Die Zellstrukturen des Dünndarmepithels in ihrer Abhängigkeit von der physikalisch-chemischen Beschaffenheit des Darminhalts

Zusammenfassung Die Kenntnis der Mikromorphologie der Saumzellen des Dünndarmepithels wird in einigen Punkten ergänzt (Ausbildung des Terminalgespinsts, Zusammenhang von endoplasmatischem Retikulum und perinukleärer Zisterne, Centrosom).Durch Erniedrigung und Erhöhung des osmotischen Drucks im Darminhalt werden die in den verschiedenen Membransystemen der angrenzenden Zellen eingeschlossenen flüssigen Mischphasen beeinflußt. Die sich hierbei ergebenden Veränderungen von Form, Größe und Dichte der Zelle und ihrer Komponenten werden beschrieben. Der Weg des Wassers führt durch die Epithelzellen über die epithelialen Interzellularräume in den subepithelialen Raum. Einige Eigenschaften der verschiedenen Membranen der Zelle werden besprochen. Die flache Form der Sacculi in den Golgi-Zonen und der Cysternen des endoplasmatischen Retikulums wird darauf zurückgeführt, daß der osmotische Druck in diesen Räumen niedriger liegt als im angrenzenden Cytoplasma. Es wird vermutet, daß aktive Transportleistungen der Membranen des endoplasmatischen Retikulums zu einem Kreislauf von Stoffen zwischen Kern und Cytoplasma führen.

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Teilweise vorgetragen auf der 9. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Elektronenmikroskopie in Freiburg, Oktober 1959.

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Durchgeführt mit dankenswerter Unterstützung durch das Kultusministerium des Landes Nordrhein-Westfalen und die Deutsche Forschungsgemeinschaft.     

Submicroscopic structure of the membranous labyrinth

Zusammenfassung Der Verfasser hat eine Methode entwickelt, die es gestattet, die einzelnen Teile der Schnecke (Membrana tectoria, Basilarmembran, Ligamentum spirale, Limbus spiralis, Reissnersche Membran, Cortisches Organ) in ausreichendem Reinheitsgrad und in solchen Mengen zu isolieren, daß mikroskopische Untersuchungen mit polarisiertem Licht sowie mit dem Elektronenmikroskop, diffraktographische sowie chemische Analysen durchgeführt werden können.Chemische und diffraktographische Untersuchungen haben ergeben, daß die Membrana tectoria hauptsächlich aus Proteinen bestellt. Das Vorhandensein von Kollagenprotein ist auszuschließen. Das Protein dürfte zur Gruppe der weichen Kératine mit geringem Cystingehalt gehören. Auf Grund der ausgezeichneten Übereinstimmung der Befunde am Phasenkontrastmikroskop, mit polarisiertem Licht (bei Vorhandensein Eigen- und Form-Doppelbrechung) und am Elektronenmikroskop ergibt sich, daß das in Frage stehende Protein aus Protofäden von etwa 90 Å Durchmesser besteht. Die Protofäden verlaufen leicht wellenförmig radiär, doch wurden (entlang dem exzentrischen Membranrande) auch Bereiche mit longitudinalem Faserverlauf beobachtet. Im ganzen sind sie mit einer gewissen Gleichartigkeit angeordnet, obwohl Bereiche mit dichterer — Longitudinalfasern — oder lockerer Anordnung — dem Limbus spiralis eingefügter Teil — vorhanden sind. Die Membrana tectoria ist somit epithelialer Herkunft mit augenscheinlich fadenförmig ausgerichteter Struktur.Der Verfasser nimmt an, daß die Ausrichtung der Fasern mit dem Spannungszustand der Membran in Zusammenhang steht, die sich zwischen Limbus spiralis und Hensenschen Zellen bildet. Diese entfernen sich ihrerseits während der Bildung des Cortischen Organs voneinander.

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Research financed by C.N.R. grant.

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Acknowledgements. The author expresses his thanks to Dr. S. De Petris of the INAIL Laboratory of Electron Microscopy of the Clinic for Occupational Diseases of the University of Milan for the help and technical assistance given in obtaining X-ray diagrams and electron photograms with the Siemens Elmiskop I. Grateful acknowledgements are also made to Dr. L. Amante for the —SH and —S—S— groups determinations.     

Effects of insect predators on small populations of Aphis fabae in the field

Predators (mostly staphylinid larvae) almost completely eliminated small initial colonies of Aphis fabae on beans (Vicia faba) in the field during a summer unfavourable to the aphid's rapid multiplication. Syrphid larvae must have travelled considerable distances from other plants. A method of labelling single apterous adult aphids with a radioisotope for their detection in the field is described.

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Zusammenfassung Während eines für rasche Vermehrung von Blattläusen ungünstigen Sommers wurden kleine Initialkolonien von Aphis fabae auf einem Feldbestand von Ackerbohnen (Vicia faba) durch das unerwartete Eingreifen räuberischer Insekten fast vollständig vernichtet. Die häufigsten Räuber waren Staphyliniden-Larven, welche — zusammen mit Syrphiden-Larven — wahrscheinlich nicht entdeckt worden wären, wären die Blattläuse nicht in einem der Versuche in kleine Käfige eingeschlossen gewesen, in die die Räuber durch die engen Musselingewebe-Maschen eindringen konnten. Die Räuber schlüpften durch die Maschen, fraßen die Aphiden und wurden dabei zu dick, um zu entkommen. Syrphiden-Larven, die gewöhnlich als relativ träge Räuber gelten, wurden auch in den Käfigen angetroffen. Sie mußten aus beträchtlichen Entfernungen von anderen Pflanzen herbeigekrochen sein. Es wird eine Methode beschrieben, die es gestattet, einzelne erwachsene aptere A. fabae so zu markieren, daß sie im Freiland wiedergefunden werden können.

