Biophysikalische Fragestellungen in der Ökologie und Umweltforschung

Zusammenfassung Ein erster Vergleich zwischen Biomassen und Intelligenzentwicklung in der Menschheit zeigt, daß die Geschwindigkeit, mit der Neuerungen angenommen werden in den letzten 150 Jahren zwar absolut zugenommen hat, die Zunahme aber relativ zur Bevölkerungsexplosion mehr als aufgewogen wird. Da die aufgestellte Gleichung im Prinzip vielfältig verwendet werden kann, wird vorgeschla gen, den Versuch zur Erfassung der kollektiven Intelligenz zu verfeinern. Als Anwendungsbeispiel wird der Versuch gebracht, eine Intelligenzstufen-bedingte, maximale Bevölkerungszahl zu berechnen. Die von uns aufgestellte Gleichung empfiehlt als obere Grenze eine Bevölkerungszahl von 1,5–2, 3 × 10⁹ Menschen auf dem Bildungsniveau der Industrieländer.Aus der Gleichung errechnen sich Annahmezeiten von ca. 10⁶ Jahren für Neuerungen in der Frühentwicklung der Menschheit. Diese Zeitspanne stimmt für die Verwendung von Feuer als Werkzeug offenbar mit den archäologischen Funden überein.

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Biophysical questions in ecology and environmental researchPart 1: An Analysis of intelligence vs biomass development in humans

Summary A first analysis of intelligence vs. biomass development in humans shows that the increase of speed to accept new inventions appears not to keep pace with exploding population size. It is suggested to assess more accurately the collective intelligence of the human race, an attempt probably useful for several purposes. An equation is presented and used to calculate an upper human population limit for the world suggested by the present intelligence level.The equation suggests 1.5–2.3 billion people educated to the level of industrialized nations. The equation predicts acceptance times for innovations during the early evolution of mankind in the order of 10⁶ years. Such a time span seems to be in accordance with archaeological findings for the acceptance of fire as a common tool.

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Erweiterte Fassung eines Vortrages anläßlich der Jahrestagung 1973 der Deutschen Gesellschaft für Biophysik e.V. in Jülich, 27.–29. September 1973

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Eingegangen am 20. Mai 1976     

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

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

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

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

Mustard oil glucosides as feeding stimulants for Pieris brassicae larvae in a semi-synthetic diet

Nine glucosides tested as feeding stimulants for Pieris brassicae larvae were effective. The tetraacetates of three of them were not. Two of the glucosides (glucocapparin and glucoiberin) were active at 0.333×10^–5 molar in the diet and at 0.333×10^–4 molar all were effective. Usually all the larvae in a test do not feed and the increase in effectiveness with concentration, which is observed in groups, is largely brought about by a progressive increase in the number of larvae which actually feed, though with some glucosides an increase in the average frass production of the feeding larvae was found. The relative effectiveness of the glucosides as feeding stimulants changes with concentration. At a concentration of 0.333×10^–5 molar, glucocapparin gave the best result while at 0.333×10^–3 molar concentrations glucotropaeolin was most effective. Neither of these glucosides has been reported to occur in cabbage leaves.

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Senfölglukoside als frasstimulantien für pieris brassicae-raupen bei einer halbsynthetischen diät

Zusammenfassung Neun als Fraßstimulatoren für Kohlweißlingsraupen geprüfte Glukoside erwiesen sich als wirksam. Die Tetraacetate von drei von ihnen waren es nicht. Zwei der Glukoside (Glukokapparin und Glukoiberin) waren 0,333×10^–6 und 0,333×10^–4 molar in der Diät wirksam. Gewöhnlich fressen in einem Versuch nicht alle Raupen und der Anstieg der Wirksamkeit mit der Konzentration, die gruppenweise beobachtet wird, läßt sich hauptsächlich durch ein zunehmendes Anwachsen der Anzahl von Larven feststellen, die wirklich fressen, obwohl bei einigen Glukosiden ein Anwachsen der Kotproduktion der fressenden Larven gefunden wurde. Die relative Wirksamkeit der glukoside als Fraßanregungsmittel ändert sich mit der Konzentration. Bei einer molaren Konzentration von 0,333×10^–5 ergab Glukokapparin den besten Erfolg, während Glukotropaeolin bei 0,333×10^–3 molarer Konzentration am wirksamsten war. Keines dieser Glukoside ist bisher in Kohlblättern nachgewiesen.

     

Die quantitative Erfassungsgrenze in der Histochemie

Summary On the basis of theoretical calculation it is assumed that 10^-11–10^-12 g/cell is the concentration needed to identify colored products microscopically in histochemistry.

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Mit Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.     

Über die Feinstruktur vonLabyrinthula coenocystis Schmoller nach Gefrierätzung

Zusammenfassung Gefrierätz-Untersuchungen an Cysten vonL. coenocystis ergaben, daß jede Zelle von einer gewellt verlaufenden Zellmembran umgeben wird, welche zylindrische Einsenkungen mit einem Durchmesser von 0,3 m aufweist. Diese Einsenkungen stellen die fürLabyrinthula charakteristischen Organellen, die bothrosomes, dar. Sie weisen in ihrem Zentrum 1–3 quergebrochene Erhebungen auf. Diese stellen Poren in der Zellmembran vonL. coenocystis dar. Die Anzahl der bothrosomes beträgt pro Zellhälfte 0–3, so daß die Gesamtzahl pro Zelle auf 5–8 geschätzt wird. Die Verteilung dieser Organellen auf der Zelloberfläche ist nicht regelmäßig, sondern zufällig. Die geringe Anzahl, ihre relativ geringe Größe im Vergleich zur Zelle und ihre unregelmäßige Verteilung auf der Zelloberfläche haben es unwahrscheinlich gemacht, daß die bothrosomes allein für die in ihrem Mechanismus noch völlig ungeklärte kontinuierliche gleitende Bewegung, etwa durch Abscheidung von Substanzen an diesen Organellen nach dem Rückstoßprinzip, verantwortlich gemacht werden können.

