3. Phototaxis.

Es liegt in der physikalischen Natur der Lichtbewegung, daß der

Lichtstrahl von einer Lichtquelle aus in gerader Richtung durch den

Raum sich fortpflanzt und mit der Entfernung an Intensität verliert.

Demnach haben zwei in der Richtung eines Lichtstrahls gelegene Punkte

verschiedene Lichtintensität, der Punkt, welcher der Lichtquelle näher

liegt, größere, der, welcher entfernter gelegen ist, geringere. Der

Lichtstrahl erfüllt also in vollkommener Weise die Bedingungen, die

zum Zustandekommen einseitiger Reize erforderlich sind, ja, es dürfte

sogar auf die größten Schwierigkeiten stoßen, Bedingungen herzustellen,

unter denen ein Organismus durch Licht allseitig gleichmäßig gereizt

würde. Infolgedessen bringt auch die Lichtreizung sehr ausgesprochene

bewegungsrichtende Wirkungen hervor, die als „Phototaxis“[509]

bezeichnet worden sind und das vollkommene Analogon zur Chemotaxis und

Barotaxis bilden.

Am längsten bekannt ist das Vorkommen der Phototaxis wieder bei

den Pflanzen, wie ja die Pflanzenphysiologie wegen der geringeren

Komplikation der Objekte sich überhaupt viel früher zu einer

methodischen Vollkommenheit entwickeln konnte als die Tierphysiologie.

Jeder, der Blumen im Zimmer zieht, hat die Tatsache der positiven

Phototaxis täglich vor Augen. Er sieht, wie die im Wachstum begriffenen

Teile sich immer und immer wieder dem Lichte zuwenden, und muß, um eine

gerade in die Höhe wachsende Pflanze zu bekommen, den Topf von Zeit

zu Zeit umdrehen, damit die phototaktische Krümmung nach der anderen

Seite wieder kompensiert wird. Manche Pflanzen sind so ausgesprochen

phototaktisch, daß sie bei hellem Sonnenschein im Garten in einem

Tage den ganzen Lauf der Sonne durch ihre phototaktische Krümmung

begleiten. Wer z. B. an einem schönen Sommertage ein Beet von blauen

Gentianen beobachtet, sieht, daß die Pflanzen ihre prachtvollen Blüten

sämtlich mit der breiten offenen Fläche der Sonne zukehren und die

langsame Bewegung der Sonne in dieser Stellung verfolgen, so daß ihre

Blüten am Abend fast die entgegengesetzte Richtung haben, wie am

Morgen. Bei manchen Pflanzen wird, wie ~Stahl~[510] an Schachtelhalmen

gezeigt hat, die Wachstumsrichtung bereits an der Sporenzelle durch das

Licht in sehr interessanter Weise beeinflußt, indem bei der Teilung

der Sporenzelle die erste Scheidewand, welche sie in zwei Teile

zerschnürt, senkrecht zur Richtung der auffallenden Lichtstrahlen

gebildet wird, und zwar macht sich schon hier ein charakteristischer

Unterschied in der Art der Phototaxis beider Hälften bemerkbar, so daß

die Rhizoidzelle, aus der die späteren Wurzeln sich entwickeln, stets

von der Lichtquelle abgewendet, die Prothalliumzelle, aus der sich die

oberirdischen Teile bilden, dagegen der Lichtquelle zugekehrt ist (Fig.

241).

Im Tierreich haben die Untersuchungen von ~Loeb~[511] und

~Driesch~[512] ebenfalls weit verbreitet phototaktische Reizwirkungen

nachgewiesen. Allein, da das Zustandekommen dieser Reaktionen, wenn

es schon beim Zellenstaat der Pflanze nicht ganz übersichtlich ist,

noch viel mehr im komplizierten Zellenstaat des Tierkörpers wegen

der mannigfaltigen Beteiligung der Sinnesorgane, des Nervensystems,

der Bewegungsorgane etc. an Uebersichtlichkeit verliert, so ist es

zweckmäßig, wenn wir auch hier wieder unsere Betrachtung vor allem

an die einfachsten Verhältnisse, wie sie in der freilebenden Zelle

bestehen, anknüpfen.