     

An electronic model of neuroelectric point processes

Zusammenfassung Eine umfassende Darstellung der Nervenzellmembran wird durch eine Kombination von Hodgkin-Huxley-Beschreibung der elektrisch erregbaren Leitwerte und Eccles-Beschreibung der synaptisch induzierten Leitwerte wiedergegeben. Diese Darstellung wird in einem elektronischen Modell veranschaulicht. Nichtlineare aktive Schaltungen werden benützt, um Leistungen zu entwickeln, die in ihrer Form mit den zeit- und spannungsabhängigen Leitwerten der Beschreibungen übereinstimmen. Die Leistungen werden mit Hilfe von Multiplikatoren in äquivalente Leitwerte umgewandelt. Das elektrische Modell enthält 24 kontrollierbare Parameter, von denen jeder mit einem in der Beschreibung übereinstimmt. Zur Einstellung der Parameter sollte man eine Strategie benützen, die soweit wie möglich die Werte von Hodgkin und Huxley (s. Tafel) als Parameter verwendet. Kleine Abweichungen von diesen Werten werden als mindere Störungen der grundliegenden Zusammenstellung betrachtet. Als Beispiel einer systematischen Untersuchung des Einflusses einer Veränderung verschiedener Parameter wurden die Spannungsschwingungen gewählt. Die Frequenz der ungedämpften Schwingungen beträgt ungefähr 50 Hertz. Verschiedene andere kleine Änderungen der Parameter können Schwingungsfrequenzen von 4 Hertz hervorrufen. Mit großen Störungen der Grundwerte kann man auch Schwingungsfrequenzen im Werte l Hertz erlangen.Es wird vorgeschlagen, daß die kombinierten Eccles- und Hodgkin-Huxley-Beschreibungen die Mehrzahl der neuroelektrischen Vorgänge einzelner Nervenzellen darstellen könnten. Dieser Vorschlag wird durch weitere Ergebnisse bestätigt. Die Beobachtung wird jedoch ausgedrückt, daß die zusammenfassende Darstellung in wenigstens einem Falle, den Nervenzellen des Hummer-Herznervenknotens, nicht zulänglich ist.

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Research sponsored by the Joint Services Electronics Programm under Grant AF-AFOSR-139-67, the Librascope Group, General Precision Systems, Inc., Glendale, California, under Air Force Office of Scientific Research USAF Contract No. AF 49(638)-1232, and by the 6570^th Aerospace Medical Research Laboratories, Air Force Systems Command, USAF Cotract No. AF 33(615)-2464.     

Observations on the morphology,submicroscopic structure and biological properties of satellite cells (S.C.) in sensory ganglia of mammals

Zusammenfassung Die Untersuchung der perisomatischen und periaxonalen Satelliten in sensiblen Ganglien verschiedener Säuger hat folgende Ergebnisse:Es wird nachgewiesen, daß die Satelliten um das Neuron eine ununterbrochene Hülle bilden, die es von den Bindegewebsstrukturen des Ganglions vollständig trennt. Jeder Satellit ist von seiner eigenen Zellmembran scharf begrenzt; die Membranen der anliegenden Zellen sind durch Zwischenräume von etwa 200 Å getrennt. Die Form der Satelliten ist im wesentlichen laminär: die Abbildungen von Zellen mit feinen verzweigten Fortsätzen, die hauptsächlich durch Silberimprägnation gewonnen wurden, geben meistens Artefakte wieder.Die Satelliten haben innige Beziehungen zum Neuron, von dem sie durch einen dünnen Zwischenraum (etwa 200 Å), von den entsprechenden Zellmembranen abgegrenzt, getrennt sind: die Satelliten passen sich jeder Unregelmäßigkeit der Neuronenoberfläche an, die durch kleine Paraphyten hervorgerufen wird.Wo der Neurit erscheint, stellen sich die perisomatischen Satelliten ein. Sie werden von den periaxonalen Satelliten ersetzt und diese ihrerseits von den Schwannschen Zellen.Die Satelliten enthalten manchmal ergastoplasmische Bildungen. Im großen und ganzen ist die Struktur dieser Zellen derjenigen der Schwannschen Zellen und vieler protoplasmatischen Gliocyten des Zentralnervensystems ähnlich.Während des körperlichen Wachstums erfahren die Satelliten eine bedeutend geringere Volumen-Zunahme als die Neurone, aber sie vermehren sich häufig durch mitotische Teilung. Beim Erwachsenen sind die Mitosen dagegen sehr selten. Das endgültige Volumen der Satelliten ist eher gleichmäßig, es entspricht dem Drieschschen-Gesetz. Auf Grund der gewonnenen Daten kann man diese Zellen als stabile Elemente im Sinne Bizzozero's betrachten.Über den funktionellen Wert der Satelliten äußert sich der Verfasser auf Grund der morphologisch und biologisch gesammelten Daten. Da diese Zellen immer zwischen den Blutgefäßen und den Neuronen liegen, muß ihre Tätigkeit trophischer Art sein. Die morphologischen Untersuchungen können allerdings nicht feststellen, ob diese trophische Funktion nur in einer Filtrierung der von den Blutgefäßen herkommenden Substanzen oder auch in ihrer Verarbeitung besteht.Schließlich behauptet der Verfasser, daß die perisomatischen und periaxonalen Satelliten einerseits eine große Ähnlichkeit mit den perineuronalen protoplasmatischen Gliocyten des Zentralnervensystems aufweisen, andererseits mit den Schwannschen Zellen. Es ist vielleicht möglich, in einer Kategorie viele Zellen zusammenzufassen, die in enger Beziehung zu den Neuronen stehen und ähnliche funktionelle Eigenschaften besitzen, Zellen, die sowohl dem zentralen als auch dem peripheren Nervensystem angehören.

