F. FUHRMANN Vorlesungen über Technische Mykologie JENA VERLAG VON GUSTAV FISCHER M ■» S SS f. i\ Vorlesungen über technische Mykologie Von Dr. Franz Fuhrmann Dozenten der technischen Mykologie und Chemie der Nahrungs- und Oenußniittel an der technischen Hochschule und Privatdozenten der Bakteriologie an der Universität zu Graz Mit 140 Abbildungen im Text 4IBRARY NEW YORK BOTANICAfc QA&DEU J ena Verlag von Gustav Fischer 1913 Alle Rechte vorbehalten. Vorwort. Die vorliegenden ..Vorlesungen' - sollen das umfangreiche Gebiet der technischen Mykologie keineswegs irgendwie umfassend und erschöpfend behandeln, sondern eine Einführung in dasselbe auf naturwissenschaftlicher Basis darstellen. Sie sind demnach zunächst für Anfänger und Studierende gemacht. Dadurch erklärt sich auch die etwas breitere Darstellung der allgemeinen Bakteriologie und Hefekunde, während die speziellen tech- nischen Gärungsgebiete kürzer abgehandelt sind. Dies konnte um so mehr geschehen, als über die einzelnen Gärbetriebe ohnehin eine ausreichende Spezialliteratur vorliegt, die nur auf Grund allgemeiner Kenntnisse vom werdenden Fachmann in der Praxis voll und ganz ausgenützt werden kann. Dazu gehört aber ein vertieftes Eingehen auf die Lebenserschei- nungen aller Mikroorganismen in jeder Hinsicht. Der Fachmykologe wird in den Vorlesungen so manche Auffassung und Hypothese vermissen oder sie nur angedeutet finden. Dem Verfasser kam es alter auf eine möglichst einheitliche, durch reiches Tatsachen- material gestützte Behandlung des Stoffes an, die ein Eingehen auf wissen- schaftliche Streitfragen nicht zweckmäßig erscheinen ließ, um den Anfänger durch vielerlei Meinungen nicht unsicher zu machen. Es soll ihm eine, wenn auch persönlich angehauchte, aber durch kritische Verarbeitung der vorliegenden tatsächlichen Befunde oder aus eigener Erfahrung gewonnene Auffassung gegeben werden. Später, als selbst auf diesen Gebieten tätigen Mykologen, wird ihm auch die Beurteilung der strittigsten Fragen leicht werden. Von der Anführung der reichen mykologischen Spezialliteratur wurde ebenfalls Abstand genommen, da gerade der Anfänger, für den die Vorlesungen in erster Linie bestimmt sind, mit der Spezialliteratur nichts anzufangen weiß. Als unmittelbarer Arbeitsbehelf zur Literatursuche soll das Buch überhaupt nicht dienen. Dazu sind gute größere Handbücher und zu- sammenfassende Darstellungen vorhanden, auf die am Schlüsse jeder Vor- lesung verwiesen ist. In ihnen wird man reichliche und erschöpfende Literaturnachweise finden. VI Eine größere Anzahl von Textfiguren soll das Erläuterte noch deut- licher machen. Um eindeutig klare Vorstellungen zu ermöglichen, wurden vielfach auch schematisierte Zeichnungen verwendet, während dort, wo es sich um eine objektive Wiedergabe handeln soll, die Photographie an- gewendet wurde. Der größte Teil der Textfiguren wurde vom Verfasser selbst hergestellt und eine kleinere Anzahl aus dem Handbuche der tech- nischen Mykologie von Lafar übernommen. Sowohl für die Besorgung der fremden Figuren als auch für das Entgegenkommen in bezug auf die Ausstattung der Vorlesungen und persönlichen Wünsche des Verfassers gebührt dem Verlage Gustav Fischer in Jena der beste Dank, der an dieser Stelle abgestattet sei. Das vorliegende Buch sei mit dem Wunsche der Öffentlichkeit über- geben, daß es sowohl dem werdenden Mykologen als auch dem Studierenden der Naturwissenschaft überhaupt eine Einführung in die Lebenserschei- nungen und die Tätigkeit der Mikroorganismen geben möge, die unlöslich mit allem Werden und Vergehen auf unserer Erde verknüpft sind. Botanisches Institut der technischen Hochschule zu Graz, im Herbste 1912. Franz Fuhrmann. Inhaltsübersicht. Vorlesung I. Geschichte der technischen Mykologie. Fassung der Begriffe: Bakterien, Hefe, Schimmelpilze 1 Leeuwenhoeks Entdeckungen. — Müllers System der Bakterien. — Urzeugung. — Gärung. — Colins Bakteriensystem. — Definition der Begriffe: Bakterien, Hefe und Schimmelpilze. Vorlesung II. Morphologie der vegetativen Bakterienzelle .... 11 Kugelbakterien. — Stäbchenbakterien. — Schraubenhakterien. — Grüße der Bakterien. — Involutionsformen. — Verzweigte Formen. — Pleo- morphie. Vorlesung III. Der feinere Bau der vegetativen Bakterienzelle. . . 22 Protoplasma mit seinen Einschlüssen. — Zellhaut. — Scheidenbildung. — Baktenengeißeln. Vorlesung IV. Teilung, Vermehrung und Bildung von Dauerformen bei Bakterien 37 Teilung. — Wuchsverbände. — Bakterienkolonien. — Vermehrungs- geschwindigkeit. — Entwicklungskreise. — Sporenbildung. Vorlesung V. Morphologie und Keimung der Sporen. Konidien, Arthrosporen 54 Spor en *OTm. — Sporengröße. — Feinerer Bau. — Keimling. — Kuni- dienbildung. — Arthrosporenbildung. Vorlesung VI. Chemie des Bakterienleibes 66 Wassergehalt. — Aschengehalt. — Analysen der Bakterienasche. - Chemie der Bakterienzelhvand. — Chemie des Zellinnern. — Nuklein. — Reservestoffe. — Kohlenhydrate. Vorlesung VII. Allgemeines über Enzyme. Eiweißspaltende Enzyme 75 Fermentdefinition. — Eigenschaften der Enzyme. — Allgemeine Gesetze der Enzymwirkung. — Paralysatoren. — Wirkung äußerer Einflüsse chemischer und physikalischer Natur auf Enzyme. — Gruppierung der Enzyme: Schizasen, Oxydasen, Zymasen, Reduktasen. — Eivreilispal- tende Enzyme. — Abbauprodukte der Eiweißkörper. — Vorgang des Eiweißabbaues. — Bakterienhämolysin. — Leukozidin. — Pyozyanase. Vorlesung VIII. Kohlehydratspaltende Enzyme. Oxydasen. Gärungs- enzyme 85 Esterasen. — Glykosidasen. -- Amylase. — Zellulase. -- Pektinase. Gelase. Raffinase. — tnvertase. — Laktase. — Maltase. — Trecha- lase. - Melibiase. — Oxydasen. — Alkoholase. — Azidoxydase. - Phenolase. — Tyrosinase. — Katalase. — Gärungsenzyme, Bakterien- zymase, Zymase. — Reduktasen. VI Vorlesung IX. Biologie der Enzymbildung. Toxine, Farbstoffe. Leuchten der Bakterien 95 Anpassung der Enzymbildung. -- Bakterientoxine. — Bakterienfarb- stoffe. — Leuchten der Bakterien. Vorlesung X Physikalische Eigenschaften der Bakterienzelle . 108 Spezifisches Gewicht der Bakterien. — Osmotischer Druck und Turgor. Plasmolyse. — Bewegung der Bakterien. — Bewegmigsgeschwindigkeit. — Chemotaxis. — Phototaxis und Phobotaxis. -- Thermotaxis. — Geo- taxis. — Galvanotaxis. Vorlesung XL Nahrungsstoffe und Nahrung der Bakterien .... 