Zur Feinstruktur einer elektrischen Synapse

Summary Free-running, naked axons (diameter 2000 to 7000 Å) can be found in the lumen of the pineal organ. Their axoplasm contains microtubules, mitochondria as well as synaptic (diameter 350 to 450 Å) and granulated vesicles (diameter 500 to 1500 Å). In Pleurodeles waltlii, the axons in the pineal lumen form synapses on the free, apical surface of the pineal ependyma which is supplied with microvilli. In addition to usual cytoplasmic elements the innervated ependymal cells contain myeloid bodies and accumulations of glycogen granules. Without forming synapses these axons pass by and occasionally contact the inner and/or outer segments of the pinealocytes. The synapses found on the pineal ependymal cells furnish evidence of a neuronal control of these glial elements.The nerve fibers of the pineal lumen are being compared with known CSF contacting axons; they resemble one another in their ultrastructure and synaptic connections. Therefore and since in amphibians the pineal lumen communicates with the 3rd ventricle, the axons of the pineal lumen are considered to represent CSF contacting axons and to belong to the so-called CSF contacting axon system of the brain.In addition, the pineal CSF contacting axons are being compared with the following nerve fibers and terminals found in the pineal tissue: 1) axons containing large, granulated vesicles (diameter 1300 to 1500 Å) and terminating on the dendrites of nerve cells situated among the basal processes of the pinealocytes; 2) the synaptic ribbons-containing pinealocyte processes forming likewise synapses on the nerve cells; 3) the neurohormonal, synaptic semidesmosomes of pinealocytic processes on the lamina basalis separating the connective tissue spaces of the pia mater from the proper nervous tissue of the pineal organ; 4) the perivasal, autonomic nerve fibers of the pial septa. Though granulated vesicles of various diameters are present in all these terminals the greatest morphological similarity is found between the pineal CSF contacting axons and those nerve fibers containing large, granulated vesicles and forming axo-dendritic synapses on the pineal nerve cells. A similar nature and origin of both axons are suggested.

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Zusammenfassung Im Lumen des Pinealorgans können frei verlaufende, nackte Axone (Durchmesser 2000–7000 Å) beobachtet werden. Ihr Axoplasma enthält Mikrotubuli, Mitochondrien, synaptische (Durchmesser 350–450 Å) und granulierte Vesikel (Durchmesser 500–1500 Å). Bei Pleurodeles waltlii bilden die im Lumen des Pinealorgans verlaufenden Axone Synapsen auf der freien, apikalen Oberfläche der pinealen Ependymzellen. In den innervierten Ependymzellen kommen neben sonstigen Zytoplasmabestandteilen Myeloidkörper und Anhäufungen von Glykogengranula vor. Die Axone verlaufen am Innen- und Außenglied der Pinealozyten vorbei, können diese berühren, bilden aber dort keine Synapsen. Die auf den pinealen Ependymzellen nachgewiesenen Synapsen beweisen eine neuronale Kontrolle dieser Gliaelemente.Die Nervenfasern des pinealen Lumens wurden mit bekannten Liquorkontaktaxonen verglichen. Sie ähneln einander in ihrer Ultrastruktur und ihren synaptischen Verbindungen. Aus diesem Grunde und da bei den Amphibien das pineale Lumen mit dem 3. Ventrikel kommuniziert, werden die Axone des pinealen Lumens als Liquorkontaktaxone und als Glied des sogenannten Liquorkontakt-Axonsystems des Gehirns angesehen.Ferner wurden die pinealen Liquorkontaktaxone mit folgenden Nervenfasern und Endigungen verglichen, die im pinealen Gewebe vorkommen: 1) Axone, die große, granulierte Vesikel (Durchmesser 1300–1500 Å) enthalten und an den Dendriten von Nervenzellen endigen, welche zwischen den basalen Fortsätzen der Pinealozyten liegen; 2) Pinealozytenfortsätze, die synaptische Bänder enthalten und ebenfalls an diesen Neuronen Synapsen bilden; 3) die neurohormonalen, synaptischen Semidesmosomen von Pinealozytenfortsätzen an der Lamina basalis, die die bindegewebigen Räume der Pia mater vom eigentlichen Nervengewebe des Pinealorgans begrenzt: 4) die perivasalen, autonomen Nervenfasern der pialen Septen. Obwohl granulierte Vesikel verschiedener Durchmesser in allen diesen Terminalen vorhanden sind, stellten wir die größte, morphologische Ähnlichkeit zwischen den pinealen Liquorkontaktaxonen und denjenigen Nervenfasern fest, die große, granulierte Vesikel aufweisen und an den pinealen Neuronen axo-dendritische Synapsen bilden. Eine ähnliche Natur und Herkunft beider Axone werden angenommen.

     

Granulierte marklose Nervenfasern in der Epiphysenregion von Anuren

Zusammenfassung In der ganzen Epiphysenregion der Anuren, vor allem aber in perivaskulärer Anordnung, sind marklose Nervenfasern zu beobachten. Ein Teil dieser Fasern enthält Vesikel vom Typ synaptischer Bläschen sowie elektronendichte Granula mit einem Durchmesser von 500–1000 bzw. 2000 Å. Die granulahaltigen Fasern dringen vereinzelt bis in die synaptischen Regionen der Epiphyse vor. Es wird darauf hingewiesen, daß eine Verletzung dieses ausgedehnten Fasersystems bei Epiphysen-Exstirpationen und die Verunreinigung des Epiphysenmaterials mit benachbarten Gewebspartien bei der Gewinnung von Epiphysen-Extrakten zu falschen Schlüssen über die Funktion der Anuren-Epiphyse führen können.

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Granulated unmyelinated nerve fibers in the pineal region of anurans

Summary The anuran pineal region, which includes the connective tissue capsule of the pineal organ and adjacent parts of brain, shows many unmyelinated nerve fibers. Most of these fibers have a perivascular location. Many of the fibers contain inclusions resembling synaptic vesicles as well as dense-core vesicles of granular appearance with diameters of either 500–1,000 Å or 2,000 Å. Isolated granulated fibers penetrate into the synaptic regions of the pineal organ. It is suggested that this extensive fiber system may be damaged during pinealectomy and that adjacent tissues containing fibers with granular inclusions may contaminate the pineal extracts. This may lead to false conclusions about the function of anuran epiphysis.

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Mit Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.     

Strukturbesonderheiten der Anurenepiphyse nach prolongierter Osmierung und Anwendung der Acetylcholinesterase-Reaktion

Zusammenfassung Mit der prolongierten Osmierung nach Friend wird an den Außengliedern der pinealen Sinneszellen von Rana temporaria eine körnige Schwärzung erzielt. Diese Partikel haben einen Durchmesser von etwa 50 Å. In Analogie zu den Befunden an den retinalen Stäbchen (Eakin und Brandenburger) wird das geschwärzte Material als das Reaktionsprodukt eines Photopigments gedeutet. Weiterhin kann man mit dieser Methode in den pinealen Stützzellen 300–2500 Å große Granula darstellen, die im Golgi-Apparat entstehen. Die für Stützzellen charakteristischen Granula ermöglichen eine sichere Erkennung kleiner Stützzellanschnitte. Obwohl der Chemismus der Friendschen Reaktion nicht bekannt ist, bewährt sich diese Fixierungsmethode bei der elektiven Darstellung bestimmter Zellstrukturen. So war es möglich, den Degenerationsablauf an den Sinneszellaußengliedern und das Verhalten von Zellfortsätzen im perivaskulären Raum präziser als bisher zu untersuchen. Mit der Acetylcholinesterase-Reaktion können in der Anurenepiphyse nur Ganglienzellen und deren Neuriten elektiv hervorgehoben werden; basaler Rezeptorenfuß und die plexiformen Zonen sind dagegen negativ.

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The anuran pineal organ after prolonged osmium tetroxide fixation and in acetylcholinesterase preparations

Summary 50 Å particles are selectively demonstrated in the cytoplasmic lamellae of the outer segments of the pineal sensory cells inRana temporaria after prolonged osmium tetroxide fixation according to Friend. In analogy to the interpretations of Eakin and Brandenburger concerning the rods of the lateral eye, it is assumed that a photopigment is present in the outer segment of the anuran pineal receptors. Furthermore, 300–2500 Å granules are demonstrated in the supportive cells; these originate in the Golgi zone. The characteristic granules of supportive cells are an important feature in the demonstration of small supportive cell segments. The chemical basis of the Friend reaction is not completely understood. However, the reaction proves to be useful in the demonstration of certain cell organelles. A more precise picture of degenerating outer segments of pineal sensory cells and of the distribution of terminal processes of different pineal cell types in the perivascular spaces can be obtained by the prolonged osmium tetroxide fixation. The nerve cells of the anuran pineal organ and their axons are demonstrated selectively by the acetylcholinesterase technique. The basal feet-like processes of the receptor cells and the plexiform zones of the pineal organ are negative in acetylcholinesterase preparations.

Mit Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.     

