Die Naturwissenschaften. Wochenschrift..., 11. Jg. 1923, 2. November, Heft 44.

DIE NATURWISSENSCHAFTEN

E lfter Jahrgang. 2. Novem ber 1923. H eft 44.

Die Grenzen der mikrochemischen Methodik in der Biologie.

V on H e rm a n n B runsw ik, B e rlin -D a h le m .

I .

W esen und W e rt der m ikrochem ischen M eth o­

dik sowie ihre vo rte ilh a fte A n w en du n g in dein verschiedensten naturw issenschaftlichen D is z i­

plinen ist schon v ie lfa c h hervorgehoben worden und heute bereits allgem ein bekannt. D asjenige Gebiet, fü r das die M ikroch em ie unersetzlich er­

scheint, ist d ie Analyse der lebenden Z e lle , der Versuch, die Lebensprozesse au f chem isch-physi- Icalische V orgän ge zurückzuführen. Jede M ethode, und sei sie d ie beste, b esitzt jedoch gewisse Grenzen und G ren zm öglich k eiten . D ie Grenzen der biologischen M ik ro ch e m ie („Z e llm ik ro c h e m ie “ ) sollen im folgen den rein rechnerisch in ihrer Größenordnung a u fgezeigt und m it der w ich tiger Z e lls to ff Wechselvorgänge verglich en werden. Man w ird hierbei zu einem E rgebn is gelangen, da?

manchen B iologen rein gefühlsm äßig, durch ihre E rfah ru n g und ihren Takt, v ie lle ic h t schon lange bekannt ist und ihnen daher selbstverständlich erscheint, das aber die der Chem ie Fernstehenden vor nutzlosen Versuchen oder trügerischen H o f f ­ nungen bewahren mag, dem Chem iker und P h y ­ siker aber w iederum vor A u g en fü h rt, um wie vieles diese an und fü r sich w underbar fein e uind exakte M ethode von den subtilen V o rgä n gen des Zellgeschehens noch absteht.

I I .

D ie notw endigen V oraussetzungen fü r einen zellm ikrochem ischen N achw eis s in d :

1. seine E in d e u tig k e it. D iese kann durch eine einzige Reaktiom oder durch K om b in ation einer R eih e von E inzelreaktion en e rreich t werden.

2. die E m p fin d lic h k e it [E rfassu n gsgren ze]. Sie w ird am besten erreich t durch das Behrenssche P r in z ip der K r is ta llfä llu n g ; es w erden solche V erbindungen ausgewählt, d ie ein gutes K r is ta l­

lisationsverm ögen und ein m öglichst großes M ole­

kularvolum en besitzen. D ie E m p fin d lic h k e it w ird angegeben in Y ( = Viooo m g) als die kleinste Sub­

stanzmenge, m it der die R eak tion noch eben sicher gelingt. — M an unterscheidet eine theoretische und eine praktische E m p fin d lic h k e it1). D iese beiden B e g r iffe seien an einem B eisp iel erläutert.

1) I n le tzter Z e it schlug F . F e ig l (M ik ro c h em ie I (1923), S. 4— 20) v or, g le ic h w ie in der M akro- chem ie unter „E m p fin d lic h k e it“ e in V e rd ü n n u n g s v e r­

h ä ltn is zu verstehen und d ie k le in s te a bsolu te M en ge S ubstanz, die durch ein e R ea k tion noch nachw eisb ar iist, als „Erfassungsjgirenze“ zu bezeichnen. D a dieser sehr erw ü nschte B e g r if f aber noch n ich t a llg e m e in e in g e ­ b ü rg e rt ist, v erw en d e ich im folg en d en : m ik ro ch e m is ch e E m p fin d lic h k e it = E rfassu n gsgren ze.

D er mikrochem ische N achw eis von CI- und A g -Io n e n m ittels SiTbersalzen bzw. durch C hloride zählt in fo lg e der sehr g erin gen L ö slich k eit des Reaktionsproduktes A g C l zu den em pfin dlich en Proben. In einem T röp fch en von 1 mm

(übliche P rü fu n g s e in h e it) lassen sich nach B ehrens h ie r­

bei 0,05 y CI bzw.

y A g nachweisen. D iese Zahlen stellen die praktische E m p fin d lic h k e it dar.

Es ist klar, daß man bei d e r K r is ta llfä llu n g stets eine größere Zahl von In d iv id u e n (A g C l- K r i- stalle) erzielt, von denein eigen tlich ein einziges ausreichen würde, um einen p ositiven R eaktion s­

ausfall zu entscheiden. D ie theoretische E m p fin d ­ lich k eit berechnet sich daher m it 1,5 . 10~° y CI bzw. 4 ,5 . 10

y A g (G e w ic h t eines einzigen charakteristischen K ris ta llw ü rfe ls von

^ S eiten ­ länge [ = 5,56 .

—G y] + d er nach der T h eo rie in L ösu ng verbleibenden A g C l-M e n g e [0,38 . l.Q—

y] !) W ie man sieht, liegen theoretische und prak­

tische E m p fin d lich k eit hier um 4 Z ehner­

potenzen auseinander (5 .

~

y C I gegen 1,5 .

y C I). D er G ehalt eines durch Silberionen oligodynam isch w irkenden Wassers an A g * lieg t, auch wenn man L ite r davon a u f ein kleines V o ­ lumen eindam pft, u n te r dieser praktischen (th eo­

retischen) E m p fin dlich keitsgren ze, das A g ist analytisch-chemisch n ic h t nachweisbar — tro tz­

dem aber physiologisch in so a u gen fä lliger W eise wirksam. D ie Diskrepanz zwischen dem analytisch E rreichbaren und dem biologisch zu Fordernden t r it t schon h ier klar zutage.

I n einem F a lle g e lin g t es, die E m p fin d lich k eit [Erfassungsgrenze] bedeutend zu steigern — wenn es sich nämlich um den N ach w eis an ein er u n ge­

lösten, festen Substanz handelt. D ies benützte E m ic h bei seiner Lakm usseide (E m p fin d lic h k e it 5 .

y H C l, 3 . 10

y N a O H ) und dem 'Su lfid- faden, auf zeZ/Jmikrochemischem G ebiete zählen hierzu die ältesten — und u n ü b ertrefflich sten M i- kroreaktionen: der N achw eis der Stärke, von G ly ­ kogen, von Holzsubstanz (P h lo r g lu c in -H C l), von F e tt (Sudan Ill-O s m iu m s ä u re ) und Suberin, von Zellulose, C h itin , Keratiim usw., deren E r- fassungisgrenze bei allen bis in die Größenord­

nung 10

y reicht. B ei genauer A n a lyse dieser F ä lle zeigt sich, daß es sich h ierbei nicht um rein chemische Um setzungen handelt, sondern daß physikalische Faktoren m itspielen (E in geh en des Jod in eine ,,feste Lösu n g“ , Adsorption, F a rb s to ff spelcherung usw.). H ierau s erk lä rt sich d ie durchschnittlich um 4 Z ehner­

potenzen größere praktische E m p fin d lich k eit als

N w . 1923. 113

882 Brunswik: Die Grenzen der mikrochemischen Methodik in der Biologie. T ,D>e

L wissen sch äften

bei der großen M ehrzahl der em pfin dlich sten In n en reaktion en 2) .

G erade diese Gruppe der em pfindlichsten Z ell- m ikroreaktionen besitzt schließlich in hohem Maße eine w eitere, erford erlich e E igen sch aft, ein e v o ll­

kommene

3. L ok a lisa tion . Ih re B edeutung bei allen Z ell- reaktionen w urde schon w ied erh olt hervorgeh oben ; bekanntlich stellen sich ihrer V erw irk lich u n g große Schw ierigkeiten entgegen.

Im folgenden seien nun v ie r h erau sgegriffen e, fü r die biologische M ikrochem ie w ich tige E i n ­ zelfä lle im H in b lick a u f d ie eben erörterten F or- derungern eingehend besprochen.

1. Nachw eis eines K a tio n . E in e R e ih e vom an­

organischen K a tio n en und A n ion en läß t sich auch an Gewehssehnitten nachweisen3). M eistens je ­ doch sind die M ikroreaktionen, selbst bei hoher Em pfindlichkeit, (M g -N a ch weis als M g N H

P 0

nach 0 . R ich te r, C l-N achw eis m it A g N

+ N I I

nach J u n g ) n ic h t lokalisiert, haben daher fü r die Z ellm ikrochem ie, w ie oben angedeutet, einen nur beschränkten W ert. Um den zel lokalisierten N achw eis der Elem ente im Sinne der biologischen M ikrochem ie bemühte sich insbesondere M a ca l­

lu m * ); seine Versuche beziehen sich au f den N achw eis des Eisens, des Phosphors (b eid e auch in „m askiertem “ Zustand), des K aliu m s und Chlors. D ie M ethode des Phosphornachweises schien bereits M acallum selbst z w e ife lh a ft und von neuem zu lösen; die V ersu chsfehler seines Eisennachweises wurden, von W ie n e r5) kritisch au fgezeigt. D er N achw eis des K a liu m m it N a ­ triu m k ob a ltn itrit jedoch gehört zu den besten und em pfindlichsten mikrochemischen V e rfa h re n und stellt d<as V o rb ild einer w ah rh aft zellokalisierten R eak tion dar. A n W e r t diesem nahe kommend verb leib t nur noch der Chloridnachw eis m it A g N 0

+ H N O

unter nachträglicher Exposition im L ich te, wodurch das am orph g e fä llte S ilb er­

ch lorid in das schwarze Ph otoch lorid [ A g

C l?]

um gew andelt und als solches sichtbar w ird . D ie G ren zm öglich k eiten dieser R eak tion seien im f o l­

genden berechnet. Übungsobjekt sei eine Z elle m ittlerer Dim ensionen, eine Palisad en zelle des K a rto ffe lb la tte s (135 jj. X 30 [/. X 30 \

) . Ih r V o ­ lumen ist demnach ca. 90 0 0 0 i/.3, ih r G ew icht 0,1 y. N im m t man fü r diese eine Z elle den — irrealen — F a ll an, daß man d ie theoretische E m p fin d lich k eit der A g C l-R ea k tio n erreichen könnte, so müßte sie 0,7 . 10

y CI enthalten (v e r ­ gleich e die A b leitu n g h ierfü r auf S. 457), d. h.

