(JBER DEN FEINBAU DER FILOPODIEN INSBESONDERE IHRE DOPPELBRECHUNG BEI MILIOLA u

W. Jo SCHMIDT

(Aus dem deutsch-italienisclmn Institut ftir Meercsbiologic in Rovigno d'Istria und dem Zoologischen Institut GieBen) Mit 4: Texffiguren Eingegangen am 30. Januar 1937

I. Erw~igungen fiber Feinbau und Bildung der Filopodien I m Jahre 1875 entdeckte Th. W. E n g e l m a n n 1) die D o p p e l b r e c h u n g der mit Achsenfaden versehenen Pscudopodien (Axopodien) yon Actinosphaerium eichhornii. Bei Untersuchung des in einem hohen Wassertropfen freischwebenden lebenden Heliozoons im polarisierten Lichte bei 100facher VergrSBerung erschienen alle Strahlen leuchtend, deren Lgnge einen Winkel mit den Schwingungsrichtungen der l~ikols bildete, am meisten die, welche unter 450 dazu orientiert waren und in der Ebene des Gesichtsfeldes lagen. Vollkommen dunkel dagegen waren alle Pseudopodien, deren Lgnge in eine der Polarisationsebenen riel, gleichgtiltig, welches ihre bIeigung gegen die Ebene des Sehfeldes war. Da nun welter gemgB Prfifung mit einer Gipsplatte die Axopodien positiv in bezug auf die Lgnge wirkten, so schlieBt E n g e l m a n n mit Recht aus der Gesamtheit seiner Beobachtungen: jeder Protoplasmastrahl ist p o s i t i v doppelbrechend mit ]gngs verlaufender optischer Achse. l~icht nur die frei vorstehenden Teile der Pseudopodien wirkten in der gesehilderten Weise, sondern auch ihre durch die Rindenmasse nach der Mitre des Tieres gehenden radigren Verlgngerungen, die AehsenfiJ~den. Ob bei den e r s t e n nur der stgrker lichtbreehende Achsenfaden (das Stereoplasma) oder auch die oberflgchliche Schicht, in der die K6rnchenbewegung sich abspielt (das Rheoplasma), doppelbrechend ist, lgBt E n g e l m a n n unentschieden; doeh ersehienen ihm die Pseudopodien in ihrer ganzen Dicke optisch anisotrop zu sein. S. A w e r i n z e w ~) bestgtigte die Beobachtungen E n g e l m a n n s an Actinosphaerium, wghrend er bei L o b o p o d i e n keine Doppelbrechung wahrnahm. Ich mSchte aber beilgufig bemerken, dab ich bei kriechenden Am6ben am Rande des K6rpers deutlich Doppelbrechung feststellen konnte yon positivem Vorzeichen in bezug auf die Tangente der Oberflgchea). x) Contractilit/~t und Doppelbrechung, Pfliigers Arch. 11, 432--464. 2) Rhizopoda I u. II, Tray. 8oe. Imp. Nat. St. P6tersbourg 36, 2 (1906) p. 9. 8) Iq/~heresbei W. J. Schmidt. Die Doppelbreehung von Karyoplasmu, Zytoplasma und Metap]asma. Protoplasma-Monographien l~r. ll. Berlin 1937. 38*

