Experimentelle Untersuchungen über die Kompetenzverhältnisse früher Entwicklungsstadien des Amphibien-Ektoderms

Wilhelm Roux' Archiv 160, 344 374 (1968)

Experimentelle Untersuchungen fiber die Kompetenzverh~ihnisse

frfiher Entwicklungsstadien des Amphibien-Ektoderms Ho~sT G~c~z

Zoologisches Institut der Universit~t KSln

Eingegangen am 31. Oktober 1967

Experimental Studies on Competence in Early Development el Amphibian Ectoderm

Summary. The inductive effect of lithium chloride was examined on isolated presumptive ectoderm from different developmental stages (16--32-ce]1 stage up to the early middle gastrula stage) of Triturus vulgaris and Ambystoma mexicanum. The following results were obtained:

1. ~qearly the same temporal sequence of differentiation tendencies were found for treated ectoderm of comparable stages of Ambystoma- and Triturus ectoderm. The lithium treatment brought about mesodermal differentiations in the morula stage up to the early gastrula stage (at Triturns also two cases in the 16--32-cell stage). The most frequent and largest mesodermal inductions were obtained in the middle and late blastula.

2. In beth species entoderma] differentiations were formed in all examined stages. Entodermal inductions decreased in the late blastula to the early middle gastrula. In the morula, early blastula and in the early middle gastrula ectoderm of Ambystoma and Triturus entodermal differentiations appeared independent of mesodermal tissues.

3. There are clear differences in the degree of the differentiation of entodermal structures in relation to the developmental stage. Intestine and peripheral entoderm were more frequent in the older stages than in the earlier ones.

4. Comparing the results of Ambystoma and Tritttrus there are significant differences with respect to the regionality of the induced tissue complexes. Amby- stoma ectoderm forms entodermal and spinoeaudal structures, while Triturus ~toderm brings about entodermal, mesodermal and deuterencephalic inductions. The parts and the composition of the analyzed tissue formations correspond with certain regions of the young larva. Thus the treated ectoderm of Ambystoma forms tissues corresponding to the region of the taft, while Triturus ectoderm produces differentiations of the posterior and middle part of the trunk of the young larva.

Zusammen/azsung. In den verliegenden Untersuchungen warde pr~sumptives Ektoderm Keimen yon Ambystoma mexicanum und Triturus vulgaris im 16--32- Zellstadium bis zur friihen mittleren Gastrula entnommen and mit Lithium- chloridl6sung behandelt. Dabei wurden folgende Ergebnisse erzielt:

1. Beziiglich der mesodermalen Differenzierungs]eistungen konnte sowohl fiir Ambystoma- als auch ffir Triturusektoderm grunds~tzlich eine ~hnliche zeitliche Reaktionsbereitschaft verzeichnet werden. Mesodermale Differenzierungen warden vom Morulastadium (bei Tritarus in zwei ~Ellen auch im 16--32-Zellstadium) bis zttr friihen Gastrula gebildet. In der mittferen und sp~ten Blastula realisierte

Experimentelle Untersuchungen des Amphibienektoderms 345

Triturus- und Ambystomaektoderm die meisten und umfangreichsten mesodermalen Induktionsgebilde.

2. Entodermale Differenzierungen wurden bei beiden Urodelenarten in allen untersuehten Entwicklungsstadien verwirklicht. Zur fffihen mittleren Gastrula wird eine Abnahme der entodermalen Induktionsgebflde beobachtet. In der Morula, friihen Blastula und in der fr/ihen mittleren Gastrula werden in wenigen Explan- talon bei beiden Spezies entodermale Differenzierungen unabhi~ngig yon mesodermalen Induktionsgebilden hervorgerufen.

3. Die entodermalen Strukturen weisen hinsichtlich des Differenzierungsgrades betr~ehtliehe Unterschiede in Abh/~ngigkeit yon dem Entwicklungsstadium auf, in dem Lithiumehlorid einwirken konnte. Gut differenzierte Darmstrukturen und peripheres Entoderm werden in den /ilteren Stadien h~ufiger als in den frfihen realisiert.

4. Beim Vergleich der Ergebnisse yon Ambystoma und Triturus kSnnen betr/~ehtliche Unterschiede beziiglich der induzierten Organkomplexe verzeiehnet werden. W~hrend Ambystomaektoderm entodermale und spinocaudale Strukturen bildete, verwirkliehte Triturusektoderm entodermale, mesodermale und deuter- enceph~le Differenzierungen. Die analysierten Strtrkturen k5nnen in ihrer Zu- sammensetzung und in ihrer Anordnung mit bestimmten Regionen in der jungen Larve verglichen werden. So entsprachen die induzierten Organkomplexe bei Ambystom~ der hinteren Rumpf- und Schwanzregion, bei Triturus der vorderen und mittleren Rumpffegion des jungen Larvenstadiums.

Einleitung Frfihere Untersuchungen hatten sich vor allem mit der K1/~rung der

neuralen Induktionsvorg/inge w/ihrend der frfihembryonalen Entwick- lung beschiiftigt. Sowohl in vitro als auch in vivo durchgefiihrte Versuche konnten zeigen, da]3 die Reaktionsbereitschaft des Ektoderms beim Wirbeltierkeim fiir neurale Induktionsgebilde nach einem Maximum in der friihen Gastrula im Lanfe der Gastrulation verlorengeht (L~H~A~, 1929; HOLTr~Tnl~, 1938; G~LLEI~A, 1952; C~UA~r 1955; NI~UW- ~OOr, 1958).

Seit den Untersuchungen Toivocc~ss (1953a, 1953b), dab Meer- schweinchenknochenmark im Ektoderm fast ausschliel~lich mesodermale Differenzierungen induziert, versuchte man auch eine grSl~ere Einsicht in die mesodermalen Induktionsvorgiinge zu bekommen. T s ~ r (1963b) stellte anhand ihrer Ergebnisse bei Triturus (Cynops) orientalis eine Reaktionsbereitschaft der pr~sumptiven Epidermis ffir mesodermale Induktionen bis zur frfihen mittleren Gastrula (hufeisenfSrmiger Ur- r o u n d : H a r r i s o n 11) lest, w/~hrend LEIKOLA (1963, 1965) bis zum mittleren Dotterp~ropfstadium (Harrison 12)mesodermale Differen- zierungen erhielt. Weiterhin konnten Untersuchungen yon YA~ADA (1958), TAKA!rA und YA~ADA (1960) und TsmcG (1963b) zeigen, dal3 unter dem Einflul~ you Knochenmark neben mesodermalen auch entodermale Strukturen verwirklicht werden.

Ein neuer Weg zur K1/~rung der Differenzierung yon mesodermalen Induktionsgebflden wurde in den Untersuchungen yon MASVI ein- geschlagen. Im Sandwich-Versuch mit Ektoderm yon Triturus (Cynops)

346 H. G~uNz:

pyrrhogaster konnte MAsuI (1956, 1959, 1960a, 1960b, 1960c) zeigen, da]3 sich durch gleiehzeitige Behandlung mit einem rein neuralen Induk- tor (vorderer Bereieh des Urdarmdaches) und Lithiumehlorid die regio- hale Spezifit~t der erzeugten Induktionen gndert. Es wurden nan anstelle yon archencephalen hauptsiichlich deutereneephale Gebilde induziert.

Unerwartete Ergebnisse fanden sieh bei den Kontrollserien: das Ektoderm, das lediglich mit Lithiumchlorid, jedoeh ohne Chordamesoderm als Induktor, behandelt wurde, hat te mesodermale und entodermale Strukturen gebildet (MAstlI, 1961; 0GI, 1961).

G]~BHAlCI)T und /qI~CWKOOP (1964) bezogen in flare Untersuchun- gen zur Analyse der mesoderma]en Kompetenzverh~ltnisse auch frfihe Entwieldungsstadien (Blastulastadien) ein. Bemerkenswer~ war die Tat- saehe, daI~ bei Lithiumchloridbehandlung bereits in der mittleren Bla- stula (Harrison 8) bei Ambystoma mexicanum die Kompetenz ffir mesodermale Induktionen im Ektoderm vorhanden ist. Bis zur fffihen mittleren Gastrula (Harrison 11) konnten mesodermale und gleichzeitig entodermale Strukturen realisiert werden.

Das Ektoderm yon Ambystoma und Triturus ist demnach fghig, unter dem Einflul3 bestimmter Induktoren neben neuralen Strukturen auch mesodermale und entodermale Differenzierungen zu bflden. Dabei lassen die einzelnen Entwicklungsstadien eine unterschiedlich grol~e Reaktionsbereitschaft des Ektoderms hinsichtlieh der Realisierung der einzelnen 0rgansysteme erkennen. I)iese Ergebnisse wurden in erster Linie an pr~sumptiven Ektoderm yon Blastula- und Gastrulastadien gewonnen.

Ffir eine weitere Analyse der Potenzen im Ektoderm sehien es wiinschenswert, auch jfingere Entwicklungsstadien (16--32-Zellstadium, Morula, frfihe Blastula) in die Untersuchungen einzubeziehen. Da durch Lithiumchloridbehandlung neben mesodermalen auch entodermale Strukturen aus dem pri~sumptiven Ektoderm entstehen kSnnen, sollte versucht werden, vor allem Auskunft fiber die entodermalen Differen- zierungstendenzen sowohl in frfihen als aueh in sp~teren Entwicklungs- stadien zu erhalten. Da versehiedene Untersuchungen (HoLT~ETER, 1944, 1945, 1947; V. WO~LW~T~, 1952; Eu 1954; J o ~ , 1956a, 1956b, 1961, 1964a, 1964b; E~GLXNDE~, 1962a, 1962b; TS~G, 1963b; LEIKOLA, 1965) betri~chtliehe speziesabhs Untersehiede beziiglich der Reaktionsbereitschaft des Ektoderms ergeben haben, war es dariiber hinaus erforderlich, die Experimente an Ektoderm yon Ambystoma mexicannm und Triturus vulgaris durchzufiihrenL

Herrn Prof. Dr. Dr. H. ENGL;(~DE~ gebiihrt mein besonderer Dank fiir die Anregung zu diesen Untersuchungen, Frau Priv.-Doz. Dr. A. G. J o l ~ N spreche ich fiir die Ein~fihrung in die mikrochirurgische Technik meinen ausdriicklichen Dank aus, meinem verehrC~n Lehrer, Herrn Prof. Dr. O. Kv~N, danke ich fiir das rege Interesse, das er meiner Arbeit entgegenbrachte.

Experimentelle Untersuchungen des Amphibienektodems 347

Es ergeben sieh somit folgende Fragen :

1. Welche Aussagen lassen sieh fiber den Verlauf der mesodermalen und entodermalen Kompetenzphasen im Ektoderm yon A m b y s t o m a u n d Tr i tu rus auf verschiedenen Entwieklungsstadien machen ?

2. Bestehen hinsichtl ich der Realis ierung dieser Organkomplexe Untersch~ede zwischen den beiden Urodelenar ten ?

Material lind Methode Als Versuchsmaterial diente prgsumptive8 Ektoderm yon Ambystoma mexicanum

und Triturus vulgaris. Die Versuche wurden im Sandwich-Experiment unter sterilen Bedingungen durchgeffihrt. Dabei wurde pr~sumptives Ektoderm verschiedener Entwicklungsstadien yon jeweils zwei gleichalten Keimen entnommen and zu einem Explantat vereinigt. Bei den ffiihesten Stadien yon Ambystema erwies es sich als zweckm~Big, nut ein Teilstfick zu kultivieren, da sich zwei Fragmente gegenseitig am WundverschluB behinderten. Wegen der schon im 16--32-Zellstadium zu beob- achtenden charakteristischen Einrolltendenz war es auch bei Triturus giinstiger, in den fffihen Stadien nur ein Teilstfick zu behandeln und aufzuziehen.

