3. Der Biotonus.

Nachdem wir in dem Aufbau und Zerfall des Biogens den einfachsten

schematischen Ausdruck des elementaren Lebensvorgangs kennen gelernt

haben, müssen wir nunmehr gewisse Verhältnisse des Stoffwechsels,

welche sich daraus ergeben, noch etwas näher ins Auge fassen und

einige Begriffe fixieren, die zur Klärung der Vorstellungen über den

Stoffwechsel von Wichtigkeit sind.

Wir erinnern uns, daß wir im Stoffwechsel zwei verschiedene Phasen

unterschieden, die +Assimilation+ und die +Dissimilation+. Unter

Assimilation verstanden wir die Eigenschaft der lebendigen Substanz,

aus den aufgenommenen Nahrungsstoffen fortwährend ihresgleichen

aufzubauen, unter Dissimilation, fortwährend wieder in einfachere

Produkte zu zerfallen, die dann als solche oder nach weiterer

Verarbeitung ausgeschieden werden. Nach unserer obigen Feststellung

können wir aber diesen Begriff in eine festere Form fassen und sagen:

die Assimilation ist die Gesamtheit aller derjenigen Umsetzungen, die

zum Aufbau der Biogenmoleküle führen, während die Dissimilation alle

diejenigen Umsetzungen umfaßt, die vom Zerfall des Biogens bis zur

fertigen Bildung der ausgeschiedenen Produkte reichen.

Eine solche feste Definition dieser beiden Grundbegriffe der ganzen

Stoffwechsellehre ist durchaus notwendig, denn wenn wir einen Blick

auf die Geschichte derselben werfen, finden wir, daß sie vielfach

in sehr verschiedener Bedeutung angewendet wurden. Der Begriff der

Assimilation, der ursprünglich ganz allgemein die Bildung lebendiger

Substanz aus der toten Nahrung im Organismus bezeichnete, ist von

den Botanikern bald in einem ganz speziellen Sinne gebraucht worden.

Die Pflanzenphysiologie bezeichnet noch heute zum großen Teil mit

Assimilation ausschließlich die Synthese der Stärke aus Wasser und

Kohlensäure in den Chlorophyllkörpern der grünen Pflanzenzelle.

Dieser enggefaßte Begriff ist aber allmählich, und zwar auf

tierphysiologischer Seite, wieder erweitert und nicht bloß für die

Synthese des ersten organischen Produkts, sondern auch für den Aufbau

der komplizierteren Verbindungen der lebendigen Substanz, vor allem

der jeder Zellform eigentümlichen Eiweißkörper aus den aufgenommenen

Nahrungsstoffen angewendet worden. Demgegenüber hat ~Ewald Hering~[608]

den Begriff der Assimilation wieder enger gefaßt und in einer

inhaltreichen kleinen Arbeit die Assimilation scharf vom Wachstum

getrennt, wobei er unter Assimilation nur die chemische Veränderung

schon vorhandener Teilchen in qualitativer Hinsicht und zwar die

Vervollständigung der Teilchen zum Höhepunkt ihrer Konstitution,

versteht, unter Wachstum dagegen keine qualitative Veränderung, sondern

eine nur quantitative Vermehrung der vorhandenen Teilchen begreift.

