Die Auswirkung passiver Dehnungen auf die Struktur des glatten Musculus retractor penis von Helix pomatia L.

Zusammenfassung Der glatte Penisretraktormuskel von Helix pomatia wurde mit einer linearen Geschwindigkeit von 62,5 mm/min zwischen 30 und 130 mal gedehnt und entdehnt. Die minimale Länge betrug etwa 15 mm, die maximale Länge etwa 45 mm. Nach einer bestimmten Anzahl von Dehnungscyclen wurde er licht- und elektronenmikroskopisch untersucht. Anzahl und Durchmesser der dicken Myofilamente der Muskelfasern wurden bestimmt und mit der Zahl der Dehnungscyclen verglichen.Die dicken Myofilamente einer Faser setzen sich aus zwei Gruppen zusammen, deren mittlere Durchmesser signifikant voneinander verschieden sind. Die Anzahl der dicken Myofilamente pro Flächeneinheit eines Faserquerschnittes nimmt ab, die mittlere Querschnittsfläche der dicken Myofilamente vergrößert sich mit steigender Anzahl von Dehnungscyclen. Auf einem Querschnitt wurde die Anzahl der Fasern, die der dicken Myofilamente und die gesamte Querschnittsfläche aller dicken Myofilamente ermittelt.

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The effect of passive stretch on the structure of the smooth penis retractor muscle of Helix pomatia L.

Summary The smooth penis retractor muscle of the snail Helix pomatia was stretched and released with a linear velocity of 62,5 mm/min from 30 to 130 times. The minimal length was about 15 mm, the maximal length about 45 mm. After a defined number of stretch-and-release cycles the muscle was investigated light and electron microscopically. The number and the diameters of the thick filaments of the muscle fibers were determined and compared with the number of stretch-and-release cycles.The thick myofilaments beeing composed of two groups whose mean diameters differ significantly. The number of thick myofilaments per unit area of a cross section of a fiber diminishes, the mean cross section area of a thick filament enlarges with increasing number of stretch-and-release cycles. At a cross section the number of fibers and of thick myofilaments and the whole cross section area of all thick filaments have been determined.

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Teilergebnis der gleichlautenden Dissertation an der Math.-Nat. Fakultät der Universität Göttingen. Herrn Prof. Fr. W. Schlote danke ich für die Anregung zu dieser Arbeit, Herrn Prof. Dr. F. Timm, Max-Planck-Inst. f. Med. Forschung, Göttingen, für die Benutzung des Teilchengrößenanalysators. Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft und die Akademie der Wissenschaften zu Göttingen. D 7.     

Zytoplasmatische Filamente in den quergestreiften Muskelzellen des kaudalen Lymphherzens von Rana temporaria L.

Zusammenfassung Die quergestreiften Muskelzellen im Lymphherzen von Rana temporaria werden von etwa 60 AE dicken Filamenten durchzogen, die den Aktinfilamenten ähnlich sind. Sie bilden ein Netzwerk, das unter dem Sarkolemma zirkulär verläuft und mit queren Zügen die Z-Streifen der Myofibrillen untereinander und mit der Zellmembran verbindet. Aktinfilamente der Myofibrillen strahlen in das Netzwerk ein. Die Filamente haben Beziehung zum Sarkoplasmaretikulum und seinen Anlagerungen (Enhapsen) an die sarkolemmalen Einstülpungen (T-System). Das tonofibrillenartige System dient vermutlich der Aufnahme von quer zu den Myofibrillen gerichteten Kräften, unterstützt so den Ablauf der gerichteten Kontraktion der Weichteilmuskulatur des Lymphherzens und erhält die Lage und Ordnung der intrazellulären Strukturen.Im Zusammenhang mit den zytoplasmatischen Filamenten wird hingewiesen auf die sog. Z-Brücken (Garamvölgyi), die Krausesche Grundmembran, die Spiralbinden (Ringbinden) und die leptomeren Myofibrillen (Thoenes und Ruska), die zeigen, daß Muskelzellen passiv wirksame (Filamente im Lymphherzen) und aktiv wirksame (Ringbinden) Quersysteme zur Aufnahme bzw. Ausübung von quergerichteten Kräften auszubilden vermögen.

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Summary A net of filaments of about 60 Å diameter, similar to actin filaments, is observed in cross striated muscle cells in the lymph heart of Rana temporaria L. The filaments form circular strands beneath the sarcolemma. They connect the Z-regions of myofibrils and make contact with the sarcoplasmic reticulum, specially where it is attached to the sarcolemmal invaginations (enhapsis). It is supposed that the filaments resist mechanical forces perpendicular to the myofibrils and keep cellular structures in the right place.In relation to these filaments the Z-bridges (Garamvölgyi), Krauses Grundmembran, Ringbinden und leptomere myofibrils (Thoenes and Ruska) are discussed. It is concluded that muscle cells are capable to develop non contractile (filaments in the lymph heart) or contractile (Ringbinden) systems in response to forces acting perpendicular to the regular myofibrils.

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Die Untersuchungen wurden mit dankenswerter Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft durchgeführt.

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Herrn Prof. Dr. med. Kurt Goerttler zum 70, Geburtstag gewidmet.     

Über Feinbau und Funktionsweise der Fasern aus dem Hautmuskelschlauch des Regenwurms,Lumbricus terrestris L.