Die Experimente mit Triturusektoderm (Experimente 1964) umfassen sechs Versuchsserien, die auf Entwicklungsstadien yon der frfihen bis zur sp~ten Blastula entfallen. Um die einzelnen B]astulastadien, die sich anhand ihrer ZellgrSBe bei Altersdifferenzen yon 3 Std und weniger sehlecht voneinander unterscheiden liel]en, in die entspreehenden Versuchsserien einordnen zu k5nnen, wurden folgende Ver- fahren angewandt: Aus einer groBen Zahl gleichalter Keime, die etwa die gleiehe ZellgrSl]e aufwiesen, wurden jeweils drei entnommen, bei 18~ bis zur frfihen Gastrula aufgezogen und die Entwick]ungszeiten registriert, w~hrend die Haul)t- masse der Keime fiir die Experimente verwertet wurde. Mit Hilfe dieser Zeit- kontrolle war es mSglich, das Alter der Explantate (Angabe der Stunden vor der Gastrulation) zum Zeitpunkt der Pr~iparation rfickwirkend zu ermitteln.

In den Experimenten 1965 und in den Versuchen mit Ambystoma wurde eine MeBmethode angewandt, die eine Aussage fiber das Alter der Keime bereits ztun Zeitpunkt der Operation zuliiflt. In zwei MeBserien (Ambystoma, Triturus) wurden je zehn Ganzkeime vom 2-Ze]lstadium bis zur Gastrula beobachtet und jede Stande die durchschnittliche ZellgrSl3e am animalen Polder einzelnen Keime ermittelt. Anhand einer nach diesen Werten aufgestellten Tabelle war es unmittelbar naeh Messung des Zelldurehmessers mSglich, das Alter des Keimes anzugeben und ihn der entsprechenden Versuehsserie zuzuordnen (Tabelle 1). Der Durchmesser der Keime in der Mel~serie betrug bei Ambystoma 2,2 ram, bei Triturus 1,6 ram. Da der Zelldurchmesser in den jeweiligen Entwicklangsstadien in einer bestimmten Relation zur Keimesgr51]e steht, muBten die Werte der ZellgrSBe umfangreicherer bzw. kleinerer Keime entsprechend umgerechnet werden, um eine richtige Alters- bestimmung zu gew~hrleisten.

Es wurden acht Versuchsserien (0--VII) gebildet, die bei beiden Spezies fiber- einstimmen. Die entspreehenden Stadien der Normentafeln naeh L]~AVIT~ bzw. GLA~S~R sind der Tabelle 1 zu entnehmen. Da die Serien 0, I und I I m i t ver- verschiedenen Behandlangsstufen auftreten, wurde eine zusiitzliche Unterscheidung mit Hilfe von Buchstaben (a, b) getroffen.

Die Stadienbezeiehnungen (Zeitpunkt vor der Gastrulation) der Triturus- versuchsreihen der Experimente des Jahres 1964 wurden durch Umrechnung mi~ denen des Jahres 1965 synehronisiert.

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In den Versuchsreihen wurde prgsumptives Ektoderm mit ttoltfreter-LSsung behandelt, der Lithinmchlorid zugese%zt war. Konzentration des Lithiumehlorids sowie die Dauer der Behandlung sind in den einzelnen Serien angegeben. Der pH-Wert betrug in allen Serien 7,3. Die Explantate wurden im AnschluB an die Behandlung fiir etwa 1 Std in I-Ioltfreter-LSsung als Zwischenbad gebrach~.

In den Kontrollserien wurde das explantierte Material anstelle der Behandlung mit LithinmchloricUSsung ffir 4 Std ttoltfreter-L6sung ausgesetzt.

Die Explan%ate aller Serien wurden bei konstanter Temperatur yon 18~ 10--14 Tage in Holtfreter-LSsung kultiviert, der 300 rag/Liter Debenal-Na~rium zugesetzt war. Fixierung nach BovI~; Stiickfgrbung: Boraxcarmin; Schnit~- f~rbung: Anilinblau-Goldorange G; Schnittdieke 8 ~.

Sowohl der Bereetmung der allgemeinen Induktionsrate als auch der prozentualen Verteilnng der einzelnen Organkomplexe liegen die auswertbaren Fglle (n) pro Serie zugrunde. Die answertbaren F~lle umfassen alle Explantate, die ausschliefllich atypische Epidermis, undifferenziertes, dotterreiches Material oder einen Induktionseffekt (= Positive F~lle) aufweisen.

Experimenteller Teil I. Die Differenzierungsleistungen des Ambystomaelctoderms

unter der Einwirlcung von Lithiumchlorid

a) Kontrollserien

Im Kontrollversuch kamen insgesamt 229 F/ille zur Auswertung. Sie verteilen sieh entsprechend den Stadien, aus denen das Ektoderm explantiert wurde, auf sieben Serien.

Fast alle Explantate differenzierten sieh zu atypiseher Epidermis. Nut in wenigen F~llen fanden sich daneben auch Ganglienleistenderivate.

b) Versuehsreihe 1

In dieser Versu,hsreihe wurde das aus verschiedenen Entwieldungs- stadien entnommene Material 4 Std mit LithiumchloridlSsung (Konzen- tration: 0,06 M) behandelt. Es stehen insgesamt 327 auswertbare F~lle zur Verfiigung, die sieh auf die Serien 0a VII verteilen.

Es zeigte sieh, dab die frfihen Stadien (Serie 0a, 16--32-Zellstadium und Serie I, Morula) gegenfiber einer IAthiumchloridbehandhmg besonders empfindlich waren, so dab bei 4stiindiger Einwirkungsdauer alle Explantate des 16--32-Zellstadiums entweder sofort oder innerhalb yon 24 Std abstarben. In der Serie I verblieben naeh hohen Ver]usten lediglich 17 auswertbare Fs In den Iolgenden Serien sank die Letaliti~t bis auf 0 % ab. Das Ergebnis ist in Tabelle 2 und Abb. 1 zusammengestellt.

Serie I (Morula). Die Explantate dieser Serie hatten sich nieht differenziert (Tabelle 2). Im Gegensatz zu a~ypischer Epidermis zeigten die Gebilde ~ an ihrer

2 TAKATA (1960) bezeichnete solehe Zellverbgnde, die er bei seinen Unter- suehungen mit Meerschweinchenknochenmark erhielt, als undi/]erenziertes Entoclerm.

350 H, G~v~z:

Tabelle2. Differenzlerungsleistungen de~ Ambystomaebtoderms nach Behandlung mit Lithiumchlorid. V ersuchsreihe 1: Serie O a--- V I I ; Behandlungsdauer : d Std ; Konzentration der ZithiumchloridlSsung : 0,06 M. I~ Klammern: Prozentzahlen, berechnet yon den aus-

wer~baren Fgllen (n) pro Serie

Versuchsreihe 1

Serie 0a I I I I I I IV V VI VII

Auswertbare F~lle (n) Atypische Epidermis Positive F~lle

Dotterreiche, undiffe- renzierte Zellverbi~nde

Peripheres Entoderm Darmstruk~uren

Chorda Muskul~tur l~iere Blutzellen

Neuralrohr

Flossensaum

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- - 17

- - 17 (i00)

40 55 83 50 40 42 - - 1 ( 2 ) 5 ( 6 ) 1 ( 2 ) 1 0 ( 2 5 ) 26 (62) 7 (18) 26 (47) 60 (72) 34 (68) 28 (70) 15 (36)

33 (82) 28 (51) 18(22) 15(30) 2 ( 5 ) 1(2)

3(8 ) II (20) 17(20) 9(18) 5(13) l ( 2 ) 4(10) 18 (33) 18 (22) 8(16) 17 (43) 2(2)

4(10) I0(18) 46 (55) 17(34) l ( 3 ) - - 2 ( 5 ) 7(13) 44 (53) 13 (26) - - - - - - 6 (II ) l l (13) I I (22) 5 (13) - - - - 2 ( 4 ) I ( I ) - - 1 ( 3 ) - -

2 ( 5 ) 5(9 ) 37 (45) 6(12) 1 (3) - -

6 (15) 13 (24) 43 (52) 20 (40) 14 (35) - -

7 (18) 19 (35) 58 (70) 34 (68) 27 (68) 10 (24) 7 (18) 21 (38) 56 (67) 31 (62) 25 (63) 13(31)

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Abb. 1. Versuchsreihe 1. Die Differenzierungsleistungen yon Ambystomaektoderm nach 4stfindiger Lithiumchloridbehandlung (Konzentra$ion: 0,06 M). Prozentzahlen

berechnet yon den auswertbaren F~illen (n) pro Serie

Oberfl~iche grol~e, looker angeordnete, dotterreiche Zellen, die mit dem Gesamt zellverband in fester Verbindung standen.

Experimentelle Untersuehungen des Amphibienektoderms 351

Abb. 2a. Ambystoma mexieanum (Lithiumehloridbehandlung: 4 Std, Serie I1 = ffahe Blastula). Explantat, das v611ig aus undifferenziertem, dotterreiehen Material

besteht. An seiner Obeffl~ehe locker angeordnete Zellen. Vergr. 45faeh

Abb. 2b. Ambystoma mexieanum. L~ngssehnitt dureh das in Abb. 2a dargestellte Explantat. Undifferenzierter, dotterreieher Zellverband mit einzelnen, verstreut

angeordneten nekrotisehen Zellen. Vergr. l l0faeh

Serie I I (]ri~h~ Blastula). In dieser Serie betrug die Induktionsrate 18 %. Das explantierte Material entwiekelte sieh zu kompakten kugeligen oder langgestreekten Gebilden (Abb. 2a und b). Die histologisehe Analyse hat ergeben, dal3 die Explan- tare in 82% der F/~lle aus undffferenzierten dotterreichen Zellen bestanden. Im Gegensatz zur Serie I konnte aber aueh Entoderm (15 %) in Form yon peripherem Entoderm und Darmstrukturen naehgewiesen werden.

In geringer Zahl treten in dieser Serie Explantate mit mesodermalen Struk- turen (Chorda 10 %, Muskulatur 5 % ), Ganglienleistenderivate (18 % ), Flossensaum (15 % ) und Neuralrohr (5 %) auf. Diese Sandwiches untersehieden sich bereits guBer- lieh yon den dotterreiehen Gebilden dureh blasige Vorw61bungen und langgestreekte, flossensaum~hnliehe Fortsgtze. Chorda und Muskulatur wurden in den meisten Fgllen gemeinsam, in wenigen Ausnahmen aueh gleiehzeitig mit Neuralrohr gefunden.