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D o r i s L. 1V[ackinnonl), eine Schfilerin yon F. V l b s , h a t 1909 fiber die Beobachtungen E n g e l m a n n s hinausgehend auch eine schwache Erhellung des KSrpers y o n Actinosphaerium im ganzen zwischen gekreuzten Nikols wahrgenommen, die sieh yon dem kr/~ftigen Aufleuchten yon Nahrungseinschlfissen und dergl, sieher unterscheiden lief3. Weiter aber prfifte sie die A b h S m g i g k e i t der Doppelbrechung fixierter Axopodien yon der B r e e h z a h l d e s B e o b achtungsmediums. Nach M a c k i n n o n s Angabe heben Nelken61 (nD = 1,53) und Kreosot (rid ~ 1,54) die Doppelbrechung auf, w/~hrend sie in Flfissigkeiten niederer Brechzahl, wie Wasser (n D = 1,33), oder h6herer, wie Monobromnaphthalin (riD = 1,66), deutlich ist. Teils wurden immer neue Tiere in Flfissigkeiten unterschiedlicher Breehzahl beobachtet, teils das gleiche I n d i v i d u u m naeheinander in gewechselten Medien untersueht. Das Ergebnis stimmte in beiden F/~llen fiberein. Die Autorin deutet auf Grund dieser Befunde das Aufleuchten der Pseudopodien als , , D e p o l a r i s a t i o n " , wobei im Sinne y o n F. Vl~s 2) unter diesem A u s d r u c k jede Doppelbrechung verstanden wird, die weder durch Kristallstruktur bedingt ist, noeh an einem in einem Kraftfeld befindlichen KSrper erseheint. I m Sinne der inzwischen fortgesehrittenen Einsiehten fiber die Doppelbrechung der Kolloide (vgl. W. J. S c h m i d t 1934) 8) wfirde der Befund yon M a e k i n n o n als p o s i t i v e F o r m d o p p e l b r e c h u n g (St/~bchendoppelb r e c h u n g) anzuspreehen sein ,woraus sich die Anwesenheit a n i s o d i a m e t r i s e h e r parallelisierter S u b m i k r o n e n ergibt, die nach der Aehse des Pseudopodiums gestreckt sind ; denn nach der W i e n e r sehen Theorie der Formdoppelbrechung (vgl. W. J. S e h m i d t 1934 a. a. 0.) f~tllt die grSitere Dimension der Teilehen stets mit der grol~en Aehse der wirksamen Indexellipse zusammen. FaSt m a n die genannten Befunde in dieser Weise auf, so besitzen die Pseudopodien yon Actinosphaerium eine Art F a s e r s t r u k t u r. N a c h G. R o s k i n (1925) 4) und A. R u m j a n t z e w & E. W e r m e l (1925) 5) sind an Sehnittpr/~paraten yon A ctinosphaerium-Pseudopodien tats/~ehlieh F i b r i 11e n nachweisbar, die im Beginn der Bildung des Axopodiums als undeutlieh fadenartige StrSme in seinem Inneren erscheinen, allm/thlich klarer hervortreten u n d sich r6hrenartig anordnen. A m freien E n d e des Pseudopodiums geht die t~Shre in ein einfaches Bfindel yon Fibrillen fiber, deren Zahl immer mehr abnimm~, so da$ an der Spitze nur noeh wenige feinste F/tserehen vorhanden sind. Da M a e k i n n o n (a. a. O.) das Verschwinden der Doppelbreehung bei Durchtr~tnkung der Pseudopodien mit einer Fliissigkeit yon ihrer Brechzahl 1) Optical properties of contractile organs in I-Ieliozoa. Journ. of Physiol. 38 (1909), 274 258. 3) Propri6t6s optiques des muscles. Paris 1911 (s. S. 194--217). s) Polarisationsoptische Analyse des submikroskopischen Baues yon Zellen und Geweben. Handb. biol. Arbeitsmethoden, Abt. V, Tell 10, 435--665 (1934). 4) Uber die Axopodien der Heliozoa und die Greiftentakeln der Ephelotiden. Arch. Prot. 52, 207--216 (1925). 5) Untersuchungcn tiber den Protoplasmabau yon Aetinosphaerium eichhornii. Arch. Prot. 52, 217--264 (1925).

Ober den Feinbau der Filopvdien, insbesondere ihre Doppelbrechung bei Miliola 589 nur an ihrem Verl6schen in Diagonallage zwischen gekreuzten Nikols feststellte, sich nicht feinerer Prfifungsverfahren bediente, erscheint es mir zweifelhaft, ob die Doppelbrechung der Pseudopodien n u r Formdoppelbrechung ist, oder ob nicht vielmehr wie bei allen n~her geprfiften faserigen Bildungen aus eiwei6artigem Material (z. B. Myofibrillen) neben Formdoppelbrechung, beruhend auf der Parallelisierung st~biger Submikronen, auch E i g e n d o p p e l b r e c h u n g besteht, bedingt durch den molekularen Bau dieser Submikronen selbst. Eine Wiederholung der Versuche M a c k i n n o n s an Actinosphaerium mit verfeinerten Beobachtungsmitteln w~re daher sehr erwiinscht. An F o r a r n i n i f e r e n p s e u d o p o d i e n hat zuerst E. S c h u l t z (1915) 1) bei Astrorhiza limicola D o i ) p e l b r e c h u n g beobachtet; seine Angaben verdienen allgemeiner bekannt zu werden, und ich gebe sie daher etwas ausffihrlicher wieder. Das Tier verl~i3t bei Erh6hung der Wassertemperatur des Aquariums sein aus Schlamm und Sand aufgebautes Geh~tuse und stellt eineu 0,5 bis 1,5 cm gro6en Plasmaklumpen dar, yon dessert z~hfliissiger, klebriger, fadenziehender Beschaffenheit - - ~hnlich Honig - - m a n sich durch unmittelbares Beriihren mit dem Finger fiberzeugen kann, und in dem der Kern sich mit bloBem Auge unterscheiden l~tl3t. Dieser Plasmaklumpen sender nach allen Seiten radial fadenf5rmige Pseudopodien aus, w/ihrend das beschalte Tier nie mehr als 3 Strahlenbfindel ausschickt. Ungesch~digtes Plasma yon Astrorhiza sieht selbst bei starker VergrSfterung homogen aus. Durch Beriihrung der klebrigen Oberfl~che des Protoplasmas mit einer ~Nadel lassen sich lange F ~ d e n daraus ziehen, und zerklopft man gleichsam das Plasma mit der Nadel, so scheint es sich ganz in aul3erordentlich feine Fibrillen zu verwandeln; die Fibrillen kommen also erst durch das Ausziehen des Plasmas zustande. Die Klebrigkeit und die F~higkeit in Fibrillen zu zerfallen ist nur dem l e b e n d e n Plasma eigen; kiinstlich hergestellte Fibrillen sterben gleich ab und sind nicht k o n t r a k t i l , wohl aber die vom Tier selbst gebildeten P s e u d o p o d i e n : nahe ihrer distalen Anheftung durchschnitten, ziehen sie sich auf die I-I/~lfte ihrer L~nge zusammen! GewShnlich spannt Astrorhiza ihre Pseudopodien dutch drei SchalenSffnungen in drei verschiedenen t~ichtungen aus. Beim LSsen der Anheftung eines der Bfischel kontrahieren sich die beiden anderen so heftig, da6 das Tier gleichsam vorw/~rts geschleudert wird. Nun gibt S c h u l t z (Fig. 28, Tab. V I a . a. O.) ein P h o t o g r a m m eines Pseudopodiums yon Astrorhiza z w i s c h e n g e k r e u z t e n N i k o l s , die e r s t e Abbildung d o p p e l b r e c h e n d e n Protoplasmas: ein ziemlich dicker, schnurgerader Protoplasmastrang zeigt in seinem Inneren feine, leuchtende Li~ngsstreifen. ,,So sind die Fibrillenbfischel yon Astrorhiza optisch einachsig und die optische Achse liegt in der Richtung der Verkfirzung." Die kontraktile ~ a t u r der Fibrillen selbst folgt aus ihrem geraden (nicht welligen) Verlauf sogleich nach der plStzlichcn Verkfirzung (s. oben). Bei dem Einziehen der 1) Die Hyle des Lebens. I. Beobachtungen und Experimente an Astrorhiza limicola. Arch. Entwicklungsmech. 41, 215--236 (]915).

