Untersuchungen tiber Osmose.

(1)

Untersuchungen tiber Osmose.

Von C. van Wisselingh.

Mit 14 Abbildungen im Text.

Einleitung.

Osmotische Erscheinungen treten sowohl in del' toten wie in del' Iebenden Natur auf. Del' nachfolgenden Abhandlung Iiegt die Absicht zugrunde, zur Kenntnis del' Rolle, welche die Osmose im Pflanzenreicb spielt, beizutragen.

Nacb Overton!) wurde die Osmose schon im Jahre 1748 von Noll e t entdeckt, wahrend ihre hohe physiologische Bedeutung im Jabre 1837 von Dutrocbet²⁾ erkannt wurde. .

1m Jahre 1855 bracbte N agelP) wichtige Tatsachen bezuglich del' osmotischen. Eigenschaften del' lebenden Pflanzenzellen ans Licht.

Er wies nach, daB die Osmose im Pflanzenreich nicht von del' Zell- membran, wie man bis dahin angenommen batte, sondern vom lebenden Protoplasm a beherrscht wird, und daB mit dem Tode des Protoplasm as die charakteristischen osmotischen Eigenschaften del' Zellen verschwinden.

N ageli zeigte ferner, daB imZellsaft geloster Farbstoff, solange die Zelle lebt, weder aus der Zelle exosmiert, wenn man letztere in Wasser uberfuhrt, noch das Protoplasm a farbt, wahrend beides nach dem Tode des Protoplasmas stattfindet. Auch wies er nach, daB Rohrzucker und andere im Zellsaft gelOste Korper nach dem Tode des Plasmas aus der Zelle exosmieren. Die Zellmembran, welche wahrend des Lebens ge- spannt ist, wird mit dem Absterben der Zelle schlaff. Endlich gab N ageli eine Erklarung fUr jene Erscheinung, .welche man Plasmolyse genannt hat. Er fand, daB eine Zucker- oder SaIzlOsung, deren Kon- zentration gerade noch hinreicht, urn eine beginnende Plasmolyse hervor- zurufen, denselben osmotischen Druck hat wie del' Zellsaft.

1) E. Overton, Uber die osmotischen Eigenschaften der lebenden Pflanzen- und Tierzelle. Vierteljahrsschrift der Naturf. Gesellschaft in Zurich, 40. Jahrg., 1895, Jiag. 159.

2) Dutrochet, Sur l'endosmose, 1837.

3) C. Nageli, Pflanzenphysiologische Untersuchungen, 1855.

(2)

r'

II

'I !I

& A gab liZ£ _L &

360 C. van Wisselingh,

1m Jahre 1873 verOffentlichte P f e ff e r 1) eine Abhandlung iiber Reizbarkeit del' Pflanzen. Er zeigte den Zusammenhang zwischen den Reizbewegungen und der durch die Reizung hervorgerufenen plOtzlichen Abnahme des osmotischen Druckes. Die Frage, durch welche Bedin- gungen die groBen osmotischen Druckwirkungen iJJ. der lebenden Zelle hervorgebracht werden, wurde einige Jahre spater, 1877, von Pfeffer2) gelOst. 'Die SteighOhen, welche Dutrochet, Graham und andere Forscher in osmometrischen Apparaten erzielt hatten, konnten die groBen Druckwirlmngen in den Pflanzen nicht erklaren. Es besteht aber ein bedeutender Unterschied zwischen den in Osmometern benutzten Mem- branen und dem lebenden Protoplasma. Wahrend diese Membranen Kristalloide leicht durchgehen lassen, ist das lebende Protoplasm a fiir viele Kristalloide impermeabel. Nachdem M. Traube3) im Jahre 1864 gezeigt hatte, daB eine sogenannte Niederschlagsmembran, welche sich z. B. bildet, wenn man einen Tropfen FerrocyankaliumlOsung in eine KupfersulfatlOsung einfiihrt, insofern mit dem Protoplasma iiberein- stimmt, daB sie zwar Wasser, aber keine Kristalloide durchgehen laBt, stellte P f e ff e r Versuche mit praparierten Tonzellen an, d. h. mit porosen Zellen, in welchen man eine Niederschlagsmembran von Ferro- cyankupfer hergestellt hat. Die Wan de dieser Zellen waren filr Wasser permeabel, aber fiir gelOsten Rohrzucker und andere gelOste Kristalloide impermeabel. Mit Hilfe eines Manometers wurde der osmotische Druck bestimmt. Die Ergebnisse dieser Versuche waren derart, daB man sich nicht mehr iiber die hohen osmotischen Druckkrafte in den Pflanzen wundern brauchte.

Hug 0 de V r i e s 4) benutzte die lebende Pflanzenzelle selbst als Osmometer, urn die relativen GroBen des osmotischell Druckes, welche die Losungen verschiedener Korper ausiiben, zu messen. De V r i e s benutzte fiir seine Versuche Pflanzenteilei deren ZeIlen, was den osmotischen Druck betraf, iibereinstimmten. Die Praparate wurden in Losungen von verschiedenen Stoffen und von verschiedenen Konzentrationen gebracht. Festgestellt wurde, welche Konzentrationen noch gerade eine

1) Pfeffer, Untersuchungen tiber Reizbarkeit der Pflanzen. Physiologische Untersuchungen, 1873.

2) Pfeffer, Osmotische Untersuchungen, 1877, pag. 110.

3) M. Traube, Zentralb1. f. mediz. Wissensch. 1864, pag. 609; 1866, pag. 97 u. 113. Arch. f. Physio1. 1867, pag. 87 u. 129.

4) Hugo de Vries, Eine Methode zur Analyse der Turgorkraft. Jahrb. f.

wiss. Bot. 1884, Bd. XIV, pag. 427. Osmotische Versuche mit lebenden Membranen.

Zeitschr. f. physik. Chemie 1888, Bd. II, pag. 415. Isotonische Koeffizienten einiger SaIze, 1889, 1. c. Bd. III, pag. 103.

(3)

Untersuchungen tiber Osmose. 361 beginnende Plasmolyse hervorriefen. Die Losungen der verschiedenen Korper, welche diese zeigten und offen bar denselben osmotischen Druck ausubten, hat de V r i e s isotonische Losungen genannt. Die von de V r i e s erfundene Methode erschloB ein fruchtbares Feld fUr physiologische Untersuchungen, auf dem er selbst mit groBem Erfolg ge- arbeitet hat. De V r i e s wies den Zusammenhang zwischen Molekular- gewicht und osmotischem Druck nacho

Gestutzt auf die Untersuchungen von Pfeffer und de Vries en twickelte van 't H 0 f f1) seine Theorie der Losungen, nach welcher der osmotische Druck einer· Losung dem Druck entspricht, welchen die gelOste Substanz als Gas oder Dampf im gleichen Volumen und bei derselben Temperatur au sub en wurde. Der osmotische Druck ist des- halb urn so groBer, je sHirker die Konzentration und je Mher die Temperatur ist. Nach der Theorie von v an 'tH off mussen in Losungen von gleichem osmotischem Druck, in sogenannten isotonischen Losungen, die Mengen der aufgelOsten Stoffe sich wie ihre Molekulargewichte verhalten. Darauf gestfitzt, konnte de Vries mit Hilfe seiner plasmolytischen Methode das Molekulargewicht der Raffinose bestimmen, woruber die Meinungen der Chemiker auseinandergingen.

Was die kinetische Theorie des osmotischen Druckes betrifft, so muB man beachten, daB sie, streng genommen, nur fur verdunnte Losungen gilt. Konzentrierte Losungen verhalten sich abweichend von den Gas- gesetzen. Der osmotische Druck ist bei konzentrierten Losungen groBer, als er nach der Theorie sein sollte. Statt bestimmte Mengen Subs~anz

in Wasser aufzulosen und die so erhaItenen Losungen bis zu einem Volumen von eineVl Liter zu verdunnen, kann man die gleichen Mengen Substanz anch eill"em Liter Wasser zusetzen. Experimentiert man mit Losungen, die man auf letztere Weise bereitet hat, dann zeigt sich, daB das Verhaltnis zwischen den Mengen gelOster Substanz in den isotonischen Losungen und den Molekulargewichten genauer ist. Man muB hierbei beachten, daB zwa:r zwischen dem VerhaIten der Gase und den Erscheinungen der Losungen eine weitgehende Analogie besteht, daB man aber beide nicht als identisch betrachten darf, und deswegen ist es besser, bei der Herstellung von Losungen nicht streng an dem Volumen der Losungen festzuhalten, sondern den EinfluB, welch en die verschiedenen Mengen der chemischen Korper auf eine gleiche Menge Wasser au sub en, zu studieren.

1) J. H. van 'tlioff, Die Rolle des osmotischen Druckes in der Analogie zwischen Lllsungen und Gasen. Zeitschr. f. physik. Chemie 1887, Bd. I, pag. 481.

(4)

Mit van 'tH 0 ff s kinetischer Theorie der Losungen, so fruchtbar und sinnreich sie auch ist, waren andere Forscher doch nicht immer einverstal1den. Lothar Meyerl) und J. Traube2) haben Einwen- dungel1 gegen dieselbe erhoben. Mit Recht lehnten diese Forscher die Annahme ab, daB nur der gelOste Stoff Druck auf die' semipermeabele Wand ausfibe.

