Die Naturwissenschaften. Wochenschrift..., 13. Jg. 1925, 23. Januar, Heft 4.

• 26 . 1 . 1925 ^

D I E \ « I H

NATURWISSENSCHAFTEN

H E R A U S G E G E B E N V O N

A R N O L D B E R L I N E R

ORGAN DER GESELLSCHAFT DEUTSCHER NATURFORSCHER UND ÄRZTE

UND

ORGAN DER KAISER WILHELM-GESELLSCHAFT ZUR FÖRDERUNG DER WISSENSCHAFTEN

H E F T 4 ( S E I T E 6 1 — 76)

23. JA N U A R 1925 DR EIZEHNTER JAHRGANG

Zur Geschichte der K rystallkunde. Von P. G r o t h , München. (Mit 5 F i g u r e n ) ... 61 Zur Photochem ie des 'Sehens. Von S e l i g H e c h t ,

Boston U . S. A . (Mit 1 F i g u r ) ... 66 Der naturwissenschaftliche Unterricht und die N eu­

ordnung des preußischen höheren Schulwesens.

Von F. P o s k e , B e r l i n ... 73

I N H A L T :

Bericht über die Tagung der Deutschen Mineralo­

gischen Gesellschaft in Marburg vom 1 5 . bis

1 7 . September 192 4 ... . . .

75

Die Gitterstruktur des Karborunds (SiC). Von H . Ot t, München ... 76

Projektions-Planetarium

Astronomische Instrumente

Ausrüstungen

für Liebhaber-Astronomen

T e r r e s t r is c h e F e rn ro h r e A u s s ic h t s f e r n r o h r e

A s t r o n o m is c h e O p tik K u p p e l n

tARLZEiB:

J E N A

D r u c k s c h r i f t e n k o s t e n f r e i

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I I D T E N A T U R W I S S E N S C H A F T E N . 1925- H eft

4

DIE N AT URW ISSEN SCHAFTEN

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DIE NATURWISSENSCHAFTEN

Dreizehnter Jahrgang 23. Januar 1925 Heft 4

Zur Geschichte der Krystallkunde.

V o n

M ünchen.

B ish er sind nur zw ei V ersu ch e g e m a ch t w orden, eine G esch ich te der m in eralo gisch en W issen sch a ften zu sch reib en : 1. D ie „G e s c h ic h te d er K r y s t a ll­

k u n d e “ vo n C. M . M

(P rofessor der P h y s ik und C h em ie in B rau n sch w eig ) 1825, eine in teressa n te Z u sa m m en stellu n g der bis v o r 100 J ah ren über die K r y s ta lle g eäu ß erten A n sic h te n zah lreich er N a tu rfo rsch er und P h ilosop h en , 2. F

.

. K

..G esch ich te d er M in eralogie v o n 16 5 0 — 1860“ , M ünchen 1864, in w elch er besonders die E n t ­ d e ck u n g sg esch ich te u n d die E rfo rsch u n g der ein ­ zelnen M in eralien b e rü c k s ic h tig t ist. D e r M angel einer zu sam m en h än g en d en D a rste llu n g d er E n t ­ w ick lu n g der K ry s ta llo g ra p h ie u n d M in eralogie selb st e rk lä rt sich d arau s, d a ß erst die neueste Z e it die klare E rk en n tn is des U m sta n d es g e b ra c h t h at, d a ß diese b eid en W issen sch a ften , w elch e sich in in n ig er V e rfle c h tu n g m itein an d er e n tw ic k e lt haben , ih rem W esen n ach v ö llig versch ied en en W issen s­

geb ieten zu zu rech n en sind. D ie K e n n tn is des k ry sta llisie rte n Z u stan d es der M aterie — gleich ­ g ü ltig , ob sie sich im M ineral-, P fla n zen - und T ie r­

reich fin d et, od er ob sie sich im S ch m elzra u m eines H och ofens oder im R e ag en sg e fä ß des C h em ikers b ild e t — ist, in ihren drei S p ezialw issen sch aften , d er geom etrisch en , der p h y sik a lisch en und der chem ischen K ry s ta llo g ra p h ie , ein zu sam m en ge­

höriges G an zes bild end , ein T e il des groß en p h y s i­

k a lisch -ch em isch en W issen sgeb ietes, der K e n n tn is der M aterie ü b e rh a u p t und der sie b eh errsch en d en G ese tzm ä ß ig k eiten . D ie M in eralku n d e dagegen, u rsp rü n glich d em K reise der sog. besch reib en d en N a tu n v isse n sc h a ften an gehörig, b e sc h ä ftig t sich m it den e in h eitlich en S to ffen , w elch e d ie uns b e ­ k a n n te E rd k ru ste zu sam m en setzen , d eren M ehr­

za h l k ry sta llisie rt is t und die d ah er zu r E rfo rsch u n g ih rer E ig e n sch aften die M eth od en d er K r y s t a llo ­ grap h ie erford ern , fü r die ab er a u ß erd em d as S tu d iu m ih rer E n tste h u n g , ihres A n te ils am A u f­

b a u der E rd e und ih rer V erä n d e ru n g u n ter dem E in flu ß der in der N a tu r au f sie w irken d en A g en zien a ls ih r w ich tig stes F o rsch u n g sg eb iet, d u rch w elches sie zu r G ru n d lage d er G eologie w ird , in B e tr a c h t ko m m t. V e rsu c h t m an nun, die frü h eren F o r ­ schu ngen, w elch e sich led ig lich a u f die G e se tz ­ m ä ß ig k eiten des k ry sta llisie rte n Z u stan d es der S to ffe b ezogen, ge tre n n t zu beh an d eln vo n den eig en tlich m in eralogisch en , und s e tz t m an an S telle ein er ch ronologisch en B e h a n d lu n g eine solche n ach sach lich en G esich tsp u n k ten , so e rg ib t sich je ein B ild vo llk om m en ein h e itlic h fo rtsch reiten d er E n t ­ w ic k e lu n g der ein zeln en G eb iete, w ie der V erf. in ein em vo n ih m begonn enen W e rk e („G ru n d zü g e z u r E n tw ick e lu n g sg e sch ich te der m in eralogisch en W issen sch a fte n “ ) zu zeigen b e a b sich tig t. Z u den

m in eralogisch en W issen sch a ften gehören n ach a ll­

gem einer A n sch a u u n g au ch die G estein s- und die L a g e rstä tte n k u n d e , w elch e n a tu rg e m ä ß in n euerer Z e it im m er m ehr in d as G eb ie t der geologisch en W issen sch a ften g e rü c k t sind , deren E n tw ic k e lu n g aus der sp eziellen M in eralku n d e ab er in dem er­

w äh n ten W e rk e eb en fa lls b e rü c k s ic h tig t w erden w ird .

Im folgen d en soll nun ein k lein er A u s s c h n itt aus der E n tw ick e lu n g g esch ich te der K r y s ta llk u n d e in etw a s anderer F o rm m itg e te ilt und d u rch einige A b b ild u n g en e rlä u te rt w erden . D ie in R e d e steh en d e W issen sch a ft b e g in n t m it der ersten E n t ­ d e ck u n g einer G ese tz m ä ß ig k e it an den K r y s ta lle n , derjen igen , d a ß die ebenen F lä c h en derselben, w ie au ch ihre G rö ß e und G e s ta lt variiere, stets e in ­ an d er u n ter ga n z b e stim m te n W in k e ln schneiden, eine E rk en n tn is, w elch e w ir dem D ä n en N i e l s S t e n s e n (allgem ein irrtü m lic h „N ic o la u s S ten o “ s t a t t „S te n o n is sc. filiu s “ gen an nt) v e rd a n k e n , der sie 1669 als L e ib a rz t am H ofe vo n F lo re n z in seinem Pro d ro m u s D isserta tio n is de solid o in tr a solid u m n a tu ra lite r co n ten to (O stw alds K la ss ik e r N r. 209), zu sam m en m it einer R e ih e v o n B e o b a ch tu n g en ü b er den B a u T o sk an a s, w elch e ebenso g ru n d ­ legen d fü r die geologisch e F o rsch u n g sind w ie jen e E n td e c k u n g fü r die k ry sta llo g ra p h isch e , v e r ­ ö ffe n tlich te . D a m it b e g in n t die w issen sch aftlich e B e sc h re ib u n g der äu ß eren F o rm der K r y s ta lle , w elch e in der F o lg e erw eitert w u rd e d u rch d as 1723 erschienene W e rk „P ro d ro m u s C ry sta llo g ra p h ia e “ des sch w eizerisch en A rz te s M o r i t z A u g u s t C ap- p e l l e r (1922 im U r te x t u n d in d eu tsch er Ü b e r­

se tz u n g n eu h erau sgegeb en v o n C. M i e l e i t n e r ) u n d besonders d u rch die so rg fä ltig en A rb e ite n eines fran zö sisch en P riv a tg e le h rte n J e a n B a p t i s t e L o u is R o m e