352 H. G~vNz:

Serie I I I (]r~the mittlere Blastula). ErstmMs wurden in 11% der Fglle Vor- nierenkani~lehen und hamleiteri~hnliehe Differenzierungen beobaehtet, die meistens nut mit Chorda und Muskulatur, in 9% zusiitzlieh noch mit Neuralrohr ver- gesellsehaftet waren. Die mesodermalen Strukturen sowie Ganglienleistenderivate, Flossensaum and Neuralrohr traten im Vergleich zur Serie I I vermehrt a ~ . 51% dot Fglle bestanden aus undifferenziertem, dotterreiehen Material, das jedoeh in mehreren Exlo]antaten yon Chordagewebe durchsetzt war (Abb. 3). In diesen Exemp]aren war neben undifferenzierten, dotterreiehen Zellen stets peripheres Entoderm zu beobachten, das den grSBten Tell der Oberflgehe des Explantats ausmaehte. EntodermMe Differenzierungen (Darmstrukturen und peripheres Ento- derm) traten gegeniiber der Serie I I vermehrg auf (42 %).

Abb. 3. Ambystoma mexicanum (Lithiumehloridbehandhmg: 4 Std, Serie I I I = friihe mittlere Blastula). Kompaktes Gebilde mit peripherem Entoderm. In der Mitre Chordagewebe, das in undifferenziertes, dotterreiches Material eingelagert ist.

Vergr. 180faeh

Serie IV (mittlere Blastula). t)ber die H~lfte aller Explantate zeigten bei der ~uBeren Inspektion blasige Ausstiilpungen und flossensaumartige :Fortsgtze yon teilweise betrgchtliehen Ausmagen. Entoderm war mit 35 % vertreten. Die mesodermalen Komplexe traten stark vermehrt auf. In 28 Fgllen (34 %) finder sieh ein gleiehzeitiges Auftreten yon Chorda (55 % ), Muskulatur (53 % ), Flossensaum (52 % ) und Ganglienleistenderivaten (Pigment 67 %, Mesenchym 70 % ). In 45 % wurden diese Bildungen, die durchweg gut differenziert waren, yon Neuralrohr begleitet. Diese Explantate enthie]ten somit nur spinocaudMe Oifferenzierungen und zeigten eine weitgehende Ahnliehkeit mit den Lageverhgltnissen der spinocaudalen Organ- komplexe in der Normogenese. Einige Explantate (13 % ) wiesen harnleiter~hnliche t~ildungen und Vornierenkan~lchen auf. Neben diesen gut dif~erenzierten fanden sich 10 Explantate (12 % ), die in ihrer guSeren Gestalt solchen gliehen, wie sie G:eB- KARD~r und NIEVWKOOr (1964) in ihren Versuehen als Pseudoexogastrulae be- sehrieben haben. Etwa zur Fi~lfte zeigte die Oberfl~ehe ein grobzelliges Aussehen, der ges t war yon einem feinzelligen, glattfl~ehigen Epithel bedeckt. Im histologisehen Pr~parat zeigte es sieh, dab in dem grobzelligen Bereich eine betrgchtliche


Menge Chordagewebe eingelagert war, das bis an die Peripherie des Explantats reichte. Der feinzellige Bereich stellte den ~iuBeren Abschlu] einer aus mehr- schiehtiger Epidermis bestehenden Blase dar, die in ihrem Inneren nekrotisehes Material enthMten konnte. I)iesen Explantaten, die auBer Chordagewebe keine spinocaudalen Differenzierungen zeig~en, fehlte stets eine gut differenzierte Epidermis.

Serie V (spgte Blastula). Aueh in Serie V (sp~te Blastula) wurden bei etwa gleicher Induktionsrate wie in der vorhergehenden Serie recht betraehtliche Unter- sehiede zwisehen den einzelnen Explantaten beziiglich ihrer Differenzierung beobaehtet. Neben undifferenzierten, dotterreichen Zellverb~tnden und lediglieh yon Chordagewebe darehsetzten kompakten Massen mit peripherem Entoderm traten in etwas geringerem Umfange als in Serie IV (mittlere Blastula) mesodermale Induk~ionsgebilde auf. Die Nierenformationen hingegen erreiehten in dieser Serie ihr Maximum (22%). Bemerkenswert ist der hohe Anteil an harnleiteri~hnliehen Gebilden (16%), die somit die Vornierenkan~lchen (6%) in itrser prozentualen Hiiufigkeit fibertralen. W/~hrend bei den Ganglienleistenderivaten und beim Flossen- saum nur eine geringffigige Abnahme der Prozentwerte zu beobachten war, traten Chorda und Muskulatur nut noch in 34 bzw. 26% der Fiille auf. Lediglieh in 12% war Neuralrohr vorhanden.

Serie [71 (/ri~he Gastrula). Die Induktionsrate lag in der gleichen GrSl]enordnung wie in den Serien IV und V. Zehn Exemplare zeigten aussehlieBlich atypisehe Epidermis. Bei einer starken Abnahme der F/~lle, die nur aus undifferenzierten, dotterreiehen Zellverb~nden bestanden, ist im Vergleich zur Vorserie ein vermehrtes Auftreten yon entodermalen Strukturen (Darm, peripheres Entoderm) zu beobaehten. Nur in 3 % der F/s wurde Chordagewebe verzeichnet. Muskulatur wurde nicht mehr festgestellt. Dagegen blieben die Prozentwerte fiir Ganglien- ]eistenderivate und Flossensaum im Vergleieh zur vorigen Serie unver~ndert hoch. Anstelle yon Vornierenkan~lehen traten in 13 % der F/~lle aussehlieB]ich harnleiter- ~hnliche Gebilde auf, die stets gemeinsam mit Ganglienleistenderivaten, Darm- strukturen und Flossensaum vorkamen.

Serie VII ([ri~he mittlere Gastrula). In der Serie VII ist ein starkes Absinken der Induktionsrate auf 36 % zu beobaehten. Die meisten Explantate hatten aus- sehliel~lich atypische Epidermis gebildet. Mesoderma]e Differenzierungen sowie Neuralrohr und Flossensaum traten nicht mehr auf. Darmstrukturen waren nur noeh in sehr wenigen FKllen zu analysieren. Dagegen lagen die Prozentwerte der Ganglienleistenderivate verh/~ltnism/~$ig hoeh. Mesenehym (24%) trat fast ausnahmslos zusammen mit Pigmentzellen (31%) in solchen Explantaten auf, die wenigstens eine epidermale Blase gebi]det hatten, l~igment jedoch war selbst in v5llig undifferenzierten Exemplaren zu linden, in denen es in Form yon Pigment- ringen die innere Wandung einer Blase auskleiden oder als einzelne, oft gut ausgebildete Melanozyten in atypischer Epidermis eingelagert s~in konnte.

c) Versuchsreihe 2

Da in Versuchsreihe 1 infolge hoher Mortalit/~t der Exp lan ta t e aus frfihen Stadien (Serie 0a und I) die Kompetenzverh/ i l tnisse n icht eindeutig zu kl/iren waren, wurde in einer weiteren Versuchsreihe die Li th iumchlor idkonzent ra t ion und die Dauer der E i n ~ r k u n g s z e i t herab- gesetz~. Es stehen insgesamt 109 auswertbare F/~lle Zur Verffigung, die sich auf ffinf Serien verteflen.

Das Ergebnis der histologischen Auswer tung ist aus Tabelle 3 ersichtlich.

354 H. GRv~z :

Serie Ob (16--32-Zellstadium). Dureh Verringerung der Lithiumehloridkonzen- t ra t ion auf 0,015 31 und tier Einwirkungsdauer aul 2 Std wurde erreicht, dab pri~sumptives Ektoderm des 16--32-Zellstadiums die Li th iumbehandlung iiberlebte und Differenzierungen realisieren kormte. W~hrend Darmst ruk turen in wenigen F~llen auftraten, wurden mesodermMe I)ifferenzierungen in keinem Fall verwirklicht. In 43% der Fiille wurden Ganglienleistenderivate beobachte t (Tabelle 3).

Serie Ia (Morula) und Serie I Ia (]rfehe Blastula). Lithiumchloridlconzentration 0,03 M. In diesen Serien wurden ebenfal]s keine mesodermalen St rukturen realisiert. Ganglienleistenderivate und Darmst ruk turen waren die einzigen Induktions- leistungen (Tabe]le 3).

Serie Ib (Morula) und Serie IIb (/rShe Blastula). Lithium]conzentration 0,06 M. Wurde die gleiche Li th iumkonzentra t ion wie in der Versuehsreihe 1, jedoeh mi t verkfirzter Behand]ungszeit (2 Std) angewandt, so konnten neben Flossensaum, Darmst ruk turen und GanglienMstenderivaten auch Chorda- und Muskelgewebe sowie Neuralrohr verwirklicht werden. Ihre Prozentwerte lagen fiber denen der vergleiehbaren Serie I bzw. I I der Versuehsreihe 1.

Bemerkenswert ist der konzentrationsabhi~ngige Induktionseffekt innerhalb der Versuehsreihe 2, wenn man die Prozentwerte derjenigen Differenzierungen miteinander vergleicht, die in alien ffinf Serien ver t re ten waren. Bei einer Lithium~ chloridkonzentrat ion yon 0,03 M weist das jfingere Stadium I a ()s mehr Fi~lle mi t Mesenchym, Pigment und Darmst ruk turen auf als das i~ltere (Serie I I a = frfihe Blastula). Bei doppelter Konzentra t ion (0,06 M) ergaben sich umgekehrte Verh~ltnisse (vgl. Serien I b und I Ib , Tabelle 3). Die Prozentwerte der induzierten

Tabelle 3. Di//erenzierungsleistungen des Ambystomaektoderms nach Behandlung mit Lithiumchlorid. Versuchsreihe 2; Behandlungsdauer : 2 Std; Konzentrationen der Li- thiumchtoridlSsung : 0,015--0,06 M. In Klammern: Prozentzahlen, berechnet yon den

auswertbaren Fi~llen (n ) pro Serie

Versuehsreihe 2

Serie 0 b Ia I I a Ib I Ib

LiC1-Konzentration (M) 0,015 0,03 0,03 0,06 0,06

Auswertbare Fglle (n) 7 23 33 24 22 Atypische Epidermis - - 8 (35) - - - - - - Positive Fi~lle 4 (57) 8 (35) 6 (18) 2 ( 8 ) 10 (45)

Dotterreiche, undifferen- 3 (43) 7 (30) 27 (82) 22 (92) 12 (55) zierte Zellverbiinde

Peripheres Entoderm . . . . . 1 ( 5 ) Darmst rukturen 2 (28) 5 (22) - - 1 ( 4 ) 3 (14)

Chorda - - - - - - 1 ( 4 ) 4 (18) Muskulatur . . . . 5 (23) Niere . . . . . . Blu~zellen - - - - 2 ( 6 ) - - 1 ( 5 )

NeurMrohr 1 (14) - - - - - - 4 (18)

Flossensaum - - - - - - 1 ( 4 ) 5 (23)

Mesenchym 3 (43) 7 (30) 4 (12) 1 ( 4 ) 9 (41) Pigment 3 (43) 8 (35) 1 ( 3 ) 2 ( 8 ) 10 (45)


Strukturen des ~lteren Entwicklungsstadiums (Serie Ifb = fffihe Blastula) liegen deutlieh fiber denen des jfingeren Stadiums (Serie Ib = Morula).