Vergleichende Untersuchungen über acetylcholinesterase-haltige Neurone im Pinealorgan der Vögel

Zusammenfassung Im Pinealorgan der Vögel zeigen die acetylcholinesterase-positiven Strukturen speziesabhängige Unterschiede. Die passeriformen Arten Passer domesticus, Serinus canaria und Amadina faciata alexander besitzen acetylcholinesterase-positive Nervenzellen, deren Axone im Epiphysenstiel hirnwärts ziehen; außerdem kommen an den Blutgefäßen spezifisch tingierbare Nervenfasern vor, die offenbar zur Epiphyse verlaufen. Bei Columba livia sind diese Nervenstrukturen sehr stark reduziert. Dagegen zeigt das Parenchym der Taubenepiphyse lichtmikroskopisch eine schwache Anfärbung; diese Stellen manifestieren sich im elektronenmikroskopischen Bild als punktförmige interzelluläre Reaktionsorte zwischen einzelnen Pinealzellen. Ferner finden sich bei Passer domesticus elektronenmikroskopisch nachweisbare Reaktionsprodukte im endoplasmatischen Reticulum und im perinukleären Raum der Pinealocyten (=Pinealzellen) sowie am Plasmalemmüberzug (Außenmembran) der Perikaryen und der Axone der Nervenzellen. Die Befunde bei 3 Tage alten Küken (Gallus domesticus) und bei Excalfactoria chinensis ähneln denen bei Columba livia, während bei Coturnix coturnix japonica das Reaktionsprodukt vermehrt im basalen Abschnitt der Follikel liegt. Melopsittacus undulatus zeigt im Epiphysenstiel eine begrenzte Zahl von hirnwärts ziehenden Nervenfasern und nimmt zwischen den Passeriformes und der Taube etwa eine Mittelstellung ein. Die sensorische und sekretorische Kapazität des Pinealorgans von Passeriformes wird diskutiert.

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Comparative studies of neurons in the pineal organ of birds using the acetylcholinesterase method

Summary The acetylcholinesterase reaction of the pineal organ (epiphysis cerebri) varies among avian species. Acetylcholinesterase-positive neurons with axons running along the pineal stalk to unidentified brain centers are seen in the pineal organ of passeriform birds such as Passer domesticus, Serinus canaria, and Amadina faciata alexander. A different kind of acetylcholinesterase-positive fibers are observed running along the blood vessels to the pineal organ. The acetylcholinesterase-positive structures are much reduced in Columba livia. The pineal parenchyma in Columba livia shows a slightly brown color in the light microscope; spot-like deposits of the reaction product are seen between the pinealocytes in the electron microscope. In Passer domesticus, the reaction products are seen in the pinealocyte endoplasmic reticulum as well as at the outer membrane of the perikaryon and axon of the nerve cells. The results in three-day old chicken and in Excalfactoria chinensis are similar to those obtained in Columba livia. In Coturnix coturnix japonica, a heavy reaction is evident in the basal part of the follicles. A small number of nerve cells and fibers are seen in the pineal stalk of Melopsittacus undulatus. The results are discussed in respect of sensory and secretory functions of the pineal organs in passeriform birds.

Gastprofessor des Landes Hessen am Anatomischen Institut der Universität Gießen.     

Fluoreszenzmikroskopische und elektronenmikroskopische Untersuchungen am Pinealorgan verschiedener Vogelarten

Zusammenfassung Mit der Fluoreszenzmethode von Falck-Hillarp lassen sich Artunterschiede im Innervationsmodus der Vogelepiphyse nachweisen. Bei Passer domesticus, Carduelis chloris, Pica pica, Corvus frugilegus und Gallus domesticus treten fluoreszierende adrenerge Nervenfasern nur perivaskulär, bei Anas platyrhynchos und Excalfactoria chinensis sowohl perivaskulär als auch im Parenchym, bei Columba livia lediglich vereinzelt im Parenchym auf. Die Fluoreszenzintensität des Epiphysenparenchyms von Passer domesticus und Columba livia, die nach mikrospektrographischen Messungen auf Serotonin beruht, schwankt stark von Fanggruppe zu Fanggruppe; die großen Unterschiede sind durch tagesrhythmische Schwankungen allein nicht erklärbar. In permanenter Dunkelheit nimmt die Serotoninfluoreszenz der Taubenepiphyse beträchtlich zu. Serotonin wird auch von den aminergen Nervenfasern der Vogelepiphyse gespeichert; seine Abgabe in die Blutbahn und deren physiologische Bedeutung werden diskutiert.Die in das Lumen der Vogelepiphyse hineinragenden, von modifizierten Zilien der Pinealozyten ausgehenden Membranwirbel zeigen mit der Osmierung nach Eakin, Brandenburger, Kopsch, Kolatschev gleichartige Partikel (Durchmesser 50 Å) wie die regulär gebauten Außenglieder der retinalen und pinealen Photorezeptoren. Diese Befunde werden mit elektrophysiologischen, biochemischen und verhaltensphysiologischen Ergebnissen verglichen.

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Fluorescence and electron microscope investigations of the avian pineal organ

Summary The adrenergic innervation and the parenchymal 5-HT in the pineal organ of different avian species were investigated with the method of Falck-Hillarp. The fluorophores were identified microspectrographically. An entirely perivascular localization of adrenergic nerve fibres was observed in the pineal organs of Passer domesticus, Carduelis chloris, Pica pica, Corvus frugilegus and Gallus domesticus. The pineal organs of Anas platyrhynchos and Excalfactoria chinensis showed both perivascular and parenchymal innervation. Perivascular fibres were absent from the pineal organ of Columba livia, and only a few fine fluorescent fibres appeared in its parenchyma after pretreatment with l-dopa. The intensity of the 5-HT fluorescence of the parenchyma cells showed a high individual variability. These differences apparently do not reflect a circadian 5-HT-rhythm. Continuous darkness increased the intensity of the 5-HT-fluorescence in the pineal organ of Columba livia. 5-HT was also demonstrated within the perivascular autonomic nerve fibres of the avian pineal organ. It is probable that 5-HT is released from the pineal parenchyma into the circulation.After prolonged osmium tetroxide treatment according to Eakin, Brandenburger, Kopsch, Kolatschev, the membrane whorls that are formed by the cilia of avian pinealocytes showed osmiophilic particles 50 Å in diameter. Similar particles have been observed in the regular outer segments of retinal and pineal photoreceptor cells of lower vertebrates. The above morphological results are discussed in view of electrophysiological, biochemical and behavioural observations.

Mit Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft. Herrn Prof. Dr. Ch. Owman, Lund, danke ich für die kritische Durchsicht des Manuskriptes.     

Weitere elektronenmikroskopische Untersuchungen am Pinealorgan vonPhoxinus laevis (Teleostei,Cyprinidae)

Zusammenfassung Auch im Pinealorgan adulter Elritzen (Phoxinus laevis) sind die Außenglieder der Sinneszellen nicht degeneriert. Der Vergleich wurde zwischen adulten Exemplaren (8,6 cm) und 19,5 Monate jüngeren Tieren (3 cm) durchgeführt. Im Verhältnis zu den Jungtieren sind die Neuropilformationen und die synaptischen Strukturen adulter Elritzen stärker ausgeprägt. Bei den letzteren enthalten die Endfüße der pinealen Rezeptoren zahlreiche synaptische Bänder und 300–400 Å große Bläschen. Die Neuropilzonen sind außerdem reich an verdichteten Membranstellen (tight junctions). Im Pinealorgan des adulten Phoxinus finden sich eigenartige Einschlußkörper, die aus konzentrischen Lamellen bestehen; ähnliche Membran wirbel hat Takahashi (1969) bei zweijährigen Goldfischen beschrieben. Häufig lassen sich in den Epiphysen adulter Elritzen Axone beobachten, die mit 500–1000 Å großen granulierten Vesikeln gefüllt sind und im Verband bahnartig zusammengefaßter markloser Nervenfasern verlaufen. Die Herkunft und Bedeutung dieser granulierten Fasern werden diskutiert, ebenso wie die funktionelle Rolle des pinealen Sinnesorgans.

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Further electron microscopic studies of the pineal organ inPhoxinus laevis (Teleostei, Cyprinidae)

Summary The outer segments of pineal receptor cells of adult (8.6 cm) European minnows (Phoxinus laevis), like the lamellated outer segments of 19.5 months younger (3 cm) specimens, did not show signs of degeneration (see also Oksche and Kirschstein, 1967). Neuropile formations and synaptic structures were more prominent in adult than in youngPhoxinus. In the adult group, the end-feet of pineal receptors contained numerous synaptic ribbons and vesicles (300–400 Å in diameter). The neuropile zones were rich in tight junctions. A peculiar structure of the pineal organ of agingPhoxinus was the inclusion body formed by concentric arrangement of lamellae. Membrane whorls similar to these inclusion bodies were described in the pineal organ of two years old goldfish (Takahashi, 1969). In the pineal organ of adultPhoxinus considerable numbers of axons containing dense-core vesicles (500–1,000 Å in diameter) were observed within tract-like bundles of unmyelinated nerve fibers. The origin and significance of these granulated fibers and the functional role of the pineal sense organ have been discussed.

