Zellphysiologische Untersuchungen an Cladophora Glomerata

ZELLPHYSIOLOGISCHE UNTERSUCHUNGEN AN CLADOPHORA GLOMERATA

Isolierung, Regeneration und Po]aritiit

Von A. TH. CZAJA (Berliu)

Mit 13 Texffiguren

Eingegangen ara 11. August 1930

Dœ Ausgangspunkt der naehfolgend besehriebenen Versuehe war die Absieht, die l~[ethode der Zellisolierung durch Plasmolyse, welehe H. Miehe (1905) fur marine Cladophoren angegeben bat, aueh ftir Sfil3- wasser-Cladophorœ anwendbar zu maehen. W5hrend dieser Versuehe wurde ieh aul die hohe Reaktionsf~thigkeit der Zellen aufmerksam und unternahm ira AnschluB an die oben erw~hnten Versuehe noeh andere, welehe dazu dienen sollten, die Regenerationsf~higkeit und vor allem die PolaritXt der Zellen nSher zu eharakterisieren. Die Versuehe wurden ausgeffihrt in den Wintern 1927 und 1928. Sehon ira ersten der beiden Jahrš hatte ieh Polarit~tsumkehrversuehe unternommen, die, wie unten aus- g'e�9 werden soll, zut Versehiebung des basalen Poles zut Zellspitze hin �9 Die weiteren Versuehe, welche dann vSllige Umkehrung der polaren Orientiernng der Zellen ergaben, wurden ira Winter 1928 (Januar) ausgeffihrt. WShrend dieser Arbeiten kam mit durch Zufall eine russiseh gesehriebene Arbeit von G. A. B o r o w i k o w vom Jahre 1914~ in die Hand, welehe eben�9 aber die Umkehrung der Polarit~tt der Cladophoraz• dureh Zentrifugieren handelt. Die Arbeit seheint ganz unbekannt geblieben zu sein, obwohl sie ein kurzes �9 Resum› enth/tlt, da der Titel nur russiseh ist. Ieh habe diese Arbeit B o r o w i k o w s t~bersetzt und dabei gesehen, dal3 der Gegenst, and wesentlich .kfirzer und weniger eingehend behandelt ist. Da meine Versuehe sehon beendet waren, als ieh den Inhalt des russisehœ Originals kœ lernte, und da dieses selbst den meisten Faehgenossen wohl nieht zug~nglieh sein wird, so werde ieh

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meine Versuehe zun5ehst ohne Bezugnahme auf die Ergebnissœ B o r o wik o w s darleg• Ein besonderer Absehnitt soll dann die Befunde B o r o w i k o w s wfirdigen.

Die zu rien Versuehen verwendete Cladophora glomerata stammte aus dem Nonnenflieg bei Eberswalde. Die Thalli hatten eine L~tnge von 1 bis 3 cm. Sie wurden der Oberflaehe von Steinen entnommen, die auf dem GruMe des Baehbettes 20 bis 40 cm tief untergetaueht waren, und zwar in den Monaten Januar und Februar.

Diœ Ergebnisse dieser Untersuehungen habe ich methodiseh sehon in meinen ,,Methoden der Entwieklungsmeehanik der Pflanzen" in P e t e r f i 3/iethodik der wissensehaftliehen Biologie 1928, Bd. II, 608---678, kurz verwertet.

I. Isolierung der Zellen im Fadenverband durch Plasmolyse

H. Miehœ (1905) hatte bei marinen Cladophoren gœ dag sich die Zellen eines Fadens durch Dauerplasmolysesehr leicht physiologiseh isolierœ lassen. Ffihrt man Zellf~tden langsam in Seewasser fiber, welches statt der ira Mittelmeer fiblichœ 3,8 ~o NaC1 davon 12,5 % enth~lt, so werden die Zellen krMtig plasmolysiert. Naeh viert5gigem Aufenthalt in diesem Plasmolytikum bildet sieh um dœ kontrahierten Protoplasten eine neue Zellulosemembran aus. (]bertr~tgt man die Zellfftden nun wieder langsam in normales Seewasser, so beginnen die Zellen energisch zu wachsen, indœ jede einzelne Zelle zu einem vollstandigen Zellfaden wird. Diese Reaktion ist als eine Folge der physiologisehen Isolierung der Zellen anzusehen.

Um diœ Methode der Isolierung fiir Stigwasser-Cladophoren ver- wendbar zu maehen, benutzte ieh die Erfahrungen, welche G. Kleb s (1886) fiber Dauerplasmolyse mit Rohrzuekerl5sungen an versehiedenen Algen gewonnen hat. Im ganzen wurden zwei Versuchsserien mit je zwanzig Einzelversuehen angesetzt, ~iber die ira Zusammenhang beriehtet werden soll. Von allen verwendeten Konzentrationen zwisehen 0,4 mol und 1,0 mol erwies sieh eine 0,6 mol Rohrzuekerl5sung am gtinstigsten, sowohl in bezug au�9 den Grad der Plasmolyse, wie auf die Gesehwindigkeit des Eintrittes und endlieh in bezug auf evtl. Seh~tdigungen der Zellen, naeh der Deplasmolyse. Die Anwendung starkerer L6sungen hatte hi~ufig Ab- sterben der Zellen zut Folge.

Zu den Versuchen wurden unverzweigte Zellf~tden verwendet, die aus dem Thallus jeweils hœ und von anhaftenden Or- ganismen sorgfaltig gereinigt waren. Die Versuehe wurden in kleinen

Zellphysiologische Untersuchungen an Cladophora glomerata 603

Esmarchsehalen von 3 cm Durchmesser angesetzt, die zur Vermeidung von Temperatur- und Konzentrationsschwankungen zu je zehn in einer gr6geren Doppelschale an einem Nordfenster standen. t7. Januar 1927. Je sechs Zellf~den in eine Esmarchschale mit 0,6 mol

Rohrzuckerl6sung ~ibertragen und in einem unge- heizten Raum bei 2 bis 3 o C gehalten.

18. Januar 1927. In allen Fadenzellen gute Plasmolyse. Die Proto- plasten sind von den Querw/~nden deutlich zurfick- gezogen, in den filteren Zellen weniger als in den jt~ngeren.

23. Januar 1927. Die H51fte der Rohrzuckerl6sung wird in jeder Es- marchschale durch reinstes destilliertes Wasser ersetzt.

24. Januar 1927. Die Zellf~den, welche keine Plasmolyse mehr ze!gen, werden in filtriertes Standortswasser fibertragen.

27. Januar 1927. An manchen Faden beginnen einzelne Zellen an ihrem apikalen Ende seitlich auszutreiben, wie das bei normalen Binnenzellen (vgl. weiter unten S. 607) stets zu beobachten ist. Einzelne Spitzenzellen scheinen in die Lgnge gewachsen zu sein. Die basalen Enden der Zellen zeigen ira a]lgemeinen noch kein Wachstum; in einzelnen F'511en jedoeh, in denen die darunterliegende Zelle abgestorben ist, wachst das basale Zellende als Rhizoid in den ehema]igen Zellraum jener hinein, genau so wie das weiter unten bei den operativ isolierten Zellen angegeben wird. Nachdem die Kulturen iris geheizte Zimmer (17 o C) an ein Nordfenster gestellt worden sind, beginnen die Zellen recht lebhaft zu wachsen, und zwar wachsen die apikalen Zellenden seitw~rts aus, wie bei normalen Ver- zweigungen. Die basalen Zellenden werden zu Rhi- zoiden, und zwar, wie schon oben angedeutet, w~tchst das basale Ende in Verl~tngerung der Zellachse aus, wenn die darunterliegende Zelle abgestorben ist. Ist diese aber noch turgeszent, so findet das Auswachsen nur naeh der Seite hin statt, ganz entspreehend wie ara apikalen Zellpol. Ara basalen Zellpol bestimmt demnach nur der mechanische Druck der darunter- liegenden Zelle, dal3 das Rhizoid seitlich herauswachsen roui3, w~hrend ara apikalen Zellpol eine entsprechende

30. Januar 1927.

604 Cz~j~

Alternative nicht offen steht, sondern von vo�9 bestimmt ist, dag bel neu einsetzendem Waehstum dieses nur seitlieh ara Zellende erfolgen kann.

Eine zweite Versuehsserie wurde ara 25. Januar desselben Jahres angesetzt in der gleiehen Weise, nur gelangten sp~ter die Zellf~tden aus der Rohrzuekerl6sung in die N~thrl6sung nach E. E. U s p e n s k i j , die auf ein Drittel verdtinnt war, statt in filtriertes Standortswasser. In dieser N5hrl6sung wuchsen die Algen ganz ausgezeiehnet. Das Ergebnis dieser Versuehsserie war das gleiehe wie das der ersten.

Aus diesen Versuchen geht also hervor, daB das von Miehe ffir Meereseladophoren erprobte Verfahren der physiologisehen Zellisolier,ng dureh Plasmolyse auch ftir die Chladophora glomerata des Siigwassers anwendbar ist. Das Verhalten der Zellen ist in beiden F~tllen das gleiche.