2) In d ieser erhöhten E m p fin d lic h k e it der p h y s i­

k alisch begründeten P rohen lie g t auch d er G ru nd und A n reiiz für die v ielen m ikroteehnischen Versu che ein e r chem ischen A n a ly s e der Z e lle m itte ls F a rb s to ffe n (v gl.

U n n u , Chrom olyse, Abschn. I I I ) .

3) V g l. I I . M olisch , M ik ro c h em ie der P fla n z e , 3. A u fl., 1923, S. 25— <113.

4) A . B. M acallu m , D ie M ethod en und E rgebn isse der M ik ro c h em ie in der b iologischen Forschung. E r ­ gehn. d. P h y s io lo g ie Jahrg. V I I , 1908, ß. 552— 645.

5) A . W ie n e r, B e itr a g zum m ikrochem . N achw . d.

E isen s in der P fla n z e usw. Bioehem . Ztschr. 77. Bd., 1916, ß. 27.

etwa an K C l 1,7 .

y — 0,00017 y. Im Proto­

plasma + Z e lls a ft der Palisaden zelle (als Einheit a u fgefa ß t) müßte daher mindestens

% K C l enthalten sein, dam it gerade e in ig e eben mikro­

skopisch sichtbare schwarze A g

C l

-Körnchen auftreten. Da jedoch, w ie früher ausgeführt, die praktische E m p fin d lich k eit nie unterboten w ird , so erg ib t sich, daß das Cytoplasma der tierischen und pflanzlichen Zelilem, in denen M a ca llu m gew öhnlich C hloride nachweisen konnte, diese in einer K o n zen tration von m eh reren Prozent e n t­

halten mußte. W enn M acallum in 'den Z e llk ern en und den Chrom atophoren (S p iro gyra , T u lip a ) keinen positiven N ie d e r schlag bekam, so besagt dies demnach nur, daß in diesen Gebilden die C hloridkonzentration unter etw a 1 % anzunehmen ist. Ob sie w irk lich c h lo r id fr e i sind, verm ag auch diese so em pfin dlich e P ro b e nicht zu en t­

scheiden.

M it A bsich t w urde zu dieser Diskussion die zweitbeste der bisher bekannten M ikroreaktionen herangezogen. Bei der M ehrzahl der N ach w eis­

methoden fü r die K ation en und A n ion en lassen sich derartige Berechnungen überhaupt nicht an- ste'llen, d. h. sie führen zu dem E rgebnis, daß die einzelne Z elle einen Z e lls a ft besitzen müßte, der eine 20— 50prozentige Lösuing des b etreffen den Salzes darstellte, oder anders ausgedrückt, daß man hundert oder mehr Z ellen fü r ein e eben positiv ausfallende R eaktion benötigt. D ie nach den neueren Anschauungen fü r S to ffw e c h s e lv o r­

gänge w ich tigen E lem en te w ie F e, M n , Cu („ R e iz s t o ffe “ ) , Brom , Jod, F lu o r u. a. bleiben — abgesehen von einigen Ausnahm en, wo ein e S pei­

cherung v o rlie g t — überhaupt gew öhnlich un- nachweisbar, auch bei Sum m ierung von Tausen­

den von Zellen („S c h n itte “ ).

2. N achw eis des Form aldehyds im C h loro- plasten als Assim ilationszw ischenprodukt. S eit A u fs te llu n g von Bayers Assim ilationshypothese waren fast ebenso zahlreiche Bem ühungen darauf gerichtet, das mutmaßliche Zw ischenprodukt, den Form aldehyd, makrochemisch durch D estillation einer großen B lattm enge oder durchs andere M e­

thoden darzustellen, w ie ihn m ikrochem isch am C hlor oplasten nachweisend zu fassen ( P o la ccl, K i m p f l i n ) . W iew o h l W ills tä tte r und S to ll 191S eingehend begründeten, daß eine eindeutige D a r­

stellung von Form aldehyd aus B la ttm aterial ebenso w en ig zugunsten der Bayerschen H y p o ­ these bedeuten würde, w ie alle negativen B efu n d e gegen dieselbe, so sind derartige Bestrebungen auch in jü ngster Z e it wieder au fgenoim nen w o r­

den. So versuchte R ou ge6) m ik ro chem isch in vivo nicht nur Form aldehyd1 , sondern auch d re i andere mutmaßliche A ssim ilationszw ischenprodu kte: Gly- coilaldehyd, G lycerinaldehyd und D ioxyaceton nachzuweisen. Über die R e su lta te b erich tet R ouge selbst: „N ou s avons ainsi p erd u un temps precieux en vaines recherches, qui toutes ont ete n egatives.“

8) E . R ou ge, R echerche des prem.ie.rs p rodu its de P assim ila tion ch lorop h ylien n e diu carbone. Journal suis.se de Pharm . 59. J ah rg. (1921), N r . 11 u. 12.

Brunswik: Die Grenzen der mikrochemischen Methodik in der Biologie. 883

2. 11. 1923J

D ie U n m ö g lich k e it d era rtiger Versuche sei durch folgen d e R echnung veranschaulicht. D ie durchschnittliche Größe eines runden Mooschloro- plasten betrage 5 u (D u rch m esser); dessen, V o ­ lumen daher 65,4 f/.3. Im L a u fe eines Tages bildet sich in dem ursprünglich stä rk efreien Chloro- plasten ein K örnchen a-utochthoner S tä rk e in den wahren D im ensionen (ohne Q u ellu n g) von 2

X 1 ix X 1 ix. Das Volum en der so gebildeten Stärke ist demnach 1,6 ;jl3,

(spez. Gew. = 1,5) einem realen Gew ichte von ca. 2.4 . 10~° y Stärke entspricht. M an kann nun dieses G ew icht gleich ­ setzen dem G ew ichte des im L a u fe des Tages in diesem Chloropiasten gebildeten Form aldehydes ( = 2,4 . 10—6 y Form aldeh yd7) . D a die A n w en ­ dung eines mikrochemischen Reagenses m it dem Z elltod8) und Sistieru n g der A ssim ilation v e r ­ bunden ist, kann man nur etwa d ie innerhalb einer Sehuncle gebildete F orm aldehydm enge zu er­

fassen hoffen. B ei einer gleichm äßigen A s s im i­

lation von 10 Stunden (10 X 60 X 60 = 3,6 . 101 Sekunden) entsteht daher in dem Chloropiasten pro Sekunde 0,66. 30- 10 y Form aldehyd. D ie em pfindlichsten M ikroreaktionen köninen noch 10—3 y bis 10“ "4 7 von K ö rp ern im gelösten Zu ­ stande nachweisen. Es besteht demnach hier eine D iffe r e n z in der Größenordnung von 10°— 107, ein e d erartige Spannung, daß sie auch nicht durch das Zusammenwirken der 20— 50 Chloro- plasten, die eine Z elle enthält, noch durch die Annahme einer längeren „A b fa ssu n g szeit“ fü r den Form aldehyd, noch durch S teigeru n g der Assim ilationsintensität usw. überbrückt werden kann. Da die Jod'-Stärke-Reaktion, die selbst

—o y Stärke nachzuweisen erlaubt, bekanntlich zu den allerem pfindlichsten R eaktionen zählt ( A n ­ wendung bei T it r a t io n !), so ist es sogar z w e ife l­

haft, ob der Form aldehyd bei „A b fa n g u n g “ (siehe Abschn. I I I ) der ganzen Tagesm enge lolcal sicht­

bar gem acht werden könnte.

3. Nachw eis der B estandteile der Plasm ahaui.

Durch die jüngsten Untersuchungen von H an- steen-C ranner9) und von B oas10) über die B io ­ chemie der pflanzlichen Plasm ahaut wurde auch das Interesse der M ikroch em iker von neuem auf diese S to ffe gelenkt. D ie U n m ö glich k eit z. B., die eine w ahrscheinliche K om ponente der1 Plasm a­

haut, das C holesterin (bzw. „P h y to s te rin “ als

7) Durch d ie V ern ach lä ssigu n g der b ei der Zucker - P oly m erisa tion austretenden M olek ü le W a s se r is t die Zahl 2,4 . 10—'8 y F orm a ld eh yd fü r dasselbe G e w ic h t autoch- tboner S tä r k e etw as zu k le in ; ebenso ist zu bedenken, daß ein B ru ch teil der frisch a s s im ilierten K o h le h y d r a t­

m enge fiir den „B e trie b a s to ff W e c h s e l“ s o fo rt verbraucht (v era tm e t) w ird , eiine Größe, d ie ebenfalls vernaeh- lässi-g(t wurde. D ie M en g e von 2,4 . 10—6 y Form aldeh yd ist .aus diesen beiden G rü nden et was zu k le in .

