2. Kern und Protoplasma als Glieder in der Stoffwechselkette der Zelle.

Wenn aus den oben angestellten Erörterungen hervorgeht, daß die neueren

Vorstellungen von der Alleinherrschaft des Kerns in der Zelle, mögen

sie in dieser oder in jener Form auftreten, ebensowenig Berechtigung

haben, wie die älteren Vorstellungen, die im Protoplasma allein den

wesentlichen Träger des Lebens erblickten, so liegt nach alledem die

Vermutung nahe, daß die Wahrheit zwischen beiden Ansichten in der Mitte

gelegen ist, d. h. +daß weder der Kern noch das Protoplasma allein die

Hauptrolle im Leben der Zelle spiele, sondern daß beide in gleicher

Weise als notwendige innere Lebensbedingungen am Zustandekommen der

Lebensäußerungen beteiligt seien+.

In der Tat zeigt uns die ganze Fülle aller bisherigen Versuche und

Beobachtungen über die Beziehungen zwischen Zellkern und +Protoplasma+,

daß diese Vermutung richtig ist. Da es zu weit führen würde, das

ganze hierher gehörige Tatsachenmaterial anzuführen, so mögen nur die

wichtigeren Erfahrungen an diesem Orte Platz finden.

+Die erste und bedeutsamste Erfahrung ist die bereits erwähnte,

durch alle bisherigen vivisektorischen Experimente an den

verschiedenartigsten Zellen festgestellte Tatsache, daß kernlose

Protoplasmamassen ebenso wie protoplasmaberaubte Kerne nach längerer

oder kürzerer Zeit unfehlbar zugrunde gehen.+ Damit ist unzweideutig

der Beweis geliefert, daß die Lebensäußerungen der Zelle nur durch

die ungestörte Wechselwirkung +beider+ Zellteile, des Kerns +und+

des Protoplasmas, zustande kommen. Daß diese Wechselbeziehungen

Stoffwechselbeziehungen sein müssen, liegt von vornherein schon auf

der Hand, da ja die Lebensäußerungen nur Ausdruck des Stoffwechsels

der Zelle sind. Durch die Veränderungen, die an kernberaubten

Protoplasmamassen bis zu ihrem Tode sich einstellen, überzeugen wir uns

aber auch an spezielleren Tatsachen von dieser Wahrheit. In der oft

ziemlich langen Zeit, die von der Entfernung des Kerns bis zum Tode der

entkernten Protoplasmamasse verläuft, machen sich nämlich nach und nach

gewisse +Ausfallssymptome+ im Stoffwechsel bemerkbar, während manche

Lebensäußerungen noch bis in die letzte Zeit vor dem Tode bestehen

bleiben. Diese Ausfallssymptome zeigen uns direkt, daß durch die

Ausschaltung des Kerns der Stoffwechsel des Protoplasmas eine Störung

erlitten hat.

Die eine Reihe von Ausfallssymptomen bezieht sich auf +die

Verarbeitung der aufgenommenen Nahrung+ und ist besonders gut an

dem nackten Protoplasma der Rhizopoden zu beobachten. Hat man von

einer +Polystomella+, deren zierliche, schneckenförmige Kalkschale

mit einem gewöhnlich nur einkernigen Protoplasmakörper erfüllt ist,

durch einen geschickten Schnitt ein Stück der Schale mit kernlosem

Protoplasmainhalt abgeschnitten, so bildet das Protoplasma nach

einiger Zeit wieder ganz normale Pseudopodien und verhält sich

noch tagelang wie eine unversehrte +Polystomella+. An den mit

einem feinen klebrigen Sekret überzogenen Pseudopodien fangen sich

auch noch kleine Infusorien, die der +Polystomella+ zur Nahrung

dienen, ja diese Infusorien können unter Umständen auch noch durch

die Einwirkung des sie umfließenden Protoplasmas der Pseudopodien

getötet werden; aber es findet keine Verdauung derselben mehr

statt[646]. Die gleiche Beobachtung kann man sehr gut an den großen

Radiolarien machen, die, wie +Thalassicolla+, mit Leichtigkeit ihrer

Zentralkapsel mit Kern beraubt werden können. Der ganze große kernlose

Protoplasmakörper verhält sich nach dieser Operation zunächst wie

eine ganze +Thalassicolla+. Die Pseudopodien halten anschwimmende

Nahrungsinfusorien fest und umgeben sie mit ihrem Protoplasma. Auch

werden die Infusorien noch getötet und bisweilen sogar in ihrer Gestalt

noch deformiert; aber eine vollständige Verdauung tritt nicht mehr

ein[647]. Das gleiche beobachtete ~Hofer~[648] bei großen Exemplaren

von +Amöben+. Wenn er +Amöben+, die Infusorien gefressen hatten, so

unter dem Mikroskop teilte, daß in die kernhaltige sowohl wie in die

kernlose Hälfte des Protoplasmas Nahrungsinfusorien zu liegen kamen,

so wurden dieselben in der kernlosen Hälfte nur schwach angedaut,

blieben dann aber unverändert liegen, während sie in den kernhaltigen

Hälften vollständig verdaut wurden, wie in einer unversehrten +Amöbe+.