II. Regeneration operativ isolierter Zellen

Nach dem Ergebnis der Regenerationsversuche mit physiologiseh isoliertœ Zellen lag es nahe, aueh das Verhalten von operativ isolierten Zellen zu prtifen. Es war in diesem FMIe zu erwarten, dal3 die regenerativen F~thigkeiten der Einzelzelle riel reiner in die Erseheinung treten wtirden, da die meehanisehe Behinderung der Einzelzellen dureh die benachbarten ira Fadenverbande nun nieht mehr u war. M6glieherweise vorhandene Versehie4enheiten der Zellen untereinander mul3ten dabei zum Ausdruck kommen. Da in der Tat solehe Verschiedenheiten zwischen Endzellen und Binnenzellen aufgefunden wurden, sollen sie von vornherein auch getrennt behan4elt werden.

Die Isolierung der Zellen wurde auf einem Objekttr~tger in einem Tropfen Standortswasser unter dem binokularen Pr~tpariermikroskop vor- genommen. Zum Isolieren der Zellen diente eine Pr~tpariernadel aus Stahl, welehe wie eine Lanzette zweiseitig flach gesehliffen war. Datait man die Enden der isolierten Zellen auch nach einiger Zeit des Wachstums noch voneinan4er unterscheiden konnte, wurden von clen z-~lindrischen W~nden der Nachbarzellen charakteristisch geformte Stticke stœ gelassen und ihre Gestalt notiert, resp. aufgezeichnet, wenn die polare Orientierung - - besonders for die Versuche des III. Absehnittes - - eindeutig fest- gehalten werden sollte (vergl. hierzu Fig. 3 und 4). Die Nachbarzellen der zu isolierenden wurden in einiger Entfernung von den Querw~tnden quer durehschnitten. Durch vorsiehtigen Nadeldruek wurde dann der Rest des Zellinhaltes aus den stehenbleibenden Wandteilen herausgedriiekt

Zellphysiologische Untersuchungen an Cladophor~ glomer~ta 605

so dag 4iese 4urchsichtig wurden. Die also operierten Zellen wur4en dann in Esmarchsch~tlchen von 3 cm Durchmesser mit auf ein Drittel verdtinnter N~thrl6sung nach U s p e n s k i j ttbertragen, wo sie an der 0berflfiche der Flfissigkeit schwammen un4 ohnš Behinderung regenerieren konnten.

A. S p i t z e n z e l l e n

Werden Spitzenzellen in der beschriebenen Weise von Zellf~tcIen abgetrennt und unter die genannten Regenerationsbedingungen gebracht, so kann man nach einigen Tagen ara basalen Zellen4e Wachstums- erseheinungen beobaehten. Die basale Wan4 (Querwan4) wird zun~chst vorgewSlbt, ein Zellschlaueh schiebt sich durch 4en der Zelle anh~ingenden basalen Membran- zglinder und weitet 4iesen etwas glockenf0rmig auf. Wenn das wachsende En4e dieses Zellfa4ens tiber rien Membranzylin4er hervorw~tchst, dann erweitert es sich meist bauchig, beh51t aber eine feine Spitze ara basalen Ende bei, welches zum Rhizoid ausw~chst. Dieses Aus- wachsen des basalen Zellendes geht - - soweit es sich bis jetzt �9 li•B - - so vor sich, daB die urspriingliche Querwand von betr~tchtlicher Dicke zun~tchst gedehnt wird und dann ira mittleren Teile, also an 4er Spitze des hervorwachsen4en Schlauches, weiter wachst. Ein solches Rhizoi4 ist stets diinner, als 4ie urspriingliche Faden- Fig. 1. Operativ zelle, ferner enth~tlt es weniger Inhaltsk6rper als diese, isolierte Spitzen- une encIlich ist seine Wachstumsrichtung _+ unregelm~tf3ig, zelle mit an-

w~thrend die Fa4enzellen stets gerade wachsen, hgngendemMem-

Wenige Tage nach Beginn der Wachstumserschei- branzylinder; isoliert ara

nungen ara basalen Pol der Spitzenzellen l~tl3t meis tauch 18. Januar 1927. das apikale Ende Ver~tnderungen erkennen. Die Zelle be- ZeiB Obj.A, Ok.4, ginnt sich an ihrer Spitze zu strecken, indem aus der ur- Zeichenprisma.

siortinglichen Kuppe ein donner Faden hervorw~tchst, der aber an St~trke aueh nur wenig vom Durchmesser der Ausgangszelle abzu- weichen braucht. Die Zelle setzt also ihr ursprtingliches Sioitzenwachstum fort. Die erste auftretende Querwand liegt in 4er N~ihe des ursprtingliehen basalen Poles un4 trennt rien jungen Thallus in eine Fa4en- un4 eine Rhizoidzelle, die sich 4eutlich, auch 4ureh verschie4en reichen Inhalt unterscheiden. I)ie n~tehste Zellteilung gliedert die inhaltsreiehere ,,SproB"- Zelle in eine typische Spitzenzellœ und in eine Binnenzelle (Fig. i und 2).

606 C z a j a

Dieser nunmehr dreizellige Fa4en enth~tlt demnaeh alle Sorten von Zellen des ausgewaehsenen Individuums: Spitzenzelle, Binnenzelle un4 Rhizoid-

zelle. WShrend sieh in der Folgezeit in relativ raseher Ab- folge mehrere Binnenzellen von 4er Spitzenzelle abglie4ern, wfiehst 4ie Rhizoidzelle zu ziemlieher L~tnge heran, ehe in dieser eine neue Querwand auftritt.

Die zeitliehe Abfolge dieser Regenerationsvorg~tnge geht ara besten aus einem Protokollauszug hervor. 18. Januar 1927. 30 Spitzenzellen isoliert. 20. Januar 1927. Bei 4en meisten Zellen ist die basale

Querwan4 sehon leieht vorgew61bt. 22. Januar 1927. Das basale Zellende ist sehon in clen

anhfingenden Membranzylinder vorge- waehsen.

25. Januar 1927. S~tmtliehe aloikalen Encten 4er Spitzen- zellen zeigen beginnencles Waehstum.

28. Januar 1927. Bel einigen Zellen ist sehon die Rhizoi4- zelle dureh eine ™ abgetrennt.

30. Januar 1927. Bei 4en meisten Zellen ist die erste Zell- teilung eingetreten, bei vielen aueh sehon eine Spitzenzelle abgeglie4ert.

Hatdie Spitzenzelle erst einmal ihr Waehstum aufgenommen, so entsteht dureh lebhafte Zellteilung uncl -streekung bald ein aueh mit unbewaffnetem Auge siehtbarer Thallus, eter fi~r 4ie vorliegenden Untersuehungen des weiteren Inter- esses entbehrt.

B. B i n n e n z e l l e n

Binnenzellen, d. h. Fadenzellen, welehe zwischen zwei anderen gelegen sin4, wur4en 4ureh Zerschneiden 4er bei4en Naehbarzellen gewonnen. Gern wur4en die unmittelbar unter einer Vœ liegenden Fadenzellen ge- w~thlt (Fig. 3), o4er solehe, welche zwisehen zwei nur ira Abstand von einer Zelle aufeinander folgen4en Verzwei- gungen gelegen sind. Durch die in diesen Ffillen ~tul3erst

Fig. 2. I)ie gleiche Zelle wie in Fig. 1 ~m 24. Janu~r. Die Membran- reste der urspriingliehen'Zelle sind dick schwarz gezeichnet.

Vergr6Berung wie in Fig. 1.


charakteristisehe Gestalt der anbe iden Enden anhaftenden Membran- reste lassen sich naeh dem Auswaehsen der isolierten Zellen leieht die ehemaligen Enden der Ausgangszelle feststellen.

Die Behandlung und weitere Kultur der Binnenzellen war die gleiche, wie sie f~ir die Spitzenzellen besehrieben wurde. Das Verhalten soll an

der ersten Versuehsserie be- Hand des Protokolles sehrieben werden. 18. Januar 1927.

22. Januar ]927.

25. Januar 1927.

Zwanzig Esmarchschalen wurden mit je 6 isolierten Binnenzellen besehiekt. S~mtliehe operierten Zellen zeigen ara Basalpol Waehstumserschei- nungen, und zwar in ganz der gl•iehen Weise, wie es oben fur die S1oitzenzellen gesehildert wurde. Ara Apikalpol der Binnenzellen jedoch ist bislang kein Anzeiehen einer Ver~nderung zu sehen. Aber di• gr(il]ere Zahl der Zellen zeigt zun~tehst Bine Art von interkalarem Waehstum. Die ursp�9 Fadenzelle bat sieh in die Lange gestreekt und in der Nfihe des ur- sprtlngliehen Rhizoidpoles quer ge- teilt (Fig. 4). In dieser kurzen Zeit sind aueh gelegentlieh sehon zwei Querw~tnde gebil4et worden, ferner sind auch schon œ Rhizoid- zellen abgegliedert worden.

I I I

J

Fig. 3. Operativ iso- lierre Binnenzelle mit anhi~ngenden Mem branzylindern; isoliert am 18. Januar 1927. Vergr6Berung

wie in Fig. l.