Als Ergebnis beider Versuchsreihen kann herausgestellt werden, dab unter den gegebenen Versuchsbedingungen Ambystomaektoderm in wenigen F~llen bereits auf dem 16--32-Zellstadium Induktionseffekte aufweisen kann, die sich in erster Linie in der Reahsierung yon Ganglien- leistenderivaten ~uSern. Mit zunehmendem Alter des explantierten Ektoderms nimmt die Zahl der Fi~]le mit undifferenziertem, dotterreichen Material ab, dagegen steigt bis zum fffihen Gastrulastadium (Serie VI) der Prozentsatz der entodermalen Strukturen an. WKhrend der Gastrulation ist ein Absinken der entodermalen Differenzierungs- f~higkeit zu verzeiehnen. In den ~lteren Stadien treten neben entodermalen Differenzierungen vermehrt mesodermale Organ]complexe au/, deren prozentuale Anteile in der mittleren Blastula (Serie IV) am grSBten sind. In Serie VII (frfihe mittlere Gastrula) wurden mesodermale Struk- turen nicht mehr beobachtet. Ganglienleistenderivate wurden bis auf Serie I in allen untersuchten Stadien in hohem Prozentsatz gefunden.

II . Die Di/]erenzierungsleistungen des Trituruse]ctoderms unter der Einwir/cung yon Lithiumchlorid

1. E x p e r i m e n t e 1964

a) Kontrollserien

Der Kontrollversueh umlaut insgesamt 212 auswertbare F~lle, die sich auf seehs Serien verteilen, entspreehend den EntwicklungsstadJen, aus denen das Ektoderm explantiert wurde.

Fast alle Explantate haben sieh zu atypischer Epidermis entwiekelt. Nur in wenigen F~llen fanden sich Ganglienleistenderivate und Neural- strukturen.

b) Versuehsreihe 1

In dieser Versuehsreihe wurde das in verschiedenen Entwicklungs- stadien entnommene Ektoderm 4 Std mit LithinmchloridlSsung (Konzen- tration : 0,06 M) behandelt. Insgesamt kamen 297 Fs zur Auswertung, die auf die Serien I I - - V verteflt waren.

Die identifizierten Strukturen sind in Tabelle 4 und Abb. 4 zusammengestellt.

Serie II (/ri~he Blastula). Neben Explantaten, die ausschliefllich undifferen- zierte, dotterreiche Zellen aufwiesen, fanden sich in dieser Serie auch Induktions- gebilde mit mesodermalen und mesektodermalen Differenzierungen (Tabelle 4, Abb. 4). Bei 27 % traten Darmstrukturen auf. Die ventral-mesodermalen Strukturen (tterz 13 %, Blutzellen 18 %, Niere 7 % ) wurden h~ufiger als die dorsal-mesodermalen (Chorda 7%, Muskulatur 9%) gefunden. Explantate mit Herzdifferenzierungen waren immer mit entodermalen Induktionskomplexen oder dotterreichem, undifferenzierten Material vergesellschaftet. Der Differenzierungsgrad der Herz- anlagen war gering. Ihre Identit~t ]ieI3 sich aufgrund eines mehr oder weniger gut

24 Wilhelm Roux' Archiv, Bd. 160

356 H. G~v~z:

Tabelle4. Experimente 196~. DiMerenzierungsleistungen des Triturusektoderms nach Behandlung mit Lithiumchlorid. Versuchsreihe 1: Serien I I - - V ; Behandlungs- dauer : d Std ; Konzentration der LithiumchloridlSsung : 0,06 M. I n Klammern : Pro-

zentzahlen, berechnet yon den auswertbaren ~Sllen (n) pro Serie

Versuchsreihe 1

Serie I I I I I a I I I b IVa IVb V

Auswertbare FElle (n) 45 55 40 39 85 33 Atypische Epidermis - - - - - - 1 (3 ) - - 7 (21) Positive Fiille 17 (38) 25 (45) 19 (48) 27 (69) 57 (67) 20 (61)

Dotterreiehe, undiffe- 28 (62) 30 (55) 21 (52) 11 (28) 28 (33) 6 (18) renzierte Zellverb~nde

Peripheres Entoderm 6 (13) 6 (11) 2 (5 ) 8 (21) 27 (32) 3 (9 ) Darmstrukturen 12 (27) 22 (40) 12 (30) 24 (62) 54 (64) 11 (33)

Chorda 3 ( 7 ) 15 (27) 19 (48) 20 (51) 44 (52) 6 (18) Muskula~ur 4 (9 ) 15 (27) 14 (35) 21 (54) 42 (49) 6 (18) ~iere 3 (7 ) 8 (15) 7 (18) 10 (26) 25 (29) 6 (18) Herz 6 (13) 6 (11) 8 (20) 15 (38) 25 (29) - - Blutze]len 8 (18) 8 (15) 4 (10) 4 (10) 6 ( 7 ) 4 (12)

Gehirnstrukturen 11 (25) 11 (20) 8 (20) 18 (46) 25 (29) - - ~euralrohr 2 (4 ) 11 (20) 4 (10) 18 (46) 23 (27) 2 (6 )

I-Iaftf~den 2 ( 4 ) 2 (4 ) - - 3 ( 8 ) 3 (4 ) - -

Flossensaum 3 ( 7 ) 7 (13) 1 (3 ) 16 (41) 23 (27) 10 (30)

Mesenchym 16 (36) 22 (40) 18 (45) 26 (67) 49 (58) 19 (58) Pigment 17 (38) 20 (36) 14 (35) 22 (56) 38 (45) 20 (61)

100

%

~0

eo

r-

E 4~

[ ] eniodermale Differenzierungen

- [ ] Epidermis

- [ ] at~ische Epidermis

~--~venfr~les Mesoderm

[ ] dorsales mif venfralem Hesoderm

[ ] dors~les Hesoderm

~a]hlValVbV 45 ,55 4-0 3~] 8533

....... ~

~a ~ b lVa lVb g 45 ,55 40 39 8533

Serie ]l ~-a ~.b~aiVb V n = 45 ,554.039 8533

1 ]1. ~al~b~'a17bV 45 5540 39 8,533

Abb. 4. Experimente 1964: Versuchsreihe 1. Die Differenzierungsleistungen yon Triturusektoderm nach 4stiindiger Lithiumch]oridbehandlung (Konzen~ration:

0,06 ~) . Prozentzahlen, berechnet yon den auswertbaren F~llen (n) pro Serie


entwickelten Perikards und zentralem Herzschlaueh in Gesellsehaft mit Entoderm feststellen. Gut differenzierte Herzschli~uehe wurden nicht beobachtet. Gut umhgutete Explantate wiesen stets Ganglienleistenderivate (Mesenchym 36%, Pig- ment 38 %) auf. ~eben Flossensaum (7 %) und Neura]rohr (4%) wurden in sieben F~llen Gehirnstrukturen identifiziert, die vor allem deutereneephaler Natur waren. Daneben fanden sieh bei einzelnen Explantaten archencephale Gehirnteile wie Nasen, Linsen und Vorderhirn. In 9% der Fglle wurden strukturlose Gehirm bildungen gefunden.

Serie I I Ia (]ri~he mittlere Blastula). Die ventral-mesodermalen Derivate (Herz 1] %, Blutzellen 15 % ) waren ebenso hiiufig wie in der Vorserie. Dorsal-mesoderm~le Differenzierungen hingegen (Chord~ 27 %, Muskulatur 27 % ) wiesen hShere Prozent- werte auf. Das gleiche gilt ffir Vornierenkan~lchen. Entoderm trat mit 42% (Darm- strukturen 40 %, peripheres Entoderm 11% ) verglichen mit der Vorserie vermehrt auf. W~hrend die Werte ffir Epidermis (47 %) und Gehirnstrukturen (insgesamt 20 %) in der gleichen GrSl3enordnung wie in der Serie I I ]agen, wurden Flossen- s~um (13%) und Neuralrohr (20%) h~ufiger gebildet. In zwei F~llen wurden bal~ncer~hnliche Anh~nge beobachtet.

Serie I I I b (]ri~he mittlere Blastula). (~ber die g~lf te (65%) ~ller Explantate wies mesodermale Strukturen auf. Darmstruktnren waren mit 30%, peripheres Entoderm mit 5 % vertreten. Der Prozentwert der epidermalen Blasen lsg mit 55 % fiber dem der Vorserie. Mesenchym wurde in 45%, Pigment in 35% der F~lle beobachtet. Mit Ausnahme der Blutzellen war, vergliehen mit der vorhergehenden Serie, eine Zunahme aller mesodermalen Differenzierungen zn erkennen. Erstmals traten Herzstrukturen (20 %) h~ufiger in Erscheinung als Blutzellen (10 %). Fast die tt~lfte aller Explantate (48 % ) enthielt Chord~gewebe, das entweder isoliert nur mit undifferenzier~em dotterreichen Material oder gemeinsam mit Muskulatur (35 % ) und anderen mesodermalen Differenzierungen und Ganglienleistenderivaten auftrat. Vornierenk~nglehen wurden in 18 % der Fglle beobachtet. Flossensaum (3 % ) und Neuralrohr (i0 % ) erreichten im Gegensatz zu Gehirnstrukturen (20 %) nieht die Werte der Vorserie.

Serie I V a (mittlere Blastula). Die Serie IVa ]ie]] eine weitere Zunahme der mesodermalen Differenzierungen erkermen (77 %). Die mit hohen Prozentwerten (insgesamt 46%) attftretenden Gehirndifferenzierungen wurden meist in enger Nachbarschatt yon Chorda (51%), Muskulatur (54%) und Neuralrohr (46%) angetroffen. Herzstrukturen erreichten mit 38% ihr Maximum innerhalb der Versuehsreihe. Abgesehen yon zwei Explantaten traten alle Iterzgebilde gemeinsam mit D~rmstrukturen auL Bis auf vier Exemplare enthielten ~]le Explantate mit mesodermalen Strukturen gleichzeitig Ganglienleistenderivate (Mesenchym 67%, Pigment 56 %). 82 % der F~lle waren gut umh~utet nnd enthielten oft zusg~zlich peripheres Entoderm (21%).

Serie IV b (mittlere Blastula). Innerhalb der Versuchsreihe wies diese Serie mit 80 % die meisten Explantate mit mesoderm~len Strukturen auf. Darmstruk- turen (64 % ) und peripheres Entoderm (32 % ) erreichten ebenfalls ihren Maximal- wert innerha]b der Versnchsreihe. )/Iit Ausnahme yon Chordagewebe (52%) erreichten Muskulatur (49%), I~erzdifferenzierungen (29%) und Blutzellen (7%) nicht die Zahlen der Vorserie. Der Differenzierungsgrad der I:Ierzformationen reichte yon undifferenzierten Gebilden bis zu gut ausgebildeten Herzsehl/iuchen, die teilweise bereits im lebenden Zustand durch rhythmisehe Kontraktionen auf Herzstrukturen hindeuteten (Abb. 5a und b).

Ebenso wie die haupts~chlich deuterencephalen Gehirnstrukturen lagen die Prozentwerte der Ganglienleistenderivate (Mesenchym 58 %, Pigment 45 % ), Flossen- saum (27 % ) und Neuralrohr (27 %) niedriger als in der vorhergehenden Serie. Haft- f~den wurden in drei Exemplaren beobachtet.