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Research supported by a C.N.R. Grant.     

Elektronenmikroskopisch-autoradiographische Untersuchungen zur intramitochondrialen Lokalisation 3H-markierter Adeninnucleotide

Zusammenfassung Nach der von Bachmann und Salpeter angegebenen Methode wurden leicht reproduzierbare Einkornschichten für die elektronenmikroskopische Autoradiographie hergestellt. Eine Modifikation beim Beschichten der Dünnschnitte brachte eine wesentliche Erleichterung des Arbeitsvorganges.Über den Austausch von ³H-markiertem Adeninnucleotid konnte mit Hilfe der elektronenmikroskopischen Autoradiographie direkt nachgewiesen werden, daß der Sitz des endogenen Adeninnucleotidpools im Matrixraum der Mitochondrien liegt. Die Anzahl der nachgewiesenen Photoprozesse wird in Abhängigkeit von der eingesetzten Aktivität diskutiert.

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Summary With the method described by Bachmann and Salpeter easily reproducable monolayers were found for the autoradiography with the electron microscope. A modification of coating the ultrathin sections made the specimen preparation considerable easier.With the exchange of ³H-labeled adenine nucleotides we could prove — using the autoradiographic technique with the electron microscope — that the site of the endogenous adenine nucleotid pool is in the matrix-room of mitochondria. The number of developed grains is discussed in relation to the applied activity.

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Mit Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.     

Grassland's progress in Greece

Zusammenfassung Die griechische Landwirtschaft befindet sich zur Zeit in einem Übergangsstadium: An die Stelle des bisherigen extensiven Getreideanbaus mit geringer tierischer Produktion tritt mehr und mehr eine intensive Bewirtschaftung unter Ausnutzung der vorhandenen natürlichen landwirtschaftlichen Hilfsquellen.In erster Linie ist eine Erhöhung der Bodenproduktivität erforderlich. Sie verringerte sich durch jahrtausendelangen einseitigen Getreideanbau und heute sind jährlich erhebliche Erosionsschäden zu verzeichnen.Die Erhöhung der Bodenproduktivität wird am besten durch den Anbau bodenverbessernder Pflanzen und eine ausgeglichene Fruchtfolge erreicht. Das ist durch die von der Hellenic Agricultural Research Institute unter Leitung des Landwirtschaftsministeriums ermittelten, eingeführten oder gezüchteten Sorten möglich geworden.Auch die tierische Produktion kann auf verschiedene Weise gesteigert werden: Durch Verbesserung der Weiden, durch Neuanpflanzung von ökologisch geeigneten Gras- und Leguminosenarten bei verstärkter Phosphorsäuredüngung, um Wachstum und Entwicklung zu fördern, weiterhin durch den Anbau von eiweiß- und ölhaltigen Pflanzen, durch größtmögliche Ausnutzung der klimatischen Gegebenheiten und Erhaltung der Bodenfruchtbarkeit unter Aufbau großer Humusreserven.Die über 25jährige Forschungstätigkeit des Hellenic Agricultural Research Institute brachte Ergebnisse, die wesentlich zur Lösung dieser Probleme, die von grundlegender nationaler Bedeutung sind, beitrugen. Durch ihre experimentelle, lenkende und aufklärende Arbeit ist die Station am Fortschritt der griechischen Landwirtschaft führend beteiligt.

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With 7 figures

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This paper is in connection with 2 articles on plant breeding in Greece, already published in this journal (see vol.11, p. 341–346 and vol.12, p. 295–298).     

Der Feinbau der Regio olfactoria von Makrosmatikern

Zusammenfassung Das Riechepithel von Ratten, Katzen und Hunden wurde nach Perfusionsfixierung mit Glutaraldehyd licht- und elektronenmikroskopisch untersucht. Von den bisher als Basalzellen bezeichneten Elementen ließen sich auf Grund der Feinstruktur besondere Blastemzellen abgrenzen, die ein Reservoir zur Regeneration von Sinneszellen darzustellen scheinen. Stütz- und Basalzellen enthalten ein zusammenhängendes Gerüst aus Tonofibrillen. Basale Zytoplasmaanteile dieser Zellen sind reich an Lysosomen. Im Epithel der untersuchten Tiere, aber seltener bei den erwachsenen Individuen, finden sich Differenzierungsstadien von Sinneszellen, die aus Blastemzellen hervorgehen. Im Blastem treten gelegentlich auch bei erwachsenen Tieren Mitosen auf. Morphologische Unterschiede der Sinneszellen sind nur zum Teil durch unreife Formen bedingt. Auf Grund der unterschiedlichen Größe der Riechzellen, ihrer Sinneskolben und ihrer Axone, der unterschiedlichen Anzahl der Neurotubuli im peripheren Sinnesfortsatz und in den Fila olfactoria dürfte es etwa 10–12 Sinneszelltypen in der Regio olfactoria geben. Die Feinstruktur des Epithels läßt vermuten, daß die Aufnahme von Geruchsreizen in dem olfactorischen Saum durch die Endspieße der Sinnesgeißeln erfolgt. Gegen die Nasenhöhle ist der Saum durch einen Schleimfilm abgegrenzt. Der Flüssigkeitsgehalt des olfactorischen Saumes scheint von den Mikrozotten der Stützzellen aufrechterhalten zu werden. Es wird angenommen, daß sich die Membranen der Endspieße an der Saumoberfläche mit den spezifischen Geruchsstoffen beladen und dann in der Tiefe des Saumes unter Einwirkung der Mikrozotten für neue Reizaufnahmen regeneriert werden.