Eine ganze Anzahl von Binnenzellen zeigen am apikalen Zellpol neu einsetzendes Waehstum. Seitlieh des zut Kuppe vorgewOlbten oberen Zellendes hat sieh eine neue Aussprossung gebildet (Fig. 5), in derselben Weise, naeh der an Binnenzellen ira Fadenverbande eine Ver- zweigung entsteht. Dieses Verhalten ist eharakte- ristisch frit alle Binnenzellen. An mehreren hundert derart operierten Zellen habœ ieh nieht Bine einzige Abweiehung von dieser Gœ gefunden.

608 Cz~ja

Sobald nun einmal das erneute Spitzenwachstum des Zellstecklings eingesetzt hat, beginnt lebhaftes Waehs- tutu, so dag binnen kurzem ein sehon

Fig. 4

Fig. 4. Die gleiche Zelle wie in Fig. 3 ara 23. Ja- nuar. Ara Basalpol ist inzwischen ein Rhizoid entstanden und durch zwei Querwande abge- teilt worden, ebenso hat sich die Fadenzelle schon zweimalgeteilt. Zustand kurz ver dem Aussttilpen einer neuen Spitzenzelle. Die Wand der urspriing- lichen Zelle dick schwarz gezeichnet. Vergr6Be-

rung wie in Fig. 1.

f

Fig. 5. Operativ isolierte Binnenzelle, isoliert am 18. Januar 1927, gezeichnet am 25. Januar. N~ehdem das Rhizoid ausgewachsen ist, ist am Apikalpol des jungen Fadens s e i t l i e h eine ,,Sprog"- zelle vorgesttilpt worden. Die in der ~ul~ersten Schieht liegenden Pyreno�9 sind gezeichnet, um ihre Verteilung zu zeigen. Die Reste der ursprfingliehen Zellwand sind diek sehwarz gezeiehne~.

VergrSgerungen wie in Fig. 1.

Zellphysio]ogische Untersuehungen an Cladophora glomerata 609

makroskopisch sichtbarer Algenthallus resultiart, ganau wie ira Falle der isolierten Spitzanzellen. Die weitera Entwiaklung entbahrt auah hier des speziellen interesses.

C. A l l g e m e i n e B e m e r k u n g e n

Aus dem f~~r beide Zellkategorien beschriebenen verschiedenen Var- haltan gaht harvor, dag mit der Diffa�9 in diesa aueh irgendwelcha Anderungen in den Zellen eintretan m~issen. Dia Binnenzallan haben dia F~higkeit verloren, direkt apikal weiter zu waehsen. Bel diesar Ver- 5ndarung der Waehstumsf~higkeit kommt es auch niaht darauf an, an waleher Stelle eine Binnenzelle ira Fadan gelegen ist, ob direkt tiber oder unter einer Verzweigungsstella, odar inmitten einer unverzwaigten Zell- reihe. Das Verhalten ist in allen diesen Fallen das gleiahe, wesanthch ist nur, dag die Zelle nieht ara Ende aines Fadans gelagen ist (Spitzenzalle).

Diesas eiganartige Verhalten kann seinan Grund aueh niaht in der Besehaffenheit der 3/[embranen haben, etwa dergestalt, daB die apikala Quarwand st~irker w~tra, als die basale, denn man kann ja jede Quarwand zut apikalen oder zur basalen an einer operativ isoliarten Zelle ma.ehen, und wie schon oben ausgefiihrt wurde, ist das Varhaltan des basalan Zall- polcs ilnmer das gleiche (vergl. hiarzu aueh das Varhaltan des apikalan Rhizoidpoles umgekehrter Zellan auf S. 615).

Wie aus den geschilderten F5llen fiber die Entwieklung des Rhizoides .harvorgeht, liagan zwei 3/[Sglichkaiten vor.

1. An Zallen ira Fadenvarbande gaht naah der physiologischen Isolierung das Rhizoid sa i tw~tr ts ara basalen Ende der Zelle hervor.

2. In allen F~tllan oparativ isolierter Zellen, fernar in denjenigan, in welahan innarhalb des Fadenvarbandas die benaahbarte Zalle abgestorben ist, w~chst das Rhizoid dureh Vorstfilpen dar basalen Querwand der Zelle hervor.

Ans diasen baiden F~llen kann man wohl mit Sieharheit entnehman, dag allain dia jaweiligan mechanischen VarhSltnisse ara basalen Zellpol dia saitlieha Entstehung des Rhizoids erzwingan, w~thrend bai freiliagender Querwand das P~hizoid durah Ausstalpen dar Querwand entsteht.

Verglaieht man mit dem Verhalten der RhizoicIen nun wieder die Entwieklungsm5gliehkeiten ara apikalen Zellpol, so l~tl3t sieh laieht ein- .sehan, dag keineswegs meehanisehe Einfl~tsse bei Binnanzellen ira Faden- verbande ara Apikalpol der Zelle dia seitliehe Entwieklung der Regenerate

Protololasma. XI 39

610 Cz~j~

allein erzwingen. Zwar 15ge fur die Zellen ira Fadenverbande ja keine andere Entwicklungsm6gliehkeit vor, aber da auch naeh 4em Isolieren der Zellen, also naehdem das mechanisehœ Hindernis beseitigt ist, das Ver- halten immer noeh das gleiehe ist, beweist 4oeh, 4al~ ein anderer Faktor die seitliehe Regeneration des Apikalpoles bedingt. Von weleher Art dieser Faktor ist, l~il3t sieh zun~tehst nur vermutungsweise sagen. Eine rein korrelative Wirkung der Spitzenzelle kann nieht vorliegen, denn diese mfil3te mit der Isolierung der Binnenzelle versehwinden. Es w~tre. wohl an ungleiche Ausstattung der beiden Zellpole mit - - m/Sglieherweise enzymatisehen - - F~thigkeiten zu denken, mit den ira Falle 4es Basal- poles sehr leieht die m6glicherweise nieht mœ waehstumsf~thige Quer- wand gedehnt und gel6st werden k5nnte, w~thrend ara Apikalpol das nieht der Fa ll ist. Ein Zuwaehs kann deshalb ara Apikalpol nnr an der noeh waehstumsfithigen, zylindrisehen L~ngswand erfolgen..

Verwendet man statt einzelner Zellen Zellreihen, welehe eus zwei oder mehreren Zellen bestehen, so er�9 ganz entsprechende P~eaktionen wie an einer Zelle. Die basale Zelle 4es Fadens produziert ein Rhizoid, die apikale Zelle (Binnenzelle) einen seitlichcn Trieb an ihrer Spitze.

D. R h i z o i d z e l l e n

Die li~ngeren Rhizoiden der Cladophora sine[ dureh Querw~tnde ii~ eine Spitzen- und mehr oder weniger zahh'eiche Binnenzellen unterteilt. In jungen Rhizoiden ist die Gestalt der Zellen zwar unregelmSl3ig, da die Rhizoiden nieht geradlinig wachsen, aber 4er Durehmesser der Zellen bleibt auf ihrer ganzen L~nge etwa der gleiehe. In ~tlteren und kr~ftig entwiekelten Rhizoiden kann man oft eine Differenzierung der beiden Zell- pole feststellen, die naeh der gleiehen Weise un4 aueh in der gleiehen Orientierung wie bei den Fadenzellen morphologiseh untersehieden sind. Der Basalpol - - also 4e�9 den Fadenzellen zugewaMte Pol - - ist in diesem Falle breiter als der Apikalpol (der Spitze des waehsenden Rhizoids zu- gekehrt !).

Es muBte von Interesse sein, zu erfahren, welehe F~thigkeiten den Rhizoidzellen innewohnen, wenn sie operativ eus dem Rhizoidverbande gel6st werden, wie weit sie gegebenenfalls von den ,,SproB"-Zellen ab- weiehen.

Operativ isolierte Zellen eus l~tngeren Rhizoiden wurden schon 1927 zu Versuehen verwendet. Diese Zellen regenerieren aber weniger leieht, als die ,,Sprof~"-Zellen, so dal3 diese Versuehe zun~ehst fehlsehlugen. Ol~


dieses geringere Regenerationsverm5gen allein in dem weniger dichten Zellinhalt beglqindet ist, oder auch noch in anderen Unterschieden, lttl3t sich zunfichst nicht entscheiden. Ira folgenden Jahre gelangen aber mebrere Versuche.

Ara 22. Januar 1928 wurden zwanzig Esmarchsch/ilchen mit je 6 isolierten i%hizoidzellen in 1/3 Uspensk i j -LOsung beschickt. Zur H~tlfte bestanden die Objekte in Spitzen- und zur anderen H~tlfte in Binnen- zellen. Unter den isolierten Zellen befanden sich auch mehrere Gruppen zu je zwei Binnenzellen, die in der Annahme zu je zweiei1 zusammenge- lassen wurden, dag diese leichter regenerieren warden.