Der osmotische Druck mancher Losungel1, z. B. SalzlOsungel1, ist groBer, als man auf Grund des Molekulargewichtes erwarten sollte.

A uch dies wurde in sehr viel Fallen von Hug 0 d e V r i e s festgestell t.

Ahnliche Abweichungen fand R a 0 u I t bei der Bestimmung der Gefrier- punktserniedrigung. Die Gefrierpunktserniedrigung war in Fallen, bei denen der osmotische Druck groBer war, als man auf Grund des Molekular- gewichts hatte erwartensoIIen, ebenfaIIs groBer. Die Abweichungen stimmen miteinander uberein, so daB man aus dem osmotischen Druck' die Gefrierpunktserniedrigung und aus der Gefrierpunktserniedrigung den osmotischen Druck berechnen kann. Es zeigte sich ferner, das, was fur die Gefrierpul1ktserniedrigung galt, auch fiir die SiedepunktserhOhung zutraf. Die Abweichungen miissen offenbar dieselbe Ursache haben.

Auch zeigte es sich, daB die obengenannten Abweichungen mit dem Wert des elektrolytischen Leitungsvermogens der Losungen zusammen- hangen, was A rr hen ius 3) durch die Annahme erklart hat, daB die Molekiile der in Wasser gelOsten Stoffe, deren Losungen die ElektrizWit leiten, mehr oder weniger in Ionen gespalten sind, wie dies z. B. bei in Wasser gelOsten Salzen der Fall ist. Hierdurch waren viele analoge Erscheinungen miteinander in Zusammenhang gebracht und erklart, so auch die Abweichungen des osmotischen Druckes, welche Losungen von Salzen und anderen Stoffen zeigen.

Ich bemerke hierbei, daB ich iln Obigen nur solche Falle im Auge gehabt habe, bei welch en die Plasmawand, die sogenannte semipermeabele Wand, nur Wasser und nicht die in demselben gelOsten Stoffe durchgehen laBt. Man hat aber eine Reihe. Korper entdeckt, fur welche das Plasma permeabel ist. K Ie b s 4) fand, daE Glyzerin das Plasma passiert und de Vries konnte dasselbe ffir Ureum feststellen. Stoffe, welche

1) Lothar Meyer,Uber das Wesen des osmotischen Druckes. Zeitschr. f.

physik. Chemie 1890,Bd. V, pag. 23.

2) J. Traube, Theorie der Osmose und Narkose. Arch. f. gesamte Physio- logie des Menschen und der Tiere 1904, Bd. CV, pag. 541.

3) Svante Arrhenius, Uber die Dissoziation der in Wasser geHlsten Stoffe. Zeitschr. f. physik. Chemie 1887, Bd. I, pag. 631.

4) G. Klebs, Berichte der Deutsch. Bot. Gesellsch., Bd. V, pag. 187.

(5)

Untersuchungen'iiber Osmose. 363 das Plasma sehr schnell durchgehen laBt, konnen keine Plasmolyse hervorbringen; Stoffe, welche weniger schnell durch die Plamashaut hin- durchdringen, vermogen zwar noch die Pflanzenzellen zu plasmolysieren, abel' nach einiger Zeit verschwindet die Zusammenziehung des Proto_

plasten wieder und legt er sich wieder an die Zellwand an.

o

v e r ton 1) hat die Permeabilitat sehr eingehend untersucht und gefunden; daB die Korper aIle inoglichen Ubergiinge zeigen. Einige laBt das Plasma schnell durchgehen, andere nicht oder nur unmerklich.

o

v e r ton hat die verschiedene Permeabilitiit des Protoplasmas fiir verschiedene Korper mit ihrer chemischen Natur und ihrer Loslichkeit in Zusammenhang gebracht. AIle Stoffe, welche in fettem 01 leicht 15slich sind, laBt das Protoplasma schnell durchgehen, wahrend es fUr Korper, die sich in jenem nicht auflosen, sehr wenig odeI' nicht merklich permeabel ist. Diese Beobachtung bildete den Ausgangspunkt fiir Overtons Lipoidtheorie, durch welche er die verschiedenen Grade del' Permeabilitat des Protoplasmas fiir verschiedene Stoffe zu erkHiren suchte.

J. T I' a u b e 2) hat darauf aufmerksam gemacht, daB zwischen del' Permeabilitat des Protoplasmas fiir verschiedene Stoffe und deren Ein- fluB auf die Oberflachenspannung von Wasser gegen Luft ein weit- gehender Parallelism us besteht. Hierauf hat T I' a ub e seine Haft- drucktheorie gegriindet. Nach T I' a u be ist die Oberflachenaktivitat der Hauptsache nach del' wirkende Faktor beim Ubertritt del' Stoffe in die Zellen.

Sowohl die Lipoidtheori~ wie die Haftdrucktheorie haben An- erkennung gefunden, abel' gegen beide sind auch Einwendungen er- hob en worden. Keine von beiden geniigt, urn aIle Erseheinungen del' Permeabilitat, die· del' lebende Protoplast· zeigt, auf vollkomI?en befriedigende Weise zu erklaren. Vollig unerklart ist aueh noch die Veranderung, die del' Protoplast beim Sterben erleidet, wobei er fiir viele Korper permeabel wird, fiir welche er beim Leben nicht permeabel ist. Bei del' Unzulanglichkeit der Erklarungen muB man beachten, daB die kiinstlichen semipermeabelen Wande, die man mittels verschiedener 1) E. Overton, Uber die osmotischen Eigenschaften der lebenden Pflanzen- und Tierzelle, 1. c. Uber die osmotischen Eigenschaften der Zelle in ihrer Be- deutung fiir die Toxikologie und Pharmakologie. Zeitschr. f. physik. Chemie ]897, Bd. XXII, pag. 189. Uber die allgemeinen osmotischen Eigenschaften der Zelle, ihre vermutlichen Ursachen und ihre Bedeutung fiir die Physiologie. Vierteljahrsschr.

der Naturf. Gesellsch. in Ziirich 1899, 24. Jahrg., pag. 188. Beitriige zur allgemeinen Muskel- und N ervenphysiologie. Arch. f. d. gesamte Physiologie des Menscheri und der Tiere 1904, Bd. CV, pag. 176 und 1902, Bd. XCII, pag. 115.

2) J. Traube, Theorie der Osmose und Narkose" 1. c.

t

! I I

I

f

(6)

364 c. van Wisselingh,

sinnreicher Methoden hergestellt hat, sich noch recht sehr von der lebenden Plasma wand unterscheiden, welche fliissig und beweglich ist, im Gegensatz zu den kiinstlichen semipermeabelen Wanden, die, wie eine P f e ff e r sche Zelle, fest und unbeweglich oder nur elastisch sind.

Wenn es auch schwer ist, zur Kenntnis der osmotischen Er- scheinungen und der semipermeabelen Wande, besonders der Plasma- wande, durchzudringen, so steht es doch schon lange fest, daB die Osmose und die semipermabelen Wande eine sehr groBe Rolle in der lebenden Natur spielen. Bei der Behandlung der physikaIischen Chemie der Zelle und der Gewebe wird der Osmose und den semipermeabelen Wanden der wichtigste Platz eingeraumt und die groBte Bedeutung beigelegt und noch immer sind sie ein sehr fruchtbares Feld fiir wissen- schaftliche Forschung. Vor einiger Zeit, als ich mit einer Untersuchung iiber die Samenschale beschaftigt war und die Samen der Lythraceen mir in die Hande kamen, fand ich dies bestatigt. Die merkwiirdigen Epidermiszellen dieser Sam en veranlaBten mich zu einer ausfiihrlichen U ntersuchung.

Un sere

gegenwiirtige Kenntnis der Epidermiszellen der Samen

der Lythraceen.

Die Samen der Lythraceen zeigen beim Befeuchten mit Wasser eine eigentiimliche Erscheinung. Die Samen sind ziemlich glatt; wenn sie aber einige Zeit, z. B. eine Stunde in Wasser gelegen haben,sind sie mit einem Filz von Haaren bedeckt. Aile Lythraceen zeigen diese Erscheinung, aber bei dem einen Geschlecht tritt sie starker und komplizierter auf als bei dem anderen. Bei Heimia und N esaea sind die Haare s.ehr kurz und von ziemlich einfacher Struktur; bei Cuphea sind sie sehr lang und von sehr komplizierter Struktur, und hiermit hangt es zusammen, daB die Bildung der Haare auf der Oberhaut der Samen einen sehr komplizierten ProzeB bildet.

Die Erscheinung wurde nach Kohne zuerst von Kiarskou1)

bei Peplis und Lythrum bemerkt. Spater, in den Jahren 1878 und 1885 ist sie von Kohne 2) beschrieben worden. Kohne tritt del"

Meinung anderer Forscher entgegen, nach welcher es sich vielleicht urn ein Heraustreten von Spiralfasern aus den EpidermiszeIIen handeln konnte, und erklart, daB eine wirkliche Haarbildung vorIiegt. Er gibt einige Betrachtungen iiber den Zweck der HaarbiJdung und behauptet,

1) Kiiirskou, Willkomm et Lange, Prod. f1. Hisp., Vol. III, pag. 175.

2) E. KOhne, Bot. Ztg. 1878, 36. Jahrg., Nr. 42, pag. 667 und Bot. Jahrb.

f. Systematik, Pflanzengeschichte und Pflanzengeographie 1885, Bd. VI, pag. 33.

