Kritisches Referat fiber die neueren Untersuchungen fiber den physikal ischen Zustand der Zelle w~ihrend der 3Iitose.

Von

Josef Spek, Heidelberg. (Eingegangen am 27. Juni 1923.)

Es ist in dieser Frage yon besonderem l~eize yon VorsteUungen fiber den Meehanismus der Zellteilung auszugehen, aus denen sieh sehon bestimmte Zu- sr des mitotisehen Zelleibcs deduktiv postulieren lassen. Dies ist zum Beispiel bei der Vorstellung mSglieh, dab Ober/ldehenspannungsdi//e- renzen die Ursache der Zelldurchschniirung sind. Ich konnte 1918 darlegen, dab im Gegensatz zu irrigen Vorstellungen und Versuchen yon l~obertson (1913) und zum Teil auch R. S. -Lillie am physikalischen 5~odell OberflSchenspannnngs- differenzen nur dann zur Durchsehniirung eines sehwebenden Tropfens fiihren, wenn die Oberfl~ehenspannung der J(quatorzone relativ hoch, die der Polgebiete relativ gering ist. Eine Analyse der Begleiterscheinungen der Zelldurehschnfi- rung, wic besonders der gesetzmiil]igen StrSmungserscheinungen ergab in bester (Jbereinstimmung hiermit, dab an Nematodeneiern die ]eweilige Einschniirunffs- zone ein Geblet einer absoluten Ober/IgehenspannungserhShung darstellt. Ieh ~'ersuchte sehon damals diese SpannungserhShung mit einer Zustandss der Plasmakolloide der J~quatorzone zu erld~ren und wies darauf hin, dab eine ffesteigerte Ver/liissigung der Kollolde die Oberfl~chenspannung in diesem Sinne beeinflussen mfiBte. Die Polgebiete miiBten dann dichteres Plasma haben, denn jo diehter ein Koltoid, desto geringer seine Oberfl~chenspannung. Ffir eine absolute Verminderung der Oberfliiehenspannung und damit ~ueh fiir eine absolute Verdiehtung des polaren Plasmas konnte ich damals an meinem Ob- jekte keine direkten Belege erbringen.

Seit jener Zei~ haben sieh unsere Kenntnisse fiber derartige Zustands~nde- rungen der Biokolloide bedeuteud vertieft, und andererseits konnte mit anderen Me~hoden und unabh~ngig hiervon immer ein besonderes, vom gewShnlichen abweichendes Verhalten der Zelle w~hrend der Mitose festgestellt werden. Von diesen letzterws Untersuchungen erbraehten in recht gut harmonierender Weise die einen direkte Beweise, die anderen machtcn es wenigstens wahr- scheinlich, dal3 die mitotische Zelle eine besonders hohe Permeabilitdt au/weist, die sich also bei sich furehenden Eiern in rhythmischem Weehsel bei jeder neuen Furchungsteilung immer wieder einstellt, um naehher gleieh wieder zu versehwinden. Eine i~hidiche Permeabilit~tserhShung ist gleich nach der Be- fruehtung nachweisbar. Die alteren Arbeiten legten dar, dab in den erw~hnten En~wieklungsphasen eine erhShte Empfindlichkeit der Furchungszel/en gegen gfftige Substanzen bemerkbar wird. Dies gilt ffir die Zeit gleieh naeh der Be- fruchtung und dann wieder vor jeder Zellteilung bis zu ihrer Vollendung, z. B. nach .Lyon (1902) fiir KGzV, dann nach demselben Au$or (1904) ffir C02 und naeh Spaulding (1904) in ~hn]icher, wenn auch nieht in so auffalliger-Weise fiir Sguren und reine Salzl6sungen (reines isotonisches KC1 und NaCl). Hin- weisen mSehte ich noeh auf eine Reihe diesbeziiglicher Oaten yon E. G. Conklin (1912). Wie aueh in anderen Permeabfliti~tsarbeiten, konnte weiterhin auch auf unserem Gebiete eine mit der Permeabilit~tserhShung parallel laufende ErhSh'ung der elektrisehen Leitf~higkeit des 5Iediums, in dem sieh die Zellen befinden yon Me Ctendon (1910) u. a. naehgewiesen werden. - - Vou den direkteu

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Beweisen beziehen sieh die Klteren yon Lyon und Shaekell (1910) und E. N. Harvey (1910 und 1911) tells auf das Eindringen yon Farbstoffen, tells auf das Ein- dringen yon AlkaHen, welches man dutch eine vitale VorfKrbung der Eier mi$ Indikatoren (etwa Neutralrot) erkennbar maeht. Dieser Versuch mit den mit :Neutralrot gefiirbten Eiern gestaltet sich aach neueren systematischen Ver- suehsserien yon M. Herlant (1918) geradczu verbliiffend, der durch die eindrin- genden Hydroxylionen bewirkte Farbenumsehlag vom Rot in Gelb ist n~mlich sogar schon makroskopisch an Klumpen yon Eiern im UhrschSlchen auf weii]em Grunde sichtbar. Untersueht man nun alle fiinf MAnuten eine Portion der sich entwickelnden Eier auf ihren Farbenton, so ergibt sich einige Zeit vor jeder Teilung der Umsehlag in Gelb. Nach AbsehluG der Teilung finder man dana aber sogleich wieder R o t f ~ r b u n g . - Ebenso ausgepr5gt ist auch die rhythmlsehe Permeabilit~ts~nderung f/Jr Salze, die sieh am klarsten wieder aus Versuchs- reihen yon .]I. Herlant (1918) ergibt. Ist die Eizelle fiir Salze schwer durch- l~,ssig, so rufen hypertonisehe SalzlSsungen Plasmolyse hervor. Dringen die Salze leicht ein, so bleibt die Plasmolyse aus. Wenn nun auch die verwendeten Seeigeleier nur unvollstiindige Osmometer sind, so ergab sieh aus tterlants Ver- suehsserien doch ein sehr klares, mit allem bisher Gesagten prgehtig harmo- nierendes Bild: Wir finden bis zu 30 l~Iinuten nach der Befruchtung erst ein Ausbleiben der Plasmolyse, dann immer intensiver werdende Plasmolysierbar- keit, dana sinkt diese wieder ab, um im Stadium des Diasters bis zur vSlligen Trennung der Blastomeren vSllig zu versehwinden. Gleieh darauf stellt sie sich wiedcr ein, und so geht es in rhythmischera Wechsel weiter. Der Eindruck der Gesetzm~Gigkeit, den diese Vorg~nge darbieten, wird dadurch noch crhSht nnd unserem VerstKndnis n~her geriiekt, dab nach Herlant jeder Zusatz yon Salzen und anderen Stoffen zum Seewasser, welche die Permeabilit~t auch sonst bis zu einem gewissen Grade vermindern, die Plasmolysierbarkeit raseher ein- treten lassen, w~hrend jede expcrimentelle Permeabilit~tssteigerung eine Hinaus- schiebung oder g~nzliehe Verhinderung der Plasmolysierbarkei$ bewirkt. Her. lants reiches Tatsachenmaterial licfert vorziigliche Bewcise fiir die Richtigkeit der deduktiven Analyse der Ionenwirkungen auf das Seeigelei, die ich 1918 ver- sucht habe.