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Summary The olfactory epithelium of rat, cat, and dog was studied light- and electronmicroscopically after perfusion with glutaraldehyde. Special blastema cells among the basal cells are considered as precursors for regenerating sensory receptors. Supporting cells and basal cells possess a continuous framework of tonofibrils. The basal areas of these cells are rich inlysosomes. In young animals, and more rarely in adults, there are different stages linking blastema cells with differentiated sensory cells. The blastema even of adult animals may show occasional mitotic figures. Approximately 10–12 types of sensory receptor cells can be distinguished by their varying size, the appearance of their proximal and distal processes, and the different numbers of neurotubules which these contain. It is concluded, from the ultrastructural details observed, that the perception of olfactory stimuli occurs at the periphery of the sensory hairs. The mucous coating in this zone seems to be kept moist by the microvilli of the supporting cells. It is assumed that the membranes of the sensory hairs take up specific odorous substances and that they regenerate their capacity for renewed stimulation under the influence of the microvilli.

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Herrn Professor Dr. W. Bargmann zum 60. Geburtstag gewidmet.

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Mit dankenswerter Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.     

Untersuchungen zur Nachweismethodik der Uridindiphosphoglukose-Glykogentransferase

Zusammenfassung Es wird eine Verbesserung der Nachweismethode der UDPGGT-Aktivität angegeben. Die Vorteile dieser Methode bestehen einmal darin, daß es gelingt, durch die Anwendung einer sauren Hydrolyse durch eine 10%ige H₂SO₄ das präexistente von dem wahrend der Inkubation neusynthetisierten Glykogen zu trennen. Weiterhin werden durch die somit mögliche Perjodat-Leukofuchsin-Reaktion neusynthetisierte Polyglucosefraktionen in wesentlich größerer Breite miterfaßt, so daß auch der abschätzbare histochemische UDPGGT-Nachweis den biochemisch bekannten UDPGGT-Aktivitäten entspricht. Das methodische Verfahren wird der bisher üblichen Methode gegenübergestellt und im Zusammenhang mit Befunden anderer Arbeitsrichtungen über die UDPGGT diskutiert.

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Summary An improved method for the determination of UDPGGT-activity is described. The advantage of the method is, that by acid hydrolysis (10% H₂SO₄) it is possible to discriminate pre-existent glycogen from glycogen synthesized during the incubation period. In addition it is now possible to determine by means of the periodate-leucofuchsin-reaction freshly synthesized polyglucose-fractions much more accurately. Thus estimated histochemical UDPGGT-results correspond to biochemically determined UDPGGT-activities. The procedure is compared with usual methods and discussed in connection with results from other research on UDPGGT.

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Mit Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.     

Über den physikalisch-chemischen Zustand des Wassers und der Elektrolyte in der lebenden Zelle

Zusammenfassung In der vorliegenden Übersichtsarbeit werden Versuchsergebnisse besprochen, die eine Aussage über den physikalisch-chemischen Zustand des Wassers und der Salze in der lebenden Zelle erlauben. Messungen der Dielektrizitätskonstante in Proteinlösungen, Zellen und Geweben führen zu dem Schluß, daß nur ein kleiner Teil des Zellwassers, 10 bis 20%, an Proteine gebunden ist und daß der größte Teil frei ist. Zum gleichen Ergebnis führen kalorische Messungen der Schmelzwärme und der partiellen spezifischen Wärme de Wassers. Auch die Analyse der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit im Zytoplasma verschiedener Zellen kann man mit der Annahme erklären, daß die intrazellulären Ionen im Zellwasser gelöst sind und sich unter dem Einfluß des elektrischen Feldes im Wasserraum des Zytoplasmas wie in einer Elektrolytlösung bewegen. Messungen des thermodynamischen Aktivitätskoeffizienten von KCl und NaCl in hochkonzentrierten Proteinlösungen und in löslichen Zytoplasmafraktionen zeigen unzweideutig, daß unter physiologischen Bedingungen die Aktivität von Salzen im Zytoplasma — abgesehen von spezifischen Ionenbindungen — durch die Anwesenheit von Protein nur sehr wenig reduziert wird. Diese geringe Reduktion wird erklärt.

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The physico-chemical state of water and electrolytes in the living cell

Summary This review paper deals with the physico-chemical state of the water and the salts in the living cell. Measurements of the dielectric constant of protein solutions, cells and tissue show that only a small amount of the cell water — 10 to 20% — is bound to protein molecules. The rest behaves like normal water. The same result has been obtained by calorimetric measurements of the heat of melting and of the partial specific heat in protein solutions and in cells. From the results of other experiments on the determination of the specific electrical conductivity of the cytoplasm in several cell types the conclusion may be drawn, that practically all of the intracellular ions are solved in the cell water and show an electrical mobility essentially not different from the value in an electrolyte solution. Furthermore, measurements of the activity coefficient of KCl and NaCl in protein solutions of high concentration and in soluble fractions of cytoplasm have been described. The experimental results show with little doubts that within the physiological range of the experimental conditions the activity coefficient of salts in the cytoplasma — aside from ion binding — is not altered seriously by the presence of large amounts of proteins, compared to a simple salt solution. An explanation of this strange result will be presented.