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The fine structure ofLabyrinthula coenocystis schmoller as revealed by freeze-etching

Summary Freeze-etched cysts ofL. coenocystis show that each cell is surrounded by a waved cell membrane in which cylindrical invaginations with a diameter of 0.3 m are visible. These invaginations represent the bothrosomes, characteristic organelles inLabyrinthula. Centered in the bothrosomes are 1–3 evaginations, which are cross-fractioned pores in the cell membrane. The number of bothrosomes per half cell is 0–3; so that the total number of these organelles is calculated at 5–8 per cell. The distribution of the bothrosomes on the cell surface is not regular but random. Their low number, their relative small size in comparison to the total cell area, and their random distribution on the cell surface lead us to presume that these organelles alone can not be held responsible for the cell's gliding movement as, for example, by emission of substances from the organelles by the repulsionprincip.

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Wir danken Herrn Prof. Dr. K. G.Grell, Zoologisches Institut der Universität Tübingen, für die Überlassung derLabyrinthula-Kultur und der Deutschen Forschungsgemeinschaft für ihre Unterstützung.     

Elektronenmikroskopische Untersuchungen zur Wirkung von Triaethylenmelamin (TEM) auf die Retina-Entwicklung der Alpenmolchlarve (Triturus alpestris)

Zusammenfassung Larven vonTriturus alpestris (Glaesner-Stadien 27, 34, 39 und 43) wurden 24 Std in einer Lösung von 10^–4 g TEM/ml Leitungswasser gehalten und hierauf in reinem Leitungswasser weiter aufgezogen. Lichtmikroskopisch wurden in der Retina ein Verschwinden der Mitosen sowie eine Vergrößerung der teilungsbereiten Zellen beobachtet. Kern-Pyknosen und Zellzerfall ließen sich in den Differenzierungszonen feststellen. Die verschiedenen Entwicklungs-Stadien zeigten gegenüber TEM eine unterschiedliche Empfindlichkeit.Elektronenmikroskopisch waren bereits 12 Std nach Beginn der TEM-Exposition Veränderungen in den Kernen der Retinazellen nachweisbar. Durch Einstülpen der Kernmembran und Verschmelzen von daraus entstandenen Bläschen wurden Fragmente aus dem sonst morphologisch normal erscheinenden Kern herausgelöst und schließlich abgebaut. Die Fragmentation griff üblicherweise auf den ganzen Kern über und führte zum Untergang der Zelle. In der Randzone der Retina vergrößerten sich die Zellen; ihre Kerne wurden gelappt und das Chromatin verlagerte sich teilweise an die Peripherie. Autolytische Prozesse begannen in einzelnen Zytoplasma-Arealen und griffen schließlich auf die ganze Zelle über. In TEM-behandelten Augen kam es zu einer starken Hypertrophie des Pigmentepithels, das längliche und runde Melanosomen und auffallend viele Prämelanosomen enthielt.Der Wirkungsmechanismus von TEM wird mit demjenigen anderer alkylierender Zytostatika verglichen. Die Kernveränderungen und die autolytischen Vorgänge an den Retina-zellen sowie die Hypertrophie des Pigmentepithels werden diskutiert.

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The effect of Triethylenmelamin (TEM) on the retinal development of the newt (Triturus alpestris): An electron microscopic study

Summary Larvae ofTriturus alpestris (stages according to Glaesner: 27, 34, 39 and 43) were kept for 24 hours in a solution containing 10^–4 gr Triethylenmelamin (TEM) per ml tap water. Thereafter, they were further grown in pure tap water. Light microscopically, a fading of mitotic figures and an enlargement of cells prepared to divide were observed within the retina. Pyknotic nuclei and cell death occured in the zones of cell differentiation. The various developmental stages were differently affected by TEM.Electron microscopically, alterations of retinal cell nuclei were found to occur as early as 12 h after the onset of TEM- incubation. Fragments of nuclei which otherwise appeared morphologically normal were observed to develop by an invagination of the nuclear membrane and a subsequent fusion of the small vesicles which originated from the nuclear envelope. These fragments became completely digested. The fragmentation process eventually involved the entire nucleus and resulted in cell death.In peripheral zones of the retina, cells became enlarged, their nuclei being lobulated and their chromatin becoming transposed towards the periphery. Autolytic processes were observed to start in particular areas of the cytoplasm and to extend all over entire cells. In TEM-treated eyes, the pigment epithelium became grossly hypertrophied. This epithelium impressed by elongated and round melanosomes and a surprisingly large number of premelanosomes.The mechanism of TEM-effect was compared to that of other alkylating cytostatic drugs and discussed in connection with the observed cytological alterations.

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Mit Unterstützung durch den Schweizerischen Nationalfonds zur Förderung der Wissenschaftlichen Forschung (Kredit Nr. 4804).

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Herrn Prof. Dr. G. Töndury danke ich für die Überlassung des Themas und die zahlreichen Anregungen, Herrn Dr. G. Kistler für die Einführung in die Technik der Elektronenmikroskopie sowie die umfassende Beratung und Herrn W. Scherle für die Hilfe bei technischen Problemen.     

