3. Die Mechanik des Energieumsatzes in der Zelle.

Die dritte Seite, nach der die Veränderungen eines Körpers untersucht

werden können, ist neben dem Wechsel des Stoffes und der Form der

Wechsel der Energie. Alle drei sind voneinander untrennbar und stellen

den Ausdruck alles Geschehens in der Welt vor. Wäre eins der drei bis

in die letzten Einzelheiten hinein gegeben, so wären damit die beiden

anderen bestimmt. Das gilt von den lebendigen Körpern ebenso wie von

den leblosen, denn beide gehorchen den gleichen Gesetzen.

a) Energiekreislauf in der organischen Welt.

Vom Energiewechsel des lebendigen Organismus sind uns leider bisher nur

Bruchstücke bekannt. Die Anfangs- und Endglieder sind uns gegeben; aber

zwischen beiden liegen die mäandrischen Wege, welche die Energie auf

ihrem Durchgang durch die lebendige Substanz verfolgt, und von diesen

Wegen sind bis jetzt nur kleine Strecken erschlossen worden. Allein so

viel liegt auf der Hand: der Energiewechsel ist im Speziellen ebenso

mannigfaltig, wie der Stoffwechsel und Formwechsel, und jede Zellform

ist ebenso durch einen ganz spezifischen Energieumsatz charakterisiert,

wie sie sich durch einen ihr eigentümlichen Stoffwechsel und eine ihr

spezifische Formbildung auszeichnet. Dennoch können wir in großen Zügen

einige fundamentale Tatsachen des organischen Energiewechsels schon

jetzt skizzieren.

Da die grüne Pflanzenzelle diejenige Form der lebendigen Substanz

ist, die gewissermaßen die Grundlage des jetzigen Lebens auf der

Erdoberfläche vorstellt, insofern sie das Laboratorium ist, in dem aus

anorganischen Stoffen organische Verbindungen hergestellt werden, die

für alle übrigen Organismen eine notwendige Lebensbedingung sind, so

muß sich bei der Feststellung des allgemeinen Energiekreislaufs in der

lebendigen Natur unsere Aufmerksamkeit auf die grüne Pflanze lenken,

als den Ausgangspunkt für den Eintritt der Energie in die lebendige

Körperwelt.

Diejenige Form, in der die Energie in die grüne Pflanzenzelle

eingeführt wird, liefert vorwiegend die Energie des Sonnenlichts.

Chemische Energie wird fast gar nicht in die Pflanze eingeführt; denn

die chemischen Stoffe, aus denen die Pflanze ihre lebendige Substanz

aufbaut, also die Kohlensäure, das Wasser und die darin gelösten Salze

sind Verbindungen, die in dieser Form fast gar keine chemische Energie

enthalten. Erst bei Zufuhr von Licht werden durch die Tätigkeit des

Chlorophylls in der grünen Pflanzenzelle diese Verbindungen in Stoffe

mit potentieller chemischer Energie übergeführt. Erst dadurch, daß

z. B. die Kohlensäure CO₂ in Kohlenstoff und Sauerstoff gespalten

wird, werden die Affinitäten des Kohlenstoffs und Sauerstoffs

verfügbar. Zu dieser Spaltung wird aber Energie verbraucht, und

die dazu erforderliche Energiemenge wird bestritten allein aus den

Energiewerten, die durch das Licht in die Pflanze eingeführt werden.

Man hat daher gesagt: +alles Leben stammt in direkter Deszendenz vom

Sonnenlichte ab+, und so wäre der uralten poesievollen Licht- und

Sonnenverehrung asiatischer und amerikanischer Völker gewissermaßen

ein exakter naturwissenschaftlicher Hintergrund gegeben. Allein

die nüchterne wissenschaftliche Ueberlegung zwingt uns doch, dem

obigen Satze noch eine Klausel anzuhängen. Daß die Lichtstrahlen der

Sonne diejenige Energieform vorstellen, von der alle Energie der

lebendigen Welt in letzter Instanz herrühre, diese Vorstellung gilt,

wenn man sie überhaupt in dieser Allgemeinheit aussprechen zu dürfen

glaubt, jedenfalls nur für die Verhältnisse, wie sie jetzt auf der

Erdoberfläche herrschen. Gehen wir aber bis zu den Zeiten zurück, wo

die erste lebendige Substanz auf der Erdoberfläche entstand, so werden

wir unser Augenmerk zweifellos auf die chemische Energie lenken müssen,

als diejenige Energieform, die beim Zusammentritt der einfachsten

lebendigen Organismen zuerst in die eben entstehende lebendige Substanz

eingeführt worden ist. Freilich stammt unsere lebendige Substanz, wie

alle Substanz, mit ihrer Energie zuletzt von der Sonne her, denn unser

Erdkörper ist ja nur ein abgesprengter Teil der Sonnenmasse; aber wir

werden wohl kaum gerade das Licht als diejenige Energieform betrachten

dürfen, welche auf der sich abkühlenden Erde den Zusammentritt

derjenigen Verbindungen mit ihren Energiemengen bewirkte, die wir

als lebendige Substanz bezeichnen. Ja, in Wirklichkeit ist es auch

heute auf der Erde nicht unmittelbar das Licht, das die Spaltung

der Kohlensäure und den Zusammentritt der Kohlenstoff-, Wasserstoff-

und Sauerstoffatome zum ersten Assimilationsprodukt, zur Bildung

der Stärke, bewirkt. Diese Vorstellung, die durch eine ungenaue

Ausdrucksweise vielleicht erweckt werden könnte, wäre durchaus falsch.

Es ist in Wirklichkeit nur die chemische Energie gewisser Verbindungen

der Chlorophyllkörper, die in der grünen Pflanzenzelle die Trennung

der Kohlenstoffatome aus dem Kohlensäuremolekül und ihre Vereinigung

mit den Wasserstoff- und Sauerstoffatomen zu Stärke vollzieht. Die

Energieform der Lichtstrahlen allein kann niemals Kohlensäure spalten,

geschweige denn Kohlenstoffatome mit Wasserstoff- und Sauerstoffatomen

zu Stärkemolekülen zusammenkoppeln. Die Energie der Lichtstrahlen ist

nur insofern unerläßlich, als sie diejenige Energieform ist, die in

gewissen Verbindungen der Chlorophyllkörper eine derartige Bewegung

der Atome herbeiführt, daß diese mit den Atomen der Kohlensäure in

chemische Wechselwirkung zu treten und so die Kohlensäure zu spalten

vermögen. Die Energie der Lichtstrahlen wird also erst umgesetzt in

chemische Energie, und die chemische Energie der Chlorophyllkörper ist

es, welche die Kohlensäurespaltung bewirkt und damit die unabsehbare

Kette von Energieumsetzungen hervorruft, die das Leben nicht bloß

der Pflanzen, sondern auch der Tiere charakterisieren. Die Rolle

des Lichtes ist eine ähnliche, wie die der zugeführten Wärme, die

im Pflanzen- wie im Tierkörper zum Leben unentbehrlich ist und dazu

dient, die intramolekularen Schwingungen der Atome zu verstärken,

so daß die Atome Gelegenheit zu Umlagerungen erhalten. Immer aber

ist es die +chemische+ Energie, die diese Umlagerungen +unmittelbar+

bedingt. Es muß also auch in der Pflanze schon chemische Energie in den

Chlorophyllkörpern vorhanden sein, und diese wird nur durch Zufuhr und

Umwandlung von photischer Energie so beeinflußt, daß sie diese erste,

so überaus folgenschwere Spaltung des Kohlensäuremoleküls vollziehen

kann. Wo nicht schon lebendige Substanz mit ihrer chemischen Energie

vorhanden ist, da kann auch die Zufuhr von Licht kein Leben erzeugen.

So wirkt die einstmals in unvordenklicher Zeit bei der Entstehung

der ersten lebendigen Substanz in die organische Welt eingeführte

chemische Energie noch jetzt in allen lebendigen Organismen fort. Ist

es auch immerhin nur eine winzige Menge chemischer Energie, die in

der mikroskopischen Eizelle auf die Nachkommen übertragen wird, so

vermittelt diese winzige Menge doch die Kontinuität mit der chemischen

Energie der lebendigen Substanz, von der sie herstammt, ebenso wie die

kleine Menge lebendiger Substanz selbst durchaus notwendig ist, um die

Kontinuität der lebendigen Organismen fortzupflanzen. Ohne eine auch

noch so kleine Menge lebendiger Substanz mit ihrer chemischen Energie

kann kein Leben von einem Organismus auf den anderen übertragen werden,

und wenn wir den Energiewechsel eines jetzt auf der Erde lebenden

Organismus verstehen wollen, so dürfen wir nie vergessen, die kleine

Menge chemischer Energie zu beachten, die jeder Organismus von seinen

Vorfahren auf den Lebensweg mit bekommen hat. Ist sie auch noch so

klein, so ist sie es doch, die es allein ermöglicht, daß das Leben sich

fortpflanzt, denn sie ist es, die gewissermaßen durch fermentartige

Wirkung zum stetigen Umsatz immer größerer und größerer Energiemengen

den Anstoß gibt und die schließlich die gewaltige Energieentfaltung

des erwachsenen Organismus veranlaßt. Sie ist das Anfangskapital, mit

dem der sich entwickelnde Organismus zu wirtschaften beginnt, ohne

das seine Existenz unmöglich wäre. In diesem Sinne können wir sagen:

+Diejenige Energieform, aus der sich in letzter Instanz alle Leistungen

der Organismenwelt herleiten, ist die chemische Energie. Das zugeführte

Licht und die zugeführte Wärme wirken nur dadurch, daß sie chemische

Energie disponibel machen.+

Es liegt auf der Hand, daß dieser Satz für die Tierwelt in gleichem

Maße gilt, wie für die Pflanzenwelt. Aus der ursprünglichen, in

der Pflanze verfügbaren chemischen Energie werden nicht nur die

mannigfaltigen nach außen hin gehenden Leistungen der Pflanze

bestritten, sondern es wird auch eine bedeutende Menge als chemische

Energie in den organischen Verbindungen des Pflanzenkörpers

aufgespeichert. Die komplizierten organischen Verbindungen aber

liefern dem Pflanzenfresser die Nahrung, während das Fleisch des

Pflanzenfressers wieder dem Fleischfresser den Lebensunterhalt gewährt.