Ara 30. Januar zeigten sti.mtliche isolierten Zellen und Zellgruppen bis auf einige abgestorbene Wachstumserscheinungen.

a) Das Wachstum ara Apikalpol (Rhizoidpol)

�9 Spitzenzelle des Rhizoids w/~chst akropetal weiter, wie das auch von der Spitzenzelle des Fadens beschrieben wurde. Ist die Spitzenzelle nicht mehr vorhanden, handelt es sich um isolierte Apikalpole von Binne�9 zellen, so wttchst das der Spitze zugekehrte Ende genau so aus, wie der Rhizoidpol einer ,,Sprol3"-Zelle, indem sich die Quervr vorwSlbt. Das auswachsende Rhizoid erschein~ also als Verl~tngerung der urspr~inglichen Zelle.

b) Das Wachstmfi ara Basalpol (,,SproB"-Pol)

Der Basalpol einer Rhizoi4zelle lfif3t bei der Regeneration keinen Unterschie4 gegeniiber einer ,,SproB"-Zelle erkennen. Da eine solche Rhizoidzelle den Basalpol immer nur an einem Binnenende ftfllrt, so ist also nur ein einziger Fall f~ir die Art des Auftretens von I~egeneraten m6glich. Alle Regenerate, welche bislang am Basalpol von Rhizoidzellen beobachtet wurden, waren von der gleichœ Art, wie diejenigen ara isolierten Apikalpol von Sprof3zellen, d.h. Seitentriebe mit ,,Sprol3"-Nat~ur.

Nach diesent Verhalten scheint also zwischen einer isoliert.en Binnen- zelle eines ,,Sprosses" und einer solchen eines mehrzelligen t~hizoids kein grunds~.tzlicher Untersehied zu bestehen, wenigstens nicht in Hinsicht auf rien morphologischen Wert der auftretenclen I~egenerate und der Art ihrer Entstehung an der Mutterzelle. Auch nach der zeitlichen Aufeinanderfolge der beidseitigen Regenerate ist ihr Verbalten gleich: zuerst w~tchst das Rhizoid hervor, erst spater dann der Seitensprog. Zu diesem Verhalten stimInt sehr gut die oben angegebene morphologisehe Dif�9 der beiden Zellpole an ttlteren Rhizoidzellen. Diese erwecken durchaus den

39*

612 Czaja

Eindruek, als ob mit zunehmender Lange des Rhizoids dessert alteste Zellen naeh un4 naeh zu ,,SproB"-Zellen werden und den ,,SproB" nach dessen Basis zu verlangern.

]�9 erhebt sieh fiberhaupt 4ie Frage naeh dem physiologisehen Untersehied zwisehen ,,SproB"- und Rhizoidzellen. Wie die Experimente

mit isolierten Zellen zeigen, geht 4ureh eine Zellteilung aus jeder Zelle eine ,,SproB"- unct eine Rhizoidzelle hervor. Es muB also cter Inhalt einer t~hizoi4EEzelle sehon zuvor in dem der SproBzelle enthalten sein. Of�9 ist die Zellteilung, wel™ zur Bil4ung 4es Rhizoids ftihrt, eine inaquale. Es fragt sieh nur, ob die r zutage tretende Ungleiehheit qualitativer oder quantitativer Natur ist. Zweifellos findet eine ungleiche Verteihmg 4es Zellinhaltes naeh der quantitativen Seite hin statt, 4enn die Rhizoidzellen sind deutlich inhaltsarmer als die sie produzierenden Zellen. Ein weiterer Beweis frit quanti- tative Unterschiede kann erst ira n~chsten Kapitel tiber die Polaritatsvœ erbracht werden. Da• andererseits auch qualitative Unterschiede bestehen miissen, geht ja schon aus dem diffœ Verhalten der bei4en Zellpole tiervor, die auf Seite 609 behandelt wurden.

III. Die Polaritiit der Zellen, ihre Beeinflussung und Umkehrung

Fig. 6. Xltere Fadenzellen mit deutlicher mor- phologischer Dif- ferenzierung von

Apikal- und Basalpol.

Vergr6Berung wie in Fig. 1.

Der apikalœ Pol der Cladophora-Zelle unterscheidet sich rein morphologisch vom basalen Pol 4urch die keulige Anschwellung (Fig. 6), die meist erst an etwas alteren Zellen hervortritt. Sehon an jtingeren Zellen 15Bt sieh unsehwer �9 dag das apikale Zellende auch inhaltsreieher ist, als das basale. Ein weiterer Unter- schie4 soll weiter unten auf Seite 619 behandelt werden. Wie sehon durch frfihere Autoren bekannt geworden ist ( B r a n 4 , 1899, 1901; M i c h e , 1905), ist die Polarit5t der Cladophora-Zelle deutlich ausgepr@t und allem Ansehein naeh auch dauernd fixiert. Die Polaritat seheint aueh von Aul3enbedingungen nicht oder nicht

merklich beeinflugt zu werden. Das geht besonders aus den Ver- suehen H. Miehes hervo�9 in denen die Cladophora-Faden in beliebiger

Zellphysiologische Untersuchungen an Cladophora glomerat~ 613

Richtung ira Raume orientiert waren, trotzdem reagierte jede Zelle in genau gleieher und durch die Pole der Zelle �8 Riehtung. Aueh ans meinen Versuchen ~iber den EinfluB der Sehwerkraft und des Liehtes auf die polare 0rientierung der Regenerate kann ieh nur den SchluB einer weitgehenden, wenn nieht v011igen UnabMngigkeit von diesen beiden Faktoren ziehen. Auf eine Darstellung der Versuche kann darum hier verziehtet werden.

Die auffSllig ungleiche Verteilung des Zellinhaltes der Cladophora- Zelle: dichtere Ansammlung ara Apikalpol als ana Basalpol, bot den Angriffspunkt ftir Versuehe zut Beeinflussung der Pola�9 dar. Es mul3te die Frage erhoben werden, wie reagieren operativ isolierte Zellen, in denen unmittelbar vor der Oioeration der Zellinhalt eine andere Verteilung erfahren bat, als sie normalerweise in der Zelle vorhanden ist. Eine Verlagerung des Zellinhaltes kann bekanntlieh dureh Zentrifugieren erzielt werden. Es wurden darum unverzweigte Zellfaden in basipetaler Riehtung ganz zentrifugiert. Um die F~tden w/ihrend des Sehleuderns in bestimmter Riehtung festzuhalten, wurde folgende Vor�9 angewendet (Fig. 7). ‡ die starkwandigen Zentrifugengl~tser wurde mittels eines flaehen Korkpfropfens eine kurze Glasr6hre senkreeht eingesetzt, die an ihrem unteren Ende auf Fig. 7. Erkl/~rungim etwa zwei Zentimeter in eine Kapillare ausgezogen Tex~. Aus Cz~j~, und dann zugeschmolzen war. In diese Kapillare ,,Entwieklungs- wurden mehrere zu einem Paket ge0rdnete Cladophora- mechanik der Pflan- F~tden mit N/~hrlOsung eingef~hrt, so dag die basalen zeW' in T. Pegerfi,

Met~hodik der wissen- Zellpole ha eh abw~trts sehauten. In diesen Gef~iBen seha.ftliehenBiologie, wurden d�9 Zellf/iden zuMehst eine Stunde lang bel Bd. 2. Berlin 1928, 4000 Touren und 6 cm (-+ 0,3 cm) Radius zentrifugiert. J. Springer. Es hatte sich herausgestellt, dag eine Umdrehungszahl von 4000 die gtinstigtse Verlagerung des Zellinhaltes hervorbringt. Unmittelbar naeh dem Zentrifugieren wurden wiederum Binnenzellen aus den Zellf/~den herausgesehnitten, und, wie oben besehrieben, in ver- diinnte�9 NfihrlOsung naeh U s p e n s k i j weiter kultiviert.

Bei Zentrifugenversuehen mit Pflanzenzellen und -organen ist regel- m5f;ig beobachtet worden, dag der beim Sehleudern in einen Winkel der Zelle zusammengedr~tngte Inhalt sieh naeh einiger Zeit wieder tibe�9 den ganzen Raum der Zelle ausbreitet ( A n d r e w s , 1903, 1915; M o t t i e r , 1899;

614 Czaja

Borowikow, 1914; Prgtt, 1923 u.a.). Das zentripetalw• gelegene Ende der Zœ ist unmittelbar nach d• Zentrifugieren v611ig frei von Inhalt. Datait an beiden Zellenden Regenerationsvorg/inge auftreten k6nnen, ist es notwendig, dag œ Teil des Inhaltes an den apikalen Pol zurtiekwandert. Diese Zuriickwanderung des Inhaltes sieht B o rowikow als st6rend fur seine Umkehrversuche an. Naeh dem Ergebnis raciner Versuche braueht diese Rtiekwanderung des Inhaltes keineswegs zu st/3reu, sic ist, wie schon bemerkt, bis zu einem gewissen Grade notwendig. An- dererseits Mngt es vielmehr von der Art des Schleuderns ab, wie sich die Zellen nach dem Eingrif�9 verhalten. Sehleudert man mit zu geringer Kraft, so trit t zwar eine mehr oder weniger weitgehende Verlagerung des Inhaltes ein, aber, wie ieh annehmen m6ehte, keine Vermischung. �9 H” fliegen des Zellinhaltes, welehes sehr rasch erfolgt (naeh 24 Stunden ist Mufig kaum noeh etwas von dœ ungleiehen Verteihmg zu erkennen), werden die ursprtinglichen Verh/iltnisse vollkommen wieder hergestellt. Dis nun �9 Regenerationserscheinungen ergeben das gleiche Bild, wie unbehandelte Zellen.