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Herrn Prof. Dr. Dr. h. c. mult. Boris Rajewsky zum 80. Geburtstag gewidmet.

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Vorgetragen auf der Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Biophysik, Erlangen, Oktober 1972.     

Energie-Bilanz eines Poikilothermen(Lacerta vivipara)

Zusammenfassung 1. Die Energiebilanz eines Tieres ist quantitativ im wesentlichen durch seinen Wärmehaushalt bestimmt oder mindestens in Wärmeäquivalenten ausdrückbar.2. Der Energiewechsel beruht auf zwei Hauptgruppen von Prozessen: Stoffwechselprozessen im Körperinneren und Wärmeaustausch zwischen Tierkörper und Umwelt.3. In beiden Gruppen treten regulative und nicht regulative Vorgänge auf. Die Regulation beim Wärmeaustausch zwischen Tierkörper und Umwelt beruht auf entsprechenden Verhaltensweisen.4. Der Unterschied zwischen Homoiothermen und Poikilothermen liegt nicht darin, daß die Regulationsmöglichkeit der Körpertemperatur nur den ersteren vorbehalten wäre (beide zeigen eine gewisse — und nur eine gewisse — Regulationsmöglichkeit), sondern darin, daß die Energiebilanz der Poikilothermen zum wesentlichen Teil durch den Wärmeaustausch mit der Umwelt beherrscht wird und daher auch die Regulation der Körpertemperatur wirksam nur durch Verhaltensweisen — die den Wärmeaustausch in die gewünschte Richtung lenken — erreicht werden kann.5. Aus der Beherrschung der Energiebilanz durch den Wärmeaustausch mit der Umwelt folgt auch, daß die Regulationskapazität der Poikilothermen weit geringer ist als die der Homoiothermen — obwohl natürlich auch deren Regulationskapazität begrenzt ist.6. Ein weiterer charakteristischer Unterschied zwischen Homoiothermen und Poikilothermen liegt darin, daß bei den ersteren die Überforderung der Temperaturregulation meist katastrophal endet, bei den letzteren hingegen eine normale Reaktion auslöst, nämlich den Übergang zu einer mehr oder weniger inaktiven, mindestens nicht vollaktiven Lebensweise. Aus verschiedenen Anzeichen läßt sich sogar schließen, daß Poikilotherme ein ständiges Leben im Aktivitätstemperaturbereich nicht ertragen könnten.7. FürLacerta vivipara wird eine möglichst komplette Energiebilanz gegeben.

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Energy balance of a poikilothermic animal(lacerta vivipara)

The main differences between homoiothermic and poikilothermic animals are considered on the basis of information from literature and results obtained by the author. It is not the occurrence of thermoregulation per se which constitutes the main differences between representatives of these two groups, but rather the manner in which this thermoregulation is performed. Whereas homoiothermic animals regulate by means of metabolic processes and changes in behaviour, poikilothermic animals employ the latter mechanism almost exclusively. InLacerta vivipara the close relationship between thermal balance and environmental factors is demonstrated on the basis of experimental results and calculations.

     

Systems analysis of biological receptors

Zusammenfassung Zur Erfassung der Übertragungseigenschaften der Froschmuskelspindel wurden die wichtigsten Systemparameter — Länge und Kraft der intrafusalen Muskelfasern, das Verhalten des Receptorpotentials, und die Impulsdichte — bestimmt. Hierbei wurden rampen- und sinusförmige Längen- bzw. Kraftänderungen auf den Muskel aufgebracht und die Veränderungen im Receptorpotential und der Impulsantwort analysiert. Die experimentellen Befunde lassen den Schluß zu, daß der mechano-elektrische Transduktionsprozeß einen wesentlichen Beitrag zur Dynamik liefert, wobei Längenänderungen des Muskels den unmittelbaren Eingang für den Spindel-Transducer darstellen. Abhängig davon, ob die intrafusalen Muskelfasern gedehnt werden oder sich verkürzen können, zeigen die Receptorpotentialänderungen ein PDT₁- bzw. ein Verzögerungs-Verhalten. Mögliche molekulare Mechanismen des lonentransportes durch die Receptormembran werden zur Erklärung dieser Änderungen in den Transducereigenschaften herangezogen. Die Formulierung eines linearen Modells gestattet eine hinreichend genaue Beschreibung der einzelnen Teilsysteme: Muskel, Transducer und Encoder sowie der komplexen Receptordynamik. Nur im Bereich großer Längenänderungen, wo der sog. overstretch auftritt, reicht die lineare Approximation nicht mehr aus.

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Presented at the IV. Internat. Biophysics Congress, Moscow, August 7–14, 1972.     