Dazu hat ~Hering~ zuerst den Begriff der Dissimilation geschaffen

und ihn der Assimilation an die Seite gestellt, wobei er wieder die

entsprechende Unterscheidung zwischen Dissimilation und Schwund wie

zwischen Assimilation und Wachstum traf und als Dissimilation nur

die mit der Abtrennung gewisser Stoffe aus den vorhandenen Teilchen

verbundene qualitative Veränderung, als Schwund dagegen die nur

quantitative Verminderung der Teilchen bezeichnete. Allein, diese

scharfe Trennung von Assimilation und Dissimilation einerseits und

Wachstum und Schwund anderseits dürfte sich, wenigstens sofern die

ersteren auf rein qualitativen, die letzteren auf rein quantitativen

Veränderungen der lebendigen Substanz begründet gedacht werden,

doch kaum aufrecht erhalten lassen. Wir wissen, daß die Bildung

lebendiger Substanz nur unter Mithilfe schon vorhandener lebendiger

Substanz stattfindet. Nur wo lebendige Substanz schon existiert,

können sich neue Mengen lebendiger Substanz bilden. Dabei finden aber

weitgehende qualitative Umformungen der aufgenommenen und zum Wachstum

verwendeten Nahrungsstoffe statt. Das zeigt besonders deutlich die

Pflanzenzelle, in der die lebendige Substanz in großem Maßstabe erst

aus rein anorganischen Stoffen produziert wird. Anderseits ist auch

der Schwund nicht anders denkbar als durch chemischen Zerfall, also

durch qualitative Veränderung der Biogenmoleküle. Aber selbst wenn wir

demnach die Regeneration gewisser Teile des Biogenmoleküls von der

Neubildung ganzer Biogenmoleküle sowie dementsprechend die Absprengung

einzelner Atomgruppen von dem vollständigen Zerfall des Moleküls

unterscheiden können, und sogar unterscheiden müssen, so sind das doch

immer chemische Veränderungen, die entweder auf den Aufbau oder auf den

Zerfall von fertigen Biogenmolekülen gerichtet sind. +Die Regeneration

ist nur ein Teilvorgang der Bildung eines neuen Biogenmoleküls, und

ebenso ist die Abspaltung gewisser Atomgruppen nur ein Teilvorgang des

vollständigen Zerfalls.+ Auch ~Hatschek~[609] hat in einer Hypothese

über das Wesen der Assimilation das Wachstum mit diesem Vorgang in

Beziehung gesetzt, indem er annimmt, daß das einfache Molekül des

lebendigen Eiweißes beim Wachsen fortwährend Elementarstoffe aus der

Nahrung an sich zieht, bis es zu einem polymeren Molekül geworden ist,

um dann gelegentlich wieder in die einfachen Moleküle zu zerfallen, die

von neuem durch Bindung der nötigen Atome und Atomgruppen sich chemisch

allmählich zu einem polymeren Molekül entwickeln usf. ~Hatschek~

sieht also ebenfalls im Wachsen einen chemischen Vorgang, der nicht

prinzipiell von der Regeneration verschieden ist. Nach alledem scheint

es zweckmäßig, die Begriffe der Assimilation und der Dissimilation in

dem allgemeinen Sinne anzuwenden, daß darunter auch die Bildung neuer

und der Schwund alter Moleküle einbegriffen ist, und ihnen die obige

feste Fassung zu geben:

+Assimilation ist die Gesamtheit aller derjenigen Umsetzungen, welche

zum Aufbau der Biogenmoleküle führen, während die Dissimilation alle

diejenigen Umsetzungen umfaßt, welche vom Zerfall der Biogenmoleküle

bis zur fertigen Bildung der ausgeschiedenen Stoffwechselprodukte

reichen.+

Es ist aber wichtig, auf das Verhältnis von Assimilation zu

Dissimilation etwas näher einzugehen. Wir wissen, daß die lebendige

Substanz fortwährend in Dissimilation und Assimilation begriffen

ist. ~Hering~ stellt sich dabei vor, daß diese Prozesse, die den

Stoffwechsel der lebendigen Substanz ausmachen, „in allen kleinsten

Teilen der letzteren zugleich stattfinden“. Auch hierin hat bereits

~Hatschek~ eine abweichende Ansicht ausgesprochen und die Schwierigkeit

der Vorstellung betont, „daß das Eiweißmolekül gleichzeitig Kohlenstoff

aufnehme und abspalte“. In der Tat ist es, wenn man nur ein einzelnes

Teilchen ins Auge faßt, sehr schwierig, sich diesen Vorgang anschaulich

vorzustellen, denn die Abspaltung und die Regeneration irgendwelcher

Atomgruppen eines Moleküls schließen sich zeitlich aus und können,

wenn auch momentan, so doch, genau genommen, immer nur nacheinander

stattfinden, falls man nicht annehmen will, daß die entsprechenden

Atomgruppen, die sich an einer Stelle vom Molekül abtrennen, sich an

einer anderen wieder anlagern, eine Vorstellung, die aber ~Hering~

selbst zurückweist, indem er gerade betont: „Wir dürfen uns nicht

verführen lassen, uns die lebendige Substanz etwa wie eine innerlich

ruhende Masse vorzustellen, welche nur von der einen Seite her

verbraucht und von der anderen Seite her wieder aufgebaut wird.“ Wenn

wir uns nun zwar die Dissimilation und Assimilation des einzelnen

kleinsten Teilchens oder Biogenmoleküls nicht absolut gleichzeitig

vorzustellen vermögen, so kann dennoch innerhalb einer größeren

Masse lebendiger Substanz sehr wohl Assimilation und Dissimilation

gleichzeitig stattfinden. Aber in diesem Falle sind es stets

verschiedene Moleküle, die im gleichen Zeitmoment zerfallen und

sich aufbauen, denn immer nur die im gegebenen Momente vorhandenen

Biogenreste können sich regenerieren, und umgekehrt können immer nur

die vorhandenen fertigen Biogenmoleküle zerfallen.

Bleiben wir bei einer größeren Menge lebendiger Substanz, wie sie

etwa in einer Zelle enthalten ist, und fassen wir das quantitative

Verhältnis von Assimilation zu Dissimilation ins Auge, so finden

wir dasselbe sehr wechselnd und schon ohne Einwirkung von Reizen

innerhalb weiter Grenzen schwankend. Dieses Verhältnis von Assimilation

zu Dissimilation in der Zeiteinheit, das wir durch den Bruch A: D

ausdrücken können und der Kürze wegen als „+Biotonus+“ bezeichnen

wollen, ist von elementarer Bedeutung für die verschiedensten

Aeußerungen des Lebens. Die Schwankungen in der Größe des Bruches

A: D sind es, die allen Wechsel in den Lebensäußerungen eines jeden

Organismus hervorbringen.

Wenn wir den Biotonus durch den Bruch A: D ausdrücken, so ist das

freilich nur eine schematische Form. In Wirklichkeit sind die

Assimilation und Dissimilation keine einfachen Prozesse, vielmehr sind

die Vorgänge, die zum Aufbau des Biogenmoleküls und zur Bildung der

Zerfallsprodukte führen, sehr kompliziert und bestehen aus vielen,

eng miteinander verflochtenen Gliedern. Daher müssen wir, wenn wir

den Biotonus in einer spezialisierten Fassung ausdrücken wollen, dem

Bruch die Form geben a + a₁ + a₂ + a₃ + ... : d + d₁ + d₂ + d₃ + ...,

wobei a, a₁, a₂, a₃ usw., sowie d, d₁, d₂, d₃ usw. die Teilprozesse

vorstellen, die sämtlich zum Aufbau des Biogenmoleküls und zur Bildung

der einzelnen Zersetzungsprodukte führen.

Bei unserer äußerst geringen Kenntnis der spezielleren Umsetzungen,

die in der lebendigen Substanz stattfinden, ist es zurzeit gänzlich

ausgeschlossen, die mannigfaltigen Möglichkeiten, die sich aus der

Aenderung der einzelnen Glieder des Biotonusquotienten ergeben, auch

nur annähernd zu übersehen. Wir wollen daher hier auch nur einige der

wichtigeren von den bekannten Fällen betrachten.

Wenn die Größe der sämtlichen Glieder der A-Reihe gleich der Größe der

Glieder der D-Reihe ist, d. h. wenn Assimilation und Dissimilation in

der Zeiteinheit gleich groß sind, so ist der Bruch A : D = 1. Wir haben

diesen Fall in dem Zustande, den wir als +Stoffwechselgleichgewicht+

bezeichnen. Das heißt, es ist in der Zeiteinheit die Summe der

ausgeschiedenen Stoffe jeder Art gleich der Summe der aufgenommenen

Stoffe.