8) A n d ere M ög lich k eiten sollen im Abschn. I I I . S. 460 b erü h rt werden.

9) H a nsteen -C ran n er, />., Zur B iochem ie und P h y s io ­ lo g ie d er Grenzschichten lebender P fla n z e n z e lle n . M el- d iu ge r fr a N orges Landsbruck h e is k o le Bd. 2, 1923, S. 10.

10) Boas, F r .. Biochein. Ztschr. Bd. 117, 1921, S. 166 bis 213, Bd. 129, 192,2, S. 144— 152; B er. d. Deutsch.

Boban. Gesell. B l 40, 1922, S. 32— 37 u. S. 249— 253.

G ru p p en b egriff) nachweisend diarzustellen, ergib t sich aus folgen d er Ü berlegu n g: D ie E m p fin d lich ­ k eit der vom V erfa sser11) k ü rzlich näher be­

schriebenen mikrochemischen A n w en d u n g der D igiton in m eth od e von W indaus b eträ g t 0,1 y Cho­

lesterin. A u f Grund m ikroskopischer Beobach­

tung kann man die an L ip oid en reiche Schicht des Protoplasm as („P la sm a h a u t“ ) höchstens als

^4 ja dick annehmen, gerade an der Grenze der mikroskopischen Sichtbarkeit. D ie O berfläche einer Z elle m ittlerer Größe (P a lisa d en zelle des K a rto ffel'b la ttes) beträgt ca. 16 000

Das V o ­ lumen der cholesterinreichen Substanz pro Z elle beträgt demnach 4000 ja3. W en n man annimmt, daß in dem Gem isch von wasserlöslichen und wasserunlöslichen Phosphatiden, L ecith in en und Ph ytosterinen, welches d ie Plasm ahaut w a h r­

scheinlich darstellt, bestenfalls

/

—

/i

auf die Sterinkom ponente en tfä llt, so en thielte die

„Pla.smahaut“ einer Z elle 800— 400 fx

Cholesterin, d. s. 800 (400) X I , 067 (D ich te des Cholesterins) X 10

y = 8,54 (4,27) . 10—

y. In Zusammenhalt m it der p raktischen E m p fin d lic h k e it der Cho­

lesterinreaktion, d. i. der F ä llu n g des schwer lös­

lichen, aber nicht gänzlich wasser- und alikohol-

«rzlöslichen D igiton in ch olesterides, von 0,1 y er­

gibt- sich demnach die U n zu län glich k eit eines solchen Beginnens (D iskrepanz von

— 3 Zeh n er­

p oten zen !). Selbst die theoretische E m p fin d lich ­ keit der R eaktion w ürde nur dazu hinreichen, e in ig e haarfein e Nädelchen von D ig ito n in ­ cholesterid pro Z elle zur B ild u n g kommen zu lassen (berechnet unter V ernachlässigu ng aller sonstigen störenden E in flü s s e ), nie aber ließe sich eine zusammenhängende, an der vorh er leich t plasm olysierten Z e lle sichtbare N iederschlagshaut von D igiton in ch olesterid darstellen, die ja 3000 bis 4000 ti3 D igiton in ch olesterid enthalten müßte.

4. D e r Nachiveis von E iw e iß k ö rp e rn ; die m ikrochem ische V e rfo lg u n g der E iw eiß assimila- tion. In dem Buche, in w elchem die w ertvollsten zeWmikrochemischen Beobachtungen gesammelt sind, in A . M eyers12) „A n a ly s e der Z e lle “ , ist be­

reits darauf aufmerksam gemacht, w ie schwer es gelin gt, E iw eiß im Protoplasm a einer erwachsenen P flan zen zelle nachzuweisen. M itte ls der X a n th o ­ protein- und M illonschen R eaktion w ar in B la tt­

palisadenzellen von Tropaeolum — wenn man von den Plastid en absieht — nur m it äußerster S o rg fa lt Spuren von E iw eiß mikrochemisch fe s t­

zustellen. D iese und ähnliche B efunde führen ja A . M eyer13) , v ie lle ic h t in Überschätzung der mikrochemischen M ethode, sogar dazu, die B edeu ­

u ) I I . B ru n sw ik , D er m ikrochem ische N a ch w eis der P h y to s te r in e und von C h olesterin als D ig iton im s te rid e . Ztschr. f. wiss. M ik ro s k o p ie 39. Bd., 1922, S. 316— 321.

12) A . M eyer, M orp h ologisch e und p hysiologisch e A n a ly s e d er Z e lle der P fla n z e n und T iere . I . T e il, 1920, S. 490.

13) A . M e y e r, 1. c., S. 440— 442, und: D ie in den Z ellen vor-kom inenden E iw e iß k ö rp e r sind stets er- gastische S toffe. Ber. d. Deutsch. Botan. Ges. 33. Bd.

(1915), ,S. 373.

884 Brunswik: Die Grenzen der mikrochemischen Methodik in der Biologie. f P ie Natur-

° ^W issenschaften

tu n g des E iw eißes fü r die Zusam m ensetzung des Protoplasm as au f die eines „ergastischen S to ffe s “ herabzudrücken. — Ebenso sch w ierig gestaltet sich der m ikrochem ische N achw eis des E iw eiß im Z ellkern . D ie diesbezüglichen E rgebnisse wurden kü rzlich von P r a tje 14) zusammengefaßt. E r ge­

la n gt zu dem Schlüsse, daß „ w ir kein e w irk lich ein w an d freie m ikrochem ische R eak tion besitzen, d ie uns über den A u fb au und die nähere L o k a li­

sation der E iw eißkörper in den Z ellkern en etwas N äheres aus sagte“ . A u ch d ie vom 'V erfasser15) jü n gst erörterten M ö glich k eiten der V e r fe in e ­ ru n g des mikrochemischen Eiweißnachw eises durch Feststellu n g einer gewissen A n zah l von Am inosäuren (T y ro sin , Tryptophan, H is tid in , C ystin ) am E iw eißkom plexe g ilt n atü rlich nur fü r Eiw eißanhäufungen in Z ellen (k rista llisiertes oder amorphes R eserveeiw eiß, G erüsteiw eiß u. d g l.).

N ic h t besser steht es m it dem N ach w eis der Bausteine des Eiweißes, 'den Am inosäuren. W oh l sind ein ige derselben seit langem, faßbar (T yro sin , Leu cin , A sp a ra gin ), neuerlich auch Tryptophan und H istid in , 'doch allgem ein nur dort, wo es durch lebhafte D issim ilationsprozesse zu einer ze itw e ilig e n A n h äu fu n g einzelner dieser Sub­

stanzen kommt. Das theoretisch zu ford ern d e W an d ern der E iw e iß s to ffe ah A m inosäuren oder als Am inosäureanhydrid von einer P fla n ze n ze lle zur anderen sowie der V o rg a n g der E iw eiß - a ssim ilation w ird in fo lg e der je w e ilig vorhande­

nen zu gerin gen Q uantitäten mikrochem isch n ic h t faßbar seiim, auch nicht nach der noch aus- stehenden Anpassung -der Behrensschen M ethode der Am inosäurecharakterisierung als K u p fersa lze an die Bedürfnisse der Pflan zen m ikroch em ie.

E in e zahlenmäßige B egrü n du n g dieser Ansicht, w ie sie fü r P u n k t 1,

und 3 gegeben w erden konnte, ist h ier n icht m öglich, erü b rig t sich jedoch auch fü r denjenigen, der sich d ie schon unvergleichlichen analytischen S ch w ierigk eiten der Eiweißma7crochemie v o r A u gen ihält.

W en n in den angeführten v ie r B eispielen hauptsächlich nur die V erh ältn isse der pflanz- liehen Z elle berü cksich tigt erscheinen, so hat dies einerseits seinen Grund darin, daß diese dem V e r ­ fasser, der selbst pflanzenm ikrochem isch arbeitete, näher liegen, andererseits ist dies durch d ie T a t ­ sache der w e it gerin geren A u sbildu n g einer „ M i ­ krochem ie fü r tierisch e O bjekte“ bew irkt. In tre ffe n d e r W eise betont in jü n gster Z e it wiederum H . S tü b e l16), daß dieses F eh len ein er eigen t­

lichen T ierm ik roch em ie großteils in der ganz an­

deren O rganisation der M etazoenzelle b ed in g t sei.

14) A . P r a tje , D ie C hem ie des Zellkern es. B iol.

ZentraTbl. hO. Bd. (1920), S. 88— 112.

15) 11. B ru n sw ik , ü b e r den 'eindeu tigen m akro- und m ikrochem ischen N a ch w eis des H is tid in © am E iw e iß ­ k om p lex. Ztschr. f. phys. Chrnia 127. Bd. (1923),

■S. 268— 277 (A n h a n g ).

16) II. S tü b el, H is to p h ys io lo gie. J a h resb erich t über die gesa m te P h y s io lo g ie usw. I . Bd. (B e ric h t über 1920), B e r lin 1923, S. 9.