Aus allen diesen Versuchen geht also hervor, daß die Assimilation der

aufgenommenen Nahrung im Protoplasma nach Ausschaltung des Zellkerns

aufhört.

[Illustration: Fig. 278. _A_ +Epidermiszelle eines Laubblattes von

Luzula maxima.+ Der Zellkern liegt in der Mitte der Zelle. _B_

+Epidermiszelle eines Blattes von Cypripedium insigne.+ Die obere

Zellwand verdickt sich. Die Kerne liegen der oberen Zellwand an. _C_

+Epidermiszelle eines Blattes von Aloe verrucosa.+ An der oberen

Zellwand bildet sich ein Wulst. Der Kern liegt diesem Wulste an. Nach

~Haberlandt~.]

Ebenso wie der Verbrauch fällt auch +die Produktion gewisser

Stoffe+ von seiten des Protoplasmas nach Entfernung des Kerns aus.

Eine kernlose Protoplasmamasse von +Polystomella+ scheidet keinen

kohlensauren Kalk mehr aus, um ihre Kalkschale zu ergänzen, während

die kernhaltigen Stücke den Defekt ihrer Kalkschale alsbald durch

Anlagerung neuer Kalkmassen an der Wundstelle wieder ausbessern[649].

Die Sekretion von Schleim seitens des nackten Protoplasmas der +Amöben+

ist, wie ~Hofer~[650] gezeigt hat, an kernlosen Massen nicht mehr

zu beobachten, so daß die Stücke nach der Entkernung frei im Wasser

flottieren, ohne sich an die Unterlage anheften zu können, während

die kernhaltigen Protoplasmamassen sich bald nach der Operation wie

unverletzte +Amöben+ wieder mit einer feinen Schleimschicht an der

Unterlage ankleben und weiterkriechen. Bei den kernlosen Pseudopodien

von +Difflugia+ findet zwar anfangs noch eine Schleimsekretion statt,

hört aber bald nachher auf, und die Protoplasmamassen verlieren das

Vermögen sich anzuheften, nach einigen Stunden ebenfalls[651]. Ein

sehr charakteristisches Symptom schließlich ist der Ausfall der

Zelluloseproduktion zur Bildung einer Zellwand, den ~Klebs~[652] bei

Pflanzenzellen beobachtete. ~Klebs~ benutzte zu seinen Versuchen

die Tatsache, daß unschädliche Lösungen wasserentziehender Stoffe

den Protoplasmakörper der Pflanzenzelle zur Zusammenziehung und

dabei oft zum Zerfall in einzelne Protoplasmakugeln veranlassen,

ein Vorgang, der von den Botanikern als Plasmolyse bezeichnet wird.

Setzte er Fäden von +Zygnema+ oder +Spirogyra+ in eine 16-proz.