1-1 Stickstoffquellen. — Einteilung der Bakterien nach dem Verhalten zu Stickstoffverbindungen. — Kohlenstoffquellen. — Razemische Verbin- dungen. — Sauerstoffquellen. Sauerstoff und Simulation und Keimung. Wasserstoffquellen. -■ Konzentration der Nahrung. - Reaktion des Nährsubstrates. Vorlesung XII. Physiologie des Bakterienstoffwechsels. Stickstoff- und Kohlensäurekreislauf J > " J Assimilation ■- Dissimilation. - Atmung. - Selbstverbrennung. Autolyse. — Lebenspause der Sporen. — Kreislauf des Stickstoffes. Kreislauf des Kohlenstoffes. Vorlesung XIII. Physikalische und chemische Einflüsse auf das Bak- terienwachstum. Sterilisation und Desinfektion .... 146 Kardinalpunkte der Temperatur. —Elektrizität.— Röntgenstrahlen. - Becquerelstrahlen. — Radiumgtrahlen. — Lichtstrahlen. — Hohe Drucke. — Erschütterungen. — Chemische Einflüsse. — Gifte. — Sterilisation. - Dampfsterilisation. — Sterilisaation durch ultraviolette Strahlen. — Sterili- sation durch Filtration. — Desinfektion. — Gemischte Sterilisation. Vorlesung XIV. Fäulnis und Verwesung Harnstoffzersetzung, Nitri- fikation Denitrifikation "'- Fäulnis. — Fäulnisprodukte. — Harnstoffgärung. — Harnstoff bakteriell. — Harnsäuregärung. - Kalkstickstoff. — Hornstoffzersetzung. -- Nitri- fikation. — Niltritbildiier. - - Nitratbildner. — Denitrifikation. - Denitrifikationsmikroben. Vorlesung XV. Stickstoffbindung l76 Knöllchenbakterien der Leguminosen. — Mykorrhizen. -- Stickstoff- hindung durch freilebende Organismen. Vorlesung XVI Milchbakterien, Milchsäuregärung • J!)1 Bakteriengehalt der Milch. — Bakterizidie der Milch. -- Bakterien- arten der Milch. — Veränderungen der Milch. — Milchsäurebakterien. Vorlesung XVII. Bakterien der Milchfehler. Butterbakterien, Butter- fehler. Käsereifung, Käsefehler 20° Fadenziehen der Milch. - Bittere Milch. — Seifige Milch. -- Ab- norm gefärbte Milch. — Lange Wei. — Bakteriengehalt der Butter. - Butterfehler. — Bakteriengehalt von Käse. — Käsereifung. -- Käse- fehler. — Gläsbildung. VII Seite Vorlesung XVIII. Buttersäuregärung. Zellulosegärung. Pektingärung 221 Buttersäurebakterien — Buttersiiuregärung, Verlauf. — Metliangärung der Zellulose. — Wasserstoffgärung der Zellulose. — Methan-Wasserstoff- gärung des Gummi. — Sumpfgasgärung und Kohlebildung. — Pektin- gärung. — Wasserrotte. — Landrotte. Vorlesung XIX. Selbsterhitzung und Selbstentzündung. Heu- und Sauerfutterbereitung. Kaffee- und Kakaofermentation. Myko- logie der Gerberei 235 Selbsterhitzung von organischen Substanzen. - - Erreger der Selbst- erhitzung. — Selbstentzündung. — Braunheu. — Brennheu. — Tabak- fermentation. — Grünpreß- und Silagefutter. — Sauerfutter. — Kaffee- fermentation. — Kakaofermentation. — Gerberei. — Weiche. — Äschern. Beize. — Beizeorganismen. — Gerbbrühen. Vorlesung XX. Einsäuerung von Gemüse. Fadenziehen des Brotes Bakterielle Senfzersetzung 2r>o Sauerkraut. — Mikrobenflora im Sauerkraut. — Säuerung von Gurken. — Saure grüne Erbsen und Tomaten. — Saueräpfel. — Bohnenschoten. — Mehlteiggärung. Sauerteigorganismen. — Fadenziehen des Brotes. — Erreger des Fadenziehens. — Senfgärung. — Senfzersetzung. Vorlesung XXI. Essigbakteriologie 2G5 Morphologie und Biologie der Essigbakterien. — Würzeessigbakterien. — Bieressigbakterien. — Weinessigbakterien. — Schnellessigbakterien. Vorlesung XXII. Bakterien bei der Zuckerfabrikation. Farbstoff- gärungen. Schwefel und Pupurbakterien 283 Froschlaichbakterium. — Andere Schleimbildner. — Salpetergärung. — Amidgärung. — Veränderungen der Raffinade beim Lagern. - Zuckerrohrverarbeitung. — Indigogärung. — Orseillegärung. — Schwefel- wasserstoffbildung — Schwefelbakterien. — Purpurbakterien. Vorlesung XXIII. Eisenbakterien. Nahrungsmittelkonservierung und Konservenzerstörung 302 Physiologie der Eisenbakterien. — Eisenspeichernde Bakterienarten. - Konservierungsmethoden. — Konservengefäße. — Fleischkonservierung durch Kälte. — Trocknung. — Räuchern. -- Pökeln und Salzen. — Antiseptika. •- Aufbewahrung von Milch. Konservenzerstörung. — Bakteriengifte in Nahrungsmitteln. Vorlesung XXIV. System der Bakterien 320 Vorlesung XXV. Der feinere Bau der Hefepilze 327 Form der Hefe. — Größe. — Zellhaut. — Zellinhalt. — Vakuolen. - Granula. -- Reservestoffe. -- Schema der Ilefezelle. -- Kern der Hefe. — Sprossung. — Kernteilung bei der Sprossung. — Kernteilung bei der Sporenbildung. — Kernfusion. Vorlesung XXVI Sporulation und Sporenkeimung. Chemie der Hefezelle 339 Begriff und Bedingungen der Sporenbildung. — Kardinalpunkte der Temperatur bei der Sporulation. — Sporenform. — Größe der Sporen. - Bau der Spore. — Sporenkeimung. — Wassergehalt der liefe. — Aschengehalt. - Zusammen etzung der Hefe Chemie des Zell- inhaltes — Eiweiß. Enzyme Farbstoffe. Riechstoffe. VIII Swte Vorlesung XXVII. Physiologie und Biologie der Hefe 354 Notwendige Elemente. — Stickstoffbedarf. -- Kohlenstoffquellen. — Reaktion dos Nährbodens. — Atmung. — Fuselölbildung. — Bios. - Hefekreislauf. -- Wirkung organischer Säuren auf Hefen. — Kupfer. - Verhalten gegen Alkohol. — Kohlensäure. — Gärführung. Vorlesung XXVIII. Hefereinzucht im Großen. Mykoderma, Torula 374 Prinzipien der Reinzucht in der Brauerei. — Pasteur-Hansenkolben. Carls- herggel'äli. — Reinzuchtapparat von Hansen Kühle. — Kleiner Rein- zuchtapparat Lindners. — Großer Lindnerscher Reinzuchtapparat. Reinzucht in der Brennerei- und Preßhefefabrikation. — Morpho- logie, Physiologie von Mykoderma. — Morphologie, Physiologie und Biologie von Torula. Vorlesung XXIX. System der Sproßpilze. Saccharomyzesähnliche Pilze 3S5 Vorlesung XXX. Alkoholische Milchgetränke. Krankheiten von Bier und Wein 401 Mazun. — Yoghurt. — Mezzoradu. — Leben. — Kefir. — Kumis. - Arakä. — Bierkrankheiten. — Weinkrankheiten. Vorlesung XXXI. Schimmelpilze 414 Myzelbildung. — Protoplasma. — Zellhaut. — Fortpflanzung. — Zygo- sporen. — Ungeschlechtliche Sporenbildung. -- Konidienbildung. - Keimung. — Widerstandsfähigkeit der Sporen. — Aspergillusarten. — Penicilliumarten. — Mucorarten. Vorlesung XXXII. Selbstreinigung von Gewässern und Abwasser- mykologie 430 Biologie der Selbstreinigung von Gewässern. — Dabei tätige Organismen. - Reinigung städtischer Abwässer. - - Rieselfelder. — Biologische Füllkörper. - - Biologische Tropfkörper. - - Gradierwerk. - - Faul- verfahren. — Fabriksabwässer. Sachregister 440 Druckfehlerberichtigungen 455 C5 LIBRARY NEW YORF BOTANICA QARDEN ERSTE VORLESUNG. Geschichte der technischen Mykologie. Fassung der Begriffe: Bakterien, Hefe und Schimmelpilze. So alt die praktische Anwendung und Durchführung von Gärungen der verschiedensten Art auch ist. die Geschichte der wissenschaft- lichen Mykologie, soweit sie sich auf technisch wichtige Umsetzungen durch Kleinlebewesen bezieht, geht dennoch nicht sehr weit zurück. Man hatte zwar schon früh eine Reihe von mikroskopisch kleinen Lebewesen gesehen und sich an ihrem Anblicke gefreut, den Zusammenhang derselben mit so