Gewiß w ird d ie m ikrochem ische M eth od ik auch in der T ierp h ysio lo gie — besonders bei k lein en niede­

ren T ie re n — noch ausgedehnte A n w en d u n g fin ­ den und eine gründliche D u rch arb eitu n g erfah­

ren17). D ie optim istische A u ffa ssu n g Stü bels aber, daß die mikrochemische M eth odik „a n dem H a u p t­

problem, der E rforsch u n g von S to ffw e c h s e lv o r­

gängen von allgem einer B edeutung“ in der B o ta ­ nik w ie T ierp h y sio lo g ie erst im ihren A n fä n g e n steht, kann au f Grund des Ergebnisses der oben beispielsweise h era u sgegriffen en und näher analy­

sierten E in ze lfä lle w ohl n ic h t g e te ilt werden.

H ie r in steht d ie Z o o lo g ie m it der B otanik auf einer L in ie — näm lich in stren g gebundener A b ­ h ä n gigk eit von d er bish erigen analytisch-chem i­

schen M ethode, die sich fü r das E in d rin g en in die subtileren chemischen Z ellvo rg ä n g e als zu w enig

"em pfindlich erweist. D ie m ikrochem ischen Reak- tioinen besitzen eine „E rfassu n gsgren ze“ von durchschnittlich

y

y ; fü r die Z e llm ik r o ­ chem ie w ürden R eaktionen m it einer E rfassungs­

grenze von

y—

y die problem lösen­

den sein.

I I I .

D a also fü r die E rfassu n g d er S to ffw ech sel­

zwischenprodukte und kurz aller jen er fü r d ie E r ­ kenntnis der Lebensvorgänge w ic h tig e n Substan­

zen, d ie Jeeine R e s e rv e s to ffe und auch keine Ex- krete und Sekrete darstellen, der M ikrochem ie eine Grenze gesetzt ist und, w ie eben begründet, gesetzt sein muß, sucht man in d er B io lo g ie bewußt oder unbewußt mach anderen M ethoden, die diesem Z iel dienen sollen, so z. B. U n n a xs) m it der Chrom olyse zur C harakterisieru n g von E iw eiß k örp ern , fern er K e lle r 19) m it der E lektroanalyse. T ro tz w ertvo ller E inzelergebnisse sind diese M ethoden gegenüber dem Gesam tproblem der m ikroch em isch -ph ysika li­

schen Analyse der Z e lle jedoch w en ig aussichts­

reich und mehr als ein Sym ptom des angestreng­

ten Tastens und’ Suchens der W issen sch aft a u f­

zufassen, in dieser G ru n d fra ge einen F o rts c h ritt zu erzielen.

M it der H erstellu n g des jetzigen , leistungs­

fä h igen Mikroskopes war im G runde der gesamte' F o rts c h ritt in der B io lo g ie gegeben, der von 1840 bis heute erreich t wurde. D ie biologische M ik ro ­ chemie s te llt nur eine A u sw ertu n g hiervon unter B enützung der Ergebnisse d er analytischen' Che­

m ie dar. In w esentlichen Punkten scheint ein w eiterer F o rts c h ritt in der bisherigen E n tw ic k ­ lu ngsrichtu ng n ic h t m öglich zu sein. Im m e r

17) E in v om V e rfa ss e r [H . B ru n s w ik , Ü b e r d a«

E m u lsin des M a ik ä fers , M ikrokosm os 16. J a h rg ., 1923, H e f t 9) k ü rzlich ausgearbeitetes k lein e s B e is p ie l sollte in d ieser R ich tu n g m it dazu an regen.

18) U n n a , P . G., und H . F e in , Z u r C h ro m o lye e des p fla n zlich e n Kernkörperchenß. B io l. Z e n tra lb l. Bd. A l (1921), S. 495— 507. Siehe auch TJnna, Abderh a lden , H a n d l d. biolog. M eth.)

lö) K e lle r, R., D ie E le k t r o p o la r it ä t histologisch er F a rb s to ffe , A rch. f. m ik ro sk . A n a to m ie , 1. A b t., 1920 (1921), 95, S. 61, 64. — E le k tro a n a ly tis o h e U n te r­

suchungen. E ben dort. — N e u e V ersu ch e über den m ik rosk op. E le k triz itä ts n a c h w e is . W ie n , Braum üller, 1921.

Broch: Zur Ahnenfrage der Cirripedien. 885

d rin glich er w ird das B edü rfn is nach einer biolo­

gischen Ü ber- bzw. besser gesagt U n term eth od ik zur (chemisch--physikalischen Analyse. Das M i­

kroskop steht, wie uns theoretische Überlegurigen sagen, schon längere Z e it an der G renze seiner .Leistungsfähigkeit. D ie U ltram ikroskopie hat die in sie gesetzten E rw artu n gen iauf biologischem Gebiete enttäuscht ( GaiduTcov— M o lis c K ). Ebenso brachte die M ikroskopie bzw. M ikrophotographie m it U .-V .-L ic h t ( K ö h le r ) nichts w esentlich Neues.

W ora u f wären also dann von seiten der an den F ortsch ritt Gila übenden die H o ffn u n g e n zu setzen ?

N irgen dw o wäre es m ißlicher zu prophezeien.

S icherlich ist, daß das von P e t e r f i20) ausgestaltete ,,m ikrurgische V e rfa h re n “ neue E n tw ic k lu n g s ­ land Analysom öglichkeiten in sich 'bergen könnte (Isolieru n gen usw.), wenn auch die methodische B egrenztheit jedes m echanischen V erfah ren s nicht übersehen werden .darf. — E in anderer W eg, mehr chemischer N a tu r, lie g t v ie lle ic h t in der D arreichung v ö llig n e u tra le r, plasmaunschäd­

licher Verbindungen zur v ita le n A u fn a h m e durch

<lie Zellen, die dann fü r irgen d ein e chemische R e ­ aktionskette in der Z elle als ,,abfangendes R e ­ agens“ im Sinne von N eu b erg zu w irken hätten.

Im D im ed on konnte N e u b e rg 21) den ersten V e r ­ treter dieses Tpyus herstellen — V erw en du n g fand er fre ilic h erst extraze\\u\&r (H e fe g ä r u n g ), doch macht N eu b erg a u f die A n w en dbarkeit die­

ser M ethode in der Phytoeh em ie aufmerksam.

D era rtige Substanzen müssen jed en fa lls wasser- und lipoidlöslich sein. H ie r m it w äre fü r die A n a ­ lyse der P flan zen zelle zum indest ein E rsatz fü r das erreicht, was bei den höheren T ie re n durch die In je k tio n in die B lu t- oder Lym phbahn erzielt werden kann — eine M ethode, die durch den wesentlich verschiedenen A u fb a u eines höheren T ieres und einer höheren P fla n z e h ei dieser, eben­

so w ie die Inokulationsversuche ( C ia m icia n und

20) P e te r fi. T., Das m ik ru rg ie e h e V e rfa h ren . D ie Nafcurw. 11. Jahrg. (1923), S. 81— 87.

21) C. N e u le r g und1 E . R e in fu r th , E in neu.es A b ­ fa n gverfa h ren und seine Anw endung! a u f .die alk oh o­

lische Gärung. Bioeheim. Ztschr. Bd. 106, S. 281— 291 (1920).

H e ft 44.1 2 . 1 1 . 1923J

Ravenna) , n ie zu w irk lic h w ertbaren Ergebnissen führen kann. Injektion) und In okku lation bei- P fla n zen muß dort, wo sie w irksam ist, d ie leben­

den Z ellen gravieren d schädigen, dort, wo sie aber nicht mehr schädigt, w irk t sie entw eder nicht oder kann dasselbe v ie l besser durch v ita le A u f ­ nahme der -betreffenden Substanz von vornherein erreich t werden.

I V .

Zusammenfassend läßt sich demnach sagen:

So w e rtv o ll und unentbehrlich d ie m ik ro ­ chemische M ethode fü r die verschiedensten Z w eig e der N aturw issenschaften ist (sei es als M ikrochem ie im engeren Sinne, als M ineral-, Paläo-, physiologische, forensische, hygienische und pharmazeutische M ik roch em ie), so w en ig kann sie in fo lg e zu g e rin g e r E m p fin d lic h k e it und zu w en ig su btiler Lokalisation als' biologische oder Z e llm ik ro chem ie bei der Lösu n g der S to ff- wechselproibleme und w eiterh in der Form w ech sel­

fra gen entscheidend m itw irken . Versuche in dieser R ich tu n g müssen aus theoretisch errechen­

baren Gründen zu vö llig e m M iß e rfo lg e führen.

E in F o rtsch ritt gerade in diesem P u n k te ist n ic h t zu erwarten. Das keineswegs zu Unterschätzende aber, was die Zellm ikroch em ie bisher erreich t hat, ist der N achw eis und d ie Lok alisation serm ittelu n g von Reserve- und G erü ststoffen sowie von Se­

kreten und E xkreten d er Zelle. D er unterschied­

lichen Gesam torganisation der M etaphyten- und M etazoenzelle ist es zuzuschreiben, daß die Z e ll­

m ikrochem ie (neben der physiologischen und pharmazeutischen M ik roch em ie) im P fla n zen reich ein ungleich größeres T atsachenm aterial erarbeiten konnte als au f zoologischem Gebiete.