Es zeigte sieh aber andererseits, dag auch das Sehleudern der Zellen mit gen{igend groBer Kraft in cirier Riehtung noch nieht zu dem ge- wiinsehten Erfolg ein•r Umkehrung der Zellen ffihrt. Das Ergebnis ist vielmehr ein an4eres.

Ara 18. Januar 1928 wurden zahlreiche Zellf/iden eine Stunde lang basalw~irts mit 4000 Touren zentrifugiert. AnschlieBend wurden zahl- reiehe Zellen isoliert, einzelne aueh zu zweien und zu dreien zusammen gelassen und in verdtinnte Nahrl6snng naeh U s p e n s k i j in kleine Esmareh- sehalen eingetragen (an einem Nordfenster bei Zimmertemperatur von 17 0 C).

Ara 30. Januar war der Erfolg de�9 Regeneration sehon deutlieh sichtbar. Fast s~tmtliche Zellen brachten ara Basalpol Rhizoiden, von denen manche auch steeken blieben, indem sieh zwar die basale Zellwand vorw61bte und ein Zellsehlaueh hervorwuchs. Dieser stellte aber bald sein Wachstum ein und verharrte als unregehn~tl3iger Auswuehs dauernd in diesem Zustand. Andere Rhizoiden dagegen wuehsen deutlich aus. Aber auch vom apikalen Zellpol aus begann ein WaehstumsprozeB einzusetzen, bel dem ara Zellende ein seitlieh hervorwachsend•r Trieb entstand. Diese Zellen waren also ganz normal geblieben. Nur eine relativ Meine Zahl von Zellen zeigte etwas ver/~nderte Verh/iltnisse. Ara Basalpol wuchs zun/ichst wieder ein ganz normales Rhizoid hervor. Auch ara Apikalpol setzte ein Wachstumsprozel3 ein, aber ~iberrasehenderweise wurde das neue Organ


nicht seitlich vorgestiilpt, sondern durch die apikale Querwand, so wie am Basalpol ein Rhizoid entsteht. Fig. 8 und 9 zeigen einen solchen Fa]l. Das neue Organ erschien aber sehr schm~tchtig, und wie aus dem weiteren Waehstum hervorging, wurde es ein richtiges R h i z o i d , dagegen kein ,,SproB". Auf diese Weise waren also Zellen mit zwei basalen Polen ent-

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Fig. 8. Operativ isolierte Binnenzelle, basi- petal zentrifugiert. Am Basalpol ist ein Rhizoid entstanden, welches sich in Kon- takt mit der F1iissigkeitsoberfl~tche mehrfach verzweigt hat. Ara Apikalpol ist die Querwand von einem jungen Rhizoid durchbrochen. Zentri�9 ara 18. Ja- nuar 1928, gez. ara 31. Januar. Vergr6Be-

rung wie in Fig. 1.

Fig. 9. Das gleiche Objek$ wie in Fig. 8, gezeichnet am 8. Februar. Die Spitze des apikalen Rhizoids zeigt deutlich die Kap- penbildung. Vergr6Berung wie in Fig. 1.

616 r

standen, indem zweifellos der Apikalpol zerst/)rt worden war. Der rock- flutende Zellinhalt gestattete aber die Bildung œ Basalpoles. Der Rhizoidpol ara ursprt~nglichen und morphologischen Basalpol ist dagegen auch w~thrend des Zentri�8 erhalten geblieben und hat die F~higkeit behalten, ein normales Rhizoid zu produzieren.

Interessantes Verhalten zeigte ein kleines Fadensttick, welches f/us einer Binnenzelle und zwei dieser ansitzenden Spitzenzellen (Verzweigung) bestand. Nach dem fiblichen Zentrifugieren in basipetaler Richtung ent- wiekeltœ sich ara Basalpol der Nteren Zelle ein typisches ghizoid. Auch di™ beiden Spitzenzellen setzten ihr Spitzenwachstum fort, aber eigen- t~imlicherweise nicht als Paden- sondern als Rhizoidzellen (Pig. 10).

Eine nachtr~tgliehe Umdif%renzierung der Regene�9 wurde in zwei weiteren F~llen beobachtet. Wie aus Abschnitt II hervorgeht, tritt an den operativ isolierten Binnenzellen die austreibende Spitze stets seitlich ail der Nutterzelle auf. Bei den hunderten von mir isoli™ Zellen wurde niemals eine Abweichung von dieser Gesetzm~13igkeit gefunden. Aber unter ebensoviel zent�9239 und isolierten Zellen konnten in zwei FSllen Ausnahmen festgestellt werden, w~thrend auch hier ira allgemeinen an dem Verhalten der nichtzentrifugierten Zellen festa'~~halten wird, voraus- gesetzt, daB es unter solchen Umst~tnden ~�9 zut Entstehung eines Spitzentriebes ara urspr~inglichen Zellscheitel kommt. In diesen beidert F~tllen setzte n5mlich das an der Spitze der Nutterzelle auftretende l~e- generat diese in ihrer L~ngsachse fort, durchbrach also die urspritngliche q}uerwand der zentrifugierten Zelle, wie ira Falle einer Rhizoidbildung an dieser Stelle. Charakteristisch for diese F~lle ist jedoch folgendes, in de�9 ersten Zeit des Auswachsens des Spitzenpoles liegen sieh d~e beiden zi- tierten Ffille nicht von denjenigen unterscheiden, in denen es wirklich zut Rhizoidbildung an der Spitze (und natfirlich aueh an der Basis) zen- trifugierter Zellen kommt. Erst nach l~ngerer Zeit des Waehstums cha- rakterisierte sich in rien beiden F~llen das Spitzenregenerat als ,,Sprog"- trieb. Es will mir daher wahrseheinlieher vorkommen, dag aueh in diesen beiden F~llen ursprfinglich die Tendenz zut Rhizoidentwicklung an der Spitze der zentn%gierten Zelten vorgelegen hat, dag aber wShrend de~ Regenerationsvorganges die durch den mechanischen Eingriff neuerworbene Natur eines Basalpoles an der Spitze wieder verlorengegangen ist. Auf diese Weise konnte es noch zu einer Umdifferenzierung der Regenerate kommen. Die Tatsache, dag der vom Spitzenende der Zelle wegge- schleuderte Inhalt sich sehr schnell wieder gegen die Spitze zu ausbreitet, scheint mir derartige nachtrfigliche Umdifferenzie�9 zu erm5gliehen,

Zellphysiologische Untersuchungen ~n Cl~dophora glomer~t~ 617

indem die fur das apikale Zellende charakteristische stoffliche Zusammen- setzung auf diese Weise wieder hergeste]lt werden kann.

Das Ziel des weiteren Experimentierens muf~te es sein, die Zellen durch Schleudern dahin zu bringen, da~ ara Basalpol eine ,Sprol~"-Zelle entsteht. Zu diesen Versuchen ging ich von der Annahme aus, dal3 bel

Fig. 10. Xltere operativ isolierte Faden- zelle mit zwei anh~ngenden Spitzenzellen. Nach basipetMem Zentrifugieren am 20. Februar 1928 ist bis zum 15. M~trz am Basalpol der Mteren Zelle ein langes Rhizoid entstanden, wi~hrend d�8 beiden Spitzenzellen zu apikMen Rhizoiden mit deutlicher Kappenbildung ausgewachsen sind. Die ursprfinglichen Zellen dick schwarz umrandet. Vergrbgerung wie in

Fig. 1.

dem bisherigen Zentrifugieren wohl eine Umlagerung des Zellinhaltes stattgefunden hat, dal3 aber diœ f~lr den Apikalpol spezifischen Inhalts- stoffe nur iiber diejenigen, welche for den basalen Pol spezi�9 sind, ~iberlagert worden sind. In den meisten F~illen mtissen sich nun die Zell- inhaltsto�9 wieder vollst~tndig voneinander trennen, so dal3 der apikalœ Zellpol den gesamten f~ir ihn charakteristischen Inhalt wiederbekommt. In diesem Falle wird die Verlagerung infolge des Zentrifugierens wieder vollst~tndig rtickg~tngig gemacht und die Zelle verhSlt sich w/thrend des

618 Cz~ja

Regenerationsprozesses wie eine normale Fadenzelle. In einigen F~tllen seheint aber der ProzeB des l~~iekflutens anders verlaufen zu sein, indem zweifellos nicht der gesamte ffir dan apikalen Pol spezifisehe Zellinhalt

diesen wieder erreieht hat. Sehr wahrseheinlieh sind In- haltsbestandteile, welehe den basalen Pol eharakterisieren, an das apikale Zellende ge- langt. Dadureh ist die MSg- lichkeit gegeben, da~ an

diesem ehemals apikalen Pol die for den basalen Pol cha- rakteristisehen Regenerate auftreten.