vielen technisch wichtigen Prozessen aber erst spät erkannt und noch viel später richtig beurteilt. Tatsächlich gesehen wurden Bakterien erst zu Beginn der zweiten Hälfte des siebzehnten Jahrhunderts. Diese Entdeckung machte aber nicht ein zünftiger Gelehrter, sondern ein mit scharfer Beobachtungsgabe und großer Ausdauer ausgestatteter Mann, Antoni van Leeuwenhoek, der seines Zeichens Kaufmann und später städtischer Beamter in Delft war. Schon als Lehrling in einem Schnittwarengeschäft Amsterdams be- faßte er sich in seinen Freistunden mit der mühevollen und schwierigen Herstellung kleinster Glaslinsen, die er passend in Gold- oder Silber- plättchen faßte und dann zur Untersuchung der verschiedensten Substrate verwendete. Die Besten seiner Linsen hatten eine ungefähr löOfache lineare Vergrößerung und waren leistungsfähiger als die damals schon erfundenen zusammengesetzten Mikroskope, die nur für die Beobachtung im auf- fallenden Lichte eingerichtet waren. Leeuwenhoek untersuchte damit zahlreiche Substrate, wie Regenwasser, Zalmschleim, Fäzes Faulflüssig- keiten u. dgl. m. und beobachtete darin kleinste „Tierchen" von verschie- dener Größe, Gestalt und Beweglichkeit. Aus seinen Abbildungen, die er den Mitteilungen über seine Befunde in diesen Substraten an die Royal Society in London beifügte, geht unwiderleglich hervor, daß er tatsächlich Bakterien im heutigen Sinne des Wortes in seinen „Tierchen 1 ' vor sich hatte. Von da ab entdeckte man in allen erdenklichen Flüssigkeiten und c^ Körpersäften diese Kleinlebewesen und machte sie für die verschiedenen 02 Krankheitserscheinungen verantwortlich. Es erblühte in der Medizin eine neue „Pathologia animata' - und die Sucht, alles auf diese Tierchen zurück- Fuhrmann, Mvkolocie. £ zuführen, brachte als Rückschlag das gänzliche Aufgeben dieser an sich gesunden Forschungsrichtung. Die Befunde von Kleinlebewesen in dieser Zeit wurden sogar ins Lächerliche gezogen und dienten der Satyre. Doch ganz eingeschlafen ist die Lehre von den kleinsten Lebewesen durchaus nicht; sie blieb erhalten und wurde wenn auch langsam, so doch ständig von Gelehrten und Dilletanten erweitert und vertieft. Man teilte diese Tierchen nach äußeren, sehr spärlichen Merkmalen in Klassen und Ordnungen ein und versuchte ein System derselben aufzustellen. Erst der dänische Forscher Otto Friedrich Müller schuf jenes erste wirkliche System der Bakterien oder, für die damalige Zeit richtiger ausgedrückt, Kleinlebewesen oder Tierchen. Seine grundlegenden Unter- suchungen haben die Lehre von diesen kleinsten „Tierchen" sehr gefördert und erweitert und eine Basis geschaffen, auf der dann im vergangenen neunzehnten Jahrhundert der mächtige Bau der Mykologie entstand, den wir heute vor uns haben, der aber noch in jeder Richtung ausgestaltungs- fähig ist. Um einen Vergleich zu bringen, es steht sozusagen der Rohbau fertig vor uns, während die Feinarbeit und Kleinarbeit erst noch zu leisten ist. Mit der Entdeckung und mit dem tieferen Eindringen in die Er- scheinungen des Lebens dieser Kleinlebewesen glaubte man auch, die sog. Generatio aequivoca oder Urzeugung ohne Weiteres ihres Schleiers entkleiden zu können. Der schon durch die einwandfreien Untersuchungen Redfs, Swam- merdam's und Leeuwenhoek's zu Ungunsten der Anhänger von der Lehre von der Urzeugung bei den Insekten ausgefallene Kampf entbrannte im 18. Jahrhundert aufs Neue. Man verstand unter Urzeugung das Her- vorgehen neuer Lebewesen aus unorganisierter Substanz, ohne das ihr Erscheinen auf vorher existierende Keime zurückzuführen ist. Nun entstand in solchen anscheinend lebensleeren Infusionen oder Aufgüssen innerhalb weniger Tage ein reiches Leben der verschiedensten Kleinorganismen. Was Wunder, daß man ihr Entstehen einer wunderbaren Zeugungskraft oder Vegetationskraft in diesen Aufgüssen zuschrieb und in ihnen die Rätsel der Urzeugung gelöst zu sehen glaubte. Doch da traten auch schon die Gegner dieser Anschauung und die Verfechter der Lehre von der alleinigen Entstehungsmöglichkeit von Organismen aus dem Ei mit schlagenden Beweisen für die Unrichtigkeit der Urzeugungslehre auf. Anderseits konnte Needham zeigen, daß selbst in gekochten Infusionen diese Tierchen entstehen, was doch sehr für die Urzeugung spricht. Allerdings machte Bonnet in Genf ganz richtig dagegen geltend, daß es doch denkbar und möglich ist, daß es Eier oder Tiere gibt, die die Tem- peratur heißer Asche aushielten und daß sie auch infolge ihrer Winzigkeit bei den kleinsten unsichtbaren Offnungen des Flaschenverschlusses wieder in die Infusion gelangen könnten. Was Bonnet theoretisch forderte, bewies der gelehrte Abt Spallanzani durch das Experiment. Er kochte die Flaschen aus und füllte die ebenfalls gekochten Infusionen siedendheiß in die Flaschen ein, worauf er sie versiegelte. Und siehe in den meisten Flaschen blieben dieselben frei von lebenden Wesen! Daraus schloß Spallanzani, daß sich in den Infusionen nur dann Tierchen entwickeln können, wenn unerhitzte Luft zu ihnen Zutritt hat, da sie nur dann lebende Eier enthalten könne, welche aus ihr in den Aufguß gelangen. Diese Tierchen entstehen daher nicht durch Urzeugung, sondern aus Eiern. Dieses Experiment ist auch die Grundlage unserer heu- tigen Sterilisierungsmethoden und der Konserventechnik, die insbesondere der Franzose Fran(;ois Appert begründete. Die Anhänger der Urzeugung ergaben sich noch lange nicht, sondern erklärten, durch das Sieden erleiden die Infusionen Veränderungen, wodurch ihnen jene Qualitäten verloren gingen, die die Urzeugung auslösen. Erst zahlreiche Experimente Schulze 's (1836), Seh wann 's (1837), Schröder 's und Dusch's (1854), Hoffmann's (1860) und Chevreul und Pasteur's (1861) konnten dartun, daß von einer Urzeugung in diesen Infusionen keine Rede sein kann. Für uns sind diese Versuche auch deshalb be- sonders bemerkenswert, weil sie wieder die Grundlagen für die heute ge- übte Praxis der Keimfreihaltung von Substraten abgeben. Deswegen seien sie kurz erörtert. Franz Schulze füllte eine Glasflasche etwa zur Hälfte mit Wasser, dem verschiedene pflanzliche und tierische Stoffe beigemengt waren, ver- schloß dieselbe mit einem doppelt durchbohrten Kork, durch den je eine rechtwinkelig gebogene Glasröhre führte. Nun erhitzte er den Flaschen- inhalt bis zur kräftigen Dampfentwicklung, so daß aus beiden Röhren der Dampf ausströmte. Nunmehr setzte er an beide Rohrenden Kugelappa- rate, von denen der eine Kalilauge und der andere konzentrierte Schwefel- säure enthielt, worauf er täglich einigemale Luft durch die Flasche saugte. Trotzdem er diese Durchlüftung durch