Mit Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.     

Elektronenmikroskopische Untersuchungen am Pinealorgan von Passer domesticus

Zusammenfassung Das Pinealorgan von Passer domesticus enthält Zellen mit innengliedartigem mitochondrienreichen Stift, der eine bulböse Zilie mit 9+0 Zilienfibrillen entsendet. Randzipfel solcher Zilien, die vielfach in Gruppen anzutreffen sind, können sich in etwa 200 Å starke Lamellen fortsetzen. Konzentrische und wirbeiförmige Lamellenzüge, die von mehreren solchen Zilien ausgehen, bilden im Lumen markscheidenartige oder auch ungeordnete Membranenkomplexe. Ein direkter Zusammenhang mit Zilien konnte nur bei einem Teil dieser Lamellenkörper ermittelt werden. Der Bauplan der bulbösen Zilien entspricht den frühen Entwicklungsstadien des Photorezeptoren-Außengliedes. Es fehlen aber die für die letzteren so charakteristischen Membraninvaginationen; die Lamellenkomplexe der Vogelepiphyse haben eine ektopische Lage zur bulbösen Zilie. Oft finden sich an den Lamellenkörpern Degenerationszeichen. Diese degenerativ veränderten Strukturen erinnern an die Gebilde, die in den pinealen Lichtsinnesorganen der niederen Vertebraten aus zerfallenden Außengliedplättchen hervorgehen. Im Vergleich zu voll differenzierten pinealen Sinneszellen erscheinen die rezeptorenähnlichen Pinealocyten von P. domesticus rudimentär. Definitive funktionelle Schlüsse sind aus solchen morphologischen Vergleichen aber nicht möglich. Im Epiphysenstiel von P. domesticus verlaufen kräftige Nervenbahnen, die im Material dieser Studie ausschließlich aus marklosen Nervenfasern (Durchmesser 0,12–1,5 m) bestehen. Diese Faserzüge sind von autonomen Nervenstämmchen zu unterscheiden, die perivasculär die bindegewebige Hülle des Pinealorgans durchsetzen und stellenweise an das Parenchym vordringen. Im Pinealorgan von P. domesticus findet sich auch ein Pinealocytentyp mit 800–1200 Å großen granulierten Vesikeln, die im Golgi-Apparat dieser Zellen entstehen. Die elektronenmikroskopischen und neurohistologischen Befunde werden mit Hinweis auf verhaltensphysiologische (Gaston und Menaker) und elektrophysiologische (Ralph und Dawson) Ergebnisse diskutiert. Da das Pinealorgan von P. domesticus nach Menaker eine zentrale Komponente der biologischen Uhr beherbergt, sind Fragen nach einem sensorischen Eigenapparat und nach der sekretorischen Aktivität dieses Organs besonders aktuell.

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Electron microscopic studies of the pineal organ in Passer domesticus

Summary The pineal organ of Passer domesticus contains cells with an inner segment, rich in mitochondria, from which a bulbous 9+0 type cilium originates. These cilia are often grouped together and may form 200 Å thick lamellae. Concentric or irregular whorl-like lamellar complexes arise from a number of such cilia. The structure of the bulbous cilia corresponds to that of early developmental stages of the photoreceptor outer segment. The characteristic membrane invaginations of the retinal cones are absent in the bulbous cilia of the avian pineal organ; the lamellar complexes have a position ectopic to the cilia. Signs of degeneration are present at the lamellar bodies. The degenerated forms resemble structures that arise from disintegrating outer segment plates in the pineal photoreceptor cells of lower vertebrates. The receptor-like pinealocytes of P. domesticus appear rudimentary when compared with the fully differentiated pineal sensory cells. Definitive functional interpretations are not possible from such morphological comparisons. In the pineal stalk of P. domesticus, nerve tracts are present consisting of unmyelinated fibers of 0.12–1.50 m diameter. These nerve tracts differ from autonomic nerves that traverse perivascularly the connective tissue of the pineal capsule and in places enter the pineal organ. In the pineal organ of P. domesticus, a cell type is also found containing 800–1,200 Å diameter granular vesicles which originate in the Golgi complex. The electron microscopic and neurohistological findings are discussed with reference to experiments by Gaston and Menaker (i.e. the effect of pinealectomy on the circadian locomotor rhythm of P. domesticus) and to electrophysiological results of Ralph and Dawson. Since, according to Menaker, the pineal organ of P. domesticus is a crucial component of the endogenous time-measuring system, questions concerning the presence of a sensory apparatus and secretory activity in this organ assume a special significance.

Eine kurze Zusammenfassung der Ergebnisse wurde im Seminar on Hypothalamic and Endocrine Functions in Birds, Tokio (19.–24. Mai 1969), vorgetragen.     

Fluoreszenz- und elektronenmikroskopische Untersuchungen am Zwischenhirn-Hypophysensystem von Passer domesticus

Zusammenfassung Fluoreszierende aminerge Nervenfasern bzw. Endigungen und elektronendichte Granula mit einem Durchmesser von 500–1000 Å wurden bei Passer domesticus in den Perikaryen und im Neuropil des Nucleus infundibularis, im Neuropil des Nucleus supraopticus, im rostralen Abschnitt der neurosekretorischen Bahn (Region der Sehnervenkreuzung) und in der retikulären und Palisadenschicht der Eminentia mediana beobachtet. 2000–2500 Å große kontrastreiche Granula finden sich in den Perikaryen des Nucleus supraopticus, im Tractus supraoptico-paraventriculo-hypophyseus und im Hypophysenhinterlappen. Nach Reserpinbehandlung schwanden sowohl die gelbgrüne Fluoreszenz als auch das elektronendichte Material der 1000 Å und z. T. auch der 500–800 Å großen Bläschen. Dieses Ergebnis spricht dafür, daß beide Granulatypen Monoamine enthalten. Der Nucleus infundibularis ist nach unseren Befunden die wichtigste Quelle der etwa 1000 Å großen Granula in der Palisadenschicht der Eminentia mediana.

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Fluorescence- and electronmicroscopic studies on the hypothalamo-hypophysial system of Passer domesticus

Summary In Passer domesticus, fluorescent aminergic fibers and axon terminals and dense-core vesicles of 500 to 1000 Å diameter were found in the perikarya and the neuropile of the infundibular nucleus, in the neuropile of the supraoptic nucleus, in the rostral common neurosecretory pathway (region of the optic chiasma), in the tubero-infundibular tract, and in the reticular and palisade zones of the median eminence. 2000–2500 Å electron-dense vesicles were found in the perikarya of the supraoptic nucleus, in the proximal division of the common neurosecretory pathway and in pars nervosa of the hypophysis. After reserpine treatment, the yellow-green fluorescence as well as the dense material contained in the 1000 Å vesicles and partly also in the 500–800 Å vesicles disappeared. This suggested that the 1000 Å and the 500 Å dense-core vesicles in the hypothalamo-hypophysial system of Passer domesticus contain monoamines and that the infundibular nucleus is an important source of the 1000 Å dense-core vesicles in the palisade layer of the median eminence.

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Herrn Prof. Dr. Dr. E. Horstmann gewidmet.

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Mit dankenswerter Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.

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Stipendiat der Alexander von Humboldt-Stiftung. (On leave from the Department of Veterinary Anatomy, University of Minnesota, St. Paul, Minnesota, U.S.A.).     

Degenerationsstudien am Nervus pinealis von Rana esculenta L. nach stirnorgannaher und -ferner Durchtrennung

Zusammenfassung Am Nervus pinealis von Rana esculenta wurde der Verlauf der Wallerschen Degeneration nach Durchtrennung des Nervenstrangs unterhalb des Stirnorgans studiert.30 Std nach der Läsion tritt im distalen Stumpf der markhaltigen Nervenfasern eine Anhäufung von Glykogen auf; granulär-vakuolige Veränderungen zeigen diese Faserabschnitte am 4. Tag. Veränderungen der Myelinscheide beginnen am 7. postoperativen Tag an den Innenlamellen und greifen dann auf die ganze Markscheide über. Die Desintegration der einzelnen markhaltigen Fasern eines Nervus pinealis verläuft verschieden schnell; nach 25 Tagen ist sie an den meisten Fasern abgeschlossen.Am 7. Tag sind die ersten Veränderungen an den marklosen Fasern zu beobachten. Dabei werden die peripher in der Hüllzelle liegenden Fasern durch Retraktion des Hüllzellzytoplasmas ins Interstitium ausgestoßen und gehen dort zugrunde. Die mehr zentral in den Hüllzellen lokalisierten Fasern bleiben hingegen vom Hüllplasma umgeben. Die Degeneration dieser marklosen Elemente ist nach 14 Tagen abgeschlossen; es resultiert ein mit homogenem Inhalt geringer Elektronendichte gefüllter Kanal, der auf Querschnittsbildern eine Vakuole vortäuscht.Weiterhin ist für den degenerierenden Nervus pinealis eine starke Fibrosierung sowie der Schwund der intra- und perineuralen Lymphspalten charakteristisch. Nach etwa 60 Tagen treten im distalen Nervenstumpf von Büngnerschen Bändern umgebene marklose Nervenfasern auf. Dieses Auswachsen von Nervenfasern bestätigt elektrophysiologische Ergebnisse von Morita (s. Dodt und Morita, 1967), daß im Nervus pinealis erregungsleitende Elemente in beide Richtungen ziehen (frontofugale und frontopetale Fasern).Bindegewebsstrukturen, Degenerationsablauf und Strukturbild der Hüllzellen lassen den Nervus pinealis als peripheren Nerven erscheinen.