Phasen mit auffi~llig hoher Permeabilitiit der ZeUe wurden aueh yon anderer Seite immer wieder als Anzeichen besonderer physiologischer Zustands~nde- rungen, einer besonderen Aktivit~t der Zelle erkannt. W~hrend der ersten Ent- wieklung finder also eine solehe gleich naeh der Befruchtung und dann vor den Zellteilungen start bis zur Trennung der Blastomeren. Zwisehen diesen Phasen verh~ilt sich die ZeIle ziemlich normal. Es seien nun noch Beobachtungen an- geffihrt, die zwar aueh rhythmische J~nderungen der Furchungszellen zeigen, aber vielleieht noch nicht so ganz sicher ausschlie/Jlich vom Permeabilit~ts- wechsel erkl~irt werden k6nnen. Ich meine Versuche yon R. S. Lillie (1916)1) fiber die Wirkungen hypotonischer LSsungen. Am klarsten ist ihre negative Seite: Hypotonische Salzl6sungen rufen in den erwEhnten Perioden verminderter Permeabilit~.t (obwohl im hypotonisehen BIedium natiirlieh gerade auch in solchen Phasen eine Volumzunahme erfolg~) den geringsten Sehaden hervor, fiihren am wenigsten zu einer Cytolyse. Vor und w~hrend der Zellteilungen dagegen ist die Cytolysierbarkeit der Zellen sehr groG. Vom Standpunkt der osmotischen Analyse allein mug man es ohne weiteres iiir mSglich halten, dab auch in Phasen verminderter Permeabilit~it, in denen die Zellen einigermal]en semipermeable l~Iembranen haben und damit fiberhaupt erst Osmometer werden,

x) Neuersehienen sind hieriiber die Arbeiten von ~. E. Just: Amerio. journ. of physiol. 61 (1922).

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duroh 0smose schlieBlich so viel Wasser aus den hypotonischen LSsungen auf- genommen werden kann, bis Cytolyse erfolgt, und andererseits ist in den Peri- oflen, in denen dureh die starke Permeabilit~tssteigerung die osmotischen Eigen- schaften der Zellmembranen mehr oder weniger versehwinden, Hypotonie an sich eigentlich noeh kein Grund zu enormer Wasseraufnahme. Es kommt, wie wit sehen werden, wahrseheinlich noeh hinzu, dab w~ihrend der Zellteilung das Plasma sehon yon vornherein wasserreicher oder verfliissigter oder schlieBlich quellbarer is~ als sonst, und dab andererseits in den Zwischenperioden die Ver- festigung so wei~ geht, dal~ auch das Wasser keinen unbeschr~tnkten Eintr i t t in die Zello hat. - - Bei den Seeigeln sind iibrigens auoh die unbefruchteten Eier gegen Hypotonie des AuBenmediums ziemlich empfindlich.

Von hohem Interesse ist nun welter noch ein Befund yon Tschdchotin (1921 ), der sehr wahrscheinlich maeht, dab die Permeabilit~it der Zelle vor der Zel]- teilung in verschiedenen Zellbezirken versehieden ist und zwar, dal3 die zukiin/- tige EinsehniZrungszone sine erhShts, die Pole dagegen sine geringere Permeabilit~t besitzen. Der Versuch wurde so ausgefiihrt, dab die Zelle lokal mit ultravio- lettem Licht bestratdt ~vurde. Eine solche lokale Bestrahlung ruft nun immer lokal alle Anzeiehen einer starken Permeabilit~tserhShung hervor, und diese tr i t t dann in der Aquatorzone sehr raseh, anderswo langsamer sin. Aueh nach dieser h[ethode ergab sich flit die Periods zwischen Befruchtung und Zellteilung (etwa sine halbe Stunde nach der Befruchtung) eine verminderte Permeabilit~t.

Es scheint nun gar nicht schwer, zwisehen den beschriebenen auff~lligen Erscheinungen der lokalen Permeabilit~tserhShung an der mitotisehen Zelle und den oben theorctisch postulierten Differenzen der Oberfls und des Quellungszustandes des Zelleibes den eausalcn Zusammenhang zu finden. Nicht nur das Studium der physiologischen ]3edeutung, sondern auch des Wesens der Permeabilits haben in den letzten Jahren gute Fortschritte gemacht. Bei der letzterw~hnten Analyse der Permeabilittits~nderungen schei- nen mir einstweilen die gesichertesten und eindeutigsten Resultate die dies- beziiglichen salzphysiologisehen Untersuehungen zu !iefern. (Ich verweise z. ]3. auf meine Arbeiten yon 1921 und 1923.) Es ergibt sich daraus niimlich mit Eindeutigkeit, dab die PermeabilitE~ variier~ je nach dem Zustand, in dem sich die hlembran und die Zellkolloide befinden. Dieser aber kann betri~cht- lieh beeinfluBt werden durch Ver~nderung der Ionenkombination des AuBen- mediums. Die Ionen ihrerseits wirken 1. auf den Wassergehalt und 2. auf den Dispersitiitsgrad der Membrankolloide ein. Je st~irker die quellende und ]e schwgicher die ]gillende Wirkung einer Elektrolyt158ung ist, der die Zellen ausgesetzt sind, um so h6her wird die Durchldsslqkeit der ZeUeu.