24*

358 H. Gav~z:

Abb. 5a. Triturus vulgaris (Versuehsreihe 1964, Lithiuraehloridbehandlung: 4 Std, Serie IVb = raittlere Blasgula). Explantat, das im lebenden Zustand rhythraische Kontraktionen zeigte. Dutch den transparenten Tefl der Epidermis sind die

Innenstrukturen siehtbur. Vergr. 60fach

Abb. 5b. Triturus vulgaris. Langsschnitt dutch das in Abb. 5a dargestellte Ex- plantar. In der Mitte ein gut ausgebildeter Herzschlauch, der bereits bei der makroskopisehen Betraehtung erkennbar war. Ira rechten Tell des Induktions-

gebildes Vornierenkaniilchen und Mesenehyra. Vergr. 80fach

Serie V (spdite Blastula). Mit Ausnuhrae der Ganglienleistenderiv~te (Pigraent 61%, Mesenehyra 58%) und :Flossensaura (30%) wurde eine Abnuhme der Prozent- werte fiir alle Differenzierungen, insbesondere der mesodermalen Strukturen, beobaehtet. Chord~, 2~Iuskulatur und Vornierenkan~lehen waren mit gleichen Prozent- werten (18 % ) vertreten. W~hrend Herzstrukturen nicht mehr verwirklieht wurden,


konnten Blutzellen noch in vier F~llen registriert werden. Entodermale Differen- zierungen (Darmstrukturen 33%, peripheres Entoderm 9%) wurden in 40% der F~lle gebildet. Eine nur unwesentliche Abnahme der Prozentwerte war ffr epider- rome Blasen zu verzeichnen (58 % ). W~hrend Neuralrohr noeh in zwei Expl~ntaten analysiert werden konnte, traten Gehirnstrukturen nieht mehr auf.

c) Versuchsreihe 2

I n dieser Versuchsreihe wurde das verschiedenen Entwieklungs- st~dien en tnommene Ek toderm nur 2 Std mit Li thinmchlor id (Konzen- t r~ t ion: 0,06 M) behandelt . Ffir die histologische Auswer tung stehen 184 auswertbare F/ills zu r Verffigung, die auf sechs Serien vertei l t waren. Die Induk t ions r~ ten der Serien I I - - I V b lagen durehweg fiber 40%, w/~hrend Serie V nu r noeh in 33 % der F/~lle Indukt ionseffekte aufwies.

Das Ergebnis der histologisehen Auswer tung ist aus Tabelle 5 und Abb. 6 ersichtlich.

Serie I I (/ri~he Blastula). Serie II wies bereits hohe Prozentwerte ffir mesodermale, entodermale und mesektodermale Differenzierungen auf (Tabells 5, Abb. 6). Uber die H/~lfte der Explantate (55 % ) enthielt mesodermale Strukturen. Ventral-mesodermale Induktionskomplexe (22 % ) wurden etwas h/iufiger als dorsal- mesodermale (19 %) Strukturen realisiert. Blutzellen (17 %) traten h/~ufiger als Herzdifferenzierungen (12%) auf, die meist recht undifferenziert waren. Chorda (31%) und Muskulatur (24%) wurden reeht h/iufig in Gesellsehaft yon Ganglien- leistenderivaten (1V[esenchym 50%, Pigment 40%) und in einigen F~llen yon Neuralrohr (insgesamt 17%) und Flossensaum (blsgesamt 10%) gefunden. Vor- nierenkanglchen wurden in sechs Fgllen verzeichnet, i~rber die tfglfte (57 %) aller Explantate hatte gut umhgutete Blasen gebildet. Darmstrukturen waren mit 36 % recht hgufig vertreten. Hinzuweisen ist auf den hohen Prozentwert der vor allem deuterencephalen Gehirnstrukturen (33 % ).

Serie I I Ia (/ri~hs mittlere Blastula). In 29% der Fglle wurden entodermale Differenzierangen (Darmstrukturen 21%, peripheres Entoderm 21%) realisiert. Nur neun Explantate (24%) besaBen sine epidermale Umhiillung. Niedriger als in tier Vorserie lagen die Prozentwerte fiir Ganglienleistenderivate (Mesenchym 21%, Pigment 21% ), Flossensaum 3 %, Neuralrohr 11% und Gehirnstrukturen mit 11%. W~hrend ventral-mesodermale Differenzierungen (Niere 3 %, Herzstrukturen 11%, Blutzellen 3 %) seltener als in Serie I I realisiert wurden, zeigten die dorsal-mesodermalen Differenzierungen (Chorda 45 %, Muskulatur 26 %) einen Zuwachs.

Serie I H b (/riihe mitt~ere Blastula). Explantate mit mesodermalen Struktm'en traten in 62 % der Fglle auf. Im Gegensatz zu Chorda (42 % ), Muskulatur (27 %), Vornierenkanalchen (8 %) und Blutzellen (4 %) zeigten die :Prozentwerte fiir Herz- differenzierungen (27 %) sine deutliche Zunahme. Verglichen mit der vorhergehenden Serie ist sin Zuwachs an entodermalen Strukturen auf insgesamt 65 % (Darm- strukturen 62 %, peripheres Entoderm 35 % ) zu beobachten. ~ber die H~lfte (58 %) der Exptantate war gut umh~utet. W~hrend sich die Zahlen fiir l~lossensaum (4%) und Neuralrohr (19%) nicht wesentlich yon der vorhergehenden Serie unterschieden, war ffir Gehirnstrukturen (31%) eine deutliche Zunahme zu verzeichnen.

Serie I V a (mittlere Blastula). Mit 81% erreiehten die mesodermalen Differen- zierungen ihr Maximum innerhalb der Versu chsreihe. Das gleiehe gilt ffir die ventral- mesodermalen Gebilde (Herzdifferenzierungen 31%. Vornierenkan~lchen 27 %), Epidermis 69% und die in fast allen Explantaten zu verzeichnenden Ganglien- leistenderivate (Mesenchym 73 %, Pigment ~9 %), die bei Anwesenheit yon Chorda

360 H. G~v~z:

T~belle 5. Experimente 1964. Di/[erenzierungsleistungen des Triturusektoderms nach Behandlung mit Lithiumchlorid. Versuchsreihe 2 : Serien I I - - V ; Behandlungs- dauer: 2 Std; Konzentration der LithiumchloridlSsung: 0,06 M. In Klammern: Pro-

zentzahlen, berechnet yon den auswertbaren F~illen (n) pro Serie

Versuchsreihe 2

Serie I I I i I ~ I I I b IV ~ IV b V

Auswertbare Fglle (n) 42 38 26 26 31 Atypische Epidermis 1 ( 2 ) 1 (3 ) 1 (4 ) - - 2 (6 ) Positive Fi~lle 23 (55) 17 (45) 18 (69) 19 (73) 21 (68)

Dotterreiche, undi~fe- 18 (43) 20 (52) 7 (27) 7 (27) 8 (26) renzierte Ze]lverbEnde

Peripheres Entoderm 3 (7 ) 8 (21) 9 (35) 8 (31) 4 (13) Darmstrukturen 15 (36) 8 (21) 16 (62) 14 (54) 13 (42)

Chord~ 13 (31) 17 (45) 11 (42) 15 (58) 21 (68) Muskul~tur 10 (24) 10 (26) 7 (27) 9 (35) 19 (61) Niere 6 (14) 1 ( 3 ) 2 (8 ) 7 (27) 6 (19) l:Ierz 5 (12) 4 (11) 7 (27) 8 (31) 4 (13) Bhtzel len 7 (17) 1 ( 3 ) 1 (4 ) 2 ( 8 ) - -

Gehirnstrukturen 14 (33) 4 (11) 8 (31) 13 (50) 12 (39) Neur~Irohr 7 (17) 4 (11) 5 (19) 9 (35) 8 (26)

Haftf~den 2 (5 ) - - 2 ( 8 ) - - 1 ( 3 )

Flossensaum 4 (10) 1 ( 3 ) 1 ( 4 ) 6 (23) 7 (23)

Mesenchym 21 (50) 8 (21) 13 (50) 19 (73) 18 (58) Pigment 17 (40) 8 (21) 8 (31) 18 (69) 18 (58)

21 12 (57)

7 (33)

2 (lO)

6 (29) 5 (24)

1 ( 5 )

5 (24)

1(5)

3 (14) I (5 )

lOO

%

~o

6o o _

~ 4o

[ ] enfoclermale Differenzierungen [ ] ventrales Hesoderm

- ~ Epidermi,~ [ ] dor~ale~ mif venfr~lem Hesoderm

- [ ] atypische Epidermis [ ] o~oro~les glesoderm

2o

i!i~iiil

u

Serie ]I ~e~blVoLnZbV ~ ma~bIVeIVbV I ~a~bllra~bV ~ nla]gIbIVo]Yb V n= 47. 36 Z6 Z6 31Zl &Z 38 Z6 Z631Zl 4Z 38 Z6 26 31 Zl 4238 Z6 Z631 21

Abb. 6. E x p e r i m e n t e 1964: Versuchsre ihe 2. D ie D i f fe renz ie rungs ]e is tungen von Triturusektoderm nach 2stiindiger Lithiumchloridbehandlung (Konzentr~tion:

0,06 N). Prozentzahlen bereehnet yon den auswert, baren Fgllen (n) pro Serie


(58%) und Muskulatur (35%) regelm/il~ig auftraten. In 31% der FEIle wurde peripheres Entoderm, in 54% Darrastrukturen beobachtet. Neben Flossensaura (23 %) and Neuralrohr (35 %) war eine deutliche Zunahrae yon vor aHem deuterencephalen Gehirnstrukturen (50%) zu verzeichnen.

Serie IV b (mittlere Blastula). Mit insgesamt 77% lag der Prozentwert I/ir raesodermale Differenzierungen nur unwesentlich unter dera der Vorserie. Die dorsal-raesodermalen Strukturen erreichten innerhalb der Versuchsreihe ihr Maxi- mum (Chorda 68 %, Muskulatur 61% ). Die ventral-raesoderraalen Differenzierungen (Vornierenkan~ilehen 19 %, Herzstrukturen 13 %) traten seltener als in der voran- gegangenen Serie auf. Peripheres Entoderm (13 %) und Darrastrukturen (42 %) wurden ira Vergleich zur Serie IVa seltener realisiert. 1)as gleiche gilt fiir Ganglien- leistenderivate (Mesenchyra 58%, Pigment 58%), Neuralrohr (26%) und Gehirn- strukturen (39%). Die It~lfte (52%) aller Explantate war yon einer Epidermis urageben.

Serie V (spiite Blastula): Der Prozentwert der Explantate ohne Induktions- effekt lag mit 67% deutlich fiber den Zahlenwerten aller anderen Serien. Nur noch in sechs Fallen (29%) wurden raesoderraale Strukturen (Blutzellen 24%, Chorda 5 %) analysiert. Ws epiderraale Blasen nur noch rait l0 % auftraten, war der Prozentwert f/Jr entoderraale Strukturen (33 %), wenn auch unter den Werten der Vorserie, noeh reeht hoch. Ganglienleistenderivate (~esenchyra 14 %, Pigment 5%) wurden noch in drei, Gehirnstrukturen in einera Explantat verzeichnet.

2. E x p e r i m e n t e 1965

a) Kontrollserien

F/Jr die Auswertung s tanden im KontroIlversuch insgesamt 164 F/ille zur Verffigung, die sieh auf aeht Serien verteflen.

Fas t alle Explan ta te haben sieh zu atypiseher Epidermis entwiekelt. Nur in wenigen F/~llen fanden sich aueh Ganglienleistenderivate und Gehirnstrukturen.

b) Versuchsreihe 1

I n dieser Versuchsreihe wurde das in verschiedenen Entwieklungs- stadien entnommene Material 4 Std mit Lithiumehloridl6sung (Konzen- t ra t ion: 0,06 M) behandelt . Ffir die histologische Auswertung standen insgesamt 279 F/tlle zur Verffigung, die sieh auf die Serien 0a V I I verteilen.

