5. Galvanotaxis.

Es ist die charakteristische Eigenschaft des galvanischen Stromes,

daß er stets polare Erregungswirkungen hervorruft. Infolgedessen

ist die Reizung mit dem konstanten Strome wie die Lichtreizung von

vornherein geeignet, bewegungsrichtende Reaktionen auszulösen. Da wir

ferner den galvanischen Strom in feinster Weise in seiner Intensität

abstufen und in seiner Richtung beherrschen können, so besitzen wir in

ihm das vollkommenste Mittel, um bewegungsrichtende Reizwirkungen in

ihrer exaktesten Form und mit der präzisen Sicherheit physikalischer

Vorgänge experimentell zu erzeugen. In der Tat sind es denn auch die

galvanotaktischen Reaktionen der freibeweglichen Organismen, welche am

meisten an die Wirkungen des Magneten auf Eisenteilchen erinnern.

Die ersten galvanotaktischen Reizwirkungen an Tieren wurden von

~Hermann~[528] an Froschlarven und Fischembryonen entdeckt. Er machte

die Beobachtung, daß diese Tiere, wenn durch das Gefäß, in dem sie sich

befanden, ein galvanischer Strom geleitet wurde, sich sämtlich bei

der Schließung des Stromes mit ihrer Längsachse in der Richtung der

Stromkurven einstellen, und zwar so, daß sie mit dem Kopfe nach der

Anode und mit dem Schwanze nach der Kathode gerichtet sind. In dieser

Stellung verharren sie, ohne sich vom Flecke zu rühren. Die analogen

Wirkungen sind dann in neuerer Zeit von ~Nagel~[529], ~Blasius~ und

~Schweizer~[530] und ~Loeb~[531] an verschiedenen anderen, höheren

Tierformen beobachtet worden.

Auch an Pflanzen sind galvanotaktische Reaktionen aufgefunden worden

und zwar an den Wurzelspitzen mancher Pflanzen, die sich bei längerer

Durchströmung mit dem konstanten Strome nach der Kathode hin krümmen.

Am frappierendsten aber und theoretisch am interessantesten sind die

galvanotaktischen Reizwirkungen bei den freilebenden einzelligen

Organismen, wie Rhizopoden, Leukocyten, Infusorien etc.[532].

Um die Galvanotaxis dieser Organismen zu untersuchen, bedienen wir

uns am besten wieder des oben beschriebenen Objektträgers mit den

unpolarisierbaren Tonleistenelektroden oder auch unpolarisierbarer

Elektroden, die den Pinselelektroden analog eingerichtet sind, aber

statt der Pinsel Spitzen aus gebranntem Ton tragen, die in die zu

durchströmende Flüssigkeit eingetaucht werden können (Fig. 248).

[Illustration: Fig. 248. +Unpolarisierbare Elektrode+, die statt des

Pinsels eine Spitze aus gebranntem Ton trägt.]

[Illustration: Fig. 249. +Galvanotaxis von Paramäcien.+ Der Pfeil

gibt die Schwimmrichtung der Paramäcien an, die sich in _B_ bereits

alle an der kathodischen Elektrodenleiste angesammelt haben. _A_

Mikroskopisches Bild, _B_ makroskopisches Bild.]