Entquellende und starker f~llende Wirkung (natfirlieh nur inncrhalb einer gewissert Grenze) rufen eine ~ermeabilit~itsverminderung hcrvor; dabei ist noch liar unsere weitere Betrachtung yon Bedeutung, dab quellende und/dUende Wit- ]tung yon Ionen (in physiologiseher Bedeutung) nicht einander ausschlieflende Dings sind, sondern beide auf einmal in der Zelle gegeben sein k6nnen. Ebenso kommb bei manchen Ionenwirkungen auch die Kombination: entquellend, aber nur schwach ]~illend vor. Wenn wir nun aber dureh physiologische Quellungs- wirkung experimentell nach Belieben sine Permeabilitgtssteigerung hervorrufen kSnnen, so ist es schr wahrscheinlich, dab aueh die im Zellbetrieb dutch innere Faktoren verursachten Permeabilitiitssteigerungen dutch entspreehende Zu- stands~nderungen der Plasmakolloide, also e~wa durch eine Aufquellung oder Verfliissigung, die Permeabilit~tsverminderungen durch eine Verfestigung her- beigefiihrt werden. Wit kommen demnaeh bei dem heutigen Stande unserer Kenntnisse hiermit zum zweiten Male auf deduktivem Wege zur gleichen Postu- lierung wie eingangs, daft n~mlieh wghrend der Mitose sine lokal beschr~nk~e

fiber den physikalisehen Zustand der Zelle w~hrend der Mitose. 447

Ver]li~ssigung der ZellkoUoide des z~quators und eine (zum mindesten relative) Verdichtung der Polgebiete eintreten miissen.

Diese Ver'~nderungen der Zellkolloide konnten nun in der Ta t durch (meistens rein empirische) Untersuchungen der le tz ten Jah re nachgewiesen werden. Es kamen dabei zwei ]~Iethoden in Anwendung: die der )> Microdisseetion(~ und die der Centri/ugierung. Bei der ersten ~Iethod6 ist es gerade eine der wichtigsten Anweadungsmbglichkeiten, dai~ man mi t der 5Iicrodissectionnadcl Bezirke differenter Beschaffenheit im lebenden Plasma feststellen und evcntucll dichtere Par t ieu isolieren kann. Bei kri t ischer Anwendung l~il3t sich da noch viel wieh- tiges yon der Mikrodissektion erhoffen. Ffir das in Teilung begriffcne Secigclei machen Sei]riz (1920) und R. Chambers (1921, 1 und 2) nunmehr iibereinstlm- mende Angaben, die dahin lauten, daft im Phtsma die ganze Umgebung der Centrosomen gelatiniert, und dal~ in diesera Verdichtungshof nur die eigentliehen Strahlen der Astrosphbre und eine Blase um das Centrosom herum fliissige Konsistenz aufweisen. Wei terhin sell die zentrale Region der Zelle ~)and the zone between the two halves o] the egg(( (Chambers, 1921, S. 338) veto .Beginu der Am- phiasterbildung bis zur Telophase ]li~ssig sein und Strbmungen aufweisen. (Strb- mungen in den medianen Part len des Seeigeleies sind sehon friiher yon J. Sehaxel (1913) beschrieben worden.) Wenn diese Angaben, was unsere Hauptf rage naeh dem Verhalten der oberfl~ichliehen Aquatorzone betrifft, aueh noch nich~ ganz unzweideutig zu sein seheinen, bietet uns da die Microdissectioa doch auch sehon je tz t Resultate , welche das obcn Postulierte aufs allerbeste stiitzen.

Erstaunlicherweise sind die Zustands~inderungen des Plasmas w/ihrcnd der Mitose, die Schwankungen zwischen fliissigerer und dichterer Konsistenz so betr/iehtlieh, dab sie sich sogar mi t dcr ja re la t iv groben Method~ der Ccntri- fugierung, mit der Verschiebbarkeit oder 5Iichtverschiebbarkeit yon Einlage- rungen im mehr oder wenlger fliissigen Subst ra t des Plasmas nachweiscn lasscn. - - Bei dieser ~fethode mul~ man von vornhercin folgendcs behcrzigen: Erstcns kann Niehtcentr ifugierbarkei t (zumal bei der night langen Einwirkungsdauer) in kolloidehemisehem Sinne nieht etwa ohne weiteres, wie das meist geschehen ist, bloB als Beweis fiir eine riehtige Gelbildung angesehen werden; auch Sole, j a sogar relne :Fliissigkeiten kbnnen sehr betrbehtliehe Viscositiiten aufweisen (ich verweise da besonders auch auf die kritische Erbr terung dieser Fragen in Sei/rlz (1920)). ~'fir Sole ist es aueh sehr wahrseheinlich, dab auch schon ganz feine Dispersit i i tsverminderungen (s. sp~tcr) auf die Verschiebbarkeit dcr groben t 'a r t ikcl einen betr~chtlichen EhffluB haben kbnnen. Schliei]]ich sell nicht un- erw~hnt bleiben, dab cane starke Viseosit~tssteigerung andererseits auch gerado dureh eine Hydra ta t ion yon KoIloiden verursacht werden kann. Jede sorg- f~ltige und kritische Analyse der Centrifugierungsresultate muiJ mi t all diesen ~Ibglichkeiten reehnen. - - Zweitens mul] man sieh stets vor Augen halten, dab in all den F/illen, we in der Zelle mehrere Gebiete differenter Besehaffenheit vorhanden sind (wie gerade auch wiihren4 der I~Iitose) die Centrifugierungs- methode versagen mug, oder aber nur ein ganz ungefbhres Bild yon dem, was wirklich in der Zelle vorgeht, geben kann, das gewisserma~en nur ein grebes Bruttoergebnis der differenten Prozesse ist. - - SehlieBlieh sei noch bctont, dab in dem Falle, wenn das Plasma sehon normalerweiso ziemlieh leichtflfissig ist, eine weitere VerqueUung der Plasmasole bei der Centrifugierung kein neues Bild ergibt.