Stoffwechselprodukte von Mikroorganismen

Zusammenfassung Es wurde die Wirkungsweise von Borrelidin untersucht und mit zwei Makrolid-Antibiotica verglichen. Borrelidin hemmt in einem zellfreien System aus Bacillus subtilis spezifisch den Einbau von Threonin in sRNS bei einer Konzentration von 1,4·10^-6 m. Hingegen hemmen die Makrolid-Antibiotica Lankamycin (neutral) und Erythromycin (basisch) bei Konzentrationen, die zehnmal höher liegen als die wachstumshemmende Konzentration, nicht die Verknüpfung von Threonin oder anderer Aminosäuren mit sRNS.In Zellen hemmt Borrelidin bei einer Konzentration von 1,5–3·10^-6 m die Synthese von Protein, RNS und DNS. Lankamycin und Erythromycin hingegen hemmen nur die Synthese von Protein.Es wird vermutet, daß Borrelidin das erste Antibioticum ist, das die Protein-synthese über die Hemmung des Einbaus von Aminosäuren in sRNS blockiert.

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Metabolic products of microorganisms. 62nd information the inhibition of the attachment of threonine to sRNA in a cell-free system and of the sythesis of protein and nucleic acids in the cell by the antibiotic borrelidin

Summary The mode of action of borrelidin has been studied and compared with two macrolide antibiotics. Borrelidin specifically inhibits the attachment of threonine to sRNA at a concentration of 1,4·10^-6 m in a cell-free system of Bacillus subtilis. However, the macrolide antibiotics lankamycin (neutral) and erythromycin (basic), at concentrations which are ten times higher than those required to inhibit growth, still do not inhibit the binding of threonine or other amino acids to sRNA.In cells borrelidin inhibits at concentrations of 1.5–3·10^-6 m the synthesis of protein, RNA and DNA. In this point as well borrelidin acts differently from lankamycin and erythromycin which inhibit the synthesis of protein selectively.It is supposed that borrelidin is the first antibiotic inhibiting protein synthesis via amino acid attachment to sRNA.

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61. Mitt.: B. Maurer, A. Müller, W. Keller-Schierlein u. H. Zähner: Ferribactin, ein Siderochrom aus Pseudomonas fluorescens Migula. Arch. Mikrobiol. 60, 326–339 (1968).     

Der Einfluß der Kulturbedingungen auf den ATP-ADP-und AMP-Spiegel bei Rhodospirillum rubrum

Zusammenfassung Das Verhältnis der Adenin-Nucleotide in Zellen von Rhodospirillum rubrum änderte sich stark mit den Kultur-und Wachstumsbedingungen.Aerob wachsende Dunkelkulturen und anaerobe, ruhende Lichtkulturen unterschieden sich nur geringfügig in den Pool-Größen von ATP, ADP und AMP.Wurde die ATP-Bildung gehemmt oder fiel der ATP-Spiegel durch hohe Syntheseleistungen der Zelle, so erhöhte sich anaerob im Licht oder im Dunkeln der AMP-Spiegel viel stärker als der ADP-Spiegel, in aerober Dunkelkultur dagegen nahmen ADP und AMP gleichmäßiger zu.In aerober Lichtkultur konnte der relative ATP-Gehalt höher sein als in aerober Dunkel-oder anaerober Lichtkultur. Es wird Pyruvat angereichert.Antimycin A (40 g/ml) bewirkte in aerober Lichtkultur eine Abnahme des ATP-Pools.Der spezifische Adenin-Nucleotid-Gehalt pro Milligramm Protein betrug: 5,5–6,2 nMol ATP; 1,5–3,4 nMol ADP; 1,0–1,8 nMol AMP in aerober Dunkelkultur; 1,0–3,9 nMol ATP; 2,6–4,0 nMol ADP; 2,5–5,4 nMol AMP in anaerober Dunkelkultur und 4,5–6,5 nMol ATP; 1,6–3,3 nMol ADP; 1,0–3,3 nMol AMP in anaerober Lichtkultur.Einen besonders niedrigen Quotienten für ATP/AMP in den Zellen wurde unter Kulturbedingungen erhalten, bei denen die Syntheserate des Bacteriochlorophylls größer als die Wachstumsrate war.Es wird diskutiert, ob die Adenin-Nucleotide einen Einfluß auf die Regulation der Morphogenese bei R. rubrum haben.

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The influence of cultural conditions on the ATP-, ADP- and AMP-pool of Rhodospirillum rubrum

Summary The ratio of adenine nucleotides in the cells of Rhodospirillum rubrum varies considerably depending upon the cultural and growth conditions.There was no significant difference in the pool size of ATP, ADP and AMP comparing growing cells, which were cultivated aerobically in the dark, and cells, which were cultivated anaerobically in the light without substrate.When the synthesis of ATP was inhibited or the ATP pool was lowered by high synthetic activity of the cells, the level of AMP was increased more drastically than that of ADP. This was true under anaerobic conditions in the light as well as in the dark. Under the same conditions in aerobically grown dark cultures, ADP and AMP increased to nearly the same extent.In aerobic light cultures the relative content of ATP can be higher than in aerobic dark cultures or in anaerobic light cultures. In the former pyruvate accumulated.With antimycin A (40 g/ml) the ATP pool decreased in aerobic light cultures.The specific content of adenine nucleotides per mg protein was: 5.5–6.2 nMol ATP; 1.5–3.4 nMol ADP; 1.0–1.8 nMol AMP in cells cultivated aerobically in the dark; 1.0–3.9 nMol ATP; 2.6–4.0 nMol ADP; 2.5–5.4 nMol AMP in cells cultivated anaerobically in the dark and 4.5–6.5 nMol ATP; 1.6–3.3 nMol ADP; 1.0–3.3 nMol AMP in cells cultivated anaerobically in the light.An especially low ATP/AMP ratio was found when the culture conditions were such that the rate of synthesis of bacteriochlorophyll was higher than the growth rate.The influence of the adenine nucleotides on the regulation of morphogenesis in Rhodospirillum rubrum has been discussed.