In den weiteren Ver- suehen sollte nun eine voll- st5ndige Misehung des Zell- inhaltes erzielt werden. Das wurde erreicht, indem die F/tden zun~ehst 15 Minuten lang in akropetaler Riehtung mit 4000 Touren, darauf in basipetaler Richtung ebenfalls mit 4000 ‡ eine Stunde lang gesehleudert wurden. Der Zellinhalt wurde anfangs an den Apikalpol, daraufwieder an den Basalpol getrieben. DieWeiterbehand- lung der Zellen war die gleiehe wie frt~her. Zentrifugieren und Isolieren der Zellen er- folgte ara 3. Februar 1928.

Aus den regenerierenden Zellen aus mehreren derartigen Versuehen gingen versehiedenartige Produkte hervor. Die Mehrzahl der Zellen zeigte naeh Verlauf von wenigen Tagen am Basalpol das {ibliehe Waehstum, a,ber es ging kein typisches Rhizoid daraus hervor, sondern ein mehr oder weniger verklumptes Gebilde, ohne deutliehe Eigenart. Der Apikalpol blieb ganz ohne Regenerate. Weiter entstanden wieder Zellen mit zwei

Fig. 11. Akrope~M und b~sipetM zentrifugierte und oper~tiv isolierte Binnenzelle, deren Po- laritgt vollstgndig umgekehrt worden ist: ~pikMcs Rhizoid und b~sMer ,,Sprol~". Zen- trifugiert und isoliert am 18. Januar 1923, gezeichnet am 31. Ja- nuar. Vergr6Berung wie in Fig. 1. Die Wand der ursprimg-

lichen Zelle dick sehwarz gezeichnet.


Rhizoiden. Endlich erhielt ich drei Zellen, welche ara Apikalpol ein deut- liches Rhizoid entwiekelten, ara basalen Pol ebenfalls Waehstum erkennen lieBen. Aber dieses begann nicht in de�9 abliehen Weise mit dem Vor- stiilpen der Quy sondern neben der Querwand trat seitlieh ein Auswuehs auf, wie norinalerweise ara Apikalpol. Das Wachstum dieser Seitenorgane liel3 denn auch keinen Zweifel mehr an ihrer ,,SproB"-Natur (Fig. 1I). Das vollkommen geradlinige Wachs- tutu dieser Zellen, ihr reieher In- halt und vor allem die Gestal~ und der Inhalt der aul3ersten Spitze sind nur for ,,Sprosse", resp. ,,8prol3"-Zellen charakteristisch. Diese drei Zellen wa�9 also vollstfindig umgekehrt.

ttier ist der Ort noeh ein sicheres Unterscheidungsmerk- mal der Apikalzellen (Spitzen- zellen) von ,Sprol3': und Rhi- zoid nachzutragen. Sehon oben wurde auf versehiedene Dichte des grtinen Inhal~es, und ver- schiedene Zahl der Pyre- noide, in ,,SproB"- und Rhi- zoidzellen hingewiesen. In dieser Hinsieht unterscheiden sich aber besonders die Spitzen- zellen der beiden Organe. Wie Fig. 12 zeigt, r~icht der Chloro- plast in der Spitzenzelle des Fig. 12. Spitze einer Fig. 13. Spitzeeines

krgftigœ Fadenzelle krgftigen l~hizoides. ,,Sprosses" bis dicht &n die Mem- (Endzelle), Erklgrung Nghere Erklitrung ira bran in der iiul3ersten Kuppe der ira TexL ZeiB Obj. E, Text. ZeiB Obj. E, Zelle heran. Das ist nicht der Ok. 4. Ok. 4. Fall in der Spitzenzelle des Rbi- zoids. Hier ist bei sehwaeher Vergr6Berung betraehtet die Spitze der Zelle hell, also frei vom Chloroplasten. Bei stfirkerer VergrSl3erung (Fig. 13) sieht man die Spitze der Zelle erffillt von einem grobk6rnigen Plasma, welehes sich kappenartig noch eine kurze Strecke weit seitlich herunter-

620 Czaj a

zieht. Erst hinter dieser farblosen Plasrnakappe beginnt der Chloroplast. Diese Zellstruktur ist an Rhizoidspitzen immer wieder zu finden. Wie die wachsende Spitze des Rhizoids verhalten sich ferner s~tmtliche apikalen (Rhizoid-) Enden der Binnenzellen der Rhizoiden. Sie alle lassen eine Kappe aus grobk6rnigem Protoplasma erkennen, die nur bei der Endzelle die gri~13te Ausdehnung er�9

Auch in bezug auf die Gestalt der Zellspitze unterscheiden sich die r " beiden Fadenenden. Das Ende des ,,Sp osses ist spitz, -~ gew61bt kegel-

f6rmig, dasjenige des Rhizoids dagegen stumpf und breit. Auf Grund dieser Unterscheidungsmerkmale ist es einwandfrei

m6glich, Rhizoid und ,,SproB" sicher zu un.terscheiden, selbst wenn einmal eines dieser Organe anormal gewachsen ist. Eben mit Hilfe dieser Merkmale lieBen sich die Regenerate jener drei erw~thnten Zellen, an dem Basalpol als ,,SproB"-Regenerate sicher nachweisen, ebenso in den weiter obon er- wShnten F~tllen die Rhizoidnatur der Regenerate beider Zellpole.

Diœ U n t e r s u c h u n g e n G. A. B o r o w i k o w s

Bei seinen Versuchen liel3 sich B o r o w i k o w von den Erfahrung(m N o t t i e r s (1899) und anderer Autoren leiten, dag nitmlich an zentrifugierten Zellen Wachstum h~tufig an der Stelle einsetzt, an der der gesamte Inhalt zusammengedr~ingt worden ist. Uber die Art des Zentrifugierens, Dauer usw. werden keine Angaben gemacht. Verwendet wurden zu den Versuchen ganze Ffiden, die also als ganzes zentrifugiert und daim weiter kultiviert wurden. Einzelheiten sind auch hierbei nicht angegeben. An den zentrifugierten F~tden lieB sich seh�9 hSufig das Auswachsen der End- zellen des Fadensttickes beobachten, aber in rien meisten F~llen trat ara basalen Ende ein Rhizoid auf, das sich h~ufig erst nach einiger Zeit des Wachstums eindeutig als solches erkennen lief3, oftmals unterblieb aber auch jedes weitere Wachstum. Ein anderer oft zu beobachtender Fall war folgender. Die Zelle teilte sich durch eine Querwand in eine inhalts�9234 basale und eine inhaltsarme apikale. Ara oberen Ende der inhaltsreichen Zelle wurde dann h~iufig das Spitzenwachstum fortgesetzt durch eine seitlich hervorwachsende neue Zelle. B or o wikow hat nun aueh Ffille beobachtet, in denen der Entstehungsort dieser neuen Zelle mehr gegen das basale Ende der untersten Fadenzelle verschoben war. Immer aber war bei diesen Objekten die ursloriingliche Wachstumsrichtung der Ausgangs- zelle auch fiir die neue aus ihr hervorwachsende beibehalten worden. Nur gelegentlich wuchs diese Zelle einmal in de�9 entgegengesetzten Richtung


hervor. Diese Tatsache h~tlt B o r o w i k o w fiir den Beginn der Umpolari- sierung der Zellen. Er meint, daB die Riehtung des Waehstums der ursprtingliehen Zelle aueh von den ,,SproB"-Regeneraten dieser Zelle streng beibehalten wird, und dag gerade das ein Hindernis f(ir die Umpolari- sierung darstellt. In zwei F~tllen erhielt der Autor dann endlieh eine Fort- setzung des Fadens in der entgegengesetzten Riehtung. Soweit die bei- geftigte, aber leider sehleeht reproduzierte Photographie eines solehen Fadens Einzelheiten erkennen l~Bt, handelt es sieh um einen vierzelligen 5lteren Faden, an dessert be iden Enden junge ,,SproB"-Triebe hervorgewaehsen sind, der eine davon ara basalen Ende, ansehemend seitlich, nieht aus der Querwand. Diesem Ende des ursprtingliehen Fadens gegeniiber ist seitlich aus dem Apikalende einer anderen Zelle ein Rhizoid hervorgewaehsen. Einzelzellen mit vollstfindig invertierter Polarit~tt hat B o r o w i k o w also nieht bekommen, sondern da er nur mit Fadenstaeken arbeitete, Ffiden mit umgekehrter Polarit'/it.

IV. Allgemeine Bemerkungen zum Polarit~itsproblem

Die Versuehe mit isolierten Zellen der Cladophora haben gezeigt, welehe Fiihigkeiten jeder Einzelzelle eines Fadens innewohnen. Diese Ffihigkeiten ko�9 aber imr zum Ausdruek, wenn der Zusammenhang von mindestens zwei Zel]en mnerhalb des Fadens unterbroehen wird, entweder b]oB dureh Trennung der Protoplasten von der gemeinsamen Wand oder durch Zersehneiden des Fadens. An dem freien Fadenende wird das wieder erzeugt, was dem Ganzen, dem Organismus, verloren gegangen ist. Ira Falle einer Einzelzelle verh~tlt es sieh genau wieder so, aueh sie erzeugt, nun aber an beiden Seiten, das Verlorene wieder.