Zusammenfassung Der Feinbau der 'schräggestreiften Fasern aus dem Hautmuskelschlauch des Regenwurms (Lumbricus terrestris) besitzt eine prinzipielle Ähnlichkeit mit der Organisation der quergestreiften Muskeln: dicke und dünne Filamente sind in separaten, ineinandergreifenden Sätzen angeordnet, so daß sich A- und I-Banden sowie H-Zonen unterscheiden lassen. Wegen der ausgeprägten bilateralen Symmetrie der Muskelfaser tritt dies aber nur bei Längsschnitten in Erscheinung, die in einer bestimmten Ebene geführt sind. Längsschnitte in der dazu senkrechten Ebene haben ein völlig anderes Aussehen, da die einzelnen Filamentlagen stark gegeneinander versetzt sind und die Banden deswegen in einem sehr spitzen Winkel zur Faserlängsachse verlaufen. Wegen der gestaffelten Anordnung der Filamentlagen tritt die Gliederung der kontraktilen Elemente auch auf Querschnitten hervor.Dicke und dünne Fasern sind regelmäßig durch Querbrücken miteinander verbunden.Ein weiteres charakteristisches Merkmal der schräggestreiften Muskeln von Lumbricus bildet die stäbchenförmige Ausbildung der Z-Elemente.Bei der Kontraktion gleiten die dünnen Filamente wie bei den quergestreiften Muskeln tiefer zwischen die dicken, bis I-Band und H-Zone verschwinden. Darüber hinaus verschieben sich auch die einzelnen Lagen der dicken Filamente gegeneinander. Als Folge davon verringert sich ihr Versetzungsgrad, und der Winkel, den A- und I-Banden mit der Längsachse bilden, nimmt zu. Extreme Verkürzung hat eine Abbiegung der Enden der dicken Filamente durch die Z-Stäbchen zur Folge.Die Regenwurmfasern verfügen über ein extensiv ausgebildetes sarcoplamatisches Reticulum. Es besteht aus drei verschiedenen Elementen: (1) voluminösen Vesikeln, die unmittelbar unter dem Sarcolemm liegen, (2) peripheren Tubuli, die diese miteinander verbinden und (3) transversalen Tubuli, die von den subsarcolemmalen Vesikeln oder den peripheren Tubuli entspringen, um regelmäßig alternierend mit den Z-Stäbchen quer durch den kontraktilen Apparat zu ziehen.Alle diese Elemente können unter bestimmten Umständen Calciumoxalat akkumulieren. Dies deutet auf eine dem sarcoplasmatischen Reticulum der Wirbeltierskelettmuskeln entsprechende Funktion bei der Regulation der Kontraktionsaktivität hin.Einfaltungen der Plasmamembran von der Art eines Transversalsystems fehlen den schräggestreiften Regenwurmmuskeln dagegen.

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Summary The obliquely-striated fibers of earthworm muscles have a finestructural organization fundamentally similar to cross-striated muscle: Thick and thin myofilaments are arranged in separate, overlapping formations so that I and A bands as well as H zones can be distinguished. However, this is obvious only with respect to a certain plane of sectioning, while it is obscured in longitudinal sections cut at right angles to that plane because the layers of filaments are not in register. This latter circumstance is responsible for the fact that individual bands appear oriented at an acute angle to the longitudinal axis. Consequently, sections at right angles to the longitudinal axis, will, in one single section, reveal the cross-sectional images of all bands. For such a section will cut through various levels of the staggered filaments.Thick and thin myofilaments are connected by regularly spaced lateral bridges.The Z material in earthworm muscles is rod-shaped.During contraction, corresponding to cross-striated muscle, the thin filaments slide between the thick filaments until I bands and H zones disappear. In addition, however, the individual layers of thick filaments slide against each other. As a result, the angle at which the bands in the relaxed state are oriented with respect to the longitudinal axis, increases as the muscle contracts. Extreme shortening leads to bending of the ends of the thick myofilaments by the Z rods.The earthworm muscle displays a well developed sarcoplasmic reticulum in which three elements are distinct: (1) large vesicles subjacent to the sarcolemma, (2) tubular elements that interconnect these vesicles, and (3) transversely oriented tubules. These originate from both the large vesicles and the interconnecting tubules and ran parallel to and alternate with the Z rods. All elements of the sarcoplasmic reticulum accumulate calcium oxalate under appropriate experimental conditions. This suggests a function similar to that of the sarcoplasmic reticulum in vertebrate striated muscle, which consists in regulating the contractile activity by means of varying the effective calcium concentration in the sarcoplasm.A transverse tubular system continuous with the plasma membrane does not exist in obliquely-striated earthworm muscle.

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Herrn Prof. Dr. K. v. Frisch in Verehrung zum 80. Geburtstag gewidmet.

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Mit Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.     

Elektronenmikroskopische Untersuchungen des ventralen Diaphragmas von Locusta migratoria und der langsamen Kontraktionswelle nach Fixation durch Gefriersubstitution

Zusammenfassung Die Muskulatur des ventralen Diaphragmas von Locusta besteht aus parallel verlaufenden Muskelfasern, die über glanzscheibenartige Strukturen in den Querverbindungen miteinander verbunden sind. Jede Muskelfaser ist von einer dicken Bindegewebshülle umgeben. Die Fasern sind über Hypodermiszellen mittels Tonofibrillen in der Cuticula verankert.Unkontrahierte Sarkomere haben eine Länge von 5 m und mehr. Eine H-Zone ist angedeutet, eine M-Linie nicht vorhanden. Aktin- und Myosinfilamente (Durchmesser 72 bzw. 160 AE) liegen nicht im Register. Daneben existiert ein dritter, sehr dünner Filamenttyp. Die Z-Zone hat einen gewellten Verlauf und faßt die Aktinfilamente in Bündeln zusammen. Mitochondrien liegen beiderseits der Z-Zone. Das T-System faltet sich in Form von Sarkolemmkerben in das Faserinnere ein und setzt sich in Tubuli nach innen fort. Z-Zonen und Sarkolemmkerben sind miteinander verbunden. T-System und sarkoplasmatisches Retikulum treten durch unregelmäßig verteilte Diaden miteinander in Kontakt.Begrenzter Ca⁺⁺-Entzug läßt Kontraktionswellen von der Länge mehrerer Sarkomere entstehen.Die Fixation durch Gefriersubstitution erzeugt gegenüber Standardverfahren Veränderungen wie Schrumpfung des Sarkoplasmas, Verdickung der Myosinfilamente, Vakuolisierung von Mitochondrien und vesikulärem System. In der Kontraktionswelle verkürzt sich die A-Zone mit zunehmender Sarkomerenkontraktion. Der Durchmesser der Myosinfilamente beträgt 172 AE, die Periodik der Cross-bridges von 305 AE bleibt im mittleren Bereich der Filamente konstant.