Gerade vom letzten Gesichtspunkte aus erscheint es nun angebracht, bei der Wiedergabe der bisher gewonnenen Versuchsresultate mit den Arbci ten am Frosehei zu beginnen. Zuerst schlol~ Roux (1895), dal~ das Pro top lasma der unbefruchteten Froseheier ~;rigider~ ist, als das der befruehteten Eier, d~ erstere t rotz ihrer meist sehiefen Zwangslagen im Eierstoek wochenlang dcr

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umordnenden Wirkung der Sehwerkraft auf clio yon Roux (1884) als spezifisch ungleieh schwer ))erwiesenen~ beiden Dotterarten in hohem MaBe widerstehen, w~ihrend nach der Befruehtung die Schwerkraft binnen zwei Stunden eine diesen spezifisehen Gewichten entspreehende ~euordnung des Dotters be- wirkt, sofern ein Ei in ~)abnorm sehiefer~ Zwangslage gehalten wird. ~ach G. Odquist (1922) hat das unbefruchtete Frosehei ein ziemlieh viseoscs Plasma, so dab die Centrifugierung nur eine ganz unbedeutende u der Pigment- und DotterkSrnchen bewirkt. Dies ~ndert sieh jedoeh am be- fruchteten El; an diesem treten rhythmische Periodeu ffrSflerer _~liissigkeit und leichterer Ccntrilugierbarkeit auf. Sie laufen interessanterweise voUstiindig Tar- alle mit den an anderen Eiern gefundenen Phasen erhShter Permeabilitgt. ~rau Konopacka (1908) konnte gleich nach der Befruchtung eine leichte Centrifugier- barkeit nachweisen; diese seheint jedoeh nicht immer so stark ausgepr~gt zu sein, wie die der sp~teren Perioden. Odquist land sie in seinen u nicht vor, doch seheint er mir gerade diesem Punkt keine besondere Aufmerksam- keitgewidmct ~u haben. AuchdieBefunde Brachets (1906) fiber die vollkommene Regulationsf~hi~o*Keit des Froseheies gerade in dieser Periode im Gegensatz zur ni~ehstfo]genden spreehen sehr fiir die gleiche Differenz in der Beschaffenheit des Plasmas dieser ersten und zweiten 1)eriode. Spi~ter wird dann nach iiber- einstimmenden Angaben aller Autoren das Plasma wieder starr; die Centri- fugierung gibt ein negatives Resultat. Vor der ersten Teilung tr i t t sehliel31ieh bei der Centrifugierung wleder eine auff~ilige Pigmentverschiebung auf, die unmittelbar naeh der Teilung noch vben so groB ist. ] a n n flaut die Verfliis- sigung wieder ab und schon 20 ~Iinuten spiiter ist sie wesentlieh schwaeher. Vet und w~ihrend der zweiten und dritten Furchung konnte cbenfalls die starke Centrifugierbarkeit vorgefunden werden, in den Zwisehenperioden stets der viscose Zustand, abet keine grSBere Viscosit~t als bei den unbefruchteten Eiern.

AuBer der erw~hnten Parallelit~t mit den zu erwartenden Perioden der t)ermcabilit~tssteigerung ist noeh folgendes an den Versuehen yon Bedeutung- 1. gibt uns die Centrifugierung des Froscheies keinen AufschluB fiber etwaige polare Verdiehtungen w~hrend der Mitose. Diese kann natfirlich trotzdem gegeben sein. ]~'Iit ihr hat aber die nach der TeiluIJg auftretende Verdiehtung jedenfalls gar nichts zu tun. Diese ist entweder ganz einfach als Riickkehr zum gewShnlichen, normalen Ruhezustand, den wir ja zwisehen den konti- nuierlich aufeinander folgenden Mitosen fiir das Plasma wohl noch am ehesten gerade in diesem Stadium erwarten kSnnen, oder aber als Folgeerscheinung der mitotischcn Ver~nderungen der Zelle aufzufassen. �9 Sehr naheliegend ist z. B. der Gedanke, dab eine mitotisehe Permeabilit~tsstei~erung jeweils ein st~irkeres Einch'ingen yon Salzen yon auBen zur ~'olge hat und dal~ diese eine Viscosit~tscrhShung der Zellkolloide verursachen (siehe diesbezfiglich auch sparer). In der Tat wissen wir ja aus der wiehtigen Arbeit yon Backmann und ttunn~tr6m (1908), dab der nach der Befruehtung stark verminderte osmotische Druck (wolff gleich Salzgehalt)des Froscheies w~hrend der Entwicklung aU- m~hlieh wieder steigt. - - Nach den Centrifugierungsversuchen allein dr~ngt sieh einem als wiehtigste, ja eigentlich als einzige Zustands~nderung des Froseh- eies w~hrend Oer Teilungen die Verfliissigung des grSl]ten Teiles des Plasmas auf.

Vergleichen wit nun die besonders yon Heilbrunn in mehreren Arbeiten (1915, 1920 und 1921) fiber die Viscosit~ts'~nderungen der Eier yon Arbacia punctulata, Cumingia und Nereis gemachten positiven Beobaehtungen, so kSnnen wir erfreulieherweise eine ~bereinstimmung mit dem bisher Gesagten in allen wescntliehen Punkten konstatieren. Wit finden z. B. beim Seeigelei nach der Bcfruehtung fliissige Konsistenz und Centrifugierbarkeit, dann eine allm~hliehe Verfestigung, die Kuppe hyalinen Plasmas, die dutch die Abeentrifugierung