(7)

Untersuchungen iiber Osmose. 365 daB die Erscheinung kein LebensprozeB sei, weil die Erscheinung auch in siedendem Wasser stattfindet und also auf eine bloBe Quellungs- erscheinung toten organischen Stoffes zurfickzuffihren sei.

1m Jahre 1885 gab Klebs1) eine Beschreibung del' Erscheinung bei Cuphea, welche durch gute Abbildungen erlautert ist. Er erwahnt die vielfach gewundenen, zusammengefalteten Haare, welche in den Epidermiszellen an del' Innenflache del' AuBenwand festsitzen, und das Hervorstfilpen beim Befeuchten mit Wasser, was nach ihm in einer noch nicht aufgeklarten Weise stattfindet. Weiter teiIt K 1 e b s mit, daB sich in den Haaren FlUssigkeit befindet, in welcher Kornchen schwimmen, und daB die Oberflache del' Haare schleimig ist, so daB Erdteilchen an derselben haften bleiben.

1m Jahre 1889 teilte Brandza²⁾ seine Beobachtungen bei den Sam en von Cuphea mit. Er erwahnt, daB jede del' Epidermiszellen einen Spiralfaden enthalte, del' an del' Au13enwand befestigt sei und sich beim Befeuchten mit Wasser entrolle und danach verschleime.

Einige Jahre spater, im Jahre 1893, erschien eine interessante Arbeit fiber die Erscheinung bei Cuphea von Cor ^I'ens 3). Diesel' Forscher macht auf eine Reihe Einzelkeiten au£merksam, unter anderem auf das Vorkommen einer Korklamelle bei den Haaren. Nach Correns ist die Innenlamelle del' Epidermiszellen und die Hautschicht del' Haare verkorkt. Diese Folgerung grfindet sich auf die Farbungen mit ChI 01'-

zinkjod, Jod und Schwefelsaure, Kalilauge, Alkannatinktur und Cyanin und auf die Resistenz gegen Schwefelsaure. Auch erwahnt er die Sub- stanz, welche die noch nicht aus den Epidermiszellen hervorgekommenen Haare ausfiillt und von ihm Ffillmasse genannt wird, und die Substanz, welche sich zwischen den Schlingen und Windungen del' Haare in del' Zelle befindet, Kornchen als Plasmareste enthiilt und, wo del' Same rot gesprenkelt erscheint, rot gefarbt ist. Weiter macht er auf die im Wasser eintretende Langenzunahme del' aus angeschnittenen Zellen isoIierten Stucke von Haaren aufmerksam und auf die Verquellung del' in den Epidermiszellen sich befindende Substanz bei Wasserzutritt.

Was das Austreten del' Haare aus den Epidermiszellen betrifft, so be- 1) G. Klebs, Beitrage zur Morphologie und Biologie der Keimung. Unter- suchungen aus dem bot. Inst. zu Tiibungen, 1885, Rd. I, Heft 4, pag. 536.

2) M. Brandza, Sur l'anatomie et Ie developpement des teguments de la graine chez les geraniacees, lythrariees et oenotherees. Bull. de la Soc. bot. de France 1889, T. XXXVle, 2e 8131'., T. XIa, pag. 417.

3) C. Correns, Uber die Epidermis del' Samen von Cuphea viscosissima.

Bel'. d. Deutsch. Bot. Gesellsch. 1892, Bd. X, pag. 143.

(8)

r

sehreibt Cor r ens das Durehbreehen der AuBenwand mit der Cuticula, die Umstfilpung der Hautsehieht der Haare, die mit einem Ruck statt- findende Umstfilpung ihrer Spitzen, welehe sieh zu BIasen aufbHihen, die Ansammlung der obenerwiihnten Kornehen in den Spitzen der Haare, die ungefiihr ffinffaehe Verliingerung der Haare, mit ^weleh~rdie Umstfilpung verbunden ist, und die Verkfirzung und das Kollabieren der Haare naeh der vollendeten U mstfilpung, was naeh Cor r ens mit einer Abnahme des Turgors zusammenhiingt. Er erwiihnt, daB die Ffillmasse sieh auf die Au.Benseite des siehumstfilpenden Haares verteilt und rnehr oder weniger verquillt; naeh der Umstfilpung beob- aehtet man rings urn das Haar herum eine Spirale und nieht selten wurstformige Protuberanzen an demselben. Aueh erwiihnt Cor r en s, daB die Wiirme die Urnstfilpung besehleunigt.

Was die U rsaehe der U mstfilpung betrifft, so komrnt Cor r ens zu dem SehluB, daB die Erseheinung nieht an das Leben der Epidermis- zellen gebunden sei. Samen die tagelang in Alkohol gelegenhatten, zeigten beim Befeuehten mit Wasser noeh die Erseheinung. Correns sehlieBt sieh der Meinung K 0 h n e s an, daB die Erseheinung rein physikaliseher N aturund nur ein einfaeher Quellungsvorgang seL Die Umstfilpung naeh Befeuehten mit Wasser wird naeh Correns dureh die Quellung def Substanz .in den Epidermiszellen verursaeht, wiihrend die Quellung der Haare, besonders del' Ffillmasse, fiberdies zum Ein- tritt des Prozesses beitrage. Als Cor r ens. die Haare durehsehnitt, hOrte die Urnstfilpung plOtzIieh auf. Dieser Versueh beweist naeh seiner Auffassung deutlieh, daB die treibende Kraft der Umstfilpung nieht in den Haaren selbst, sondern in dem InhaIt der Epidermiszellen ihren Sitz habe.

Bemerkenswert ist noeh die Erkliirung, die Cor r ens von der Ansammlung der Kornehen in der Spitze des Haares gibt. Naeh ihm wandelt die quell bare Substanz in den Epidermiszellen sieh sehIieBlieh in lOsIiehe urn und passiert an der Spitze die Membran. Der innere Druck in den Haaren nimmt demzufolge ab, was die Zusammenziehung der Haare veranlaBt.

SehlieBlieh ersehien im Jahre 1893 noeh eimi interessante Arbeit von G r fi t t e r 1) fiber die Sehleimhaare der Lythraeeen. Dieser be- sehreibt von rnehreren Gesehleehtern den Bau der Epiderrniszellen.

Was Cuphea betrifft, so kommt er der Hauptsaehe naeh zu denselben Resultaten wie Cor r ens. Er halt es aber fUr fraglieh, ob bei den 1) W. Griitter, lIber den Bau und die Entwicklung der Samenschalen einiger Lythraceen. Bot. Ztg. 1893, 51. Jahrg., 1. Abt.,pag. 1.

r _!

(9)

Untersuchungen iiber Osmose. 367 Epidermiszellen und Haaren eine Korklamelle anwesend seL Was die Ausstiilpung der Haare betrifft, welche er besonders bei Lythrum und Cuphea studiert hat, so kommt auch er zu ungefahr denselben Folge- rungen wie Cor r ens. G r ii t t e r legt aber etwas mehr Gewicht auf die Wirkung der Fiillmasse des Haares, deren Quellung nach ihm die einzige und alleinige Ursache des ReiBens der AuBenwand ist. Danach erst beginne die Wirksamkeit del' Substanz, welche das Zellumen aus- fullt. Auch macht er auf die rotierende Bewegung del' aus dem Haare hervortretenden Fullmasse aufmerksam. Die Verlangerung hat nach seiner Auffassung ihre Ursache in del' Umstfilpung und der darauf folgenden Streckung, welehe veranlaBt, daB das umgestfilpte Haar noeh acht- bis zehnmal langeI' wird. N aeh G rut t e r hat die Erseheinung bei Lythrum viel Ahnliehkeit mit del' von Cilphea, ist abel' einfacher.

Die Haare zeigen dort keine schraubenfOrmige Windung und im Zu- sammenhang damit findet keine Streekung statt.

Bei Cuphea und Lythrum hat G I' ^Ut t e r aueh die Entwicklung der Schleimhaare studiert. Dieses Studium veranlaBt ihn, auf die Ver- schleimung der Fiillmasse in den Haaren aufmerksam zu maehen. Ohne diese Versehleimung wurden die Haare nieht aus den Epidermiszellen hervortreten Mnnen. Wie K 0 h n e und Cor r ens ist aueh G I' ^Ut t e r der Meinung, daB die Umstfilpung der Haare nichts anderes sei als eine Quellungserscheinung von totem, organisehem Stoff und kein Lebens- prozeB, was naeh G rut t e r nicht nur aus der Tatsaehe hervorgeht, da3 die Haare in siedendem Wasser- austreten, sondern auch aus der Ab- wesenheit von Protoplasm a in den Epidermiszellen. SehlieBIich erwahnt G r ii t t e r noeh, daB nach langerem Verweilen der Sam-en in Alkohol nach Befeuchten mit Wasser und selbst in siedendem Wasser die Um- stfilpung der Haare nicht mehr stattfindet. G r ii t t e r wagt sieh, wie er selbst sagt, nieht an den Versueh einer Erklarung dieser Tatsache.