l ’ I s l e . D ieser ve rö ffe n tlic h te im Jah re 1772 einen „ E s s a i de C ry sta llo g ra p h ie, ou D e scrip tio n des figu res geo m etriq u es, propres ä d ifferen s C orps d u R eg n e M ineral, connus v u lg a ire - m e n t sous le n om de C r is ta u x “ und 1783 eine au ß e ro rd en tlich e rw eiterte und verb esserte zw eite A u fla g e dieses W e rk es in v ie r B än d en , w elch e die e x a k te B e sc h re ib u n g und A b b ild u n g zah lreich er K r y s ta lle des M in eralreiches sow ie solch er vo n ch em isch en P rä p a ra te n en th alten , zu gleich m it den ersten b ra u ch b aren M essungen der K r y s ta llw in k e l, le tz te re a u sg e fü h rt m it dem vo n einem sein er S ch ü ler und M itarb eite r erfun den en sog. A n le g e ­ gon iom eter. M it d iesem W e rk e w a r die g e o m etri­

sche K ry s ta llo g ra p h ie , w en n zu n ä ch st a u ch nur a ls ein fach e B esch reib u n g d er K ry sta llfo rm e n , au f ein em H ö h e p u n k t a n g ela n g t, d er im 18. J a h r­

h u n d e rt n ic h t w esen tlich ü b ersch ritten w ord en ist.

In zw isch en w a r in dem selb en Jah re 1669, in

Nw. 1925.

9

<32 Gr o t h: Zur Geschichte der Krystallkunde. [ Die Natur- L W issenschaften

w elch em

die W in k e lk o n sta n z der K r y - sta lle fe stste llte , v o n seinem L an d sm an n

(lat. B a rth o lin u s) die erste E n td e c k u n g einer p h y sik a lisc h e n K ry s ta lle ig e n s c h a ft g e m a ch t w o r­

d en , die der D o p p elb re ch u n g des L ic h te s in dem d a m als zu erst in groß en klaren R h om b oed ern in Isla n d gefu n d en en und n ach K o p en h a g en g elan gten K a lk s p a ts ; d ie v o n ih m schon zu m T e il ric h tig er­

k a n n te n G esetze der D o p p elb re ch u n g w u rd en in d er F o lg e vo llstä n d ig fe stg e ste llt d u rch den groß en h o llän d isch en P h y sik e r u n d A stro n o m en

d er a u ch den ersten V ersu ch ein er E r ­ k lä ru n g derselb en d u rch d ie A n n ah m e einer ro ta - tio n ssp h äro id isch en G e s ta lt der M olekü le des sog.

D o p p elsp a tes m ach te.

D ie erste E rk lä r u n g der K r y s ta llfo r m e n aus d er in neren S tru k tu r der K r y s ta lle is t e n th a lten in einer 17 73 in den S ch riften der A k a d e m ie zu U p s a la erschienenen A b h a n d lu n g des sch w ed isch en C h em ikers T

B

. H ier w ird zu m ersten M ale der S a tz au sgesp roch en , d a ß die M a n n ig fa ltig k e it der F o rm en , w elch e m anch e K r y s ta lla r te n zeigen, v o n seh r w en igen „ P r im it iv ­ fo rm e n “ a b zu le iten seien, und d ieser S a tz am B e i­

sp iel des K a lk s p a ts e rlä u tert. U n te r der A n n ah m e, d a ß die klein sten T eile dieses M inerals die G e sta lt jen es R h om b oed ers b esitzen , w elch es m an aus dem islän d isch en D o p p elsp a t d u rch S p a ltu n g erh ält, w ird d u rch F ig u ren gezeigt, w ie m an m itte ls A u f­

lagern vo n aus solchen R h o m b o ed ern zu sam m en ­ g e setzte n S ch ich ten vo n gleich er G rö ß e ein h e x a ­ gon ales P rism a, aus g leich a rtig en S ch ich ten , aber vo n ab n eh m en d er Z a h l der sie b ild en d en kleinen R h om b oed er, ein S k alen o ed er erh ä lt, dessen A ch sen lä n g e u n d so m it dessen G e s ta lt n o tw en d ig v o n d em „ G e s e tz e der D e crescen z“ , d. h. v o n dem V e rh ä ltn is der G rö ß e der au fein an d er folgen den S ch ich ten a b h ä n g t. B e ilä u fig g ib t B

an, d a ß sein au sgezeich n eter S ch ü ler J. G . G

z u ­ e rst au s einem solchen S k alen o ed er den rh om bo- ed risch en „ K e r n “ h erau sgesp alten h ab e. A u c h fü r solche K r y s ta lle , w elch e sich w ie T u rm a lin und G ra n a t ih rer H ä rte w egen n ich t sp alten lassen, w ird die E x is te n z eines d era rtig en „ K e r n e s “ und die E n ts te h u n g d er äu ß eren F o rm d u rch einen sch alen fö rm igen A u fb a u angen om m en , w ie aus der reg e lm äß ig e n S tre ifu n g ih rer F lä c h en zu erkennen sei. In einem sp äteren A b d ru c k d erselben A b ­ h a n d lu n g in seinen g esam m elten W e rk en fü g t B

a. n och die B e m erk u n g hin zu , d aß die v o n ih m angen om m en e rh om b oed risch e G e ­ s ta lt d er klein sten T eile des K a lk s p a ts au ch d a ­ d u rch bew iesen w erd e, d a ß b ereits die „M o le k ü le "

d es ko h len sau ren K a lk e s, w elch e sich in dem der L u f t a u sg e se tzte m K a lk w a s s e r b ild en und dem b e­

w a ffn e ten A u g e sic h tb a r w erden , die R h o m b o ed er­

fo rm zeigen.

D ie in d em B e rg m an sch en A u fs a tze n ied er­

geleg ten A n sich te n a d o p tie rte nun der französisch e F o rsch er

in zw ei n ah e

Jah re sp ä te r der P a rise r A k a d em ie ein gereich ten A b ­ h a n d lu n g en ü b er die S tru k tu r der K r y s ta lle des

G ra n a t und des K a lk s p a t, w elch e in jen er K ö rp e r­

s c h a ft als eine die w issen sch aftlich e K r y s ta llo - grap h ie b egrü n d en d e L e istu n g angeseh en w u rd en und ve ra n la ß te n , den als L eh rer am Sem inar des K a rd in a ls L em o in e tä tig e n A b b e sehr b a ld in den K re is der A k a d e m ik e r au fzu n eh m en . 1783 v e r ­ ö ffe n tlic h te dieser seine b erü h m te S c h rift „ E s s a i d ’une th eorie sur la stru ctu re des c r y s ta u x “ , in w elch er er n u n seine au f den e rw äh n ten Id een b eru h en d en A n sich te n au ch a u f andere K r y s t a ll­

a rten au sd eh n t und zu einer allgem ein en T h eorie e rw eitert, n ach w elch er alle K r y s ta lle einer A r t die gleiche P rim itiv fo rm als K e rn , dessen G e s ta lt d u rch die S p a ltb a rk e it fe stg e ste llt oder m an g els le tz te re r E ig e n sc h a ft aus der S tre ifu n g der F lä ch en gesch lossen w erden kön ne, e n th a lten u n d die jew eils seine äu ßere F o rm b ild en d en „ se k u n d ä re n “ F lä c h en d a d u rch entsteh en, d a ß jen er K e rn vo n L am ellen , besteh en d aus p a ra lle l in einer E b e n e ang eo rd n eten „M o le k ü le n “ v o n der G e s ta lt d er P rim itiv fo rm , d e ra rt b e d e c k t w ird , d a ß jed e folgen d e u m ein, zw ei oder m ehr (selten ü ber vier)

Fig. 1. Rhombendodekaeder.

R eih en solcher M oleküle kleiner ist, und die R ä n d er der u n en d lich d ünn zu d enken d en L am e llen eine sch ein b ar ebene F läch e bilden, deren S te llu n g n a tü rlic h vo n dem „G e s e tze der D ecrescen z“ der L a m e llen a b h än g t. W ie

in der E in le itu n g zu diesem W erk e a n g ib t, sei ih m die G ru n d id ee zu seiner T h eorie su gg eriert w ord en d u rch die B e o b a ch tu n g , d a ß ein zu fä llig zerbroch enes h e x a ­ gonales P rism a vo n K a lk s p a t zu seiner A ch se ge­

n eigte spiegelnd e T ren n u n gseb en en zeigte, u n d er h ab e die B e zie h u n g der S p altu n g sflä ch en zur F orm dieses K r y s ta lls dann n äh er ve rfo lg t.

