I. Thermische Reize.

Eine der wesentlichsten Bedingungen für die Lebensthätigkeit des

Protoplasma ist die Temperatur der Umgebung. Es gibt eine obere und

eine untere Grenze derselben, deren Ueberschreitung in allen Fällen

den sofortigen Tod des Protoplasma zur Folge hat. Dieselbe ist

allerdings nicht immer ein und dieselbe für alle Protoplasmakörper.

Einige vermögen einen geringeren, andere einen grösseren Widerstand

extremeren Temperaturgraden entgegenzusetzen.

Das +Maximum der Wärme+ bewegt sich gewöhnlich für thierische

und pflanzliche Zellen um 40 °C. herum. Schon eine Einwirkung

von wenigen Minuten genügt, um im Protoplasma Verquellungen und

Gerinnungen und dadurch eine Zerstörung der reizbaren Structur und

des Lebens überhaupt hervorzurufen. Amöben, in Wasser von 40 °C.

gebracht, sterben sofort ab, indem sie ihre Pseudopodien einziehen

und „sich in eine kugelförmige, scharf und doppelt conturirte Blase

umwandeln, welche einen grossen, trüben, in durchfallendem Licht

bräunlich aussehenden Klumpen einschliesst.“ (Kühne IV. 15.) Die

gleiche Temperatur hat, wie man sich kurz ausdrückt, den „Wärmetod“

bei Aethalium septicum unter eintretender Coagulation zur Folge.

Für Actinophrys dagegen liegt die Grenze, wo augenblicklicher Tod

eintritt, bei 45° und für Zellen von Tradescantia und Vallisneria

erst bei 47–48 °C. (Max Schultze I. 29).

Auf viel höhere Temperaturen ist das Protoplasma bei einzelnen

Organismen angepasst, die in heissen Quellen vegetiren. Im Carlsbader

Sprudel fand Cohn Leptothrix und Oscillarien bei 53 °C. und Ehrenberg

beobachtete ebenso Algenfilze in warmen Quellen von Ischia.

Aber auch damit ist die oberste Temperaturgrenze, bei welcher sich

lebende Substanz eine Zeit lang zu erhalten vermag, noch nicht

erreicht. Denn endogene Sporen von Bacillen, welche ausserordentlich

derbe Hüllen besitzen, bleiben keimfähig, wenn sie vorübergehend in

Flüssigkeit auf 100° erhitzt werden; manche ertragen 105° bis 130°

(de Bary IV. 5a pag. 41). Trockene Hitze von 140° vernichtet erst bei

dreistündiger Einwirkung mit Sicherheit alles Leben.

Viel schwieriger als die obere ist die +untere Temperaturgrenze+, durch

welche unmittelbar der „+Kältetod+“ herbeigeführt wird, zu bestimmen.

Im Allgemeinen wirken Temperaturen unter 0° weniger schädlich auf das

Protoplasma ein, als hohe Temperaturen. Bei Echinodermeneiern, die sich

in den Vorstadien zur Theilung befinden, wird zwar der Theilungsprozess

momentan unterbrochen, wenn sie in eine Kältemischung von −2–3 °C.

gebracht werden (IV. 12), spielt sich dann aber in normaler Weise

weiter ab, wenn man die Eier nach viertelstündiger Dauer der Abkühlung

langsam wieder erwärmt. Ja selbst bei 2stündiger Abkühlung erfährt ein

grosser Theil der Eier keine andauernde Schädigung. Pflanzenzellen

können gefrieren, so dass Eiskrystalle im Zellsaft anschiessen, und

zeigen, wenn sie allmählich aufgethaut werden, wieder das Phänomen der

Protoplasmaströmung (IV. 15).

Durch das plötzliche Gefrieren treten im Protoplasma von Pflanzenzellen

erhebliche Formveränderungen ein, werden aber beim Aufthauen wieder

rückgängig gemacht. Als Kühne (IV. 15) Tradescantiazellen in einer

Kältemischung von −14 °C. etwas länger als 5 Minuten gefrieren

liess, fand er bei der Untersuchung in Wasser an Stelle des normalen

Protoplasmanetzes eine grosse Zahl gesonderter, runder Tropfen und

Klümpchen. Diese begannen aber schon nach wenigen Secunden eine

lebhafte Bewegung zu zeigen, nach einigen Minuten sich zu verbinden

und bald wieder in ein in lebhafter Strömung befindliches Netzwerk

überzugehen.