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der schweren Granula ents teht und in der erw~hnten ersten Phase das halbe E i einnahm, wird immer kleiner, um schlielMieh ganz auszubleiben. Wenn die cytologischen Vorberei tungen zur ersten Furchungstei lung welter vor . geschrit ten sind, t r i t t dana sehr bald eine neue Veffliissigung und starke Aus- bildung der hyalinen Zone ein. •ach vOlliger Ausbildung des Diasters, also schon w~hrend der Einsehniirung, mach~ sich nun freilieh bci allen unter- suchten marinen Eiern insoweit ein Unterschied gegenfiber dem Froschei be- merkbar, als die verdichteten Gebiete offenbar einen grSBeren Toil des Eies einnehmen als deft , so dab das Brut toverhal ten des Eies wShrend der Ein- schnfirung ein Ausbleiben der hyalinen Zonenbildung ist. Wir wollen uns abet daran erinnern, dab Chambers und Sei]riz naehweisen konnten, daI~ w~hrend der Durehschnfirung nicht die ganzen Eizellen verfest igt sind, sondern dab zwischen den beiden VerdichtungshSfen das zentralo Plasma eine ganz andere, flfissigere Konsistenz aufweist, die also das Centrifugierungsrcsultat nur nicht in geniigend starker Weise beeinflussen kann. - - lqach der Durehschnfirung dot ZeUe bleibt die Centrifugierbarkei~ noch eine Weile aus, dann ~ber mach t sich allm~hlich, wenn es der zweRen Furchungstei lung zugeht, w~de r die typisehe mitotische Verfliissigung gelCend, und so gehC es in gleiehem Rhy thmus weiter.

Wenn man nun ganz ohne Rficksieht auf andere .~Iethoden ausschlieglieh auf den Centrifugierungsergebnissen am Seeigelei zu allgemcineren Sehliisscn fiber das Wesen dcr l~Iitose k o m m e n wollte, so mfiBte man z. B., wie Heilbrunn das in der Ta t rut, die ganze Periode der l~ichtcentrifugierbarkeit einfaeh als eine einhei~liche Zustands/~nderung, die vor der Durehsehniirung beginnt und erst b e i d e r Verfliissigung vor der nachsten Zellteilung aufhSrt, auffassen. ~ i r scheint es aber, als ob man da aul]erordentlieh Gcfahr li~uft, vSllig heterogene Dingo i n einen Topf zu werfen. Die .~ficrodisseetionforscher geben ganz be- s t immt an, dal~ naeh tier Durchsehnfirung sowohl die gelatinierten Hofbildungen als aueh die leichtflfissige Mittelzone als solehe ihr Ende finden, und dab dann etwas ganz Neues einsetzt. I n dieser neuen Periode kSnnte die Verschiebbar- kei t tier groben Einlagerungen, etwa dutch eine physiologische Ausf/fllung, dureh eine feine Dispersit/s eino betr~iehtliche Vcrminderung erfahren. Vereinzelte none Befunde deuten immer mehr darauf hin, dab selbst so feine Trfibungen wie schwaehe S~iuren (z. B. Kohlens/~ure und Milchs~ure) sic in den Zellen erzeugen k6nnen, die auch den von mir 1920 beschriebenen feinen Plasma- fifllungen dureh Kalisalze entsprechen diirften, die Centrifugierbarkeit beeinflussen kSnnen. - - Dann miissen wir nns weiterhin klar maehen, dab die oben crli~uterten PermeabilitEtsoszilla~ionen, die physiologiseh wichtigsten physikalischen Xnde- rungen, mi t den Heilbrunnschen Koagulat ionsphasen absolut nieht parallel laufen. Die flfissige Periode hSrt nach Heilbrunn schon wi~hrend der Teilung auf, w/~h- rend die hohe Permeabil i tSt noeh anhiilt bis die Durchsehnfirung vollendet ist, ode r mi t anderen Worten die atfffiillige Permeabil i t~tssenkung zum normalen Betrag f/illt in eine Phase, in der die Centrifugierungsmethode gar keine wesen~- lichen Ver/~nderungen am Plasma erkennt, wShrend die 3Iikrodissektion diese genau im richtigen Stadium finder. Nach allem ist sehr zu vermuten und mug noch durch die bisher fehlenden krit lschen Kontrol lversuche untersuchC werden, ob nicht der Zustand, den wit beim Frosehei offenbar als Folgeerscheinung der s tarken mitot ischen Permeabili t / i tssteigerung nach der Zellteilung eintreten sahen, auch hier ersC nach der Durchschnfirung beginnt, und beim Seeigelei is t e s noch viol wahrscheinlicher, dab die hier ja naehgewiesene Steigerung der Durehl/issigkeit ffir Salze aueh ta~s//ehlieh reichlicher Salze aus dem hier viol salzreicheren Medium in das Inhere der Zelle eintreten laBC, bis diese schlieglich eine ~eine F/~llung, eine Dispersit i i tsverminderung und damit wieder eine Vis- cosit/~tssteigerung hervorrufen, die eben etwas ganz andercs sein kSnnte als

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die Gelbildung nm die Centrosomen. Diese SchluBfolgerung wird zur Gewi6- heir, wenn wit nns noch das Resultat der Versuche Heilbrunns (1915) fiber den EinfluI~ yon Satzl5sungen anf die Centrifugierbarkeit vorhalten. Am eindeu- tigsten sind yon diesen die an den unbefruchteten Eiern. Aile hypertonischen Salz15sungen heben die Centrifugierbarkeit des fliissigen :Plasmas der unbe- fruchtetea Seeigeleier auf.

Fiir die Eier yon Cumingia und Nereis hat Heilbrunn ganz analoge Viseosi- t~tssenkungen v e t jeder Teilung, und zwar auch jeder PolkSrperaussehcidung und dann, wieder mib der Einschniirung beginnend, eine Abnahme der Centri. fugierbarkeit konstatieren kSnnen, so dab dss eben gesagte suf diese Objekte direkt iibertragbar ist. Bei manehen kleinen iVematode~ konnte ich eigentlich in allen Perioden zwischen Saftraumbildung und 1. Teilung Str5mungserschei- nungen, also Iliissige Konsistenz des :Plasmas der Eier nachweisen. Zwar kern- men an der Eioberfl~che naeh der •opulation der Vorkerne periodenweise die Bewegungen zum Stillstand, doch braucht das nicht unbedingt yon einem Z~her- werden der Oberfl~iche herzuriihren nnd gerade w~hrend der Einschniirung linden an der ganzen Oberfliiche wieder StrSmungen s~a~t, die selbst yon den Polgebieten die Einlagerungen wegfiihren. Auch nach der Zellteilung finden wir wieder amSboide Bewegungen vor. - - Aueh beim Ascarisel scheint in all diesen Perioden die Centrifugierbarkeit erhalten zu bleiben.