D ie zu r E rk lä ru n g des A u fb a u es der K r y s ta lle angen om m en en D ecrescen zgesetze w erd en zu erst e rlä u te rt an dem n ach dem W ü rfel sp altb aren S tein salz. D e n k t m an sich au f jed e der 6 F lä c h en eines w ü rfelfö rm igen „ K e r n s “ dieses M in erals q u a ­ d ratisch e S ch ich ten k lein er W ü rfel („k o n stitu ie re n ­ der M o lek ü le“ ) a u f gelagert, deren folgen d e jed e s­

m a l an allen 4 S eiten u m eine M olekülreihe a b ­

n im m t, so w ird gezeigt, d a ß die entsteh en d en

T rep p en flä ch en zu je zw ei an einer W ü rfe lk a n te

in eine E b en e fallen und so m it d as R h o m b en ­

d o d ekaed er (Fig. 1) e n tsteh t, dessen F läch en bei

u n en d lich k lein er B reite der T rep p en stu fen als

ebene F läch en erscheinen; t r it t jed e folgende S tu fe

H e ft 4. 1

23. 1. 1925

J

Zur Geschichte der K rystallkunde.

gegen die vorh ergeh en d e u m 2 M olekülreih en z u rü ck (F ig. 2), so e n ts te h t d as ein fac h ste u n d h ä u fig ste T e tra k ish e x a e d e r. U m die B ild u n g des O k taed ers zu erklären , is t die A n n ah m e eines a n d ersartigen G esetzes der D ecrescen z n ötig , n äm lich n ic h t eines solchen d er A b n a h m e n ach den K a n te n , sondern n ach den E c k e n des K ern s, d. h. es feh len in d er ersten sich au flag ern d en S ch ich t an jed e r der 4 E c k e n je 1 M olekül, in der zw eiten , d ritte n usf. je 2, 3 usw . M olekü le einer zu den W ü rfelk a n ten d iago n alen R e ih e ; b a u t m an ab er dieser A n g a b e en tsprech en d ein M odell*) auf, so erh ä lt m an n ich t, w ie

a n g ib t, ein regu läres

r

Fig. 2. Tetrakishexaeder.

O k ta e d er (F ig. 3 a), sondern d as in F ig . 3 b d a r­

g e stellte G eb ild e (wenn m an sich die au f 3 E b en en des K e rn s au fg e sch ich tete n L am e llen au ch au f den ü brigen F lä c h e n des W ü rfels h in zu g e fü g t d en k t).

U m dieses zu einem O k ta e d er zu ergän zen, m üssen die L ü ck e n d u rch S ch ich ten v o n kleinen W ü rfeln a u sg e fü llt w erden, w elch e vo n zw ei b e n a ch b a rten E b en en des K e rn s als F o rtw ach su n g en ausgehen d zu d enken sind und d a h er ein and er in einer diagon alen (R h om b en d od ekaed er-) E b en e berü h ren, d. h. einer sek u n d ären F lä ch e des K r y s ta lls . D ie T h eorie is t d a h er gezw u n gen , zu r E rk lä ru n g der sek u n d ären F lä c h en die E x iste n z vo n S e k u n d ä r­

form en anzuneh m en.

A ls zw eites B e isp iel w ird d an n der K a lk s p a t b e h an d e lt und zu n ä ch st die E n tste h u n g des h ä u fig allein au ftreten d en flach en R h om b oed ers (F ig. 4 a) aus L am ellen , w elch e n a ch den P o lk a n te n des K e rn s um je eine M olek ü lreih e zu rü ck tre ten , e r­

lä u te rt. E in M odell, n ach diesen A n g a b e n a n g e­

fe rtig t, liefert ab er eb en falls ein G eb ild e (F ig. 4 b), dessen L ü ck en n u r d u rch M o lek ü lsch ich ten a u s­

g e fü llt w erden kön nen , w elch e ein and er in sek u n ­ dären E b en en b egrenzen. D e u tlic h e r w ird dieser innere W id ersp ru ch der T h eorie d u rch die E r ­ k lä ru n g der in F ig . 5 a d a rg estellten K o m b in a tio n des h ex ag on a len P rism as m it der B a sis, an w elch er die S p altu n g sflä ch en die 6 ab w ech seln d en h o rizo n ­ ta le n K a n te n a b stu m p fen . D a s der T h eorie e n t­

sp rech en d , w on a ch die D ecrescen z hier n ach den S eiten k an ten des K e rn s u m 2 M olek ülreih en s t a t t ­

*) Die hier abgebildeten Modelle befinden sich im mineralogischen In stitu t der Universität München;

die Figuren verd ankt der Verf. der freundlichen Hilfe des Herrn Prof. Dr. H. Steinmetz.

fin d e t, a u fg e b a u te G eb ild e h a t n äm lich die G e ­ s ta lt v o n F ig . 5 b. D ie K o m b in a tio n F ig . 5 a is t ab er gerad e d iejen ig e F o rm des K a lk s p a ts , w elch e

Fig. 3 a. Oktaeder.

Fig. 3 b. Unvollständiges Oktaeder.

Fig. 4 a. Flaches Kalkspatrhom boeder.

Fig. 4 b. Dasselbe unvollständig.

n ach w ied erh o lter V ersich eru n g

den A u s ­

g a n g sp u n k t seiner T h eorie b ild e t und den g lä n zen d ­

sten B e w e is derselben liefert.

6 4 G r o t h :

Zur Geschichte der K rystallkun de.

F ra g e n w ir uns nun, w ie es k o m m t, d a ß ein so sch arfsin n iger F orsch er, w ie es

zw eifellos w ar, einen solchen Irrtu m begeh en k o n n te, so fin ­ den w ir eine E rk lä ru n g d a fü r erst in einer sp äteren V erö ffe n tlich u n g , d er 1792 im J ou rn al d ’H isto ire n atu relle erschienenen „ E x p o s itio n ab regee de la th eorie sur la stru ctu re des c r y s ta u x “ . H ier s a g t er: „ B e i der E n ts te h u n g der S ek u n d ärfo rm en d u rch D ecrescen z m üssen allerd in gs die L am e llen an den Seiten zum T eil eine Z u n ah m e erfah ren, w eil sonst ein sp rin gend e W in k e l en tsteh en w ürden , w as den G esetzen der B ild u n g ein fach er K r y s ta lle w id e r­

sp rich t. D e r K r y s t a ll w ä ch st also in den T eilen , a u f die sich die A b n a h m e n ich t e rstre ck t, d a aber die A b n a h m e allein gen ü gt, u m die S e k u n d ä r­

fo rm zu b estim m en , so k a n n m an v o n allen anderen

Fig. 5 b. Dieselbe unvollständig.

V a ria tio n en , w elch e n u r su b sid iär ein w irken , ab- sehen, au ß er w en n m an d as den K r y s t a ll d a r­

stellen d e geo m etrisch e G eb ild e kü n stlich k o n ­ stru ieren u n d sich vo n allen E in ze lh eite n der S tru k tu r R e ch e n sch a ft geben w ill.“ U n ter „ k ü n s t ­ lich e r K o n s tr u k tio n “ is t hier o ffen b ar die H e r­

stellu n g vo n M odellen verstan d en , au f w elche

im G eg en satz zu

geringen W e rt g e le g t zu h a b en sch ein t.

W ä h ren d die eben b e tra c h tete S ch w ierig k eit fü r seine T h eorie vo n

als u n w esen tlich a n ­ sch einend ü berseh en w ord en ist, w a r dies n ich t der F a ll m it einer zw eiten allerd in gs w eit größeren, b e w irk t d u rch die T a tsa ch e , d a ß m anch e k r y s ta lli- sierte S to ffe n ach m ehr als 3 E b en en gleich v o ll­

k o m m en sp alten , w ie z. B . der F lu ß s p a t. D a es u n m ö glich ist, d u rch die hier vo rh an d en e P r im itiv ­ fo rm des O k tae d ers den R a u m lü ck en los a u szu ­ fü llen , so m u ß te die T h eorie in diesem F a lle zw ei versch ied en e P rim itiv fo rm e n anneh m en, n äm lich d as regu läre O k ta e d e r und d as regu läre T etrae d er, b eid e m it gleich g ro ß en F läch en , denn zw ei d er

letz te re n b ild en zu sam m en m it einem O k ta e d er ein P a rallele p ip e d , u n d n u r aus diesem is t m an im stan d e, d u rch A n w en d u n g der D ecrescen zgesetze die F lu ß sp a tfo rm e n au fzu b au en . U m der N o t­

w en d ig k eit, einer der G ru n d lage seiner T h eorie w id ersp rech en d en A n n ah m e vo n zw eierlei k o n ­ stitu ieren d en M olekü len zu entgehen, s te llt

nun die H y p o th e se au f, d e ra rtige K r y s ta lle e n t­

h ielten re g e lm ä ß ig an g eo rd n ete und g e sta ltete H o h l- räu m e, die des F lu ß s p a ts z. B . b estän d en d u rc h ­ w e g aus O k tae d ern , zw isch en denen die re ge lm äß ig v e rte ilte n n o tw en d ig vo rh an d en en tetraed risch en R ä u m e leer seien oder u m g e k e h rt: D ie P r im itiv ­ fo rm des F lu ß s p a ts sei d as regu läre T e tra e d e r und d ie H o h lräu m e h ä tte n die G e s ta lt v o n O ktaed ern , w elch e, w ie im ersteren F a lle , sich n a tü rlic h w egen ih rer K le in h e it der B e o b a c h tu n g v o lls tä n d ig e n t­

zieh en .

e rk lä rt die zw e ite dieser A n n ah m en fü r die w ah rsch ein lich ere, is t sich ab er der S ch w ie ­ rig k e it, die d u rch d era rtig e F ä lle fü r seine T h eorie e n tsteh t, w o h l b e w u ß t, w ie d arau s h e rv o rg e h t, d a ß er w ied e rh o lt a u f d ieselbe zu rü ck k o m m t, sie d u rch versch ied en e allgem ein e B e tra c h tu n g e n zu b e ­ seitig en su ch t, u n ter an d erm a u ch d u rch die n irgen ds bew iesen e B e h a u p tu n g , d a ß h ier n u r eine sch ein b are S ch w ie rig k e it vo rlieg e!