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Degeneration pattern of the pineal nerve of rana esculenta after transection at different anatomical levels

Summary Wallerian degeneration was studied in the pineal nerve of Rana esculenta with the electron microscope after transection of the nerve beneath the frontal organ.30 hours after the operation an accumulation of glycogen was found in the distal stump of the myelinated axons. Four days after interruption these axons displayed signs of granular and vaculoar disintegration. Myelin sheath changes started at the seventh day after the operation at the level of the inner lamellae and were subsequently followed by changes in the outer lamellar systems. The velocity of disintegration varied for individual myelinated fibers. 25 days after transection of the pineal nerve most of its myelinated fibers were completely degenerated.Initial changes of the unmyelinated fibers were recognized at the seventh postoperative day. Fibers located peripherally in the satellite cell were exposed by retraction of the satellite cytoplasm and degenerated rapidly. On the other hand, unmyelinated fibers which were located more centrally remained within the satellite cell and completed their degeneration only after 14 days. The residual structure observed was a channel occupied by a homogeneous material of low electron density.The number of collagen fibers increased and the intra- and perineural lymph spaces were obliterated in the distal nerve stump. Approximately 60 days after the operation chains of satellite cells and unmyelinated nerve fibers reappeared in the distal nerve stump. This result confirms the electrophysiological data of Morita (cf. Dodt and Morita, 1967) that nerve fibers run in both directions within the pineal nerve (i.e. they are frontofugal and frontopetal with respect to the frontal organ).The properties of the connective tissue between the pineal nerve fibers, the pattern of degeneration and the fine structure of the satellite cells suggest that the pineal nerve of Rana esculenta has the structure of a peripheral nerve rather than that of a central nervous tract.

Mit Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft. Ein Druckkostenzuschuß wurde aus Institutsmitteln zur Verfügung gestellt.     

Ultrastruktur des pinealen Sinnesapparates bei einigen Pipidae und Discoglossidae

Zusammenfassung Der Pinealkomplex der Anuren ist ein spezialisiertes Organ. Dafür sprechen sowohl physiologische Befunde als auch der histologische Aufbau, die Nervenverbindung mit dem Gehirn und die starke Blutversorgung. Degenerationszeichen sind nur an einem Teil der Rezeptorenaußenglieder zu beobachten; daneben finden sich stets voll differenzierte Sinneszellen. An der Epiphysis cerebri einiger stammesgeschichtlich bemerkenswerter Anurenformen (Pipidae: Xenopus laevis, Hymenochirus boettgeri; Discoglossidae: Bombina bombina) wird gezeigt, daß die durch Invaginationen des Plasmalemms entstandenen Außengliedstrukturen (Plättchen) nicht wie bei den Stäbchen und Zapfen der Lateralaugen auf einen bestimmten Durchmesser festgelegt sind. Aus ursprünglich zapfenähnlichen Formen entstehen durch tiefere Plasmalemmeinstülpungen Außenglieder, deren Lamellen das Innenglied kapuzenförmig überdecken. Bin weiteres Fortschreiten des Invaginationsprozesses führt zu unregelmäßigen Auf- und Abfaltungen des Außengliedes; an solchen Außengliedern treten Degenerationszeichen auf. Es werden zwei verschiedene Ablaufsformen der Degeneration beschrieben: 1. Membrankomplexe werden am distalen Pol abgestoßen; 2. Ein lytischer Abbau erfolgt von der Basis her. Diese Befunde werden unter Berücksichtigung energetischer Aspekte diskutiert. — Die Stützzellen sind offenbar zu trophischen und phagocytotischen Leistungen befähigt. Sie enthalten zahlreiche Myeloidkörper, deren Punktion ungeklärt ist. In der plexiformen Zone der Epiphysis cerebri sind neben Synapsen, die von basalen Sinneszellfortsätzen und Dendriten der Ganglienzellen gebildet werden, markhaltige und marklose Nervenfasern nachweisbar. Die marklosen Nervenfasern enthalten elektronendichte Granula. Vereinzelte elektronendichte Granula finden sich neben zahlreichen 500 Å großen Vesikeln auch in den basalen Sinneszellausläufern; die Bedeutung dieser Zelleinschlüsse ist noch ungeklärt.

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Ultrastructure of the pineal sensory apparatus in some Pipidae and Discoglossidae

Summary The pineal complex of the anura is a specialized organ as demonstrated with physiological and histological methods. It shows a connection with the brain by nerve fibers and an extensive vascularization. Physiological degeneration is seen only in a part of the outer segments of the sensory cells. In the pineal organ of several phylogenetically remarkable anuran species (Pipidae: Xenopus laevis, Hymenochirus boettgeri; Discoglossidae: Bombina bombina) the flattened sacs of the outer segment form more irregular arrangements than in the lateral eye receptors and overlap the inner segment. When the invaginations become more complex, irregular outer segments are frequently observed. In such outer segments degeneration occurs in either of two ways: 1. The membrane complexes are discarded from the apex, 2. lysis starts in the basal portion. These observations are discussed considering the energyutilization aspects. — The supporting cells seem to have trophic and phagocytic functions. These cells contain also myeloid bodies with unknown function. — The plexiform region of the pineal organ contains, in addition to the basal processes of the receptor cells and the dendrites of the nerve cells, also myelinated and unmyelinated nerve fibers. The unmyelinated fibers contain dense-core granules. Besides many vesicles with a diameter of 500 Å, there are also some dense-core granules in the basal processes of the receptor cells; the functional role of these inclusions is still open to discussion.

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Herrn Prof. Dr. Dr. h. c. H. Spatz gewidmet.

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Mit Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.     

Centriole replication during ciliogenesis in the chick tracheal epithelium

Zusammenfassung Direkte Belichtung oder Lichtreizung der Lateralaugen lösen im zentralen Teil der Taubenepiphyse keine elektrische Aktivität aus. Im Stielabschnitt sind dagegen kleine, durch Licht nicht beeinlußbare Dauerentladungen zu beobachten. Die Lage der Ableitungspunkte wurde durch den histologischen Nachweis der elektrolytisch gesetzten Eisenmarken bestimmt. Diese Ableitungsstellen befinden sich im Epiphysenparenchym. Ein stärkeres versilberbares Nervenbündel verläuft im Stiel der Epiphyse. Adrenerge Nervenfasern, die grün fluoreszieren, begleiten die Kapselgefäße und dringen mit diesen in das follikuläre Epiphysengewebe ein. Das Epiphysenparenchym zeigt nach Falck-Hillarp eine Gelbfluoreszenz mit umschriebenen apikalen oder basalen Anreicherungen der fluoreszierenden Substanz. Mit Reserpin kann nur ein Teil dieses Materials entspeichert werden. Elektronenmikroskopisch lassen sich in der Taubenepiphyse keine typischen pinealen Rezeptorzellen nachweisen. Regelmäßig lamellierte Außenglieder fehlen vollständig. Es finden sich lediglich cytoplasmareiche bulböse Zilien und zirkuläre Lamellenkomplexe, die in Tubuli übergehen. Die letzteren können sich mit einem dichten körnigen Material füllen. An einigen Stellen haben solche Lamellenverbände einen Zusammenhang mit keulenförmig verdickten Zilien. Diese Zone ist aber anders strukturiert als das für retinale und pineale Lichtsinneszellen charakteristische Verbindungsstück. Die Zeichen der sekretorischen Aktivität der Taubenepiphyse sind überzeugender als die für einen lichtempfindlichen Sinnesapparat sprechenden Strukturmerkmale. Ein bestimmter Typ der Pinealocyten ist reich an 800–1200 Å großen granulierten Vesikeln, die sowohl am apikalen als auch am basalen, auf die Blutgefäße ausgerichteten Zellpol angehäuft sein können. An den manchmal gelappten basalen Endfüßen sind Zeichen der Ausschleusung des Vesikelinhalts bzw. eines Materialschwundes aus dem granulierten Vesikelkern zu erkennen. Die sekretorische Aktivität der Taubenepiphyse wird mit Hinweis auf die in ihr reichlich vorkommenden 5-Hydroxyindole (Quay) und das Problem der Melatonin-Bildung diskutiert. Erörtert wird auch die Möglichkeit einer Stimulierung dieser Sekretion über den Sympathikus.