So gelangt also mit der Pflanzennahrung die Energie als chemische

Energie in die Tierwelt und liefert die Energiewerte, aus denen sich

die Leistungen des durch seine mächtige äußere Energieentfaltung

von den Pflanzen so charakteristisch unterschiedenen Tierkörpers

herleiten. In der Tat bildet die mit der Nahrung in den Tierkörper

eingeführte chemische Energie, abgesehen von der geringen Menge

der von außen auf alle Organismen einwirkenden Wärme, die einzige

Energiequelle des Tierkörpers. Die Probe auf diesen Satz ist durch

die kalorimetrischen Untersuchungen von ~Helmholtz~, ~Dulong~,

~Rosenthal~ und später besonders durch die sehr genauen Arbeiten von

~Rubner~[738], in wünschenswertester Weise geliefert worden. Drückt man

auf Grund kalorimetrischer Verbrennungen den chemischen Energiewert

der Nahrung im Wärmemaß aus, so bekommt man ebensoviel Kalorien, wie

das Tier liefert, wenn alle seine Energieproduktion sich lediglich

in Wärmeabgabe äußert. Die Differenzen zwischen der Wärmemenge, die

durch Verbrennung der Nahrung bis zu chemisch energiefreien Stoffen

geliefert wird, und der Wärmemenge, die das Tier bei gleicher Nahrung

in der Ruhe produziert, sind bei den Versuchen ~Rubner~s so gering, daß

sie vollkommen innerhalb der unumgänglichen technischen Fehlergrenzen

gelegen sind, und wäre es überhaupt noch nötig, in unserer Zeit die

Gültigkeit des Gesetzes von der Erhaltung der Energie auch für die

lebendige Natur zu beweisen, so würde der beste Beweis dafür in den

kalorimetrischen Versuchen ~Rubner~s gelegen sein.

Mit der Abgabe der Wärme oder mechanischen Arbeit von seiten des

Tierkörpers ist der Weg der Energie durch die Organismenwelt beendigt.

Chemische Energie, die weiter verfügbar wäre, gibt der Tierkörper,

abgesehen von der mit den Geschlechtszellen bei der Fortpflanzung

übertragenen Menge, nicht nach außen ab. Die Stoffe, die den Tierkörper

verlassen, wie Wasser, Kohlensäure etc., sind sämtlich solche

Verbindungen, die in dieser Form keine chemischen Energiewerte mehr

besitzen, und es bedarf erst wieder der Einfuhr des Lichts in die grüne

Pflanzenzelle, damit diese aus jenen Stoffen verfügbare chemische

Energie schaffen kann. So ist der Kreislauf des Energiewechsels

zwischen lebendiger und lebloser Natur geschlossen. Das Licht macht in

der Pflanzenzelle chemische Energie verfügbar. Aus dieser chemischen

Energie stammen alle chemischen, mechanischen, thermischen Leistungen

der Pflanze in komplizierter Deszendenz ab. Der Pflanzenfresser nimmt

die chemische Energie, die in den organischen Verbindungen der Pflanze

aufgespeichert ist, mit der Nahrung in seinen Körper auf und liefert

mit den Stoffen seiner Leibessubstanz selbst wieder dem Fleischfresser

die unentbehrliche Quelle chemischer Energie, aus der die gesamte

thermische und mechanische, im gegebenen Falle auch photische und

elektrische Energie sich herleitet, die der Tierkörper als Wärme,

als mechanische Energie der Muskelbewegung oder auch als Licht und

Elektrizität nach außen hin abgibt. Aus den an chemischer Energie

armen Stoffen, der Kohlensäure und dem Wasser aber, die den Tierkörper

verlassen, schafft die Pflanzenzelle unter Einwirkung der Lichtstrahlen

von neuem chemische Energie, und so beginnt der Kreislauf von vorn.

b) Das Prinzip des chemischen Energieumsatzes in der Zelle.

So klar hiernach das Bild des organischen Energiewechsels in seinen

groben Umrissen vor uns liegt, so dunkel sind uns noch die Einzelheiten

desselben. Es liegt das nicht allein an unserer lückenhaften Kenntnis

des Stoffwechsels in der lebendigen Substanz, sondern zum großen Teil

auch an dem noch nicht abgeschlossenen Ausbau, den die allgemeine

Energielehre in der Physik und Chemie erfahren hat. Vorgänge, die wir

in bezug auf ihre stoffliche Seite bis in die feinsten Einzelheiten

hinein kennen, sind in bezug auf ihren Energieumsatz vielfach noch

völlig dunkel. So wissen wir z. B. von vielen Arbeitsleistungen, die

wir bei chemischen Umsetzungen beobachten, noch gar nicht einmal,

ob die dabei freiwerdende mechanische Energie direkt aus Umwandlung

chemischer Energie stammt oder erst auf dem Wege durch andere

Energieformen, wie Wärme, Elektrizität, osmotische Energie etc.,

entsteht. Ueberhaupt ist die direkte Umwandlung chemischer Energie in

mechanische bisher noch nicht genügend Objekt des Studiums gewesen, so

genau und eingehend man dem gegenüber die Umwandlung chemischer Energie

in Wärme und Elektrizität untersucht hat. Ja dieser Umstand hat sogar

vielfach zu dem Glauben verführt, daß chemische Energie überhaupt

nicht direkt in mechanische übergehen könne, sondern nur etwa durch

Vermittelung von Wärme, eine Vorstellung, die vollkommen unbegründet

ist. Dazu kommt, um eine Verständigung noch zu erschweren, der

Umstand, daß die Begriffe der einzelnen Energieformen durchaus nicht

fixiert sind, daß z. B. die Ausdrücke: molekulare Energie, mechanische

Energie, Oberflächenenergie etc. in sehr verschiedener Weise verwendet

werden, ein Umstand, der daraus resultiert, daß die Beziehungen, die

zwischen den einzelnen Energieformen obwalten, bisher nur unvollkommen

aufgeklärt sind. Demnach liegt es auf der Hand, daß die speziellere

Energetik der lebendigen Substanz vorläufig noch eins der dunkelsten

Gebiete der Physiologie repräsentiert. Was wir bis jetzt davon wissen,

sind nur ganz vereinzelte und unzusammenhängende Tatsachen.

Als feststehend haben wir die allgemeine Tatsache zu betrachten, daß

die gewaltigen Leistungen des Organismus alle in letzter Instanz

aus chemischer Energie stammen. Damit ist indessen nicht gesagt, daß

jede Leistung im Momente ihres Zustandekommens +unmittelbar+ aus

chemischer Energie entspringt. Es gibt zahlreiche Leistungen, die erst

auf Umwegen aus chemischer Energie entstammen. Für das Pflanzenreich

hat ~Pfeffer~[739] dieses Verhältnis besonders beleuchtet. So ist es

z. B. sehr häufig, daß beim Stoffwechsel chemische Energie zunächst

in potentielle mechanische Energie übergeht und als Spannkraft

aufgespeichert wird, um bei bestimmter Gelegenheit erst in die

kinetische Energie einer mechanischen Leistung umgesetzt zu werden.

Die springenden Früchte und Samen gewisser Pflanzen liefern Beispiele

dafür. Die chemische Energie des Wachstums ist hierbei zunächst in Form

mechanischer Spannkraft aufgehäuft worden, und diese geht erst bei

Berührung der Frucht in lebendige Bewegung über: die Frucht platzt auf

und schleudert mit großer Gewalt die Samenkörner heraus. Analoge Fälle

der +mittelbaren+ Abstammung einer Leistung aus chemischer Energie gibt

es mehrfach in der Pflanzenwelt wie in der Tierwelt. Immerhin aber

stammen vielleicht die meisten Leistungen des Organismus unmittelbar

aus der Umsetzung chemischer Energie.

Die wesentlichen Leistungen, in denen sich die Energieproduktion der

Zelle äußert, zeigen sich in der Erzeugung von mechanischer Energie

und Wärmeentwicklung. Die Produktion von Licht und Elektrizität

ist viel beschränkter. Die Hauptmasse jeder dieser Energieformen

aber stammt, soweit wir bis jetzt wissen, direkt aus der Umformung

chemischer Energie, wenn auch die speziellen Umsetzungen, die daran

beteiligt sind, vorläufig noch völlig unbekannt bleiben. Wir müssen

uns daher, wenn wir überhaupt einen Blick in das Energiegetriebe der

Zelle gewinnen wollen, zunächst an das Hauptgesetz erinnern, das den

Energiewechsel bei chemischen Umsetzungen beherrscht, und das wir

in dem Satze fanden: Werden bei einem chemischen Prozeß stärkere

Affinitäten gebunden als getrennt, so wird Energie für Leistungen

verfügbar; werden dagegen stärkere Affinitäten getrennt als gebunden,

so verläuft der Prozeß mit Energieverbrauch[740]. Nur wenn wir diese

Tatsache fest im Auge behalten, dürfen wir hoffen, allmählich tiefere

Einblicke in die Wege des organischen Energieumsatzes zu erlangen.