Das Interessanteste beim Studium der Samenepidermis der Lythraeeen ist gewiB die Beantwortung der Frage, auf welche Weise die Umstfilpung der Haare verursacht wird. Wie oben erwahnt, sind die drei Forseher, die versueht haben, diese Frage zu lOsen, darin einig, daB naeh ihrer Ansicht die Umstfilpung nicht von dem Leben der Epi- dermiszelfen abhiinge und niehts anderes als ein Quellungsvorgang seL Als ieh selbst die merkwiirdige Erscheinung zum ersten Male bei Cuphea lanceolata heobachtete, kam bald der Gedanke bei mir auf, daB sie eine osmotische Erseheinung ware, die, wie andere in der Natur beobachtete Prozesse, vom Leben abhangig sei. Als ieh die Literatur iiber die Sarnen del' Lythraceen nachschlug und sah, daB andere Forscher

(10)

zu einer ganz anderen Ansicht gekommen waren, und dabei entdeckte, daB fUr mehrere Beobachtungen, die auf die Erscheinung Beziehung hatten, bisher noch keine befriedigende Erklarung gefunden worden war, wie z. B. fUr die Wirkung des Alkohols auf die Epidermiszellen, er- wachte bei mir die Lust, die Erscheinung naher zu studieren. In dieser Publikation habe ich mich auf die Behandlung der von mir bei Cuphea lanceolata angestellten Versuche beschrankt.

Der Bau der Epidermiszellen d~r Samen von Cuphea lanceolata.

Bei Ouphea lanceolata besteht die Epidermis des Samens aus einer Schicht von groBen aneinander anschlieBenden Zellen (Fig. 1 und 2).

Ihre AuBenwand hat die Form eines Vieleckes. Sie ist ein wenig ge- wolbt; die konvexe Seite ist nach auBen gewendet. Die Oberflache des Samens scheint in eine Anzahl Vielecke, meist Sechsecke, geteilt zu

) '

/

;;;, A

'>'~"" kn-I-i".. ...

¹ _2.

l

/J, i, ~ J'~ ~,

Epidermiazelle im Durchschnitt. Epidermiszelle von der Oberflliche aua gesehen.

sein. Bei sieben Zellen bestimmte ich die Dimensionen und fand im Durchschnittfur die Lange 44 ft, fur die Breite 25 ft und fUr die Rohe 48 ft. Die AuBenwand ist etwas dicker als die anderen Wan de.

An der Innenseite der AuBenwand, oft in eine der Ecken, ist ein sehr langes fadenformiges Anhitngsel befestigt, das man mit Recht ein inneres Haar nennen kann. Das fadenfOrmige Anhitngsel ist • stark ge- wunden und fullt einen bedeutenden Teil des Zellumens aus. Es hat die Form einer Schraube mit kurzen Windungen. Die AuBenwand ist mit einer Outicula bedeckt, die man mit verschiedenen Reagenzien, wie JodjodkaliumlOsung und Schwefelsaure, Kaliumchlorat und Salpetersaure, Ohromsaure und Kalilauge, anweisen kann. Durch JodjodkaliumlOsung

--- .... ---~

(11)

Untersuchungen fiber Osmose. 369 und Schwefelsaure von 661/ 2

%

wird sie gelb gefarbt, wahrend die darunterliegende zellulosehaltige Zellwandschicht blau gefarbt wird.

Nach anhaltendem Erwarmen mit Kaliumchlorat und Salpetersaul'e schmilzt sie zu Kugeln zusammen. Del' Chromsaure lei stet sie Widel'- stand und dassel-be gilt fiir siedend heitle 50 %ige Kalilauge. Die zellulosehaitige Schicht geht allmahlich in die Fiillmasse des Haares iiber, das an del' Innenseite der AuBenwand festsitzt. Bemerkenswert ist die groBe Ubereinstimmung, welche die Wand der Epidermiszellen mit der Korkzellwand, den Wanden der Endodermiszellen und mit den Wanden von atherisches

01

enthaltenden Zellen zeigt, kurz mit ver- korkten Zellwanden oder, genauer gesagt, mit Wanden, die eine Kork- lamelle (Suberinlamelle) enthalten.

Wie bei der Korkzellwand kann man bei ·den Epidermiszellen des Samens von Cuphea eine verholzte Wand (Mittellamelle), Korklamelle (Suberinlamelle) und eine zellulosehaitige Schicht (Zelluloseschlauch) unterscheiden. Die verholzte Lamelle ist diinn; sie umgibt die gauze Zelle. In der AuBeuwaud gl'enzt sie an die obeugenannte zellulosehaltige Schicht und bei der Iunenwand an die zellulosehaltigen Wande der subepidermalen Zellen. Zwischen den Epidel'miszellen entspricht sie vollkommen der verholzten Mittellamelle der Korkzellen. DaB die Lamelle verholzt ist, schlieBe ich daraus, daB sie durch Phlorogluzin und Salzsaure rot gefiil'bt wird und daB sie dem Erwarmen mit 50 %iger Kalilauge Widerstand leistet. N ach der Behandlung mit Kalilauge kann man sie mit JodjodkaliumlOSUIl.g und Schwefelsaure als gelb gefarbte Zellwandschicht nachweisen. Die vorhergehende Erwarmung mit Kali- lauge dient dazu, sie von einer Korklamelle, welche dadurch verseift wird, zu unterscheiden. Wenn man aus der Mittellamelle den Holzstoff entfernt hat, z. B. mittelst verdiinnter Chromsaure, so wird sie dnrch Jod und Schwefelsaure blau gefiirbt, was beweist, daB sie auch Zellu- lose en th1ilt.

Innerhalb der verholzten Wand befindet sich die Korklamelle welche ebeufalls sehr diinn ist. Dieselbe ist von C <> r r ens durch An- wendung von Jodreagenzien, Kalilauge, Schwefelsaure und Farbstoffen nachgewiesen. Das Vorkommen einer Korklamelle habe ich bestatigen konnen, aber bei ihrer Nachweisung habe ich vorzugsweise die drei schon von von H 0 h n e 1 empfohlenen Reagenzien benutzt, die ich noch immer als die sichersten und meist spezifischen betrachte, um Ver- korkung oder Kutikularisierung nachzuweisen, namlich Kaliumchlorat und Salpetersaure, Chromsaure und KaIilauge. Beim Erwarmen mit Kalium- chlorat und Salpetersaure schmilzt die diinne Korklamelle der Epidermis-

Flora, Bd. 113. 25

(12)

. zellen der Cuphea-Samen zu Kugeln zusammen (Fig. 3); der Chrom- sli.ure leistet sie Widerstand, wah rend ubrigens mit Ausnahme der Cuti- cula die ganze Epidermis aufgelOst wird; durch Erwarmen mit 50%iger Kalilauge erleidet die Korklamelle eine Zersetzung, eine Verseifung;

die Verseifungsprodukte , die zahlreiche kugelformige Massen bilden (Fig. 4), sind in Wasser loslich; wenn man die Praparate mit Wasser auswascht und mit verschiedenen Reagenzien untersucht, zeigt es sich, daB die Korklamelle aus der Wand verschwunden ist. Wenn man

I Durchschnitte auf mehr als 300⁰ in Glyzerin erhitzt, so erleidet die Korklamelle eine Zersetzung und geht aus der Untersuchung mit den obengenannten Reagenzienhervor, qaB sie wahretld der Erhitzung aus der Zellwand verschwindet.

3

o

00 o.

o o

⁰

o ⁰

00 0

~y

Epidermiszelle nach Erhitzung mit Kaliumchlorat und SalpeterslLure.

Epidermiszelle nach ErwlLrmung mit 50^% iger Kalilauge.

Innerhalb. der Korklamelle . befindet sich noch eine dilnne ZelI- wandschicht, in welcher ich sehr deutlich Zellulose nachweisen konnte.

Nach Erwarmen in 50 %iger Kalilauge oder nach Erhitzen auf mehr als 300⁰ in Glyzerin kann man die losgeloste inn ere zellulosehaltige Schicht der Zellwand deutlich unterscheiden. Nach Losung der Ver- seifungsprodukte in Wasser oder Auswaschen des Glyzerins kann man durch Blaufarbung mit Jod und Schwefelsaure (66¹

/»

0/0) nachweisen, daB jene Zellulose enthaIt. Auchkann man die innere zellulosehaltige Schicht nach einer kurzen Mazeration in verdilnnter ChromsaurelOsung (Fig. 5) oder nach kurzem Erwarmen mit Kaliumchlorat und Salpeter- saure deutlich beobachten. In beiden FaIlen bekommt die Korklamelle

(13)

Untersuchungeu iiber Osmose. 371 Falten und trennen sich die drei Schichten, aus welchen die Zellwand zusammengesetzt ist, voneinander. Die losgelOste inn ere Schicht und die Mittellamelle farben sich mit JodjodkaliumlOsung und 661/ 2 %iger Schwefelsaure blau, wahrelld die gefaltete Korklamelle sich gelb farbt.

Von friiheren Forschern ist die zellulosehaltige inn ere Schicht nicht erwahnt worden.