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Pseudopodien, das mit der Kontraktion nicht identisch ist (vgl. die unten genannten Beobachtungen E n g e l m a n n s an Myopodien) werden die Fibrillen eingeschmolzen. S c h u l t z (a. a. O.) betont an verschiedenen Stellen die ~hnlicbkeit d/eser P l a s m a f i b r i l l e n mit M y o f i b r i l l e n , auch mit den Strahlen der Kernspindel, deren Entstehung er sieh so vorstellt, dab das Plasma z~her wird und durch Zug in Fibrillen zerfi~llt, eine Auffassung, die neuestens in ~hnlicher Form yon F. G r o s s (1936) 1) vertreten wird. S c h u l t z sprieht sich auch (a. a. O., S. 231) gegen die Forscher aus, welche, wig B i e d e r m a n n 2 ) , K o n t r a k t i l i t s nur a n F i b r i l l e n gebunden sein lassen wollen und da, wo sie keine Fibrillen und Doppelbreehung wahrnehmen, aber doeh ein Zusammenziehen des Plasmas bemerken, nicht yon Kontraktilit~t spreehen wollen. Die neueren Einsichten fiber die feinbaulichen Vorg~nge bei der Muskelkontraktion (vgl. z. B, bei W. J. S c h m i d t 1937 a. a. O.) machen aber wahrseheinlich, dal~ die P l a s m a k o n t r a k t i o n auf demselben Grundph~nomen wie d i e K o n t r a k t i o n d e r M y o f i b r i l l e n b e r u h t , n~mlieh auf der F o r m s ( K n i c k u n g , F i ~ l t e ] u n g oder E i n r o l l u n g ) yon E i w e i B f a d e n m o l e k e l n , die im erschlafften Zustand mehr oder minder gestreckt sind. Sehon Th. W. E n g e l m a n n (1906) 3) hat betont, man miisse bei der Protoplasmabewegung unterseheiden zwischen solehen Vorgi~ngen, welche dureh Anderungen der Koh/ision undOberfl~chenspannung bedingt werden (Fliei~bewegung des Protoplasmas, etwa im Sinne B i i t s c h l i s und ]=~humblers), und der , , p r i m s K o n t r a k t i o n , dem Ausdruck der Verkiirzung st~tbiger Submikronen (Inotagmen). DiG , , s e k u n d ~ t r e n " Fliel~bewegungen werden nach E n g e l m a n n durch die prim~ren eingelSst, indem bei Verkfirzung (Abkugelung) der Inotagmen das Plasma an den betreffenden Stellen eine nach allen Richtungen mehr gleiche Koh~sion erh~lt und .so auch dem Gesetz yon der Minimaloberfl~Lche folgt. Setzt man in E n g e l m a n n s Darlegungen an Stelle der hypobhetisehen ,,Inotagmen" die F a d e n m o l e k e l n bezw. - m i c e ] l e ein, welche jetzt in Eiweil3solen nachgewiesen sind 4) und die man auch in mikroskopisch vollkommen homogenem Plasma annehmen mutt (vgl. F r e y - W y s s l i n g 1936) 5), so ist der Anschlu~ der Plasmakontraktiliti~t an die heutigen Vorstellungen von den feinbaulichen Vorg/~ngen bei der Muskelkontraktion erreicht. Und zugleich versteht man, dal~ auch ohne s i c h t b a r e Fibrillen im Plasma eine Kontraktion sich auf derselben strukturellen Basis abspielen kann wie bei den Myofibrillen. Besonders wichtigfiir die strukture]le 1) Die Reifungs- und Furchungsteilungen yon Artemia salina im Zusammenh~ng mit dem Problem des Kernteilungsmechanismus. Z. f. Zellforsch. 23, 522--565 (1936). 2) Vergleiehende Physiologie der irritablen Substanzen. Erg. Physiol. 8 (1909). 1--211. a) Zur Theorie der Kontraktilit~t. I. Kontraktilit~t und DoppelbrechungsvermSgen. Sitzungsber. Ak~d. Wiss. Berlin, 694--724 (1906). 4) Vgl. z. B. G. Boehm, Uber die Form der Polypeptidketten. I. Bioehem. Z. 284, 322--328 (1936). 5) Der Aufbau der pflanzlichen Zellw~nde, ,,Protoplasma" 25, 261--300 (1936).