Das allgemeine Fundamentalprinzip, auf dem der organische Energieumsatz

beruht, ergibt sich unter Berücksichtigung dieses Satzes aus den

bekannten Tatsachen des Stoffwechsels der lebendigen Substanz bereits

mit voller Klarheit: Wir haben in der lebendigen Substanz gewisse

Verbindungen mit starken chemischen Affinitäten. In die lebendige Zelle

werden von außen her weitere chemische Affinitäten mit der Nahrung und

dem Sauerstoff eingeführt. Wir wissen ferner, daß diese eingeführten

einfacheren Stoffe verwendet werden zum Aufbau komplizierterer und

außerordentlich komplizierter Verbindungen. Dabei geht die chemische

Energie, die in die lebendige Substanz eingeführt worden ist, in Form

von potentieller Energie mit in diese komplizierten Verbindungen über

und hilft das Gefüge derselben lockern. So kommt es, daß das Molekül

der hypothetisch von uns angenommenen Biogene eine außerordentlich

labile Konstitution gewinnt, d. h. daß seine intramolekulare Wärme

sehr groß wird[741]. Infolgedessen neigt das Biogenmolekül zum Zerfall

und explodiert teils schon spontan, teils auf geringe äußere Reize

hin. Dieser explosive Zerfall beruht auf einer Umlagerung der Atome,

wobei im Bereich einzelner Atomgruppen des großen Biogenmoleküls, wie

bei allen explosiblen Körpern, stärkere Affinitäten gebunden werden,

als vorher im labilen Molekül gebunden waren. Es wird also die Summe

aller dissimilatorischen Prozesse im ganzen genommen mit bedeutender

Energieproduktion verknüpft sein müssen. Schließlich wissen wir,

daß die aus diesem Zerfall des Biogens hervorgehenden Verbindungen,

soweit sie den Körper verlassen, wie Kohlensäure, Wasser etc., kaum

noch nennenswerte chemische Energiemengen enthalten, während die im

Körper zurückbleibenden Verbindungen, die Biogenreste, wieder chemische

Affinitäten zu den aufgenommenen Stoffen besitzen, die sie auf Kosten

derselben binden. Die dabei verfügbare Energiemenge wird wieder zur

Auflockerung der Biogenmoleküle verwendet, und so schließt sich hier

die Kette des Energieumsatzes in der lebendigen Substanz. +Das ihm

zugrunde liegende Prinzip ist danach klar: es ist ein fortwährendes

Aufspeichern potentieller chemischer Energie und ein Ueberführen

derselben in andere Energieformen; die Quelle der chemischen Energie

ist die Nahrung und der Sauerstoff, das Betriebskapital die chemische

Energie, die jedes winzige Tröpfchen lebendiger Substanz von seinen

Vorfahren überkommen hat, und das Ergebnis sind die energetischen

Leistungen der lebendigen Substanz.+

Die Energieverhältnisse, die sich bei Einwirkung von Reizen in der

lebendigen Substanz entwickeln, werden auf Grund dieses Prinzips in

ihren allgemeinen Zügen verständlich. In denjenigen Fällen, in denen

wir eine dissimilatorische Erregung als Reizwirkung haben, liegen die

Dinge am einfachsten. Es handelt sich ja, wie wir an anderer Stelle

sahen[742], dabei nur um eine Steigerung der schon spontan sich

vollziehenden Leistungen. Die potentielle Energie, die in den labilen

Biogenmolekülen aufgehäuft ist, wird schon spontan in gewissem Maße in

aktuelle Energie übergeführt, indem beim dauernden Zerfall die Atome

unter Umlagerung durch stärkere Affinitäten aneinander gebunden werden.

Daß gewisse äußere Einwirkungen, wie sie die Reize vorstellen, durch

Erschütterungen der Atome im Biogenmolekül die intramolekulare Bewegung

derselben steigern und dadurch mehr Gelegenheit zu Umlagerungen und

zum explosiven Zerfall der Biogenmoleküle geben, ist ohne weiteres

verständlich, und so bedarf die Steigerung der Leistungen unter der

Einwirkung gewisser Reize weiter keiner Erklärung. Auch diejenigen

Fälle der Reizwirkungen, in denen es sich um eine dissimilatorische

Lähmung handelt, bedürfen kaum einer weiteren Erörterung, denn alle

diejenigen Reize, welche die intramolekulare Bewegung der Atome im

Biogenmolekül verringern oder die Umlagerung und Vereinigung bestimmter

Atome in irgendeiner Weise hindern, wie etwa die Kälte oder gewisse

chemische Stoffe, müssen selbstverständlich auch die normalen

Leistungen der Zelle herabsetzen[743]. Allein nicht alle Leistungen

der lebendigen Substanz sind mit der dissimilatorischen Phase des

Stoffwechsels verknüpft. Manche wichtige Lebensäußerungen laufen gerade

mit dem assimilatorischen Aufbau des Biogens Hand in Hand. So werden

also assimilatorisch erregende Reize, wie wir sie bisher allerdings nur

in der gesteigerten Nahrungszufuhr kennen, derartige Lebensäußerungen

steigern, indem sie mehr Gelegenheit für die Bildung neuer

Biogenmassen liefern, und umgekehrt werden assimilatorisch lähmende

Reize die entgegengesetzte Wirkung hervorrufen. Gerade diejenigen

Lebensäußerungen, die mit der assimilatorischen Phase des Stoffwechsels

verknüpft sind und durch vermehrte Nahrungszufuhr gesteigert werden,

verdienen in Zukunft ein besonderes Interesse, nachdem sie so lange

auf Kosten der viel augenfälligeren mit der Dissimilation verbundenen

Leistungen vernachlässigt worden sind.

Mit dieser Vorstellung von der Wirkung der Reize ist indessen

nicht gesagt, daß die infolge einer Reizung sich an bestimmten

Leistungen äußernde Veränderung des Energiegetriebes immer direkt

und allein aus der Erregung oder Lähmung dieses oder jenes Gliedes

der Stoffwechselkette stammt. So folgt z. B. dem explosiven Zerfall

des Biogenmoleküls nach unserer Vorstellung immer die Bildung der

freigewordenen Affinitäten des Biogenrestes, d. h. seine Regeneration,

auf dem Fuße nach. Wir werden also darauf Rücksicht nehmen müssen,

daß unter gewissen Umständen im Reizerfolg nicht bloß die durch den

Zerfall der komplizierten Verbindungen frei werdende Energiemenge

enthalten ist, sondern daß diese Energiemengen modifiziert werden durch

den bei den unmittelbaren Folgevorgängen des Zerfalls stattfindenden

Energieumsatz, so daß das Endresultat immer nur die Resultante aus

verschiedenen Komponenten repräsentiert. Dasselbe gilt von den anderen

Fällen der Reizwirkungen. Das Energiegetriebe in der Zelle ist eben

in allen seinen Gliedern außerordentlich eng verkettet. Das geht mit

Notwendigkeit aus den früher erörterten Tatsachen des Stoffwechsels

hervor. Die ungeheure Schwierigkeit, den feineren Energieumsatz, der

bei einer gegebenen Leistung, sei es spontan, sei es auf Reizung

hin, abläuft, in seinen Einzelheiten zu verfolgen, liegt demnach

auf der Hand, und es ist daher bei den spärlichen Untersuchungen,

die bisher auf diesem Gebiete vorliegen, zur Zeit schlechterdings

unmöglich, die Energetik auch nur der äußerlich am deutlichsten

hervortretenden Leistungen der Zelle, wie ihre Lichtentwicklung, ihre

Elektrizitätsproduktion, ihre Entfaltung mechanischer Energie in den

verschiedenen Bewegungsformen, bis in ihre einzelnen Komponenten hinein

zu analysieren. Die überaus interessanten Vorgänge des Energieumsatzes,

der sich in den einzelnen inneren und äußeren Leistungen der lebendigen

Zelle abspielt, tiefer zu analysieren, wird daher als eine der

anregendsten Aufgaben der künftigen Physiologie vorbehalten bleiben.

c) Die Energiequelle der Muskelarbeit.

Wenn wir sagen müssen, daß bisher über die Mechanik des

Energiegetriebes in der lebendigen Substanz im allgemeinen nur

spärliche Untersuchungen von der Physiologie angestellt worden sind, so

gilt diese Bemerkung von +einem+ Gebiet der Energieproduktion nicht.

Das sind die +Kontraktions-+ und +Expansionsbewegungen+. Vor allem

die Mechanik der Muskelkontraktion, bei der die Energieentfaltung der

lebendigen Substanz in hervorragendster und erstaunlichster Gewalt zum

Ausdruck kommt, hat von alten Zeiten her den Scharfsinn der Physiologen

in lebhaftestem Maße beschäftigt, und die Zahl der Theorien, die über

die Mechanik der Muskelbewegung aufgestellt worden sind, ist keine

geringe. Es ist ein interessantes Stück Entwicklungsgeschichte des

menschlichen Denkens, das sich in diesen Theorien von den Zeiten

~Galen~s an bis in unsere Tage hinein widerspiegelt, und es gewährt

einen historischen Genuß, diese Theorien von ihren naivsten Anfängen

an zu verfolgen. Wer Interesse an diesem Kapitel aus der Geschichte

der Physiologie nimmt, der findet die Literatur der älteren und

ältesten Theorien bis zum vorigen Jahrhundert zusammengestellt

bei ~Haller~[744]. Die späteren Theorien der Muskelbewegung hat

~Hermann~[745] in seinem Handbuch der Physiologie im wesentlichen

angeführt, und die neueren Anschauungen, soweit sie größeres Interesse

besitzen, sind gesammelt und kritisch beleuchtet in einer Arbeit, die

das alte Problem von vergleichend-zellularphysiologischer Seite in

Angriff genommen hat[746].

Die Muskelarbeit ist zweifellos diejenige Leistung in der ganzen

Organismenwelt, bei der in kürzester Zeit der größte Energieumsatz

stattfindet. Die Energiemengen, die bei der Muskeltätigkeit frei

werden, erreichen bekanntlich ganz erstaunliche Werte. Es liegt

daher zunächst die Frage nahe, +welches die Quelle für die in der

Muskeltätigkeit frei werdenden Energiewerte ist+.

Daß es chemische Energie sein muß, liegt auf der Hand, da ja der

Tierkörper ausschließlich aus chemischer Energie seine Leistungen

bestreitet. Aber die Frage ist, welcher von den in den Körper

eingeführten Nahrungsstoffen durch seine Umsetzung die zur

Muskeltätigkeit nötige chemische Energie liefert. Sind es die

Eiweißkörper, oder sind es die Kohlehydrate und Fette, deren Umsetzung

im Körper die Energiequelle für die Muskelarbeit bildet?