Zustands~nderungen des Plasmas werden ja nun trotzdem auch in diesen Eiern in analoger Weise stattfinden. (Ieh vermutete z. B. schon friiher auf Grund ganz andercr Beobachtungen cin ~quatorialcs Eindringen yon Salzen in die Eier der klelnea Nematoden naeh der ]~Iitose, 1920.) Nut miissen wir eben zu ihrem :Naehweis feinere Methoden als die Centrkfugierung benutzen. Jeden- fails kSnnen wir sber bei diesen Eiern sehleehterdings nleht yon einer * Koagu- lation oder Gelstinierung des Plasmss(~ im 8inne Heilbrunns sis einem wesent- lichen Faktor der ZeUteihmg sprechen.

I-Ialten wit uns nun alle die betraehteten Phanomene der Befruehtung und Mitose vor Augen, so miissen wit sagen, dab es heute eixffach nicht mehr mSglich is~, die Erkl~rung fiir das yanze Wesen der Befruchtung und Zellteilung ohne jeden Kommentar etw~ in einer These wie der Heilbrunns zu suehen, die besagt: DaB Wesen der Befruchtnng und Zellteilung ist die Koagulation des Plasmas. Wir miissen vielmehr alle die Einzelprozesse herausgreifen und mtissen dann, - - der zweite Schritt in der Analyse, - - experimentell versuehen, diesen oder jenen zu beeinflussen, zu hemmen oder zu fSrdern, um damib noch weiteren Einblick in ihr Wesen zu erhalten. Ein positiver Ausfsll eines Koagula~ions- versuches z. B. wiirde somi~ die andere MSgilchkeit, dal~ etws such Quellungs- erscheinungen bei der Teilung yon Bedeutungw~ren, in keiner Weise susschlie~en.

Eines ist dabei allerdings bei den bisherigen Versuchen schon mit Ein- deutigkeit herausgekommen und zwar das, dab eine dauernde Einwlrkung yon Stoffen, welche dutch entqueilende Wirkung oder suf osmotischem Wege durch Hypertonie der Zelle krd/tig Wasser entziehen, oder aueh nur dureh physiologiseh starke f~illende Wirkung (wie etwa ein Extrazusatz yon CaC12) die Zeilmembran so abdichten, dab nieht nur der Eintri t t yon Salzen, sondern auch der des Wassers verhindert wird (Herlan~, 1918) im Gang be]indliche Zellteilunffen sistier~. Im Herlantsehen Versuch z. B. geht der ZellteflungsprozeB im CaCl~ bis zur Aus- bildung des Diasters welter, dann aber geschieht, tro~zdem das Plasm~ vSllig normal und hell bleibt nnd die Zelle nicht einmal sehrumpft, niehts welter. Und l~l]t man auf rssch sieh teilende Protozoenzellen solche abdiehtende und entquellende Salze in mit~leren physiologisehen Extrazus/~tzen dauernd ein- wirken (Spek 1920), so ergibt sich ausnshmslos eine betriichtIiche Verz6gerung des Teilungsrhy~hmus. Dagegen wirkt eine dsuernde physiologische Steiger!enff

fiber den physikalischen Zustand der Zelle wShrend der Mitose. 451

der Waseerzu/uhr, d. h. also nich~ dutch so starke Quc]lungsfSrdercr, wie Saponin, •ettsguren usw., sondern etwa kleine Zusgtze yon LiC1 odor KSCN mdchtig ]6rdernd au] die Zellteilung ein, hinder~ also Gelationen, wenn solche ffir die 5[itose nStig sein sollten, jedenfalls nicht.

Eine andero Frage i s t nun aber die, ob man nicht durch voriiberffehende Fdllung odor Gelatinierung des Plasmas wenigstens an manchcn Objektcn Zell- teilungen anregen odor fSrdern kann, in dem etwa die Astercnbildung dadurch erleichter~ wird.

Fiir die expcrimentelle Untersuchung des Problems sind folgende Punkte yon Interesse: gerado die physiologiseh sb/irkcr f/illend wirkenden Stoffe dringen moist gar nieht in die Zelle ein, sondern verdichten bis zu einer Grenzkonzentra- t ion nur die 3Iembran. So wird also unsere Aufmerksamkeit gerade auf die sohw~chor f~llenden Substanzen gelenkb, die allein befii.higt sind, auch im Zell- innern reversible FSllungen hervorzurtffen (Spek, 1921). Solltc also die ~)Koa- gular eines Sr die bier in ~rago kommt und die dann wohl auch zu einem ~Nichtcentrifugierbarwerden des Plasmas fiihrt, wio mir framer wahrseheinlicher wird, gerade yon einer yon mir sogenannten )> leiehten F~llung(~ (die sich moist in einer typischen Tri ibung ~uBert) herriihren, so miiBto die ~Koagulationsbheorie dcr Enbwicklung~ ihre ganzen Vorstcllungcn und Aus- drilcke sehr revidieren. Zu betonen ist da weiterhin noeh, dab eine solchc leiehte :F~llung mi t einer ganz enormcn Wasseraufnahme verbunden sein kann ( Spek, 1923). Wcnn man also bloB finder, dab irgendein Stoff eine l~Sllung der erw~hnten Art hervorrufen kann, so ist damit noch keincswegs gesagt, daft damit , wie irrt i imlich moist angenommen wird, eine Wasserentziehung aus der Zelle verbundea sein mul3. So beweisen z. B. aueh die Heilbrunnschen Ver- suche, dutch Centrifugierung eine Koagulat ionswirkung yon Par thogenet icen festzustellen, in all den Fiillen noch nicht viol, we den betreffendea LSsungen (wie der yon Saponin, Toluol, Chloroform und aueh dem desk. Wasser) gleich- zeitig auch eine starkc Quellungswirkung zukommb. - - Reine isotoniseho Salz- wirkungen, die jedenfalls alle miteinander im Zellineren sehwach f~llend wirken, sind aufs deutlichste parthenogenetisch um so wirksamer, je stdr]cer sic quellend wirken. ~br igens lassen naeh Heilbrunn auch gewisse hypertonische Salz- 15sungen die E imembranen aufquellen.