D ie Unterm ethode, die „Su bm ikrochem ie“

jedoch, die zur A nalyse des engeren S toffw echsels und in w eiterer F o lg e zu der des Form wechsels b efä h igt wäre, steht noch aus. Ohne sch affen de V o ra rb eit von Chem ie und P h ysik kann ih re E n t­

w ickelung n icht gedacht werden. A n d ie sch ritt­

weise V e rw irk lic h u n g dieser — hypothetischen — M ethode könnte dann — w ie 'beim M ikroskop — wiederum ein p r in z ip ie lle r groß er F o rts c h ritt der B io lo g ie gekn ü pft sein.

Zur Ahnenfrage der Cirripedien.

V o n H ja lm a r B roch , C h ristiania.

D ie C irripedien oder R an ken fü ß ler — See­

pocken und Entenm uscheln — nehmen unter den K rebstieren eine sehr abweichende S tellu n g ein, und ihre V erw an d tsch aft m it den übrigen K re b s ­ tieren ist in völliges D unkel gehüllt. N u r in ­ sofern scheint unter den m eisten Forschern E in ig k e it zu herrschen, daß die gestielten F o r ­ men (d ie Entenm uscheln) d ie ursprünglicheren sind, w ie ihre Organe in m ehreren Beziehungen beweisen. A u f dieser Basis aber trennen sich die Forscher in zw ei Lager, von denen, d ie einen, sich auf em bryologischen und biologisch -ph ysiologi­

schen D aten stützend, annehmen, daß die m it fü n f Skelettplatten des M antels (des Capitulum s) 'bepanzerten Form en die p rim itiv e re n Zustände zeigen, während die anderen meinen, daß die m it zahlreichen P la tten des Capitulum s und des S tie ­ les bewehrten Form en die ursprünglicheren sind, da sie in älteren geologischen Schichten v o r­

herrschen.

D ie em bryologischen D aten zeigen, daß auch bei allen Entenmuscheln, die m it vielen P la tten am Capitulum bew ehrt sind (S c a lp e llid a e ), ein Jugendstadium durchgemacht w ird, wo nur fü n f

N w . 1923.

114

886 Broch: Zur Ahnenfrage der Cirripedien.

ch itin ige, sogenannte „P rim o rd ia lp la tte n “ auf-- treten, und erst später tauchen während der V e r ­ kalkung des 'Skelettes w eitere „sekundäre“ , aocessorisehe P latten des Capitulum s und des S tieles (Stielschuppen) auf. Das deutet entschie­

den d a ra u f hin, daß die V o rfa h re n der Scal- pellid ae nur fü n f (c h itin ig e ) C apitulum platten hatten. Da w eiter auch, die fü n f entsprechenden C apitulum platten der Lepadidae anfangs als eben­

solche c h itin ig e P rim ord ialp latten a n gelegt w e r­

den, können w ir m it ein er an Sich erh eit grenzen­

den W ah rscheinlichkeit behaupten, daß die ge­

meinsame S ta m m fo rm der C irrip e d ia thoracica eine m it fü n f ch itin ig e n M a n telp la tten beivehrte K re b s fo rm gewesen ist.'

Es ist w eiterh in von höchstem Interesse, jene geologisch auftretenden Form en, die von anderen 'Seiten her als Ahn en form en beu rteilt werden, k ritisch genauer zu untersuchen; diese Form en sind wegen ih rer zahlreichen Skelettplatten die G ru ndlage der entgegengesetzten Annahm e, daß also alle rezenten thoracicen C irrip ed ien durch R edu ktion des Skelettes entstanden sind. Da uns der englische Paläon tolog T . H . W ith e rs im V e r la u f der letzten Jahre ein ige gew issenhafte Auseinandersetzungen darüber gegeben hat, ist auch von rein zoologischem G esichtspunkte aus eine kurze E rörteru n g der T ra g w e ite seiner R e ­ sultate von allgem einem Interesse.

Im Jahre 1905 erschien eine französische

„M on ograp h ie des Cirrhipedos ou Thecostraces“

von A . G ru vel, der in einem ein leitenden A b ­ schnitt ganz kursorisch die alte T h e o rie v e r ­ teid igt, daß die V o rfa h ren der jetzigen C irrip e ­ dien m it zahlreichen P la tte n gänzlich gepanzert wären. A ls B elege der T h eorie und als Illu s tra ­ tionen der A h nenform en zieh t er die fossilen G attungen T u rrilep a s (F ig . 1 a) und L o r ic u la ( — S tra m e n tu m ) (F ig . 2) heran; seine A b b ild u n ­ gen sind etwas schematisch nach den paläon- tologischen O riginalabhandlungen w iedergegeben.

In seiner grundlegenden A r b e it über am erika­

nische Seepocken fü h rt H e n ry A . P ils b r y 1) fü r diese G attungen daraufhin die Gruppe der T u rrilep a d om orp h a ein. — Eben diese Form en aber haben ein m erkwürdiges Schicksal gehabt, dank den unerm üdlichen und gew issenhaften Studien von T . H . W ith e rs 2).

D ie m erkwürdigen, gepanzerten T ie rfo rm e n T u rrile p a s und Lepidocoleus (F ig .

) w urden an­

fan gs als U rm ollusken (C h iton en ) au fgefaß t, später aber zu den C irrip ed ien gezogen. W ie aus den Zeichnungen h ervorgeht, sind sie m it einem

*) T h e sesßilfe B a rhacles (C irr ip e d ia ) eontained in thie collection s o f th e U . S. N a tio n a l M u s eu m ;- i mein d in g a m on ograp h o f th e A m e ric a n species. S m ith s o n ia n I n s t it u t io n O. S. N a tio n a l M u seu m , B u lle t in 93, W a s h in g to n 1916.

2) a) iSome P a h u o zo ic F os sils r e fe r r e d to th e C i r r i ­ pedia. G eologica l M agazine, N . S., D ecade V I , V o l. I I , L o n d o n 1915. ib) T he C irrip e d e Genus S tra m en tu m (L o ric u la ) : its H is to r y and1 ß tru ctu re. A n n a ls and M a g a z in e of N a tu ra l B is to r y , S er. 9, V o l. V , L o n d o n 1920.

k rä ftig e n Pan zer ziem lich g le ic h fö rm ig e r Platten bedeckt, und der Querschnitt zeigt, daß Lepido­

coleus nur zwei, T u rrile p a s dagegen v ie r Platten- reihen besitzt ( G ru vel gib t fü r d ie letztere acht Platten reih en an). E in A u sein an d erk laffen kann, wenn es stattgefunden hat, nur en tla n g der scharfen „V e n tra lk a n te “ e r fo lg t sein. W ie W ithers sagt, ist ein e Ä h n lich k eit m it den C i r r i ­ pedien bei diesen Form en nicht nachweisbar, und ihre Z u geh örigk eit zu dieser Gruppe ist mehr als problem atisch; man fo lg t in der T a t nur- daun dem rich tigen K u rs, wenn man sie aus der C irri- pediengruppe en tfern t und unter den T ierform eil ..incertae sedis“ einordnet. J ed en falls muß man einräumen, daß ihre E in reih u n g in der Ahnen­

reihe der C irrip ed ien v e rfe h lt und w issenschaft­

lich nicht vertretb ar ist.

T Die Natur- L w issen sch a fteik

b. «

F ig . 1. a) G ru vels A u ffa s s u n g von „ T u rrile p a s W r ig h t ii , I I . W .“ , lin k s das ga nze T ie r , rechts d ie v e r­

m ein tlichen P la tt e n r e ih e n : C = earin ale, C. L . = carino- la terale, L = la tera le , R . L . = ra s tro la te ra le und R ~ ro s tra le Schuppenreihen (nach G ru v e l 1905). — b) D ie n äm liche A r t, T u rrile p a s w rig h ticm a , de F n n in c k sp.

nach W ith e r s (1915), rechts in Q uerschnitt. I — la te ­ ra le P la tten re ih en , m = m ediane, g e k ie lte P la tte n . - — c) Le p id ocoleu s s a rle i J . M . Clarke-, un ten Q u ersch n itt

(nadh W ith e rs 1915).

N och interessanter w ird d ie F ra g e b etreffs S tra m e n tu m {L o r ic u la ). Von diesen T ierfo rm en

— es sind

schon m ehrere A rte n bekannt gew or­

den — können w ir m it S ich erh eit sagen, daß sie zu den C irrip ed ien gehören. — - D ie Zeichnung,, die von G ru vel gegeben w orden ist ( F i g 2 a), ist eine etwas subjektivistische Idealisieru n g. D ie k la ffe n d e Lücke zwischen zw ei der P la tten d ü r f­

ten ihn, w ie W ith e rs sagt, gew arn t haben, daß h ier m öglicherw eise D efek te vorhanden seien.