Um diese Frage ist ein heftiger Kampf geführt worden. Die ursprüngliche

und sehr einleuchtende Lehre ~Liebig~s[747], daß das Eiweiß als

der Hauptbestandteil des Muskels auch die Quelle seiner Leistungen

sein müsse, ist schon zu seinen Lebzeiten befehdet worden, und

jahrzehntelang glaubte man die richtige Lösung des Problems gefunden

zu haben. Die Beweisführung, die zu dieser bis gegen das Ende des

vorigen Jahrhunderts geltenden Vorstellung geführt hatte, ist

interessant genug. Man hatte nämlich folgende Ueberlegung angestellt:

Liegt die Quelle der Muskelkraft in der Zersetzung des Eiweißes, so

muß bei angestrengter Muskeltätigkeit der Eiweißumsatz gesteigert

sein. Da man nun in der Stickstoffausscheidung durch den Harn einen

absoluten Maßstab für den Umfang des Eiweißumsatzes im Körper zu

besitzen glaubte, so schien die Frage entschieden zu sein, wenn man

den Stickstoffgehalt im Harn bei der Ruhe und bei angestrengter

Muskeltätigkeit miteinander verglich. War er bei der Arbeit bedeutend

erhöht, so konnte das nur von dem vermehrten Eiweißumsatz herrühren;

war er der gleiche, so war die Quelle der Muskelkraft nicht im

Eiweiß, sondern in den stickstofffreien Nahrungsstoffen zu suchen.

Das Problem war also in schärfster Weise zugespitzt, und so konnte

die Entscheidung nicht auf sich warten lassen. ~Fick~ in Gemeinschaft

mit ~Wislicenus~[748] zeigten an sich selbst und ~Voit~[749] am

Hunde, +daß die Stickstoffausscheidung im Harn auch bei der größten

Muskelanstrengung nicht bemerkenswert gesteigert wird+.

Damit schien die Frage in exaktester Form gelöst. Man schloß, daß die

Eiweißzersetzung nicht die ausschließliche Quelle der Muskelkraft

sein könne. Von den stickstofffreien Nahrungsstoffen kommen vor allem

die Kohlehydrate und eventuell auch die Fette in Betracht, und in der

Tat ist bekannt, daß bei angestrengter Muskeltätigkeit das im Muskel

aufgespeicherte Glykogen verschwindet, um sich erst wieder in der Ruhe

anzuhäufen. +So wurde infolge dieser scheinbar durchaus einwandsfreien

Beweisführung die Ansicht allgemein angenommen, daß die Quelle der

Muskelkraft hauptsächlich in der Zersetzung der Kohlehydrate gelegen

sei.+

Allein die Vorstellung, daß das Eiweiß bei der angestrengten Tätigkeit

der Muskelzelle nicht in erster Linie beteiligt sein soll, mußte

jemandem, der mit den allgemeinen Lebenseigenschaften der lebendigen

Substanz etwas näher vertraut war, überaus paradox erscheinen. Das

Eiweiß ist derjenige Körper, mit dessen Bildung und Zersetzung das

Leben untrennbar verknüpft ist, und so mußte es sehr wunderbar sein,

daß bei einer gesteigerten Lebenstätigkeit, wie sie die angestrengte

Muskelbewegung vorstellt, der Eiweißumsatz der gleiche sein sollte,

wie in der Ruhe. So konnte sich auch ~Pflüger~ nie mit dieser Ansicht

befreunden. In einer Reihe von ausgezeichneten Arbeiten eröffnete

er in neuerer Zeit, gestützt auf einwandsfreie Versuche, gegen die

bisher allgemein verbreitete Vorstellung einen Feldzug, in dem er

die Zersetzung des Eiweißes als die Hauptquelle der Muskelkraft

hinzustellen suchte. Daß sich Hunde mit Fleischnahrung allein erhalten

lassen, war schon ~Voit~ bekannt. ~Pflüger~[750] fütterte daher einen

Hund viele Monate hindurch allein mit möglichst reinem und fettfreiem

Fleisch und ließ ihn mehrmals wochenlang jeden Tag die schwerste Arbeit

verrichten. Dabei zeigte das Tier dauernd „eine ganz außerordentliche

Stärke und Elastizität in allen Bewegungen“. Da die geringen im

Fleisch enthaltenen Spuren von Kohlehydraten und Fett schlechterdings

für die Ernährung nicht in Betracht kommen, +so war damit bewiesen,

daß die ganze in der schweren Arbeit des Hundes produzierte Energie

aus der Umsetzung von Eiweiß stammte+. Um aber zu prüfen, ob etwa

das Eiweiß nur bei Mangel an Kohlehydraten und Fetten in der Nahrung

als Ersatzquelle für die Muskelkraft diene, stellte ~Pflüger~[751]

Versuchsreihen mit gemischter Nahrung an, und diese führten ihn zu dem

Ergebnis, daß bei einer aus Eiweiß, Kohlehydraten und Fetten gemischten

Kost die Menge von Kohlehydraten und Fetten, die im Stoffwechsel

zersetzt wird, ganz allein davon abhängt, ob viel oder wenig Eiweiß

gefüttert wird. „Allgemein ist die Menge des zur Zersetzung gelangenden

Kohlehydrates und Fettes um so kleiner, je größer die Eiweißzufuhr

gemacht wird.“ Die nicht zersetzten Mengen der Kohlehydrate und Fette

werden in Körperfett umgewandelt und als Reservematerial im Körper

aufgehäuft, während, wie bekannt, das eingeführte Eiweiß, wie viel es

auch sei, bis auf einen verschwindend geringen Rest sämtlich zersetzt

wird. ~Pflüger~ sagte daher: „+Das Nahrungsbedürfnis wird in erster

Linie durch Eiweiß befriedigt.+“ +Das Eiweiß bildet die „Urnahrung“,

die Kohlehydrate und Fette nur eine „Ersatznahrung“ bei Eiweißmangel.+

Wenn es nach alledem zweifellos feststeht, daß die Muskelarbeit

gänzlich durch die Zersetzung von Eiweiß bestritten werden kann, so

muß die ebenso unumstößliche Tatsache, daß die Stickstoffausscheidung

im Harn bei der angestrengtesten Muskeltätigkeit nicht entsprechend

erhöht ist, zunächst Befremden erregen. In dieser Beziehung verdient

ein anderer Versuch ~Pflüger~s Beachtung. ~Pflüger~ fand nämlich, daß

auch bei reiner Eiweißnahrung und bei gleichem Kostmaß in der Ruhe und

in der Arbeit die Stickstoffausscheidung durch die Muskeltätigkeit nur

ganz unbedeutend, ja unter Umständen überhaupt nicht vermehrt wird.

Und dennoch mußte die gesamte Arbeitskraft allein aus der Zersetzung

von Eiweiß stammen, da keine Kohlehydrate und Fette verfüttert wurden.

Dieses merkwürdige Ergebnis wäre bei Ueberschuß an Eiweißnahrung zwar

ohne weiteres verständlich, wenn wir daran denken, daß ja schon in der

Ruhe +alles+ über ein bestimmtes Maß hinaus in den Körper eingeführte

Eiweiß zersetzt wird. Wenn daher, wie sich gezeigt hat, die Energie

der Muskelarbeit trotzdem aus dem zersetzten Eiweiß stammen muß, so

könnte man daraus schließen, daß das Eiweiß, das bei der Tätigkeit

verbraucht wird, an anderen Punkten gespart worden sei, und das wäre

um so begreiflicher, als wir wissen, daß alles über ein bestimmtes Maß

hinaus genossene Eiweiß gewissermaßen eine Luxuskonsumption vorstellt

und daher jeden Augenblick, sobald Bedürfnisse auftreten, für diese zur

Verfügung steht. Wenn wir aber sehen, daß, wie ~Voit~[752] gezeigt hat,

auch im +Hungerzustande+ des Hundes durch die Arbeit im Tretrade die

Stickstoffausscheidung im Harn entweder gar nicht oder nur unwesentlich

vermehrt ist, dann können wir diesen Schluß nicht ziehen, und die obige

Erklärung reicht nicht mehr aus.

+Dann bleibt uns noch eine Möglichkeit übrig, eine Möglichkeit, die+

~Pflüger~ +nur gestreift hat: das ist die Vorstellung, daß bei der

Arbeit ein Eiweißumsatz im Muskel stattfindet, ohne daß der Stickstoff

des umgesetzten Eiweißes im Harn zur Ausscheidung kommt+.

In der Tat ist diese Vorstellung, zu der wir hier durch die Tatsachen

gedrängt werden, wenn sie auch einem althergebrachten Dogma in der

Physiologie direkt widerspricht, durchaus nicht so paradox, wie sie

auf den ersten Blick erscheint. Dieses Dogma, das den Fortschritt in

der Erkenntnis der Lebensvorgänge nicht wenig gehemmt hat, und das

nur entstehen konnte, weil man sich bisher ausschließlich mit den

Lebensäußerungen der höheren Tiere beschäftigt hat, besteht in dem

Satz, daß die Stickstoffausscheidung im Harn ein absolutes Maß für den

Eiweißumsatz im Körper sei. Aber eine solche Annahme ist wenigstens

in dieser Form +durchaus unerwiesen+[753]. Mit voller Berechtigung

können wir zwar sagen: der im Harn ausgeschiedene Stickstoff stammt

aus der Zersetzung des Eiweißes oder seiner Derivate; wenn wir aber

umgekehrt behaupten: der +gesamte+ Stickstoff der im Körper umgesetzten

Eiweißverbindungen wird im Harn ausgeschieden, so haben wir dazu nicht

das mindeste Recht, denn die Tatsache, daß alles über ein gewisses Maß

genossene +Nahrungseiweiß+ im Körper in solche Atomgruppen umgesetzt

wird, deren Stickstoff durch den Harn zur Ausscheidung gelangt,

gestattet keine Verallgemeinerung, vor allen Dingen keine Uebertragung

auf den Zerfall des +Zelleiweißes+, +des Biogens+. Hier liegt der

Punkt, an dem bisher nicht scharf genug unterschieden worden ist.