mehr als 2 Monate hindurch wieder- holte, blieb der Inhalt frei von lebenden Organismen. Erst kurz nach dem Zutritt von Luft, die die Vorlagen nicht passierte, siedelten sich massenhaft Mikroorganismen an. Damit war auch dargetan, daß zum Auftreten der Lebewesen in den Infusionen eine Infektion derselben durch in der Luft enthaltene Keime notwendig ist. Das Gleiche beweisen die Versuche Schwann's, bei denen die zu den Infusionen gelangende Luft vorher durch geschmolzene Metalle trat oder geglüht wurde, wodurch ebenfalls die in ihr immer vorkommenden Mikroorganismen vernichtet werden, weshalb auch in diesem Falle die Infusionen keimfrei blieben. Schröder und Dusch vermieden jeden thermischen oder chemischen Eingriff' zur Entkeimung der Luft, sondern leiteten dieselbe einfach durch eine dickere Lage von Watte, die ebenfalls die Luftkeime quantitativ zurückhält und so eine Infektion der keimfreien Infusionen durch letztere sicher ausschließt. In der Praxis gebrauchen wir heute noch in den meisten Fällen trockene Wattelagen als sichere Bakterienfilter und ver- schließen damit die Kulturgefäße bei den meisten Laboratoriumsversuchen. Aber auch diese Filter können wir bei der Keimfreihaltung von keim- freien Infusen entbehren, wie die Versuche von Hoffmann einerseits und Chevreul und Pasteur andererseits zeigen. Diese Forscher benützen unabhängig voneinander zur Aufbewahrung der Infusionen Kochkolben, deren Hals in ein S-förmig gebogenes Rohr ausgezogen war. Wurden darin die Infusionen gekocht und dann einfach offen stehen gelassen. siedelten sich keine Mikroorganismen an, da die eintretende Luft durch die S-förmige Glasröhre geht und hier beim Anstoßen an die Wandungen ihre Kleinlebewesen oder deren Sporen absetzt. Dabei wirkt im auf- steigenden Luftstrom auch die Schwerkraft mit. Diese Versuche beweisen alle zur Evidenz, daß in keimfreien zer- setzungsfähigen Infusionen allerdings eine Urzeugung von Mikroorganismen ausgeschlossen erscheint und dal.! die sich beim offenen Stehen derselben — 4 entwickelnde Mikrobenflora jedenfalls auf Infektionen aus der Luft zurück- zuführen ist. Dies gilt natürlich nur für diese Versuchsanordnungen. Nach dem heutigen Stande der Naturwissenschaft sind wir aber keineswegs be- rechtigt, jede Art von Urzeugung a priori abzulehnen. Wir sind vielmehr gezwungen, dieselbe für gewisse Entwicklungszeiten der Erde zu postu- lieren. Ob dieselbe bei den uns bekannt gewordenen Mikroorganismen einsetzt oder bei anderen Organismen noch einfacheren Baues, wissen wir nicht. Mit den oben genannten Versuchen zur Widerlegung der Urzeu- gungslehre bewegen wir uns schon in jenen Zeiten, die für die Ausge- staltung der Mykologie grundlegend waren und in der sich nach mancherlei Irrfahrten die jetzige Anschauung über die Mikroorganismen allmählich herausschälte. Das Studium der äußeren Erscheinungsform derselben führte in der Folge zum tieferen Eingehen in die Lebensbedingungen dieser Organismen und zugleich zur Erkenntnis der Wirkungen und Tätigkeiten derselben in der Natur. Neben der medizinischen Bakteriologie entwickelte sich die technische Mykologie, deren Grenzen naturgemäß weiter gesteckt sind und die sich mit weit mehr Organismen zu beschäftigen hat als die erstere. Die technische Mykologie hat sich mit allen jenen Zersetzungsvor- gängen und Gärungen zu befassen, die durch Pilze hervorgerufen werden und vornehmlich unbelebte Stoffe betreffen. Ihr obliegt es, die Erreger dieser Umsetzungen genauestens zu erforschen und jene Maßnahmen herauszufinden, durch die eine Beeinflussung dieser Vorgänge in jeder gewünschten Rich- tung ermöglicht wird. Dazu gehört natürlich auch die Fernhaltung und Ausschließung jener Pilze, die ein Verderben der beabsichtigten Um- setzungsprodukte herbeizuführen imstande sind. Der Begriff Gärung hat im Laufe der Zeiten manche Wandlungen durchgemacht. Ursprünglich betraf er jene Vorgänge, durch die spontan eine Verbesserung und Fertigstellung. GarmachurJg von Nahrungs- und Genußmitteln erreicht wird. Ein solcher Vorgang ist beispielsweise die Umwandlung des Mostes in den haltbaren Wein. In der Gelehrtensprache bürgerte sich dafür der Name Fermentatio ein, der bei den Alchimisten eine sehr weite Fassung bekam und schließlich sogar mit der für die Verdauung angewendeten Bezeichnung Digestio zusammengeworfen wurde, so daß damals in dieser Hinsicht große Unklarheit herrschte. Die Körper nun, die Fermentationen verursachten, nannte man Fermente und ver- stand darunter jegliche Stoffe, die überhaupt eine chemische Reaktion auszulösen vermochten. Allgemein herrschte die Anschauung, daß die Gärungen rein chemische Vorgänge toter Materie seien, die mit Lebe- wesen nichts zu tun haben. Mit dem tieferen Studium der Kleinlebewesen und mit der Ent- deckung, daß dieselben ursächlich bei der Gärung und Fäulnis beteiligt sind, rang sich eine neue Anschauung über diese Vorgänge durch. Die Begründer dieser vitalistischen Auffassung der Gärungsvorgänge sind Cagniard de Latour, Schwann und Kützing, die unabhängig voneinander zu prinzipiell gleichen Ergebnissen zu annähernd gleicher Zeit gelangten. Cagniard de Latour unterzog auch die Bierhefe, eigentlich besser gesagt, den sich bei der Gärung des Bieres bildenden Absatz, einer ein- gehenden mikroskopischen Untersuchung und berichtete darüber in den o Jahren 183(3 und 1837 der Pariser Akademie in einer kurzen Mitteilung, die in folgenden Sätzen 1 ) gipfelte: „1. Die Bierhefe ist aus kleinen Kügelchen zusammengesetzt, welche die Fähigkeit haben, sich zu vermehren, die also organisierte Wesen sind und nicht eine tote chemische Substanz, so wie man bisher angenommen hat. 2. Diese Körperchen scheinen dem Pflanzenreiche anzugehören und sich auf zweierlei Weise fortzupflanzen. 