[Illustration: Fig. 241. +Teilung der Sporenzelle eines Schachtelhalms

unter dem Einfluß des Lichts.+ Der Pfeil gibt die Richtung der

Lichtstrahlen an. _a_ Lage der Zellteilungswand, _b_ Richtung der

Kernteilungsfigur. Nach ~Stahl~.]

Von ~Priestley~ und ~Ehrenberg~ bereits beobachtet, wurden die

phototaktischen Reaktionen der einzelligen Organismen von ~Nägeli~,

~Hofmeister~, ~Baranetzky~, ~Stahl~, ~Klebs~, ~Cohn~ und anderen

Botanikern weiter verfolgt, aber erst die grundlegenden Arbeiten von

~Strasburger~ gaben uns ein genaues Bild von der Gesetzmäßigkeit dieser

Reizwirkungen.

~Strasburger~[513] machte seine Untersuchungen hauptsächlich an

Schwärmsporen von verschiedenen chlorophyllhaltigen Algen und

beobachtete ihr Verhalten gegenüber dem einseitig vom Fenster

einfallenden Lichte im hängenden Tropfen. Dabei zeigten sich bei den

Geißelschwärmern der verschiedensten Art im wesentlichen die gleichen

Wirkungen. Als Typus kann uns das Verhalten der +Ulothrix+-Schwärmer

dienen. Im diffusen Tageslicht von einer geringen Intensität eilen

diese kleinen Geißelzellen in geraden Bahnen nach demjenigen Rande

des Tropfens, der dem Lichte zugekehrt ist, und sammeln sich hier

in großen Scharen an. Steigert man die Intensität des Lichtes, was

~Strasburger~ dadurch erreichte, daß er das Präparat dem Fenster

näherte oder direktes Sonnenlicht einwirken ließ, so beginnen von einer

bestimmten Intensität an die Schwärmsporen den „positiven Tropfenrand“,

d. h. in den Rand, welcher der Lichtquelle zugekehrt ist, zu

verlassen und sich nach dem „negativen“, d. h. dem gegenüberliegenden

Tropfenrand zu begeben, bis bei weiter gesteigerter Lichtintensität

alle am negativen Tropfenrand versammelt sind. Es existiert also ein

Lichtintensitätspunkt, dem die Schwärmer zueilen, indem sie sich

sowohl von höherer als auch von geringerer Intensität her nach ihm hin

begeben, eine Tatsache, die ~Strasburger~ als „Photometrie“ bezeichnet.

Wir haben hier ein vollständiges Analogon zur Chemotaxis, die bis zu

einer bestimmten Konzentration des wirksamen Stoffes positiv ist,

von da an aber bei steigender Konzentration negativ wird, so daß

wir auch von einer „Chemometrie“ sprechen könnten. Ganz analog den

+Ulothrix+-Schwärmern verhalten sich die Schwärmer von +Chaetomorpha+,

+Ulva+, +Haematococcus+ und einigen anderen Algen, sowie des

Geißelinfusors +Chilomonas Paramaecium+ und die farblosen Schwärmer der

+Chytridien+, die sämtlich bei geringerer Lichtintensität positiv, bei

höherer Intensität negativ phototaktisch sind. Indessen gibt es auch

Formen, die, wie z. B. die Schwärmer von +Botrydium granulatum+, bei

allen Lichtintensitäten positive Phototaxis zeigen.

Diesen Untersuchungen ~Strasburger~s schließt sich eine ganze Reihe von

Beobachtungen anderer Forscher an, die bei den verschiedenartigsten

Mikroorganismen phototaktische Reizwirkungen feststellen konnten. So

untersuchte ~Stahl~[514] die schon von ~Hofmeister~ und ~Baranetzky~

beobachtete Phototaxis der Myxomyceten-Plasmodien und fand, daß junge

Plasmodien von +Aethalium septicum+ im Halbdunkel positiv phototaktisch

sind und an die Oberfläche der Gerberlohe kriechen, bei stärkerer

Beleuchtung dagegen negativ phototaktisch werden und wieder in das

Innere der Lohehaufen zurückfließen.