Zusammenwirken von Strukturblau mit Phaeomelanin zur Erzeugung von Violett bei Chloëbiafedern

Zusammenfassung Die violette Farbe der Federchen aus dem Brustfleck von Chloëbia gouldiae — sie wurden im Licht- und Elektronenmikroskop untersucht — entsteht durch das Zusammenwirken von Tyndallblaustruktur mit einem rostbraunen Hintergrund aus Phaeomelanin; das letzte fügt dem aus dem trüben Medium austretenden blauen Licht einen rötlichen Anteil zu, so daß Violett zustande kommt. Während in den bisher bekannt gewordenen einschlägigen Fällen Tyndallblau und absorbierender Untergrund von zweierlei Zellen geliefert werden — modifizierten Markzellen (trübes Medium) und darunter gelegenen Eumelanin führenden Rindenzellen (dunkler Hintergrund) —, finden sich bei den violetten Federn der Chloëbia beiderlei Einrichtungen innerhalb der Markzelle. Solche Elemente seien als Tyndallblau-Phaeomelanin-Zellen (TP-Zellen) bezeichnet. Sie entwickeln in ihrem peripherischen Anteil Schaumstruktur, im mittleren aber ein Häufchen großer Phaeomelaningranula. Diese letzten lassen sich wie bei der Taube Columba trocaz durch Druck deformieren und werden dann doppelbrechend, was eine allgemeine (dem Eumelanin fehlende) Eigenschaft des Phaeomelanins zu sein scheint.     

Lassen sich in der Ontogenese der Karpelle und Staubblätter noch Anklänge an ihre phylogenetische Entwicklung aus Telomen feststellen?

Zusammenfassung Der extrem angewendeten Telomtheorie gegenüber, die nicht nur die phylogenetische Entstehung der allgemeinen Charaktere der Sporophyllkategorie, sondern auch den speziellen Bau jedes einzelnen rezenten Karpells und jedes einzelnen rezenten Staubblattes durch relativ einfache, jeweils für die einzelnen Organe spezifische Verkettungen von Sporo-telomen erklären will, wodurch die Karpelle und Staubblätter nur als Verbände von noch relativ selbständigen Teilen, nicht aber als eigene Organe gewertet werden, wird festgestellt, daß sich in der ontogenetischen Entwicklung der rezenten Karpelle und Staubblätter kein Hinweis auf ihren Syntelomcharakter finden läßt, sondern daß sowohl die Karpelle als auch die Staubblätter als völlig einheitliche Organe entstehen, deren mannigfaltige Erscheinungsformen ausschließlich durch quantitative, oft noch ontogenetisch verfolgbare Veränderungen aus einer meist schildförmigen Ausgangsform entstehen, woraus sich ergibt, daß die rezenten Karpelle und Staubblätter — ganz unabhängig von ihrer phylogenetischen Entwicklung — heutzutage selbständige Organe sind, deren Bau am besten durch den Vergleich mit dem Bau der Trophophylle, die sich phylogenetisch parallel zu den Sporophyllen entwickelt haben und heute ebenso wie diese fixierte Organe sind, charakterisiert werden kann.     

Untersuchungen über die Polysaccharidverteilung im menschlichen Dentin,durchgeführt an Zahnschnitten

Zusammenfassung Untersuchungen über die Polysaccharidverteilung im Dentin menschlicher Zähne wurden an Zahnschnitten durchgeführt, die nach der Perjodsäure-Leukofuchsin-Technik, mit Toluidinblau und Azan und nach der Perjodsäure-Silber-Technik gefärbt worden waren.Die Perjodsäure-Leukofuchsin-Färbung ergibt in den äußeren Anteilen des Dentins eine ungleichmäßige Schiff-positive Reaktion, die durch stärker gefärbte Kugelbegrenzungslinien auffällt, während in den pulpanahen Anteilen des Dentins in einigen Fällen schwach positiv hervortretende Kugelformationen zu beobachten sind. Die Frage, ob es sich dabei um ein vermehrtes Auftreten von Polysacchariden oder um eine Depolymerisation der Polysaccharide handelt, wird auf Grund der Befunde bei den restlichen Färbungen entschieden. Die Toluidinblaufärbung zeigt ein Bild, das — analog der Perjodsäure-LeukofuchsinReaktion — metachromatisch hervortretende Kugelbegrenzungslinien in den äußeren Dentinanteilen und metachromatisch hervortretende Kugelformationen in den pulpanahen Dentinanteilen aufweist. Die Metachromasie zeigt also, daß es sich bei den Kugelbegrenzungslinien und den Kugelformationen um das vermehrte Auftreten von hochpolymeren Polysacchariden und damit um eine Anreicherung organischer Kittsubstanz in diesen Bezirken handelt, vorausgesetzt, daß die Polysaccharidkomponente in der Kittsubstanz überall einen annähernd gleich hohen Prozentsatz ausmacht. Diese Voraussetzung erweist sich nach der Färbung der Zahnschnitte mit der Perjodsäure-Silber-Technik als zu Recht bestehend. Der in diesem Falle ausschließlich physikalische Effekt dieser Färbung, der zu den Befunden der beiden anderen Färbungen im direkten Gegensatz steht (Kugelformationen in der Außenzone, kugelbegrenzende Linien in der Innenzone des Dentins), läßt Rückschlüsse auf die Dichte des untersuchten Gewebes zu und zeigt klar, daß das vermehrte Vorhandensein von Polysacchariden mit der Anreicherung von organischer Kittsubstanz parallel läuft.Ferner werden Befunde über die Polysaccharidverteilung im Dentin kariöser Zähne beschrieben. Die Perjodsäure-Leukofuchsin-Reaktion erweist sich im Bereich des Karieseinbruches als stark positiv. Die Färbung mit Toluidinblau ergibt, daß es sich bei den Schiff-positiven Gebieten um den Karieseinbruch herum nicht um ein vermehrtes Auftreten, sondern um eine Depolymerisation der Polysaccharide handelt. In bezug auf das Sekundärdentin wird eine mit Leukofuchsin stark färbbare Grenzezwischen Primär-und Sekundärdentin, das Vorhandensein von metachromatisch hervortretenden Kugelformationen im Sekundärdentin nach Färbung mit Toluidinblau und eine Rotfärbung des Sekundärdentins mit Azan beschrieben, die auf eine erhebliche Dichte der organischen Matrix des neu aufgelagerten Dentins schließen läßt.Der Verkalkungsmodus des Dentins wird mit der Art der Knochenverkalkung verglichen, wobei die Besonderheiten der Verkalkung des Dentins herausgestellt werden. Schließlich wird die Ansicht von der Ausbreitung der Karies entlang der Interglobularräume durch die angeführten Befunde gestützt.Inaugural-Dissertation der Medizinischen Fakultät der Freien Universität Berlin. Arbeit unter Leitung von Prof. Dr. W. Schwarz.     