Wie schon oben erwahnt, kann man bei dem Haar, das auf der Innenseite der AuBenwand festsitzt, eine Hautschicht und eine Fiill- masse unterscheiden. Die Hautschicht zeigt eine spirale Windung und ist stark zusammengefaltet. 1m Zusammenhang hiermit hat die Fiill- masse, wie das Haar, die Form einer Schraube. Bei der Hautschicht habe ich nach einer kurzen Ma-

zeration in Chromsaurelosung mit Jod und Schwefelsaure

(661/ 2 %) sowohl die Kork-

lamelle wie die zellulosehaltige Schicht unterscheiden konnen, welche dann gelb resp. blau gefarbt sind. Besonders nach Er- warmen in 50 %iger Kalilauge und Auswaschen mit" Wasser, wodurch die Korklamelle verseift wird und die Verseifungs- produkte gelOst werden, wird das Haar durch Jod und Schwe-

felsaure deutlich blau gefiirbt, Epidermiszellen nach kurzer Mazeration ill

was auf Rechnung der zellulose- verdiinnter Chromsliurelosung.

haltigen Schicht zu stell en ist. Auch kann man nach Zersetzung der Korklamelle durch Erhitzen auf mehr als 300⁰ in Glyzerin die zellu- losehaItige Schicht mit Jod. und Schwefelsaure nachweisen. Es empfiehlt sich nach dem Erhitien in Glyzerin die Praparate kurze Zeit mit verdiinnter Chromsaure zu behandehi, urn Zersetzungsprodukte und Zell- inhalt zu entfernen. Die Blaufarbung der Haare kann man dann leichter beobachten. Die Verseifung der Korklamelle durch 50 %ige Kalilauge verursacht auf den Haaren die Entstehung zahlreicher, in Wasser IOs- licher BaIlen und Massen (Fig. 4).

AuBer Kalilauge kann man auch Chromsaure und Kaliumchlorat und Salpetersaure benutzen, urn die Korklamelle nachzuweisen. Der Chromsaure l~istet sie bei der gewohnlichen Temperatur Widerstand und Kaliumchlorat und Salpetersaure verursachen beim Erwarmen, daB

25*

(14)

_, '$ $$ Ii _; ±±±±!!l±!!!±!!!EL

die Haare zu Kugeln zusammenschmelzen. Die Korklamelle und die zellulosehaltige Schicht gehen an der Stelle, wo das Haar festsitzt, in die iibereinstimmenden Teile der Zellwand iiber. Die Fiillmasse des Haares, bei welcher ieh keine Zellulose naehweisen konnte, ist oft mehr oder weniger verschleimt oder verfliissigt. Spater komme ich noch auf die Fiillmasse zuriick.

Was die Korklamelle der Epidermiszellen der Cuphea-Samen betrifft, so bemerke ich noeh, daB ich annehme, daB sie, wie die Kork- lamelle der Korkzellwand, zellulosefrei ist. Sonst wiirde sich, wenn man die Korksllbstanz auf die eine oder andere der obenerwahnten Weisen aus der Zellwand entfernt, die zelllllosehaltige Schicht nicht 10slOsen. Phellonsaure, jene eigentiimliche Saure, welche allgemein in den echten Korkzellwanden vorkommt, habe ich in der Korklamelle der Epidermiszellen der Cuphea-Samen nicht finden konnen.

Die Epidermiszellen sind, sofern das innere Haar den Zellrallm nicht in Anspruch nimmt, hallptsachIich mit in Wasser IOslichem Stoff

ausgefiill~. Der Inhalt einiger Epidermiszellen ist rot gefarbt. Daher kommt es, daB der Samen rot gesprenkelt ist. Einmal fand ich blaue Kristalle in einer Epidermiszelle. Naeh dem Austreten der Haare in Wasser sind die Epidermiszellen und Haare mit einer wasserigen Fliissigkeit angefiillt, in welcher Kornchen schwimmen und welehe bei einigen Epidermiszellen rot gefarbt ist. BisweiIen enthiilt sie einzelne kleine farblose Kristalle. Bei Praparaten, die in 20- oder 3001 oigem Spiritus gelegen haben, haben sich Kristallaggregate, meist in der Form von Sphiirokristallen, abgeschieden (Fig. 6). Bringt man Praparate in konzentrierte AntipyrinlOsung, so bildet sieh in den Haaren ein Prazi- pitat von Kiigelchen, die fliissig sind und sich zu groBeren fettahnlichen Kugeln vereinigen (Fig. 7). Dazwischen findet man bisweilen aueh Kristallaggregate, die mit den oben erwahnten vollig iibereinstimmen.

G r ii t t e r hat behauptet, daB in den Epidermiszellen kein Proto- plasma vorkommen sollte. Ich muB gestehen; daB ich ohne Reagenzien in den Epidermiszellen und Haaren keine Protoplasmaschicht unterscheiden konnte. 1m Zusammenhang mit allen von mir erhaltenen Resultaten muBte ieh aber wohl annehmen, daB eine diinne Plasma- schicht an we send war. Ich habe deswegen versueht, sie nachzuweisen.

Durch Plasmolyse mit hyperisotonischen Losungen gelang es mir nicht.

Diese verursachten zwar Zllsammenziehung der Haare, aber keine Plasmolyse. Brachte ich jedoch die Epidermis mit den Haaren in 50 %ige Kalilauge, so 109 das Protoplasmasehichtchen sich mehr oder weniger zusammen und bildete bisweilen einen einzigen Strang in der

(15)

Untersuchungen iiber Osmose. 373 Mitte des Haares (Fig. 8). Urn hinsichtlich der Anwesenheit von Proto- plasma in den Epidermiszellen noch mehr GewiBheit zu bekommen, habe ich die R asp a iIsche Reaktion auf Ei weiBkorper mit konzentrierter ZuckerlOsung und Schwefelsaure angewendet, welche Reaktion mir bei

6 ⁹

7 ⁽

II

⁽

8

Fig. 6. Teil eines Haares mit Sphiirokristallen.

Fig. 7. Teil eines Haares mit Antipyrin-Priizipitat.

Fig. 8. Teil eines Haares mit zusammengezogener Plasmaschicht.

Fig. 9. Teil eines Haares, das sich umstiiipt.

mikrochemischer Untersuchung bessere Resultate Iieferte als die anderen Reaktionen auf EiweiBkorper, namentlich wenn ich etwas verdiinnte Schwefelsaure, von 851/ 2

%,

benutzte 1). Der Inhalt der Epidermiszellen 1) C. van Wisselingh, On intravital precipitates, Recueil des Travaux bo- taniques Neerlandais 1914, Vol. XI, Livr. 1, pag. 21.

I 'I' ~ I

(16)

I'

I!

, ,

I _,

I

, I

374

c.

van Wisselingh,

und Haare wurde rot g~flirbt, liar Farbe entsprechend, welche Proto- plasten annehmen. Wusch ich die mit 50 %iger Kalilallge behandelten Praparate mit Wasser aus, brachte sie darauf in konzentrierte .Zucker- losung und HeB schlieBlich Schwefelsaure von 85_{1/ 2}

%

hinzuflieBen, so zeigte die zusammengezogene Protoplasoiaschicht eine lihnliche Rot- flirbung. Auf Grund dieser Beobachtungen und im Zusammenhang mit allen anderen Resultaten nehme ich an, daB die Wand der Epidermis- zellen und Haare an der Innenseite mit einem' Plasmaschichtchen bedeckt ist.

Die U mstiilpung der Haare. .

Wenn man die Samen von Cuphea lanceolata oder besser noch die Durchschnitte der Samenschale in Wasser bringt, so kann man nach einiger Zeit, nach einer Stun de . oder friiher, das Austreten der Haare aus den Epidermiszellen beobachten .. Die Durchschnitte miissen eine·

derartige Dicke haben, daB unverletzte Epidermiszellen in denselben vorhanden sind. Das Austreten eines Haares ist mit dem Durchbohren oder Durchbrechen der AuBenwand an der Stelle, wo das Haar festsitzt, verbunden (Fig. 4 und 5). Die zellulosehaltige Schicht mit der Cuticula zerreiBt und ein Stiickchen des 'Haares springt plotzlich mit einem Ruck hervor. Die Korklamelle. und die inn ere zellulosehaltige Lamelle, die bei dem Haar die Hautschicht bilden, bleiben intakt. Ein kleiner Teil dieser Hautschicht hat sich dann an der Stelle, wo das Haar festsitzt, umgestiilpt. Dabei ist das Innere nach auBen gewendet worden, auf dieseibe Weise wie bei einem Finger' eines Handschuhs das Innere nach auBen gewendet werden kann. Die Fiillmasse, die das Innere des. Haares ausfiillt, tritt in der Form einer schraubenforinigen Masse hervor (Fig. 9).

Wenn die Erscheinung auf die obenerwahnte Weise angefangen hat, sieht man,. daB das Haar allmlihlich Hinger wird. Bei aufmerk-.

samer Beobachtung kann man feststellen, daB die Verliingerung nicht eine vollkommen gleichmal3ige Bewegung ist. In dem einen Augenblick ist die Geschwindigkeit groBer als in dE}m anderen' und es gibt sogar Augenblicke des Stills tan des. Die Verlangerung des Haares ist bei Cuphea zweifacher Art. Zum Teil ist sie eine Folge der Umstiilpung der Hautschicht, anderenteils eiile Folge der bedeutenden Streckung, welche die Hautschicht direkt nach der Umstiilpung erflihrt. Die Haut- schicht ist vor der Umstiilpung spiralig gefaltet und nach der Um- stiilpung derart gestreckt, daB der spiralige Bau nicht mehr oder kaum wahrnehmbar ist (Fig. 9). Bisweilen kommt es jedoch vor, daB ein

(17)

Untersuchungen iiber Osmose. 375 Stuck eines Haares noch deutlich die spiralige Wendung zeigt (Fig. 10).