Ferner fand ~Engelmann~[515] in +Bacterium chlorinum+ und +Bacterium

photometricum+ zwei Bakterienformen, die phototaktische Eigenschaften

besitzen und sich im Lichte ansammeln.

~Engelmann~[516], ~Stahl~[517], ~Aderhold~[518] und andere[519]

stellten die phototaktischen Wirkungen auch bei den +Diatomeen+

und +Oscillarien+fäden fest, die sich genau wie die Algenschwärmer

verhalten und sehr ausgesprochene Ansammlungen bilden (Fig. 242).

Ebenso wiesen ~Stahl~ (l. c.), ~Klebs~[520] und ~Aderhold~ (l. c.) auch

bei den +Desmidiaceen+ phototaktische Bewegungen nach und zeigten, daß

diese Algenzellen sich mit ihrer Längsachse parallel zum Einfall der

Lichtstrahlen einstellen und sich in dieser Stellung durch Absonderung

ihres Sekretes in ihrer eigentümlichen Weise nach der Lichtquelle

hin oder bei stärkerer Intensität von der Lichtquelle weg auf der

Unterlage fortschieben (Fig. 243), so daß in einem Präparat mit

lebendigen +Closterien+[521] oder +Pleurotänien+ alle Individuen mit

ihrer Längsachse parallel untereinander und zur Einfallsrichtung der

Lichtstrahlen eingestellt sind. Schließlich sind auch bei Infusorien

phototaktische Reaktionen nachgewiesen worden, bisher aber nur von

solchen Formen, die Farbstoffe in ihrem Protoplasma besitzen, welche

für dasselbe als Sensibilisatoren dienen[522]. Die farblosen Infusorien

sind ja zum größten Teil für sichtbare Lichtstrahlen nicht empfänglich.

So hat ~Jennings~[523] an dem blaß gefärbten +Stentor coeruleus+ eine

negative Phototaxis feststellen können. Wird der Wassertropfen, in dem

die Stentoren frei umherschwimmen, auf der einen Hälfte verdunkelt, so

sammeln sich sehr bald alle Individuen in diesem verdunkelten Teile an.

Gelangen sie bei ihrem Umherschwimmen gelegentlich an die Lichtgrenze,

so führen sie eine Bewegung aus, die sie wieder in den dunklen Teil des

Tropfens zurückführt.

[Illustration: Fig. 242. +Phototaxis der Diatomeen.+ In einem Tropfen

liegt in der Mitte ein Schlammfetzen, der mit Diatomeen dicht besetzt

war. Die Diatomeen sind sämtlich nach dem der Sonne zugekehrten

Tropfenrande gekrochen.]

So finden wir, daß die Phototaxis unter den einzelligen Organismen,

soweit sie überhaupt durch Lichtstrahlen reizbar sind, eine weit

verbreitete Reizwirkung ist.

[Illustration: Fig. 243. +Phototaxis von Closterium.+ Das Licht fällt

von rechts her ein. Der Pfeil gibt die Gleitrichtung des Closteriums

an.]

Nachdem die phototaktischen Reizwirkungen festgestellt worden waren,

mußte die Frage aufgeworfen werden, ob die verschiedenen Strahlen

des Spektrums in gleicher Weise phototaktisch wirksam seien, eine

Frage, die am leichtesten durch Einschaltung von farbigen Gläsern und

Lösungen zwischen Lichtquelle und Objekt entschieden werden konnte. Die

dabei verwendeten Medien waren so gewählt, daß sie nur Strahlen eines

bestimmten Teiles des Spektrums durchließen, so daß nur Strahlen von

gewissen Wellenlängen auf die Organismen fallen konnten (Fig. 244). Auf

diese Weise stellte bereits ~Cohn~ und später ~Strasburger~ fest, daß

im allgemeinen die kurzwelligen Strahlen des Spektrums, also besonders

die blauen und violetten, wirksamer sind als die langwelligen, etwa die

roten, die bei nicht zu hohen Intensitätsgraden wie völlige Dunkelheit

wirken. Nach den oben angeführten Ergebnissen der klassischen

Untersuchungen ~Hertel~s ist diese Tatsache ohne weiteres verständlich.