ljber den Feinbau der Filopodien, insbesondere ihre I)oppelbrechung bei Miliola 591 und f u n k t i o n e l l e Verwandschaft yon Myofibrillen und Plasmafs sind Th. W. E n g e h n a n n s (1881) 1) Beobachtungen an den Myopodien des I-Ieliozoons Acanthocystis, die wie andere Filopodien entstehen, abet bei Bertihrung gleich Muskelfasern sich p l 6 t z l i c h bis a u f 1/50 i h r e r L s verk/irzen k6nnen! S c h u l t z a. a. O. betont, da6 das Foraminiferenprotoplasma die F/ihigkeit der Kontraktion e r s t n a c h D e h n u n g erhs und im Sinne der eben erw~hnten feinbaulichen Vorstellungen wird man daher vie]leicht annehmen diirfen, da6 im u n g e d e h n t e n P l a s m a die F a d e n m o l e k e l n nicht vSllig g e s t r e c k t , sondern mehr oder minder geknickt oder aufgekn/~uelt sind, eine Vorstellung, die ffir die Fadenmolekeln kiinstlich hergestellter Sole yon manchen Autoren vertreten wird2); erst beim StrSmen des Sols sollen sie sich gerade strecken. In diesem Zusammenhang sei erinnert, dab es tierische Fasern gibt, wie die kollagenen Fibrillen und die Elastoidinf~den, die schon in n a t i i r l i c h e m Z u s t a n d d o p p e l b r e c h e n d sind, ein R 6 n t g e n f a s e r d i a g r a m m g e b e n , das ftir die Anwesenheit paralle]isierter Fadenmolekeln spricht, und an denen t h e r m i s c h oder c h e m i s c h u n t e r S i n k e n d e r D o p p e l b r e c h u n g (ja Umkehr des optischen Charakters: Elastoidinfaden) und unter V e r u n s c h / i r f u n g des D i a g r a m m s K o n t r a k t i o n ausgel6st werden kann. Diese Verkiirzung ist bei leimgebenden Fasern nach Formolbehandlung, bei den Elastoidinf~den sogar in natiirlichem Zustand r e v e r s i b e l ; d. h. beim Abk~hlen bzw. beim Auswaschen der betreffendenChemikalien s t r e c k t d e r F a d e n s i c h w i e d e r und die a l t e O p t i k k e h r t z u r i i c k . Es liegt also hier ein M o d e l l ffir die f e i n b a u l i c h e n (nicht chemischen!)Vorg~nge bei der Muskelkontraktion vor, bei der ja auch die Doppelbrechung sinkt (,,optisch-negative Schwankung") und das R6ntgendiagramm undeutlicher wird. I m Gegensatz zu solchen Fasern erhalten die e l a s t i s c h e n erst durch Dehnung Doppelbrechung, R6ntgendiagramm und V e r k i i r z u n g s v e r m 6 g e n , bei dessen Bet/~tigung nun die gleichen optischen und r6ntgenographischen Anderungen des Materials sich abspielen. Offenbar gewinnt eine elastische Faser erst durch die Dehnung den Feinbau aus parallelisierten Micellen, den eine kollagene und ein Elastoidinladen schon yon N a t u r hat, wie ich das bereits vor l/ingerer Zeit (1928) auf Grund der optischen AnMogien ausgesprochen babe3). H. K o l p a k (1935)4) nimmt gem~6 den yon ihm beobachteten .Anderungen des RSntgendiagramms bei der Dehnung an, dab in der ungedehnten Faser u n g e o r d n e t e , , P r ~ m i c e l l e " vorhanden sind, die d u t c h die S t r e c k u n g nach der L~nge der Faser geo r d n e t werden; dabei e n t f a l t e n s i c h d i e F a d e n m o l e k e l n und aus den Pr~micellen werden Micelle yon kristallgitter/~,hnlichem Bau. Auch das merk1) l_Tber den faserigen Bau des kontraktilen Substanzen usw. Pflfigers Arch. '25, 538---565. 2) Vgl. z. B. W. Kuhn, 1Jber die Gestalt fadenf6rmiger Molekeln in L6sungen. Koll. Z. 68, 2--15 (1934). 3) W. J. S c hmid t, Der submikroskopische Bau der tierischen Gewebe erschlossen aus der Polarisationsoptik. Arch. exp. Zellforsch. 6, 350--366 (1928). 4) l%6ntgens~rukturuntersuchungen fiber elastisches Gewebe unter besonderer Berficksichtigung der Dehnung und Entquellung. Koll. Z. 78, 129--142 (1935).