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Ultrastructural and functional studies of the pineal organ in the pigeon (Columba livia)

Summary Direct illumination or stimulation with light of the lateral eyes induced no electrical activity in the central part of the pineal organ in the pigeon. In the pineal stalk, however, a train of impulses was observed that failed to respond to changes of illumination. The position of the tip of the recording electrode (iron deposit), was histologically clearly determined to be in the pineal parenchyma. A distinct nerve bundle could be traced down the pineal stalk. Adrenergic nerve fibers showing a green fluorescence accompanied pineal capsular vessels into pineal follicular tissue. Using the method of Falck-Hillarp, the pineal parenchyma showed high concentrations of yellow fluorescent material in the apical or basal parts of the pinealocytes. Only a part of the fluorescent material could be dispersed with reserpine. In the electron microscope, no typical photoreceptor cells were identified in the pineal organ. Only large bulbous cilia, and circular lamellar or tubular complexes, were observed; they sometimes contained a dense granular material. Occasionally, the lamellar complexes had a direct relation to cilia of club-shaped appearance. Signs of secretory activity were more definitive in the pigeon pineal organ than sensory structures. One type of pinealocytes contained many 800–1,200 Å diameter granular vesicles concentrated in the apical or basal (apposed to blood vessels) cell parts. At the occasionally lobulated basal end-feet, a disappearance of the content of the granular vesicles indicated a release mechanism. This secretory activity was discussed in relation to the 5-hydroxyindole content of the pigeon pineal organ (Quay) and the general problem of melatonin synthesis; also, the possibility was considered that the secretory activity may be stimulated by sympathetic nerve fibers.

Ob die von Mihail und Molnár (1965) bei der Taube beschriebenen Epiphysektomie-effekte (Wirkung auf den Inselapparat und Zuckerstoffwechsel) auch in diesen Funktionskreis gehören, muß erneut geprüft werden.     

Licht- und elektronenmikroskopische Untersuchungen des Saccus vasculosus und des Nervus und Tractus sacci vasculosi

Zusammenfassung Der Saccus vasculosus von Anguilla anguilla, Cyprinus carpio und Amiurus nebulosus wurde lichtmikroskopisch mit der AChE-Reaktion und dem fluoreszenzhistochemischen Monoaminnachweis, sowie elektronenmikroskopisch untersucht.Lichtmikroskopisch weisen die Liquorkontaktneurone und ihre Fortsätze eine starke AChE-Aktivität auf, während die Krönchenzellen inaktiv sind. Die AChE-positiven Fortsätze der Nervenzellen bilden Bündel, die in den Nervus sacci vasculosi eintreten und im Tractus sacci vasculosi weiterziehen. Diese AChE-positive Bahn kann nach Kreuzung zur Gegenseite bis in das Neuropil des Thalamus ventralis verfolgt werden. Die Liquorkontaktneurone des Saccus vasculosus, der Nervus und Tractus sacci vasculosi, sowie der Nucleus sacci vasculosi weisen keine Monoaminfluoreszenz auf.Auf den Perikaryen der Krönchenzellen kommen Synapsen vor, deren praesynaptisches Cytoplasma außer synaptischen Bläschen und Mitochondrien 800–1000 Å große granulierte Vesikel aufweist. Die Perikaryen der Liquorkontaktneurone enthalten neben den üblichen Cytoplasmabestandteilen dense core Vesikel, deren Durchmesser 700–900 Å beträgt. Axone, in denen granulierte Vesikel (Durchmesser 800 oder 1300 Å) vorkommen, bilden mit diesen Perikaryen Synapsen. Im basalen Teil des Saccusepithels findet man granulierte Bläschen (Durchmesser 800 oder 1400 Å) enthaltende Nervenfasern unterschiedlichen Durchmessers, ferner Synapsen. Der Nervus sacci vasculosi enthält klein- und großkalibrige, marklose Nervenfasern und vereinzelte Synapsen, während der Tractus sacci vasculosi aus vorwiegend kleinkalibrigen, marklosen Fasern besteht.

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Light and electron microscopic studies of the vascular sac and of the nervus and tractus sacci vasculosi

Summary The vascular sac of Anguilla anguilla, Cyprinus carpio and Amiurus nebulosus has been studied by light microscopy using AChE reaction and the fluorescence histochemical method for the demonstration of monoamines, and by electron microscopy.As demonstrated light microscopically, the cerebrospinal fluid (CSF) contacting neurons and their processes exert a strong AChE activity, while the coronet cells are inactive. The AChE-positive processes of the neurons form bundles that enter the nervus sacci vasculosi and pass on in the tractus sacci vasculosi. After crossing to the opposite side, this AChE-positive bundle can be traced into the neuropil of the ventral thalamus. Neither the CSF contacting neurons of the vascular sac, nor the nervus, tractus and nucleus sacci vasculosi show any monoamine fluorescence.As demonstrated electron microscopically, there are synapses on the perikarya of the coronet cells, their presynaptic cytoplasm being characterized by mitochondria, synaptic and granulated vesicles (diameter about 800 to 1000 Å). The perikarya of the CSF contacting neurons contain dense-core vesicles (diameter about 700 to 900 Å) besides of the usual cytoplasmic components. Axons displaying granulated vesicles with a diameter of 800 Å or 1300 Å, form synapses on these perikarya. In the basal part of the saccus epithelium, there are nerve fibres of different calibres containing dense-core vesicles (diameter about 800 Å or 1400 Å) and forming synapses. The nervus sacci vasculosi is characterized by thin and thick, unmyelinated nerve fibres, and rare synapses, while the tractus sacci vasculosi is composed of mainly small, unmyelinated fibres.

     

Ultrastructure,innervation et fonction de l'épiphyse de l'orvet (Anguis fragilis L.)

Summary The pineal organ of Anguis fragilis contains two essential cell types: pinealocytes and interstitial cells. The scarce outer segments are of different appearance; they show cyclic degenerative changes. Only one intraepithelial ganglion cell has been identified in the material of this study. Although an intracommissural pineal nerve is present, the absence of synaptic junctions of pinealocytes with ganglion cells indicates a loss of photosensory function. Three kinds of vesicles (also dense-core vesicles) originating from Golgi complex are described in the pinealocytes. These secretory vesicles show a vascular polarity. The pinealocyte processes extend to the basement membrane. Secretory material is released into the peripineal space. Efferent sympathetic nerve fibers are described near the pineal epithelium. The nerve endings of these fibers contain three types of vesicles. It is suggested that the pineal organ of Anguis fragilis has a well established secretory function.

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Zusammenfassung Die Epiphysis cerebri von Anguis fragilis enthält zwei wesentliche Zelltypen: Pinealocyten und Zwischenzellen. Die Außenglieder, die nur selten vorkommen, sind verschiedenartig gestaltet und erleiden einen zyklischen Degenerationsprozeß. Im Pinealepithel ließ sich nur eine einzige Ganglienzelle mit Sicherheit nachweisen. Obwohl eine intracommissurale Nervenbahn vorhanden ist, spricht das Fehlen von Synapsen zwischen Pinealocyten und Ganglienzellen für einen Schwund der Lichtsinnesfunktion. In den Pinealocyten werden drei aus dem Golgiapparat stammende Bläschenarten, darunter auch solche mit einem elektronendichtem Inhalt (Granula), beschrieben. Diese Sekretbläschen sind polar auf die Blutgefäße ausgerichtet. Fortsätze der Pinealocyten stehen mit der Basallamina in Verbindung; allem Anschein nach werden hier Substanzen in den periepiphysären Raum abgegeben. Efferente sympathische Nervenfasern sind in der Nähe des Epiphysenepithels zu beobachten. Die Endigungen dieser Fasern enthalten drei verschiedene Bläschentypen. Die Epiphyse der Blindschleiche scheint eine sekretorische Funktion zu haben.