3. Sie scheinen auf eine Zuckerlösung nur so lange zu wirken. als sie lebendig sind, woraus man mit vieler Wahrscheinlichkeit schließen kann, daß durch deren Lebenstätigkeit die Kohlensäure entbunden und die Zuckerlösung in eine alkoholische Flüssigkeit umgewandelt wird." Mit dem letzten Satz ist die Ansicht Latour 's über die Gärung als einen vitalen Vorgang niedergelegt. Zu einem im Prinzipe gleichen Schluß über die Erreger der Bier- und Weingärung und sie selbst gelangte auch Schwann unabhängig um dieselbe Zeit. Er charakterisiert die Hefe ebenfalls wegen ihrer Vermehrung als pflanzlichen Organismus und stellt ihn in die Reihe der Pilze. Außerdem beschreibt Schwann sehr treffend die Ernährung dieser Pilze und macht sich darüber eine klare Vorstel- lung, indem er unter anderen in der Weingärung eine Zersetzung sieht, bei der der Zuckerpilz dem Zucker und einem stickstoffhaltigen Körper seine Nahrung entzieht, während aus dem Rest dieser Stoffe Alkohol ge- bildet wird. Er ist es auch, der wohl als Erster verschiedene Stoffe und Hitze näher auf ihre die alkoholische Gärung hemmende Wirkung unter- suchte. So fand er, daß Erhitzung diese Lebewesen zerstört und gleichzeitig die Gärung aufhebt. Die gleiche Wirkung erkannte er am arseniksaurem Kali und anderen Giften, die wir gemeiniglich als Desinfektionsmittel heute ansprechen. Mit ihnen arbeiten wir heute noch und auf ihre Kenntnis stützt sich die gesamte Lehre der Antisepsis, worunter wir die Ver- nichtung der Mikroorganismen durch Gifte verstehen. Schwann ist so- nach auch der eigentliche Begründer der für die technische Mykologie nicht minder als für die medizinische Bakteriologie wichtigen Desinfek- tionslehre. Um die gleiche Zeit befaßte sich auch der deutsche Algenforscher Kützing mit den Erregern der alkoholischen Gärung und zog auch andere technisch wichtige Vorgänge, die auf Mikroorganismen zurückgehen, in den Kreis seiner Betrachtungen, wie namentlich die Essiggärung. Er hat als Erster auch die pflanzliche Natur der Essigmutter und deren unbedingte Notwendigkeit zur Bildung von Essigsäure bei dieser Gärung richtig erkannt. Auch er spricht sich für die Auffassung, diese Vorgänge auf lebende Pilze oder Algen zurückzuführen, aus und ist somit ein Mit- begründer der vitalistischen Gärungstheorie. Diese Auffassung der nicht rein chemischen Natur der Gärungen ist in seinen eigenen Berichten klar und deutlich festgelegt, indem er schreibt: „Sicher hängt aber der ganze Prozeß bei der geistigen Gärung von der Bildung der Hefe und bei der sauren von der Bildung der Essig- mutter ab." „Insofern nun Gärung gleichbedeutend ist mit einer gegen- seitigen Wirkung sich erzeugender, organischer und unorganischer Geltilde auf die Bestandteile einer gegebenen Flüssigkeit, die in bezug auf das organische Produkt als Nahrungsmittel betrachtet werden kann, so ist sie 1) Zitiert, narli I.afar, Handbuch der technischen Mykologie, Bd. 1, S. 13 ff. auch notwendig gleichbedeutend mit jedem organischen Lebensprozeß. Daher organisches Leben = Gärung. Jene Prozesse dagegen, welche die Essigbildung aus Alkohol mittels Platinmohr, oder auf andere, diesem ähnliche Weise einleiten, können nicht mit der Gärung verglichen werden, sie sind rein chemische Prozesse, während die Gärung ein organisch-che- mischer Prozeß, wie der Lebensprozeß eines jeden organischen Körpers ist." Die Ansicht aller drei, unabhängig voneinander arbeitenden Forscher, ist im Grunde die gleiche: Gärung ist ein Lebensprozeß, bzw. wird nur durch die Lebenstätigkeit oder durch das Leben von Mikro- organismen ausgelöst und durchgeführt. Diese mikroskopisch-biolo- gischen Untersuchungen der drei genannten Forscher sind für die vita- listische Auffassung der Gärung allerdings grundlegend, während die expe- rimentelle Begründung derselben erst durch Pasteur geschah, wozu auch die scharfe Stellungnahme Liebig's gegen diese nichtchemische Gärungs- theorie wesentlich beitrug. Pasteur veröffentlichte seine experimentellen Studien über Gärungen und ihre Erreger in den Jahren 1857—1876 in einer Reihe von Ab- handlungen. Ihm verdanken wir auch eine neue Untersuchungstechnik des Lebens der pilzlichen Mikroorganismen, die in der Anwendung von Most u. dgl. als besonders taugliche Nährsubstrate für die Gärungspilze und in den ersten Versuchen und Vorschlägen zur Erreichung von Rein- kulturen derselben durch entsprechende Verdünnungen gipfelte. Außerdem verdanken wir Pasteur die erste Beobachtung, daß es auch ein Leben ohne Luft gäbe. Allerdings kann natürlich der vorerst'* ganz allgemein aufgestellte Satz: Gärung ist Leben ohne Luft, nicht allgemeine Be- rechtigung beanspruchen. Es wurde aber eine neue Erscheinung des Lebens entdeckt und der Grund zur Lehre von Anaerobio se gelegt, die gerade für die Gärungs- erscheinungen bei einer Reihe von Organismen höchst bedeutungsvoll ist. Im weiteren Verlauf der Entwicklung der Gärungstheorie sehen wir dann eine Auffassung dieser Vorgänge bei Nägeli, die einen vermitteln- den Standpunkt zwischen derjenigen Liebig's und derjenigen Pasteurs einnimmt. Nägeli meint, daß die bei der Gärung auftretenden Um- setzungen allerdings die lebenden Gärungserreger verursachen würden, daß sich die Vorgänge der Gärung aber nicht in der Zelle selbst abspielen, sondern außerhalb derselben, hervorgerufen durch Kräfte, die aber von der Zelle ausgehen. Im Jahre 1879 faßte Nägeli seine molekular- physikalische Gärungstheorie dahin zusammen, daß die Gärung in einer Übertragung von Bewegungszuständen von Molekülen, Atomen und Atomgruppen des Protoplasmas auf außerhalb der Zelle befindliche Ver- bindungen bestünde, das Gleichgewicht dadurch gestört würde und sie selbst dadurch zum Zerfalle kämen. In der Zeit des Kampfes um die Gärungstheorien lernte man aber auch Erscheinungen kennen, die die heutige Enzymlehre begründeten. Aus Malz gewann man Körper, die imstande waren, Stärke zu ver- zuckern. Aus der bitteren Mandel erhielt man Stoffe, die Blau- säure aus Amygdalin abspalteten; man untersuchte die verdauende Tätigkeit des Magens und entdeckte im Magensaft einen Körper, das Pepsin, das eiweißspaltende Eigenschaften besitzt. Alle diese Stoffe erwiesen sich insofern gleich, als sie durch Hitze unwirksam werden und zur Äußerung großer Wirkungen nur in ver- — 7 — schwindend kleiner Menge vorhanden sein müssen. Sie glichen in dieser Hinsicht jenen Stoffen, die durch Kontakt oder Katalyse wirken. Man nannte sie ganz allgemein Fermente und übertrug diesen Namen mit der Nebenbezeichnung ..geformt" auch auf die Gärungserreger, da die Wirkung letzterer den Fermenten sehr ähnlich war. Wir finden von da ab die Bezeichnung „geformte Fermente' - für Gärungserreger, während man die von der Zelle losgelöst wirkenden, also selbst leblosen Substanzen, die die oben genannten Umsetzungen hervor- rufen, als Fermente schlechthin bezeichnete. In der Folge erkannte man noch zahlreiche andere Vorgänge, die auf Fermente zurückgehen und lernte auch die alkoholische Gärung als solchen Vorgang kennen, nachdem Buchner den gärkräftigen Hefepreß - saft herstellte und damit bewies, daß auch diese Umsetzung nur insofern als durch lebende Zellen hervorgerufen angesehen werden kann, als das lebende Plasma den gärungserregenden Körner, die Zymase oder Alkoholase. erzeugt, die dann auch fernerhin ohne Zutun der lebenden Zelle zu wirken vermag. Einen weiteren Fortschritt in der technischen Mykologie bedeutet die Einführung und die