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Electron microscope studies of the ventral diaphragm of Locusta migratoria and of the slow wave of contraction after fixation by freeze substitution

Summary The muscular system of the ventral diaphragm of Locusta consists of parallel muscle fibers, which are connected by structures like intercalated discs within transverse bridges. Each muscle fiber is enveloped by a thick sheath of connective tissue. The fibers are attached to the cuticule by means of hypodermic cells with tonofibrils.Uncontracted sarcomeres have a length of 5 m and more. The H-band is slightly indicated, a M-line is not visible. Actin and myosin filaments (diameter 72 respectively 160 AE) are out of register. Moreover there is a third and very thin type of filaments. The Z-band has an undulating shape and collects the actin filaments into bundles. Mitochondria lie on either side of the Z-band. The T-system invaginates as sarcolemmal clefts and continues its course inwards as tubuli. The sarcolemmal clefts are connected with the Z-band. The T-system and the sarcoplasmic reticulum are joined by diads of irregular distribution.Limitated deprivation of Ca⁺⁺ causes waves of contraction with the length of several sarcomeres.Contrary to standard methods the freeze-substitution causes some modifications such as shrinking of the sarcoplasm, thickening of the myosin filaments, vacuolization of mitochondria and vesicular system. Within the waves of contraction the A-band shortenes with increasing sarcomere contraction. The diameter of the myosin filaments measures 172 AE, the 305 AE-period of the cross-bridges remains constant within the middle of the filaments.

Auszug aus der Dissertationsarbeit Elektronenmikroskopische Untersuchungen der Muskulatur des ventralen Diaphragmas von Locusta migratoria und der langsamen Kontraktionswelle unter Anwendung der Gefriersubstitution (Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät der Universität Göttingen). Auf Anregung von Herrn Prof. Dr. Schlote und mit Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft und die Göttinger Akademie der Wissenschaften.     

Die Nervennetze im Penisretraktor von Helix pomatia

Zusammenfassung Die Nerven des glatten Penisretraktormuskels von Helix pomatia enthalten eine kleine Zahl von verhältnismäßig großen Nervenzellen. Ihre Nervenfasern werden durch Gliazellen zusammengehalten, die reich sind an Gliafilamenten. Offenbar sind diese Nerven wie die anderen Nerven des Tieres Nervennetze. Es gibt Hinweise darauf, daß der Muskel wenigstens 4 verschiedene Transmittersubstanzen enthält.

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The nerve nets of the penis retractor muscle of Helix pomatia

Summary The nerves of the smooth penis retractor muscle of Helix pomatia contain a small number of rather big nerve cells. Their nerve fibers are kept together by glia cells which are rich in glia filaments. Evidently these nerves are nerve nets like the other nerves of the animal. There are signs, that the muscle contains at least 4 different transmitter substances.

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Auf Anregung von Herrn Prof. Schlote; mit Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft und die Göttinger Akademie der Wissenschaften.     

Zur Feinstruktur der Muskelzellen des Pharynx-Bulbus von Tardigraden

Zusammenfassung Die Muskelzellen des Pharynx-Bulbus der Tardigraden Macrobiotus hufelandi und Milnesium tardigradum sind bis zu 15 m lang und bilden zwischen Basalmembran und cuticularer Intima des Lumens ein einschichtiges Epithel. Die Grenzen zwischen den Nachbarzellen zeigen einen geschwungenen Verlauf. Das Sarcolemm stülpt sich tief zwischen die Myofribrillen ein und bildet ein ausgeprägtes E-System, mit dem das sarcoplasmatische Reticulum unter Bildung von Diaden und Triaden korrespondiert. Die Myofibrillen verlaufen radial. Die dünnen Filamente entspringen am inneren und äußeren Sarcolemm aus hemidesmosomenartigen Strukturen in Form dichter Bündel, die sich im mittleren Teil der Fibrille, der dicke und dünne Filamente enthält, erweitern. Maximal 11 dünne Filamente konnten um die nicht immer streng hexagonal angeordneten dicken Filamente herum gezählt werden. Wie polarisationsmikroskopisch bestätigt werden konnte, besitzt jede Myofibrille eine breite A-Zone in der Mitte und an ihren Enden je eine schmalere I-Zone. Eine H-Zone ist undeutlich. Jeder Myofibrille kann der funktionelle und morphologische Wert einer Sarcomere zugeschrieben werden. Die Bedeutung dieser Befunde für die Evolution der Tardigraden wird diskutiert.

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The fine structure of muscle cells of the pharyngeal bulb of tardigrada

Summary The muscle cells of the pharyngeal bulb of tardigrades Macrobiotus hufelandi and Milnesium tardigradum are up to 15 m long and form a single layer between the basal lamina and the cuticle-coated lumen. The boundaries between adjacent cells are sinuous. The sarcolemma invaginates between the myofibrils whereby a marked E-system is formed. The sarcoplasmic reticulum is associated to the latter, constituting diads and triads. The myofibrils run radially. Thin filaments originate from hemidesmosome-like structures at the inner and outer sarcolemma in dense bundles which widen in the middle part of the fibrils. Each fibril contains thick and thin filaments in this region. As many as 11 thin filaments could be counted around a thick filament. The latter are not always arranged hexagonally. As it is confirmed by polarisation microscopy each myofibril has a wide A-Zone in the middle which is flanked by shorter I-zones. An H-zone is marked but indistinctly. Each myofibril is interpreted to have the functional and morphological equivalent to one sarcomere. The relevance of these findings in the evolution of Tardigrada is discussed.

Herrn Prof. Dr. E. Schnepf danke ich für Unterstützung und die Durchsicht des Manuskripts, HerrnProf. Dr. H. W. Ludwig und Herrn Dr. H. G. Heumann für hilfreiche Diskussion.     