     

Elektronenmikroskopische Untersuchungen an Cerebro-Pleural-Ganglien von Nudibranchiern

Zusammenfassung Die Cerebro-Pleural-Ganglien von fünf Nudibranchierarten (Coryphella pedata, Flabellina affinis, Cratena peregrina, Trinchesia coerulea, Goniodoris castanea) wurden licht- und elektronenmikroskopisch untersucht. Auf Grund der Befunde an den Perikarya lassen sich die Nervenzellen in vier Gruppen einteilen: Riesenzellen, große, mittelgroße und kleine Nervenzellen.Die Riesenzellen sind durch ein ungeordnetes, granuläres und agranuläres endoplasmatisches Retikulum und einen großen Golgi-Apparat charakterisiert. Sie enthalten keine Neurosekretgrana, aber sehr viele Zytosomen.Die großen Nervenzellen dagegen besitzen nur wenige Zytosomen. Die Zellen treten in zwei, von uns als Funktionstypen gedeuteten Varianten (A und B) auf, die beide ein hochorganisiertes endoplasmatisches Retikulum aufweisen. In den A-Zellen ist es glatt und tubulär, in den B-Zellen besteht es aus granulären Parallelformationen. Beide Zellvarianten enthalten viele Vesikel mit osmiophilem Inhalt. Sie sind in den A-Zellen mit dem großen Golgi-Apparat assoziiert und messen zwischen 300 und 1500 Å. In den B-Zellen fehlt eine Beziehung der Vesikel zum Golgi-Apparat. Außerdem sind sie durchschnittlich größer (Durchmesser 1000–2000 Å, manchmal bis zu 5000 Å). Wir bezeichnen diese Grana als neurosekretorisch und nehmen an, daß sie zumindest teilweise neurohormonale Funktionen ausüben.Die mittelgroßen Nervenzellen besitzen auffallend viele Mitochondrien, Lipoidtropfen und ein gut entwickeltes granuliertes endoplasmatisches Retikulum. Außerdem kommen zahlreiche Vesikel mit osmiophilem Inhalt vor, deren Durchmesser 1000 Å nie überschreitet. Wir vermuten, daß diese Grana im Unterschied zu den osmiophilen Grana der großen Nervenzellen Neurotransmitter vom Typ der Monoamine enthalten.Die kleinen Nervenzellen haben einen sehr schmalen Zytoplasmamantel von einfacher Feinstruktur: Das endoplasmatische Retikulum ist spärlich, freie Ribosomen dominieren. Mitochondrien und Golgi-Zonen bleiben klein. Vereinzelt treten Vesikel mit osmiophilem Inhalt auf (Durchmesser 300–400 Å).

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Electron-microscopical investigation of cerebro-pleural-ganglia of some NudibranchsI. Nerve cells

Summary The ultrastructure of nerve cell perikarya in the cerebro-pleural-ganglion of several Nudibranchs (Coryphella pedata, Flabellina affinis, Cratena peregrina, Trinchesia coerulea, Goniodoris castanea) has been investigated. Four types of perikarya can be distinguished, namely the giant, large, medium sized and small nerve cells.The giant nerve cells are characterised by a poorly organized granular and agranular endoplasmic reticulum and a large Golgi apparatus. The giant nerve cells do not contain neurosecretory granules, but many cytosomes.The large nerve cells, showing only few cytosomes, occur in two variations (A and B) which we assume to be functionally different. Both have a highly organized endoplasmic reticulum. It is agranular and tubular in the A cells. In the B cells it consists of granular membranes in parallel arrangement. A and B cells contain many vesicles with an osmiophilic content. In the A cells their diameter ranges from 300 to 1500 Å and they are associated with the Golgi apparatus. In the B cells they are not associated with the Golgi apparatus and generally larger, measuring 1000 to 2000 Å, sometimes up to 5000 Å. It is suggested that at least some of these granules exert neurohormonal functions.The medium sized nerve cells are characterized by many mitochondria and lipid droplets. The endoplasmic reticulum is granular. Many vesicles with osmiophilic content, that are never larger than 1000 Å are found. We suppose that these vesicles in contrast to the osmiophilic granules of the large nerve cells contain a neurotransmitter of monoamine character.The small nerve cells possess a very thin cytoplasmic coat with a simple structure. There are many free ribosomes, but only poorly developed endoplasmic reticulum, mitochondria, and Golgi apparatus. A few very small vesicles with an osmiophilic center (diameter 300 to 400 Å) have been observed.

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Mit Unterstützung durch den Schweizerischen Nationalfond zur Förderung der Wissenschaften und die Deutsche Forschungsgemeinschaft.     

Elektronenmikroskopische Untersuchungen am Organon vasculosum laminae terminalis der Ratte

Zusammenfassung Das OVLT stellt jenen Abschnitt der Lamina terminalis dar, der durch eine eigentümliche, reiche Vaskularisation auffällt. Die von der Basalmembran bedeckte äußere Hirnoberfläche dringt an einer oder mehreren Stellen tief und spaltenartig in das OVLT ein. Dieser Spalt, der Bindegewebselemente und Gefäße enthält, verzweigt sich immer mehr und bildet ein aus 0,1–0,2 breiten Spalten bestehendes, labyrinthartiges System. Zum großen Teil füllen Gefäße vom Kapillartyp die größeren bindegewebigen Räume aus. Das Endothel der Kapillaren ist allgemein dünn und z. T. fenestriert. Die Bindegewebsräume und mit ihnen die Gefäße können sich dem Ventrikel derart nähern, daß sie von ihm durch nur eine einzige kubische Ependymzelle getrennt werden.Der Stützapparat des Organs wird in erster Linie von den Ependymzellen gebildet. Ihre langen basalen Fortsätze durchschneiden die Gehirnwand im Gebiet des OVLT und nehmen mit ihren Endigungen am Aufbau der Wand der Bindegewebsspalten und der äußeren Hirnoberfläche teil. In einem Teil der Ependymfüße findet man zahlreiche längliche, lysosomenartige Körper. Häufig kommen in die Tiefe der Substanz des OVLT eingedrungene Ependymzellen vor, welche nicht selten Zilien enthalten. Unter den Gliazellen konnten in erster Linie Astrozyten identifiziert werden.Die lichtmikroskopisch im OVLT beschriebenen sog. Parenchymzellen erweisen sich im Elektronenmikroskop als kleine, primitive Neurone. Ein großer Teil der Nervenfasern des Neuropils enthält granulierte Vesikel (Durchmesser zwischen 650 und 950 Å), die im allgemeinen eine runde oder ovoide Gestalt besitzen, obwohl auch tubulös ausgezogene Formen vorkommen. Die Nervenfasern welche die granulierten Vesikel enthalten, verlaufen nahe zur Kammeroberfläche, allgemein in der Längsachse des OVLT, wobei sie die länglichen Ependymzellen überkreuzen; in der Nähe der Endigung der basalen Ependymfortsätze wenden sie sich parallel zu letzteren und endigen zusammen mit ihnen frei am Rand der Bindegewebsspalten. Je ein solches, aus basalen Ependymfasern und Axonen bestehendes Bündel wird mehr oder weniger vom bindegewebigen Spalt umfaßt. Die Axonendigungen enthalten außer den granulierten Vesikeln und Mitochondrien auch zahlreiche synaptische Vesikel. Einige freie Axonendigungen wurden auch auf der freien Oberfläche des OVLT gefunden.Die Frage nach der Funktion des Organs wird an Hand der elektronenmikroskopischen Befunde diskutiert. Es wird für möglich gehalten, daß humorale Faktoren — ähnlich wie in der Eminentia mediana — aus den Axonendigungen in die Blutbahn gelangen; darauf scheinen die freien Endigungen am Rande des bindegewebigen Spaltensystems, die granulierte und synaptische Vesikel enthalten und die teilweise fenestrierten Kapillaren hinzuweisen, welche den aufgezweigten Bindegewebsraum drainieren.

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Electron microscopical investigation of the organon vasculosum laminae terminalis (OVLT) (Supraoptic crest) in the rat

Summary OVLT is that part of the terminal plate which is characterized by its rich vascular supply. The brain surface covered by a basement membrane forms deep, cleft-like invaginations containing vessels and connective tissue elements. These connective tissue spaces dividing into 0.1 to 0.2 end branches are parts of a labyrinthic system in the interior of the organ. The vessels, mostly of the capillary type, are situated in the main clefts; their endothelium often shows fenestration. Some of the capillaries may approach the ventricle to such an extent that they are separated from it by a single ependymal cell.The supporting apparatus of the OVLT is mainly represented by elongated ependymal cells. Their long basal processes traverse the terminal plate to take part with their foot-like endings in the formation of the brain surface and that of the connective tissue spaces. Groups of special ependymal cells often exhibiting cilia may occur in the interior of the organ. Glial cells are mainly represented by astrocytes.The so-called parenchymal cells described in the light microscopy can be identified as small, primitive neurons. A great part of the nerve fibres in the OVLT contains granulated vesicles the diameter of which varies between 650 and 950 Å. The nerve fibres are mainly running vertically between the ependymal processes while at their terminal portion they assume a parallel course to the ependymal processes and end with them at the margin of the connective tissue spaces. Besides granulated vesicles, these free axon terminals contain numerous synaptic-like vesicles and several mitochondria. Some of the free terminals may occur also on the outer surface of the OVLT.The possible functions of the organ are discussed on the basis of the present findings. The hypothesis is raised that — similarly to the median eminence — humoral controlling factors may be released into the vessels. This hypothesis seems to be supported by the presence of free axon terminals containing granulated and synaptic vesicles and the existence of numerous, partly fenestrated capillaries draining the connective tissue spaces.