Diese Versuchsreihe unterseheidet sieh yon denen des Jahres 1964 dadurch, dab auch jfingere (16~32-Zel ls tadium und Morula) und ~ltere (frfihe und frfihe mittlere Gastrula) Entwieklungsstadien in die Unter- suchungen miteinbezogen wurden. Es zeigte sieh, da6 die Explanta te frfiher Stadien bei einer 4stfindigen Lithiumehloridbehand]ung (Konzen- t ra t ion: 0,06 M) zerfielen. Erst nach Verringerung der Lithinmehlorid- konzentra t ion und Verkfirzung der Behandlungszeit (Versuehsreihe 2) fiberlebten die meisten Explanta te . I n den /~lteren Stadien (VI ~ friihe Gastrula, V I I = frfihe mittlere Gastrula) ist naeh Maximalwerten in der mitt leren und sp~ten Blastula eine deutliche Abnahme der mesodermalen Differenzierungen zu verzeiehnen. AuBer Blutzellen, die in wenigen FKllen

362 H. GRU:NZ :

auftraten, wurden in den Gastrulastadien keine mesodermalen Struk- turen gebildet. Entodermale Differenzierungen und Ganglienleisten-

Tabelle 6. Experimente 1965. Di//erenzierungsleistungen des Triturusektoderms nach Behandlung mit Lithiumehlorid. Versuchsreihe 1 : Serie 0 a---VI1; Behandlungsdauer : 4 Std; Konzentration der Lithiumehloridl6sung: 0,06 M. I n Klammern: Prozent-

zahlen, berechnet von den auswertbaren Fdllen (n) pro Serie

Versuehsreihe 1

Serie Oa I I I I I I IV V VI VII

Auswertbare Fiille (n) Atypische Epidermis Positive F~lle

Dotterreiche, undiffe- renzierte Zellverbi~nde

Peripheres Entoderm Darmstrukturen

Chorda Muskulatur ~ ie l ' e IIerz Blutzellen

Gehirnstruktttren Neuralrohr

Haftfaden

Flossensaum

Mesenchym Pigment

36 30 62 64 39 48 - - 5 ( 8 ) 18 (28) 9 ( 2 3 ) 1 5 ( 3 1 )

9 (25) 13 (43) 27 (43) 25 (39) 17 (44) 17 (36)

- - - - 27 (75) 17 (57) 30 (49) 21 (33) 13 (33) 16 (33)

2 ( 6 ) 8(26) 5 4 (11) 11 (37) 18

2 6) 3 ( 1 0 ) 1 2 1 3) - - 5

1 ( 3 ) 2 3 8) 6 ( 2 0 ) 1 1 2 6) 2 ( 7 ) 6

5(14) 2 ( 7 ) 5 2 ( 7 ) 4

- - 2

1 ( 3 ) 1

4(11) 9(30) 16 2 ( 6 ) 2 ( 7 ) 10

( 8 ) 9(14) 9(23) 12 (25) (29) 14 (22) 3 ( 8 ) 2 ( 4 )

(19) 17 (26) - - - - ( 8 ) 8 (12) - - - - ( 3 ) 7 (11) -- - -

(18) 3 ( 5 ) - - - -

(10) 2 ( 3 ) 4(10) 2 ( 4 )

8) 7 ( l t ) - - 1 ( 2 ) 6) 8 (12) - - - -

3) - - - - - -

2) 5 ( 8 ) - - - -

(26) 20 (31) 10 (26) 7 (15) (16) 19 (30) 6 (15) 9 (19)

80

%

60

40 L

20

- [ ] enfodermale Oifferenzierungen

- [ ] Epidermis

- [ ] aiypi~ohe Epidermis

0 Serie If ~I IV V" VIV~

n = 3830 6Z 6439@ 38 30 6Z 643948

~]ventrales Mesoderm

I~Idorsales rnif ventralem Mesoderm

~dorsales Mesoderm

E ~ V V I V I I ~I ~ lVVVIVII 3630 6Z 643948 36 30 6Z 64394~

Abb. 7. Experimente 1965: Versuchsreihe 1. Die Differenzierungsleistungen yon Triturusektoderm nach 4sttindiger Lithiumchloridbehandlung (Konzentration:

0,06 M). Prozentzahlen berechnet yon den auswertbaren F~llen (n) pro Serie


derivate wurden dagegen selbst noch in der friihen mi t t le ren Gastrula in mehreren Fal len verwirklicht.

Das Ergebnis der histologischen Auswer tung ist aus Tabelle 6 und Abb. 7 ersichtlich.

c) Versuchsreihe 2

Da infolge der in den frfihen Entwicklungss tadien auf t re tenden hohen Letalit/~t der Exp lan ta t e (Serien 0a und I) die Kompetenz- verh/~ltnisse nicht eindeutig gekl~rt werden konnten , wurde wie in den Exper imen ten mi t Ambys toma in einer weiteren Versuchsreihe die Li th iumchlor idkonzent ra t ion und Behandlungszei t verminder t . Ins- gesamt stehen 89 auswertbare Falle zur Verffigung, die sich auf vier Serien verteilen. Es zeigte sich, dab selbst in den frfihesten Stadien (Serien 0 b = 16--32-Zel ls tadium und I a = Morula) bereits mesodermale Differenzierungen u n d Ganglienleistenderivate verwirklicht wurden.

Das Ergebnis der Auswer tung ist aus Tabelle 7 ersichtlich.

Tabelle 7. Experimente 1965. Di//erenzierungsleistungen des Triturusektoder,ns nach Behandlung mit Lithiumchlorid. Versuchsreihe 2: Behandlungsdauer : 2--4 Std; Konzentrationen der Lithiumchloridl6sung : 0,015--0,06 M. In Klammern : .Prozent-

zahlen, berechnet yon den auswertbaren Eiillen (n) pro Serie

Versuchsreihe 2

Serie 0b Ia Ib I Ia

LiCL-Konzentration (M) 0,015 0,015 0,03 0,03 Behandlungszeit (Std) 2 2 2 4

Auswertbare F~lle (n) 18 21 27 23 Atypische Epidermis 5 (28) 8 (39) 9 (33) - - Positive Faile 5 (28) 3 (14) 7 (26) 8 (35)

Dotterreiche, undiffe- 8 (44) 10 (47) 11 (41) 15 (65) renzierte Zellverb~nde

Peripheres Entoderm 1 (6) - - 1 (4) 5 (22) Darmstrukturen - - 2 (10) 5 (19) 5 (22)

Chorda - - - - 2 (7) 1 (4) Muskulatur - - - - 1 (4) 2 (9) ~ i e r e . . . .

Herz 1 (6) - - 1 (4) 3 (13) Blutzellen 1 (6) - - 1 (4) - -

Gehirnstrukttlren - - 1 (5) 3 (11) 5 (22) Neuralrohr . . . .

Haftfaden . . . .

F]ossensaum . . . . .

Mesenehym 2 (11) 1 (5) 4 (14) 5 (22) Pigment - - 1 (5) 3 (11) 3 (13)

364 H. GRVNZ:

Als Ergebnis der Experimente mit Triturus kann herausgestellt werden, dad das Elctoderm bereits im 16--32-Zellstadium unter den gegebenen Versuchsbedingungen in der Lage ist, mesodermale, entodermale und meselctodermale Organkomplexe zu realisieren, die unabh/~ngig voneinander auftreten kSnnen. Von der frfihen Blastula zur sp~ten Blastula ist eine Zunahme entodermaler Strukturen zu beobachten. Das Ektoderm /~lterer Stadien bildet neben entodermalen Differenzierungen vermehrt mesodermale Induktionskomplexe, deren prozentuale Anteile in der mittleren Blastula am grSBten sind. In der frfihen mittleren Gastrula ist die Kompetenz ffir mesodermale und entoderma]e Differenzierungen nur noch in geringem Umfang vorhanden. Ganglienleistenderivate wurden in allen Serien gefunden.

Eine Verki~rzung der Lithinmchloridbehandlung yon 4 auf 2 Std wirkt sich in den frtihen Stadien (Serie I I und I I I a , Experimente 1964) in einem prozentualen Anstieg der Zahl der mesodermalen Strukturen ~us. In beiden Versuchsreihen (2 und 4 Std) kommt es nach Lithiumchlorid- behandlung des spi~ten Blastulastadiums zu einem Absinken der Induk- tionsrate, wobei der Abfall nach 2 Std Einwirkungszeit besonders deutlich ist (61 bzw. 33 %).

Bei einer Gegeniiberstellung der Ergebnisse der Versuchsreihen yon 1964 und 1965 fanden sich hinsichtlich des Verh~ltnisses der induzierten Organkomplexe zueinander einige Unterschiede, die es erforderlich machten, die Experimente beider Jahre gesondert zu betrachten. So wurden 1964 in den mittleren und spi~ten Blastulastadien h~ufiger mesodermale I)ifferenzierungen gebildet Ms in den entsprechenden Serien yon 1965. Auch Gehirnstruk~uren wurden 1964 5f~er verwirklicht als in den Versuchsreihen yon 1965.

I I I . Vergleich der Di//erenzierungsleistungen des prgsumptiven Ambystoma- und Triturusel~toderms unter der EinwirIcung von Lithiumchlorid

Vergleicht man die Ergebnisse, die an Triturus- und Ambystoma- ektoderm erhalten wurden, miteinander, so zeigt sich, dal~ das priisumptive Elctoderm beider Urodelenarten au] Behandlung mit Lithiumchlorid in den untersuchten Entwicklungsstadien mit der Bildung von mesodermalen, entodermalen und mesel~todermalen Di//erenzierungen reagiert.

Sowohl Ambystoma- als auch Tri turusektoderm erweist sich in den frfihen Stadien (16-Zellstadium bis friihe Blastula) gegenfiber Lithium- chlorid als sehr empfindiich. Bei hohen Konzentrationen kommt es zu toxischen Erscheinungen und zum Zerfall der Explantate. Mit der Verringerung der Konzentrat ion ist das Ektoderm beider Spezies in der Lage, selbst im 16--32-Zellstadium Ganglienleistendcrivate zu bilden. Tri turusektoderm realisierte aui~erdem im 16--32-Zellstadium in 6% der Fi~lle Herzstrukturen. Die ~lteren Stadien (frfihe und mittlere


Blas tu la) weisen neben en tode rmalen ve rmehr t mesodermMe Antei le auf. I n der mi t t l e r en Blas tu la erreichen die mesodermMen Differenzierungen Maximalwer te , werden jedoeh bere i ts in der ff / ihen Gas t ru la n u t noeh

i;:iiiii! 1

Abb. 8. Triturus vulgaris. Schematische Darstellung eines jtmgen Larvenstadiums mit besonderer Beriicksichtigung derjenigen Organanlagen, die in den mit Lithium- ehlorid behandelten Explantaten aller Entwicklungsstadien der Triturusversuchs- reihen realisiert wurden (vgl. Abb. 9). Ch Chorda; Do Dotterentoderm; Ent Darm- entoderm; Fl Flossensaum; He Herz; Mes Mesencephalon; Met Metencephalon; Myel Myelencephalon; N Neuralrohr; 00hrb lase ; P Perikard; Pro Region der

Vomierenkaniilchen; So Somiten; Sp Seitenplatten

SO

Do Sp

Abb. 9. Ambystoma mexicanum. In der schematischen Darstellung eines jungen Larvenstadiums sind diejenigen Organanlagen besonders bedieksiehtigt, die in den mit Lithiumchlorid behandelten Entwicklungsstadien (16--32-Zellstadium bis friihe mittlere Gastrula) in irgendeiner Form - - wenn auch mit wechselnder Zu- sammensetzung und unterschiedlicher Gr6Be - - verwirklieht wurden (vgh Abb. 8). Ch Chorda; Do Dotterentoderm; Ed Enddarm; F1 Flossensaum; H Harnleiter;

K1 Kloake; N Neuralrohr; So Somiten; Sp Seitenplatten

sel ten beobachte t , u m in der ff i ihen mi t t l e ren Gas t ru la mi t Ausnahme yon Blutze l len (2 F/~lle bei Tr i turus) nich~ mehr real is ier t zu werden. Sowohl A m b y s t o m a - als auch Tr i t u rusek tode rm is t jedoch selbst in der

366 It. GRu~z :

friihen mittleren Gastrul~ (Serie VII) noeh in der Lage, Entoderm zu bflden; in einigen F/~llen wurden wenig differenzierte Darmstrukturen unabhs yon mesodermalen Derivaten registriert.