Nach vorgenommenen Messungen erreichen bei Ouphea lanceolata die Haare eine Lange, die das Fiinf- bis Sechsfache der Lange der noch nicht umgestiilpten Haarebetragt. Wahrend die Hautschicht des Haares sich umstiilpt, BUilt die FiiIlmasse die Korklamelle los und kommt in der Form einer schraubenformigen M;asse nach auLlen (Fig. ^9). Manch- mal bleibt beim Austreten die Fiillmasse intakt (Fig. 11), meist aber reiLlt das Schraubengewinde ab, das in Form einer wei ten Spirale (Fig. 7 und 9) urn das umgestiilpte Haar herumsitzen bleibt. Durch Rutheniumrot und Methylviolett wird die Fiillmasse intensiv gefarbt.

Das Schraubengewinde ist dann urn das Haar herum leicht ¹⁰ wahrnehmbar. Beim Austreten macht die Fiillmasse rund

urn die Spitze des Haares eine rotierende Bewegung. Diese

" hangt mit.dem spiraligen Bau zusammen.

Sie ist ebensowenig, wie die Verlange- ¹¹ rung des Haares, eine vollkommen gleich-

miiBige. Manchmal gibt es Augenblicke des Stillstandes. Dann und wann bricht die Fullmasse ab, die gewohnlich in Form von schraubenfOrmigen Stucken an unbestimmten Stellen an demHaar hangen bleibt (Fig. 9). Nicht immer sieht man Fullmasse hervortreten. Die Fullmasse ist oft mehr odeI' weniger verschleimt oder zerflossim, und dann beobachtet man keine schraubenformigen rotierenden Stucke rund urn die Spitze des Haares. Die scWeimige Beschaffen- heit der Fullmasse erteilt den Haaren

Fig. 10. Teil eines Haares, das nach der Umstiilpung noch deutlich . spiralige Wen dung zeigt.

Fig. 11. Umgestiilpte Spitze eines Haares.

eine schleimige Oberflache. Deswegen hat man sie auch Schleimhaare genannt. Au verschiedenen Korperchen, wie Erdkliimpchen und Sand- kornchen, heften sie sich an.

Wie ich schonoben erwahnt 'habe, ist die Verlangerung del' Haare keine vollkommen gleichmaBige Bewegung und findet stoLl weise statt. Uberdies ist die mittlere Geschwindigkeit wahrend der ganzen Umstiilpung,d. h. die Langenzunahme wahrend einer gewissen Zeit- dauer, z. B. wahrend einer Minute, verschieden. Oft habe ich fest- . stell en konnen, daLl die Geschwindigkeitper Minute zunimmt.· Die

Umstiilpung der Spitze des Haares. geht sehr schnell, wie mit einem Ruck vor sich. Unten folgen einige Angaben, welche sich auf die bei

(18)

i i

376

c.

van Wisselingh,

vier Haaren von mir bestimmte Gesch windigkeit beziehen. Die Langen- zunahme ist in ft per Minute angegeben. Ein Strich bedeutet eine kurze Unterbrechung der Beobachtungen, welche wegen notwendiger Verlegung des Praparates unumganglich war.

1. Versuch (Llinge des Haares beirn Anfang des Versuches 80 ,,):

32, 24, 32, 28, 36, 48, 56, 64, 72, 76, 80, 84, 108, 116, 120, 140, 140, 8chlielUich Urnstiilpung der Spitze.

2. Versuch (Lange des Haares beirn Anfang des Versuches 200 ,,):

28, 32, 32, 32, 28, 16, 8, 20, 40, 40, 44, 72, 80, 100, 100, 128, schlie~

lich Urnstiilpung der Spitze.

3. Verluch:

20, 20, 20, 20, 20, 20, 20, 16, 20, 24, 20, 16--16, 24, 32, 24, 32, 28, 20, 24, 32, 28--28, 44, 28, 36, 40, 28, 40, 44, 36, 48--60, 72, 64, 56, 56, 68, 52, 48, 56, 60, 52, 64, schlie~lich Urnstiilpung der Spitze.

4. Versuch:

6, 4, 4, 6, 8, 8, 8, 10, 8, 8, 8, 10, 8, 10, 14, 10, 6, 12, 6, 10, 10, 2, 2, 0, 2, 4, 6, 2, 6, 2, 2, 6, 4, 2, 0, 0, 0, 0, 2, 2, 0, 0, 2, 4, 2, 1, 1, 0, 2, 4, 2, 8, 6, 6, 2, 0, 0, 8, 4, 8, 6, 6, 8, 8, 8, 8, 14, 12, 11--4, 8, 14, 8, 12, 14--20, 24, 24, 20, 32--16, 24, 24, 28, 28, 28, 24, 28, 32, 32, 28, 20--20, 20, 16, 24, 20, 32, 32, 52--64; 68, 64, 72, 48, 44--44, 44, 44, 32, 32, 12, 64, 60, 8chlie~lich Urnstiilpung der Spitze.

Die Spitzen der ganz umgestfilpten Haare sind keulenformig an- geschwollen (Fig. 11). Von de~ Spitze nach der Basis nimmt die Dicke der Haare allmahlich zu. Die Dicke betragt im Durchschnitt unterhalb der keulenformigen Spitze 7% ft und bei der Basis 9% ft. Die Lange der ganz ausgestiilpten Haare ist sehr bedeutend. Die Lange von zwolf von mir gemessenen Haaren wechselte von 1160 bis 2400 ft.

Wahrend der Umstiilpung bewegen sich Kornchen, welche sich im Zellsaft befinden, nach der Spitze des Haares zu und werden mit dem Teil, der sich noch umstiilpen muB, mitgefiihrt. Sie sammeln sich in der Spitze an. Wenn die Umstiilpung beendet ist, sind sie dort in groBer Zahl vereinigt.

Nach der Umstiilpung konnte ich oft feststelIen, daB die Haare sich noch etwas streckten. Es dauert aber nicht lange, bis die Haare sich wieder verkiirzeu. Diese Verkurzung geht sehr langsam vor sich.

Allmahlich wird der spiralige Bau der Haare wieder deutlicher wahrnehmbar. Beobachtet man nach einem Tage die langen, fast geraden, gestreckten Haare wieder, so sieht man, daB sie stark zusammengezogen und gebogen sind.

Fiir das Austreten der Haare aus den Epidermiszellen ist es nicht bestimmt notig, daB die Samen oder die Durchschnitte der Samen sich in Wasser befinden. Auch in feuchter Luft tritt die Erscheinung

(19)

"

it

Untersuchungen iiber Osmose. 377

auf, aber die Umstiilpung geht nicht so schnell vor sich wie im Wasser, was aus einigen Beobachtungen bei Haaren aus demselben Samen hervorgeht. Die untenstehenden Angaben beziehen sich auf diese Beob- achtungen. Die Zahlen geben die Langenzunahme der Haare per Mi- nute in ft an. Die Striche bedeuten kurze notwendige Unterbrechungen in den Beobachtungen.

1. Versuch: Haar in feuchter Luft, Lange beirn Anfang des Versuches 120 1':

45, 75, 60, 60, 75, 60, 90, 90--75, 55, 65, 105, 90--90, 120.

2. Versuch: Haar in feuchter Luft, Lange beirn Anfang des Versuches 150 1':

83, 60, 45, 53, 53, 38, 38, 45, 23--23, 19, 27, 27, 27, 53, 68, 23, 19, 34, 53, 38, 38, 23, 23, 30, 53, 90, 60, 30, 30.

3. Versuch: Haar irn Wasser, Llinge beirn Anfang des Versuches 1501':

135, 195, 263.

4. Versuch: Haar irn Wasser, Lange beirn Anfang des Versuches 1501':

128, 195, 263, 285, 360.

Wenn man die Haare in feuchter Luft austreten IaBt, kann man leicht feststellen, daB der Same und die Haare mit einer feuchten, schleimigen Substanz bedeckt sind.

An dieser Stelle will ich noch etwas iiber das Verhalten der durchgeschnittenen Haare im Wasser einschalten. Bringt man einen trockenen Durchschnitt eines Samens in Wasser, so

kommen nach einiger Zeit aus den angeschnittenen 13

Zellen Stiicke der Haare hervor. Diese Stiicke (Fig. 12) strecken sich, ohne daB sie sich umstiilpen, bedeutend, aber durchaus nicht in solchem Grade, wie

die Haare, welche aus unverletzten Zellen 12.

hervorgehen. Der spiralige Bau bleibt deutlich wahrnehmbar. Wenn man ein unver- Ietztes, auf normale Weise aus einer Epider- miszelle ausgetretenes und noch gestrecktes Haar durchschneidet, so ziehen die Teile sich sofort zusammen, so daB der spiralige Bau wieder sehr deutlich wahrnehmbar wird.

Die spiralige Windung ist ungefahr so stark wie die bei den Stiicken von Haaren aus angeschnittenen Zellen, wenn diese wahrend einiger Zeit in Wasser gelegen haben.

Die obige Beschreibung der Umstiil~

pung der Haare im Wasser bezieht sich auf

Fig. 12. Stiick eines Haares aus einer angeschnittenen Zelle.

Fig. 13. GestOrte Urnstiilpung.

den normalen Verlauf der Erscheinung. Es gibt aber auch Abweichungen.