D ieser M an g el der H a ü y sch e n T h eorie is t erst b e se itig t w ord en d u rch eine A b h a n d lu n g „ V e rs u c h ein er E rk lä r u n g des inneren B a u es der festen K ö rp e r“ , w elch e

Professor der P h y s ik in F re ib u rg i. B reisg a u im Jah re 1824 i m 76. B d . v o n G ilb erts A n n alen der P h y s ik ve rö ffen tlich te.

H ier w ird n ach gew iesen , d a ß w egen der E la s tiz itä t der festen K ö rp e r diese n ich t aus ein ander u n m itte l­

b a r berüh renden T eilch en besteh en können, son ­ d ern die letzteren g egen seitige A b stä n d e b esitzen m üssen, w elch e dem sta b ile n G leich gew ich te der zw isch en ihnen w irken d en anzieh en d en und a b ­ stoß en d en K r ä fte entsprech en , d a ß also die F o rm der K r y s ta lle und ihre n atü rlich e n T re n n u n g s­

fläch en n ich t d u rch die H a ü y s c h e H y p o th ese er­

k lä r t w erd en kön ne. D e r V e rf. s e tz t d a h er an die S telle der ein and er berü h ren d en M oleküle v o n der G e s ta lt der „ P r im itiv fo r m “ solche, deren jed es die M itte eines jen er P o ly e d e r e in n im m t und fü r die der E in fa c h h e it h a lb er die K u g e lg e s ta lt an g en om ­ m en w ird . D a alsd an n n u r eine ein zige S tellu n g s­

a rt der M olek üle, die parallelepipedische A n o rd ­ nun g, an g en om m en zu w erd en b ra u ch t, v e re in fa c h t sich die H a ü y s c h e T h eorie ga n z w esen tlich ; hier is t also o ffe n b ar die sog. „G itte r th e o r ie “ der K r y s ta lle vo llk o m m en k la r ausgesprochen!

E s sch ein t, d a ß diese w ich tig e A b h a n d lu n g

s p äter n irgen ds e rw äh n t w orden ist, au ß er in der

m e iste rh a ften S k izze, w elch e

1879 als

h istorisch e E in le itu n g in seiner „ E n tw ic k lu n g einer

T h eorie der K r y s ta lls tr u k tu r “ gegeben h a t und in

der er besonders drei E in w ä n d e gegen die H a ü y s c h e

T h eorie erh eb t. E rsten s sei sie n ich t a n w en d b ar

a u f K r y s ta lle m it anderer als p arallelep iped isch er

S p a ltb a rk e it und eben sow en ig au f solche ohne

d eu tlich e T e ilb a rk e it, bei denen die F e stse tz u n g

Fig. 5 a. Prism atische Kalkspatkom bination.

Gr o t h:

Zur Geschichte der K rystallkunde. 65

einer b estim m ten G e s ta lt der M olekü le eine gan z w illk ü rlich e sei. Z w eiten s h ab e d as sog. su b tra k - t iv e (d. i. p arallelep iped isch e) M o lek ü l zw a r eine geom etrisch e, a b er keine p h y sisc h e B e d e u tu n g ;

„ b a ld is t sie die w irk lich e p h ysisch e, b a ld eine n u r zu K o n stru k tio n e n b equ em e geo m etrisch e E in ­ h e it.” D er d ritte E in w a n d b e zie h t sich a u f die oben erw äh n te A n n ah m e regelm äß ig er H o h lräu m e in den n ach m ehr als 3 E b en en sp a ltb a ren K r y - stallen , in denen keine sonstige E ig e n s c h a ft diese an u n d für sich h ö ch st u n w ah rsch ein lich e A b so n d e r­

lic h k e it ihres B a u es erraten lasse.

So h n c k e

w eist a. a. O. a u ch d a ra u f hin , d aß 1813 b ereits

der die w e it älteren A n ­ sich ten über die k u g elfö rm ig e G e s ta lt der E lem en ­ ta r p a r tik e l (aber m it gegen seitig er B e rü h ru n g der K u geln ) w ied er a u fgen o m m en h a tte , b e m e rk t h a b e :

„ m a n könne s t a t t der K u g e ln au ch m a th em a tisch e P u n k te anneh m en, b e g a b t m it rin gsh eru m g leich ­ w irkend en , anzieh en d en und ab sto ß en d en K rä fte n , so d a ß ihre A u sd eh n u n g n u r v ir tu e ll k u g e lfö rm ig s e i" . W en d e m an dies a u f den vo n

b eh an d elten F a ll d ich te ste r K u g e lp a c k u n g an, so er­

h a lte m an in der T a t d as o kta ed risch e R a u m g itte r.

A u f G ru n d seiner T h eorie w ird

bisher allg em ein als E n td e c k e r des sog. G ru n d g esetzes der geom etrisch en K ry s ta llo g ra p h ie , desjenig en der R a tio n a litä t der Indices, und d a m it als der e ig en t­

lich e B eg rü n d er der w issen sch aftlich en K r y s ta llo ­ grap h ie angeseh en. D ieses G esetz s a g t a u s: „ W e r ­ den die R ic h tu n g e n d reier n ich t in einer E b en e liegen d er K a n te n eines K r y s ta lls als A chsen b e ­ tra c h te t, und sch n eid et eine b elieb ige kein er A ch se p arallele F lä ch e des K r y s ta lls a u f den A ch sen 3 L än g en ab, w elch e in den V erh ä ltn issen a . b : c stehen, so b e sitzen diese sog. P a r a m e te rv e r h ä lt­

nisse fü r jed e andere F lä c h e derselben K r y s t a lla r t den A u sd ru ck : -r- : — , w o h, k u n d l p aarw eise

h k l

sich ve rh a lte n w ie zw ei m eist sehr ein fach e r a tio ­ n ale Z a h le n ", d. h. letztere W erte, die „ In d ic e s " , kön nen m eist a u f die W e rte 0 (F a ll des P a ra lle lis ­ m us der F lä ch e m it einer A ch se), 1 oder 2 ge­

b ra c h t w erden . D ieses G ese tz lä ß t sich a u ch so au sd rü ck en : „ E in K r y s t a ll k a n n a u f g e b a u t ge­

d a c h t w erd en aus lü ck en lo s p a ra lle l an ein an d er g elag erten R a u m e in h eiten v o n der G e s ta lt des sog. E lem en ta rp a ra llelep ip ed s, d. h. desjenigen, d essen K a n te n den 3 A ch sen p aralle l sind und L än g e n b esitzen , deren V erh ä ltn isse m it a : b : c ü b erein stim m en ; fin d e t der A u fb a u des K r y s ta lls aus diesen u n en d lich k lein zu d enken d en P a rallel- epip ed en so s ta tt, d a ß die au fein an d erfo lgen d en eben en S ch ich ten derselben jed e sm a l u m eine ra tio n a le A n z a h l vo n P a rallelep ip ed reih en z u rü c k ­ tre te n oder vo rra g en , so en tsteh en als B e g re n zu n g s­

fläch en des K r y s ta lls E b en en , deren S tellu n g vo n den W e rte n der In d ices, d. i. jen er A n z a h l vo n P arallelep ip ed reih en , a b h ä n g t.“ H ierb ei ist aber zu b em erken , d a ß die W in k e l u n d die V erh ä ltn isse d er K a n te n lä n g en des E lem en ta rp a ra llele p ip ed s im allgem ein en m it der T em p e ra tu r s te tig (wenn