[Illustration: Fig. 244. +Spektra von verschiedenen Medien.+ 1 Spektrum

eines roten Glases, 2 Spektrum eines Kobaltglases, 3 Spektrum eines

grünen Glases, 4 Spektrum einer Kalibichromatlösung, 5 Spektrum einer

Kupferoxyd-Ammoniaklösung.]

Noch ein Punkt verdient schließlich bei der Besprechung der

phototaktischen Reaktionen Erwähnung. Nach unserer ganzen bisherigen

Betrachtung und nach Analogie mit den bewegungsrichtenden Wirkungen

der anderen Reize liegt es auf der Hand, daß nur die Differenz in

der Intensität der Belichtung an verschiedenen Körperstellen eine

bewegungsrichtende Wirkung hervorbringen kann, denn wo der Reiz von

allen Seiten in gleicher Intensität auf die Körperoberfläche einwirkt,

da fällt der Grund für eine bestimmte Achseneinstellung fort, wie das

am deutlichsten bei der allseitigen Einwirkung chemischer Reize zu

beobachten ist. Obwohl diese Ueberlegung ohne weiteres einleuchtet,

haben dennoch einzelne Forscher, wie ~Sachs~, ~Loeb~ und ~Davenport~

geglaubt, nicht sowohl die Intensitätsdifferenzen als vielmehr die

„Richtung“ der Lichtstrahlen für das Zustandekommen der phototaktischen

Reaktionen verantwortlich machen zu sollen. Es ist schwer, sich

von dem Reaktionsmechanismus nach dieser seltsamen Theorie eine

Vorstellung zu machen, denn da eine Achseneinstellung nur möglich ist,

wo Differenzen an zwei verschiedenen Punkten der Körperoberfläche

bestehen, so bleibt es ziemlich unverständlich, wie die „Richtung“

der Strahlen als solche, die an allen Punkten des Körpers dieselbe

ist, eine solche Wirkung hervorrufen könnte. In der Natur freilich

fällt unter gewöhnlichen Bedingungen die Intensitätsabnahme mit der

Richtung der Strahlen zusammen, und infolgedessen sehen wir immer die

phototaktischen Bewegungen innerhalb der Richtung der Lichtstrahlen

erfolgen. Allein experimentell läßt sich doch der Intensitätsabfall

von der Fortpflanzungsrichtung der Lichtstrahlen sehr gut trennen.

Eine sehr geeignete Anordnung hat zu diesem Zwecke ~Oltmanns~[524] mit

Benutzung einer bereits von ~Strasburger~ verwendeten Idee aufgestellt.

~Oltmanns~ stellte sich aus zwei Glasplatten, die unter einem spitzen

Winkel von 2° zueinander geneigt waren, einen Keil her, indem er

den Raum zwischen beiden Platten mit einer von Tusche getrübten

Gelatineschicht füllte. Diese Keilplatten ließen an ihrem dünnen Ende

nahezu alles Licht hindurch, während sie an ihrem dicken Ende, wo die

Tuschgelatineschicht am dunkelsten war, sehr viel Licht absorbierten.

Fällt daher das Licht senkrecht zur Fläche der Keilplatten auf diese

auf, so liegt für die in einem dunklen Kästchen dahinter befindlichen

Objekte der größte Intensitätsabfall senkrecht zur Einfallsrichtung

der Lichtstrahlen. Mittels dieser Platten läßt sich denn in der Tat

bei Anwendung geeigneter Lichtstärken experimentell beweisen, daß es

nicht die Richtung an sich, sondern lediglich die Intensitätsdifferenz

an verschiedenen Stellen der Körperoberfläche ist, welche die

phototaktischen Reizwirkungen erzeugt, wie das von vornherein bei

einfacher Ueberlegung nicht anders zu erwarten ist.

Allgemeine Physiologie · 第 223 / 283 题