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Abkürzungen: ATP=Adenosintriphosphat, ADP=Adenosindiphosphat, AMP=Adenosinmonophosphat, BChl.=Bacteriochlorophyll, 2,4-DNP=2,4-Dinitrophenol, NADH=reduziertes Nicotinamid-Adenin-Dinucleotid, Tris=Tris-(hydroxymethyl)-aminomethan, ÄDTA=Äthylendiamintetraessigsäure, Dinatriumsalz.     

In vitro-Verfahren zur Bestimmung der DNS-Synthese-Dauer einzelner Zellen Biochemische Voraussetzungen und Ergebnisse

Zusammenfassung Nach Hemmung der de novo-Synthese von TMP durch 5-F-UdR läuft die DNS-Synthese in vitro in Anwesenheit von 10^–5 M/l mit unveränderter Geschwindigkeit ab. Dadurch ist die DNS-Synthese-Dauer über die quantitative autoradiographische Messung des ¹⁴C-TdR-Einbaus bestimmbar. Diese in vitro-Methode wird an Rattenknochenmark und Zellen einer CML geprüft. Erste Ergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung mit in vivo-Messungen durch andere Methoden.

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In vitro determination of the duration of DNA synthesis of individual cells

Summary Suspended haemopoietic cells are incubated in the presence of 5-fluoro-deoxyuridine (5-F-UdR) as an inhibitor of the de novo synthesis of thymidine monophosphate (TMP). The DNA synthesis rate remains undisturbed, if 10^–5 M/l thymidine (TdR) is added. Thus, the DNA synthesis rate of individual cells can be determined by means of a quantitative autoradiographic method in measuring the incorporation rate of ¹⁴C-TdR into the DNA of the cells. DNA synthesis rates are then converted into DNA synthesis times. This in vitro method has been checked in cells of rat bone marrow and of peripheral blood in a case of chronic myelocytic leukaemia (CML). Preliminary results correlate well with in vivo estimations obtained by other methods.

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Studie im Rahmen des Assoziationsvertrages EURATOM-GSF für Hämatologie Nr. 031 641 BIAD

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Unterstützt durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft: SFB 51/5     

Übertragungseigenschaften der Sehzelle der SchmeißfliegeCalliphora erythrocephala

Zusammenfassung Aus einer der Sehzellen 1–6 vonCalliphora erythrocephala (, rechtes Auge) aus dem Ommatidium (d, v) = (56, 55) (Abb. 5) wird intrazellulär abgeleitet. Das Euhepotential der Zelle wird während der gesamten Versuchsdauer gemessen. Zu Beginn beträgt es –52,5 mV um sich dann für ca. 1000sec auf –48 mV zu halten; anschließend steigt das Ruhepotential für 1200 sec auf –25 mV. Die Form der Antworten und die Kennlinien werden für rechteckförmige Reize in Abhängigkeit davon dargestellt. Für beide Werte des Ruhepotentials werden jeweils die Amplituden- und Phasengänge der Sehzelle in Abhängigkeit von der Intensität für 4,5 Zehnerpotenzen mit sinusförmig moduliertem Licht (Modulationsgrad 16%) für den Zeitraum 0,5–4,5 sec nach Reizbeginn vom dunkeladaptierten Zustand ausgehend bestimmt.Nimmt der Betrag des Ruhepotentials ab, so werden die Kennlinien für rechteckförmige Reize flacher. Beim Amplitudengang nimmt die Amplitude ab und das Maximum des Amplitudenganges verschiebt sich zu tieferen Frequenzen. Eine einfache Gesetzmäßigkeit ist nicht zu erkennen. Beim Phasengang nimmt die Phase zu. Der Phasengang kann im Bereich von 10–100 Hz durch eine Totzeit, die von der Intensität abhängt (Abb. 16) beschrieben werden. Die Phasenzunahme läßt sich für alle Intensitäten durcheinen Faktor angeben. Dieser besehreibt um wieviel die Totzeit bei der Änderung des Ruhepotentials von –48 mV auf –25 mV zunimmt; er beträgt 1,34±0,03 (S.A.).

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Transfer characteristics of the visual cell ofCalliphora erythrocephala 1. Dependence on the resting potential

Summary Intracellular recordings are made out of the visual cells 1–6 of the ommatidia ofCalliphora erythrocephala (, right eye) with the coordinates (d, v) = (56, 55) (Fig. 5). During the whole experiment the resting potential of the cell is recorded. It starts with –52.5 mV to stay for 1000 sec on –48 mV and then alters to –25 mV and stays there for 1200 sec. The form of the response of the cell and the characteristic curve are shown for rectangular stimuli. We measure on both values of the resting potential the amplitude and the phase characteristics of the visual cell and show their dependency on the intensity of light for 4.5 decades for sinusoidal modulated light with a modulation degree of 16%. We start at a dark adapted level and analyse the response in the tune intervall 0.5–4.5 sec after onset of the stimulus. When the resting potential declines, the characteristic curve gets less steep. The amplitude decreases and the maximum of the amplitude characteristics goes to lower frequencies. We cannot recognize a simple law of dependency. At the phase characteristics the phase lag increases. The phase characteristics can be described through a time lag in the range 10–100 c/s which is dependent on the intensity of light (Fig. 16). How the phase angle increases is given byone factor for all intensities. This factor says how the time lag increases if the resting potential changes from –48 mV to –25 mV. Its value is 1.34±0.03 (S.D.).