Bringt man zwischen die parallelen Elektrodenleisten des Objektträgers

(Fig. 249 _B_) einige Tropfen Wasser, in dem sich viele +Paramäcien+

befinden, und läßt man dann aus zwei an die Tonleisten angelegten

Pinselelektroden einen konstanten Strom durch die Flüssigkeit gehen,

so stellen sich im Moment der Schließung alle +Paramäcien+ mit dem

vorderen Körperpol nach der Kathode hin ein und schwimmen in dichter

Schar auf dieselbe los (Fig. 249 _A_). In wenigen Sekunden ist die

Anode vollkommen von ihnen verlassen, und an der Kathode befindet

sich ein dichtes Gewimmel, das bestehen bleibt, solange der Strom

geschlossen ist. Wendet man jetzt den Strom in die entgegengesetzte

Richtung, so daß zur Kathode wird, was vorher Anode war, und

umgekehrt, so rückt die ganze Schar in einheitlichem Haufen wieder

nach der gegenüberliegenden Seite hinüber und bildet, wie vorher,

eine Ansammlung an der neuen Kathode. Man kann dieses Experiment, das

durch die große Exaktheit der Reaktion jeden Beschauer im höchsten

Maße fesselt, beliebig oft wiederholen. Oeffnet man den Strom

schließlich, so zerstreut sich die Ansammlung von der Kathode her,

und die +Paramäcien+ verteilen sich wieder gleichmäßig in der ganzen

Flüssigkeit. Tut man die +Paramäcien+ in einem großen Tropfen auf eine

Glasplatte, und taucht man in den Tropfen die Spitzenelektroden ein,

so stellen sich die +Paramäcien+ bei Schließung des Stromes wie die

Eisenfeilspäne über einem Magneten in die Richtung der Stromkurven

ein und schwimmen in dieser Richtung (Fig. 250), bis sie die Kathode

erreicht haben, hinter der sie sich in dichter Schar anhäufen. Macht

man die kathodische Elektrode beweglich, so daß man ihre Lage im

Tropfen beliebig verändern kann, so gelingt es, die +Paramäcien+ mit

der Elektrodenspitze wie blecherne Fische im Wasser mit dem Magneten zu

dirigieren, wohin man sie haben will. Da die Bewegung der +Paramäcien+

auf die Kathode hin gerichtet ist, kann man diesen Fall als kathodische

Galvanotaxis bezeichnen.

Wie +Paramaecium+ ist die Mehrzahl aller Wimperinfusorien

kathodisch-galvanotaktisch. Unter den anderen Protisten, die noch

das gleiche Verhalten zeigen, mögen nur noch die +Amöben+ genannt

sein. +Amoeba limax+ beginnt, wenn der Strom geschlossen wird, sofort

nach der Kathode hin zu kriechen, indem sie ihre ursprüngliche

Kriechrichtung aufgibt und ein Pseudopodium nach der Kathode zu

vorfließen läßt, in das die ganze Protoplasmamasse nachströmt, bis der

Körper wieder die typische langgestreckte Kriechform hat, in der er

stetig der Kathode zufließt. Ganz ebenso verhalten sich auch andere

+Amöben+formen, wie +Amoeba proteus+ (Fig. 251), +Amoeba verrucosa+ und

+Amoeba diffluens+ (Fig. 252).

[Illustration: Fig. 250. +Galvanotaktische Schwimmkurven von

Paramaecium bei Anwendung von spitzen Elektroden im Wassertropfen.+ _A_

Beginn des Schwimmens, _B_ vollendete Ansammlung.]

Das entgegengesetzte Verhalten wie die eben genannten Organismen zeigen

viele Geißelinfusorien. Lassen wir z. B. einen konstanten Strom durch

einen Tropfen gehen, in dem sich eine größere Menge von Individuen der

kleinen, eiförmigen +Polytoma uvella+ befindet, die mit ihren zwei

Geißeln (Fig. 253) sich unter beständigen Achsendrehungen durch das

Wasser bewegen, so drehen sich bei Schließung des Stromes sofort alle

Individuen mit ihrem vorderen, geißeltragenden Ende nach der Anode zu

und schwimmen in ihrer gewöhnlichen Bewegungsweise gerade auf diesen

Pol los, wo sie sich in dichten Scharen sammeln. Nach der Oeffnung

des Stromes verteilen sie sich wieder gleichmäßig im ganzen Tropfen.

+Polytoma+ verhält sich also den beiden Elektroden gegenüber genau

umgekehrt wie +Paramaecium+; sie ist im Gegensatz zu diesem anodisch

galvanotaktisch.

Einen sehr fesselnden Anblick hat man, wenn man in einer Flüssigkeit

anodisch galvanotaktische Infusorien, etwa eine Flagellatenform,

wie +Polytoma+, und kathodisch-galvanotaktische, etwa eine kleine

Ciliatengattung, wie +Halteria+ oder +Pleuronema+, zusammen

der Einwirkung des Stromes aussetzt. Das vorher unentwirrbare

Durcheinanderwimmeln der beiden Infusorienformen löst sich sofort nach

der Schließung des Stromes. Die Ciliaten sammeln sich an der Kathode,

die Flagellaten an der Anode. Die Mitte der Flüssigkeit ist nach kurzer

Zeit vollständig frei, und die beiden Haufen sind scharf voneinander

geschieden. Wendet man jetzt den Strom, so daß die bisherige Anode zur

Kathode wird und umgekehrt, so rücken die beiden Infusorienhaufen wie

zwei feindliche Heere aufeinander los, kreuzen sich und sammeln sich

an den entgegengesetzten Polen von neuem wieder an. Es gibt wenige

physiologische Experimente, die so anmutig und zierlich sind, wie der

galvanotaktische Reigen der Infusorien.