H e ft 4. I 23. I . 1925 J

au ch u m klein e B e träg e) verän d erlich e G röß en sind, d a ß also die W in k e l der K r y s ta lle im allgem ein en n ich t k o n sta n t sind. D ie Ä h n lic h k e it der

sch en T h eorie m it dieser zw eiten A rt, d as G ru n d ­ gesetz der K r y s ta llo g ra p h ie auszu sprechen , h a t nun v e ra n la ß t, ih m dessen E rk en n tn is zuzu sprech en , ob gleich kein e S telle seiner zah lreich en u n d u m ­ fan greich en W e rk e hierzu b e rec h tig t. D a s v o ll­

stän d ig e S tu d iu m dieser W e rk e is t allerd in gs d a ­ d u rch ersch w ert, d a ß in seiner ä u ß e rst g esch ick ten D a rste llu n g v ie lfa c h unerw iesene A n n ah m en und B e h a u p tu n g en w ie stren g bew iesen e T a tsa c h e n b e ­ h a n d elt und in versch ied en en A b h a n d lu n g en n ic h t w en iger als 5- oder 6 m al, m eist m it anderen W o rten , anderer B e g rü n d u n g und in anderer R eih en fo lge w ied erh o lt w erden . A u s der in fo lg e ­ dessen sehr m üh sam en vo llstä n d ig e n A n a ly se seines g esam ten W erk es g eh t nun h ervo r, d a ß n ach seiner T h eorie die säm tlich en den B a u eines K r y s ta lls b estim m en d en G rößen — n äm lich die L än g e n und die W in k e l der K a n te n des E le m e n ta rp a ra lle l­

epipeds ebenso w ie die A n z a h l der R e ih e n vo n solch en P a rallelep ip ed en , u m w elch e die den K r y s t a ll a u fb au en d en S ch ich ten derselben gegen ­ ein and er zu rü ck - oder v o rtre te n — konstante W erte b esitzen .

ric h tige E rk e n n tn is des g eo m etri­

schen G ru n d gesetzes s e tz te zu n ä ch st die E in ­ fü h ru n g der „ A c h s e n " als au sgezeich n ete R ic h ­ tu n g e n im K r y s t a ll vo rau s, u n d diese erfo lgte d u rch

S.

w elch er seine T ä tig k e it

m it der Ü b e rse tzu n g v o n

u m fan g reich em W e rk e „ T r a it e de m in eralo g ie" b egan n , aber schon w äh ren d dieser A rb e it ein sch arfer K r itik e r der

A n sich te n w u rd e. D u rc h E in sic h t des in der B erlin er S ta a ts b ib lio th e k b efin d lich en N a c h ­ lasses vo n

und d u rch das S tu d iu m seiner A b h a n d lu n g en k o n n te der V erf. v o llstä n d ig e r als es bish er geschehen w ar, den b ed eu ten d en A n te il schildern , den dieser F o rsch er an dem A u fb a u der K ry s ta llo g ra p h ie gen om m en h a t. E s w a r aber einem S ch ü ler v o n ihm , dem sp äteren großen K ö n igsb erg er P h y sik e r

V orbe­

h a lten , zu erst einen k o rre k ten A u sd ru c k jen es G ru n d gesetzes gegeben zu h ab en d u rch den 1823 g efü h rten N ach w eis, d a ß die A ch sen lä n g en a, b, c im allgem ein en als irratio n ale G rößen zu b e trach ten seien; dies fan d eine glän zen d e B e stä tig u n g d u rch die b ereits 1824 erfo lgte E n td e c k u n g

n ach w elch er jen e L än g en eine stetig e im allgem ein en un gleich e Ä n d e ru n g m it der T e m ­ p eratu r erfah ren.

D ie w eitere E rfo rsch u n g der p h y sik a lisch en E ig e n sch aften der K r y s ta lle fü h rte dann im L au fe des 19. Jah rh u n d erts zu r F e stste llu n g der g e setz­

m äß igen B ezieh u n g en zw isch en diesen und den geo m etrisch en V erh ältn issen , n am en tlich denen der S y m m e trie. D ie G esetze der S y m m e trie der K r y s ta lle sind zu erst im Jah re

d u rch

(in M arburg) v o lls tä n d ig festg e ste llt w orden, ein

F o rts c h ritt, der jed o ch erst v ie l sp äter allg em ein

e rk a n n t und a n e rk an n t w urde, n am en tlich d u rch

die in der zw eiten H ä lfte des Jah rh u n d erts a u f­

66

Zur Photochem ie des Sehens.

gestellten T h eorien der K r y s ta ll

vo n

u n d

W ä h ren d die „p h y s ik a lis c h e K ry s ta llo g ra p h ie “ d u rch alle diese F o rsch u n gen b is zu r J a h rh u n d e rt­

w en d e zu einem w en n au ch n u r vo rläu fig en (denn es fe h lt n och die d y n am isch e E rk lä ru n g der er­

k a n n ten G esetzm ä ß igk eiten ) A b sc h lu ß g e la n g t ist, lie g t die S ach e gan z anders b ei der „ch em isch en K ry s ta llo g ra p h ie “ , der E rk en n tn is der A b h ä n g ig ­ k e it d er k ry sta llo g ra p h isch e n V erh ä ltn isse der K ö rp e r v o n ih rer chem ischen N a tu r. D ie E n t ­ w ic k e lu n g dieses Z w eiges der W issen sch a ft b egan n z w a r schon 18 19 m it der E n td e c k u n g der Iso ­ m orphie d u rch

ab er tro tz der u n ­

geheuren Z a h l vo n seitd em a n g estellten U n te r ­ su ch u n gen is t au f d iesem G eb iete n och kein e a ll­

gem ein e G ese tz m ä ß ig k e it erk a n n t, n och irg e n d ­ eine E rk lä ru n g fü r die so v ie len S to ffe n zu k o m ­ m ende E ig e n sch a ft, in m ehreren p h y s ik a lis c h v e r­

sch ied en en Z u stän d en zu k ry sta llisie re n (P o ly ­ m orphie), gefu n d en w ord en. D a s h ier zu gru n d e liegen d e G esetz, dessen E rk en n tn is w esen tlich v o r ­ b e re ite t is t d u rch die E n td e c k u n g des neuen H ilfs ­ m ittels, w elch es die rö n tgen o m etrisch e B e o b a c h ­ tu n gsm eth o d e d a rb ie te t, ka n n erst fe stg e ste llt w e r­

den d u rch den w eiteren A u sb a u der in den le tzten J ah ren so a u ß ero rd en tlich ra sch sich en tw ickeln d en A to m th e o rie .

Zur Photochem ie des Sehens1).

V o n

B o sto n U .

A . I.

V o r einigen Jah ren k ü n d ig ten

u n d

ein P ro gram m fü r die o b je k tiv e U n tersu ch u n g der R e izu n g an. D ie A n g elegen h eit fü h rte zu n ich ts anderem als zu r B ild u n g einer N o m e n k la tu r, w elch e n ie zu r A n w en d u n g kam . A b e r die Id ee w a r vo n B e d eu tu n g . R eizu n g en sow o h l an niederen T ieren als au ch an M enschen so llten ebenso o b je k tiv b e h an d e lt w erd en w ie jed e r andere b iologisch e P ro zeß . Z u diesem Z w eck e m üssen die E rgeb n isse das V e rh ä ltn is zw isch en dem R e iz und der R e a k tio n des O rgan ism u s d arstellen . D a s E n d zie l einer solchen A rb e it b e ste h t darin , den R e izp ro z e ß in p h y sik a lisch en u n d ch em isch en E ig e n sc h a ften jen er S u b sta n zen a u szu d rü cken , w elch e d as gereizte O rg a n b ild en .

E in e A n z a h l v o n O rgan ism en b e sitz t c h a ra k ­ teristisch e R e a k tio n en , w elch e sie fü r eine d er­

a rtig e B e h a n d lu n g g eeig n et erscheinen lassen.

T y p is c h h ierfü r sind die Seescheide C iona intesti­

na lis u n d die M usch el M y a arenaria. D e m L ic h te a u sg esetzt, reagieren b eid e T iere d u rch k rä ftig e Z u sam m en zieh u n g der S iphonen. D a d u rc h is t es m ö g lich gew orden, q u a n tita tiv die E igen h eiten ih rer L ic h tse n sib ilitä t zu u n tersu ch en u n d eine H y p o th e se au szu arb eiten , w elch e die R e izb a rk e it a ls p h o toch em isch en M echanism us e rk lä rt.

W e itere U n tersu ch u n g en h a b en gezeigt, d a ß ein w esen tlich gleich artiges photoch em isch es S y ­ stem dem Sehen im m ensch lich en A u g e zu g ru n d e­

lie g t. D ie s h a t n u n d a zu gefü h rt, die V ersu ch e ü b e r die E ig e n sc h a ften der N e tz h a u t v o m p h o to ­ ch em isch en S ta n d p u n k te aus w ied er aufzu nehm en.

D ie R e s u lta te dieser neuen V ersu ch e h ab en unsere K e n n tn isse des Seh m ech anism u s der N e tz h a u t b ereich ert.