Schon D a rw in ist in seiner M onographie der fo s­

silen C irrip ed ien au f L o ric u la p u lch e lla Sow erby eingegan gen und deutet die P la tte n (v o n rechts nach links) als Scutum, Latus superius und Latu s earinale, d. h. D a rw in n im m t an, daß zwischen den auseinanderspreizenden P la tte n ein T ergu m vorhanden gewesen ist, ebenso w ie an der äußer­

sten linken Seite eine C arina, an der rechten ein Rostrum . Diese D eu tu n g scheint G ru v e l ent­

gangen zu sein. — Es ist nunmehr W ith e rs ge­

lungen, vollstän dige E xem plare von S tra m e n tu m

H e ft 44.1

2- 11. 1923J

Broch: Zur Ahnenfrage der Cirripedien. 887

machzu w eisen; seine A b b ild u n g eines vollstän ­ digen S tra m en tu m p u lch ellu m ist hier zum V e rg le ic h als U m rißzeichnung wiedergegeben (F ig . 2 c ) ; Darw ins Annahm e w ird h ier glänzend bestätigt, indem jedoch ein R ostru m fehlt. M an erkennt hier sofort eine überraschende Ä h n lic h ­ k eit m it stärker gepanzerten S ca lp ellid a e; auch die Entstehungszone der Stielschuppen am Über­

gang von S tie l zu Capitulum ist fü r S tra m e n tu m und den Scalpellidae gemeinsam, und man w ü rd e die Gattung der E n tw ick lu n gslin ie C alantica—

M ite lla ohne weiteres seitlich anreihen, falls nicht die Carina bei iStramentum einen ab­

weichenden Charakterzug z e ig te : sie ist in zwei parallele lineare P latten der L ä n ge nach ge­

spalten.

C. L . — carinoliaterale, L = laterale, R . L . = ro s tro la te ra le und R = rostrote Schuppen; C apituluim platten „fa n g e n bei id'ieser A r t e rs t an zu ersch ein en “ , b) K o n tu r Zeich­

nung der näm lichen P a r t ie des O rigin a lexem p la rs.

<:) U m riß eines vollständiigien In d ivid u u m s (beide nach W ith e r s 1920). & — C arin a, c 'l — earin oia tera ie, s 'l (n 'l )

=? superior laterale, f ' = Terguim. und s' = ,Scutu.m der lin ken Seite, s — Scutum üCr rechten Seite.

Es entsteht hier die F ra ge, oh die gespaltene Carina einen p rim itiven C h arakterzu g darstellt oder nicht, oder mit anderen W orten , ob S tra m en - tv m in der A hnenreihe der rezenten C irrip ed ien einzureihen sei. — H iergegen spricht in erster L in ie die Tatsache, daß bei allen bis je tz t u n ter­

suchten lepadomorphen C irrip ed ien die embryo- logische (öh itin ige p rim o rd ia le) Carina im m er nur als eine ungeteilte P la tte entsteht. W ir müssen uns deswegen überlegen, ob die zweigespaltene C arin a in anderer W eise entstanden sein kann.

Z w e i M öglichkeiten wären dann denkbar. E in e r ­ seits, daß die als Carina angesprochenen P la tte n von S tra m en tu m gar nicht der Carina entsprechen, sondern daß sie vielm ehr den T e rg a der Ib la - A rten hom olog seien, und daß som it eine w irk ­ lich e 'C a rin a fehlt. Dann müßten w ir uns eine

E n tw ick lu n g von einer M itellai ähnlichen F orm denken, wo die Carina unterdrückt ist, und zw ei Lateren (Latu s carinale und Latus in fram ed iu m ) hinter Tergu m beständen. A b er F o rm und L a g e der P la tten scheinen einer solchen D eu tu n g zu widersprechen. A n dererseits erg ib t sich eine ganz andere Erklärungsw eise durch das Studium der rezenten Scalpellidae, besonders der G attu ngen und A rte n von C alantica, S m iliu m und Scal- pellum . M an beobachtet bei v ielen dieser A rten , daß die Carina eine besondere G estaltung an­

nimmt, indem die S eitenpartien verdickt, die mediane P a r tie dagegen en tlan g d'er D orsallin ie dünner ist; eine w eitere E n tw ick lu n g in dieser Rich tu n g würde dann zu ein er gespaltenen Carina führen, eben w ie w ir sie bei S tra m en tu m an treffen .

D ie neueren Untersuchungen deuten darauf hin, daß jed en fa lls C alantica unter den rezenten Gattungen die ursprünglichste unter den S cal­

pellidae ist, von der sich die übrigen Scalpelliden zwanglos, ableiten lassen. D ie oben gegebenen Erw ägungen zeigen uns, daß auch S tra m e n tu m m it W ah rsch ein lich keit von C alantica (oder Scilla elepa s) herzuleiten ist; ein genaueres S tu ­ dium der Skelettverhältnisse scheint auch diese Annahm e durchaus zu stützen. H ierau s ergib t sich sofort, daß S tra m e n tu m ( L o r ic u la ) keine A h n en form der rezenten C irrip ed ien dar stellen kann, sondern daß die G attu ng vielm eh r einen S eiten zw eig der S calpellidae v e rtritt, der auch kaum als eine eigene F a m ilie a u fgefa ß t werden kann, geschw eige denn als ein e eigene Gruppe der Thoraeicae neben den Lepadom orpha, V e r- rucomorpha und Balanomorpha. —

M an hat o ft danach g e fra g t, w elche ph ylo­

genetische R o lle dem C yprisstadium der C ir r i­

pedien beizumessen ist. G ew öhnlich spricht man ihm jede Bedeutung ab. A uch die A n atom ie des C irripedienkörpers bietet rätselhafte Züge dar, die den vergleichenden Anatom en S c h w ie rig ­ k eiten bereiten, ohne daß sie von den P h ylo- genetikern verw ertet worden sind. H ie r werden w ir uns nur die F ra g e nach dem A b d om in al­

abschnitt vor A u gen halten.

A ls Abdom inalabschnitt deutet man die w in ­ zige K örp erp artie hin ter den sechs Cirrenpaaren

— diese P a rtie ist o ft ganz rudim entär oder sogar fehlend — und dem gew öhnlich m ächtig ent­

w ickelten Penis. Es d ü rfte im m erhin der Schluß unabweisbar sein, daß die C irrip ed ien vorfa h ren ähnlich anderen „n orm alen “ K rebstieren ein wohlentwidkeltes Abdom en hatten. W ir müssen som it den Besitz eines besser entw ickelten ab­

dominalen K ö rp erteils als einen phylogenetisch p rim itiv e n Charakterzug deuten.

V ie le werden hier wohl fra g e n : g ib t es denn auch C irripedien, die ein deutliches Abdomen haben? Diese F ra g e muß tatsächlich bejaht w e r­

den. Erstaunlich ist es im m erhin, daß mehrere

parasitische Ascothoracicae ein wohlentw ickeltes

Abdom en besitzen, das bei solchen m erkw ürdigen

Form en w ie Synagoga und L a u ra — deren C irri-

888 Physikalische Mitteilungen.

pediennatur m itunter etwas fra g lic h erscheinen kann — n icht nur gut entw ickelt, sondern auch

F ig . 3. S yn a goga m ir a N o rm a n (U m riß ze ich n u n g nach N o rm a n 1913). T — T h o ra x p a rtie , A = A b d om in a l- p a rtie . a = A n ten n u la e, m — M undkegel, c = C irre n

und f = Furca.

m it Furcalanhängen ausgestattet ist. Ganz be­

sonders interessant ist hier d ie von N o rm a n 3)

s) S y n a go ga m ira , a C rustacean o f th e o r d e » Aseo- t'horacica. T ra n sa ction s o f th e L in n e a n S o c ie ty o f L o n d o n , 2. Ser. Z o o lo g y , V o l. 11, L o n d o n 1913.

eingehender beschriebene Synagoga, die an A n ti- patharien bei N eap el gefu n den worden ist.

Das T ie r (F ig . 3) hat fr e ie Antennulae, die zum F esthalten des T ieres gu t g eeig n et sind. Der T h orax ist m it sechs P a a r Spaltfüßen ausgestattet, und h inter dem T h orax hat dasi T ie r einen fü n f­

g lied rig en Abdom en, dem h in ten zw ei w ohlent- w iökelte, m it Borsten reich lich ausgestattete F arcalanhänge angehängt sind. Oephalothorax ist in einer chitin igen , zw eiklappigen Schale e in ­ geschlossen, und h ierin erin n ert das T ie r nicht nur an die m it Abdom en versehenen L a rven der d eform ierten D e n d ro g a s te rzite n , sondern auch an die C yprislarven der übrigen C irrip ed ien über­

haupt, obwohl den letzteren ein w ohlentw ickeltes Abdom en nicht zukommt. L e id e r ist die Gattung bis je tz t nur in wenigen, in A lk o h o l fixierten Exem plaren bekannt, so daß man über die innere O rganisation nichts erfah ren konnte, so z. B.

auch nicht, in w iew eit solche charakteristischen C irripedienorgane, w ie Zem entdrüsen, Vorkom­

men. Im m erhin stehen w ir aber h ier einem Typus gegenüber, der m ehrere Cirripedienm erk- male m it allgem einen K reb stierch arak teren ver­

ein igt, und es lie g t nahe, in m ehreren R ichtungen Synagoga als Illu s tra tio n des w ahrscheinlichen K rebstiertypu s heranzuziehen, von dem sich die C irrip ed ien en tw ick elt haben.

V o r lä u fig möchte ich nur die A u fm erk sam ­ k eit der Forscher a u f diese Arbeitshypothese lenken. 'Unsere K en n tn isse von Synagoga sind leider zurzeit v ie l zu m an gelh aft um d e fin itiv e U rte ile zu fä lle n ; ein V e rg le ic h m it anderen K rebstiergru ppen w ie auch m it den ü brigen C ir r i­

pedien läßt sich erst dann durchführen, wenn w eiteres M a teria l von Synagoga zu einer ein ­ gehenden anatomischen U ntersuchung G elegen­

h eit gibt.