Über die elektronenmikroskopische Identifizierung von noradrenergen Nervenfasern durch 5-Hydroxydopamin und 5-Hydroxydopa im Pinealorgan der Eidechse (Lacerta muralis)

Zusammenfassung Durch Verwendung von 5-Hydroxydopamin und 5-Hydroxydopa, die endogenes Noradrenalin in den Speichergranula sympathischer Nerven ersetzen, gelang es, noradrenerge Nervenfasern innerhalb des Pinealorgans von Lacerta muralis zu identifizieren. Die Nerven stammen von sympathischen, autonomen Neuronen. Ihre marklosen Fortsätze können an der großen Anzahl von granulierten Vesikeln erkannt werden, deren elektronendichter Inhalt durch die Vorbehandlung eindeutig zugenommen hat. In drei Teilen des Pinealorgans wurden noradrenerge Fasern elektronenmikroskopisch gefunden: 1. Neben den Blutgefäßen im perivaskulären Bindegewebsraum, 2. zwischen den Zellen und deren Fortsätzen innerhalb des Pinealorgans, 3. frei im Lumen des Pinealorgans. In einigen Fällen wurde beobachtet, daß verdickte Endformationen Kontakt mit Teilen von Sinneszellen, besonders deren Außengliedern, aufnehmen. Bisher konnte kein synaptischer Kontakt mit sekretorischen Zellen des Pinealorgans festgestellt werden.

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On the electron microscopic identification of noradrenergic nerves in the pineal organ of the lizard lacerta muralis by 5-hydroxydopamine and 5-hydroxydopa

Summary Using 5-hydroxydopamine and5-hydroxydopa as false sympathetic transmitters the authors identified noradrenergic nerves inside the pineal organ of the lizard. These nerves are part of sympathetic autonomic neurones; their unmyelinated processes are identified by a large number of dense core vesicles the electron dense content of which has increased significantly following pretreatment with the catechol-analogues. There are three parts of the pineal organ where noradrenergic nerves have been found electron microscopically: 1) Close to the blood vessels in the perivascular connective tissue compartment, 2) between cells and their processes inside the epithelium of the pineal organ, 3) free in the lumen of the pineal gland. In some cases club shaped terminations contact parts of sensory cells especially their outer segments. No synaptic contacts to secretory cells have been detected so far.

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Supported by USPHS Research Grant TW 00295-02.

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Mit dankenswerter Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.     

Artificial neuron

Zusammenfassung Frühere Arbeiten liefen darauf hinaus, ein Nervenelement (das künstliche Neuron) qualitativ zu simulieren. Im folgenden werden die Ergebnisse der weiteren Entwicklungsstufe beschrieben — die Simulierung eines Neuronenanalogons, dessen Zeitbasis mit der der Aplysia identisch ist und dessen Spannungsamplitude(n) sich voneinander um einen Maßstabsfaktor unterscheiden.Dieses künstliche Neuron, das aus einem einzigen Operationsverstärker mit parallelverlaufenden linearen und nichtlinearen Rückkopplungsleitungen besteht, weist nicht nur eine quantitative Beziehung zu dem natürlichen auf; es ist auch in der Arbeitsweise und dem Schaltschema nach viel einfacher. Die Verhaltenscharakteristiken des Analogous, mit bzw. ohne Rückkopplung, werden beschrieben.Einige von den dargestellten und im Text erläuterten Charakteristiken sind: Ansetzen eines Wirkungspotentials durch depolarisierende Eingänge, Anodendurchschlagsspannung, Wiederpolarisation, gegen Totzeit aufgetragene Impulsstärke, Akkommodation, Adaptation und wiederholte Erzeugung des Wirkungspotentials durch andauerndes depolarisierendes Reizen.

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This work was supported by the Bureau of Naval Weapons, Department of the Navy, under Contract NOw 62-0604-c.     

Trennung der effekte von transmutation und strahlung nach einbau von radionukliden in die DNS

Summary Among the various methods for studying the relative effects of transmutation and radiation of incorporated nuclides, simulation of beta radiation by external gamma exposure is of practical importance.Self-irradiation and mutual irradiation of the labeled cells cannot be neglected in any case. Furthermore, additional hypothetical and experimental problems may arise from using either external beta radiation or different isotopes of an element.By means of external gamma irradiation on the other hand, this being equivalent to the internal beta radiation from a microdosimetrical point of view, the radiation effect of the nuclide alone can be observed without any modification of other experimental parameters. To determine such equivalent gamma radiation for labeled cell nuclei ofVicia faba roots, the authors applied the Monte Carlo Method to the beta spectra of³²P,³H,¹⁴C and¹³¹J, to the energy-dependent LET and to different cell diameters. The existence of secondary particle equilibrium inside the nuclei during gamma exposure was assumed. For certain radionuclides and cell sizes it is possible to calculate gamma spectra which induce energy spectra in the nuclei similar to those caused by the beta particles originating in the nuclear DNA.