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Diese Arbeit widmen wir Herrn Prof. Dr. Dr. h. c. H. Autrum in Verehrung und Dankbarkeit zu seinem 65. Geburtstag.

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

Beeinflussung der postmitotischen Kernmigration vonMicrasterias denticulata Bréb. durch das Herbizid Trifluralin

Zusammenfassung Zellen vonMicrasterias denticulata Bréb. wurden wÄhrend der Phase des postmitotischen Wachstums mit Trifluralin behandelt. In einem Konzentrationsbereich von 10^–2 bis 10^–5% zeigte sich ein starker Einflu\ auf die Kernmigration, wodurch der Zellkern eine anormale Position innerhalb der Zelle einnahm. Daneben war auch die Migration des Chloroplasten stark gehemmt. Ein Effekt auf die Cytomorphogenese, d. h. das Wachstum und die Musterbildung der PrimÄrwand konnte nicht beobachtet werden. Es wird angenommen, da\ Trifluralin, so wie Colchizin, Vinblastin, IPC und CIPC auf das den Posttelophase-Kern vonMicrasterias umgebende Microtubuli-System, desorganisierend einwirkt. Durch die Zerstörung dieses MiÇrotubuli-Systems scheint der Zellkern seine FÄhigkeit zur Kernmigration zu verlieren.

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Influence of the Herbizide Trifluralin on the postmitotic migration of the nucleus inMicrasterias denticulata Bréb.

Summary During the phase of postmitotic cell-growth cells ofMicrasterias denticulata Bréb. were treated with Trifluralin. In a concentration range of 10^–2 to 10^–5% strong influence on the migration of the nucleus could be observed, leading to an abnormal position of the nucleus within the cell (Figs. 1B, C, D).Beside this, migration of the chloroplast was strongly inhibited. No effect could be observed on cytomorphogenesis,i.e., growth and patterning of the primary cell wall. It is suggested that Trifluralin like Colchicine, Vinblastine, IPC, and Chloro-IPC desorganizes the microtubule-system surrounding the posttelophase-nucleus ofMicrasterias. By the destruction of this microtubule-system the nucleus seems to loose its migration ability.

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Für die technische Hilfe danke ich Frau D. Neudecker. Die Untersuchungen wurden durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft unterstützt.     

Zur Digestion bei Pseudomicrothorax dubius Mermod Nahrungsvakuolen-Vesikulation (Ciliophora) im Anschluß an die Phagocytose

Zusammenfassung Der Schlinger Pseudomicrothorax dubius ingestiert innerhalb von 1–2 min ein großes Volumen fädiger Blaualgen. Die Nahrung ist unmittelbar nach dieser rapiden Phagocytose in einer einzigen, sehr großen Vakuole eingeschlossen, die fast den ganzen Ciliaten ausfüllt. Im Verlaufe der folgenden Stunde vesikuliert diese große Nahrungsvakuole über Zwischenstufen zu einer Vielzahl von Vakuolen mit 1–2 m Durchmesser. Gleichzeitig erfolgt eine Kondensierung des Vakuoleninhaltes. Erst zu diesem Zeitpunkt setzt die Verdauung der Nahrung ein, wie an Hand von zahlreichen Dictyosomen belegt wird, die nun in unmittelbarer Nähe der Nahrungsvakuolen nachzuweisen sind. Durch die Vesikulation der großen Nahrungsvakuole in kleinere Einheiten sowie durch die Kondensierung der Nahrung wird bewirkt, daß die über Lysosomen in die Nahrungsvakuolen abgegebenen Verdauungsenzyme optimal eingesetzt werden. Nach Beendigung der Verdauung liegen viele leere Vakuolen vor, die durch eine stark gefaltete Kontur gekennzeichnet sind. Diese Vakuolen gehen allem Anschein nach wieder in den Membranhaushalt der Zelle ein.

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On the digestion in Pseudomicrothorax dubius Mermod (Ciliophora) vesiculation of the food vacuole following phagocytosis

Summary The gulper Pseudomicrothorax dubius ingests a large volume of filamentous blue-green algae within 1–2 min. Immediately after this rapid phagocytosis, the food is enclosed in a single, extremely large food vacuole, which fills up the ciliate almost entirely. During the following hour this giant food vacuole vesiculates. Finally numerous small vacuoles are present, 1–2 m in diam. Simultaneously the content of the vacuoles is noticeably condensed. At this time the digestion of the food starts as is indicated by numerous dictyosomes, which now surround the periphery of the food vacuoles. Due to both, the prior vesiculation of the food vacuole and the condensation of the food, the digestive enzymes can act very effectively. After 6–8 hours, when the digestion of the food is finished, numerous empty vacuoles are found. Each is characterized by a highly irregular, convoluted outline. Apparently these vacuoles are eventually recycled to the membrane pool of the cell.

