer Zeit sind indessen für elektrophysiologische

Zwecke diese beiden Methoden des Stromnachweises durch zwei andere

Methoden mehr und mehr verdrängt worden, durch das ~Lippmann~sche

„Kapillarelektrometer“ und ganz neuerdings durch ~Einthoven~s

„Saitengalvanometer“. Das „+Kapillarelektrometer+“ beruht auf der

Tatsache, daß die Oberflächenspannung zwischen Quecksilber und

verdünnter Schwefelsäure vergrößert wird, wenn ein auch nur schwacher

elektrischer Strom durch beide hindurchgeht. In einer Kapillarröhre,

die von einer mit Quecksilber gefüllten Glasröhre ausgezogen

ist, befindet sich das Quecksilber in Berührung mit verdünnter

Schwefelsäure, in welche die Kapillare eintaucht, und gerade vor

der Grenze zwischen Quecksilber und Schwefelsäure ist ein Mikroskop

angebracht, mit dem man jede Verschiebung der Grenze, wie sie beim

Hindurchgehen eines Stromes entsteht, beobachten und event. projizieren

kann. In das Quecksilber sowohl wie in die Schwefelsäure führt je ein

stromzuleitender Draht, der mit den Ableitungsstellen des Präparates

verbunden wird. Das Ganze ist an einem geeigneten Stativ aufmontiert.

Bei dem ~Einthoven~schen „+Saitengalvanometer+“ handelt es sich um

einen Apparat, der wiederum auf einem anderen Prinzip beruht. Hier

beobachtet man mikroskopisch die Ablenkung, die ein äußerst feiner,

versilberter und wie eine Saite zwischen den Polen eines starken

Elektromagneten aufgespannter Quarzfaden erfährt, wenn ein galvanischer

Strom durch ihn hindurchgeht. Der Faden wird dann senkrecht zu den

magnetischen Kraftlinien abgelenkt und zwar proportional der Intensität

des hindurchgehenden Stromes. Dieser neueste Apparat zum Nachweis

feinster elektrischer Ströme ist besonders empfindlich.

[Illustration: Fig. 137. +Unpolarisierbare Elektroden+. _I_ Zwei

unpolarisierbare Elektroden sind an einen durchschnittenen Wadenmuskel

des Frosches angelegt. _II_ Eine unpolarisierbare Elektrode in ihrem

Stativ.]

Für alle Untersuchungen über die Elektrizitätsproduktion der

lebendigen Substanz ist schließlich noch eine besondere Vorrichtung

der ableitenden Elektroden notwendig, wenn man falsche Resultate

vermeiden will. Läßt man nämlich durch einen einfachen Metalldraht,

dessen Enden in einen feuchten Leiter tauchen, längere Zeit einen Strom

gehen, so treten an den beiden Enden des Drahtes, den Elektroden,

elektrolytische Zersetzungsprodukte des feuchten Leiters auf und

sammeln sich hier an. Die Ausscheidung dieser Produkte an den beiden

Drahtpolen bedingt eine elektrische Spannung, die zu einem, dem

ursprünglichen entgegengesetzt gerichteten Strome, dem sogenannten

„+Polarisationsstrom+“, führt. Es liegt auf der Hand, daß, je stärker

sich der Polarisationsstrom entwickelt, um so mehr die Intensität

des ursprünglichen Stromes dadurch vermindert werden muß. Wenn wir

daher von einem lebendigen Gewebe einen Strom mit Metallelektroden

ableiten, so entwickelt sich sofort ein Polarisationsstrom, der das

Bild des Gewebestromes vollständig verwischt. Um diesen Uebelstand

zu vermeiden, hat man sogenannte „+unpolarisierbare Elektroden+“

konstruiert, die aus nicht metallischen Leitern bestehen. Die bequemste

Form dieser „unpolarisierbaren Elektroden“ sind die von ~Fleischl~

angegebenen „Pinsel-Elektroden“, die aus einer mit konzentrierter

Zinksulfatlösung gefüllten Glasröhre bestehen, welche unten durch einen

Pfropf von plastischem Ton geschlossen ist. In dem Tonpfropf steckt

ein kurzer, weicher, mit Kochsalzlösung angefeuchteter Pinsel; in die

Zinksulfatlösung ragt ein amalgamierter Zinkstab, an dem der Draht

befestigt wird (Fig. 137). Zwei solcher Elektroden, von denen jede in

einem beweglichen Stativ steckt, werden dann mit ihren Pinseln an das

lebendige Gewebe angelegt, und die Erfahrung hat gezeigt, daß man auf

diese Weise den störenden Polarisationswirkungen aus dem Wege geht.