Man hat, wenn man von der Quelle der Muskelkraft sprach, nicht immer

hinreichend das tote Eiweiß der Nahrung und das Zelleiweiß oder wie

wir sagen, das Biogen der lebendigen Substanz begrifflich auseinander

gehalten. Tun wir das aber, so zerrinnt der ganze lange Streit bei

genauerer Betrachtung in nichts.

Wie wir sahen, entstehen beim Zerfall des Biogenmoleküls

stickstofffreie und stickstoffhaltige Atomgruppen. Die

stickstofffreien, wie Kohlensäure, Wasser, Milchsäure etc.,

verlassen alsbald den Körper. Aber nichts zwingt uns zu der Annahme,

daß auch die stickstoffhaltigen Atomgruppen sämtlich den Körper

verlassen. Die Tatsachen zwingen uns vielmehr zu der Annahme, daß der

stickstoffhaltige Biogenrest, der beim Zerfall des Biogenmoleküls

nach Austritt der Kohlensäure, des Wassers etc. übrig geblieben

ist, unter Umständen sich auf Kosten der Nahrungsstoffe oder im

Hunger auf Kosten der Reservestoffe wieder zu einem vollständigen

Biogenmolekül regeneriert. Dann hätten wir einen Biogenzerfall, der

keine Stickstoffausscheidung im Harn zur Folge hat. +Es gibt aber keine

einzige Tatsache, die dagegen spräche, daß bei der Muskeltätigkeit das

Biogenmolekül zerfällt, und daß der stickstoffhaltige Rest die verloren

gegangenen stickstofffreien Atomgruppen auf Kosten der Nahrung immer

wieder regenerierte. Eine solche Sparsamkeit gerade mit dem kostbaren

Stickstoff würde im Gegenteil ganz im Sinne des organischen Haushaltes

liegen.+

Diese Vorstellung, die uns hier zunächst als bloße Möglichkeit

entgegentritt, auf die wir durch die Erfahrungen hingewiesen

werden, gewinnt aber bei genauerer Betrachtung außerordentlich an

Wahrscheinlichkeit.

Vor allem nämlich steht sie im Einklang mit unseren

allgemeinphysiologischen Ansichten vom Wesen des Lebensprozesses und

wird den Vorstellungen gerecht, die wir uns von den Vorgängen in der

lebendigen Substanz auf Grund zahlloser Tatsachen machen müssen.

Wie wir wissen, bilden die Körper der Eiweißgruppe nicht nur die

Hauptmasse aller Stoffe, aus denen die lebendige Substanz besteht,

sondern sie sind auch die einzigen von allen organischen Stoffen, aus

deren Umsatz +allein sämtliche+ Leistungen des lebendigen Organismus

+dauernd+ bestritten werden können. Dazu kommt, daß, wie wir schon

früher sahen[754], alle anderen Stoffe, die sich sonst noch in der

Zelle finden, teils zum Aufbau der Eiweißkörper und Biogene dienen,

teils aus dem Umsatz derselben entstehen. Es ist also eine im

höchsten Grade wahrscheinliche Arbeitshypothese, daß das Leben auf

das engste an den Aufbau und den Zerfall gewisser hochkomplizierter

Eiweißverbindungen gebunden ist, die wir eben deshalb als „+Biogene+“

bezeichneten. Gibt man das zu, dann wäre es aber äußerst paradox,

wenn eine Steigerung, und zwar eine so enorme Steigerung der

Lebensprozesse, wie sie bei angestrengter Muskeltätigkeit zum Ausdruck

kommt, nicht auch notwendig mit einer Steigerung des Biogenumsatzes

im Körper verbunden sein sollte. Deshalb glaubte auch ~Liebig~,

der Altmeister der physiologischen Chemie, bis an sein Lebensende

unermüdlich die Ansicht vertreten zu müssen, daß die Eiweißkörper,

welche die Hauptmasse der organischen Muskelbestandteile bilden,

welche die Hauptrolle im ganzen Lebensprozeß spielen, diejenigen

Stoffe sind, deren Zersetzung die Quelle der Muskelkraft liefert, und

deshalb bekämpft auch ~Pflüger~, einer der weitestblickenden unter

den Physiologen, heute wieder von neuem die Vorstellung, daß die

Muskeltätigkeit ohne Zerfall der Eiweißkörper bestehen könne. Wenn aber

bei der Muskeltätigkeit ein gesteigerter Biogenumsatz stattfindet,

und wenn trotzdem bei der Muskeltätigkeit nicht mehr Stickstoff

ausgeschieden wird als in der Ruhe, dann bleibt eben nichts anderes

übrig als der Schluß, daß der stickstoffhaltige Biogenrest sich wieder

zum vollständigen Biogenmolekül regeneriert. In der Tat sind auch ohne

ein solches Regenerationsvermögen des Biogenmoleküls die einfachsten

und allgemeinsten Lebensäußerungen nicht zu verstehen. Wie wäre zum

Beispiel die Tatsache des Wachstums, die Tatsache, daß lebendige

Substanz immer nur von anderer lebendiger Substanz gebildet wird,

anders zu begreifen als dadurch, daß das Biogenmolekül die Fähigkeit

hat, nach und nach bestimmte Atome und Atomgruppen an sich zu binden,

um so zu einem polymeren Molekül anzuwachsen. Jede Regeneration ferner

beruht im Prinzip auf denselben Vorgängen wie jede neue Bildung. Auch

die Tatsache der vollkommenen Erholung nach gänzlicher Ermüdung und

manche andere Grundtatsache der lebendigen Substanz setzt unbedingt die

Regenerationsfähigkeit des Biogenmoleküls voraus.

Was aber besonders wichtig ist, das ist, daß die hier entwickelte

Vorstellung beiden sich unversöhnt gegenüberstehenden Auffassungen

über die Quelle der Muskelkraft, soweit man die +Nahrungsstoffe+

dabei im Auge hat, gerecht wird. +Sowohl die Eiweißkörper wie auch

die Kohlehydrate der Nahrung können nach dieser Auffassung als Quelle

für die Muskelkraft dienen.+ Wenn die unmittelbare Energiequelle der

Muskeltätigkeit in dem Zerfall und Wiederaufbau des Biogenmoleküls

gelegen ist, und wenn beim Zerfall nur stickstoff+freie+ Atomgruppen

das Molekül verlassen, so ist es selbstverständlich, daß auch zur

Regeneration nur stickstoff+freie+ Atomgruppen verwendet werden, und

die Tatsachen beweisen, daß dazu sowohl die Eiweißkörper als auch

die Kohlehydrate der Nahrung dienen können, wenn auch, wie ~Pflüger~

gezeigt hat, bei gemischter Nahrung und genügender Eiweißzufuhr das

Eiweiß den Vorzug erhält. So ist die unbestreitbare Tatsache, daß

auch bei starker Muskeltätigkeit die Eiweißnahrung bis zu einem

gewissen Grade durch Kohlehydrate vertreten werden kann, ohne weiteres

verständlich, und es ist ebenso berechtigt, zu sagen: die Kohlehydrate

der Nahrung liefern die Quelle der Muskelkraft, wie zu behaupten: die

Eiweißkörper der Nahrung leisten diesen Dienst. Beide können dieselbe

Rolle spielen, aber eben nur dadurch, daß sie dem Biogenrest die

stickstofffreien Atomgruppen zu seiner Regeneration zur Verfügung

stellen, denn der +funktionelle+ Stoffwechsel erstreckt sich nur auf

die stickstoff+freien+[755] Seitenketten des Biogenmoleküls, nicht

auf den stickstoffhaltigen Kern. +Aber immer liegt die Energiequelle

des Muskels im funktionellen Zerfall des Biogenmoleküls und bleibt

dieselbe, ob der Muskel sein Material für die Regeneration des

Biogenrestes aus dem Eiweiß oder aus dem Kohlehydrat und Fett der

Nahrung bezieht.+

Die hier erörterte Auffassung, nach der die Energieentfaltung bei der

Muskelbewegung aus dem funktionellen Zerfall und Wiederaufbau des

Muskelbiogens stammt, besitzt den höchsten Grad von Wahrscheinlichkeit,

den eine wissenschaftliche Erklärung haben kann. Sie entspringt den

Forderungen unserer allgemein-physiologischen Erfahrungen, sie ist

imstande, alle bekannten Tatsachen verständlich zu machen, und steht

mit keiner einzigen Tatsache im Widerspruch.

Ihr Wert wird sich auch zeigen, wenn wir das +Problem der spezielleren

Energiewechselmechanik bei der Bewegung der kontraktilen Substanzen+

etwas näher ins Auge fassen.

d) Theorie der Kontraktions- und Expansionsbewegungen.

Ohne auf die schier zahllosen Theorien, die über den Mechanismus der

Muskelkontraktion aufgestellt worden sind, im einzelnen einzugehen,

können wir unter den wichtigeren der in der neueren Physiologie

geäußerten Auffassungen zwei wesentlich verschiedene Gruppen

bemerken. Daß es die chemische Energie ist, welche die Quelle für die

Muskelleistungen liefert, darüber herrscht allgemeine Einstimmigkeit,

und kann auch nach unseren Vorstellungen über den Lebensvorgang kein

Zweifel bestehen. Während aber nach der Meinung einiger Physiologen die

mechanische Energie der Muskelarbeit direkt aus dem Umsatz chemischer

Energie hervorgeht, wird nach der Ansicht anderer die chemische Energie

bei der Muskelkontraktion erst auf dem Umweg durch Wärme in mechanische

Energie übergeführt. Die erstere Ansicht wird von ~Pflüger~[756],

~Fick~[757] und anderen[758] vertreten, die letztere besonders von

~Engelmann~[759].