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wtirdige Verhalten yon F/~den aus schleimigen, spinnbaren Fltissigkeiten, die vertikal h~ngen und, unter ihrem eigenen Gewieht gedehnt, an einem P u n k t zerreil~en, wobei das obere Stiick sich k r ~ t f t i g z u s a m m e n z i e h t , dtirften unter Annahme yon Streckung und dann Verkiirzung von Fadenmolekeln besser verst/~ndlich sein, als wenn mail den geschilderten Verktirzungsvorgang einzig auf Inkrafttreten der Oberfl~tchenspannung zuriickftihrt. Na ch H. E r b r in g (1936) 1) besitzen im wesentlichen L6smlgen lyophiler K o l l o i d e m i t stS, b c h e n f 5 r m i g e n M i c e l l e n , wenn sie sich in beginnender Gelierung befinden, das VermSgen der Fadenbildung. Ob man freilich ffir das A u s w a c h s e n d e r F i l o p o d i e n , (tie gleich feinen Strahlen aus dem Protoplasma frei hervorschieften, also insbesondere ftir die Bildung der stereoplasmatischen Achse, einen m e c h a nis c h e n Streckungsvorgang der Fadenmolekeln annehmen soll, scheint mir recht zweifelhaft. Die Entstehung solcher feinster Plasmaf/~den bietet nieht den Eindruck dar, Ms ob erst Protoplasma vorfliel]e und dann in ihm eine Achse sich bilde, sondern Ms ob umgekehrt die auswachsende stereoplasmatische Achse das Rheop]asma auf ihrer Oberfl~che mitnehme. Man bedenke auch, dal3 die Achsenf~den der Pseudopodien yon Actinosphaerium in das I n h e r e des Tieres hineinragen, dab weiter bei der Bildung yon Polstrahlungen und Kernspindel (die ebenfMls doppelbrechend sind : vgl. W. J. S c h m i d t a. a. O. 1937) yon einem Vorfliel]en des Protoplasmas tiber eine freie Oberfl~che hinaus keine Rede sein kann ; freilich bleibt in den letzten F/~llen intrazellul/~re Plasmastr6mung mSglich oder andersartiges Auftreten yon Spannungen im Plasma, die f/it (lie AusbiMung der Fibrillen eine Rolle spielen kSnnten. Bereits frtiher hatte ieh den Vorgang der Stereopedienbildung feinbaulich so gedeutet (W. J. S e h m i d t 1929)2), dab in dem Protoplasma stgbige Micelle vorhanden sind, die sich in der Aehse des Pseudopodiums zu einern festeren Strung zusammenseharen, w/~hrend auf der OLerfl/*che das Rheoplasma verbleibt, in dem immer neue Micelle dutch Plasmastr6mung an das distMe Ende des Pseudopodiums herangeftihrt werden und sich hier der Achse angliedern. Es wgehst also das Pseudopodium dutch eine Art M i c e l l a r k r i s t a l l i s a t i o n in die Lgnge - - ghnlich wie ein Fibrinfaden (vgl. W. J. S e h m i d t 1937 a. a. O., S. 44f). Die Dynamik dieser Strukturierung dtirfte sieh letzten Endes auf c h e m i s e h e r Basis abspielen. Das Aus,,wachsen" eines Filopodimns ware also einem wirklichen Wachsen n/~her verwandt, Ms man zun~chst glauben m6chte. Es erscheint feinbaulich vergleichbar dem Verl/~ngern (Wachsen) einer Bindegewebs- oder Muskelfibrille oder auch eines Fibrinfadens, nur das manche der letztgenannten Vorg/~nge sich sehr viel langsamer vollziehen. Wie bei diesen nach neuerer Vorste]lung die u n a b g e s / ~ t t i g t e n E n d e n d e r E i w e i l 3 f a d e n m o l e k e l n das Angliedern weiterer Baugruppen (Aminos/~urereste) ausl6sen, so dtirfte auch letzthin auf chemischer Basis der stereoplasmatische Achsenfaden 1/~ngere oder ktirzere Anteile yon Fadenmo]ekeln oder Micellen sich angliedern, und diese durch Koh/~sionskr~tfte sich seitlich zusammenschliel3en. 1) f3ber Spinnbarkeit yon Fliissigkeiten. Angew. Chem. 49, 767--768 (1936). ~) Rheoplasma und Stereoplasma. ,,Protoplasma" 7, 353--394 (1929).

(~ber den Feinbau der Filopodien, insbesondere ihre Doppelbrechung bei Miliola 593 Wenn durch die vorstehenden Erw/~gungen mancherlei dem Verst/~ndnis n/iher geriickt wird, so bleibt doch vieles noch ungekls und immer wieder verfolgt der Forscher mit Staunen den Vorgang der Filopodienbildung im Mikroskop, ein Schauspiel, das, so oft es auch beschrieben sein mag, stets mit neuem Reiz auf den Beobachter wirkt und sein Nachdenken herausfordert.