[Illustration: Fig. 251. +Galvanotaxis von Amoeba proteus.+ Links

Amoeba proteus ungereizt mit zahlreichen Pseudopodien. Rechts (oben)

nach Schließung des Stromes und (unten) nach Wendung des geschlossenen

Stromes. Die Pfeile geben die Kriechrichtung an.]

[Illustration: Fig. 252. +Galvanotaxis von Amoeba diffluens.+ _A_

Amoeba diffluens ungereizt kriechend, _B_ nach Schließung des

konstanten Stromes. Der Pfeil gibt die Kriechrichtung an.]

[Illustration: Fig. 253. +Galvanotaxis von Polytoma uvella.+ _A_

Polytoma uvella ruhig liegend, _B_ nach Schließung des konstanten

Stromes zur Anode schwimmend.]

Ein sehr merkwürdiges Verhalten gegenüber dem galvanischen Strome zeigt

das Wimperinfusorium +Spirostomum ambiguum+[533]. Wenn man diese

langgestreckten Infusorien, die mit bloßem Auge bereits als kleine, ca.

2 mm lange, weiße Fädchen wahrgenommen werden können, in ihrem Wasser

zwischen die parallelen Tonleistenelektroden bringt, so bemerkt man,

daß sie bei Schließung des konstanten Stromes durch die plötzliche

Kontraktion ihrer Myoidfäden zusammenzucken, aber nicht, wie man etwa

erwarten könnte, nach dem einen oder anderen Pole hinschwimmen. Statt

dessen drehen sie sich unter mehrfachen Körperbiegungen durch ihre

Wimperbewegung allmählich so, daß sie mit ihrer Längsachse senkrecht

zur Richtung des Stromes eingestellt sind, eine Richtung, die sie, wenn

auch unter wiederholten Biegungen und Knickungen des langen Körpers,

dauernd beibehalten (Fig. 254).

[Illustration: Fig. 254. +Galvanotaxis von Spirostomum ambiguum.+ Die

Infusorien haben sich nach Schließung des Stromes mit ihrer Längsachse

senkrecht zur Stromesrichtung eingestellt.]

Ein ähnliches Verhalten, aber noch auffallender, bringen gewisse

hypotriche Infusorien zum Ausdruck, wie +Oxytricha+ und +Stylonychia+.

Diese Protisten, die in ungestörtem Zustande mit ihren Bauchwimpern auf

dem Grunde oder am Oberflächenhäutchen des Wassers umherlaufen, stellen

sich bei Schließung des konstanten Stromes sämtlich mit einem Ruck

quer zur Richtung des Stromes ein und zwar so, daß ihre Peristomseite

der Kathode zugewendet ist. In dieser Einstellung laufen sie vorwärts.

Diejenigen Individuen aber, die frei im Wasser schwimmen, zeigen die

gewöhnliche Form der kathodischen Galvanotaxis. Geht ein transversal

zur Stromesrichtung laufendes Individuum einmal zum freien Schwimmen

über, was bei stärkeren Strömen öfters vorkommt, so schwimmt es in der

typischen Weise unter Achsendrehungen direkt nach der Kathode, geht

aber ein kathodisch galvanotaktisches Individuum zum thigmotaktischen

Laufen über, so stellt es sich sofort quer zur Stromesrichtung, so

daß es die Kathode zu seiner Linken hat. Da in jedem Reizkästchen

immer drei Gruppen von Individuen zu unterscheiden sind, von denen

die einen mit der Bauchseite nach unten an der Unterlage, die anderen

mit der Bauchseite nach oben am Oberflächenhäutchen laufen, während

die dritten frei in der Mitte der Flüssigkeit schwimmen, so sieht

man auch bei schwacher Vergrößerung gleichzeitig drei verschiedene

Bewegungsrichtungen: die erste Gruppe läuft quer zum Strom nach

einer einzigen Richtung, die zweite läuft quer zum Strom nach

entgegengesetzter Richtung, und die dritte schwimmt nach der Kathode.

Diese Bewegungen und Einstellungen erfolgen momentan wie auf Kommando,

sobald der Strom geschlossen wird, und hören sofort wieder auf nach

der Oeffnung. Wie ~Pütter~[534] gezeigt hat, ist diese eigentümliche

transversale Galvanotaxis bei den hypotrichen Infusorien nur eine

Interferenzwirkung der Galvanotaxis mit der Thigmotaxis und kommt

dadurch zustande, daß gewisse Wimpergruppen, die für die Ortsbewegung

wichtig sind, durch den Kontaktreiz in bestimmter Weise beeinflußt

werden.