In den folgen d en A b sc h n itte n sind die V ersu ch e m it Ciona, M y a u n d dem m ensch lich en A u g e in K ü r z e b esch rieb en und illu strie rt. D ie V ersu ch s­

ergebnisse w ie a u ch v ie le V erw eisu n gen au f die

l ) Aus der Physikalisch-chemischen Abteilung des Physiologischen Instituts, H arvard Medical School.

Ü bersetzt von Frau He l e n e Be r g l u n d, Boston.

ein sch lägige L ite ra tu r sind in einer A n z a h l vo n A rb e ite n der le tz te n fü n f Jah rg ä n g e des „J o u r n a l o f G en eral P h y s io lo g y “ zu find en .

I I .

M an k a n n ohne w eiteres ann eh m en , d a ß das L ic h t im R e izs ta d iu m zu erst eine ein fach e p h o to ­ ch em isch e R e a k tio n a u slöst. D ies so llte u n ter ric h tig en V ersu ch sb ed in g u n gen erk e n n b a r sein, w eil ein fach e p h o toch em isch e R e a k tio n e n ge­

w isse b e k a n n te E ig e n sch a ften b esitzen . D ie A n ­ w en d b a rk e it des B u n sen -R o sco esch en G esetzes b ild e t eine dieser E ige n sch aften . In einem p h o to ­ chem ischen P ro zeß , der n ic h t d u rch seku n d äre R e a k tio n e n k o m p lizie rt w ird , s c h a fft eine k o n ­ s ta n te E n ergiem en ge einen gegeben en p h o to ­ chem ischen E ffe k t (E). In gew issen G renzen kan n ab er diese E n ergie v e rte ilt w erden, in d em m an die E x p o sitio n sz e it (t) u n d die In te n s itä t der B e ­ lic h tu n g ( 2 ) v a riie rt, so d a ß E = K • I • t .

D iese G leich u n g is t fü r C iona u n d fü r M y a ric h tig b efu nd en w orden. Im F a ll v o n Ciona w u rd e die In te n s itä t v a riie rt und die gen aue Z e it gem essen, in n erh alb w elch er eine R e a k tio n z u ­ stan d e k a m ; b ei M y a h in gegen w u rd e die Z eit v a r iie rt und die In te n s itä t gem essen. D a s P r o ­ d u k t (I t) is t in beid en F ä lle n k o n sta n t. Im F a lle v o n M y a I • t = 5,62 M eterk erzen -S eku n d en , bei C iona I • t — 4,75 x i o 3 M eterkerzen -S eku n d en .

E in e w eitere, zu m ersten m al vo n

v o r 20 Jah ren b esch rieben e E ig e n sc h a ft ein fach er p h o toch em isch er R e a k tio n e n b e ste h t darin, d aß d er T e m p e ra tu rk o e ffizien t fü r 1 0 0 n ah e 1 ist.

S e it

B e a rb e itu n g dieser F ra g e w u rd e diese E ig e n sc h a ft in b e zu g au f ph otoch em isch e R e a k tio n en fa s t allgem ein g ü ltig gefun den . D ie obigen V ersu ch e m it M y a w u rd en b ei versch ied enen T em p era tu ren zw isch en 1 3 0 und 3 2 0 w ied erh o lt, un d es zeigte sich, d a ß der T em p e ra tu rk o e ffizien t der fü r m in im ale R e izu n g n otw en d igen E n erg ie ­ m enge 1,06 fü r i o ° b e trä g t.

D iese V ersu ch e bew eisen daher, d a ß der A n ­

fan gsp ro zeß der L ic h tre izu n g in einer p h o to ­

chem ischen R e a k tio n b esteh t. Ü b erd ies liefern

diese E x p e rim e n te eine seh r w ic h tig e T a ts a c h e : U m n äm lich eine M inim alreizving zu sch affen , m uß d a s L ic h t eine b estim m te M enge lich te m p fin d ­ lich e S u b sta n z im Sin nesorgan des T ieres zersetzen.

I I I .

G leich dem m ensch lich en A u g e zeigen M y a u n d Ciona H ell- und D u n k ela d a p ta tio n en . W ird M y a k rä ftig e r B e lic h tu n g a u sg esetzt, so ve rrin g ert sich seine E m p fin d lic h k e it seh r rasch, so d a ß zu r H e rv o rru fu n g einer R e a k tio n eine v ie l längere E x p o sitio n sz e it als vo rh e r n o tw en d ig ist. W en n j e t z t d as T ier ins D u n k e l z u rü c k v e rs e tzt w ird, e rla n g t es die u rsp rü n glich e E m p fin d lic h k e it la n g ­ sam w ieder. E s w u rd en V ersu ch e au sg efü h rt, in w elch en die fü r die R e izu n g erfo rd erlich e E x ­ p o sitio n szeit n ach versch ied en en Z e itd au e rn der D u n k e la d a p ta tio n gem essen w u rd e. S o fo rt, n a c h ­ d e m das T ier in den D u n k elra u m g e b ra c h t w urde, is t eine ziem lich lange, fa s t 2 S eku n d en w äh ren d e E x p o sitio n sz e it erford erlich . A llm ä h lic h w ird die erford erlich e E x p o s itio n s z e it im m er k ü rzer, bis sie n ach 30 M in u ten e tw a 0,2 S eku n d en b e ­ trä g t, und die D u n k e la d a p ta tio n is t dann v o lle n d e t.

E s w urde oben g ezeigt, d a ß eine b estim m te M enge p h otoch em isch er S u b sta n z z e rse tzt w erd en m uß, w enn m an einen m in im alen R e iz h e rv o r­

brin gen w ill. N eh m en w ir an, d a ß dies au ch fü r D u n k e la d a p ta tio n g ilt. D a h e r b ed eu ten die D iffe ­ ren zen der fü r die R e izu n g n otw en d igen E x p o s i­

tio n szeiten D ifferen zen der zu r S c h a ffu n g dieser Z ersetzu n g n otw en d ig en Z eiten . D a der T o ta le ffe k t k o n sta n t ist, s te llt der R e zip ro k w e rt d er E x p o sitio n szeit die G esch w in d ig k e it der p h o to ­ chem ischen Z ersetzu n g d ar. D ie aus der L ic h t ­ exp o sitio n resu ltieren d e G esch w in d ig k e it der Z e r­

s e tzu n g n im m t also w äh ren d der D u n k e la d a p ta tio n a llm ä h lich zu.

D iese G esch w in d igk eitszu n a h m e m u ß irg en d ­ einer V erä n d eru n g in den S in neszellen entsprech en . E s m a g als v o rlä u fig e A n n ah m e gelten , d a ß die G esch w in d ig k e it in gerad em V erh ä ltn is zu der K o n ze n tra tio n einer im S in n essystem b efin d lich en lich tem p fin d lich en S u b sta n z (S ) steh t. D ie K o n ­ zen tra tio n vo n S w ird b ei b egin n en d er D u n k e l­

a d a p ta tio n eine geringe sein und w ird sich b e i fo rt­

sch reiten d er D u n k e la d a p ta tio n verg rö ß ern , so d a ß sie in jed em M om ent zu m R e zip ro k w e rt der im gegeben en M om ent zu r S c h a ffu n g einer R e a k tio n n otw en d igen E x p o sitio n sz e it in gerad em V e r h ä lt­

n is steh t.

E in e d era rtige A n a ly se der V ersu ch sergebn isse zeigt, d a ß sich der R e zip ro k w e rt der erforderlich en E x p o sitio n sz e it w äh ren d der D u n k e la d a p ta tio n ge­

m ä ß der K in e tik einer b im o lek u laren R e a k tio n ve rä n d ert. D ie lich tem p fin d lich e S u b sta n z S w ird also in dem S in nesorgan gem äß einer b im o lek u ­ laren R e a k tio n geb ild et. N enn en w ir P und A die A u sg a n g ssto ffe v o n S , so kön nen w ir P + A -> S als F o rm el fü r die der D u n k e la d a p ta tio n u n ter­

liegen d e R e a k tio n anneh m en.

D a H ell- und D u n k e la d a p ta tio n u n b esch rä n k t

H e ft 4. 1 2 3- 1 - 19 2 5

J

u m k eh rb a r zu sein scheinen, kön nen w ir anneh m en, d a ß P und A sow o h l die Z e rse tzu n g sp ro d u k te als au ch die A u sg a n g ssto ffe vo n S sind, u n d die v o ll­

stän d ige R e a k tio n is t

hell

S ^ = ± P + A .

dunkel

D iese G leich u n g h a t sich fü r die B e re ch n u n g d er L ic h te m p fin d lic h k e it dieser T iere e rfo lgreich b e ­ w iesen.