Ausbildung der Reinzuchtmethoden, die auf Pasteur zurückgehen und ihre hohe Vervollkommnung besonders durch Koch für die Bakterien und Hansen und Lindner für die Hefen erreichten. Schon die mit großer Wahrscheinlichkeit erhaltenen Reinzuchten Pasteurs gestatteten eine genaue Beobachtung der Ernährungsbedingungen der einzelnen Mikroorganismenarten und ihrer Wirkungen auf die um- gebenden Substrate. Dadurch bekam die schon von Kützing begründete Lehre von der Spezif izität der Gärungserreger festen Boden. Es hat sich in der Folge gezeigt, daß die einzelnen Gärungen und Zersetzungen durch eine Reihe von bestimmten Mikroorganismen ausgelöst werden, die unter den gleichen Verhältnissen immer die nämlichen Gär- produkte liefern. Sie wirken also spezifisch auf die Stoffe ein. Wenn man auch anfangs meinte, daß eine bestimmte Gärung immer nur von einem bestimmten Organismus durchgeführt werde, so wurde diese Ansicht doch in der Folge mit Recht dahin erweitert, daß für die einzelnen Gärungen Gruppen ähnlicher Mikroorganismen. Hefen oder Bakterien, in Frage kommen, die sich mitunter morphologisch beträchtlich unterscheiden und auch andere Nebenprodukte liefern, wenn auch das Gärhauptprodukt das Gleiche ist. Schon im Jahre 1878 hat Emil Christian Hansen, der Begründer der modernen Mykologie, festgestellt, daß die Essig- gärung mindestens zwei verschiedene Essigsäurebakterien erregen. Heute kennen wir schon zahlreiche Bakterienarten die diese Gärung verursachen. Das gleiche gilt für die alkoholische Gärung, die durch außerordentlich viele Hefearten verursacht wird, und alle anderen besser untersuchten Umsetzungen. Man versuchte auch schon sehr früh, die gesehenen Mikroorganismen nach ihrer äußeren Form und einigen biologischen Eigentümlichkeiten systematisch zu ordnen. Es ist unnötig auf die verschiedenen Bakteriensysteme, die nur mehr historischen Wert besitzen, hier einzugehen. Es sei nur nochmals darauf hingewiesen, daß man die Pflanzennatur der pilzlichen Mikroorganismen spät erkannte. Die Bakterien faßte erst Perty im Jahre 1852 als Phytozoidia, also Pflanzentiere, zusammen. Die Grundlage der vorläufig auch jetzt noch geltenden Bakterien- systeme gab Ferdinand Colin in den Jahren 1872 — 1875. Er gebrauchte auch als erster den Namen „Bakterien" für jene .große Gruppe von Mikroorganismen, die wir auch heute noch darunter verstehen. Er stellte ein System der Bakterien auf, das dieselben sehr richtig den Spaltalgen sehr nahe brachte und sie mit letzteren zur Gruppe der Schyzophytae vereinigte, die zwei große Tribus mit vielen Ordnungen umfaßte. Dabei dienten in erster Linie äußere Merkmale zur Unterscheidung und Auf- stellung derselben. Wenn es auch in seiner damaligen Fassung heute keine Geltung mehr besitzt, so sind in ihm doch entgültig die Bakterien zu den Pflanzen gestellt. Es sei hier in seiner Fassung kurz wieder- gegeben 1 ), soweit es sich auf Bakterien im heutigen Sinne bezieht. I. Tribus: Gloegenae. Zellen frei oder durch Interzellularsuhstanz zu Sehleimfamilien vereinigt- A. Zellen frei oder binär oder binär oder quartemär verbunden. Zellen kugelig Chroococcus. „ zylindrisch Synechococcus. B. Zellen im Ruhezustand zu amorphen Sehleimfamilien vereinigt. a) Die Zellenmembranen mit der Interzellularsubstanz zusammenfließend. 1. Zellen nicht phykochromhaltig. Zellen kugelig Micrococcus. zylindrisch Bacterium. 2. Zellen phykochromhaltig. b) Interzellularsubstanz aus ineinandergeschachtelten Zellhäuten gebildet. C. Zellen zu begrenzten Sehleimfamilien vereinigt. c) Zellfamilien einschichtig, in eine Zellfläche gelagert. 1. Zellen quarternär geordnet, in einer Ebene . . . Merismopedia. 2. Zellen ungeordnet, in einer Kugelfläche gelagert. d) Zellfamilien mehrschichtig, zu sphäroidischen Zellkörpern' vereinigt. 1. Zellenzahl bestimmt, kugelig Sarcina. 2. Zellenzahl unbestimmt, sehr klein, farblos . . . Ascococcus. II. Tribus: Nematogenae A. Zellfäden stets unverzweigt. a) Zellfäden frei oder verfilzt. 1. Fäden zylindrisch, farblos, undeutlich gegliedert. Fäden sehr dünn, kurz Bacillus. „ ,, „ lang Leptothrix. „ starker, lang . . • Beggiatoa. 2. Fäden zylindrisch, phykochromhaltig. 3. „ zylindrisch, gegliedert, Gonidien bildend, farblos . . Crenothrix. I. „ schraubenförmig ohne Phykochrom. Fäden kurz, schwachwellig Vibrio. „ „ spiralig, starr Spirilluin. „ lang, spiralig, flexi] Spirochaete. 5- Fäden rosenkranzförmig, ohne Phykochrom . . Micrococcus. b) Zellen durch Interzellularsubstanz zu Sehleimfamilien vereinigt. 1. Fäden zylindrisch, farblos Myconostoc. B. Zellfäden durch falsche Astbildung verzweigt. 1. Fäden zylindrisch, farblos Cladothrix. 1) Zum Teil nach Migula, Lafar's Handbuch der technischen Mykologie, Bd. 1, S. 137, zitiert. 9 Hier sind nur jene Untergruppen aufgenommen, die sich auf Bak- terien im heutigen Sinne des Wortes beziehen, während die zahlreichen anderen wegblieben. Das Cohn'sche System fußt auf der Konstanz der Bakterienarten, die aber gerade in jener Zeit sehr angezweifelt wurde, da man einem ständigen Übergang der Arten ineinander und einer weitgehenden Pleo- morphie der einzelnen Bakterien das Wort redete. In diesem Geist ist auch das nun folgende System Zopfs gehalten, wenn auch darin eine Konstanz der Arten gewahrt erscheint. Einen großen Fortschritt in der systematischen Ordnung der Bak- terien brachten die Systeme von van Tieghem, de Bary und Hueppe. Ihnen diente die Fruktifikation als Grundlage für die Aufstellung der Arten und Gattungen, die auch jetzt bis zu einem gewissen Grade noch in der Bakteriensystematik Verwendung findet. Damit bewegen wir uns schon in der Neuzeit der Bakteriensystematik, die wir später ohnehin ge- nauestens kennen lernen werden. Schon nach dieser äußerst kurz gefaßten geschichtlichen Entwicklung der Lehre von den Bakterien können wir den Begriff „Bakterien" folgendermaßen definieren: Wir verstehen unter Bakterien phykochrom- freie einzellige, sehr kleine Spaltpflanzen, die sich also durch Spaltung vermehren; viele unter ihnen sind zur Ausbildung von endogenen Sporen befähigt und haben demnach mehr oder weniger widerstandsfähige Dauerformen. Die beweglichen Formen tragen Geißeln als Bewegungsorganellen oder bewegen sich in wenigen Fällen ohne solche nach Art der Oszillarien. Über die Geschichte des Systems der Hefe läßt sich nicht sehr viel berichten, da erst sehr spät ihre Zugehörigkeit zu den Pilzen erkannt wurde. Gerade sie weist aber viele Formen auf, die die systematische Bearbeitung sehr erschwerten, da dieselben bei ein und derselben Art viel- fach wiederkehren und sogar zur Annahme führten, daß die Hefe nur einen