[ Die Natur- Lwissenschaften

Physikalische Mitteilungen.

D ie Isotopie der Elem ente. Ü b er die a llg em e in e Is o to p ie der chemischen E lem e n te is t in den N a tu r ­ w issen sch aften b ereits frü h er b e ric h te t w ord en (N a tu r ­ w issenschaften 8, S. 289, 607 und 727, 1920), fe rn e r m öchte ich an dieser S telle au f das lesen sw erte Buch von A s to n über „Is o to p e “ hinweißen, das je t z t in d eu t­

scher Ü b ersetzu n g b eim V e rla g e H ir z e l erschienen ist.

N e u e rd in g s nun is t im M a ih e ft des P h ilosoph ical M a g a ­ zin e ein e w e ite re A r b e it A s to n s erschienen, d ie die L is te der bis je t z t au f Is o to p ie untersuchten E lem en te v e rv o lls tä n d ig t. D ie von ihm b en u tzte A p p a r a tu r is t im w esentlichen dieselbe ge b lie b en : B e k a n n tlich u n te r­

sucht A s to n in seinem sog. M assen sp ek trograp h en ein fein es K an alstra h len b ü n d el und k an n dabei m itte ls einer (gleich zeitigen A b le n k u n g durch ein e lek trisch es und ein m agnetisches F e ld m it ein er G e n a u ig k e it von 0,1 % auf das A to m g e w ic h t der E lem e n te schließen. H ie r erga b sich d an n das b em erk en sw erte R esu ltat, daß a lle A t o m ­ g e w ic h te g a n z za h lig waren, d ie E lem en te aber, deren A to m g e w ic h te nach chemischen M ethod en sich als nicht g a n z z a h lig herau sgestellt hatten, erw iesen sich als G e­

m ische von Isotopen. E in e k le in e A b w e ic h u n g von d ieser G anzzahl ig k e it k on n te A s to n b ere its b eim W a s s e r­

s t o ff feststellen, dessen A to m g e w ic h t sich in sehr gu te r Ü b erein stim m u n g m it chemischen M eth od en zu 1,008 ergab . J e tz t gla u b t e r auch eine solche b eim Z in n g e ­ funden zu haben. Z w a r unterscheid en sich d ie acht Is o to p e des Z in n s gen au um glanze E in h e ite n im A t o m ­ ge w ic h t, ein V e rg le ic h jedoch m it den Isotop en des E delgases X en on zeigte, daß a lle Is o to p e des Zinns ein um e tw a 0,2 zu n ied riges A to m g e w ic h t hatten. E in e E r k lä ru n g fü r diese A b w e ic h u n g lä ß t sich je t z t noch nich t geben und man muß w e ite re Versuche a b w a rte n . D ie folg en d e T ab elle e n th ä lt nun d ie v o lls tä n d ig e L is t e der bis heute nach d er M ethod e der K a n a ls tra h le n ­ an alyse au f Is o to p ie untersuchten E lem ente.

D ie A r b e ite n A s to n s scheinen h ie r m it zu e in em g e ­ wissen Abschluß gekom m en zu ©ein, denn d ie A r b e it s ­ m ethode v e rla n g t, daß die E lem e n te in g en ü gen d er M en ge im ga sfö rm ig e n Zustand vorh a n d en sind. B e ­ reits bei den letzten U n tersu ch u n gen h a t A s to n zu organischen V erbind u ngen g r e ife n müssen, um ein e h in ­ reichende F lü c h tig k e it d er Substanz zu e rzielen . H ie r ­ durch e rsc h w e rt sich jedoch d ie r ic h tig e Id e n t ifiz ie r u n g der Isotope.

Deshalb d ü rften w o h l j e t z t schon e in ig e „s ta tis tis c h e “

H e ft 44.1

2. 11. 1923J

Physikalische Mitteilungen.

Tabelle.

889

Ordnungs­

zahl E lem en t A to m g e w ic h t A n za h l der

Is o to p e n A to m g e w ic h te d er Is o to p e n

1 H 1,008 1 1

2 H e 4,00 1 4

3 L i 6,94 2 7 ; 6

4 Be 9,0 1 9

5 B 10,9 2 11 ; 10

6 C 12 00 1 12

7 N 14,008 1 14

8 O 16,000 1 16

9 F 19,00 1 19

10 N e 20,20 2 2 0; 22

11 N a 23,00 1 23

12 M g 24,32 3 2 4 ; 2 5; 26

13 A l 26.96 1 27

14 Si 28,3 2 28 2 9 ; (30)

15 P 31,04 1 31

16 S 32,06 1 32

17 CI 35,46 2 35 37

18 A 39,88 2 40 36

19 K 39,10 2 39 41

20 Ca 40,07 2 40 44

26 F e 55;84 (2 ) 56 (54?)

. 28 N i 58,68 2 58 60

30 Zn 65,37 4 64 6 6; 6 8; 70

33 A s 74,96 1 75

34 Se 79.2 6 80 78; 76; 8 2 ; 77 ; 74

35 B r 79,92 2 79 81

36 K r 82,92 6 84 8 6; 8 2; 8 3 ; 8 0 ; 78

37 R b 85,45 2 85 87

50 Sn 118.7 7 (8) 12;) 118; 116; 124; 119; 117; 122; (121)

51 Sb 121,77 2 121 123

53 I 126,92 1 127

54 X e 130,2 7 129 132; 131; 134; 136; 128; 130

55 Cs 132,81 1 133

80 H g 200,6 (6) (197 — 200 ); 2 02; 204

B etrachtungen über das A u ft r e te n von Is o to p ie im periodischen System der E lem e n te g e r e c h tfe r tig t e r­

scheinen. D er K a n a ls tra h le n a n a ly s e s in d im ganzen 34 Element© m it E r fo lg zu g ä n g lic h gew esen ; rechnet man noch die zehn ra d io a k tiv e n E lem e n te hinzu, so iet also b ere its fa s t die H ä lf t e d er chemisch v e r­

schiedenen E lem en te auf Is o to p ie untersucht worden.

Bei den ü b rige n E lem en ten is t zu b erü ck sich tigen , daß von diesen fü n f überhaupt noch unbekannt sin d und ein großer A n t e il au f die seltenen E rd en e n tfä llt, deren U ntersuchung au f Is o to p ie sich auch k ü n ftig h in schw ie­

r ig e rw eisen d ü rfte . V on diesen 34 n ich tradiioaktiven Elem enten sind nun 79 Isotop e bekannt, d ie sich jedoch sehr u ngleich auf d ie einzeln en E lem en te v erteile n . So ze ig t sich zunächst, daß a lle E lem e n te m it u n gerader Ordnungszahl sehr w e n ig Is o to p e b esitzen, in keinem F a lle sind m ehr als z w e i fe s tg e s te llt w ord en, und' selbst E lem ente m it hoher O.-Z. s te llte n sich als einfach heraus. F ern er haben h ier 20 Is o to p e ein ungerades A to m g e w ic h t und nur bei den d rei n ie d rig s te n E lem en ­ ten, L i, B und N , kom m en auch Is o to p e m it geradem A.-Gr. vor. Im G egensatz hierzu haben sich d ie E lem en te m it ge ra d e r O.-Z. als sehr isotopenreich erw iesen. In s ­ besondere d ie E lem en te m it hoher O.-Z. haben im D u rchschnitt e tw a 6 Isotope, d ie sich b is zu 8 E in h eiten im A to m g e w ic h t -unterscheiden. E in g rö ß e re r U n t e r ­

schied; is t auch b ei den ra d io a k tiv e n E lem en ten bis je t z t noch n ich t fe s tg e s te llt w orden. 18 E lem e n te m it ge rad er O.-Z. lie fe rn nun bereits 56 Is o to p e (71 % ), bei denen aber je t z t das gerad e A to m g e w ic h t bedeutend ü b e rw ie g t (bei 45 Is o to p e n ); nur 11 Is o to p e (14 % ) haben auch h ier e in ungerades A.-G. Es (gelten also d ie beid en R e g e ln : E lem en te m it u n gera d er O rdnungszahl sin d isotopen- arm , haben aber fa s t ausschließlich ungerades A t o m ­ ge w ic h t. E lem en te m it g era d er O.-Z. h in geg en sind isotopenreich und b esitzen hauptsächlich Is o to p e m it einem gera den A .-G . D iese R e g e ln d ü rfte n sich v ie l­

leich t m it d er F r a g e dier S t a b ilit ä t der E lem en te in Zu­

sam m enhang b rin gen lassen, denn auch die H ä u fig k e it des irdischen V ork om m en s der einzelnen E lem en te sch eint sich diesen R eg e ln einzuordnen.