Elektronenmikroskopische Untersuchung über die Prämelanosomenentstehung im retinalen Pigmentepithel von Hühnerembryonen

Summary Electron microscopic examination of the retinal pigment epithelium in chick embryos demonstrates that melanosomes develop from cisternae of the rough endoplasmic reticulum via premelanosomes. The elements of the matrix lamellae inside the premelanosomes seem to be filaments about 95 Å thick which, in turn, are considered to consist of about 50 Å thick filaments. At the beginning of melanin synthesis, vesicles with an average diameter of 310 Å develop in the premelanosomes by a process of membrane vesiculation.Zusammenfassung Die Befunde ergeben eine Entwicklungsreihe der Prämelanosomen im retinalen Pigmentepithel von Hühnerembryonen von der Zisterne des rauhen endoplasmatischen Retikulums bis zum Melanosom. Etwa 95 Å dicke Filamente werden als Bausteine der Matrixlamellen im Innern der Prämelanosomen angesehen. Vorstufe dieser Filamente dürften um 50 Å dicke Filamente sein. Mit Beginn der Melaninsynthese treten in den Prämelanosomen durch Membranvesikulation Vesikeln von etwa 310 Å Durchmesser auf.

Mit dankenswerter Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.     

Strukturelle und funktionelle Voraussetzungen für die Bewegung von Amoeba proteus

Zusammenfassung Bei der elektronenmikroskopischen Untersuchung glycerinierter Amöben konnte ein Substrat nachgewiesen werden, das für Kontraktionen verantwortlich ist, die während der Behandlung der Amöben mit Glycerin und nach Einwirken von ATP auf die Amöbenmodelle auftreten. Das kontraktile Substrat besteht aus fädigen Strukturen verschiedener Größe: Dünne Fadenelemente, die einen Durchmesser von 40–100 Å besitzen, bilden ein Netzwerk, das in Form von verzweigten Strängen das Cytoplasma der abgekugelten Amöbe durchzieht und unter der Zellmembran in ein schalenförmiges Geflecht übergeht. Dieses feinfädige Netzwerk schließt fast immer dickere, spindelförmige Filamente ein, deren Durchmesser 160–220 Å beträgt und die röhrenförmig sind. Wahrscheinlich stellen aber auch die dünneren Elemente feinste Röhren dar, die als seitliche Verzweigungen von den dickeren Filamenten ausgehen können.Die durch Glycerinextraktion ausgelöste Kontraktion der Amöben ist von einer Lageveränderung der fädigen Strukturen begleitet: Die ursprünglich offenbar gleichmäßig über das Cytoplasma verteilten Fadenelemente orientieren sich dabei allmählich um und bilden vernetzte Stränge, die im Elektronenmikroskop deutlich sichtbar sind. Die glycerinierten Amöben kontrahieren sich nach ATP-Zugabe noch einmal, doch ist diese Kontraktion relativ gering und wirkt sich im Feinstrukturbereich nur durch eine stärkere Verdichtung des fädigen Netzwerkes aus.Bei 0° C gehaltene, abgekugelte Amöben lassen nach der Fixierung mit einem Osmiumtetroxyd/Glutaraldehyd-Gemisch elektronenoptisch Filamente erkennen, die gehäuft im endoplasmanahen Ektoplasmaauftreten und überwiegend parallel zur Zellmembran verlaufen. Die orientierte Anordnung der Filamente im Ektoplasma steht offensichtlich mit den zur Abkugelung führenden Kontraktionsvorgängen bei Amöben in Beziehung und kann deshalb im Sinne eines Druckflußmechanismus gedeutet werden.

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Summary The elctron-microscopical study of glycerinated amoebae reveals a substratum responsible for the contractions occurring during treatment with glycerine and afterwards with ATP. The contractile substratum consists of threadlike structures of various sizes. Thin filaments, 40–100 Å in diameter, form a network of reticulated strands running throughout the cytoplasm of the spherical amoeba models. This network changes gradually into a shell-like arrangement just beneath the plasmalemm. The network of thin elements often includes thick, spindle-like filaments of tubular nature about 160–220 Å in diameter. Probably the thin elements are also tubules, forming lateral ramifications of the thick filaments.During the glycerine induced contraction of amoebae the position of the threadlike structures is changed: the filaments, at the beginning of the extraction regularly distributed in the cytoplasm, gradually arrange themselves into reticulated strands. An additional contraction of the amoebae induced with ATP is relatively slight and results only in a further condensation of the network.After fixation with a mixture of osmium tetroxide and glutaraldehyde chilled, spherical amoebae also contain filaments, accumulated in the ectoplasm near the endoplasm and arranged in a position parallel to the cell membrane. This arrangement of ectoplasmic filaments seems to be involved in the process leading to the spherical form of the amoebae, and therefore point to a mechanism supporting the tube-wall-contraction theory of amoeboid movement.

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Die Arbeit wurde durch Mittel der Kernforschungsanlage Jülich des Landes Nordrhein-Westfalen e. V. gefördert. Herrn Prof. Dr. K. E. Wohlfarth-Bottermann und Herrn Prof. Dr. N. Weissenfels danke ich für beratende Hilfe, Frl. stud. med. R. Mielke, Frau A. Meyer und Frl. I. Rosocha für technische Assistenz.

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Meinem Vater zum 65. Geburtstag gewidmet.     

Über den Zusammenhang zwischen Temperatur,Aktionspotentialen und Thoraxbewegungen bei der Honigbiene (Apis mellifica L.)