Es kann geschehen, daB die Umstiilpung gestOrt wird. und das noch

:1

,

(20)

Ii

Iii

nicht umgestiilpte Ende des Haares festsitzen bleibt. Dies hat zur Folge, daB der vordere Teil des noch nicht umgestiilpten Haares aus- gereckt wird und das Ende des Haares sich beugt. Kommt der noch nicht umgestiilpte Teil wieder los, so stellt der normale Verlauf sich schnell wieder her. Die StOrung ist bleibend, wenn das Ende des Haares umgebogen ist und doppelt gefaltet in dem umgestiilpten Teil, der nach der Spitze zu enger wird, dauernd festsitzen bleibt (Fig. 13).

Die Erklarung der U mstiilpung.

Wie in der historisch~n Ubersicht erwahnt ist, haben friihere Forscher verschiedene Griinde angefiihrt, um zu beweisen, daB das Austreten der Haare aus den Epidermiszellen nicht vom Leben abhangig sei. Auf Grund einer groBen Anzahl Versuche bin ich zu der entgegengesetzten Meinung gekommen. Bevor ich diese rlarlege, will ich erst nachweisen, daB die von anderen Forschern angefiihrten Griinde, nach welchen das Leben keine Rolle bei der Erscheinung spiele, nicht beweisend sind.

Zuerst will ich die von K 0 h n e gemachte Beobachtung besprechen, nach welcher das Austreten der Haare auch in siedendem Wasser stattfindet. Bei Cuphea lanceolata habe ich mich von der Richtigkeit dieser Beobachtung iiberzeugen konnen, aber meiner Meinung nach beweist sie nicht, datl das Protoplasm a der Epidermiszelhm schon getOtet ist, sobald das Wasser, in welchem sich die Samen odeI' Durchschnitte befinden, siedet, was offenbar von K 0 h n e angenommen wird. Beim

Er~armen bis auf die Siedetemperatur geht die Ausstiilpung sehr schnell vor sich, und die Epidermiszellen brauchen dann nur noch sehr kurze Zeit zu leben, urn die Erscheinung zu volliger Entwicklung kommen zu lassen. Es gibt viele Beispiele von Protoplasten. die einer Tempe- ratur von 100⁰ C und hOher wahrend langerer oder kiirzerer Zeit Widerstand leisten konnen. Die Epidermiszellen der Samen von Cuphea lanceolata konnen dies ebenfalls, wie ich an einer anderen Stelle in dieser Publikation nachweisen werde. Werden sie jedoch so lange einer hOheren Temperatur ausgesetzt, daB die Protoplasten absterben, so findet das Austreten der Haare im Wasser nicht mehr statt. NUl"

kommt es nach Befeuchten mit Wasser nach einiger Zeit manchmal vor, daB die AuBenwand zerreiBt und ein kleines Stiickchen des Haares hervortritt, was durch Quellung verursacht wird. Weitergeht die Um- stiilpung aber nicht. Dazu miissen die Epidermiszellen lebend sein.

Nach Corren s kann die Erscheinung nicht vom Leben abhangig sein, weil bei Samen, die tagelang in Alkohol gelegen haben, das Aus-

(21)

Untersuchungen tiber Osmose. 379 treten der Haare im Wasser ebensowohl stattfindet, wie bei nicht mit Alkohol behandeIten Samen. Auf Grund von Versuchen iiber den Ein- fluB von Alkohol auf die Epidermiszellen, welche ich nachher beschreiben werde, nehme ich aber an, daB die Resistenz der Epidermiszellen gegen Alkohol bedeutend groBer ist als Cor r ens gemeint hat.

G r ii t t e r hat die Ab wesenheit von Protoplasma in den Ep~dermis- • zellen als Argument gegen die Moglichkeit angefiihrt, daB das Aus- treten der Haare einLebensprozeB sein sollte. Mit HiIfe von Reagenzien habe ich aber nachgewiesen, daB die Wand der Epidermiszellen und Haare mit einem Plasmaschichtchen bedeckt ist.

Cor re n s und G r ii t t e r meinen, daB in den Epidermiszellen ein Schleimstoff vorkommt, der durch Anschwellung im Wasser die Um- stiilpung der Haare verursacht. Icll selbst habe in den Haaren keinen Schleimstoff . beobachten konnen. Der Inhalt der Epidermiszellen gibt mit Wasser eine Losung, aus welcher man wie oben erwahnt, verschiedene Stoffe prazipitieren· kann.

J etzt werde ich die Resultate m.einer Versuche erwahneon, die dartun, daB das Austreten der Haare eine Erscheinung ist, fUr welche Leben Bedingung ist. Zuerst will ich mitteilen, was ich bei der ^°Ein- wirkung von Giften beobachtete. Stark wirkende Gifte, z: B. eine Jod- jodkalium15sung oder eine Losung von Bromium oder Osmiumsaure verursachen, daB die Erscheinung sofort aufhOrt. Auch wenn man ziemlich verdiinnteLosungen benutzt, ist das der Fall. Stud1ert man die Einwirkung schwacherer Gifte auf die Epidermiszellen vor und ^° wahrend der Umstiilpung der Haare, z. B. einer 1/10 Normal-Sublimat- losung, so bemerkt man, daB die Erscheinung durch verdiinute Losungen nicht zum Stillstand gebracht wird. Eine lange Einwirkung ist aber schadlich. Bringt man trockene Durchschnitte der Samen in eine

1/10 Normal-SublimatlOsung, so wird das Austreten der Haare ver-

hindert, oder man bemerkt, daB die Bewegung bedeutend langsamer ist als unter normalen Verhaltnissen, und da6 halbwegs Stillstand eintritt.

Nicht weniger als die Einwirkung von Giften beweist das Ver- halten hOhe~en Temperaturen gegeniiber, daB das Austreten der Haare yom Leben abhangig ist. Wie oben erwahnt, schieBen die Haare in siedendem Wasser mit groBer Geschwindigkeit aus den Epidermiszellen hervor und vollzieht sich die Umstulpung schnell. Dies hat man als ^° Beweis angefiihrt, daB das Austreten der Haare nicht mit dem Leben zusammenhange. Ich bin aber zu dem Resultat gekommen, daB das Austreten darum auch in siedendem Wasser stattfindet, weil die Epi-

(22)

•

derrniszellen ziernlich hohe Temperaturen vertragen konnen. War abel' vor der Uberfiihrung in Wasser die Temperatur hoch genug und bHeb ihr EinfluLl lange genug wirksam urn die Epidermiszellen zu toten, dann kann man die Erscheinung, namlich das Austreten der Haare oder die Verlangerung der schon ausgetretenen, nicht mehr beobachten.

Unten werde ich einige Versuche mitteilen, welche sich auf den EinfluLl hOherer Temperaturen beziehen. Trockene Samen, die wahrend einer Stun de auf gut 120⁰C erwarmt worden Waren, zeigten im Wasser nach einiger Zeit das Austreten der Haare auf voIIkommen norm·ale·

Weise. Werden die Samen aber in trockenem Zustand wahrend einer Stunde auf gut 150⁰C erwarmt, so kornmen nach langem Liegen oder Kochen im Wasser wohl aus einigen Epidermiszellen kleine Stfickchen der Haare hervor, aber die eigentliche Erscheinung, d. h. die anhaltende Umstiilpung und Verlangerung der Haare, kann man nicht beobachten.

lch wiinschte den EinfluLl hOherer Temperatur auch bei den Epi- dermiszellen in feuchtem Zustand zu studieren und nahm darurn meine Zuflucht zu Losungen von Sac~harose. Wie oben erwahnt, stfilpen die Haare sich beim Erwarmen im Wasser bald urn und dies habe ich durch die Anwendung konzentrierter Zuckerlosungen verhindert.

Einen irockenen Samen brachte ich in 60

%

ige ZuckerlOsung, kochte wahrend fiinf Minuten und brachte ibn darnach. in Wasser.

N ach einiger Zeit traten die Haare auf normale Weise aus den Epi- dermiszellen hervor. Einen anderen trockenen Sarnen behandelte ich . auf dieselbe Weise mit 25

%

iger Zuckerlosung. Sehr viel Haare waren damals halbwegs ausgetreten, wurden abel' in der Zuckerlosung nicht langeI'. Darnach kochte ich den Samen hintereinander nochmals wahrend 5, 10 und 30 Minuten mit 25 % iger Zuckerlosung. Die Haare stiilpten sich abel' nicht weiter urn. Als ich jetzt den Samen in Wasser brachte, stiilpten die Haare sich vollig urn. J odjodkaliumlOsung brachte die Er- scheinung sofort zum Stehen. Nach Erwarmen wahrend einer halben Stunde auf 110⁰ C in Zuckerlosung von 25 oder 60 % konnte ich nach Uberfiihrung del' Sam en in Wasser vollige Umstiilpung del' Haare beobachten. Nach Erwarmen wahrend einer Stund(l auf 105⁰ C in 25

Ofo

iger Zuckerlosung konnte ich feststellen, daLl viele htllbwegs umgestiilpte Haare im Wasser sich weiter umstfilpten; dies ging abel' sehr langsam vor sich und oft war die Umstiilpung unvollkommen. Erhitzte ich Samen wahrend 3/4 Stunden in 25 %iger ZuckerlOsung auf 130⁰C odeI' wahrend einer Stun de in 25- odeI' 60

%

iger ZuckerlOsung auf 120⁰ C, so konnte ich nach Uberfiihrung in Wasser keine U m- stiilpungen mehr bei den Haaren bemerken.