Einen zweiten Versuch beschreibt Kühne in folgender Weise: „Legt man

ein Präparat mit Tradescantiazellen mindestens während einer Stunde in

einen mit Eis auf 0° abgekühlten Raum, so zeigt ihr Protoplasma bereits

eine Neigung zum Zerfallen in einzelne Tröpfchen. Wo noch ein Netzwerk

existirt, ist es aus ausserordentlich feinen Fäden gebildet, die nur

stellenweise mit grösseren Kugeln und Tropfen besetzt sind. Viele freie

Kugeln befinden sich unabhängig davon in der Zellflüssigkeit, wo sie

unter lebhaften, zuckenden Bewegungen, ohne ergiebige Ortsbewegungen

zu machen, sich um ihre Axe drehen. Wenige Minuten später vereinigen

sich jedoch diese freien Kugeln mit den feinen Fäden oder verschmelzen

mit anderen daran hängenden Kugeln, bis das Bild des fliessenden

Protoplasmanetzes völlig wieder hergestellt ist.“

Bei den Pflanzen ist im Allgemeinen die Widerstandskraft gegen Kälte

um so grösser, je wasserärmer die Zellen sind: lufttrockene Samen

und Winterknospen, deren Zellen fast rein protoplasmatisch sind,

können sehr hohe Kältegrade ertragen, während junge Blätter mit ihren

saftigen Zellen schon bei Nachtfrösten absterben. Doch auch die

verschiedene specifische Organisation der einzelnen Pflanzen, resp.

ihrer Zellen, bedingt eine sehr ungleiche Widerstandskraft gegen

Kälte, wie die tägliche Erfahrung lehrt (Sachs IV. 32b).

Ausserordentlich hohe Kältegrade können Mikroorganismen aushalten.

Wie +Frisch+ fand, wird die Entwicklungsfähigkeit von Bacillus

anthracis sowohl von Sporen als auch von vegetativen Zellen nicht

beeinträchtigt, wenn sie bei −110 °C. in Flüssigkeit eingefroren und

nachher wieder aufgethaut werden.

Noch ehe die oben für einzelne Fälle näher angegebenen, extremen

Temperaturgrenzen erreicht werden, welche den unmittelbaren Wärme-

oder Kältetod des Protoplasmas zur Folge haben, tritt schon zuvor

eine Erscheinung ein, welche man als +Wärmestarre+ oder

+Wärmetetanus+ und als +Kältestarre+ bezeichnet. Man

versteht darunter einen Zustand, in welchem die Eigenschaften des

Protoplasmas, in denen sich sein Leben bethätigt, namentlich alle

Bewegungserscheinungen, aufgehoben sind, so lange eine bestimmte

Temperatur einwirkt, aber bei geeigneter Veränderung derselben nach

einer Periode der Erholung wiederkehren.

Die Kältestarre stellt sich gewöhnlich bei Temperaturen ein, die sich

um 0° herum bewegen; die Wärmestarre erfolgt einige Grade tiefer,

als das Wärmemaximum beträgt, bei welchem das Protoplasma sofort

abstirbt. In beiden Fällen verlangsamt sich die Protoplasmabewegung

mehr und mehr und hört bald ganz auf. Amöben, Rhizopoden, weisse

Blutkörperchen ziehen ihre Ausläufer ein und wandeln sich in kugelige

Klümpchen um. Pflanzenzellen gewinnen häufig das schon oben mit

den Worten von Kühne beschriebene Aussehen. Langsame Erhöhung der

Temperatur bei Kältestarre, Erniedrigung derselben bei Wärmestarre

lässt die Lebenserscheinungen zur Norm zurückkehren. Hält freilich

der Starrezustand lange Zeit an, so kann er zum Tod führen, und zwar

wird durchgängig Kältestarre viel länger und besser als Wärmestarre

vertragen. Beim Absterben gerinnt und trübt sich das Protoplasma und

beginnt unter Quellungserscheinungen bald zu zerfallen.

Zwischen Kälte- und Wärmestarre liegt ein Gebiet, in welchem sich

je nach der Höhe der Temperatur die Lebensprocesse mit ungleicher

Intensität abspielen. Namentlich sind es die Bewegungen, welche

sich mit verschiedener Schnelligkeit vollziehen. Sie nehmen bei

Steigerung der Wärme bis zu einem bestimmten Maximum zu, welches

mit einem bestimmten Temperaturgrad zusammenfällt, den man als

+Temperaturoptimum+ bezeichnet. Dasselbe liegt immer mehrere

Grad unter der Temperaturgrenze, bei welcher die Wärmestarre

erfolgt. Wenn die Erwärmung noch über das Temperaturoptimum hinaus

wächst, so hat sie eine immer mehr zunehmende Verlangsamung der

Protoplasmabewegung zur Folge, bis endlich der Punkt erreicht ist, an

welchem der Starrezustand einsetzt.