II. Die Doppelbrechung der Pseudopodien bei Miliola Frfiher hatte ich (W. J. S c h m i d t 1929) 1) den Versuch gemacht, die Doppelbreehung an den Pseudopodien der Foraminifere Rhumblerinella nachzuweisen - - ohne rechten Erfo]g. Bei dem Radiolar Tha[assicolla dagegen (vgl. W. J. S c h m i d t 1932) 1) konnte ich am lebenden Tier und am Dauerpr/~parat schwache positive Doppelbrechung der Pseudopodienbfischel feststellen. Auch sah ich zwischen den gro~en Vakuolen des KSrpers manchmal das ganze Plasma weiBlich zwischen gekreuzten Nikols aufleuchten, vermutlich bedingt durch lipoide Plasmaeinschlfisse, die wohl gem/~B ihrer regelm/~Bigen Orientierung die meiner Erinnerung nach g e l e g e n t l i c h negative Doppelbrechung der Plasmastr~nge zwischen den genannten Vakuolen hervorrufen diirften. Aber diese beil/~ufigen Beobachtungen befriedigten mich nicht zur Sicherstellung eines so wichtigen Faktums wie der Doppelbrechung der Filopodien. Daher beuutzte ich einen Aufenthalt an dem Deutsch-Italienischen Institut fiir Meeresbiologie in Rovigno d'Istria, um die Doppelbrechung der Foraminiferenpseudopodien n~ther zu priifen. Nach einigen Versuchen an verschiedenen Formen wandte ich reich einer Miliola spec. zu, die reichlich in Schlammpl-oben vorhanden war. Eine etwa 5 cm hohe Schicht solchen Materials k a m auf den Boden eines 2-Liter-Zylinderglases uud wurde etwa 20 cm hoch rnit Seewasser fiberschichtet. Nach ungef~hr einer Woche krochen die Miliolen, anscheinend durch F/~ulnisvorg~nge aus dem Schlamm vertrieben, an der Wand des Glases empor, sodaB sie bier bequem erbeutet werden konnten. Solche an der Wand haftenden Tiere, deren Schale, an einigen Pseudopodienbfindeln befestigt, infolge des Gewichtes stets nach unten h/~ngt, liel]en sich leicht mit einer feinen Pipette abnehmen und auf einen Objekttri~ger unter Deckglas in Seewasser bringen. Derartige Pr~parate kamen entweder sogleich auf den Tisch des Polarisationsmikroskops oder zun~chst in eine feuchte K a m m e r zwecks reichlicher Bildung yon Pseudopodien. Die Untersuchung erfolgte zuerst einfach zwischen gekreuzten Nikols. Das Aufleuchten der Pseudopodien, die sich in Diagonallage zu den Schwingungsrichtungen der Nikols befanden, war unverkennbar, aber trotz der starken Lichtquelle (Bogenlampe) doch recht schwach und fill" photographisehe Aufnahmen wenig brauchbar. Ich benutzte daher eine 1 / 1 6 ~ - G l i m m e r p l a t t e , die auf dem Blendentrigger des A b b e s c h e n Beleuchtungsapparates (also zwischen Analysator und Polarisator) untergebracht war und aus ihrer 1Normallage (AuslSschstellung) durch Drehen des Blendentr/~gers mehr oder weniger herausbewegt werden 1) S. Anm. 2 S. 592. 2) Der submikroskopische Bau des Chromatins III. Arch. Prof. 77, 463--490 (1932).