Wir wählen zum Ausgangspunkt für unsere Betrachtung am besten

~Engelmann~s thermo-dynamische Theorie der Kontraktionsbewegungen.

~Engelmann~ sieht eine Schwierigkeit bei der direkten Herleitung der

Muskelarbeit aus chemischer Energie in folgendem Umstand. Berechnet man

aus der vom Muskel produzierten Energiemenge auf Grund der Annahme,

daß dieselbe durch Verbrennung von Kohlehydraten geliefert werde,

unter Zugrundelegung einer Verbreitungswärme von rund 4.000 Kalorien

pro Gramm Kohlehydrat, die Menge von Substanz, die für die Leistung

des Muskels bei einer Zuckung nötig ist, so findet man, daß sie eine

ganz erstaunlich geringe ist im Verhältnis zur Masse des Muskels.

~Engelmann~ berechnet, daß nur etwa ein Viermillionstel der ganzen

Masse als Quelle für die bei einer Zuckung gelieferte Energie in

Betracht kommen kann. Bei dem großen Wassergehalt der Muskeln, den er

auf etwa 70–80 Proz. annimmt, hält er es daher für unverständlich, wie

durch die direkte Wirkung der nur am Orte wirkenden chemischen Energie

einer so geringen Menge von wirksamer Substanz eine so ungeheure

passive Masse in Bewegung gesetzt werden kann. Er hält das letztere nur

für möglich, wenn die chemische Energie erst in Wärme umgesetzt wird,

die sich überallhin verbreiten kann und daher in ihrer Wirkung nicht

auf ihren Entstehungsort beschränkt ist. Die Umformung eines Teils der

Wärme in mechanische Energie kommt nach der Vorstellung ~Engelmann~s

durch Verkürzung quellungsfähiger Elemente infolge der Erwärmung

zustande[760]. Bei der letzteren Annahme stützt er sich einerseits auf

die Tatsache, daß alle positiv-einachsig-doppeltbrechenden Substanzen,

wenn sie quellbar sind, bei der Quellung sich in der Richtung der

optischen Achse verkürzen, und anderseits auf den Umstand, daß

quellbare Körper stärker quellen, wenn sie erwärmt werden. Im Muskel

haben wir aber nach ~Engelmann~s Untersuchungen in der anisotropen

Substanz positiv-einachsig-doppeltbrechende Elemente, und wie

~Engelmann~ ebenfalls gezeigt hat, geht bei der Kontraktion des Muskels

aus der isotropen, dünnflüssigeren Masse des Muskelsegments flüssige

Substanz in die festere Masse der anisotropen Schicht über, so daß

diese an Volumen zunimmt. ~Engelmann~ stellt sich daher vor, daß

die Elemente der anisotropen Muskelsubstanz, die er als „Inotagmen“

bezeichnet, bei der Muskelerregung infolge der aus chemischer Energie

stammenden Wärme quellen und sich verkürzen, so daß eine Zuckung

des Muskels erfolgt. Besonders anschaulich macht ~Engelmann~ seine

Vorstellung durch einen Versuch, bei dem die Kontraktion des Muskels

nach dem thermo-dynamischen Prinzip durch Wärmequellung und Verkürzung

einer Darmsaite nachgeahmt wird. In einem mit Wasser gefüllten

Becherglase befindet sich in Verbindung mit einem Schreibhebel eine

aufgespannte Violinsaite, die umgeben ist von einer Drahtspirale. Durch

Schließung eines Stromes kann die Drahtspirale erwärmt werden, so daß

sich die Wärme der Darmsaite mitteilt. Die Folge davon ist, daß sich

die Darmsaite durch Quellung verkürzt und durch Hebung eines Gewichts

eine gewisse Arbeit leistet. Bei Oeffnung des Stromes und Abkühlung

der umgebenden Drahtspirale erfolgt dann wieder eine Streckung der

Saite. Durch seine geniale Einfachheit macht dieser Versuch die

~Engelmann~sche Auffassung außerordentlich anschaulich, und es ist

nicht zu leugnen, daß er dadurch auf den ersten Blick sehr für die

thermo-dynamische Theorie einnimmt. Dennoch lassen sich mehrfache

Bedenken gegen diese Theorie geltend machen, und in der Tat sind

auch besonders von Fick[761] gegen ~Engelmann~s Auffassung bereits

verschiedene, schwerwiegende Einwände erhoben worden.

Es ist nicht notwendig, hier alle Schwierigkeiten zu erörtern, die

sich der Annahme der ~Engelmann~schen Theorie entgegenstellen. Nur

+eine+ Schwierigkeit mag kurz hervorgehoben werden, weil uns ihre

Betrachtung hinüberleitet zu einer anderen Auffassung, die sich auf

Grund der mikroskopischen Tatsachen den chemischen Theorien der

Muskelkontraktion anschließt. Wir müssen nämlich von einer Theorie

der Muskelkontraktion fordern, daß ihr +Prinzip+ nicht bloß für die

Erklärung der Muskelbewegung, sondern auch für die Erklärung aller

anderen Formen der Kontraktionsbewegungen, d. h. also auch für die

Protoplasmabewegung und Flimmerbewegung, Gültigkeit besitzt. „Da

dieselben durch alle Uebergänge unter sich und mit der Muskelbewegung

verbunden sind, muß dasselbe Erklärungsprinzip bei allen Anwendung

finden können.“ Dieser ersten und obersten Forderung, die ~Engelmann~

selbst aufstellt, entspricht aber die obige Theorie nicht ganz. Sie ist

z. B. nicht imstande, die Bewegungen amöboider Protoplasmamassen zu

erklären. Gerade diese einfachste aller Kontraktionsbewegungen macht

der ~Engelmann~schen Auffassung unüberwindliche Schwierigkeiten. Um

die Tatsachen der amöboiden Bewegung mit seiner Theorie in Einklang

zu bringen, ist ~Engelmann~[762] zu der Annahme gezwungen, daß

auch im amöboiden Protoplasma kontraktile Elemente vorhanden sein

müssen, die eine langgestreckte Form haben und in der Weise quellbar

sind, daß sie bei der Quellung kugelig werden. Allein diese Annahme

läßt sich einerseits wohl kaum begründen, anderseits ist sie auch

nicht imstande, die Tatsachen wirklich zu erklären. Trotz genauer

Untersuchung ist es nämlich nicht gelungen, im amöboiden Protoplasma

ähnliche doppeltbrechende Elemente zu finden, wie in den faserig

differenzierten Formen der kontraktilen Substanz. Die Beobachtung,

daß beim +Actinosphaerium+ die Pseudopodien einen doppeltbrechenden

Achsenstrang haben, ist nicht verwendbar, weil der Achsenstrahl der

+Actinosphaerium+-Pseudopodien überhaupt nichts mit der Kontraktion zu

tun hat, sondern nur eine Gleitbahn vorstellt, auf der das kontraktile

Protoplasma strömen kann, analog den Radiolarienskelettstrahlen, wie

sie besonders bei der Gruppe der +Acanthometriden+ sehr verbreitet

sind. Aber selbst wenn das kontraktile Protoplasma der Rhizopoden etc.

aus lauter langgestreckten und bei der Quellung kugelig werdenden

Elementen bestände, wäre auf Grund dieser Annahme das Ausstrecken so

außerordentlich langer und dünner fadenförmiger Pseudopodien, wie sie

die meisten Foraminiferen und Radiolarien und zahllose Rhizopodenformen

des Süßwassers charakterisieren, vollkommen unbegreiflich. Und dennoch

ist die Bildung dieser Pseudopodienformen nichts anderes als die

Ausstreckung der kürzeren, stumpfen oder zerfetzten Ausläufer einer

+Amöbe+ oder eines +Leukocyten+. Aber selbst die Bildung dieser

Pseudopodien kann man sich nach der ~Engelmann~schen Auffassung nicht

erklären. Wie sollte man sich das Zustandekommen einer auch nur

einigermaßen bemerkenswerten Formveränderung des +Amöben+körpers durch

bloße Streckung zahlloser, in ihrer Größe weit unter der Grenze der

Wahrnehmbarkeit befindlicher Elemente vorstellen, die, wie ~Engelmann~

selbst annimmt, regellos nach allen Richtungen durcheinanderliegen?

Diese Schwierigkeiten sind unüberwindlich.

Hier sind wir aber gerade bei dem Punkte angelangt, an dem das Problem

der Kontraktionsbewegungen am ersten mit Aussicht auf Erfolg in Angriff

genommen werden kann. In der amöboiden Zelle haben wir die primitivste

Form der kontraktilen Substanz; hier liegen die Verhältnisse unleugbar

viel einfacher als bei den faserig entwickelten Formen mit ihren

komplizierten Substanzdifferenzierungen. Dazu kommt noch, daß wir an

den freilebenden und verhältnismäßig großen Protoplasmamassen der

amöboiden Zellen unvergleichlich viel leichter die Bewegungen des

lebendigen Objekts experimentell untersuchen können, als an den sehr

kleinen Bestandteilen des Muskels, die, aus der Kontinuität mit den

Nachbarn getrennt, unfehlbar in kürzester Zeit zugrunde gehen.