Ein wichtiges Object, an welchem man den Einfluss der Erwärmung

studirt hat, sind die weissen Blutkörperchen, wobei man sich am

besten des heizbaren Objecttisches von Max Schultze oder des

Sachs’schen Wärmekastens bedient. Im frisch entleerten Tropfen

Blut zeigen sie kugelige Gestalt und sind bewegungslos; unter

den entsprechenden Vorsichtsmaassregeln erwärmt, beginnen sie

langsam Pseudopodien auszustrecken und sich fortzubewegen; ihre

Formveränderung wird um so lebhafter, je mehr die Temperatur bis

zu dem jeweiligen Optimum zunimmt. Bei Myxomyceten, Rhizopoden und

Pflanzenzellen äussert sich die Zunahme der Erwärmung in einer

Beschleunigung der Körnchenströmung. So legten nach Messungen von

Max Schultze (I. 29) die Körnchen bei den Haarzellen von Urtica und

Tradescantia bei gewöhnlicher Temperatur einen Weg von 0,004–0,005

mm in der Secunde zurück, bei Erwärmung bis auf 35 °C. einen Weg von

0,009 mm in der Secunde. Bei Vallisneria liess sich die Circulation

bis 0,015 mm und bei einer Charaart sogar bis 0,04 mm in der Secunde

beschleunigen. Zwischen langsamer und beschleunigter Bewegung kann

die Differenz so gross sein, dass im ersten Falle die Länge eines

Fusses etwa in 50 Stunden, im zweiten Fall in ½ Stunde durchlaufen

wird.

Nägeli (III. 16) hat für die Geschwindigkeitszunahme der

Körnchenströmung in den Zellen von Nitella bei Zunahme der Temperatur

folgende Werthe erhalten: Um einen Weg von 0,1 mm zurückzulegen,

brauchte die Plasmaströmung 60 Secunden bei 1 °C., 24 Secunden bei

5 °C., 8 Secunden bei 10 °C., 5 Secunden bei 15 °C., 3,6 Secunden

bei 20 °C., 2,4 Secunden bei 26 °C., 1,5 Secunden bei 31 °C., 0,65

Secunden bei 37 °C. Aus diesen Zahlen geht hervor, dass „die Zunahme

der Geschwindigkeit für jeden folgenden Grad einen kleineren Werth

darstellt“. (Nägeli, Velten.)

Bemerkenswerth ist endlich noch das Verhalten der Protoplasmakörper

gegen plötzliche, grössere Temperaturschwankungen und zweitens gegen

einseitige oder ungleiche Erwärmung.

Die +Temperaturschwankungen+ können entweder positive

oder negative sein, d. h. sie können auf einer Erhöhung oder

Erniedrigung der Temperatur beruhen; die Folge eines solchen

grösseren, thermischen Reizes ist vorübergehender Stillstand der

Bewegung. Nach einiger Zeit der Ruhe kehrt die Bewegung wieder

und nimmt dann die der Temperatur entsprechende Geschwindigkeit

an. (Dutrochet, Hofmeister, De Vries.) Velten (IV. 38) bestreitet

die Richtigkeit dieser Beobachtungen. Nach seinen Experimenten

rufen Temperaturschwankungen innerhalb der Grenzwerthe weder eine

Sistirung noch eine Verlangsamung der Protoplasmabewegung hervor,

sondern es wird sofort die der betreffenden Temperatur zukommende

Geschwindigkeit herbeigeführt.

Ueber die Folgen +ungleicher Erwärmung+ hat +Stahl+ (IV.

35) sehr interessante Versuche an den Plasmodien von Myxomyceten

angestellt. Wenn an solchen, während sie sich netzartig auf einer

Unterlage ausgebreitet haben, nur ein Theil abgekühlt wird, so

wandert das Protoplasma aus dem abgekühlten Theil allmählich in den

wärmern hinüber; der eine Theil des Netzes schrumpft ein, der andere

schwillt an. Man kann den Versuch in der Weise vornehmen, dass man 2

Bechergläser dicht neben einander stellt und das eine mit Wasser von

7°, das andere mit Wasser von 30° Wärme füllt, und über ihre sich

berührenden Ränder einen nassen Papierstreifen, auf welchem sich ein

Plasmodium ausgebreitet hat, in der Weise legt, dass das eine Ende

in das kühlere, das andere in das wärmere, auf constanter Temperatur

erhaltene Wasser taucht. Nach einiger Zeit ist das Plasmodium durch

zweckentsprechendes Einziehen und Ausstrecken seiner Protoplasmafäden

nach dem ihm zusagenden Medium hinübergekrochen.

In dieser Weise führen freilebende Protoplasmakörper wohl überhaupt

Bewegungen aus, die den Stempel des Zweckmässigen an sich tragen,

weil sie zugleich zur Erhaltung des Organismus dienen. Die Lohblüthe

wandert im Herbst in Folge der Abkühlung der Luft mehrere Fuss

tief in die wärmeren Schichten des Lohhaufens hinein, um dort zu

überwintern. Im Frühjahr erfolgt dann wieder bei eingetretener

Erhöhung der Lufttemperatur die Bewegung in entgegengesetzter

Richtung nach den nun wieder mehr erwärmten, oberflächlichen

Schichten.

Die Zelle und die Gewebe (Vol. 1/2) · 第 100 / 170 题