Zusammenfassung Körpertemperatur, Aktionspotentiale und Thoraxbewegungen der Honigbiene wurden gleichzeitig registriert. Es konnte gezeigt werden, daß die Wärmeproduktion in den Flugmuskeln immer von Spikeaktivität begleitet ist.Eine meßbare mechanische Aktivität der Flugmuskeln kann bei der Wärmeproduktion fehlen. Flügelschlag- und Aktionspotentialfrequenz haben in den geschilderten Versuchen ein Verhältnis von 112. Niedrige Aktionspotentialfrequenzen (unter 10 Hz) führen zu mäßiger Erwärmung der Muskeln ohne Vibrationen oder mit Vibrationsimpulsen (4 bis 20 Schwingungen pro Impuls).

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Summary Temperature, action potentials and thoracic movements of the honey bee have been recorded. It was shown, that the heat production in the wing muscles is always accompanied by spike activity.The mechanical activity might be missing during the heating periods. The wing beat frequency and the frequency of the action potentials have a ratio of 112. Low action potential frequences (under 10 c.p.s.) lead to a moderate warming of the muscles without vibrations or to impulses of vibrations (4 to 20 oscillations).

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Die Arbeit wurde mit Unterstützung der Deutschen Forschungsgemeinschaft durchgeführt und aus Mitteln gefördert, die Herrn Prof. v. Frisch von der Rockefeller Foundation zur Verfügung standen.     

Ultrastruktur glycerinextrahierter Dünndarmmuskelzellen der Ratte vor und nach Kontraktion

Zusammenfassung Die Tunica muscularis des Dünndarms der Ratte wurde elektronenmikroskopisch vor und nach Glycerinextraktion und nach verschieden lang andauernder ATP-Behandlung untersucht. Vor und nach der Extraktion sind nur 50–80 Å breite F-Actin-Filamente in den glatten Muskelzellen nachzuweisen. Die extrahierten glatten Muskelzellen kontrahieren sich nach Zugabe von ATP. Gleichzeitig treten in der Längsrichtung der Zelle verlaufende 150–200 Å dicke Myosinfilamente auf. Während langanhaltender Inkubation mit ATP trennen sich Actin- und Myosinfilamente zunächst voneinander durch eine Art Gleitmechanismus, da die Actinfilamente noch an der Zellmembran verhaftet bleiben, die Myosinfilamente sich aber verschieben. Dann lösen sich die Actinfilamente von der Zellmembran und Actin- und Myosinfilamente bilden ein dichtes Netzwerk im Zentrum der Zelle. In der Umgebung dieses Netzwerkes verbleiben feine Filamente mit einem Durchmesser von 20–30 Å.

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Ultrastructure of glycerinated small intestine muscle cells of the rat before and after contraction

Summary Tunica muscularis of the rat's small intestine was studied electron microscopically before and after glycerol-extraction and at various times after ATP treatment. Before and after extraction only F-actin-filaments with a diameter of 50–80 Å could be found in smooth muscle cells. Dense bodies disappear during extraction. Glycerinated smooth muscle cells contract when ATP is added. At the same time thick filaments with a diameter of 150–200 Å appear, which probably represent myosin filaments, running longitudinally within the cells. During prolonged ATP treatment actin and myosin filaments first separate from each other by a sort of sliding mechanism because actin filaments are still bound to the cell membrane while myosin filaments move. Then actin filaments are drawn off from the cell membrane and actin and myosin filaments assemble in an intricate network of filaments in the central part of the cell. Around this network fine filaments with a diameter of 20–30 Å remain.

Für die technische Mithilfe danke ich Frau Karla Struwe.     

Über die Kerngebiete des menschlichen Hirnstammes

Zusammenfassung Die räumliche Gestalt des Centrum medianum thalami und des Nucleus parafascicularis des Menschen wird beschrieben. Die Darstellung stützt sich auf die Untersuchung von 800–1000 dicken, mit Aldehydfuchsin gefärbten Schnitten unter dem Stereomikroskop. Mit dieser Methode werden Lipofuscinkörnchen und Lysosomen in den Nervenzellen elektiv dargestellt. Während die Nervenzellen im Nucleus parafascicularis und im parvocellulären Teil des Centrum medianum annähernd gleichmäßig verteilt sind, zeigt die Pars magnocellularis einen verwickelten Aufbau aus zelldichten Lamellen und locker gebauten Partien. Der Nucleus parafascicularis ist durch mehrere hörnerartige Vorsprünge mit dem Centrum medianum verzahnt. Seine Grenzlinie zu diesem Kern ist scharf.

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On the nuclei of the human brain stemIII. Centrum medianum thalami and nucleus parafascicularis

Summary The three dimensional shape of the centrum medianum thalami and the nucleus parafascicularis of the human is described on the basis of 800–1000 thick sections, which are stained with aldehydefuchsin and studied under the binoculars. By this method lipofuscin granules and lysosomes in the nerve cells are stained selectively. Whereas the nerve cells of the nucleus parafascicularis and the parvocellular part of the centrum medianum are evenly distributed the magnocellular part exhibits a more complicated composition consisting of dense cell layers and loosely arranged parts. The nucleus parafascicularis is tightly connected with the centrum medianum by mutual indentations, both nuclei, however, being sharply outlined by clear delimitations.

Mit dankenswerter Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.     

Aufnahme von Trypanblau und Ferritin in die Blasenzellen des Bindegewebes von Helix pomatia und Cepaea nemoralis (Stylommatophora,Pulmonata)

Zusammenfassung Untersuchungen des Bindegewebes der stylommatophoren Pulmonaten Helix pomatia and Cepaea nemoralis zeigen, daß die Blasenzellen des Bindegewebes befähigt sind, Substanzen aus der Hämolymphe aufzunehmen. Licht- und elektronenmikroskopische Untersuchungen ausgewählter Bindegewebsbereiche, die in bestimmten Zeitintervallen nach der Injektion von Trypanblau oder Ferritin in die Körperhöhle präpariert wurden (Stufenuntersuchungen), ergaben, daß — mit Ausnahme einiger Blutzellen — ausschließlich die Blasenzellen die injizierten Substanzen aufgenommen hatten. Weder andere Bindegewebszellen noch die Zellen von Organen (u.a. Gonaden, Schlundringganglien), die von Bindegewebe umgeben werden, enthielten diese Substanzen oder hatten sie akkumuliert. Die elektronenmikroskopischen Aufnahmen zeigen, daß die Aufnahme von Ferritin in die Blasenzellen wahrscheinlich durch Pinocytose erfolgt.