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konnte. Bekanntlich (s. z. B. bei W. J. S e h m i d t 1934 a. a. 0.) wirkt die Drehung einer solehen Platte wie ein Kompensator auf Objekte, die sich in Diagonallage zu den Nikols befinden. Von der Null-Lage bis zur Diagonallage gedreht, ruft die Platte einen Anstieg des Gangunterschiedes yon 0 bis 1/16s hervor. Bei additivem Drehungssinn vermehrt der Kompensator den Gangunterschied des Objektes, bei substraktivem aber mindert er ihn, wobei in jedem Falle das Sehfeld sieh mit zunehmender Drehung aufhellt. Es erseheint also das Objekt einmal heller (Additionslage), das andere Mal dunkler (Subtraktionslage) als das Sehfeld, und zwar wird im letzten Falle das Objekt sehwarz, wenn sein Ganguntersehied dureh den gleieh grol3en des Kompensators aufgehoben ist. Aus dem zur Verdunkelung n6tigen D r e h u n g s s i n n 1/~6t sieh das Vorzeichen der Doppelbreehung ermitteln, am einfaehsten so, dab man bei einem Objekt bekannten optisehen Charakters (z. B. einer dfinnen Muske]- oder Bindegewebefaser - - die positiv ist - - ) f e s t s t e l l t , bei welehem Drehungssinn ftir eine festgesetzte Diagonallage des Objektes (etwa -~ 45 ~ die Verdunkelung erfolgt. Die gesehilderten Erseheinungen sind welt sieherer wahrzunehmen und auch photographisch leiehter festzuhalten als das einfaehe Aufleuehten des Objektes im dunklen Sehfeld. Ja, auch fiir die letzte Art der Beobaehtung bietet der Gebraueh einer drehbaren Glimmerplatte Vorteile, indem man die S p u r e n v o n D o p p e l b r e e h u n g , die se]bst bestausgewghlte K o n d e n s o r e n und O b j e k t i v e bei starker Beleuchtung hervortreten lassen, dureh eine gewisse Drehung der Platte aufheben und also das Sehfeld so dunkel halten kann, wie iiberhaupt m6glieh. Ieh bemerke noch, da6 die Photogramme (mit Ausnahme yon Fig. 1) mit Objektiv 3b und Periplanokular 15 • und der Aufsatzkamera ,,Makam" von L e i t z aufgenommen wurden, was bei dem benutzten Polarisationsmikroskop CBMP eine 165fache Vergr6Berung ergab. Miliola entsendet auf dem Objekttr/~ger unter Deekglas liegend gewShnlich 2 - - 4 Pseudopodienbiindel aus der Sehalenmfindung; zuerst wachsen einzelne Filopodien als sehnurgerade feine F~den aus dem Plasma des Schalenmundes frei ins Wasser vor. Ihre Zah] und Menge nimmt mit der Zeit mehr und mehr zu und, wo sie auf die Unterseite des Deekglases oder die Oberfl/~ehe des Objekttrs stol3en, herren sie sieh an. Da nun die Sehale gegen 1/~ m m dick ist, also die Sehalenmfindung etwa 1/4 m m fiber dem Objekttrgger liegt, so verlaufen die Pseudopodien, bestenfalls solange sie frei auswachsen, einigermal~en horizontal im Prgparat, meist aber gegen die Oberflgche des Deckglases geneigt; daher kann man sic immer nur streckenweise in die Einstellebene eines stgrkeren Objektivs bringen, was zum Verstgndnis der Bilder zu beachten ist. Am leichtesten ist die Doppelbrechung an ganzen Psendopodienbfindeln naehzuweisen. Sie leuchten diagonal orientiert zu den Schwingungsrichtungen des Nikols im dunklen Sehfeld des Polarisationsmikroskops in grau-weil]er Farbe deutlich auf und verlSschen beim +dbergang in die Normallage. Viel eindrucksvoller wird das Bild beim Gebrauch einer Glimmerplatte: Fig. 1 stellt einen Fall dar, bei dem die Bfindel alsbald den Ansatz ans Glas gewannen, also verhgltnismgl~ig kurze aber dicke Strgnge darstellten. Die Auf-

Ober den Feinbau der ~'ilopodien, insbesondere ihre Doppelbrechung bei Miliola 595 nahme ist bei etwa 50 facher VergrOfterung gemacht, und die Glimmerplatte so gedreht, daft der Gangunterschied der Pseudopodienbiindel kompensiert ist, sie also schwarz im aufgehellten Sehfeld erscheinen. Aus dem Drehungssinn der Glimmerplatte ergab sich ihr positiver optischer Charakter, bezogen auf die L/s Das Vorzeichen der Doppelbrechung 1/~l~t sich aber auch ganz fiberzeugend mittels einer Gipsplatte Rot I erkennen : steht die grof~e Achse der wirksamen Indexellipse im Gips parallel der L/~nge der Pseudopodienbfindel, so erscheint der Strang in Additionslage violett, urn 900 gedreht in orangerotem Ton. Es gelingt abet auch, an einzelnen feinen Filopodien die Doppelbrechung nachzuweisen. Sie erseheinen Fig. 1. Miliola spec. lebend: Nachweis der zwischen gekreuzten Nikols in DiagonalDoppelbrechung der aus der Schale hervorlage als schnurgerade erhellte F/~den tretenden, am Deckglas angehefteten Pseudo(Fig. 2). Wie bei der welt geringeren podienbiischel zwischen gekreuzten Nikols Schichtdicke und also viel kleinerem mittels drehbarer 1/le )~-Glimmerplatte; die Gangunterschied nicht anders mSglich, Pseudopodienbfischel erscheinen infoIge ist das Aufleuchten sehr viel schw/~cher Kompensation ihres Gangunterschiedes als bei den Pseudopodienbfindeln. J a schwarz. Etwa 50: 1.

Fig. 2. Filopodien von Miliola spec. lebend zwischen gekreuzten Nikols.

165:1.

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Fig. 3. Filopodien yon Miliola spec. lebend zwischen gekreuzten Nikols in Subtr~ktionslgge zu einer drehb~ren I/i s ),-Glimmerpl~tte; schw~rz infolgc der Kompensation. 165:1.

Fig. 4. Filopodien yon Miliola spec. lebend zwischen gekreuzten Nikols in Additionsl~ge zu einer drehb~ren i/1~ )~-Glimmerplatte: versti~rktes Aufleuchten der Pseudopodien (vgl. Fig. 2). 165: 1.