Entwicklungszustand eines höheren Pilzes vorstellt. Im Jahre 1870 stellte Rees den Zuckerpilz (Saccharomyces), wie derselbe schon von Meyen genannt worden war, zu den Askomyzeten oder Schlauchpilzen, da zur Zeit der Sporenbildung die vegetative Zelle in einen Askus umgewandelt wird, in dem eben die Sporen erzeugt werden. Erst mit Emil Christian Hansen setzte in den Jahren 1881 bis 1883 eine neue Ära der Hefeforschung ein, die die grundlegenden Tatsachen zum heutigen System der Hefen schuf. Dies wurde wieder nur möglich durch Hansen's zuverlässiges Reinzuchtsystem, das die Zucht von einer Zelle weg ermöglichte und so die Beobachtung des ge- samten Entwicklungsganges einer sichergestellten Art zuließ. So konnte Hansen das große Genus Saccharomyces in Arten, Rassen und Varietäten aufteilen. Hansen verstand unter Saccharomyces nur diejenigen Sproßpilze, die die Fähigkeit zur Sporenbildung besitzen. Sproßpilze sind wieder nur solche Pilze, deren Zellen sich durch Treiben von Sprossen vermehren, mit anderen Worten, die Vermehrung geschieht bei ihnen regelmäßig und immer durch Sprossung, wobei die Tochterzellen im Verbände bleiben können. Damit sagen wir schon, daß es sich um einzellige Pilze, wie bei den Bakterien, handelt. Die Eigenschaft der Sproßbildung finden wir noch bei einer Reihe von Schimmelpilzen und anderen höheren — 10 — Pilzen, nur ist sie hier gewiß nicht die regelmäßige Vermehrungsform, sondern tritt gelegentlich unter besonderen Bedingungen auf. Hansen faßte dann die saccharomycesähnlichen Sproßpilze, die ebenfalls Alkohol aus Zucker bilden, unter der Bezeichnung Torula zusammen. Dieselben entbehren also der Sporehbildung. Wir können vorläufig den Begriff Hefe so fassen, daß wir darunter jene einzelligen Eumyzeten verstehen wollen, welche imstande sind, die alkoholische Gärung zu erregen. Dazu gehören auch ein- zellige Eumyzeten, die sich nicht durch Sprossung vermehren, sondern durch Spaltung; dieselben bezeichnet man als Schyzosaccharomyzeten oder auch als Spalt liefen. Weiter sind hierher zu rechnen die meisten Saccharomyzeten mit Ausnahme jener wenigen Arten, die keine alko- holische Gärung hervorrufen und endlich die saccharomyzesähnlichen Sproßpilze ohne Sporenbildung, die Torulaarten. In der technischen Mykologie spielen nun eine Reihe höherer Pilze eine mehr oder minder wichtige Rolle, die man trivial als Schimmel- pilze bezeichnen kann. Unter ihnen gibt es einfachere, wie Dematium, Monilia usw. und besonders hoch organisierte echte Pilze, die aus mehreren Zellen aufgebaut sind und ein weit verzweigtes Hyphensystem zur Nahrungs- aufnahme und besondere Träger für die Fluchtkörper aufweisen. Für die Gärungsbetriebe sind Penicillium-, Mucor- und Aspergillus-Arten vornehmlich von Bedeutung. Literatur zur Vorlesung l. Löffler, Fr., Vorlesungen über die geschichtliche Entwicklung der Lehre von den Bakterien. Leipzig 1887, dort reiche Literatur. Kützing, F., Journal für praktische Chemie, Bd. 11, S. 385. 1837 Lafar, Handbuch der technischen Mykologie, Bd. 1, S. 1, dort ebenfalls eingehende Literaturangaben. Perty, Zur Kenntnis kleinster Lebensformen, 1852. Cohn, F., Beiträge zur Biologie der Pflanzen, Bd. 1, 1872, 1875. Migula, W., Einteilung und Stellung der Bakterien im System. Lafar's Handbuch der technischen Mykologie, Bd. 1, S. 128. ZWEITE VORLESUNG. Morphologie der vegetativen Bakterienzelle. Trotzdem die Bakterien sowohl in der freien Natur als auch in der Laboratoriumskultur dem Untersucher in mannigfacher Gestalt ent- gegentreten, lassen sich ihre Formen auf einige wenige Grundtypen zurückführen, die Kugel, den Zylinder und endlich die Schraube. Wir finden Bakterien, die unter normalen äußeren Bedingungen stets Kugelgestalt besitzen und die deshalb als Kugelbakterieii (Kokken) bezeichnet werden. Bei ihnen kann natürlich von einer Mannigfaltigkeit oder Veränderung der Gestalt nicht gesprochen werden, wenn man davon absieht, daß bei allen Vertretern dieser Bakteriengruppe unmittelbar vor und ganz besonders nach der Teilung eine Abweichung von der Kugelform festzustellen ist. Die Tochterzellen nehmen aber, sobald sie frei werden, in kürzester Zeit die Kugelgestalt wieder rein an. Man ist überhaupt nur dann berechtigt, eine Bakterienart in die Gruppe der Kugel- bakterien einzureihen, wenn sie bei guter Vermehrung, also in allen ausnützbaren Nährsubstraten kurz nach der Teiluug die Kugel- form annimmt, sofern die Teilungsprodukte frei werden und als einzelne Zellen weitervegetieren. Treten im Verlaufe der Ent- wicklung einer Kugelbakterienkultur gewisse, später noch genau zu be- schreibende Wuchsverbände auf, in denen die Zellen nach der Teilung festgehalten werden, dann können Abflachungen der Kugelgestalt an den Berührungsstellen auftreten, die die reine Kugelform beeinträchtigen. Ein gutes Beispiel für diese Erscheinung geben uns diejenigen Kugelbakterien- arten, welche die Neigung besitzen, nach der Teilung noch längere Zeit zu zweit vereint zu bleiben, zusammengehalten von einer gemeinsamen Kapsel. Solche Kugelbakterien bezeichnet man auch als Doppelkugel- bakterien oder Diplokokken. Nebenstehende Figur 1 zeigt schematisch gezeichnet in a eine ein- zelne Kugelbakterie und in b dieselbe vor der Teilung, nicht mehr rein kugelförmig, wie an dem punktiert eingezeichneten Kreis zu bemerken ist, dessen Umriß sich mit demjenigen der Zelle nicht mehr deckt. In c endlich sieht man die beiden Tochterzellen, die auch in kurzer Zeit nach der Teilung frei werden und die Kugelgestalt wieder annehmen, wie es d zeigt. In r und f dieser Figur sind Diplokokken wiedergegeben. — 12 — deren Teillingsprodukte die Abflachung dort aufweisen, wo die Teilungs- ebene eingeschnitten hatte, e zeigt den Dipplokokkus in der durch die gestrichelte Linie angedeuteten Kapsel. In f hat sich der punktierten Linie entsprechend die Teilungswand auszubilden begonnen, wodurch die Tochterzellen 1 und 2 entstehen, g zeigt uns beide Teilungsproduke, in der gemeinsamen Kapsel liegend, noch leicht an den Berührungsstellen Fig. 1. abgeplattet. Erst wenn sie später frei werden, zeigen sie wieder die Kugelgestalt, wie aus h ersichtlich ist. Mannigfach ist die Form derjenigen Bakterienarten, die einen zylindrischen Zelleib besitzen. Man bezeichnet sie kurzweg als Stäbchen bakteriell. Bei ihnen ist eine größere Abwechslung in der äußeren Gestalt schon dadurch bedingt, daß bei den verschiedenen Arten die Dicke und Länge sehr verschieden ist. Wir finden Arten, deren Vertreter sehr dick und kurz sind, so daß die einzelnen Zellen gedrungen und plump aus- sehen. Andererseits gibt es Stäbchenbakterien