Rohrzuckerlösung, so zerfiel der Protoplasmakörper der Zellen in

vielen Fällen in zwei oder mehrere Kugeln, von denen nur eine den in

der Einzahl vorhandenen Zellkern enthielt. Sowohl kernhaltige als

kernlose Teilstücke blieben lange Zeit am Leben, selbst die kernlosen

in vielen Fällen bis zu 6 Wochen. Aber es zeigte sich während dieser

Zeit an beiden ein durchgreifender Unterschied: Die kernhaltigen

Stücke umkleideten sich alsbald mit einer neuen Zellulosemembran,

während die kernlosen stets nackt blieben. Es geht aus diesem Versuch

hervor, daß der Zellkern mit seinem Stoffwechsel wesentlich an der

Bildung der Zellulose beteiligt ist. Der Versuch ist aber besonders

deshalb so interessant, weil er später eine wünschenswerte Ergänzung

erfahren hat durch einen andern Versuch, den ~Demoor~[653] an den

Zellen der +Spirogyra+fäden angestellt hat. In analoger Weise,

wie man nämlich durch vivisektorische Operationen den Einfluß des

Kerns auf das Protoplasma ausgeschlossen hat, gelang es ~Demoor~,

durch geeignete Einwirkung verschiedener Agentien, wie Chloroform,

Wasserstoff, Kälte etc., das Leben des Protoplasmas zu lähmen, während

der Kern noch tätig blieb, mit anderen Worten also die Tätigkeit des

Protoplasmas auszuschließen. Der Erfolg war der, daß der Kern ziemlich

lange ungestört am Leben blieb, ebenso wie in den vivisektorischen

Teilungsversuchen das Protoplasma nach Ausschaltung des Kerns noch

lange Zeit normale Lebensäußerungen zeigt, ehe es zugrunde geht. Die

Lebenstätigkeit des Kerns äußerte sich nun in ~Demoor~s Versuchen wie

im normalen Zellenleben vorwiegend in den Vorgängen der Kernteilung.

Indem der Kern, wie im ungestörten Zellleben, fortfuhr, sich zu teilen

und die bekannten komplizierten Teilungsfiguren zu bilden, entstanden

alsbald zwei Zellkerne, die sich voneinander trennten. Während sich

aber im ungestörten Zellleben bei der Trennung beider Zellkerne im

Protoplasma stets sofort eine neue Zellulosemembran bildet, welche

die Teilung der ganzen Zelle in zwei Tochterzellen vollkommen macht,

blieb in den Versuchen ~Demoor~s die Bildung einer Zellulosemembran

stets unfehlbar aus, obwohl der Kern auch weiterhin noch seine normalen

Lebensäußerungen zeigte. Wenn also einerseits die Versuche von ~Klebs~

bewiesen, daß der Kern zur Bildung der Zellulose notwendig ist, so

zeigen anderseits die Versuche von ~Demoor~, daß auch das Protoplasma

an dieser Produktion beteiligt ist. Mit anderen Worten: Die Zellulose

kann nur beim Zusammenwirken von Kern +und+ Protoplasma entstehen.

[Illustration: Fig. 279. _A_ +Zellenreihe aus der Wurzel von Pisum

sativum.+ An der rechten Seite ist an drei Stellen die Bildung eines

Wurzelhaares im Gange. Der Zellkern liegt diesen Stellen an. _B_ +Drei

Zellen aus der Wurzel von Cucurbita pepo.+ An jeder Zelle beginnt sich

ein Wurzelhaar zu bilden. Der Zellkern liegt der Stelle an, wo das

Wurzelhaar sich ausstülpt. _C_ +Wurzelhaar von Cannabis sativa.+ Der

Zellkern liegt in der Spitze des Haares, wo das Wachstum stattfindet.

Nach ~Haberlandt~.]

Diesen Ergebnissen der Versuche, denen sich noch zahlreiche

ähnliche Erfahrungen anreihen ließen, steht eine ganze Reihe von

morphologischen Beobachtungen an den verschiedenartigsten Zellen

zur Seite, die sämtlich auf einen regen Stoffaustausch zwischen

Kern und Protoplasma hinweisen. Von hohem Interesse sind die von

~Haberlandt~[654] an Pflanzenzellen und von ~Korschelt~ an tierischen

Zellen nachgewiesenen Lagebeziehungen des Kerns zu gewissen von der

Zelle produzierten oder aufgenommenen Stoffen. Die Untersuchungen

von ~Haberlandt~ betreffen die Wachstumsvorgänge der Zellmembran. An

einem umfangreichen Material hat ~Haberlandt~ festgestellt, daß in den

Fällen, wo es sich um lokale Wachstumsvorgänge der Zellwand bei ihrer

endgültigen Ausgestaltung handelt, wie etwa bei den Verdickungen an der

Außenseite der Epidermiszellen oder bei der Bildung der Leisten an den

Spaltöffnungszellen oder wie bei der Anlage der durch Spitzenwachstum

entstehenden Wurzelhaare der Keimwurzeln, oder auch wo Regenerationen

der künstlich verletzten Zellwand eintreten, kurz, daß in allen Fällen,

wo eine besondere Entwicklung des Zellwandmaterials stattfindet, der

Kern sich immer der Stelle anlagert, an der diese Wachstumsvorgänge

lokalisiert sind (Fig. 278 u. 279). Vor Beginn und ebenso nach Ablauf

dieser mannigfaltigen Wachstumsprozesse dagegen nimmt der Kern keine

bestimmte Lage in der Zelle ein (Fig. 278 _A_).