Au/~er diesen prinzipiellcn Einw/inden lasscn sieh gegen die meisten Ver- suchsserien Heilbrunns auch im einzelnen sehr viele Einw~nde erheben, die ve to Autor selbst gar nioht ins Auge gefaBt werden. Die Versuche Heilbrunns sind in den moisten F~illen nach keiner Richtung durch Kontrol len gedeekt, so da~ eigentlich alle ~Sgl ichkei ten offcn bleiben. Bei seinen Beweisf/ihrungen setzt er sich viol zu wenig mi t anderen Anschauungen kri t iseh auseinander. Einige Beispiele nur dafiir: W/~hrend H. 1915 zeigt, dab =N=arcotica wie Chloroform und Toluol in der dort angewandten sehr hohen Konzent ra t ion auf das Plasma im Inneren f~llend wirken, will er nun wieder ausschliei31ich yon scincr Koagu- lationstheorie (1920) erkl/iren, dab ~'arcotiea die Entwicklung hcmmen, wenn die Eier dauernd in geringeren Konzent ra t ionen derselben verbleiben. Es bleibt da nur ein Weg offen, die xNarcotiea miissert je tz t verflfissigend wirken und dadurc h die Gelatinierung der Spindcl verhindcrn. Zum Beweis hicrfiir wer- den Eier in der fliissigen Phase (A) vor der Teilung zum Toil in LSsungcn vozl _4thor, Chloroform, Aceton, Paraldehyd, Propylalkohol, Isoamylalkohol, ~ t h y l - butyrat , J~thylnitra~, Acetonnitri l , ~Nitromethan, Chloralhydrat und Ure thane gesetzb, zum Teil in normalem Seewasser gelassen. Die Eier der le tz ten Por t ion t re ten nach einiger Zeit in die ngchste nleht ccntrifugierbare Phase B ein. Die narcotisierten Eie~ dagegen bleiben nun ganz einfach in der Entwicklung auf dem Stadium A stchen, zcigen also auch trotz der Einwirkung der ;Narcotica

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452 Josef Spek: Kritisches Referat fiber die neueren Untersuchungen

im Gegensatz zu den obenerw~hnten Befunden nichts yon einer Koagulation. Dies Versuchsresultat wird nun Ms Beweis ffir eine ver/li~ssigende Wirkung der betreffenden Substanzen angesehen und mit all den erw~hnten Narcoticis wieder- holt, ohne dab aueh nur ein einziges Mal versucht wird, nun aueh die feste Phase B dureh solch entwicklungshemmende Stoffe zu verflfissigen. Solltd sich dutch exaktere Versuche naehweisen tassen, dal3 Nareotiea in schw~eheren Konzentrationen nur quellungsfSrdernd und nieht aueh f~llend wirken, so sei noehmals betout, dab die quellende Wirkung neben dcr fEllenden auch bei hSheren Konzentrationen (bzw. da noch viel mehr) ausgebilde% ist.

In ~hnlieher Weise beweist H., dab auch anderen entwicklungshemmenden l~aktoren wie der K~lte und Cyankalium ein 7) antigelafinizing effect~ zukommt, indem er mit ihnen die Entwicklung auf der fliissigen Phase Sistiert. Andere ~'aktoren wie etwa geringeres Eindringen der Salze bei der durch K~ilte ver- minderten Permeabilit&t, verringerte COe-Produktion usw. werden gar nicht beriicksiehtigt. Den Kolloidchemfl~ern ~vird eine direkte tIemmung der Gelati- nierung durch K~lte wenig einleuchten. - - DaB fibrigens destilliertes Wasser und stsrk hypotonisehe L6sungen diametral entgegengesetzt wirken sollen, wie H. angibt, wird man wohl aueh nicht ohne Bedenken hinnehmen.

Die ganze Interpretierung der Koagulationsprozesse als der einzigen Wesens- ver~nderung der mitotisohen Zelle kann man nicht leiehter ad absurdu/n ffihren, als wenn man sieh Yorstellt, dab danach eine differenzierte, sieher weitgehend starre Gcwcbszelle, wie e twa eine Epithelzelle, wenn sie sich gelegentlich noch einmal zu elner Zellteilung ansekickt, dies in der Weise maehen sell, - - daft sie koaffuliert/ DaB sie im koagulierten Zustande ihre typische Gestalt verlassen und sieh abkugeln und aufbl~hen sell, und dab sie im Gelzustand schlieBlieh infolge yon Oberfl~chenspannungsdifferenzen eine Durehsehnfirung erleiden soU! Dureh die Annahme des gegenteiligen Zustandes und dem Auftreten yon nur lokalen, polaren Verdiehtungsh5fen dagegen ist all das sofort aufs beste zu erkl~ren.

~Iit den Oberfl~iehenspannungserscheinungen is~ Heilbrunn ireilich auf dem KriegsfuBe; das crgibt seine Theorie der Bildung der Bdruchtungsmembran, die zum SchluBe bier noch kurz besprochen werden sell, da sie ja mit dem Pro- blem der Entwicklungserregung engc zusammenh~ngt. :Naeh ihr sollen alle Substanzen, welehe die Membran zur LoslSsung bringen, dies dadureh bewirken, dab sie die Oberfl~chenspannung vermindern. Vor der Befruehtung driickt der osmotische Druck des Eilnnern yon innen naeh aul3en auf die Membran. Von auBen naeh innen dagegen wirken der osmotische Druek des Aul3enmediums und (nach H.) der Kriimmungsdruck an der Grenzfl~ehe Plasma/gelatinierte Membran. Vermindert man nun die Oberfl~ichenspanmmg und damit den erw~hnten Krfimmungsdruck, so sell nun der Druek nach au[ten auf die Membran iiberwicgen und die h~embran abheben, ttiernaeh w~ire also das eigentliche Movens bei dem ganzen Prozel3 der st~irkere osmotisehe Druek des Innern! Wir mfil~ten also die idealste Membranabhebung in hypotonischem Seewasser erwarten, das ja auBerdem noeh eine geringere Oberfl~ehenspannung hat, als normales Seewasser. Iqichts derartiges ist ~isher beschrieben worden. Warum 8oll sieh nun der osmotische Uberdruek des Zellinnern nicht aueh einfaeh ebenso ~ul3ern, wie sonst, n~mlieh einfaeh dureh eine Volumzunahme dm;eh Wasser- aufnahme? Als Beweis ffir die Hypothese, daI~ der Kri~mmungsdruek an der Oberfl~ehe einer kugeligen Zelle einfaeh ~ikariierend ffir den osmotischen Druek auf die Oberflfiehe,eingesetzt werden kann, w~re als erste ~md wiehtigste Konse- quenz dieser Erseheinung erst einmal zu zeigen, da~ an allen Zellen, die osmo- tiseh ausgegliehen sind, sofort eine starke StSrung dieses Gleiehgewiehtes und zwar eine starke Endosmose stattfinden mull, wenn wir dem Wasser eine Spur