Ob man nun den ganzen Faden oder die Einzelzelle betraehtet, jede der beiden Einheiten weist den bestimmt definierten Gegensatz von oben und unten, Apikal- und Basalpol auf. Jeder der beiden pole bat seine bestimmte Funktion, die ihn aueh morphologiseh charakte- risiert. In dieser Hinsieht ist also der Cladophora-Faden eine Parallele zu den h@eren Pflanzen.

Es braueht wohl nicht besonders hervorgehoben zu werden, dag die Cladophora-Zelle ira Fadenverbande nur deshalb ihre F/ihigkeiten, d .h . den physiologisehen Gegensatz zwischen ihren beiden Polen, nieht zum Ausdruek bringen kann, weil die Zellen in gr5Berer Zahl zu Biner Ganzheit, zu einem Organismus, vereinigt sind. Wir wissen abœ dag jeder einzelnen

622 Cz~ja

Zelle eine auch dem ganzen Organismus eigene Polarit~it innewohnt und dag letzten Endes die Polarit5t des Organismus (resp. Organs) nur der Ausdruek der Summe dieser Einzelpolarit~ten ist.

Es stehen sieh also zwei Arten von PolaritLtt ara Cladophora-Faden gegen fiber:

1. Die P o l a r i t t t t des g a n z e n F a d e n s (Organismus).

Die apikale Zelle des Fadens zeigt Spitzenwaehstum und bildet fortgesetzt neue Fadenzellen. Die basale Zelle des Fadens zeigt ebenfalls Spitzenwaehstum, aber naeh der gerade entgegengesetzten Seite. Sie bildet [ortwithrend neue Rhizoidzellen.

Die Binnenzellen des Fadens verhalten sieh neutral, sie lassen zunLtehst keine Wachstumsttttigkeit erkennen.

II. Die P o l a r i t t t t j e d e � 9 e i n z e l n e n Zelle.

Ira Fadenverbande kommt sie nicht zur Realisation, naeh der Isolierung wird sie sichtbar, lhr Ausdruek ist der gleiche wie ara ganzen Faden.

An /tlteren Fttden wird die Kontrolle tiber die Einzelzelle etwas geloekert, indem nttmlich viele Fadenzellen an der Spitze zu wachsen beginnen: Verzweigung des Fadens.

Ara Beispiel der Caulerpa proli/era hat W. Z i m m e r m a n n neuerdings zwei Arten von Polaritttt durch die Termini i n t e g r a l - und Di f fe - rent ial-Polar i t t i t gekennzeiehnet. Diese beiden Polarittttsformen sind an sieh nichts grundsfitzlieh neues, sie sind dem Prinzip nach von V {~ e h t i n g mehrfach betont worden (Botan. Ztg., 1906, 64, 14~3 ; Untersueh. z�9 experim. Anatomie u. Pathologie 1908--1918). Wenn ieh Z immer - m a n n recht verstanden habe, so ftillt die oben gekennzeiehnete P51arit~t des ganzen Organismus mit der Integralpolaritttt, und diejenige der Einzelzelle mit der Differentialpolarittit zusammen. Es seheint mit aber, dag die Caulerpa zur Veransehauliehung und Definition dieser Polarit~ts- begriffe ein wenig geeignetes Obj ekt darstellt, da der fur ~inen Thallus immer- hin stark differenzierte Vegetationsk6rper nur eine einzige polyenergide Zelle reprtisentiert. CTerade aus der Kompliziertheit dieser Zelle heraus verliert der Caulerpa-Thallus zwar dem Prinzip nach die Einzelligkeit, aber andererseits bedingt wiederum das Fehlen von �9 Crrenzen zwischen rien verschiedenen Zellbezirken die Einzelligkeit. Dahe�9 ergeben sieh gewisse Schwierigkeiten.

Zellphysiologische Untersuchungen an Cladophora glomerat~ 623

Nach der von uns oben gegebenen Identifizierung der beiden Polari- t~ttsformen mul3 darum ara intakten Thallus der Caulerpa Differential- und Integralpolarit/it zusammenfallen, d.h. Zellpolarit5t und Polarit~tt des ganzen Organismus. Dieses Verh5ltnis der beiden PolaritStsformen ist dann aber bei der Caulerpa - - und bei jedem anderen einzelligen Organismus - - unver~tnderlieh , denn jeder 5Iessersehnitt (oder ent- spreehende Eingriff) teilg zwar eine neue Lebenseinheit (VOeht ing) ab, aber diese ist immer nur eine einzige Zelle.

Anders liegen die Verh/iltnisse beim Cladophora-Thallus. Am nattirliehen Standort z .B. zeigt er als Organismus Integralpolarit5t, jede einzelne Zelle aber ausgepr~tgte Differentialpolarit~tt. Am intakten Thallus kommt diese letztere rein korrelativ nieht zum Ausdruek. Wird die Zelle dagegen aus dem Fadenverbande gel5st, so ist datait der gleiehe Fall gesehaffen, wie bel der Caulerpa-Zelle Dif�9 und Integral- polarit~tt fallen zusammen und bleiben solange identiseh, wie der Or- ganismus einzellig ist. Mit der ersten Zellteilung sind die urspriingliehen Polarit~ttsverhSltnisse wieder hergestellt.

Diese beiden Beispiele mtissen for die Polarit~ttsverh~ltnisse w)n P�9 jeglieher Organisation gtiltig sein, d.h. es glbt nur zwei M0g- liehkeiten:

U n i z e l l u l f i r e O r g a n i s m e n : Differentialpolaritfit und Integral- polarit~tt sind identiseh.

M e t a p h y t e n : Differentialpolarit5t = Zellpolarit/it, Integral- polarit~tt ~ Polant~tt des Organismus (resp. des Organs).

Was nun die Induktionsm5gliehkeit der versehiedenen Polarit5ts- formen anbelangt, so roui3 naeh dem oben Gesagten von vornherein klar sein, dag mit der Induktion der einen aueh gleiehzeitig die andere induziert ist. Beide Formen der Polarit~tt sind untrennbar miteinander verbunden. Es ist lange bekannt, dag es einige wenige F~tlle tatsSehlieher Induktionsf~thiikeit gibt (Fucus, Equisetum, Marchantia). In anderen Ffillen handelt es sieh um eine mehr oder weniger leieht ausfiihrbare Beeinflussung oder Inversion der urspriinglieh vorhandenen VerhNtnisse (Dasycladus, Bryopsis, Cladophora, Pilze, Farnprothallien). Mit der Anderung der Differentialpolarit~tt ist in diesen Beispielen aueh die Integral- polarit~tt entspreehend beeinflul3t. Bei den hOheren Pflanzen hingegen ist bis heute kein emziger Fall cirier Beeinflussung oder Inversion der Polarit~tt oder ihrer Formen bekannt geworden und naeh dem, was wir aus den Untersuehungen von V 5 e h t i n g wissen, zun~tehst aueh nieht zu erwarten. Es ist deshalb vollkommen unmOglieh, wie das Z i m m e r m a n n

624 Cz~ja

vornimmt, von einer Induktion einer der bš Polarit~tsformen auBer- halb der oben angezogenen F~ille zu spreehen. Wenn an einem Weiden- zweige Wurzeln ara apikalen Ende durch die lokale Wirkung von Wasser erzeugt werden, so ist das keine J~nderung oder gar Induktion von Polarit/it, sondern eine rein lokale Wirkung der AuBenbedingung Wasser. An der Polarit~tt des Weidenstecklings wird dadureh aueh nicht das Geringste geSndert. Auf diese VerhNtnisse werde ieh in weiteren Arbeiten aus- ffihrlieher eingehen, weshalb hier dieser kurze Hinweis geniigen soll.

Mit ein paar Worten soll noch auf die Arbeit Z i m m e r m a n n s und seine Beispiele eingegangen werden. Auf Seite 684 seiner Arbeit stehen folgende S~ttze: ,,Wenn beide Polarit5tsformen vorhanden sind, ist ihr Weehselspiel zmn groBen Teil schuld an den langwierigen Gegen- s~itzen in den Diskussionen zwisehen Sachs , V 6 e h t i n i usw. ttber die in der Regeneration sleh ~tuBernde Polarit5t. W~thrend V 6 e h t i n g z. B. �9 aussehliel31ieh die Differentialpolaritfit bei seinen Versuehen ira Auge hatte, untersuchten Saehs und in seiner Gedankenriehtung K l e b s , L o e b und seine Sehiiler (neuerdings z.B. H i e k s , 1920) vorzugsweise die Erseheinungen der IntegralpolaritSt . . . . "

Soweit ieh die Ansehauungen VOch t ings kenne, bat dieser stets der Polarit~tt des ganzen Organs diejenige der Einzelzelle gegent~ber- gestellt und beide in einem Sinne behandelt, wie er oben nSher pr~tzisiert worden ist. Ans den Diskussionen mit Saehs und K l e b s seheint mit V S e h t i n g saehlich zweifelsohne als Sieger hervorgegangen zu sein. Die angeblichen GegensStze haben sieh teils als Mil3verst~tndnisse, teils als Irrttimer herausgestellt.