[Illustration: Fig. 280. +Eizelle von Dytiscus marginalis, darüber

zwei Nährzellen.+ Aus den Nährzellen tritt Nährmaterial in die Eizelle

hinein, und der Kern der Eizelle sendet spitze Pseudopodien nach diesem

Material aus. Nach ~Korschelt~.]

[Illustration: Fig. 281. +Gestalt des Zellkerns in sezernierenden

Zellen.+ _I_ Doppelzellen mit je zwei Kernen aus den Eifollikeln von

Nepa cinerea. Zwischen beiden Kernen wird Chitinmasse zur Bildung eines

Eistrahls ausgeschieden, und die beiden Kerne haben nach dieser Seite

hin Pseudopodien ausgestreckt, so daß die ausgeschiedene (körnige)

Chitinmasse ringsherum von Kernpseudopodien eingeschlossen ist. _II_

Sezernierende Zellen aus den Spinndrüsen von Raupen. Nach ~Korschelt~.]

Den umfassenden Beobachtungen von ~Haberlandt~ an Pflanzenzellen

stehen auf zoologischem Gebiet die ausgezeichneten Untersuchungen von

~Korschelt~[655] zur Seite. ~Korschelt~ hat hauptsächlich Eizellen

und sezernierende Zellen von Insekten studiert. In den Eiröhren der

Ovarien von +Dytiscus marginalis+, einem großen Wasserkäfer, liegen

die einzelnen Eizellen, je zwei durch ein sogenanntes Nährfach

voneinander getrennt, perlschnurartig hintereinander. Das Nährfach

besteht aus Zellen, die Nährmaterial für die Eizelle produzieren und

an diese abgeben. Das Verhalten und die Lage des Kerns der Eizelle

zu diesem Nährmaterial ist nun sehr charakteristisch (Fig. 280). Von

dem Nährfach zieht eine Körnermasse, das Nährmaterial, in die Eizelle

hinein, und zwar lagert sie sich hier derartig, daß sie direkt mit

dem Kern in engste Berührung kommt. Das Interessanteste aber, was

die Aktivität des Kerns dem Nährmaterial gegenüber ganz augenfällig

macht, ist, daß der Kern in die Körnermasse hinein und zwar nur nach

der Seite hin, wo dieselbe ihn berührt, spitze pseudopodienartige

Ausläufer entsendet und so seine Oberfläche an der Berührungsstelle

mit dem Nährmaterial in ausgiebigster Weise vergrößert. Umgibt ihn

das Nährmaterial an seiner ganzen Oberfläche, so zeigt auch die ganze

Oberfläche pseudopodienartige Ausläufer. Ein ähnliches Verhalten,

besonders was die Lagerung des Kerns betrifft, schildert ~Korschelt~

von einer ganzen Reihe von Arthropoden- und Cölenteraten-Eizellen.