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Uptake of trypan blue and ferritin into the globular cells of the connective tissue of Helix pomatia and Cepaea nemoralis (Stylommatophora, Pulmonata)

Summary Investigations of the connective tissue of the stylommatophoran pulmonates Helix pomatia and Cepaea nemoralis have demonstrated, that so-called globular cells have the capability for the uptake of substances out of the hemolymph. Light- and electron-microscopic investigations of pieces of connective tissues fixed at different intervals after the injection of Trypane Blue or Ferritin into the cavity of the body give striking evidence for the uptake of these substances exclusively into the globular cells (with the exception of some blood cells). Neither other connective tissue cells nor cells of the organs (e.g. gonads, central nervous ganglions) surrounded by connective tissue incorporate or accumulate the injected substances. The uptake of Ferritin into the cytoplasm of the globular cells, normally filled with a high amount of glycogen, takes place by pinocytosis.

     

Endoplasmatische Membransysteme und Granatypen in Neuronen und Gliazellen von Gastropodennerven

Zusammenfassung Nach OsO₄-Fixierung lassen sich in den Zellen des Nervus intestinalis von Helix pomatia zwei verschiedene Membrantypen unterscheiden: Es sind 1. die Zellgrenzmembran; Breite: 75 AE; 2. die Membranen des Endoplasmatischen Reticulums, der Mitochondrien und des Zellkernes; Breite: weniger als 60 AE.Die Zellgrenzmembran bildet Einfaltungen in das Cytoplasma von Nerven- und Gliafasern. Auch membranumgrenzte Bläschen, die wie synaptische Vesiculi aussehen, gehen aus solchen Abfaltungen hervor.Die verschiedenen, in Nerven- und Gliafasern gefundenen Granatypen werden beschrieben.Die Untersuchungen wurden mit Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft durchgeführt.     

Zum Einfluß der Dämmerung auf die circadiane Periodik

Zusammenfassung Theoretische Untersuchungen der circadianen Periodik mit Hilfe eines mathematischen Modells hatten zu der Voraussage geführt, daß die Phasenwinkel-Differenz zwischen einer Aktivitäts-Periodik und einem Licht-Dunkel-Zeitgeber in zweifacher Weise von der Dämmerungs-Dauer abhängt: 1. Je länger die Dämmerung, desto früher liegt die Aktivitäts-Periodik relativ zum Zeitgeber; 2. je länger die Dämmerung, desto stärker ändert sich die Phasenwinkel-Differenz zum Zeitgeber bei Variation des LD-Verhältnisses. In einer ersten Versuchsreihe waren diese Voraussagen für lange Dämmerungen und für licht-aktive Vögel bestätigt. In den hier beschriebenen Experimenten ist der Einfluß kurzer Dämmerungen verschiedener Dauer untersucht, und zwar bei licht-aktiven Finken-Vögeln und bei dunkel-aktiven Goldhamstern. Alle Ergebnisse stimmen mit den theoretischen Voraussagen überein.Die Ergebnisse dieser Versuche sind für die Bestätigung der Theorie von besonderer Bedeutung, da in die Ableitung des Dämmerungs-Einflusses mehr wesentliche Eigenschaften der Theorie eingehen als in die Ableitung aller anderen bisher untersuchten Einflüsse (z.B. des Einflusses variabler LD-Verhältnisse). Die hier beschriebenen Ergebnisse sind außerdem von Bedeutung für die jahreszeitliche Änderung der Phasenlage, die die natürliche Grundlage für photoperiodische Prozesse bildet: In der Natur wechselt im Verlaufe der Jahreszeiten nicht nur das LD-Verhältnis, sondern auch die Dämmerungs-Dauer. Besonders bei dunkelaktiven Organismen ändert die Mit-Berücksichtigung des Dämmerungs-Einflusses entscheidend den alleine unter Berücksichtigung des LD-Verhältnisses abgeleiteten Jahresgang der Phasenlage und gleicht ihn dem für licht-aktive Organismen gültigen an.

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The influence of twilight on circadian rhythms

Summary Theoretical considerations of circadian rhythms have shown that, under conditions of a light-dark cycle, the duration of twilight has a twofold influence on phase-angle difference between an activity cycle and the Zeitgeber: 1. The longer the twilight periods, the earlier occurs the activity relative to the Zeitgeber, and 2. the longer the twilight periods, the stronger changes the phase-angle difference with changing LD-ratio. In former biological experiments, these predictions are confirmed only with very long twilight periods and only with light-active birds. In experiments described here, phase-angle difference between activity cycle and Zeitgeber are examined in light-active birds (finches) and in dark-active mammals (hamsters) under the influence of short twilight periods with varying duration. All results show a clear agreement between theory and experiment.These results confirm the validity of the theory with stronger significance than any other biological experiment up to now, because the theoretical derivation of the twilight influence covers more essential aspects of the theory than the derivation of any other influence (e.g.: influence of LD-ratio). Furthermore, these results have consequences with regard to the seasonal change in phase-angle differences, because in nature not only the LD-ratio changes seasonally but also the duration of twilight. Especially in dark-active organisms, the twilight influence changes remarkably the seasonal course of phase-angle difference in comparison to that course derived only from the seasonal change in LD-ratio. Because of the prevailing twilight influence these phase-angle differences, as relevant for photoperiodic phenomena, take a similar course in light-active and in dark-active organisms.

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The research reportet in this document has been sponsored in part by the Air Force Office of Scientific Research under grant AF EOAR 66-15, with the European Office of Aerospace Research (OAR), United States Air Force.     