Uber den l%inbau der Filopodien, insbesondere ihre Doppelbrechung bei Miliola 597 man kann zun/~ehst im Zweifel sein, ob die Siehtbarkeit der Filopodien im dunklen Sehfeld nieht nut auf den Untersehied der Lichtbrechung gegeniiber dem umgebenen Wasser beruht, wenngleieh die Tatsaehe, dab in Normallage das Aufleuchten versehwindet, fiir Doppelbrechung sprieht. Die Anwendung einer Gipsplatte Rot I versagt jetzt freilieh. Die Glimmerplatte abet bringt aueh an diesen feinen Filopodien die positive Doppelbrechung einwandfrei zutage, wie man aus dem Vergleieh der Fig. 3 und 4 entnehmen mag. Die erste (Fig. 3) stellt das gleiehe Objekt wie Fig. 2 aber bei etwas ver~nderter Einstellung und einige Zeit sp/tter dar; die Filopodien heben sieh, jetzt k o m p e n s i e r t , s c h w a r z yon dem erhellten Sehfeld ab. Fig. 4 gibt ein s Biindel in A d d i t i o n s l a g e wieder. Infolge des sehr~gen Verlaufs (s. oben) der Filopodien lieBen sieh immer nur kurze Absehnitte der PlasInastrahlen seharf einstellen, w~hrend (tie nieht fokusierten Anteile nur undeutlieh und matter wahrnehmbar sind. Naeh diesen Befunden besteht kein Zweifel, daB aueh an einzelnen Filopodien die positive Doppelbreehung sieher zu erkennen ist. Leider reieht die angewandte Vergr6gerung nieht aus, weitere Details an einzelnen f e i n s t e n Filopodien zu erkennen, etwa Untersehiede der gheoplasmaoberfl/tehe und des axialen Stereoplasmastranges zu ermitteln; denn unter st~rkeren Objektiven werden die Erseheinungen zu liehtsehwaeh trotz der kr~ftigen Beleuehtung. Das Bild bei sehw/~eherer Vergr6Berung maeht den Eindruek, als wenn der ganze feine Plasmastrahl doppelbreehend sei. An d i e k e r e n Pseudopodien bzw. an Biindeln yon solehen konnte ieh stgrkere Vergr6Berungen anwenden (Objektiv 1/7a, Periplanokular 15 • Vergr6Berung 650: 1), und ieh sah dann bisweilen einige zarte helle sehnurgerade und parallele Linien zwischen gekreuzten Nikols aufleuehten, gleieh als ob mehrere doppelbreehende ] ~ d e n in dem Plasmastrang vorhanden w/tren, also ein Bild, das an das yon S e h u l t z gegebene (s. oben) erinnert. Andere diekere Plasmastrgnge aber leuehteten einheitlieh auf. Aueh feine f r e i v o r w a e h s e n d e , noeh nieht mit ihrem distalen Ende angeheftete Filopodien zeigen Doppelbreehung. Diese kann also nieht einzig dureh naehtrggliehe Spannung des angehefteten Pseudopodiums zustande kommen, wenn es mir aueh semen, als ob die Doppelbreehung erst naeh der Anheftung ihre volle St/trke erreiehte. Andererseits verlieren aueh distal angeheftete Pseudopodien, die dureh Ersehiitterung des Prgparates a b g e l 6 s t werden und sieh dabei zungehst nur unwesentlieh verkiirzen, zwar ihren sehnurgeraden Verlauf, aber keineswegs sogleieh die Doppelbreehung. Alles dies sprieht gegen die Auffassung, die Doppelbreehung sei etwa einzig Folge einer Spannung der Filopodien; viehnehr ist die Doppelbreehung im Sinne eines fibrill/iren l%inbaues der Pseudopodien zu deuten, so wie bei den frei ins Wasser vorragenden Pseudopodien yon Actinosphaerium (s. S. 588). Die K 6 r n e h e n d e s g h e o p l a s m a s , welehe die bekannte StrSmungsbewegung zeigen, an den diinnen Filopodien yon Miliola meist spgrlieh sind, seheinen aueh sehwaehe Doppelbreehung zu besitzen. Einige von ihnen, oftenbar K a l k g r a n u l a , leuehten sogar krgftig zwisehen gekreuzten Nikols auf (vgl. W. J. S e h m i d t 1931, a. a. 0.: Rhumblerinella), so daB sieh ihre gleitenden Be-

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Sehmidt, Uber den Feinbau der Filopodien usw.

wegungen auf den Pseudopodien im dunklen Sehfeld des Polarisationsmikroskops sch6n verfolgen lassen. Beim Zerdriicken einer Miliola zwisehen Objekttr/~ger und Deckglas wird nicht selten zwischen den auseinanderweichenden Schalenbruehstiicken das Plasma strangartig a u s g e z o g e n ; auch solche kiinstlich entstandenen Plasmastrgnge sind doppelbrechend, wenn auch sehr sehwach. Die Beurteilung der Einzelheiten wird hier sehr dadureh erschwert, dab das Plasma in der Schale viel kSrnchenreicher ist als bei den feinen Filopodien.

Zusammenfassung Die positive Doppelbrechung der Filopodien der lebenden Miliola wurde unter Verwendung einer drehbaren i/i~ )~-Glimmerplatte zwischen gekreuzten Nikols photographisch festgehalten. Die optisehe Anisotropie ist nieht nur den distal angehefteten und gespannten, sondern auch den yon ihrem Ilaftpunkt abgel6sten und den frei auswachsenden Filopodien eigen und kann daher als Ausdruek ihres fibrill/~ren Feinbaues gelten. Es wird dargelegt, wie die Kontraktilit/~t der Myofibrillen und des Protoplasmas nach den heutigen feinbauliehen Auffassungen yon einem einheitliehen Standpunkt aus deutbar ist (Fadenmolekeltheorie).