Ein Gegenstück zu diesen Beobachtungen der Stoff+aufnahme+ von

seiten des Kerns bildet das interessante Verhalten der Kerne in

sezernierenden Zellen bei der Stoff+abgabe+. Hier finden sich gegenüber

den produzierten Stoffen ganz analoge Beziehungen wie in den Eizellen

gegenüber den aufgenommenen Stoffen. An den Eiern einiger Wasserwanzen,

+Nepa+, und +Ranatra+, befinden sich eigentümliche chitinöse Anhänge,

die sogenannten „Eistrahlen“, die von eigens dazu differenzierten

Zellen gebildet werden. Diese Zellen, von denen je zwei sich zu einer

von ~Korschelt~ als „Doppelzelle“ bezeichneten einheitlichen Zelle

mit zwei Kernen vereinigen, nehmen eine beträchtliche Größe an und

scheiden innerhalb ihres Körpers selbst die Chitinmasse aus. Dabei

ist das Verhalten der beiden Kerne sehr charakteristisch (Fig. 281

_I_). Sie entsenden nämlich nach der Mitte, wo die Chitinausscheidung

stattfindet, zahlreiche, häufig verzweigte, pseudopodienartige

Fortsätze, die eine sehr bedeutende Oberflächenvergrößerung bewirken,

während die ganze übrige Oberfläche der Kerne glatt bleibt. Derartige

Oberflächenvergrößerungen der Kerne sind bei den sezernierenden Zellen

der Insekten überhaupt weit verbreitet (Fig. 281 _II_) und weisen

darauf hin, daß der Stoffaustausch zwischen Protoplasma und Kern

bei der Sekretion ein sehr reger sein muß. Dem entspricht auch die

von ~Heidenhain~[656] beobachtete Tatsache, daß sich die Kerne der

Speicheldrüsenzellen im Zustande der Ruhe und im Zustande angestrengter

Sekretion wesentlich verschieden verhalten, indem nämlich in der Ruhe

der Kern zackige Ausläufer in das umgebende Protoplasma entsendet,

während er nach anhaltender Reizung eine runde Gestalt mit glatter

Oberfläche besitzt. Ferner hat ~Baum~[657] gefunden, daß die Kerne

ruhender Drüsenzellen sich mit Kernfärbemitteln viel dunkler färben

als die Kerne solcher Drüsenzellen, die stark sezerniert haben, ein

Zeichen, daß das Chromatin bei der Sekretion zersetzt sein muß. Auch

~Lily Huie~[658] hat neuerdings sehr tiefgehende Veränderungen des

Zellkerns im Zustande gesteigerter Tätigkeit der Zelle gefunden,

und zwar bei den sezernierenden Zellen der insektenfressenden

Sumpfpflanze +Drosera+, wenn dieselbe mit Eiereiweiß gefüttert wurde.

An dem koloniebildenden Infusor +Carchesium+ hat Miß ~Greenwood~[659]

ebenfalls Veränderungen des Kerns beobachtet, die parallel mit der

Ernährung der Zelle sich entwickeln. Die Ermüdungsveränderungen,

die ~Hodge~, ~Lugaro~, ~Mann~, ~Holmes~ u. a. an Ganglienzellen bei

angestrengter Tätigkeit festgestellt haben, und die wir bereits

früher[660] kennen lernten, gehören in dieselbe Gruppe von Tatsachen,

und das gleiche gilt von der Beobachtung ~O. Hertwig~s[661], daß

in dotterreichen Eizellen der Kern sich immer nach der Stelle der

größten Protoplasmaansammlung hin bewegt. Schließlich kann bei den

verschiedenartigsten Zellformen während des Zelllebens vielfach ein

bemerkenswerter Wechsel in der Größe des Kerns beobachtet werden[662],

der nur dadurch zustande kommen kann, daß der Kern Stoffe aus dem

Protoplasma aufnimmt und an dasselbe abgibt.

[Illustration: Fig. 282. +Speicheldrüsenzellen.+ _I_ In der Ruhe. Die

Zellkerne haben sternförmige Gestalt. _II_ Nach Reizung der Drüse. Die

Kerne sind rund. Nach ~Heidenhain~.]

In der überwiegenden Mehrzahl der Fälle wird wegen der Existenz einer

Kernmembran nur der Austausch flüssiger Stoffe zwischen Kern und

Protoplasma möglich sein. In manchen Fällen aber, wo durch das Fehlen

oder Verschwinden der Kernmembran die Möglichkeit eines Austausches von

geformten Massen gegeben ist, haben eine ganze Reihe von Beobachtern,

wie ~Frommann~, ~Auerbach~, ~Leydig~, ~Brass~, ~Stuhlmann~ u. a., auch

direkt eine Aufnahme oder Abgabe von Körnchen und Schollen seitens des

Kerns gefunden. Ja in gewissen Stadien des Entwicklungskreises mancher

Zellen kommt regelmäßig ein Zerfall des Kerns in viele kleine Partikel

vor, die vom Protoplasma resorbiert werden. So erinnern wir uns z. B.

an das von ~R. Hertwig~[663] beobachtete Verhalten der Kerne bei der

Konjugation der Wimperinfusorien[664], wo die ansehnlichen Massen der

Makronuclei im Protoplasma zu lauter einzelnen Partikeln zerfallen

und vollständig resorbiert werden, während die Mikronuclei durch

Stoffaufnahme bedeutend wachsen, ihre Substanz differenzieren, sich

teilen und einerseits neue Mikronuclei, anderseits neue Makronuclei

hervorbringen, die ganz bedeutende Größenzunahme im Protoplasma

erfahren.

Es ist nicht nötig, die Aufzählung von Tatsachen noch weiter

auszudehnen. +Aus den angeführten Versuchen und Beobachtungen geht zur

Genüge hervor, daß zwischen Protoplasma und Kern ein wechselseitiger

Austausch von Stoffen besteht, ohne den keiner von beiden Zellteilen

auf die Dauer existieren kann. Mit anderen Worten: Kern und Protoplasma

sind beide am Stoffwechsel der ganzen Zelle beteiligt und für sein

Bestehen unentbehrlich.+

B. Ableitung der elementaren Lebensäußerungen aus dem Stoffwechsel der

Zelle.

Allgemeine Physiologie · 第 250 / 283 题