Nuclear and cytoplasmic microfilaments in the pineal chief cells of the rat

Summary The presence of identical groups of parallel microfilaments in the nucleus and in the cytoplasm of the rat epiphyseal chief cells are described. The areas of microfilaments are not surrounded by any membranes and the single filaments are about 70–80 Å in diameter and vary largely in length. At higher magnification the filaments are shown to be composed of an inner light and outer dark zone. Since the filaments in the nucleus and in the cytoplasm are morphologically identical, they are suggested to originate in the same part of the cell and thus to be involved in the nucleo-cytoplasmic interaction.

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Zusammenfassung Die Anwesenheit von gleichartigen Gruppen paralleler Mikrofilamente in Kern und Zytoplasma von Haupt-Zellen in der Rattenepiphyse wird beschrieben. Die Mikrofilamentareale werden nicht von Membranen umgeben; die einzelnen Filamente weisen einen Durchmesser von etwa 70–80 A auf und variieren stark in der Länge.Bei starker Vergrößerung zeigt sich, daß die Filamente aus einem inneren hellen und äußeren dunklen Streifen zusammengesetzt sind.Da die Filamente im Kern und im Zytoplasma morphologisch identisch sind, kann man fragen, ob sie am selben Ort in der Zelle entstehen und folglich in der Wechselwirkung von Kern und Zytoplasma eine Rolle spielen.

     

Mikrotubuli und Filamente in prospektiven Plättchenfeldern der Megakaryocyten

Zusammenfassung Megakaryocyten des Knochenmarkes des Menschen, der Ratte und der Maus wurden nach Fixierung mit Glutaraldehyd und nach Kontrastierung mit Uranylacetat und Bleihydroxyd elektronenmikroskopisch untersucht. Außer den bekannten submikroskopischen Strukturen lassen sich in den prospektiven Plättchenfeldern und in der marginalen Randzone der Megakaryocyten 200–250 Å breite Mikrotubuli und etwa 50 Å breite Filamente nachweisen. Diese gleichen in ihrer Struktur den Mikrotubuli und Filamenten der Thrombocyten des peripheren Blutes. Die Mikrotubuli entstehen im Cytoplasma der Megakaryocyten, ohne zunächst einem bestimmten Plättchenfeld zugeordnet zu sein. In frühen Stadien der Plättchenfelderbildung erkennt man meist nur einige Mikrotubuli innerhalb der Plättchenfelder, die sich zwischen Demarkationsbläschen hindurch in benachbarten Plättchenfeldern fortsetzen. Komplette marginale Bündel von Mikrotubuli sind in den Megakaryocyten nur selten zu beobachten. Die biochemischen und funktionellen Eigenschaften der Mikrotubuli und Filamente werden diskutiert.

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Microtubules and filaments in prospective platelet fields of megakaryocytes

Summary Megakaryocytes of bone marrow of man, rat and mouse were studied electronmicroscopically after fixation with glutaraldehyde and staining the ultrathin sections with uranyl acetate and lead hydroxide. Microtubules measuring 200–250 Å and filaments measuring 50 Å in thickness can be demonstrated in prospective platelet fields and marginal zones of megakaryocytes. These microtubules and filaments resemble those of the platelets of the peripheral blood. The microtubules are formed within the cytoplasm of the megakaryocytes without predilection of certain platelet fields. In early stages of the formation of platelet fields only a few microtubules can be detected within platelet fields which penetrate between demarcation vesicles into neighbouring platelet fields. In megakaryocytes complete marginal bundles of microtubules are rarely observed. Biochemical and functional properties of microtubules and filaments are discussed.

     

Über die Vibrationsstärke-Empfindung und die Wahrnehmbarkeit von Reizstärkeänderungen beim Tastsinn

Zusammenfassung Im Hinblick auf eine Informationsübertragung über den Tastsinn wird die Vibrationsstärke-Empfindung als Funktion der Reizstärke und deren gerade wahrnehmbare Änderung an einer Stelle der Haut an der Innenseite des Unterarms untersucht.Zunächst wird aufgrund von Schwellenmessungen gezeigt, daß ein schmalbandiger mechanischer Reiz der Haut sinnvoll durch den zeitlichen Verlauf der Hüllkurve der Deformationsgeschwindigkeit (t) im Frequenzbereich um 180 Hz beschrieben werden kann. Daran anschließend wird die VibrationsStärke-Empfindung als Funktion der Dauer t _iund der Geschwindigkeitsamplitude einer sinusförmigen Vibration untersucht. Aus den Meßergebnissen geht hervor, daß erst nach etwa 100 ms sich die volle Empfindungsstärke einstellt, die proportional zu ^t anwächst. Bei Vibrationsdauern t _i< 100 ms integriert der Tastsinn das Quadrat der Geschwindigkeit über die Zeit.Die Wahrnehmbarkeit von Reizstärke-Änderungen hängt von der Stärke des Reizes, von der aus die Änderung erfolgt, und von dem zeitlichen Verlauf des Reizes vor der Änderung ab. Letzteres enthält die Fähigkeit des Tastsinns, auf den jeweils herrschenden Reizzustand zu adaptieren und so die Empfindlichkeit gegenüber Änderungen zu erhöhen. Im nicht adaptierten Zustand können im Bereich weit oberhalb der Fühlschwelle relative Änderungen der Vibrationsamplitude von 16% gerade wahrgenommen werden, im adaptierten Zustand dagegen bereits solche von 6%.     

Die Membrana limitans gliae superficialis der Sehrinde der Katze

Zusammenfassung Die Membrana gliae limitans superficialis im Cortex des Gehirns der Katze ist an den Kuppen dünner (herab bis 3 m) als an den Windungstälern (bis zu 15 m). Sie enthält drei verschiedene Fortsätze der Astrocyten, deren Perikarya an der Grenze zum eigentlichen Neuropil der Molekularschicht liegen. Es handelt sich um: 1. Runde oder ovale Fortsätze mit dicht gepackten Gliafilamenten, die horizontal, schräg oder radiär verlaufen. 2. Flache, oberflächliche Fortsätze mit Filamenten (Endfüße). 3. Astrocytenlamellen, d.h. sehr platte, horizontal liegende Fortsätze ohne Filamente, die stapelförmig aufeinanderliegen. Eine specific junction wird beschrieben.