N im m t man nun an, daß auch b ei den n ich tra d io ­ a k tiv e n E lem enten sich äh nliche Z e rfa lls reih e n auf- s teilen lassen, w ie es b ereits b ei den ra d io a k tiv e n g e ­ lungen ist, und lü g t man nur zu der a-A b sp a ltu n g (H e liu m ) und der ß -A b sp a ltu n g (E le k tro n ) im S in ne d er R utherfordschen V ersu che ein e W a s se rs to ffa b s p a l­

tu n g hinzu, s o müssen sich im A to m g e w ic h t g a n z be­

s tim m te R ege lm ä ß ig k e ite n ergeben. B e k a n n tlich e r ­ n ie d r ig t sich ja b ei ein e r H eliu m a b s p a ltu n g d ie O rd ­ n ungszahl um zw ei E in h e ite n und das A to m g e w ic h t g le ic h z e itig um v ie r E in h eiten , b ei einer W a s se rs to ff-

89J

Physikalische Mitteilungen.

ab spaltu n g müßte sich dann sow ohl O rdnungszahl als auch A to m g e w ic h t nur um je eine E in h e it e rn ie d rig e n . U n te r diesen Gesichtspunkten ist es in te re ss a n t fes tzu ­ s te llen , daß bei einer ga nzen R eih e von E lem en ten die A to m ffe im c h te ah wechselnd u m 1 und u m 3 sich u n te r ­ scheid en ; z. B. die R eih e d er A to m g e w ic h te d er ersten z w a n z ig E lem en te: 4 (H e liu m ), 7, (9 ), 11, 12, (14), 16, 19. 20, 23, 24, 27, 28, 31, 32, 35, 36, 39, 40 (C a lciu m ).

(L ie g e n m ehrere Isotop e des E lem entes v o r so is t das h ä u fig e re g e w ä h lt w orden.) E in e andere R e ih e b egin n t e tw a b eim S c : 47, 48, 51, 52, 55, 56, 59, 60, 63, 64 (Z n ).

U m aber aus solchen A to m ge w ic h tsreih e n au f die t a t ­ sächliche Genesis der E lem en te schließen zu können, reichen d ie v orliegen d en exp e rim e n telle n Versu che a lle r ­

d in gs noch nicht aus. R- M ecke.

D ie T otalreflexion der Röntgenstrahlen. (A . IT.

V o m p to n , P h il. M ag. 45, 1121, 1923.) V on S te n s trö m s in d bei Spektraluntersuchu ngeu der R ön tgen s tra h len zu erst Abw eichu ngen von der B raggsch en B ezieh u n g

n X — 2 d - sin a

beobachtet worden, wenn R ön tgeiLstralilen von g roß er W e lle n lä n g e b en u tzt wurden. S pä ter s in d von anderer S e ite ( S ie g ia h n , D uane, P a tte rs o n und I lja lm a r ) auch bei k u rz w e llig eren R ön tgen stra h len solche A b w e ic h u n ­ g e n beobachtet w orden, d ie sich bei W e lle n lä n g e n ­ messungen mach d er B raggschen F o rm e l dadurch b e­

m erk b a r machen, daß die W e lle n lä n g e verschieden herauskom m t, wenn man zu ih re r B estim m u n g v e r ­ schiedene O rdnungen benutzt.

D iese A b w eichu n gen lassen sich durch ein e Brechu n g d er R ön tgen stra h len im K r is t a ll e rk lä re n . S in d a und X Glanizw inkel und W e lle n lä n g e au ßerhalb des K r is t a lls und a -und X' d ie entsprechenden W e r te im K r is t a ll, so is t nach dem Brechung^gesetz

X , cos a

— u, und ---

X cos a

oder, fü r k lein e U n terschied e v on a und a : sin

sin

sin a ' 1

L

D a d ie B ra ggsch e B ezieh u n g im In n e r n des K r is t a lls s tre n g g e lte n muß, so w ir d

n X ' — 2 d • sin a ' also

1 — sin2 a ;

A u s dieser B ezieh u n g läß t sich d ie W e lle n lä n g e bei bekanntem Brechungsexponenten 'bestimmen,- oder w enn d ie Beobachtungen fü r zw ei verschiedene Ordnungen a u sg efü h rt w erden, W e lle n lä n g e und B rechu n gs­

e xp o n en t erm itteln . D ie F o rm e l fü r den le tzte re n la u te t d a n n :

c. X\ ^-2 • 9

1 — (a = : ö =; — ~ • sin- u, X2 n .f— n ^

w o Xi und X-> die aus der u n k o rrig ie rte n B raggschen F o rm e l berechneten W e lle n lä n g e n sind, d ie sich aus M essungen in der n t - und ^ -O r d n u n g ergeb en und' w o a i der G la n zw in k e l fü r d ie « r O r d n u n g ist.

D iese Gleichungen sind im stande, d ie e x p e rim e n te ll gefu ndenen Ab w eichu n gen von der B ra ggsch en B e­

zieh u n g darzustellen.

In te re ss a n t is t es nun, daß sich d ie so e rm itte lte n Brectiun/giswerte nach d er D is p e rs ion s fo rm el der k la s ­ sischen E lek tro n e n th eo rie berechnen lassen.

W e n n man in der fü r w e n ig von 1 abweichende

Breehu ngsexponenten g ü ltig e n D ru de-Lorentzschen D is ­ p ers ion sform e l :

y . . . ( i

2

n m {v1 — Vr )

( n r Zahl der in d er V olu m e n ein h e it m it d e r Eigen- frequenz v r schw ingenden E lek tron en , v F requ en z der eittfallen den S tra h lu n g — die Frequ en zen sin d hier einfach re zip ro k e W e lle n lä n g e n — , e und m E le k ­ tron en lad u n g und -nuasse) v r igegen v vern a ch lässigt, w ie es b ei sehr k u rz w e llig e n S tra h le n m ö glic h ist, so w ir d

b _ n 1 e2 ...(2 2 ji m v J

w o je t z t n d ie in d er Volum eneiinheit vorhandene Zahl von sch w in gu n gsfäh igen E le k tro n e n ist. D iese Zahl w ir d g le ich der in alle n A to m e n der Volu m en ein h eit überhaupt vorhandenen E lek tro n e n , also fü r jedes A t o m g le ich sein er O rdnungszahl g e s e tz t und so der B rechu ngsexponent fü r K alksjpat gefu n d en

b e i X — 1,473 Ä 8 = 1 — n = 8 • 10^6

1,279 „ 6 • 10 6

1,096 „ 4,5 • 10 e

w ährend1 mach D u a n e und P a tte r s o n aus den A b w e i­

chungen vom B raggsch en G esetz der R e ih e nach 8 • 1 0~6, 10 * 10 6 und 3 • 10 6 herauskom m en würde.

D a der B rechu n gsexpon en t k le in e r als 1 ist, muß b eim Ü b e rg a n g von L u f t in einen anderen K ö r p e r bei g e e ig n e t s treifen d em E i n t r i t t T o ta lr e fle x io n au ftreten.

D e r W in k e l d e r T o ta lr e fle x io n e r g ib t sich aus M „9 cos 0 = n ~ 1 — Ö z r l

2 n m v 2

und berechnet sich z. B. fü r C ro w n g la s von der D ic h te 2,52 und der Zusam m ensetzung CaO . N a 2 0 . 2 S i0 2, da 8 r r 5,2 • 1 0 -6, zu © z r l l ' b ei e in e r W e lle n lä n g e von 1,279 A . Das ist ein W e r t, d e r durchaus m eßbar ist.

D er Versuch w u rd e m it ein e r S p ie g e lg la s p la tte auf ein em G oniom eter m it dünnem R ön tgen strah lbü n dei (Ö ffn u n g 2') ausgeführt. D er r e fle k tie r te S tra h l tr a t in d ie h in ter einem m ik ro m e tris ch v ers tellb aren Spalt b efin d lich e Ion isa tion sk a m m er ein. D ie vorausgesagte T o ta lr e fle x io n w u rd e au fgefunden und zu e tw a 10' be­

stim m t.

W a r die P la tt e v ers ilb ert, so ergab sich ein W e r t von 22,5'. Daß w ir k lic h R e fle x io n v o rla g , w u rd e da­

durch b es tä tig t, daß das r e fle k tie r te Büschel nahezu d ie gle ich e In te n s itä t (1 : 0,91) h a tte w ie das au f­

fallende.

D ie B erechnung des B rechu n gsin d ex fü r C row nglas is t unbedenklich nach d er vere in fa ch ten D isp ersion s­

fo rm e l auszuführeh, da d ie F requ en z d er benutzten S tra h lu n g erheblich g rö ß e r w a r als d ie d er K - S tra h ­ lung- des schwersten E lem entes im Glase, des Calciums.

B eim S ilb er jedoch lie g t die b enutzte W e lle n lä n g e zw ischen K - und /-.-Strahlung des S ilbers. E s w ir d daher d ie E ig en fre q u e n z in den beiden in n ers te n R in g e n in Rechnung gezogen. N im m t man d ie m it t ­ le re ^ -W e lle n lä n g e zu 0,39 A , d ie m it tle r e L -W e lle n -

’iänge zu 2,9 A an und s e tz t die Zahl d e r E le k tro n e n im /v-R ing g le ich 2, die im Z/-Ring g le ic h 8, so w ir d d er W e r t von 8 aus G leichung (1) 19,8 . 10 w ährend die v ere in fa ch te G leichu ng (2) 20,3 . 10 r> ergeben würde.

D er U n tersch ied is t also so g e r in g , daß s elb st h ier nach der einfachen F o rm e l g e re ch n et w erd en kann.

D ie Ü b erein stim m u n g ist auch h ier m it dem E x p e r i­

m ent recht gut.

F olgen d e T a b elle giSbt e in e Zu sam m enstellu ng der R es u lta te :