Werden die einzelnen Glieder der A-Reihe in gleichem Verhältnis

zueinander größer, während die Glieder der D-Reihe gleich bleiben oder

abnehmen, so daß in der Zeiteinheit die Summe der A-Glieder größer

ist als die Summe der D-Glieder, so wird der Stoffwechselquotient

A : D > 1. Dieser Fall ist verwirklicht im +Wachstum+, wo die

Neubildung von lebendiger Substanz den Zerfall überwiegt.

Wachsen dagegen umgekehrt die Glieder der D-Reihe proportional

zueinander, während die der A-Reihe unverändert bleiben oder auch

kleiner werden, so wird der Biotonus A : D < 1. Dieses Verhältnis liegt

der +Atrophie+ zugrunde und führt schließlich zum Tode.

Allein, es ist durchaus nicht notwendig, daß sich die +sämtlichen+

Glieder der einen oder der anderen Reihe immer gleichzeitig und

einander vollkommen proportional verändern, vielmehr können auch

einzelne Glieder zu- oder abnehmen. So entsteht z. B. die Bildung

und Anhäufung von Reservestoffen, die später wieder verbraucht

werden. Auf derartigen Aenderungen einzelner Glieder der beiden

Reihen beruhen alle die Veränderungen, die im Laufe der Entwicklung

an einem Organismus auftreten. Es besteht also, wie gerade am besten

die während der Entwicklung auftretenden Tatsachen zeigen, wenigstens

in geringem Umfange eine gewisse Unabhängigkeit einzelner Glieder

des Stoffwechsels voneinander. Andererseits sind aber doch wieder

innerhalb gewisser Grenzen nicht nur die einzelnen Glieder einer jeden

Reihe, sondern auch die beiden Reihen selbst voneinander in der Weise

abhängig, daß jede Veränderung der einen Reihe auch die gleichsinnige

Veränderung der anderen Reihe zur Folge hat. Haben wir z. B.

Stoffwechselgleichgewicht, und wächst der Zähler des Bruches, so wächst

auch der Nenner. Nimmt der Nenner ab, so tut der Zähler dasselbe. Mit

anderen Worten: jede Steigerung der Assimilation hat eine entsprechende

Steigerung der Dissimilation zur Folge, und umgekehrt. Auf diese

Weise bleibt der Stoffwechselquotient A: D stets = 1, d. h. es bleibt

trotz der absoluten Aenderung der Stoffwechselgröße doch immer

Stoffwechsel+gleichgewicht+ bestehen. Sehr treffend bezeichnet ~Hering~

diese Erhaltung des Gleichgewichts als „+innere Selbststeuerung des

Stoffwechsels der lebendigen Substanz+“. Eine solche Selbststeuerung

des Stoffwechsels innerhalb bestimmter Grenzen zeigt uns z. B. der

erwachsene Mensch in dem Verhalten seines Körpers gegenüber dem

eingeführten Stickstoff. Von einer bestimmten Menge des eingeführten

Eiweißes an, die nach dem alten, allerdings etwas zu hoch angesetzten

Kostmaß von Voit etwa 118 g für den arbeitenden Mann ausmacht, besteht

dauernd Stickstoffgleichgewicht, d. h. je mehr Stickstoff im Eiweiß

eingeführt wird, um so mehr wird auch im Harn wieder ausgeschieden, ein

Zeichen, daß die Dissimilation des Eiweißes in demselben Maße wächst

wie die Assimilation.

Allein dieses letztere Beispiel führt uns schon hinüber zu der Wirkung

der Reize auf den Biotonus, die wir etwas ausführlicher betrachten

müssen.

B. Die Wirkung der Reize auf den Stoffwechsel des Biogens.

Allgemeine Physiologie · 第 243 / 283 题