(23)

Untersuchungen iiber Osmose .. 381 Die oben erwahnten Resultate kann man nur dlJfCh die Annahme erklaren, daB das Austreten der Haare mit dem Leben der Epidermis- zeUen zusammenhangt und daB diese wahrend einiger Zeit Temperaturen von 100⁰ und etwas mehr Widerstand leisten k6nnen, ohne daB sie get6tet werden. Werden sie noch hOheren Temperaturen ausgesetzt, so wird das Leben ausge16scht und kann die Erscheinung nicht mehr eintreten.

Interessant ist es, den EinfluB von Alkohol auf die Epidermis- zellen zu studieren. lch stellte erst einige Versuche an mit Spiritus von 10, 30, 50, 70 und 90 Volumenprozenten undmit absolutem Alkohol und darnach mit Spiritus von 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 und gO Vol. - Proz. und absolutem Alkohol. In schwachem Spiritus, z. B. von 10, 20 und 30

%,

treten die Haare aus den Epidermiszellen und ist zuletzt die Umstiilpung vollkommen. In starkerem Alkohol, z. B. von 50

%

und dariiber findet keine Umstiilpung statt, aber wenn die Einwirkung nicht zu lange gedauert hat, tritt nach Uberfiihrung der Sam en oder Durchschnitte in Wasser die Erscheinung ein. Der Alkohol wirkt offen bar nachteilig. Sehr bemerkenswert ist hierbei noch, daB Spiritus von 70 und 80% am meisten nachteilig ist, mehr als schwacherer und starkerer Spiritus und vie ^I schadlicher als absoluter Alkohol. Wenn die Sam en oder Durchschnitte 12 oder 14 Tage in absolutem Alkohol gelegen haben, findet nach Uberfiihrung in Wasser die Umstiilpung noch auf normale Weise statt. Wenn sie aber 2 oder 3 Tage in Spiritus von 70

%

verweilt haben, tritt nach Uberfiihrung in Wasser die Erscheinung nicht mehr auf. Ehe die Erscheinung ganz ausbleibt, findet man Zustande, bei denen sie abgeschwacht ist, d. h. bei den en die Bewegung langsamer ist als unter normalen Verhaltnissen.

Die oben erwahnten Resultate entsprechen den Resultaten, welche die Bakteriologen beim Studium der desinfizierenden Eigenschaften des Alkohols erzielt haben. Sie haben fe~tgestellt, daB absoluter Alkohol in geringerem MaBe Bakterien totet als Spiritus von 70

%,

bei welcher Konzentration die bakterientotende Wirkung das Maximum erreicht 1).

Dieses Resultat hat mich nicht wenig in der Uberzeugung bestarkt, daB das Austreten der Haare vom Leben abhangig ist. Wie erwahnt, konnte G r ii t t e r nicht erklaren, warum Sam en, die sehr lange in ab-

1) Beyer, Zeitschr. ^f.Hyg. u. Inf.-Krankh. 1911, Bd. LXX, pag. 225.

S. Tij m s tra, Pourquoi l'action bactericide de l'alcool est porM ^11. son plus haut degre d'intensite par une concentration de 700;.. Folia microbiologica II, pag. 162. Referat, Pharm. Weekblad 1914, p. 1534.

(24)

, '

! I

solutem Alkohol gelegen hatten, nach Uberfiihrung in Wasser die Er- scheinung nicht mehr zeigten. Darfiber braucht man sich nicht mehr.

zu wundern, wenn man annimmt, daB die Erscheinung yom Leben abhangig ist und das Protoplasma der Epidermiszellen durch sehr lange Einwirkung von Alkohol getotet wird. DaB nach uicht zu langer Be- handlung mit absolutem Alkohol die Erscheinung nach Uberffihrung der Samen in Wasser noch auf tritt, beweist nicht, wie Cor r ens meint, daB die Umstfilpung kein LebensprozeB ist, sondern nur, daB es lange dauert, bis das Protoplasma getotet worden ist.

Wahrend . durch die obenerwahnten Untersuchungen festgestellt ist, daB das Austreten der Haare yom Leben abhangig ist, wird durch nachstehende Versuche die Natur der Erscheinung klargelegt. Aus einer groBell Anzahl Versuchen mit Losungell' verschiedener Stoffe von verschiedener Konzelltration, llamlich mit Losungen von Saccharose, Salzen, organischen Sauren, Glyzerin, Alkohol, Ureum, Alltipyrill, Tannin usw. und aus Versuchen bei verschiedenell Temperaturen, hat sich llamlich ergeben, daB das Phanomen der Hauptsache nach eine osmotische, mit dem Leben zusammenhangende Erscheinung ist, die wichtige Anknfipfungspunkte mit anderen osmotischen Erscheinungen darbietet, wie sie Hug 0 de V r i e s, was das Pflanzenreich betrifft, ausfiihrlich beschrieben hat.

Zuerst untersuchte ich die austretenden Haare mit Saccharose- losungen verschiedener Konzentration. Ich brachte sukzessive die Durch- schnitte der Samen in starkere Losungen. Bei den Beobachtungen be- schrankte ich mich jedesmal auf ein Haar. Je nachdem die Konzentration starker wird, werden die Bewegungen langsamer, bis die Konzentration so stark ist, daB alle Bewegungen und die Verlangerung des Haares aufhoren.. Mit Hilfe eines Okularmikrometers kann man diesen Punkt leicht feststellen. Uberfiihrung in eine Losung starkerer Konzemration hatte zur Folge, daB das Haar sich etwas zusammenzog. W urde danach das Praparat in eine schwachere Losung oder in Wasser gebracht, so trat die Erscheinung wieder auf.

Die Konzentrationen' der SaccharoselOsungen, welche ausreichen, urn die Verlangerung der Haare zum Stillstand zu bringen, sind nicht nur bei verschiedenell Samell, sondern auch bei verschiedeuen Haaren desselben Sam ens verschieden und wahrend der Dauer des Prozesses auch bei einem und demselben Baar.

In ungeflihr 25 Fallen habe ich bestimlllt, welche Konzentrationen notig waren, um die Bewegung zum Stillstand zu bringen. Die schwachste Losung enthielt auf 100 g Wasser 14,6 g Zucker, die starkste 36 g,

(25)

Untersuchungen tiber Osmose. 383 welche Konzentrationen 0,427 und 1,052 Mol Zucker auf 1 I Wasser entsprechen .

. Mit Losungenvon Salzen und anderen Stoffen wurden ahnliche Resultate erzielt, aber von den SalzlOsungen geniigten schwachere Kon- zentrationen, urn' die Erscheinung zum Stillstand zu bringen. Dies gilt, wel!n man die Menge der Substanz, die in ei~er bestimmten Menge Wasser aufgelOst worden ist, in Grammen angibt und auch, wenn man sie in Molen angibt. In 45 Fallen habe ich bestimmt, wie stark die benutzte Chlornatriumlosung war, welche ausreichte, urn die Er- scheinung zum Stillstand zu bringen. Die schwachste Chlornatrium- iosung enthielt auf 100 g Wasser 1,469 g Chlornatrium, die starkste 4,746 g, welche Konzentrationen 0,251 und 0,8 Mol Chlornatrium auf 1 I Wasser entsprechen. Die Untersuchurig von 18 Haaren mit Ka- liumnitratlosungen ergab 1,911 und 9,897 g Kaliumnitrat auf 100 g Wasser oder 0,188 und 0,942 Mol auf 1 I, ond die Untersuchung von 9 Haaren mit Kaliumsulfatlosungen ·4,1 und 9,6 g Kaliumsulfat auf 100 g Wasser oder 0,235 und 0,550 Mol Kaliumsulfat auf 1 1. DaB die Salzlosungen, deren Konzentrationeri ausreiehen, dem Phiinomen Einhalt zu tun, also die LosungEm von Elektrolyten, weniger Mol geloster Substanz enthalten als die SaccharoselOsungen, die dazu imstande sind, stimmt mit der Ansicht, daB die Umstiilpung der Haare eine osmotische Erscheinung ist, iiberein.

SteUt man Versuche mit Stofferi an, fiii' welche das Protoplasma einigermaBen permeabel ist, z. B. mit Glyzerin, so kann man mit einer hyperisotonischen Losung das Fortschreiten' des Phli.nomens wohl ver- hindern und selbst geringe Zusammenziehung der Haare verursachen, aber nach einiger Zeit treten die Bewegungen der Haare wieder ein und verlangern diese sich wieder, obschon langsamer als. im Wasser.

. Wendet man Stoffe an, die das Protoplasma sehr leicht durchgehen lli.Bt, z. B. Alkohol oder Ureum, so miissen die Durchschnitte direkt in sehr starke Losungengebracht werden, urn die Erscheinung zum Stillstand. zu bringen und Zusammenziehung der Haare zu verursachen. Nachstehend finden sich Angaben iiber die Verlangerung einiger Haare, die abwechselnd in Wasser und Spiritus verschiedener Starke untersucht wurden. Die Verlangerung ist per Minute und in p angegeben.

l. VerBuch:

in Wasser: 68,

in Spiritus von 10 Vol.-Proz.: 46, 04, 88, in Wasser: 136, 120, 148.

Untersuchungen tiber Osmose.