[Illustration: Fig. 138. _I_ +Torpedo marmoratus (Zitterrochen).+

Die Haut ist zum Teil weggeschnitten, damit das elektrische Organ

_a_ sichtbar ist, das aus lauter einzelnen polygonalen Säulchen

besteht, die hier vom Querschnitt aus gesehen sind. Nach ~Ranvier~.

_II_ Zwei elektrische Säulchen von der Längsseite mit den sich darauf

verzweigenden elektrischen Nerven von Torpedo. Nach ~R. Wagner~.]

Handelt es sich bei der Elektrizitätsproduktion der meisten tierischen

und aller pflanzlichen Gewebe stets nur um so schwache Ströme, daß zu

ihrem Nachweis besonders empfindliche Apparate notwendig sind, so haben

wir bei den interessanten Elektrizitätsentwicklungen der +elektrischen

Fische+ Ströme von ganz beträchtlicher Stärke, wenn auch die bekannte

Erzählung ~Alexander von Humboldt~s, daß der südamerikanische Zitteraal

Pferde durch seine Schläge zu betäuben vermag, auf einem Irrtum beruhen

dürfte. Was die Ströme der elektrischen Fische den Strömen anderer

Gewebe gegenüber am meisten charakterisiert, ist ihre kurze Dauer und

große Intensität, so daß sie als kurze, starke elektrische „Schläge“

auftreten, die vom Tiere spontan oder auf Reizung mehrere Male

hintereinander abgegeben werden können. Das wird selbstverständlich,

wenn man bedenkt, daß die Elektrizitätsproduktion bei diesen Tieren als

Verteidigungsmittel dient, das sich während ihrer Stammesentwicklung

zu dieser enormen Wirksamkeit herausgebildet hat. Dementsprechend

sind bei diesen elektrischen Fischen besondere Organe allein zur

Elektrizitätsproduktion vorhanden. Es ist aber im höchsten Maße

interessant, daß diese elektrischen Organe entwicklungsgeschichtlich

denselben Ursprung haben wie die quergestreiften Muskeln, mit denen

sie auch in ihrer vollständigen Ausbildung noch große Aehnlichkeit

besitzen. Das elektrische Organ z. B. des Zitterrochens (Torpedo)

ist aufgebaut aus vielen langen, im Querschnitt sechseckigen Säulchen

(Fig. 138), die den Muskelfasern entsprechen. Jede dieser Säulen aber

ist wieder zusammengesetzt aus gleichmäßig übereinanderliegenden

Querscheiben (Fig. 139 _A_), die genau der Querstreifung der

Muskelfaser homolog sind, ohne jedoch doppelt brechende Elemente zu

besitzen, und ohne Formveränderungen bei der Tätigkeit zu erfahren.

Noch größer ist die Uebereinstimmung des Baues der elektrischen

Säulchen mit den quergestreiften Muskeln bei den „+halbelektrischen+“

oder „+pseudoelektrischen+“ Fischen, z. B. +Raja clavata+ (Fig. 139

_B_ _I_ u. _II_). Hier tritt ein sehr interessanter und augenfälliger

+Funktionswechsel+ ein, indem sich die elektrischen Organe aus

wirklichen, kontraktilen, quergestreiften Muskelfasern entwickeln,

die mit dem Verlust ihres Kontraktionsvermögens ihre elektrischen

Eigenschaften stärker hervortreten lassen. Allein, auch in der

Tätigkeit des fertig entwickelten Organs besteht eine Aehnlichkeit

mit der des Muskels; denn wie der Muskel bei der einzelnen Zuckung

nur einen kurzdauernden Strom gibt, ebenso entsteht beim elektrischen

Organ nur ein momentaner Strom, allerdings von unvergleichlich größerer

Stärke.