D u n k e la d a p ta tio n b e d eu te t die B ild u n g einer lich te m p fin d lich e n S u b sta n z in den Sin neszellen . W ir nehm en an, d a ß dieser P ro ze ß P + A -> S eine gew öh nlich e ch em ische R e a k tio n is t u n d als solche w ie gew öh n lich v o n d er T em p e ra tu r b eein ­ flu ß t w erd en m ü ß te. D e r T e m p e ra tu rk o e ffizien t so llte n ach d er v a n t H o ffsch en R e g e l fü r 1 0 0 in der N ä h e vo n 3 liegen. U m d as zu p rü fen, w u rd en V ersu ch e a u sgefü h rt, w elch e d arin b e ­ stan d en , d a ß m an bei drei versch ied enen T em p e ra ­ tu ren , 1 1 ,5 ° , 16 ,2 0 u n d 2 i,9 ° , M essungen der D u n k e la d a p ta tio n vo n M y a vo rn ah m . A u s den V ersu ch sergeb n issen w u rd e der W e rt der G e ­ sch w in d ig k e itsk o n stan te

7 . - 1 . ” a t a — x

in der G leich u n g P + A -> S b erech n et. D ie re sp e k tiv en Z ah len fü r die drei T em p e ra tu re n sind 0,0687, 0 ,13 1 und 0 ,217. ^ er T em p e ra tu rk o e ffizien t vo n k is t d ah er 3,85 und s te llt einen der E rw a rtu n g entsprech en d en W e rt d a r1). (H ier b e d e u t e t : a A n ­ fan g sk o n zen tra tio n , a — x die zu r Z e it t n och v o r ­ han d en e K o n ze n tra tio n der S to ffe A b zw . P .)

IV .

D ie m eisten lich te m p fin d lich e n T iere gelan gen b ei a n d au ern d er E x p o sitio n m it k o n sta n te r L ic h t ­ in te n s itä t in ein E m p fin d lich k eitsg le ich g ew ich t. D a s m ensch lich e A u g e a d a p tie rt sich fa s t jed e r B e ­ lich tu n g . D esgleich en ad ap tieren sich M y a und C ion a sch n ell bei and au ern d er B e lic h tu n g , n a ch ­ dem sie zu erst au f eine gegeben e In te n s itä t reagieren . In der F o rm el der u m k eh rb a ren R e a k tio n S ^ P + A au sg ed rü ck t, s te llt diese S in nes­

a d a p ta tio n a u gen sch ein lich die B ild u n g eines s ta ­ tio n ären Z u stan d es dar, in w elch em die K o n ze n ­ tra tio n vo n S , F und A d u rch d as L ic h t k o n sta n t e rh a lten w ird .

E s is t gelungen, diese S a ch la g e b e i M y a m it A d a p ta tio n e n vo n versch ied en ster In te n s itä t zu p rü fen. Ic h ließ die T iere bei einer gegebenen B e lic h tu n g G leich g ew ich t erlan gen . D a n n erh öh te ich die In te n s itä t und m aß die zur S ch a ffu n g einer R e a k tio n n otw en d ige E x p o sitio n szeit. D ie aus

*) In den ersten die Dunkeladaptation (für das Auge sowohl als für

betreffenden Arbeiten wurde die H erkunft der Gleichung S ^ P + A auf eine etwas verschiedene A rt behandelt. Eine vor kurzem, nur zu diesem Zweck vorgenommene Arbeit hat endgültig gezeigt, daß die hier gegebene Erklärung die richtige ist.

Die mathematischen Betrachtungen in den beiden Behandlungsmethoden sind fast dieselben.

67

H e c h t :

Zur Photochem ie des Sehens.

68

Zur Photochem ie des Sehens.

dem V ersu ch e resu ltieren d en E rg eb n isse w u rd en q u a n tita tiv a u f G ru n d der b eid en oben a n g e­

fü h rten A n n ah m en b erech n et, n äm lich erstens, d a ß die u m k eh rb are p h o toch em isch e R e a k tio n S ^ A + P die E m p fin d lic h k e it des T ieres b e ­ stim m t, u n d zw eiten s, d a ß eine b estim m te M enge e m p fin d lich er S u b sta n z S d u rch L ic h t zerse tzt w erd en m uß, u m eine R e a k tio n h erv o rzu b rin gen .

B e i B e lic h tu n g des S y stem s S ^ P + A w ird die R e a k tio n S —*• P + A so v o r sich gehen, d a ß

d x

d t = kx I (a — x)

ist, w o b ei a d ie u rsp rü n glich e K o n ze n tra tio n v o n S , x die K o n ze n tra tio n v o n P u n d A , I die L ic h tin te n s itä t und k x die G esch w in d ig k e its­

k o n sta n te b e d e u te t. Sogleich , n ach d em sich etw as P und A g eb ild et h aben , verein ig en sie sich w ied er zu r N e u sch a ffu n g v o n S , w o b e i d ie G leich u n g

d x

d t k 9 x 2

d ie G esch w in d ig k e it dieses Prozesses d a rstellt. D a b eid e R e a k tio n e n zu r selben Z e it sta ttfin d e n , b e ­ tr ä g t die T o ta lg e sc h w in d ig k e it

d x . s

~ = Jc1 I { a - x) - k z x 2 .

D ies w ird bis zu r A u sg le ich u n g der b eid en R e a k ­ tio n en andauern und so lange, bis

- d x dt 7 — = °

ist. F ü r diesen sta tio n ä re n Z u sta n d is t d ah er die K o n ze n tra tio n v o n S , P und A d u rch die G leich u n g

gegeben , w o

K I =

K = h ko

G esich tsp u n k te aus b e tra c h te t. W a s d as A u g e b e tr ifft, w u rd e d as V erh ä ltn is zw isch en der A d a p ta tio n sin te n s itä t (I ) u n d der fü r eine U n te r­

sch ied sreizu n g n otw en d ig en In te n s itä t [ A l ) d u rch d as W eb er-F ech n ersch e G esetz b e stim m t. D ie e x a k te n E x p e rim e n te vo n

und

zeigten ab er schon v o r m ehreren Jah ren, d a ß d as W e b er-F ech n ersch e G esetz n u r au f w en ige G rad e vo n In ten sitä ten A n w en d u n g find en kann, u n d d a ß sich d as V e rh ä ltn is sow ° h l fü r hohe als au ch fü r nied ere In te n s itä t erh öh t.

D asselb e g ilt au ch fü r M y a . D a s V erh ä ltn is A I is t sehr hoch bei niederen In ten sitäten , ziem lich k o n sta n t ü b er eine k lein e R e ih e vo n m ittleren In te n sitä te n und w ied er g e steig e rt b ei hohen In ­ ten sitä ten .

D iese E x p e rim e n te find en ihre g rü n d lich e E r ­ k lä ru n g aus denselben A n n ah m en , w elch e w ir im vo ran geh en d en K a p ite l an gew en d et h ab en . D e r statio n ä re Z u sta n d der R e a k tio n S ^ P + A is t fü r die an fän g lich e In te n s itä t I

✓v»2

K I =

a — x x

F ü r die E n d in te n s itä t I + A I sind die K o n ­ zen tra tio n en v o n S, P u n d A d u rch

x%

U m eine R e izu n g zu erzeu g en , m u ß eine neue M enge v o n S z e rse tzt w erd en . D a s e rfo rd e rt einen Z u sa tz v o n L ic h t zu m S y stem . D ie R e s u lta te des E x p e rim e n te s zeigen die n eugew onn ene In te n s itä t und die fü r eine R e izu n g erford erlich e Z e it. A u s ­ gehend v o n d er b ereits d u rch d as a d ap tieren d e L ic h t zersetzten M enge vo n 8 k a n n m an aus d em In te g ra l d er obigen fü r die T o ta lg e s c h w in ­ d ig k e it gü ltig en G leich u n g die M enge vo n frisch z erse tzte m S berechn en . D ie B erech n u n g en lassen k ein en Z w eife l darü b er, d a ß eine R e iz u n g die Z e rse tzu n g einer b e stim m te n M enge vo n S b ed in g t, w as im m er au ch die u rsprü n glich e A d a p ta tio n s ­ in te n s itä t gew esen sein m a g 1).

V .

E r s t k ü rz lic h w u rd e dieses P ro b lem des E m p fin d ­ lic h k e its g le ic h g e w ic h ts vo n einem e tw as anderen x) L

(Ionentheorie der Reizung, S. 18) hat vor kurzem der Meinung Ausdruck gegeben, daß mono-, bi- und trim olekulare K urven innerhalb der in den Messungen der Sinnesempfindungen bedingten Fehler-

K ( I + A I ) = IA/ -- «*/2 gegeben .

E s is t offen b ar, d a ß x 2 — x x die d u rch H in zu ­ fü g u n g vo n A I zerse tzte M enge v o n S d a rstellt.