     

Weitere experimentelle und neuroanatomische Untersuchungen an den Nervenbahnen des Pinealkomplexes der Anuren

Zusammenfassung Der Epiphysenkomplex von 32 Fröschen der Arten Rana temporaria, Rana esculenta und Rana catesbeiana wurde zuerst elektrophysiologisch, anschließend neuro-histologisch bzw. elektronenmikroskopisch untersucht. Auf Belichtung des Stirnorgans lassen sich vom Nervus pinealis (= Tractus frontalis) zwei Arten von Antworten ableiten. Antidrome elektrische Reizung des Tractus pinealis zeigt im Nervus pinealis fortgeleitete Aktionspotentiale und damit Nervenfasern, die vom Stirnorgan bis zum Mittelhirn durchgehen. Elektrophysiologisch wurden außerdem Fasern ermittelt, die die Epiphysis cerebri nicht erreichen. Weitere Fasern enden in der Epiphyse. Neben den vom Stirnorgan zum Gehirn ziehenden afferenten Fasern kann man im extracranialen Teil des Nervus pinealis auch efferente Fasern nachweisen.Histologisch ist in allen Fällen der Durchtritt des Nervus pinealis durch das Schädeldach zu beobachten. Der Durchmesser des Nerven nimmt jedoch wahrend seines Verlaufs kontinuierlich ab. Elektronenmikroskopisch konnte gesichert werden, daß diese Durchmesserabnahme auf einem Faserverlust beruht. Bei einer Rana catesbeiana wurden kurz vor Eintritt des Nervus pinealis in die Epiphyse — im Vergleich zum extracranialen Nervenabschnitt —nur noch die Hälfte der markhaltigen und 1/3 der marklosen Nervenfasern gezählt. Bei den verbleibenden markhaltigen Fasern war außerdem die Dicke der Markscheide stark reduziert. Der Nervus pinealis fächert sich in Epiphysennähe auf; seine Fasern treten dorsomedian einzeln durch die Basalmembran in das Parenchym des rostralen Epiphysenabschnittes ein. Gemeinsam mit den Neuriten der Epiphysennervenzellen bilden sie den Tractus pinealis (s. auch Paul u. Mitarb., 1971). Eine synaptische Umschaltung der Fasern des Nervus pinealis konnte in der Epiphyse nicht nachgewiesen werden. Bei einer Rana esculenta betrug der Faseranteil des Nervus pinealis am Tractus pinealis nur etwa 2%. Die Befunde werden im Zusammenhang mit der Entstehung und Leitung der chromatischen und achromatischen Antwort im Epiphysenkomplex diskutiert.

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Further experimental and neuroanatomical investigations of the nerve tracts of the pineal complex in anura

Summary The pineal systems of 32 frogs of the species Rana temporaria, Rana esculenta, and Rana catesbeiana were studied first electrophysiologically and then with histological and electron microscopical methods. The nervus pinealis (= tractus frontalis) showed two kinds of responses to photic stimulation. Uninterrupted conduction of nerve impulses from the frontal organ to the midbrain was demonstrated by antidromic electrical stimulation of the intracranial pineal tract and recording of action potentials from the extracranial pineal nerve. Beside the uninterrupted fibres from the frontal organ to the tractus pinealis, other fibres of the nervus pinealis either did not reach the pineal organ or ended in the pineal organ. The extracranial part of the nervus pinealis contained afferent as well as efferent fibres.Morphologically it was shown in 32 investigated animals that the nervus pinealis penetrates the skull and runs to the pineal organ. During its course, the diameter of the pineal nerve became smaller, which was related to a decrease of the number of myelinated and unmyelinated fibres as revealed by the electron microscope. In comparison with the extracranial portion of the pineal nerve, the intracranial portion of the nerve near the pineal organ contained only half of the myelinated and one third of the unmyelinated fibres counted in one specimen of Rana catesbeiana. The thickness of the myelin sheats of the residual myelinated fibres was much reduced. The nervus pinealis entered the rostral region of the pineal organ, and single nerve fibres were seen to penetrate the basal lamina of the pineal organ reaching its parenchyma dorsomedially. These fibres, and axons of the nerve cells of the pineal organ, constituted the pineal tract (see also Paul et al., 1971). In one specimen of Rana esculenta, only 2% of the nerve fibres of the tractus pinealis originated in the frontal organ. The results have been discussed in relation to the generation and conduction of the chromatic and achromatic responses in the pineal system.

Herrn Prof. Dr. Dr. h. c. W. Bargmann, Kiel, in Dankbarkeit gewidmet.     

Nervenfasern mit ultrastrukturell verschiedenen Elementargranula im Hypophysenhinterlappen des Rhesusaffen

Zusammenfassung Im Hypophysenhinterlappen des Affen lassen sich elektronenmikroskopisch zwei Arten markarmer, neurosekrethaltiger Nervenfasern beobachten. Sie unterscheiden sich voneinander durch den Typ der Elementargranula, die sie enthalten.In Nervenfasern des Typs I haben die Elementargranula einen Durchmesser von 1500 bis 3500 Å. Sie besitzen eine geringe Elektronendichte und enthalten oft kreisförmig angeordnete Proteinkörnchen. Vereinzelt sind kristallähnliche Formationen des Granulainhalts zu erkennen.Die Elementargranula in Nervenfasern des Typs II messen 1200–2200 Å im Durchmesser. Ihr Inhalt besitzt infolge eng aneinander gelagerter granulärer Teilchen eine weitaus größere Elektronendichte als die Granula des Typs I. Kristallähnliche Granulaeinschlüsse waren nicht zu sehen.Die ultrastrukturelle Differenzierung zweier Nervenfasergruppen im Hypophysenhinterlappen wirft die Frage auf, ob es sich bei dem einen Typ um vasopressin-bei dem anderen Typ um oxytocinhaltige hypothalamische Nervenfasern handelt.Die Pituizyten im Hypophysenhinterlappen des Rhesusaffen besitzen Granula (1500 bis 3000 Å) mit einer Innenstruktur ähnlich den Neurosekretgranula vom Typ II. Sie enthalten außerdem größere, fein granulierte osmiophile Grana.

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Neurosecretory nerve fibres containing ultrastructurally different elementary granules in the hypophysial posterior lobe of the rhesus monkey

Summary In the posterior lobe of the neurohypophysis of the rhesus monkey, two kinds of unmyelinated nerve fibres containing neurosecretory substance can be discerned with the electron microscope. They differ with respect to the type of elementary granules they contain.In type I nerve fibres the elementary granules have a diameter of 1,500–3,500 Å. They are of little electron-density and often contain circularly arranged protein grains. Crystal-like formations of the content of the granules are sometimes observed.In type II nerve fibres the elementary granules measure 1,200–2,200 Å in diameter. Due to close packing of their granular content they are much more electron-dense than type I granules. Crystal-like inclusions were not seen.The ultrastructural differentiation of two groups of nerve fibres in the posterior lobe raises the question of whether the one type consists of vasopressin-containing and the other of oxytocin-containing hypothalamic nerve fibres.The pituicytes in the hypophysial posterior lobe of the rhesus monkey contain granules (1,500–3,000 Å) with an inner structure similar to type II neurosecretory granules. In addition, they contain larger, finely granulated osmiophilic grains.

Mit dankenswerter Unterstützung durch den Herrn Bundesminister für Bildung und Wissenschaft.     

Liquorkontaktneurone im Nucleus lateralis tuberis von Fischen

Zusammenfassung Der Nucleus lateralis tuberis (NLT) von Fischen wurde licht- und elektronenmikroskopisch untersucht. Beim Karpfen senden die ventromedialen Zellen des Kernes Fortsätze in das Lumen des 3. Ventrikels, wo sie auffallend große, knopfförmige, aus einer inneren und äußeren Zone bestehende Liquorkontakt-Nervenendigungen bilden. Zwischen den Zellen des NLT liegen bedeutend kleinere Neurone, deren kleine, freie, dense-core Vesikel enthaltende, zilientragende Nervenendigungen den Liquor cerebrospinalis erreichen.Die äußeren Zonen der Liquorkontakt-Nervenendigungen des NLT besitzen ein außerordentlich gut entwickeltes endoplasmatisches Retikulum, dessen flache, mit Ribosomen besetzte Cisternen sich parallel zur Oberfläche der Endigung ausdehnen. In der inneren Zone des Endkolbens können neben verstreuten endoplasmatischen Cisternen Golgi-Felder und zahlreiche Mitochondrien beobachtet werden. Die Endigung enthält neurosekretorische Elementargranula (Durchmesser 1,300—1,900 Å) in wechselnder Menge und einzelne Neurotubuli.Im Lumen des 3. Ventrikels treten ferner Katecholamingranula-haltige Neuriten auf, die mit den Liquorkontaktendigungen des NLT mehrfach Synapsen bilden. Der präsynaptische Bereich ist durch synaptische (400–550 Å) und granulierte Vesikel (600–800 Å) charakterisiert. Ähnliche Synapsen werden auf den neurosekretorischen Perikaryen und ihren Fortsätzen beschrieben. In den ausgedehnten Golgi-Feldern der Perikaryen des NLT findet man Zeichen einer Sekretbildung. Aufgrund der morphologischen Daten wird der kammernahe Teil des NLT als ein Gebiet des Liquorkontakt-Neuronensystems angesehen. Die mutmaßliche Bedeutung der Liquorkontakt-Nervenendigungen wird diskutiert.