fiber den physikalischen Zustand der Zelle wllhrend der Mitose. 4 5 3

einer oberfliiehenaktiven Substanz zusetzen. Tausende yon Versuchen dieser Art mi t den oberfl~ichenaktiven Narcoticis sind seit Overto~ schon ausgefiihrt worden und ergaben, dall es fiir diese Substanzen gerade typisch is~, dal] sie das osmotische Gleichgewieht nicht stfren.

Die ganze Oberlegung Heilbrunns wird iibrigens schon durch folgendes illusorisch: Die Oberfli ichenmembran ist fest oder richtiger gallertig. An einer Grenzfl~iche fliissig/fest kann man ja nun zwar theoretiseh aueh eine Grenz- fl~ichenspannung annehmen. Sicher aber ist, dal3 sic wegen des festen Aggregats- zustandes i iberhaupt nicht zur Auswirkung kommen kann. Wie dcr (~bcrgang yore Sol- zum Gelzustand gerade an Zellen die Wirksamkci t selbst der stiirks~en 0berfl~chenkr~ifte v511ig aussehalten kann, ha t ja L. Rhumbler an den Aus- breitungserscheinungen bekanntl ich aufs sehfnste demonstriert .

(~brigens schiebt Heilbrunn alle die Detailerscheinungen der l~Iembranbil- dung, die mich 1920 zur Entmischungstheorie fiihrten, einfach zur Seite.

iNun noch einige unbewiesene bzw. falsche Lehrs~itze yon Heilbrunnl 1915, S. 163 und 164: Eine quellungsffrdernde Wirkung yon Chloroform, Alkohol, Toluollfsung und Pikrins~ure wird bezweffel~. Dagcgen findct Heilbrunn 1920 selbst eine starke Wasseranfnahme der Zellen in Chloroform und Toluol. Von kolloidchemiseher Seite wurde die starke verfliissigende Wirkung yon Narcoti- eis yon J. Traube 1) nachgewiesen. S~uren wirken stark quellend. Die ver- fltissigende Wirkung solcher quel lungsffrdernder Stoffe crfolgt contra Heilbrunn 0915, S. 165 Satz 2) nach allen Angaben bei Gelen und Solen in gleichem Sinne. - - Eine Verfltissigung (d. h. Aufquellung) der l~Iembrankolloide soll nach 1915, S. 168 die Oberfliiehcnspannung der Membran vcrmindern. Wir wissen seit Quincke, dal~ die Oberflgehenspannung der Kolloide um so h6her wird, je wasser- reieher sie werden.

Wenn wir von den Heilbrunnsehen Theorien absehcn und abschlieBcnd allein die Gesamtheit der schon so zahlreiehen Bcobaehtungstatsachen vergleiehend betraehten, k5nnen wit erfreulieherweise sagen, dab sich die Probleme der 2Iitose immer klarer gestalten, und da~ wir auch von den bisher angewandten ~fethoden noch eine weitere K15.rung und eine weitgehende Erg~inzung des noeh :Fehlenden erhoffen kfnnen.

Nachtrag bei der Igorre~ur. In einer neuersehienenen Arbei t untersucht A..Dulcy im Arch. de biol.

33 (1923) die Zustands~nderungen des Seesterneies w~ihrend der Reifung. Er kommt dabei zur Ansicht, dab bei Ausscheidung der Richtungskfrper eine Permeabilit~tsverminderung stattfindet. Seine Beweisfiihrung erseheint mir in keiner Weisc stichhaltig. So konnte er wenigstens mit seinen Methoden - - eine Anderung der Permeabili t~t der reifenden Eier ffir Salzc nicht nachweisem In allen Perioden tritt Wasserentziehung durch hypertonisehe Salzl6sungen ein, die sich interessanterweise - - jedenfalls entsprechend einer verschiedenen Konsistenz der Eier vor und nach dem Platzen des Keimblfsehens - - ganz verschieden ~ul3er~. Eine J~nderung der Permeabilit~it fiir Alkalien sucht der Verf. durch Versuche mit Alkalizus~tzen zu beweisen, die so hoch sind (0,35 und mehr cem a/4-n K O H zu 5 ecru Seewasser!), da]~ sie die Ooeyten I in kiirzcster Zeit ganz cytolysieren, iNach der 1. Riehtungskfrperausseheidung werden die Eier yon dem Alkali sehwerer eytolysiert. Ob dies nun aber auf einer Verminderung der Permeabilit~it beruht, ob .Dalcq eine physiologisehe

1) J. Traube, Tntern. Ztsehr. f. phys. chem. Biol. 2, 42 (1915).

4 5 4 Josef Spek: Referat iiber neuere Untersuchungen fiber den Zustand der Zelle.

Permeabi l i t~t ffir OH-Ionen i iberhaupt irgendwo naehgcwiesen hat, blieb mir iiuiterst Iraglich. Die starke Permeabil i t~tssteigerung nach der Befruchtung konnte er z. B. mi t seinen Methoden auch n icbt demonstr ieren.

L i t e r a t u r v e r z e i c h n i s .

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