Die qualitative Zusammensetzung der induzierten Organkomplexe zeigt in Abhs vom Alter des prs Ektoderms bei den beiden Urodelenarten charakteristisehe Untersehiede. Auf die Lithium- ehloridbehandlung reagierte Triturus fast ausnahmslos mit der Bfldung yon mesodermalen, entodermalen und deutereneephalen Differen- zierungen. Ambystomaektoderm antwortet dagegen mit der Verwirk- lichung yon vor allem spinoeaudalen Organkomplexen.

Triturusektoderm weist in den untersuehten Serien vornehmlieh Di]]erenzierungen au]o die der vorderen und mittleren Rump]region des ]riihen Larvenstadiums entsprechen: tterzdifferenzierungen, Mitteldarm, Vornierenkan~lehen, Somitenmuskulatur, Chorda, deuterencephale Ge- hirnteile, Iqeuralrohr, Flossensaum und selten Haftf~den (Abb. 8).

Die in der Ambystomaversuehsreihe au]tretenden indulctionsgebilde entsprechen dagegen den Organkomplexen, wie sie in der A/ter- und Schwanzregion der jungen Larve beobachtet werden lc6nnen (Abb. 9) ; h/~ufig sind Neuralrohr, Flossensaum, Chorda, Somitenmuskulatur, Enddarm mit After und harnleiter~hn]iehe Gebilde zu verzeiehnen. Gehirn- strukturen konnten dagegen nur in wenigen F~llen registriert werden. Herzdifferenzierungen wurden im Gegensatz zu den Triturusversuehs- reihen in keinem Fall verwirklieht.

Diskussion

Seit den klassisehen Untersuehungen fiber das lnduktionsproblem ist bekann~, dab das Ektoderm des Wirbeltierkeims zumindest auf dem Gastrulastadium f/~hig ist, sieh in der versehiedensten l~iehtung zu differenzieren. Da eine Realisierung der bereitliegenden Kompetenzen nur unter der Einwirkung eines Induktors erfolgen kann, ist die Annahme bereehtigt, dug die Weitergabe bestimmter genetiseher Informationen solange gehemmt ist, bis dutch yore Urdarmdaeh ausgehende Ein- wirkungen eine Debloekade erfolgt. Zur K1/~rung der Meehanismen, die bei der Eixlleitung der Differenzierungsvorg~nge beteiligt sind, ersehien es wfinsehenswert, der Frage naehzugehen, auf welehen Entwieklungs- stadien die untersehiedliehen t~eaktionsm6gliehkeiten im Ektoderm faBbar werden und inwieweit sie sieh mit der Alterung ~ndern.

Wghrend T S ~ G (1963b) some G~tlAm)w und NIEUWKOOP (1964) die Tendenz zur Realisierung mesodermaler und entodermaler Differen- zierungen bis zur frfihen mittleren Gastrula naehweisen konnten, erhielt L~II~O~A (1965) bei der Verwendung yon Meersehweinehenknoehenmark als Induktor und Ektoderm vonTriturus vulgaris als geaktionssystem noeh im mit.fleren I)otterpfropfstadium (Harrison 12) hohe Anteile an meso-

Experimentelle Untersuchangen des Amphibienektoderms 367

derm~len Differenzierungen. Ahnliche Kompetenzverhgltaisse ergaben sich auch bei seinen Versuchen mit in vitro geMtertem Ektoderm (LEI- KOLA, 1963). Dabei konnte er zeigen, dab noch nach einem 12st/indigen AlterungsprozeI3 Mesoderm induziert werden kann. Das geal~erte Ekto- derm entsprach dem mittleren Dotterpfropfst~dinm (Harrison 12) bei den Kontrollkeimen. Es ist anzunehmen, dag fiir die 1/~nger vorhandene Reaktionsbereitschaft des Ektoderms in den Versuchen yon L~IKOLA das Induktionssystem verantwortlich gemacht werden kann, da auch bei den Untersuchungen anderer Autoren, z.B. ENGL32~DEI~ (1962b), bei Verwendung yon Knochenmark als Induktor im frfihen Gastrula- ektoderm noch ein hoher Prozentsatz an mesodermalen Deriva~en erzielt wurde. ENGLXND~ (1962b) vermutet, dag im Knochenm~rk mehrere induktiv wirksamo Komponenten vorhanden sind, yon denen die mesodermale fiberwiegt. Es besteht die MSglichkeit, dM~ das Zusammenspiel der verschieden wirkenden tfaktoren verantwor~lich zu machen ist fiir die noch auf spgten Stadien erfolgte I~ealisierung mesodermaler Differen- zierungen.

Unsere Ergebnisse stimmen mit denen yon GEB~AI~DT und NlmlW- KOO]" (1964) im wesentliehen tiberein. Dadureh aber, dab wit aueh die Kompetenzverh/~ltnisse auf sehr jungen Stadien untersuehen kolmten und zus/Ltzlich noeh Triturusektoderm miteinbezogen, ergaben sieh neue Gesiehtsptmkte. W/~hrend G~AI~DT und NI]~trWKOOl" entodermale Deri~rate stets nur in Begleitung -con mesodermalen Differenzierungen beobachteten, traten in unseren Experimenten bei beiden Urodelen- arten in den frfihesten untersuehten Stadien F~lle auf, die entodermale Strukturen entweder isoliert oder nut in Gesellsehaft mit Epidermis und Ganglienleistenderivaten aufwiesen. Das gleiche gilt aueh f/Jr das Ende der mesodermalen und entodermalen Kompetenzphase. So wurde in einigen Fgllen, bei denen das Lithinmchlorid auf Ektoderm der friihen mittleren Gastrula einwirken konnte, Entoderm unabhgngig ~ron mesodermalen Strukturen naehgewiesen.

Aus diesen Ergebnissen kalm geschlossen werden, dab die geaktions- f/~higkeit des Ektoderms ffir entodermale Differenzierungen schon frfiher (16--32-Zellstadium) und lgnger (frfihe mittlere Gastrula) vorhanden ist Ms die mesodermale Kompetenz. Dies deutet daraufhin, dag es sich bei der Induktion yon mesodermalen und entodermalen Strukturen um zwei selbst/indige Vorg/~nge handeln k6nnte. Zu der gleiehen Auffassung gelangte Ts]~?r (1963a, 1963b) aufgrund ihrer Versuche mit Triturus (Cynops) orientalis. Sie konnte zeigen, dab einerseits die Kompetenz ffir mesodermMe Differenzierungen zur mittleren Gastrula bin (Harrison 11) stetig abnimmt, daI3 andererseits die l~eaktionsf/~higkeit des Ektoderms zur Differenzierung entodermaler Strukturen in allen untersuchten Ent- wicMungsstadien etwa gleieh hoeh war. Diese Ergebnisse bewogen

368 It. G~v~z:

sie zu der Annahme, da~ im Meerschweinchenknoehenmark sowohl eine mesodermat wirkende als aueh eine entodermal induzierende Kompo- nente vorhanden sei, die beide direkt und unabhgngig voneinander auf das Ektoderm einwirken kSimen.

Neben Unterschieden in der mesodermalen und entoderma]en Kom- petenz stellte T s ~ o im alternden Ektoderm eine Verschiebung der Regiona]itgt der induzierten mesodermalen Strukturen von dorsal naeh ventral lest. Dies ~ul~erte sich in der Abnahme der Falle, die Chorda- und Muskelgewebe realisiert hatten, und in einem vermehrten Auftreten yon Vornierenk~n~lehen und Blutzellen. Ts~r zog daraus den Sehlul~, da~ die Anwesenheit yon Chorda und Muskulatur dis Differenzierung yon Vornierenkans und Blutzellen hemmt. Eine solehe Verschie- bung in ventraler Riehtung ftir die t~elation Chorda/Muskulatur und Vornierenkanalehen/Blutze]len konnte jedoch in G~BI~AI~D~s und ~qlEUW- KOOSs (1964) und unseren Untersuehungen nieht bestatigt werden. I m Gegensatz zu T s ~ G s Experimenten wurden Vornierenkan~lehen bei beiden Urodelenarten nut in den Serien verwirklieht, in denen aueh Chorda und Muskulatur realisiert wnrden. Aueh LEIKOLA (1965), der seine Untersuchungen unter gleichen Versuehsbedingungen wie TsEr (1963b), jedoeh anstelle yon Triturus (Cynops) orientalis mi t Triturus vulgaris durehffihrte, stellte keine Versehiebung der Regionalits der mesodermalen Strukturen yon dorsa] naeh ventral test. Allerdings konnte er in keinem Fall Vornierenkanglchen analysieren. Es ist mSglich, dab das Ektodermmater ia l der yon L~IJ~OT,A untersuchten Entwiek- lungsst~dien, mittleres Dotterpfropfstadium bis frtiheste Neurula (Harri- son 10--15), seine Kompetenz zur ~ealisierung yon Vornierenkans sehon verloren hatte.

Bei beiden Arten wurde in den frtihen Stadien eine hohe Empfindlich- keit des Zellmaterials ~uf das Behandlungsmedium festgestellt. Dies s sich darin, daI~ die iiberlebenden Explsnta te neben undifferenziertem dotterreiehen Material aueh nekrotisehe Zellen aufwiesen. Hohe toxisehe Effekte fanden sieh auch nach einer Einwirkungszeit des Lithiumehlorids yon 24 Std (GEBHAI~DT and NI~UWXOOP, 1964). In unseren Versuchen war die Toxizit~t bei einer Lithiumehloridbehandlung yon 2 bzw. 4 Std nur in den frtihesten Entwieklungsstadien zu beobaehten nnd konnte aueh dort dureh Her~bsetzung der Lithiumehlorid- konzentration weitgehend ausgesehaltet werden. Unter diesen Bedin- gungen wurden sowohl bei Ambystoma als aueh bei Triturus neben undifferenziertem dotterreichen Material aueh Ganglienleistenderivate identifiziert, die yon mehreren Autoren als dis niedrigste Reglisations- stufe angesehen werden (DALcQ, 1947 ; GALL~A, 1959 ; V. WOELLWAI~TI~, 1952; EN~LXNDER, 1962b). Weiterhin konnten unsere Versuchsreihen 1964 an Triturus vulg~ris zeigen, dal~ bei kfirzerer Lithinmehlorid-


behandlung (2 Std) in den friihen Entwieklungsstadien ein grSgerer Induktionseffekt erzielt werden konnte als bei 1/~ngerer Einwirkungszeit (4 Std). In der sps Blastula und tr/ihen Gastrula wirkt sieh dagegen die 1/~ngere Behandlungsdauer in einer vermehrten und verbesserten Realisierung yon mesodermalen und mesektodermalen Derivaten aus. Die Ergebnisse yon G~s~A~T und NIs~wxooP (1964) deuten darauf bin, dab dureh eine sehr lange Behandlungszeit (24 Std) eher eine Ver- sehleehterung als eine Verbesserung der Realisationsm6gliehkeiten erreicht wird.