Gehen wir daher aus von der amöboiden Bewegung der nackten

Protoplasmamassen[763]. Was allen Kontraktionsbewegungen gemeinsam

ist, das ist, wie wir früher[764] gesehen haben, der Wechsel von

zwei entgegengesetzten Phasen, einer Kontraktionsphase, bei der

die Oberfläche im Verhältnis zur Masse verkleinert wird, und einer

Expansionsphase, bei der die Oberfläche wieder vergrößert wird. Bei der

amöboiden Bewegung äußert sich die Expansionsphase in der Ausstreckung

und die Kontraktionsphase in der Einziehung der Pseudopodien und dem

Streben nach Kugelgestalt (Fig. 301). Der Wechsel zwischen beiden

bildet den Gesamtvorgang der amöboiden Bewegung. Stellen wir uns

daher zunächst einen nackten Protoplasmatropfen vor, etwa eine

+Amöben+zelle, so verhält sich, wie wir wissen, diese Protoplasmamasse

physikalisch wie eine Flüssigkeit. Ihre Bewegungen müssen also,

wie vor allem ~Berthold~[765] in konsequenter Weise für zahlreiche

spezielle Fälle durchgeführt hat, den allgemeinen Gesetzen tropfbarer

Flüssigkeiten gehorchen. Physikalisch betrachtet ist aber jede Bewegung

eines Flüssigkeitstropfens der Ausdruck von Veränderungen seiner

Oberflächenspannung, d. h. der Kohäsionsenergie, mit der sich bei einem

freischwebend gedachten Tropfen die einzelnen Teilchen untereinander

anziehen. Ist die Oberflächenspannung an allen Punkten der Oberfläche

gleich groß, so nimmt der Tropfen Kugelform an. Wird sie an einer

Stelle durch irgendwelche Vorgänge vermindert, so erfolgt hier infolge

des Druckes von den anderen Seiten her eine Vorwölbung des Tropfens,

die so lange wächst, bis ein neuer Gleichgewichtszustand hergestellt

ist. Wird die Oberflächenspannung an der vorgewölbten Stelle wieder

größer, so geht die Protuberanz in entsprechendem Maße wieder zurück.

Demnach ist die Kugelgestalt einer +Amöben+zelle der Ausdruck für

eine an der ganzen Oberfläche gleich große Oberflächenspannung, die

Ausstreckung von Pseudopodien an einzelnen Stellen der Oberfläche

das Kriterium für eine Verminderung der Oberflächenspannung an

diesen Punkten. +Das Problem der amöboiden Bewegung, in dieser Weise

präzisiert, gipfelt also in der Frage, aus welchen Bedingungen

heraus einerseits eine Verminderung der Oberflächenspannung

(Ausstreckung der Pseudopodien) und anderseits wieder eine Erhöhung

der Oberflächenspannung (Einziehung der Pseudopodien und Streben nach

Kugelform) zu stande kommt.+

[Illustration: Fig. 301. +Amöbe im Umriß.+ Im Innern liegt der Kern.

_A_ Pseudopodien nach verschiedenen Richtungen ausstreckend, _B_ in

einer Richtung kriechend, _C_ kugelig kontrahiert.]

Ueber +die Bedingungen für die Verminderung der Oberflächenspannung+

geben uns die bereits früher besprochenen Versuche ~Kühne~s[766] an

+Amöben+ und +Myxomyceten+ Aufschluß. Wenn ~Kühne~ einen Tropfen

mit +Amöben+ in ein sauerstofffreies Medium brachte, das im übrigen

indifferent war, wie etwa Wasserstoff, so blieb die amöboide Bewegung

allmählich stehen, und die +Amöben+ verharrten in den Gestalten, die

sie gerade beim Kriechen angenommen hatten. Ließ er aber nunmehr wieder

Sauerstoff hinzutreten, so begann die Bewegung von neuem, es wurden

neue Pseudopodien ausgestreckt, und die +Amöben+ krochen weiter. Nicht

minder deutlich sind die Versuche ~Kühne~s an Myxomycetenplasmodien.

Kühne brachte ein Klümpchen eines eingetrockneten

+Didymium+plasmodiums in ein Kölbchen, das mit sauerstofffreiem Wasser

gefüllt war. In diesem Zustande blieb jede Pseudopodienentwicklung

tagelang aus. Ließ er indessen einige kleine Luftblasen in das Kölbchen

hineintreten, so begann die Pseudopodienausbreitung sofort, und nach

fünf Stunden hatte sich das Protoplasmaklümpchen an der Innenwand des

Kölbchens zu einem reichverzweigten Netzwerk ausgestreckt. +Hiernach

liegt es auf der Hand, daß es die chemische Einfügung des Sauerstoffs

in die lebendige Substanz sein muß, welche die Oberflächenspannung an

bestimmten Stellen herabsetzt und so zur Pseudopodienbildung führt. Bei

einseitiger Einwirkung des Sauerstoffs muß dieses Prinzip zur positiven

Chemotaxis führen, wie sie auch tatsächlich durch+ ~Stahl~[767] +bei

nackten Protoplasmamassen nachgewiesen worden ist.+ Bezüglich der

Art und Weise, wie die Aufnahme des Sauerstoffs aus dem Medium die

Oberflächenspannung des Protoplasmatropfens vermindert, werden wir

uns jedenfalls zu denken haben, daß durch die chemische Einfügung

des Sauerstoffs in die lebendige Substanz mit der Veränderung der

chemischen Zusammensetzung die Kohäsion des Protoplasmas gelockert wird.

Daß durch chemische Beziehungen gewisser Bestandteile eines

Flüssigkeitstropfens zu Stoffen des umgebenden Mediums amöboide

Formveränderungen und Bewegungen des Tropfens hervorgerufen werden,

dafür haben wir übrigens ein sehr anschauliches Analogon in der

unbelebten Natur. Dasselbe liefern uns die interessanten Versuche von

~Gad~[768] über das Verhalten von Oeltropfen in alkalischen Medien,

die später auch von ~Quincke~[769] studiert worden sind. Bekanntlich

enthalten ranzige Fette und Oele zwischen den reinen Fett- und

Oelmolekülen auch Moleküle von freien Fett- resp. Oelsäuren. Bei

Berührung von freien Fett- resp. Oelsäuren mit Alkalien verbinden

sich aber beide zu löslichen Seifen. Bringt man daher einen ranzigen

Oeltropfen in eine schwach alkalische Flüssigkeit, so tritt an der

Berührungsfläche beider eine fortwährende Seifenbildung ein. Dadurch

wird die Oberflächenspannung lokal hier und dort vermindert, und es

erfolgt eine richtige Pseudopodienbildung des Oeltropfens. Durch

Abstufung der Alkaleszenz des Mediums und des Gehalts des Oeltropfens

an freien Säuren kann man die verschiedensten Ausbreitungsformen

erzeugen, von denen manche eine verblüffende Aehnlichkeit mit den

Pseudopodienformen bestimmter Rhizopoden besitzen (Fig. 302).

Auch die positive +Chemotaxis+ nackter Protoplasmamassen konnte

bei Berücksichtigung der hier entwickelten Bedingungen der

Oberflächenspannungsveränderungen experimentell an leblosen Objekten

nachgeahmt werden. So hat neuerdings ~Rhumbler~[770] positive

Chemotaxis von Ricinuströpfchen nach Chloroform oder Nelkenöl oder

5-proz. Kalilauge hergestellt, indem er sie in ein Medium von 80-proz.

Alkohol brachte. Hier krochen die Ricinusöltröpfchen genau wie die

Leukocyten im Wirbeltierkörper in Kapillarröhrchen hinein, die mit den

chemotaktisch wirkenden Stoffen angefüllt waren. Ebenso hat später

~Bernstein~[771] an Quecksilbertropfen künstlich eine chemotaktische

Bewegung erzeugt, indem er sie in verdünnte Schwefelsäure setzte und

in einige Entfernung einen Kristall von Kaliumbichromat brachte, das

sich allmählich auflöst, an den Quecksilbertropfen herandiffundiert

und als einseitiger Reiz lokal die Oberflächenspannung des Tropfens

unter Bildung eines Niederschlages von Quecksilberchromat herabsetzt,

so daß eine positiv chemotaktische Bewegung des Tropfens nach dem

Kaliumbichromat erfolgt.

[Illustration: Fig. 302. +Verschiedene Ausbreitungsformen von

Oeltropfen in alkalischer Flüssigkeit.+]

Kann demnach durch chemische Beziehungen gewisser Teilchen

eines Tropfens zu Stoffen des umgebenden Mediums die

Oberflächenspannung +vermindert+ werden, so muß umgekehrt eine

Oberflächenspannungs+vermehrung+ zustande kommen durch gesteigerte

Anziehung zwischen den Teilchen des Tropfens. Eine solche

Steigerung der Kohäsion zwischen den Bestandteilen des Protoplasmas

wird verständlich, wenn wir daran denken, daß ja die Stärke der

Molekularattraktion durch Veränderungen der chemischen Konstitution der

Moleküle beeinflußt wird. Oben hatten wir gesehen, daß die Kohäsion

durch die chemische Einfügung des Sauerstoffs in die lebendige Substanz

vermindert wird. Tritt nunmehr der Zerfall der Biogenmoleküle ein,

so liegt wohl die Vorstellung nahe, daß diese tiefgehende chemische

Veränderung wieder mit einer Zunahme der Kohäsion verbunden ist.

[Illustration: Fig. 303. +Difflugia lobostoma mit zwei aus dem

Sandgehäuse tretenden Pseudopodien, von denen das größere durch einen

Schnitt abgetrennt wird.+ Daneben von links oben bis rechts unten

die Veränderungen, welche die abgeschnittene Protoplasmamasse im

Verlauf einiger Stunden durchmacht. Zuerst normale Bewegung durch

Pseudopodienbildung, schließlich Absterben in der Kugelform.]

Auf Grund dieser Vorstellung würden wir uns etwa folgendes Bild von dem

Mechanismus der amöboiden Protoplasmabewegung machen können. Gehen wir

aus von der Kugelform der amöboiden Zelle, so würde durch die chemische

Einfügung des Sauerstoffs in das Protoplasma an einer beliebigen

Stelle der Peripherie die Oberflächenspannung lokal herabgesetzt

werden, das Protoplasma würde sich vorbuchten, und da hierdurch immer

neue Protoplasmamassen mit dem Sauerstoff des umgebenden Mediums in

Berührung kämen, würde sich je nach der eigentümlichen Beschaffenheit

des Protoplasmas ein mehr oder weniger langes Pseudopodium bilden.