[Illustration: Fig. 139. _A_ Zwei elektrische Säulchen von

+Gymnotus electricus+. Nach ~Schultze~. _B_ _I_ Säulchen aus dem

pseudoelektrischen Organ von +Raja clavata+. _II_ _a_ und _b_ Einzelne

Segmente daraus, stärker vergrößert. Linke Hälfte in gewöhnlichem,

rechte in polarisiertem Lichte. Nach ~Engelmann~.]

* *

*

Unser Bild vom Energieumsatz in der lebendigen Substanz ist genau so

lückenhaft wie das vom Stoffwechsel. Wie beim Stoffwechsel kennen wir

auch beim Energiewechsel nur die Anfangs- und Endglieder der Reihe.

Als chemische Energie und als Licht und Wärme tritt die Energie in

den lebendigen Körper ein. Licht und Wärme werden dabei verbraucht,

um ebenfalls chemische Energie zu schaffen, und zwar Licht, um in der

Pflanze die Kohlensäure, die als solche keinen Energiewert besitzt, in

Kohlenstoff- und Sauerstoffatome mit freien Affinitäten zu spalten,

die Wärme, um die labilen Verbindungen der lebendigen Substanz durch

Steigerung der intramolekularen Schwingungsintensität ihrer Atome

zur Umlagerung zu bringen. Beide, Licht und Wärme, schaffen also

verfügbare, chemische Energie. +Die chemische Energie ist daher

das Grundkapital für die Gewinnung aller anderen Energieformen im

Organismus, aus ihr gehen alle vom Organismus produzierten Leistungen

durch Umsatz hervor: mechanische Energie, Licht, Wärme, Elektrizität.+

In demselben Maße, wie diese neuen Energieformen vom Organismus

abgegeben werden, verschwindet die chemische Energie. Als Endprodukte

des Lebens sehen wir daher in Kohlensäure, Wasser, Ammoniak etc.

Stoffe, deren chemischer Energiewert gleich Null oder doch äußerst

gering ist, aus denen sich kaum noch kleine Energiemengen gewinnen

lassen, und es bedarf erst wieder der Zufuhr neuer Energie von außen,

und zwar des Lichts, um aus ihnen in der Pflanze durch Spaltung neue

Energiemengen in Form von freien Affinitäten verfügbar zu machen.

Das sind die Anfangs- und die Endglieder der Reihe. Welches aber

im einzelnen die vielverschlungenen Wege des Energiegetriebes im

lebendigen Körper sind, welche Energieformen in jedem speziellen

Fall zunächst aus der eingeführten Energie hervorgehen, welche

Zwischenglieder, welche Rückverwandlungen die in den Körper eingeführte

chemische Energie durchläuft, bis sie in Form von Bewegung, von

Licht, von Wärme, von Elektrizität wieder den Körper verläßt, das

sind Fragen, die noch zum größten Teil in Dunkel gehüllt sind. Wir

dürfen hier vornehmlich von dem Fortschritt unserer Kenntnisse über

die spezielleren Stoffwechselprozesse mehr Licht erwarten, denn der

Energieumsatz ist von den Stoffwechselvorgängen nicht zu trennen.

Wir haben der Uebersichtlichkeit wegen die Lebensäußerungen des

Stoffwechsels, der Formbildung und des Energieumsatzes gesondert

betrachtet. In Wirklichkeit sind alle drei Gruppen, wie immer wieder

betont werden muß, nicht voneinander zu trennen, denn jeder Wechsel

des Stoffes ist gleichzeitig ein Wechsel der Form und der Energie.

Das gilt von der lebendigen Substanz wie von jedem anderen Objekt,

das wir betrachten. Was wir gesondert mit verschiedenen Methoden

untersuchen als Stoffwechsel, als Formwechsel, als Energiewechsel, ist

ein und derselbe Vorgang, nur von verschiedenen Gesichtspunkten mit

verschiedenen Sinnesorganen und verschiedenen Hilfsmitteln von unserer

Seite aus betrachtet, und so können wir kurz sagen: +Die gesamten

Lebensäußerungen eines lebendigen Organismus sind der Ausdruck des

kontinuierlichen Wechsels der Substanz, aus der er besteht, und dieser

Wechsel ist eben das Leben.+

Viertes Kapitel.

Von den allgemeinen Lebensbedingungen.

Allgemeine Physiologie · 第 171 / 283 题