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Für umsichtige und sorgfältige technische Assistenz danke ich Frl. A. Rüskens. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft unterstützte diese Untersuchung durch die Sachbeihilfe Ha 818/7     

Amöboid bewegliche Pigmentzellen im Epithel des Seeigels Centrostephanus longispinus

Zusammenfassung Für den physiologischen Farbwechsel bei Vertebraten und Evertebraten gilt die Vorstellung, daß eine Pigmentbewegung innerhalb einer formkonstanten Zelle stattfindet. Am Seeigel Centrostephanus longispinus wird nun der Nachweis einer amoeboiden Bewegung von Pigmentzellen geführt: Die Epidermis von Centrostephanus enthält große braune Chromatophoren, die bei Belichtung eine Pigmentdispersion, bei Verdunkelung eine Konzentration des Pigments zeigen. Die Chromatophoren sind außerordentlich stark verzweigte Zellen, deren Arme dicht mit Pigmentgrana erfüllt sind. Im geballten Zustand ist die allgemeine Zellform mehr oder weniger ovoid, wobei die Zellarme eingezogen und dicht um die Zellmitte angeordnet sind. Dispersion des Pigments wird hervorgerufen durch Ausstrecken der pigmentierten Zellarme in den Interzellularraum des umgebenden Gewebes. Innerhalb der Zelle werden filamentöse Elemente nachgewiesen, die vermutlich für die Zellbeweglichkeit verantwortlich sind. — Ferner wird der zelluläre Aufbau des Integuments beschrieben.

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Amoeboid pigment cells in the epithelium of the sea urchin Centrostephanus longispinus A novel colour change mechanism

Summary Rapid colour changes in vertebrate and invertebrate species are considered to be due to movement of pigment granules within pigment cells of constant shape. Evidence is presented in this study to show that an amoeboid movement of chromatophores occurs in the epidermis of the Echinoderm Centrostephanus longispinus. The epidermis in this species contains large brown chromatophores, which display a dispersion of pigment on illumination and its concentration on darkening. The chromatophores are extensively branched cells, and their branches are densely packed with pigment granules. In the state of pigment concentration, the shape of the cell is more or less ovoid, and the cell branches are drawn in and closely arranged around the cell centre. Dispersion is attained by a stretching out of the pigmented cell branches into the intercellular spaces of the surrounding tissue. Within the cell, filamentous elements, which may be functional in the motility of the pigment cell, can be demonstrated.—Additionally the cellular composition of the integument is described.

Mit Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft. Frl. A. Mikolaczick danken wir für sorgfältige technische Assistenz.     

Die Wasserpermeabilität der Zellen von Tolypellopsis Stelligera

Zusammenfassung Zur Bestimmung der Wasserpermeabilität makroskopischer Zellen ist eine Methode ausgearbeitet worden, die keine Plasmolyse der Zellen nötig macht. Die Wasserabgabe der Zelle wird dabei durch Verfolgung der zeitlichen Zunahme des spezifischen Gewichtes der Zelle mittels eines Schwebeverfahrens gemessen.Die Wasserpermeabilität der Internodialzellen der Blätter vonTolypellopsis stelligera wurde in dieser Weise bei 20°C zu durchschnittlich 1,08, · Atm.^–1 · Minuten^–1 bestimmt.Meinem verehrten Lehrer Herrn Prof. Dr. Runar Collander danke ich bestens für die Anregung der vorliegenden Arbeit und für die kritische Durchsicht des Manuskripts.     

Probleme der Charakterisierung einzelner Chromosomen durch DNS-Messungen

Zusammenfassung Es wird eine Übersicht über die verschiedenen Methoden zur DNS-Messung an Chromosomen gegeben. Die Methoden werden kurz beschrieben und die wichtigsten Ergebnisse der verschiedenen Autoren diskutiert.

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Problems of characterizing individual chromosomes by measuring the DNA content

Summary A review of the different methods of determining the DNA content of individual chromosomes is given. The methods are described briefly, and the results of the different authors are discussed.

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Nach einem Referat anläßlich der 11. Tagung der Gesellschaft für Anthropologie und Humangenetik, Mainz, 7. 10. 1969.

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Mit Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft, AZ Mu 258/3.     

Über die Ursachen der Osmotoleranz bei Hefen

Zusammenfassung Mit Untersuchungen über die Abhängigkeit des Zellvolumens vom osmotischen Wert und über die Konzentration der Zellinhaltsstoffe wird versucht, zur Kenntnis der Ursachen der Osmotoleranz bei Hefen beizutragen. In konzentrierten Lösungen verringern alle untersuchten Hefen ihr Volumen, die osmotoleranten Hefen aber weniger als die nichtosmotoleranten. Der Beginn einer meßbaren Volumenverringerung tritt bei osmotoleranten Hefen bei höheren Konzentrationen ein als bei nichtosmotoleranten. Eine Abhängigkeit der Zellgröße vom osmotischen Wert kann nur in einem bestimmten Konzentrationsbereich (zwischen 0,7–2% und 10% NaCl) festgestellt werden. Darunter fehlt eine osmotische Reaktion, und darüber bleibt die Zellgröße gleich. In Nährlösungen mit erhöhtem osmotischen Wert vermehren sich Zellen beider Typen in ihrer normalen Größe. Der osmotische Wert ihres Zellinhaltes ist annähernd gleich groß. Eine veränderte Struktur des Zellplasmas bzw. ein dadurch bedingter höherer Gehalt an fest gebundenem Hydratationswasser wird als Ursache der Osmotoleranz bei Hefen angesehen.