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The membrana limitans gliae superficialis of cat's visual cortex

Summary In the region of the sulci of the cats brain the membrana limitans gliae superficialis is thicker (up to 15 m) than in the gyri (down to 3 m). It contains 3 different kinds of processes of astrocytes. Its pericarya are situated at the border of the neuropil. The different kinds of processes are: 1. round or oval processes with closely packed filaments of the glia having a horizontal, oblique or radiate direction, 2. flat, superficial processes with filaments (end-feet of the glia), 3. astrocytic lamellae = very flat processes without filaments lying horizontally, piled up between the processes with filaments. A specific junction is described.

Herrn Prof. Dr. Alkmar v. Kügelgen zum 60. Geburtstag gewidmet. — Mit dankenswerter Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft. — Für technische Hilfe danke ich Frau H. Prien.     

Zur Feinstruktur der Elektrozeptorepidermis der Mormyridae (Teleostei,Pisces)

Zusammenfassung Die schwachelektrischen Mormyridae haben eine dreischichtige Epidermis, deren innere Schicht aus nur etwa 0,22 m dicken sechseckigen Zellen von ca. 60 m Durchmesser besteht. Die etwa 2 m dicken, linsenförmigen Kerne von 7,6 m Durchmesser liegen am Zellrand. Die Zellen sind zu Säulen aufgeschichtet. Ihr Rand ist ausgezackt und dort, wo er die Säulengrenze erreicht, auf etwa 0,34 m verdickt. In der Nähe der Säulengrenzen sind die Zellen über Desmosomen mit den Nachbarn in der eigenen und in der angrenzenden Säule verbunden. Diese Epidermisschicht ist auf die Körperpartien beschränkt, in denen auch Elektrorezeptoren ausgebildet sind.Die beiden anderen Epidermisschichten haben den üblichen Aufbau einer Fischepidermis, abgesehen vom Fehlen der Becherzellen.

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Ultrastructure of the electroceptor epidermis of the Mormyridae (Teleostei, Pisces)

Summary The weakly electric fish of the family Mormyridae have a three layered epidermis, with a medium layer consisting of hexagonal cells of only 0.22 m in thickness and about 60 m in diameter. The lens-shaped nuclei are about 2 m thick and 7.6 m in diameter and are situated near the border of the cells. The cells are piled up to hexagonal columns. Their margin is serrate and where it reaches the boundary of the column, it has a thickness of about 0.34 m. Close to the boundaries of the columns, the cells are linked to their neighbours within the column and of the adjoining column by desmosomes. This layer of the epidermis is confined to those regions of the body surface which also contain electroreceptors.The other layers of the epidermis have a structure as usual in fish, except for the lack of goblet cells.

     

Rezeptorrauschen und Informationskapazität der Sehzellen vonCalliphora erythrocephala undPeriplaneta americana

Zusammenfassung Die mittlere, effektive Rauschamplitude des Belichtungspotentials wird im Soma der Sehzellen vonCalliphora erythrocephala undPeriplaneta americana in Abhängigkeit von der Lichtintensität gemessen. Sie nimmt mit ansteigender Intensität ab. Für eine Intensitätsspanne von 11000 beträgt sie fürCalliphora erythrocephala 0,440,26 mV und fürPeriplaneta americana 0,670,16 mV. Die Amplitudenverteilung des Rauschens ist gaußförmig. Der Einfluß auf die Informationskapazität (bit/sec) wird für verschiedene Kontrastverteilungen diskutiert; die Informationskapazität ist bei geringen mittleren Lichtintensitäten im Soma der Sehzellen vonCalliphora erythrocephala gering, d.h. bei geringen Beleuchtungsstärken werden Kontraste aus der Umwelt nur schlecht übertragen. In den Axonen der Sehzellen 1–6 wird jedoch durch die präsynaptische Summation der Belichtungspotentiale die Übertragung von Kontrasten gerade bei geringen Beleuchtungsstärken erheblich verbessert (Abb. 5). Die Informationskapazitäten im Soma der Sehzellen vonCalliphora erythrocephala undPeriplaneta americana werden verglichen; die Leistung der Sehzellen bei der Übertragung von Kontrasten vor allem bei geringen Beleuchtungsstärken ist beiPeriplaneta americana erheblich schlechter als beiCalliphora erythrocephala.

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Inherent noise and information capacity in the visual cells ofCalliphora erythrocephala andPeriplaneta americana

Summary When the receptor potential from the soma of the visual cells ofCalliphora erythrocephala andPeriplaneta americana is measured we distinguish the r.m.s. voltage of the noise in dependence on the stimulus light intensity. The r.m.s. voltage of the noise decreases with increasing light intensity. The values for an intensity range of 11000 are 0.440.26 mV forCalliphora erythrocephala and 0.670.16 mV forPeriplaneta americana. The amplitude of the inherent receptor noise has a Gaussian Distribution. The influence on the information capacity of the visual cell is discussed for different contrast distributions as stimulus pattern. The information capacity is decreased at low mean light intensities inCalliphora erythrocephala visual-cell somata, i.e. environmental contrasts are transmitted only weakly at low illuminations. In the axons of visual cells 1–6, however, the transmission of contrasts especially at low illumination intensities is considerably improved by the presynaptie summation of receptor potentials (Fig. 5). The information capacities in the visual cell somata ofCalliphora erythrocephala andPeriplaneta americana are compared; the efficiency of visual cells during the transmission of contrasts, especially at low illumination intensities, is far worse inPeriplaneta than inCalliphora.

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Die Experimente wurden mit Sachmitteln durchgeführt, die Herrn Prof. Dr. Dr. h. c. H. Autrum von der Deutschen Forschungsgemeinschaft zur Verfügung gestellt wurden.