Der Weidensteekling kann naeh dem oben Gesagten kein Beispiel f~ir die Differentialpolarit~tt sein. Wenn der Weidensteekling A Integral- polarit/it besitzen soll - - und das hat ja V 5 e h t in g mit aller Eindringlieh- keit gezeigt - - dann muB aueh jeder seiner Teile B, C, D usw., also die Lebenseinheit•n nach V O e h t in g, ebenfalls Integralpolarit~tt haben, denn der ursprtingliehe Steckling A ist ebenfalls nur ein Teil eines grOl3eren Organs oder Organismus, genau wie B, C, D nsw. Der GrOgenunterschied ist dabei ja ganz belanglos. Differentialpolarit5t aber zeigt jede Einzelzelle der Steeklinge, ob grog oder klein, ob sie einem Steekling angehOrt oder ob sie noch in der vielzelligen Pflanze sitzt. Diese Zellpolarit~tt = Diffe- rentialpolaritfit ist die Voraussetzung frit die Integralpolarit5t. Diese letztere ist allein der Ausdruek der Tatsache, dag wir es mit einem Me- taphyten zu tun haben. Die Summe aller einzelnen sieh nieht selbst verifizierenden Differentialpolarit~tten ist die Integralpolarit~tt. Es roui3


darum aueh das Beispiel der unmagnetischen Stecknadel ira Vergleieh mit den (organisierten) Lebewesen unzutreffend erscheinen. Ein Or- ganismus, z. B. wieder der Weidensteckling, ist eben nur dem Magnetstab zu vergleichen, der ans einer Unzahl von Elementarmagneten (den Zellen des Weidenstecklings) zusammengesetzt ist. Zerbrichr man den Magneten, so resultieren immer neue Magneten (gleieh den Lebenseinheiten beim Zersehneiden des Weidensteeklings), bis man theoretiseh beim Elementar- magneten (gleieh der lebenden Zelle) anlangt. Dieser Unterteilung sind aber in beiden F~illen praktiseh schon frtiher Grenzen gezogen.

Ist ein vielzelliges Organ gegeben, dessert Zellen streng polar dif- ferenziert sind (DifferentialpolaritSt) so ist datait notwendig aueh die IntegralpolaritSt gegeben, nSmlich die PolaritSt des ganzen Organs. Wird also eine Anderung der Integralpolarit~t ge�9 so ist erst einmal eine solche der Dif�9 zu beweisen, was auf dem Gebiete der Entwieklungsmeehanik der h0heren Pflanzen bisher nicht m0g[ieh gewesen ist, und f~ir die IntegralpolaritSt auch nieht gelungen ist. FOr die Reizphysiologie wird eine solche polare Induktion bekanntlieh ge- fordert, aber meines Eraehtens handelt es sieh dabei um Dinge, die nicht ohne weiteres mit den Erseheinungen der .Entwieklungsmechanik der Zellen identifiziert werden k0nnen. Wenn aueh die Zellen der Wurzel - - um das Beispiel Z i m m e r m a n n s zu verwenden - - unter dem Ein- fluI3 der einseitig angreifenden Sehwerkraft polarisiert werden, so behalten sic trotzdem ihre ursprtingliehe und von Anbeginn an vorhandene Dif- ferentialpolaritSt bel! An dieser wird durch die geotropische Induktion nic h t s ge~ndert und trotzdem reagiert die Wurzel geotropisch. Zweifellos ru�9 die Schwerkraft meiner Meinung nach eine QuerpolaritSt der ganzen Wurzel und der Einzelzelle hervor, aber in einer Weise - - die uns zwar noeh nieht nSher bekannt ist - - die sicher ganz verschieden von dem sein mule, was wir unter Polarit~t der Zelle, resp. der Organe entwickhmgs- mechanisch verstehen. Wiederum ist eine derartige Polarisierung dureh den Licht- oder Schwerereiz aueh nur m6glieh bei Organen resp. Zellen, welche jene inh› PolaritSt besitzen. Nur ein dauernd gerichtetes 0rgan oder eine ebensolehe Zelle kann auf andere riehtende Reize reagieren, wenn es selbst seine eigene polare Orientierung besitzt und sie aueh bei- behSlt. Denn witre diese inhSrente Polarit~t durch eben diese Reize umstimmbar, so wtirde ke ine Reaktion ira Sinne dieser Reize erfolgen, wie wir sie tats~tehlich auftreten sehen, sondern Anderungen ira polaren Verhalten der betreffenden Organe, was in einigen FSllen ja aueh zu beobachten is~.

Pxotoplasma. XI 40

626 C z a j a

Z u s a m m e n f a s s u n g e i n i g e r E r g e b n i s s e

1. Die Methode der physiologischen Isolierung (mittels hyper- tonischer L5sungen) der Zellen mariner Cladophoren (Miehe) l~tBt sich nach geeigneter Abfinderung au�9 S{~13wasser-Cladophoren i]bertragen.

2. Operativ isolierte Spitzen- und Binnenzellen eines Cladophora- Fadens verhalten sich in bezug auf ihr Regenerationsverm6gen genau so, wie physiologisch isolierte Zellen. Ara Apikalpol bilden sic ,,Sprol3"- zellen, ara Basalpol Rhizoidzellen. Isoliert• Spitzen- und Binnen- zellen bilden die neuen ,,Sprol3"zellen aber genau so, wie sie es im Faden- verbande getan haben w(irden: Spitzenzellen durch direktes Spitzen- wachstum, Binnenzellen dureh seitlich von der apikalen Querwand er- Iolgende Ausst*ilpung. Die Bildung des Rhizoids •rfolgt bei allen Zellen in der gleichen Weise durch Ausstfilpung der basalen Querwand.

3. Operativ isolierte Rhizoidzellen zeigen prinzipiell entsprechendes Regenerationsverm6gen, wie die Fadenzellen (,,Sprog"zellen). Der Apikalpol (Rhizoidpol) wSchst bel den Spitzenzellen als l~hizoid weiter, bei den Binnenzellen dagœ wie bei den Fadenzellen. Der Basalpol dagegen bildet Faden- (,,Sprol3"-) Zellš wie diœ Binnenzollen seitlich.

4=. Durch basipetales Zentrifugieren voit Fadenzellen gelingt es in einer geringen Anzahl von F'allen Zellen mit zwei Basalpolen, d. h. mit je einem Rhizoid ara basalen und ara apikalen Zellpol zu gewinnen.

5. Durch anffingliches Zentrifugieren in akrop•talor und darauf- folgender in basipetaler Richtung treten bel Fadenzellen dio Regenerate bel einer sehr geringen Anzahl von Zellen gerade in der entgegengesetzten Weise auf wie bei normalen Zellen: ,,SproB"zellen ara basalen und Rhi- zoide ara apikalen Zellpol. Datait ist also die Polarit5t der Zelle vollst~tndig umgekehrt.

L i t e r a t u r

A n d r e w s , Die Wirkung der Zentrifugalkraft ~uf Pflanzen. Jahrb. wiss. Bot. 1903, 38, 1; 1915, ~6, 221.

B o r o w i k o w, G.A. , Ismœ e poli arnossti C, Cladophora glomerata. Isw• a Imp. Bot. Ssad~ Petra Welik~go, 1914, No. 4--6, 475, 1 Fig. (russiseh).

B r a n d , F., Cladophora-Studien. Botan. Centralbl. 1899, 79, 145. B r a n d , F., Uber einige Vœ des Baues und Wachstums von Cladophora. Beih.

Botan. Centralbl., 1901, 10, 481. C z a j a, A. Th., Entwicklungsmechanik der Pflanzen in P e t e r f i , T., Methodik der

wissenschaftl. Biologie. Berlin 1928. Bd. 2. J. Springer.


Klebs , G., Beitr~ge zur Physiologie der Pflanzenzelle. Arb. Botan. Institut Tiibingen, 1886--1888, 2, 489.

Miehe, H., Waehstum, Regeneration und PolaritSt isolierter Zellen. Ber. Det~tsch. Botan. Ges., 1905, 28, 257.

Mort ier , D., The effect of eentrifugal force UlOOn the cell. Annals of Botany, 1899, 13, 325.

P r s S., Vliv eentrifugov/ml na Hydrodictyon reticulatum (L.) Lag. Studies frein the Plant Physiological Labor. Prague, 1923, 1, 89.

Uspensk i j , E. E. und U s p e n s k a j a , W. J., Reinkultur und ungeschleehtliche Fort- pflanzung des Volvox miner und Volvox globator in einer synthetischen N~hrl6sung. Ztschr. f. Bot., 1925, 17, 273.

V6cht ing , H., tdber Organbildung ira Pflanzenreieh. Bonn 1878--1884, 2 B~nde. - - Uber Regeneration und Polaritgt bei h6heren Pflanzen. Botan. Ztg., 1906, 64, 101. - - Untersuehungen zur experimentellen Anatomie und Pathologie des Pflanzenk6rpers.

Tiibingen 1908--1918, 2 B~nde. Z i m m e r m a n n , W., Experimente zur Polarit/~t von �99 und zum allgemeinen

Polaritgtsl0roblem. Arehiv f. Ent.-Me•h. der Organismen (W. t~oux), 1929,116, 669

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Zellphysiologische Untersuchungen an Cladophora Glomerata