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About the causes of osmotolerance in yeasts

Summary The question, if the yeast cell volume depends on the osmotic pressure and on the solutes of the cell, has been investigated. In concentrated solutions all yeasts investigated reduced their volume. A smaller reduction was found in osmotolerant yeasts. Osmotolerant yeasts begin to reduce their volume at higher osmotic pressures than non-osmotolerant ones. In concentrated nutrient media the cells of osmotolerant and non-osmotolerant yeasts grow in their normal size. The cell size depends only in the range between 0.7 to 2% and 10% NaCl approximately on the osmotic pressure of the surrounding medium. Beneath 2% there is no osmotic reaction and above 10% the cell size remains unchanged. The osmotic value in the cells of both yeast types is about the same. Causes of osmotolerance in yeasts may be a modified structure of cytoplasm and an increased content of bound water.

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(Prof. Dr. S. Windisch)     

Autoradiographische Untersuchungen über die Hemmung der Noradrenalin-Aufnahme durch Desmethylimipramin und Normetanephrin

Zusammenfassung Die Aufnahme von i. v. injiziertem ¹⁴C- und ³H- markiertem Noradrenalin (10–400 g/kg Körpergewicht) wurde an Ratten a) nach Verabreichung von Desmethylimipramin und b) von Normetanephrin autoradiographisch untersucht. a) Desmethylimipramin-HCl (2–40 mg/kg Ratte) bewirkte eine starke Hemmung der intraneuralen Aufnahme und Stapelung von Noradrenalin. Trotzdem wurden das Myokard und andere extraneurale Organgewebe radioaktiv markiert. b) Normetanephrin (33 mg/kg Körpergewicht) verminderte lediglich die Aufnahme von radioaktiv markiertem Noradrenalin in die Myokardfasern, während die intraneurale Aufnahme unbeeinflußt blieb. Beide Substanzen verbesserten die periphere Durchblutung nach toxischen Dosen von Noradrenalin.

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Inhibition of the uptake of norepinephrine by desmethylimipramine and normetanephrine, an autoradiographic investigation

Summary The uptake of ¹⁴C- or ³H-labelled norepinephrine (dose 10 to 400 g/kg body weight) injected intravenously into rats was studied after the application a) of desmethylimipramine and b) of normetanephrine by autoradiography. a) Desmethylimipramine-HCl (2–40 mg/kg body weight) caused a strong inhibition of the intraneuronal uptake and storage of norepinephrine. b) Normetanephrine (dose 33 mg/kg body weight) on the other side diminished only the uptake into the myocardial fibers without an effect of the intraneuronal uptake. Both substances, desmethylimipramine and normetanephrine, improved the peripheral circulation after toxic doses of norepinephrine.

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Die Untersuchungen wurden mit Unterstützung durch das Bundesministerium für Wissenschaft und Forschung durchgeführt. Ein vorläufiger Bericht wurde schon anläßlich der 34. Tagung der Deutschen Physiologischen Gesellschaft (Mainz 27.–29.3.1968) sowie auf der 6. Jahrestagung der Gesellschaft für Nuclearmedizin (Wiesbaden 26.–28.9.1968) gegeben (vgl. Leder u. Harms, 1968 a, b). Wesentliche Teile der Arbeit wurden von Herrn E. Harms der Medizinischen Fakultät i. Br. als Dissertation eingereicht.     

Einflu\ von Diffusionspotentialen auf Membranpotential- und IonenaktivitÄtsmessungen in biologischen Systemen am Beispiel von KCl-Rinderserumalbumin-Lösungen

Zusammenfassung Membranpotentiale und IonenaktivitÄten lassen sich aus EMK-Messungen nur dann nÄherungsweise bestimmen, wenn die Diffusionspotentiale an den beiden Salzbrücken nÄherungsweise berechnet werden können. Unter Benutzung der von Möller, van Os und Overbeek [Trans. Farad. Soc.57, 312 (1961)] gemessenen und durch die Anwesenheit des Rinderserumalbumins (RSA) verÄnderten elektrischen Beweglichkeit von K⁺- und Cl^–-Ionen in RSA-KCl-Lösungen verschiedener Konzentration wurden die überführungszahlen und derideale Anteil des Diffusionspotentials in einer Diffusionsschicht vom Henderson-Typ zwischen verschiedenen RSA-KCl-Lösungen und einer gesÄttigten KCl-Lösung berechnet. Bei dieser, an einer Rechenanlage durchgeführten Rechnung wurde die AktivitÄt der Komponenten durch deren Konzentration ersetzt. Au\erdem wurde der Einflu\ eines vom Wert in einer reinen Salzlösung gleicher Konzentration abweichenden AktivitÄtskoeffizienten für K⁺- und Cl^–-Ionen berechnet, wobei für den AktivitÄtskoeffizienten des Gegenions Werte zwischen 0,2 und 0,7 angenommen wurden. Die Rechnung ergab, da\ bei Anwesenheit des RSA-Moleküls mit einer Ladungszahl von — 22 in der Diffusionsschicht und bei Berücksichtigung der verschiedenen Kombinationen von Coionen- und GegenionenaktivitÄtskoeffizienten das Diffusionspotential einen Wert zwischen + 10 mV und – 10 mV annehmen kann.