Eingehende Analysen des Verhaltens der Wimpern bei der Galvanotaxis der

Infusorien und des Mechanismus, der zur anodischen, kathodischen und

transversalen Galvanotaxis führt, haben ~Ludloff~, ~Pütter~, ~Jennings~

und ~Wallengren~ ausgeführt. Dabei hat sich aus den Untersuchungen

von ~Wallengren~[535] namentlich an +Opalina+ und +Spirostomum+

ergeben, daß die gleiche Lokalisation der polaren Erregung je nach der

Intensität des Stromes durch verschieden starke Beeinflussung dieser

oder jener Wimpergruppen zu verschiedenen Formen der Galvanotaxis,

d. h. entweder zu einer anodischen oder kathodischen oder transversalen

Einstellung führen kann. Die tiefgehenden Untersuchungen von

~Wallengren~ und ~Jennings~ über diese sehr komplizierten Verhältnisse

lassen sich indessen hier leider nicht in Kürze anschaulich

wiedergeben. Sie haben uns aber bis zu einem erstaunlichen Grade über

die feinsten Einzelheiten des Mechanismus der Galvanotaxis aufgeklärt.

Es darf schließlich nicht unerwähnt bleiben, daß man bisweilen den

sehr naheliegenden Gedanken ausgesprochen hat, die galvanotaktischen

Reaktionen an mikroskopischen Objekten möchten mit den rein passiven

kataphorischen Wirkungen identisch sein, welche sehr starke galvanische

Ströme an kleinen in der Flüssigkeit leicht beweglich suspendierten

Teilchen hervorrufen. Bei derartigen Objekten, wie Karminteilchen,

Lycopodiumsamen, Stärkekörnchen etc. kann man, wie ~Birukoff~[536]

wieder eingehend studiert hat, in der Tat ganz bestimmt gerichtete

Wanderungen und Ansammlungen als Wirkungen starker Ströme beobachten.

Indessen diese Bewegungen haben nur eine rein äußerliche Aehnlichkeit

mit den galvanotaktischen Wanderungen der einzelligen Organismen.

Die Tatsachen der anodischen und transversalen Galvanotaxis oder das

gleichzeitige Eintreten der kathodischen und anodischen Galvanotaxis

verschiedener Infusorienarten allein schon wären auf Grund dieser

Analogie schlechterdings vollkommen unverständlich. Endlich wissen

wir auch, daß die Galvanotaxis sofort aufhört, sobald die Infusorien

narkotisiert oder abgetötet sind. Alles das und noch zahlreiche andere

Momente verbieten es, die Galvanotaxis einfach auf die kataphorischen

Wirkungen des Stromes zu beziehen. Die Galvanotaxis reiht sich

vielmehr als echte Reizwirkung den bewegungsrichtenden Wirkungen der

anderen Reizqualitäten unmittelbar an und folgt denselben Gesetzen

und Bedingungen wie diese. Welcher spezielle Faktor in dem Komplex

von Bedingungen, den wir als galvanischen Strom bezeichnen, die

charakteristischen Erregungen und Hemmungen der Wimpertätigkeit

hervorruft, deren Ausdruck die galvanotaktische Achseneinstellung

und Schwimmbewegung der Infusorienzelle ist, diese Frage müssen wir,

wie bereits oben[537] bemerkt, vorläufig offen lassen. ~Coehn~ und

~Barratt~[538] haben kürzlich die Hypothese geäußert, daß es sich

hier primär um eine elektrische Ladung der Organismen handle, die aus

der verschiedenen Durchlässigkeit der lebendigen Protoplasmamembran

für die beiden Ionenarten von Elektrolyten resultiere. Indessen

bleibt auch bei dieser Hypothese noch immer die spezifische

Beeinflussung der Wimperbewegung unerklärt. Eine genauere Analyse des

Reaktionsmechanismus der galvanotaktischen Reizwirkungen, soweit dieser

in der lebendigen Substanz abläuft, wird immer nur mit den gleichen

Prinzipien rechnen können, die bei den analogen Reizwirkungen aus dem

Gebiete anderer Reizqualitäten die Reaktion beherrschen, d. h. in

erster Linie mit den allgemeinen Wirkungen der Reize auf das Geschehen

in der lebendigen Substanz.

Allgemeine Physiologie · 第 225 / 283 题