W/~hrend die zeitliehen Phasen der Reaktionsbereitsehaft des Ekto- derms ftir beide Urodelenarten weitgehend iibereinstimmen, ergaben sieh hinsiehtlieh der Regionalitat der induzierten Organkomplexe be- trs Untersehiede zwisehen den untersuehten Arten, wenn man die in allen Entwieklungsstadien induzierten Organkomplexe von Triturus denjenigen yon Ambystoma gegentiberstellt. So warden bei Verwendung yon Triturusektoderm durehweg mesodermale, entodermMe und deutereneephale Strukturen reMisiert. Bei den Differenzierungen aller untersuehten Entwieklungsstadien handelt es sieh um Organ- komplexe der vorderen und mittleren Rumpfregion, +vie sie in der jungen Large zu linden sind (Abb. 8). Im Morula- und fr/ihen Blastulastadium wurdea neben undifferenzierten dotterreiehen Zellgerb/~nden nur selten mesodermMe Anteile verzeiehnet. Ventral-mesodermale Strukturen werden in der frfihen mittleren Blastula erstmals mit gr6Berer prozentualer I-I/~ufigkeit verwirklieht. Es sind vor allem die oft zu beobaehtenden Herzdifferenzierungen zu erw~hnen, die in der entspreehenden Ambysto- maversuehsreihe nieht auftraten. Gleiehzeitig mit den tIerzstrukturen wurden stets entodermale Derivate und dotterreiehes Zellmaterial gefunden. In den Arbeiten versehiedener Autoren wurde die enge t~elation yon Entoderm und pr/~sumptiven Herzmesoderm beschrieben (BACON, 1945; WIL~NS, 1955; MA~aOLD, 1954, 1956, 1957, 1961; TAXA~A and YAMAha, 1960; O~TS and G~, 1965). TAXATA und YAMADA weisen in ihren Untersuchungen mit Meerschweinchenknochenmark darauf bin, dab die Regionalit/it des Entoderms gore gleiehzeitig ge- bildeten Mesoderm beeinfluBt_wird. Die Tatsache, dab in unseren Ver- suchen vor allem die frfihen Blastulastadien h/iufig Herzstrukturen realisieren, maehen es wahrseheinlieh, dab die Anwesenheit yon Ento- derm, das in fast allen Explantaten der frfihen Entwieklnngsstadien mit hohen Prozentwer~en vertreten war, die Voraussetzung ffir die Bildung yon Herzdifferenzierungen ist. Ohne Bedeutung diirfte bei der Entwiek- lung der Herzstrukturen die Anwesenheit yon neuralen Strukturen und die Innervation der Herzanlagen sein (HoL~F~I~T~, 1933; MANaOLD, 1957, 1961). In unseren Versuchen konnte diese Annahme best~tigt werden. Es wurden nAmlich einige pulsierende Blasen beobachtet, die

370 H. Gt~ugz:

bei der sp/~teren histologisehen Analyse neben Herzmesoderm lediglich Entoderm und Blutzellen, nieht abet nenrale Differenzierungen auL wiesen.

Aufgrund unserer Ergebnisse kann angenommen werden, dal3 ira alternden Ektoderm unter der Einwirkung yon Lithiumchlorid eine Reihenfolge yon Realisationsstufen eingehalten wird, wie sie t t6~- STADIUS (1937) in seinen Untersuchungen an alternden animalen tIglften des Seeigelkeimes nach Lithiumchloridbehandlung gefunden hat. So werden bei Triturus in den untersuehten friihen Entwicklungsstadien zun/~ehst Ganglienleistenderivate verwirklieht. In den friihen und mittleren Blastulastadien maeht sieh immer starker die mesodermale Differen- zierungstendenz bemerkbar, die in enger Relation mit der entodermalen Reaktionsbereitsehaft entsprechende Differenzierungen wie t terzstruk- turen und gut ausgebildete Darmstrukturen auslSst. Das Ektoderm der mittleren und sp/~ten Blastula zeigt eine besonders starke Reaktions- bereitschaft in mesodermaler Richtung und kann folglieh vor allem dorsal-mesodermale Differenzierungen realisieren.

Neben mesodermalen, entodermalen und mesektodermalen Struk- turen wurden in der mittleren Blastula besonders in den Versuehen von 1964 aueh deutereneephale Gehirnkomplexe analysiert. Stets fanden sieh in ihrer Gesellsehaft betr/~ehtliehe Mengen yon Chorda- und Muskel- gewebe. TAKA~rA konnte in mehreren Arbeiten (TAKAYA, 1953, 1955) naehweisen, dag die Art der induzierten Gehirnstrukturen abhgngig ist yore Einflug des Chordagewebes oder anderer mesodermaler Derivate. Es besteht die MSgliehkeit, dab in nnseren Versuehen die Ausbildung von vornehmlieh deuterencephalen Strukturen sekundgr durch das in mesodermaler Richtung determinierte Zellmaterial (Muskel- und Chorda- gewebe) verursaeht wurde, wie es bereits CI~UA~G (1963) sowie G ~ - HAI%DT und NI~UWKOOP (1964) anhand ihrer Ergebnisse vermute t hatten. Diese Auffassung kann dureh die Versuehsreihe des Jahres 1965 gestiitzt werden. Das Keimmater ia l reagierte auf den Induktionsreiz des Lithiumehlorids hinsichtlich der Relation Mesoderm, Entoderm und Neuralstrukturen etwas anders als in den Versuchsreihen des Jah- res 1964, ohne daG hierfiir sine eindeutige Erkl~rung gegeben werden kann. Neben hohen Anteilen an undifferenzierten, dotterreiehen Zell- verb/tnden und Entoderm wurden mesodermale Differenzierungen reeht selten realisiert. Das kSnnte die Ursaehe ffir das ebenso seltene Auf- t reten yon Gehirnstrukturen sein. Dagegen wiesen die meisten Explan- tete, die Muskel- und Chordagewebe gebildet hatten, auch in dieser Ver- suehsreihe neurale Strukturen auf, die aber ebenso wie die mesodermalen Derivate nicht so gut organisiert waren wie die entspreehenden F~lle der Versuchsreihen des Jahres 1964. Wahrseheinlieh ist der Grad der Differenzierung der neuralen Strukturen aueh abh~ngig v o n d e r

Experimentelle Un~ersuchungen des Amphibienektoderms 371

Quantit~t des Induktionskomplexes. Bereits LOPASHOV (1935), MlZCrr- ~Om~ (1957) und Ts~rG (1960) batten einen solehen ~r in ihren Versuehen naehweisen kSnnen. Es ist anzunehmen, dab sowohl die GrSBe als auch die Lagebeziehungen der einzelnen induzierten Organkomplexe f/ir die weitere Entwieklung und Ausdifferenzierung der Strukturen yon entseheidender Bedeutung sind.

Im Gegensatz zu Triturus warden in den Versuchen mit Ambystoma- ektoderm Organkomplexe differenzier~, wie sie der hinteren Rumpf- und Sehwanzregion der jungen Larve entspreehen (Abb. 9). Bei Araby- stoma konnte eine/~hnliche Reihenfolge von Realisationsstufen wie bei Triturus festgestellt werden. So traten neben undifferenzierten, dotterreiehen ZellverMinden, die in den frfihesten behandelten Entwieklungs- stadien besonders h~ufig waren, im alternden Ektoderm zunehmend Ganglierdeistenderivate und mesodermale Strukturen auf. lqaeh einem Maximum in der mittleren und sp/~ten Blastula wurden in der frfihen mittleren Gastrula keine mesodermalen Differenzierungen, sondern nur noch Ganglienleistenderivate und vereinzelt entodermale Strukturen gebfldet. Im Gegensatz zu Triturus differenziert sieh Ambystoma- ektoderm selten zu Vornierenkan/ilehen und in keinem l~all zu tterz- und Gehirnstrukturen. Besonders hinzuweisen ist attf die Versehiebung der Regionalit/~t der spinoeaudMen Induktionskomplexe yon dorsal naeh ventral innerhMb der einzelnen Serien der Ambystomaversuehs- reihe. W~hrend nach Behandlung in der ff/ihen mittleren und mittleren Blastula spinocaudMe Induktionskomplexe mit den Aehsenorganen Neuralrohr und Chorda a~fftraten, wurden in der sp~ten Blastula und fffihen Gastrula fast ausschlioBlieh nur ventral-spinoeaudale Gebilde registriert. Diese Explantate enthielten nur Mesenchym, Pigment und Flossens/~ume, in wenigen l~llen aueh harnleiter~hnliehe Differen- zierungen und Muskulatur. Von ~hnlichen Induktionsgebflden berieh- teten T~n~MAz~z~ und TIEa)E~r~zq~ (1964) in ihren Versuchen mit Fraktionen aus Hiihnerembryonen Ms induzierendes Agens und Triturus alpestris Ms Reaktionssystem. Die yon ihnen als ,,Mesenehymsehw/~nze" bezeiehneten Induktionsgebflde waren das Ergebnis der Kombination einer mesodermal induzierenden mit einer neural wirkenden Fraktion. Bemerkenswer~ ist, dab Ektoderm yon Ambystoma mit Lithiumehlorid allein ~hnliehe Induktionsgebflde verwirklicht. Wie aus frfiheren Ver- suehen (]3AI~TH, 1941; I:IOLTI~RETER, 1944, 1945) bekannt ist, besitz~ Ambystomaek~oderm die Tendenz zur autonomen Realisierung neuraler (archeneephaler) Derivate. Es erseheint die Annahme bereehtigt, dab diese Tendenz zusammen mi~ einem mesodermal induzierenden Agens gleiehartige DJfferenzierungen hervorruft wie im Triturusektoderm die kombinierte Behandlung.

25 Wilhelm Roux' Archly, Bd. 160

372 H. GRv~Z:

B e t r a e h t e t m a n die Ergebnisse , die andere A u to re n und wir fiber die Kompetenzverh/~l tn isse des Amph ib i enke ims e rha l ten haben, so wird deut l ieh, dab der e inwirkende I n d u k t o r in j e d e m Entwiek lungs- s t a d i u m auf ein andersar t iges R e a k t i o n s s y s t e m tr i f f t . Diese Ta t sache weist da rau f bin, dab im E k t o d e r m w/~hrend des Al te rns au tonome Vor- g/~nge ablaufen, die eine se lekt ive Blockade bzw. Deb loekade der geneti- sehen I n f o r m a t i o n s t r a g e r bewirken.

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Experimentelle Untersuchungen über die Kompetenzverhältnisse früher Entwicklungsstadien des Amphibien-Ektoderms