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Trennung der effekte von transmutation und strahlung nach einbau von radionukliden in die DNS

Zusammenfassung Unter den verschiedenen Methoden zur Untersuchung der relativen Wirkung von Transmutation und Strahlung inkorporierter Nuklide kommt der Simulation der Betastrahlung durch eine externe Gammastrahlung praktische Bedeutung zu. Nicht immer kann man nämlich davon ausgehen, daß die Selbstbestrahlung der zu untersuchenden Objekte vernachlässigt werden kann. Auch bringt sowohl die Verwendung einer äußeren Betastrahlung als die verschiedener Isotope desselben Elements häufig zusätzliche prinzipielle und experimentelle Probleme mit sich. Hingegen kann durch eine der Betastrahlung äquivalente Gammastrahlung der Strahleneffekt des Nuklids allein ohne Veränderung der Kultur- und Inkorporationsbedingungen untersucht werden. Allerdings ist es keineswegs einfach, diese äquivalente Gammastrahlung auf rein theoretischem Wege zu ermitteln. Immerhin können mit Hilfe des skizzierten Verfahrens zumindest in einigen Fällen Gammaspektren berechnet werden, die im Innern des Zellkerns vonVicia faba, Energieabsorptionsspektren erzeugen, die denen von im Zellkern emittierten Betateilchen ähnlich sind.Unter Berücksichtigung des in der Diskussion Gesagten läßt sich das Verfahren sicherlich verbessern. Auch fßr andere Objekte und Objektverteilungen dürften sich dann äußere Strahlenquellen ermitteln lassen, mit denen der relative Anteil von Transmutation und Strahlung an der Gesamtwirkung des radioaktiven Zerfalls untersucht werden kann.

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Eingegangen am 26. August 1974     

Über den Bau der Wandungen des Aquaeductus cerebri und des IV. Ventrikels der Katze

Zusammenfassung An Paraffinschnitten durch perfusionsfixierte Gehirne von erwachsenen Katzen werden in der Wand des Aquaeductus cerebri zwei von cranial nach caudal verlaufende Gliafaserbündel beschrieben, deren eines in das Velum medullare anterius einstrahlt, während das andere Anschluß an ein Faserbündel gewinnt, welches in der Seitenwand des IV. Ventrikels verläuft. — Es wird gezeigt, daß im Boden des IV. Ventrikels am Eingang in den Recessus lateralis sowie im Boden des gesamten Recessus lateralis unmittelbar unter dem Ependym einzeln gelegene Nervenzellen vorkommen. Diese bisher unbekannten Zellen werden als ein flächenhaft ausgebreitetes Kerngebiet mit enger Beziehung zum Ventrikelsystem angesehen.

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On the structure of the walls of the aquaeductus mesencephali and of the IV^th ventricle of the cat

Summary In paraffin sections through the brains of adult cats two thick bundles of glia fibres are shown to be running in the cranio-caudal direction within the wall of the aqueductus cerebri. One of the bundles enters the velum medullare anterius whereas the other is continuous with a bundle of glia fibres that runs within the lateral wall of the IVth cerebral ventricle. — In the floor of the IVth ventricle near the entrance to the lateral recess and in the floor of the entire lateral recess nerve cells are shown to occur immediately underneath the ependyma. These cells, which so far have not been described, are thought to constitute an extremely thin nucleus having a special relationship to the ventricular system.

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Mit dankenswerter Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.     

Strahlenchemische Untersuchungen zu dem Problem eines Anticodes in der Transfer-RNS

Zusammenfassung Es wurde die biologische Aktivität der t-RNS nach Bestrahlung mit UV-Licht, Röntgenstrahlen und sichtbarem Licht in Gegenwart von Thiopyronin bestimmt. Dabei zeigte sich, daß bei den Aminosäuren Phenylalanin, Serin, Lysin, Leucin und Prolin durch die verschiedenen Strahlenarten die Akzeptor- und Transferaktivität etwa in dem gleichen Ausmaß zerstört werden.Unter Berücksichtigung der spezifischen Basenzerstörung durch die drei Strahlenarten ergibt sich theoretisch eine unterschiedliche Beeinflussung der Akzeptor- und Transferaktivität, die mit der gefundenen gut übereinstimmt. Weiterhin kann man aus den Ergebnissen schließen, daß vermutlich die gleiche Basensequenz sowohl für die Aufnahme als auch Übertragung einer Aminosäure verantwortlich ist.

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Summary The biological activity of transfer RNA after its irradiation with u.v. light and X-rays, and photodynamic treatment with thiopyronine was studied. Our results as a whole indicate that a change or destruction of a base at the template site (anticode) inhibits not only the amino acid transfer activity but also the acceptor functions of t-RNA.The specific destruction of pyrimidines caused by u.v.- and X-ray irradiations and that of guanine alone by the photodynamic action of thiopyronine show that the complimentarity between the baze sequences of m-RNA and t-RNA is unquestionable. Whether there is any correlation between the bases at the recognition — and at the template sites of t-RNA molecule is not sure but the damages at both the sites were found to be parallel.

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Wir danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft für eine Sachbeihilfe.