Das wäre die Mechanik der Expansionsphase. Durch die Einfügung des

Sauerstoffs hätte dann die lebendige Substanz den Höhepunkt ihrer

labilen Konstitution erreicht. Sie würde in gewissem Grade schon

spontan zerfallen, in höherem Maße aber bei Einwirkung dissimilatorisch

erregender Reize. Mit ihrem Zerfall würde die Oberflächenspannung

wieder größer, und so müßte das gereizte Protoplasma in zentripetaler

Richtung wieder zurückfließen, so daß das Pseudopodium sich einzöge,

ein Vorgang, der ja durch die verschiedensten Reize in so überaus

charakteristischer Weise hervorgerufen wird. Das wäre die Mechanik der

Kontraktionsphase. Nach ihrer Rückkehr zum zentralen Zellkörper hätten

die Protoplasmamassen Gelegenheit, sich mit Hilfe der vom Protoplasma

und Zellkern produzierten Stoffe, die zum intakten Leben der Zelle

unumgänglich notwendig sind, wieder zu regenerieren, um dann nach

Einfügung des Sauerstoffs ihren Weg von neuem zu beginnen.

Durch den Aufbau und Zerfall der Biogenmoleküle würden diese

abwechselnden Veränderungen in der Kohäsion des Protoplasmas, die zur

Entstehung der Expansions- oder Kontraktionsphase führen, vollkommen

verständlich werden, mag man nun die Einfügung des Sauerstoffs in das

Biogenmolekül selbst als den kohäsionsherabsetzenden und den oxydativen

Zerfall des Biogenmoleküls als den kohäsionserhöhenden Faktor annehmen

oder mag man die Kohäsionsverminderung erst mit der Oxydation der

Zerfallsprodukte des Biogenmoleküls und die Kohäsionserhöhung mit der

Entstehung dieser Produkte verbunden denken.

Auf Grund der hier entwickelten Vorstellung werden ferner

alle speziellen Vorgänge, die sich bei der Bewegung amöboider

Protoplasmamassen zeigen, verständlich. Vor allem erklären sich daraus

auch ohne weiteres die Nekrobiose-Prozesse nackter Protoplasmamassen,

wie man sie z. B. bei den abgeschnittenen, kernlosen, hyalinen

Pseudopodien von +Difflugien+ etc. sehr schön verfolgen kann

(Fig. 303): das anfängliche Fortbestehen der amöboiden Bewegung,

das allmähliche Aufhören der Pseudopodienbildung und endlich das

Absterben im kugeligen Kontraktionszustande[772]. Anfangs, gleich

nach dem Abschneiden der Masse, stehen noch eine Menge der Kern- und

Protoplasmastoffe, welche die Biogenmoleküle zu ihrer Regeneration

brauchen, im Protoplasma zur Verfügung. Die Ausstreckung und

Einschmelzung der Pseudopodien geht daher anfangs wie vorher noch

ungestört weiter. Allmählich werden diese Stoffe aber verbraucht,

die Biogenmoleküle zerfallen, die Pseudopodien ziehen sich ein, die

Regeneration der Biogene wird unmöglich, die Sauerstoffaufnahme sinkt.

Es werden daher keine neuen Pseudopodien mehr gebildet, und wenn alle

Biogenmoleküle zerfallen sind, stirbt die Masse ab, ohne mehr ihre

Kugelform zu verändern.

[Illustration: Fig. 304. +Muskelsegmente in der Ruhe und in der

Kontraktion.+ _I_ In der Ruhe, _II_ in der Kontraktion; _A_ in

gewöhnlichem, _B_ in polarisiertem Licht. _a_ Anisotrope, _i_ isotrope

Schichten.]

[Illustration: Fig. 305. +Muskelsegmente von der Wespe mit den Röhrchen

der anisotropen Substanz.+ _a_ Anisotrope Schicht von oben gesehen, _b_

von der Seite, _c_ drei Muskelsegmente. Nach ~Schäfer~.]

Die hier entwickelte Vorstellung vom Mechanismus der amöboiden

Protoplasmabewegung hat aber zugleich auch den großen Vorteil, daß sich

ihre Prinzipien unter Berücksichtigung der besonderen Verhältnisse

im einzelnen Falle auf sämtliche andere Kontraktionsbewegungen, auf

die Protoplasmaströmung in den Pflanzenzellen ebenso wie auf die

Flimmerbewegung und auch auf die Muskelbewegung anwenden lassen. Wir

wollen hier nur noch den kompliziertesten Fall, die Bewegung der

quergestreiften Muskeln, kurz herausgreifen. Beim Muskel müssen wir

das einzelne Muskelsegment ins Auge fassen, denn der Bewegungsvorgang

spielt sich schon an jedem einzelnen Muskelsegment ab. Wie wir bereits

früher sahen[773], besteht das Muskelsegment aus zwei verschiedenen

Substanzen, der in der Mitte gelegenen, festeren anisotropen Substanz

und der zu beiden Seiten der letzteren aufgelagerten isotropen Substanz

(Fig. 304). Die mikroskopisch sichtbaren Veränderungen bei der

Kontraktion und Expansion, wie sie ~Engelmann~[774] u. a. bis in die

Einzelheiten festgestellt haben, bestehen im wesentlichen darin, daß

bei einer auf Reizung erfolgenden Kontraktion isotrope Substanz von

beiden Seiten in die anisotrope hineinfließt, so daß die anisotrope an

Volumen zunimmt. Dadurch nimmt die Höhe des ganzen Segments ab, die

Breite dagegen zu. Dabei ist die Tatsache beachtenswert, die ~E. A.

Schäfer~[775] fand, daß die anisotrope Substanz, die ihren Ort nicht

verändert, durch das bereits früher[776] erwähnte Röhrchensystem (Fig.

305) dem Zuflusse der isotropen Stoffe eine möglichst große Oberfläche

darbietet. Die so entstehende Formveränderung des Muskelsegments

repräsentiert eine Verringerung der Oberfläche bei gleichbleibender

Masse im Sinne einer größeren Annäherung an die Kugelgestalt. Stellen

wir uns nun vor, daß durch den explosiven Zerfall der Biogene bei der

Kontraktion die Kohäsionsverhältnisse im Muskelsegment sich so ändern,

daß die Oberflächenspannung des Muskelsegments größer wird, so würde

damit die Formveränderung des Segments, d. h. die Kontraktionsphase

der Bewegung nach denselben Prinzipien verständlich werden wie die

Annahme der Kugelgestalt nach Reizung bei einer Amöbe. Indem dabei

isotrope Substanz mit anisotroper Substanz sich mischt, sind für

die Restitution der zerfallenen Biogenmoleküle günstige Bedingungen

gegeben und nehmen wir an, daß die Sauerstoffzufuhr ohne die ja eine

vollständige Erholung des Muskels nicht stattfindet, die Kohäsion wie

bei der Amöbe wieder vermindert, so ist damit auch das Verständnis

für die Entstehung der Expansionsphase ermöglicht. Mögen sich nun

auch die Vorgänge, die sich ja zurzeit noch vollständig unserer

Kenntnis entziehen, im einzelnen etwas anders abspielen, jedenfalls

scheint das Prinzip der Beeinflussung der Molekularattraktion durch

die Veränderungen der chemischen Konstitution der Moleküle, dasselbe

Prinzip, das die amöboide Bewegung verständlich macht, auch imstande zu

sein, künftig den noch so dunklen Vorgang der Muskelbewegung in seinen

wesentlichen Punkten aufzuhellen. Auch ~Bernstein~[777] übrigens, der

sich früher dieser Auffassung der Muskelkontraktion nicht angeschlossen

hatte, ist in neuester Zeit zu dem Ergebnis gelangt, daß die

Muskelkontraktion auf der Entwicklung einer durch chemische Prozesse

erzeugten Oberflächenenergie beruhe. Er nimmt dabei als Entstehungsort

der erhöhten Oberflächenspannung in der Muskelfaser die Grenzfläche

zwischen der Substanz der Primitivfibrillen und des Sarkoplasmas an.

Mag das zutreffen oder nicht, jedenfalls handelt es sich um das gleiche

Prinzip der Umsetzung von chemischer Energie in Oberflächenenergie.

Hier mündet aber unsere Betrachtung des Mechanismus der

Kontraktionsbewegungen von selbst wieder in unsere Vorstellung von

dem Energiewechsel bei der Muskeltätigkeit ein, und wir sind wieder

zu derselben Auffassung gelangt, die wir auf einem ganz anderen Wege

bereits gewonnen hatten, +daß nämlich die Tätigkeit des Muskels auf dem

Wechsel von Zerfall und Regeneration der lebendigen Protoplasmateilchen

beruht+.

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Wir stehen jetzt am Ende unserer Untersuchungen über die Mechanik des

Zelllebens. Ausgehend von der Vorstellung, daß im Stoffwechsel der

eigentliche Lebensvorgang liegt, dessen Ausdruck die mannigfachen

Lebensäußerungen sind, mußten wir die elementaren Lebensäußerungen

der Zelle auf die Kette der Stoffwechselvorgänge, durch welche die

einzelnen Teile der Zelle untereinander und mit der Außenwelt verbunden

sind, zurückzuführen suchen, und gerade unsere letzten Erörterungen

über die Bewegungsvorgänge an der Zelle liefern uns das beste Beispiel

dafür, wie die Vorgänge des Formwechsels und Energiewechsels untrennbar

mit den Vorgängen des Stoffwechsels verknüpft sind, wie alle drei

in Wirklichkeit ein einziges Ganzes bilden, das nur der Betrachtung

verschiedene Seiten bietet. Soweit es unsere wissenschaftlichen

Erfahrungen bisher ermöglichen, haben wir unsere Aufgabe zu lösen

gesucht. Freilich hat dabei manche Vermutung, manche Hypothese die

weiten Zwischenräume zwischen den bisherigen Kenntnissen ausfüllen

müssen, und manche empfindliche Lücke bleibt trotzdem noch offen. Aber

die Zellularphysiologie ist eben erst im Entstehen begriffen, und die

eiserne Notwendigkeit ihrer Entwicklung, verbunden mit ihrer großen

Leistungsfähigkeit, ermutigen zu den höchsten Erwartungen.

Allgemeine Physiologie · 第 253 / 283 题