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Liquid junction potential, membran potential, and ion activity in bovine serum albumin solutions and biological systems

Summary The determination of membrane potentials and single ion activities — although without strict thermodynamic basis — from e.m.f. measurement to a reasonable approximation presupposes an evaluation of the liquid junction potentials (l.j.p.) at the two salt bridges to the same degree of accuracy.Using the data for the electrical mobility of K⁺- and Cl^–-ions in bovine serum albumin solutions of differing compositions obtained by Möller, van Os, and Overbeek the transport numbers of K⁺ and Cl^– in these polyelectrolyte solutions and theideal part of the liquid junction potential were computed assuming a Henderson-type boundary and replacing activities by concentrations. The contribution of the terms containing various combinations of the activity coefficients for the colons between 0.5 and 0.9 and counter ions between 0.2 and 0.7 to the l.j.p. is of the same order of magnitude as theideal part of the l.j.p. containing the concentration and transport numbers alone. Taking the activity coefficients into account, the l.j.p. may reverse its sign. Practically all values for the l.j.p. are localized in the range between +10 mV and –10 mV.A crude approximation of the l.j.p. at the tip of a salt bridge located in the cytoplasm of a cell shows that even in this case the l.j.p. presumably has similar values.

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Herrn Professor Boris Rajewsky zum 75. Geburtstag gewidmet.     

Induction of supernumerary molting by starvation in Manduca sexta larvae

Studies were carried out on the effects of prolonged starvation on the development of fifth- (last-) instar larvae of the tobacco hornworm Manduca sexta. Following ecdysis, larvae were starved for varying lengths of time and subsequently fed normal diet. The percent of starved larvae molting to sixth instars increased, while the percent survival decreased with increasing length of the starvation period. When larvae were provided with agar as a source of water during the starvation period, the percent survival increased, but the percent undergoing supernumerary molting decreased. The optimal condition for maximum survival and supernumerary molting appeared to be 3 days of starvation with 0.5–1.0 g of agar provided on day 0. The endocrine basis for the supernumerary larval molt induced by starvation is briefly discussed.

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Zusammenfassung Es wurden Studien durchgeführt über die Effekte längeren Hungerns auf die Entwicklung des fünften (letzten) Larvenstadiums bei Manduca sexta. Nach der Häutung wurden die Larven während unterschiedlicher Zeit ohne Nahrung gelassen und dann mit normalem Futter versehen. Der Prozentsatz Häutungen für ein sechstes Larvenstadium nahm mit der Dauer des Hungerns zu, während die Ueberlebensrate abnahm. Wenn Agar als Quelle für Wasser gereicht wurde, wurden beide Effekte vermindert. Die optimalen Verhältnisse für maximales Überleben und zusätzliches Häuten scheinen bei 3 Tagen Hunger mit 0.5–1.0 Gramm Agar am Tage 0 zu sein. Die endokrinologische Basis für die zusätzliche Larvenhäutung wird kurz diskutiert.

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Supported by grants from NSF (PCM 77-25417) and from Organized Research, Texas A & M University.     

Elektronenmikroskopisch-autoradiographische Untersuchungen über die Eiweiß-Synthese in der Brunnerschen Drüse der Maus

Zusammenfassung 20 g schwere Mäuse erhielten eine einmalige Dosis von 800 C ³H-Leucin i.p. injiziert und wurden in Intervallen von 15–240 min getötet. Um zu semiquantitativen Aussagen zu gelangen, wurden die Volumenrelationen der Zellkompartimente morphometrisch bestimmt, die Silberkornfilamente an den elektronenmikroskopischen Autoradiogrammen ausgezählt und die relativen spezifischen Lokalisationen von ³H-Leucin errechnet.Bei der Sekretsynthese lassen sich drei Phasen feststellen: eine ergastoplasmatische, eine Golgi- und eine Ausschleusungsphase. Diskutiert wird der Transportmechanismus der neugebildeten Proteine vom Ergastoplasma zum Golgi-Feld und die Funktion des Golgi-Komplexes bei der Eiweißsynthese. Als mögliche Funktionen des Golgikomplexes werden Kondensation der Sekretproteine, Koppelung der Proteine mit Kohlenhydraten sowie eine mögliche Rolle als Schaltstelle und als Membrandepot herausgestellt. Die regelmäßige Kernmarkierung läßt eine Proteinsynthese im Kern vermuten. Eine mitochondriale Proteinsynthese wird zur Diskussion gestellt. Auf einige Fehlerquellen bei der Beurteilung elektronenmikroskopischer Autoradiographie wird hingewiesen.

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Summary Swiss Mice weighing 20 g each received a single intraperitoneal injection of 800 C Leucine-3-H and were sacrified at intervals from 5 minutes until an end time of 240 minutes after giving the labelled leucine.The incorporation of leucine in the proteins of the glands of Brunner was then observed by electronmicroscopic-autoradiography. The following results were obtained from morphologic and semiquantitative observations:The rough endoplasmic reticulum plays a prime rôle in the synthesis of these proteins. The labelled proteins are then displaced to the Golgi vesicles and Golgi cisternae (15–30 minutes after the injection of labelled leucine). The main part of the radioactivity appears in the mature granules after the injection, while some radioactivity appears in proteins of the gland cells.The possible functions of the Golgi field are discussed. A small labelling of the nucleus and the mitochondria is observed. Therefore some synthetic activity of these organellae is supposed. The possibilities of error and methodic difficulties are discussed.

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Ausgeführt mit Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft und die Sandoz A.G. (Basel).

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Wesentliche Teile der vorliegenden Arbeit werden von Jürgen Schmalbeck als Dissertation der Medizinischen Fakultät der Universität Freiburg i. Br. vorgelegt.

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Die vorliegende Arbeit zeigt, daß auch in der Brunnerschen Drüse der Maus die Sekretproduktion an Zellstrukturen gebunden ist, die als Stationen des Syntheseweges von Sekretproteinen aufgefaßt werden.