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Liquor contacting neurons in the nucleus lateralis tuberis of fishes

Summary The nucleus lateralis tuberis (NLT) of fishes was studied light- and electron microscopically. In the carp, the ventromedial cells of the nucleus send processes into the lumen of the 3rd ventricle where they form strikingly large, club-shaped liquor contacting nerve endings built up of an inner and outer zone. Smaller neurons situated between the cells of the NLT, form small, ciliated, free, dense-core vesicles containing nerve endings in the cerebrospinal fluid.The outer zone of the liquor contacting terminals of the NLT contains an extraordinarily well developed endoplasmic reticulum which flat, rough cisternae run parallel to the surface of the terminal. In the inner zone of the nerve ending, Golgi areas and numerous mitochondria can be observed besides of scattered endoplasmic cisternae. The terminal contains neurosecretory granules (1,300–1,900 Å) of various amounts, and some neurotubules.Furthermore, in the lumen of the 3rd ventricle, there occur neurites containing catecholamine granules. These axons form repeatedly synapses with the liquor contacting terminals of the NLT. The presynaptic cytoplasm is characterized by synaptic (400–550 Å) and densecore vesicles (600–800 Å). Similar synapses occur on the neurosecretory perikarya and their processes. The extensive Golgi region of the perikarya of the NLT shows equivalents of secretory activity. On the basis of the morphological data, the part of the NLT situated near the ventricle is considered as to belong to the liquor contacting neuronal system. The presumable significance of the liquor contacting nerve endings of the NLT is discussed.

     

Elektronenmikroskopische Untersuchungen am Pinealorgan von Pterophyllum scalare Cuv. et Val. (Cichlidae,Teleostei)

Zusammenfassung Das Pinealorgan (Epiphysis cerebri) des Knochenfisches Pterophyllum scalare besteht aus nervösen und gliösen Zellelementen. Sehr stark ausgebildet sind die ependymalen Stützzellen. Sie umhüllen mit ihren Ausläufern, die sich überlappen können, andere Zellelemente, z.B. Rezeptorzellen und marklose Nervenfasern. Neben dieser Neuroglia-Art finden sich auch noch oligodendrocytenähnliche Gliazellen. In ihrer Grundstruktur entsprechen die Rezeptoren den Epiphysensinneszellen anderer Knochenfische. Vom cilientragenden Teil des Außenglieds geht ein schürzenartiger Lamellenstapel aus. Dieser besteht aus 50–70 Lamellenplatten von etwa 6 m Länge. Im basalen Teil der Rezeptorzelle sind neben schlanken Mitochondrien mit unregelmäßigen Cristae und Tubuli auch noch große, runde Mitochondrien mit einer regelmäßigen Cristastruktur zu beobachten. Der basale Fortsatz der Rezeptorzelle ist auf die axial verlaufenden Axonbündel ausgerichtet. Synapsenartige Kontakte sind selten. Die Zahl der marklosen Axone nimmt hirnwärts zu; dieser Befund wurde in partiellen Rekonstruktionen gesichert. Am Übergang in den Epiphysenstiel treten einige markhaltige Axone auf. Zur Verteilung der Zelltypen und zum Verlauf der Axonbündel im Epiphysenstiel des Skalars liegen detailliertere Angaben vor als bei anderen bisher untersuchten Knochenfischepiphysen. In der Diskussion werden nach Vergleich der pinealen Rezeptoren verschiedener Fische drei Außengliedformen unterschieden: Bürsten-, Schürzen- und Kappentyp. Diese Varianten werden in Verbindung mit den bekannten physiologischen Reaktionsformen der Pinealorgane diskutiert. Die elektrophysio logischen Unterschiede lassen sich nicht mit verschiedenen Strukturtypen des Außenglieds erklären.

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Electron microscopic studies of the pineal organ in Pterophyllum scalare cuv. et val. (Cichlidae, Teleostei)

Summary The pineal organ (epiphysis cerebri) of Pterophyllum scalare is formed by neuronal and glial elements. Ependymal supportive cells are very abundant, and their cytoplasmic processes envelop adjacent receptor cells and unmyelinated nerve fibers by an intertwining network. In addition to this type of neuroglia, oligodendrocytic cells have also been identified. The receptor cells show the general structural pattern (outer segment, inner segment, basal process) of teleostean pineal receptors. The ciliary part of the outer segment bears a dome-like stack of 50–70 curved saccules each of average length of 6 m. In the basal part of the receptor cell, slender mitochondria containing irregular cristae and tubules, and also some more spherical mitochondria with a highly regular arrangement of cristae, can be observed. The basal cytoplasmic process radiates into neuropile-like areas that contain axial bundles of axons. Synaptoid contacts rarely occur. The number of unmyelinated axons of the pineal stalk, increases in a proximad direction (towards the brain). This finding has been verified in partial reconstructions. In the transitional zone leading from the pineal body into the pineal stalk, a few myelinated fibers become visible. With respect to cell types and the axonic bundles of the pineal stalk in Pterophyllum scalare, more detailed data are presented than for most other teleostean pineal organs examined thus far. The comparison of pineal sensory cells in several fishes allows a distinction among three different types of outer segments, i.e., a slender type, a dome-like type, and a cap-like type. These structural types are discussed with respect to the relevant physiological results. The existence of particular structural types of the outer segment does not explain the different electrophysiological reactions observed in different pineal organs.

Ein Druckkostenzuschuß wurde von beiden Instituten zur Verfügung gestellt.     

Ultrastructure of synaptic terminals in nucleus infundibularis and nucleus supraopticus of Passer domesticus

Summary Axo-dendritic and axo-somatic synapses and complex axo-dendritic junctions from the nucleus infundibularis and nucleus supraopticus of Passer domesticus were studied in the electron microscope. A morphological asymmetry, represented by clustering of synaptic vesicles (of about 500 Å diameter) at the presynaptic membrane and a thickening of and subsynaptic web formation at the postsynaptic membrane, was observed in the axo-dendritic and axo-somatic synapses, and to a smaller extent in the complex axo-dendritic junctions. In the hypothalamic synaptic axon terminals, as in the perikarya of nucleus infundibularis, dense-core vesicles of 800–1,000 Å mean diameter were observed in addition to the synaptic vesicles, but the 800–1,000 Å vesicles were not concentrated at the presynaptic membrane. Granules of 2,000 Å mean diameter, observed in the neurons of nucleus supraopticus, were not seen in any hypothalamic synaptic terminals. Intersynaptic filaments and an intrasynaptic band lying in the intersynaptic cleft were frequently observed. The significance of the synaptic structures was discussed in relation to neurotransmission and to possible mechanisms by which perikarya of the nucleus infundibularis and nucleus supraopticus receive nervous information.

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Zusammenfassung Mit dem Elektronenmikroskop wurden im Nucleus infundibularis und Nucleus supraopticus von Passer domesticus axo-dendritische und axo-somatische Synapsen sowie komplexe axo-dendritische Kontaktstellen untersucht. Vor allem zeichnen sich die axodendritischen und axo-somatischen Synapsen durch eine Polarität ihrer Feinstruktur aus. Diese wird in erster Linie durch eine Anhäufung von etwa 500 Å großen synaptischen Bläschen an der präsynaptischen Membran sowie durch eine Verdichtung und ein subsynaptisches Geflechtwerk an der postsynaptischen Membran gekennzeichnet. Die hypothalamischen synaptischen Axonendigungen enthalten neben den charakteristischen synaptischen Bläschen elektronendichte Granula mit einem Durchmesser von etwa 800–1000 Å; die letzteren, die u.a. auch für Perikaryen des Nucleus infundibularis charakteristisch sind, lassen sich jedoch nicht in unmittelbarer Nähe der präsynaptischen Membran nachweisen. Granula mit einem Durchmesser von etwa 2000 Å, die in den Neuronen des Nucleus supraopticus zu beobachten sind, fehlen in den hypothalamischen synaptischen Nervenendigungen. Intersynaptische Filamente und ein den Synapsenspalt füllendes intrasynaptisches Band konnten in zahlreichen Synapsen dargestellt werden. Die Bedeutung der Synapsenstrukturen wird im Hinblick auf die nervöse Übertragung und auf die Mechanismen, die der Zuleitung nervöser Informationen an den Nucleus infundibularis und Nucleus supraopticus dienen, diskutiert.

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Dedicated to Professor Ernst Horstmann.

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The investigation was supported by a scholarship of the Alexander von Humboldt-Stiftung to Dr. J. Priedkalns (on leave from the Department of Veterinary Anatomy, University of Minnesota, St. Paul, U. S. A.) and by a research grant of the Deutsche Forschungsgemeinschaft to Professor A. Oksche.