B e re ch n et m an die V ersu ch serg eb n isse m ittels d er ob igen G leich u ngen , so sieh t m an, d a ß der W e rt v o n x 2 — x y fü r die gan ze R eih e vo n V e rh ä lt- grenzen dieselben Resultate geben und daß man daher nicht berechtigt sei zu schließen, daß die Dunkeladap­

tation bim okular sei. Um zu zeigen wie unberechtigt eine solche Einwendung ist, habe ich in Fig. i die

7 , n - 1000 UM

Ze/t m Dunkel- Sekunden.

Fig. i. Die Dunkeladaptation der menschlichen Fovea.

K urven für foveale Dunkeladaptation durch eine mono­

molekulare und durch eine bimolekulare Reaktion ge­

zeichnet. Es wird ohne weiteres klar, daß nur eine

bi molekure K urve für den Verlauf der Adaptation in

Betracht kommen kann.

H e c h t :

Zur Photochemie des Sehens* 69

nissen k o n sta n t ist, u n ab h än g ig v o n der G röß e des V erh ältn isses - j - . M it anderen W o rten , u m eine R e izu n g zu erzeugen, m uß, u n g e a c h tet der A d a p ta tio n sin te n sitä t, eine k o n sta n te M enge p h o to ­ ch em isch er Z e rse tzu n g sta ttfin d e n . L etzte re s ist d ah er vo llk o m m en ve re in b a r m it dem p h o to ­ chem ischen S y stem , w elch es zu r E rk lä r u n g der L ic h tre izu n g vo n M y a und Ciona angenom m en w urde. D ie A n w en d u n g dieser T h eorie au f das A u g e w ird im fo lgen d en e rläu tert.

V I .

D ie die K o n ze n tra tio n im statio n ä re n Z u ­ sta n d d arstellen d e G leich u n g h a t ric h tig e K o n se ­ quenzen . D e r P ro ze ß der L ic h ta d a p ta tio n h a t zw ei C h a ra k te ristik a , erstens, d a ß das T ie r m ittels ein er L ic h tin te n s itä t in s S in n esgleic h gew ich t kom m t, zw eiten s, d a ß m it dieser A d a p ta tio n ein entsprech en d er W ech sel in der E m p fin d lic h k e it des T ieres e in tritt.

D iese b eid en E ig e n sc h a ften sind aus dem schon e rläu terten V e rh ä ltn is des statio n ä re n Z u stan d es

H e ft 4. l 23- I. 1925J

ersich tlich . D ieses V e rh ä ltn is h a t n u r zw ei V a r ia ­ blen, die In te n s itä t I und die K o n ze n tra tio n x.

Is t irgen dein W e rt fü r 1 gegeben, so lä ß t sich der entsprech en d e W e rt vo n x ohne w eiteres b erech ­ nen. E s b este h t d ah er fü r jed e In te n s itä t ein statio n ä re r Z u sta n d der u m k eh rb aren R e a k tio n S ^ P - f A , fo lg lich au ch eine L ic h ta d a p ta tio n im Sinnesorgan.

E s ist schon g e ze ig t w orden, d a ß die E m p fin d ­ lic h k e it in gerad em V e rh ä ltn is zu r K o n ze n tra tio n der em pfin d lich en S u b sta n z S s teh t. D a h e r is t die E m p fin d lic h k e it a u to m a tisc h b estim m b a r, sobald ein m al die In te n s itä t I gegeben ist. L ich t­

adaptation und ihre verwandten Eigenschaften sin d also Erscheinungen, welche nicht von dem em pfind­

lichen Organ, sondern von dem von außen wirkenden L ich t abhängig sind. B ish e r h a t m an im m er gesagt, d a ß das T ie r sich dem L ic h te a d a p tiert, w ogegen es heißen sollte, d a ß b ei gegeb en em Sin nesorgan d as T ier d u rch das L ic h t a d a p tie rt w ird .

V I I .

L ic h t au s versch ied en en T eile n des S p ek tru m s erfo rd ert versch ied en e M engen vo n E n ergie, um eine R e a k tio n b e i M y a h erv o rzu b rin g en . V o m S ta n d p u n k te gew isser sp ektrop h o to ch em isch er Ideen aus b e tr a c h te t ka n n diese E rsch ein u n g m it dem A b so rp tio n ssp e k tru m der em p fin d lich en S u b ­ stan z S in Z u sam m en h an g g e b ra ch t w erden.

E s is t uns b ereits b e k an n t, d a ß zu r E rze u g u n g ein er R e a k tio n eine gegebene p h otoch em isch e Z ersetzu n g erfo rd erlich ist. N a ch den vo n

m it F a rb sto ffen vorgenom m en en M essungen e rzeu g t eine gegebene M enge vo n ab so rb ierter E n ergie im m er den gleichen E ffe k t, u n ab h än g ig vo n ihrer F req u en z. D a h er m u ß der U n tersch ied

in der W irk s a m k e it v o n L ic h t versch ied en er F r e ­ q u enz vo n dem U n tersch ied in der A b so rp tio n der em pfin d lich en S u b sta n z S a b h än g ig sein.

E s is t le ic h t zu bew eisen, d a ß die M enge vo n ein fallen d er E n ergie je g lich er F req u en z, w elch e zu r A b so rp tio n einer b estim m ten M enge vo n E n ergie n o tw en d ig ist, dem in P ro zen ten der A b ­ so rp tion d a rg estellten A b so rp tio n sk o effizie n te n u m ­ g ek eh rt p ro p o rtio n ie rt ist. D a h e r ka n n m an fü r jed e F re q u e n z den re la tiv en W e rt dieses A b ­ so rp tion sko effizien ten aus den d u rch E x p e rim e n te gem essenen, zu r S c h a ffu n g einer R e a k tio n n o t­

w en d igen In ten sitä ten berechnen. So berech n et, n im m t das A b so rp tio n ssp e k tru m der S u b sta n z S eine dem w o h lb ek an n ten A b so rp tio n ssp ek tru m äh n lich e F o rm an. D ieses w eist ein B a n d m it zw ei M a xim is auf, die b e i 500 pp u n d b ei 570 pp liegen, und vo n denen d as erste fa s t zw eim al so v ie l L ic h t ab so rb iert w ie das zw eite.

V I I I .

B e i der Lichtaufnahm e durch M y a und C ion a handelt es sich um zwei verwandte Prozesse. D e r erste is t der vo n uns im V orh ergeh en d en b eh an d elte p h o toch em isch e P ro zeß , w elch er w äh ren d der zu r B e lic h tu n g erford erlich en Z e it s ta ttfin d e t.

D e r O rgan ism u s re a g iert ab er n ich t so fo rt n ach A b la u f der n otw en d igen E x p o sitio n szeit, sondern erst n ach einer län g eren L a te n z ze it. D u rch p räzise U n tersu ch u n g en is t es uns gelun gen zu bew eisen, d a ß fa s t die gan ze L a te n z z e it d u rch einen sich eb en falls in den Sinneszellen ab sp ielen ­ den sek u n d ären P ro ze ß a u sg e fü llt ist, und d a ß n u r ein gan z k lein er T e il dieser Z e it d azu d ient, den R e iz in d as Z e n tra ln erve n sy stem und zu rü ck zu den R e tra k tio n sm u sk eln zu leiten.

D ie E x iste n z dieser L a te n z z e it g ib t uns ein M ittel fü r die w eitere A n a ly se der photoch em isch en R e a k tio n in die H an d , d a die beid en P rozesse in engem Z u sam m en h an g m itein an d er stehen. V e r­

lä n g ert m an z. B . die E x p o sitio n szeit einer ge­

gebenen In te n sitä t, so v e rrin g ert sich die L a te n z ­ zeit, so d a ß der R e zip ro k w e rt der L a te n z ze it in geradem V erh ä ltn is zu r E x p o sitio n sz e it steh t.

S te llt die L a te n z z e it die zu r V o llen d u n g eines ge­

w issen P rozesses erford erlich e Z e it dar, so ste h t die G esch w in d ig k e it dieses Prozesses in geradem V e rh ä ltn is zu dem R e zip ro k w e rt der L a te n z ze it;

u n d d a der p h otoch em isch e E ffe k t des L ic h te s fü r eine kleine R eih e vo n E x p o sitio n szeiten eine lin eare F u n k tio n der Z e it ist, finden w ir, d a ß die G esch w in d ig k e it des sich in der L a te n z ze it a b ­ spielenden P rozesses in geradem V erh ä ltn is zu d er d u rch d as L ic h t aus S geb ild eten M enge vo n P + A steh t.

D ies kan n zw eierlei B ed eu tu n g en haben . E s ist m öglich , d aß die P ro d u k te der chem ischen Z ersetzu n g, P u n d ^ 4 , in einem T eil des Sin nesorgan s entsteh en, ab er in einem anderen T eile reagieren ; d ah er s te llt die L a te n z z e it die fü r einen D iffu sio n s­

p rozeß n otw en d ige Z e it dar. D ies e n tsp rich t den T atsa ch e n , d a die D iffu sio n sg esch w in d ig k eit eine

Nw. 1925.

IO