von zartem und schlankem Aussehen. Diese beiden Extreme sind von allen erdenklichen Über- gangsformen verbunden. Die Formverschiedenheiten werden dann noch dadurch bedeutend bereichert, daß die Zellenden sehr verschieden gestaltet sind. Wir finden Stäbchenbakterien mit halb- kugeligen Enden, wie eines in Fig. 2. a der Figur 2 im optischen Längsschnittabgebildetist. Die Ausbauchung der Enden kann immer geringer werden und schließlich ganz aufhören, so daß die Stäbchenbakterie wie abgehackt erscheint. In 6, e und d der Figur 2 sind einzelne Formen der Zellenden wiedergegeben, die natürlich durch alle erdenklichen Übergangsformen verbunden sind. Die Aus- bauchung der Bakterienenden nimmt aber auch bei vielen Arten eine mehr spitze Form an, wie es in e der Figur 2 dargestellt ist. In allen diesen Fällen liegt aber die größte Ausladung oder besser gesagt, der äußerste — 13 Punkt der ausgebauchten Endfläche in der Längsachse des Stäbchen- bakteriums. Es sind aber auch zahlreiche Stäbchenbakterienarten bekannt geworden, deren ausgebauchtes, meistens ziemlich spitz auslaufendes Ende nicht in der Zellachse liegt, wie es Ii und i der Figur 2 dartut. wobei die strichpunktierte Linie die Achse markiert. Werden die Zellen frei und kommen als Einzelzellen zui man meistens an ihnen gleichgestaltete Zellenden, zeigt. Unmittelbar nach der Teilung Beobachtung wie es bemerkt der Figur 2 nach der Teilung, wenn sich die Tochterindividuen eben von einander getrennt haben, sind die Zellenden derselben meistens ungleich gestaltet, außer es handelt sich um Bakterien, deren Enden d der Figur 2 entsprechen. / der Figur 2 gibt die bei den Tochterzellen einer Stäbchen- bakterie stark ausgebauchten Zellenden unmittelbar nach der Teilung wieder. Die Zelle 1 und 2 hat ein ausgebauchtes und ein ebenes Ende und erst beim völligen Freiwerden beider Zellen wölbt sich letzteres so- weit hervor, daß gleichgestaltete Zellenden Zustandekommen (g der Figur 2). Bildet dieselbe Bakterie Zellfäden, so besitzen die einzelnen, im Innern des Fadens liegenden Zellen ausschließlich ebene Enden (vgl. /(der Figur 2); nur die beiden äußersten Zellen weisen peripher die ausgebauchten Begrenzungs- flächen auf. Einzelne Stäbchenbak- terienfypen sind in der Figur 3 zusammengestellt. Diese Zu- sammenstellung ist aber keineswegs irgendwie voll- ständig, denn alle hier wieder- gegebenen Formen sind unter- einander durch Übergänge ver- bunden. Die Bakterien sind hier ebenfalls der einfacheren Darstellung wegen im Längs- schnitt gezeichnet, a und c zeigen uns mehr plumpe Stäbchenbakterien mit ausgebauchten und ebenen Zellenden, d runde, schlanke und zarte Zellen. Endlich veranschaulicht uns c eine ovale Stäbchenbakterie, die eigentlich bei einer strengen Auffassung des Begriffes Stäbchenbakterie als Zylinder gar nicht in diese Bakteriengruppe ge- hört. So scharf brauchen wir aber den Begriff nicht zu umgrenzen, da manches streng als Zylinderzelle wachsende Bakterium unter besonders günstigen Lebensbedingungen als ovales Gebilde vegetiert. Wir finden eben keines- wegs immer reine Zylinderformen, weshalb uns die Stäbchenbakterien im optischen Längsschnitt nicht immer mit parallelen Längskonturen erscheinen. Es kommt auch vor, daß wir Bilder erhalten, die der Zeichnung h der Figur 3 entsprechen. Auch kann man häufig leicht gekrümmte oder sogar geknickte Stäbchenbakterien bemerken, wie sie uns / und g der oben- genannten Figur aufweisen. Dazu sei aber gleich bemerkt, daß solche Formen gewiß nicht den unmittelbaren Teilungsprodukten entsprechen, sondern älteren, besonders lang ausgewachsenen Zellen, die bei der Teilung, wenn eine solche überhaupt noch zustande kommt, wieder gerade ge- streckte Tochterzellen ergeben. Früher wurde schon von Stäbchenbakterien gesprochen, die in Fadenverbänden vereint bleiben. Mitunter kommt es — 14 /V • gar zn einem völligen V< • ler die einzelnen Zellen tri Scheidewände, so daß der Bakterienfaden als einzelne Zelle ormer Lange imponiert. Es zeigen sich Bildungen, wie sie in k der Figur 3 gezeichnet sind. Eigentlich gehören letztere überhaupt nicht hierher, da liier nur die vegetativen Wuchsfonnen der Bakterien b en werden sollen, während diese Fadenbildongen entweder zum ler Zellen führen oder zu gewissen Dauerzuständen, die später abgehandelt werden sollen. Anders verhält es sich mit den ..Fadenbakterien-, deren Fäden ebenfalls aus einzelnen Bakterienzellen bestehen, die aber immer nach der Teilung im Fadenverbande verbleiben. Die Einzelzellen besitzen auch hier die typische Zylindergestalt mit den angegebenen Formen. Den dritten Typus der Bakterienformen stellen vor die & hraubenbakterien Spirillen . Wie * der Same iss gt. esitzen die hierher gehörigen ! terienarten einen regelmäßig schraubig gekrümmten Vegetations- körper, dessen Form mitunter einem vollen Schraubenumgang entspricht. meistens aber nur einem Teil eines solchen. Abbildung 4 zeigt uns das Photogramm von Modellen zweier Schrauben- ikterien. Oben gewahren wir ein Spirillum, -en Zelle die Krümmung eines rollständigen 3 raubenumgang« - autweist, wahrend das untere Spirillum nur einem Bruchteil eines Umganges entspricht. Die äußere Gestalt er- scheint dem Beschauer bei ein und demselben Schraubenbakterium verschieden: bedingt ist dieses Verhalten in der Neigung der Achse des Spirillums zum Beobachter, wie aus der Figur ö ohne weiteres hervorgeht. Hier ist dasselbe Spirellenmodell abgebildet. wie oben in der Figur 4. Die Achse der Schraubenbakterie fällt aber fast mit der Sehachse zusammen, während sie bei der Figur 4 in der Bildebene liegt. Die Gruppe der Schraubenbakterien weist ebenfalls einen großen Formenreichtum auf. der in erster Linie zurückzuführen ist auf Ver- schiedenheiten der Zelldicke und der Höhe der Schraubenwin- dungen. Daneben ist auch von Bedeutung der Durchmesser der Sehraubenumgänge. Die Zellenden weisen keine so zahlreichen Formen auf. wie wir sie bei den Stäbchenbakterien gefunden haben. In weitaus den meisten Fällen zeigt eine Bakterienart nur Wuchsgestalten, die einem der genannten drei Grundformen angehören. Dies gilt vornehmlich für die reproduzierbaren Formen, das heißt für diejenigen Wuchsgestalten, die bei ihrer Teilung wieder der Mutterzelle gleichgeformte Tochterzellen liefern. s entstehen bei der vegetativen Vermehrung ans einer Stäbchen- bakterie bei der Teilung wieder zwei neue gleichgeformte Stäbchen- bakterien: es findet also bei der Teilung eine Reproduktion der ursprüng- s Fis. 5. 15 liehen Gestalt statt. In allen Generationen unter allen Bedingungen, die eine Vermehrung überhaupt zulassen, wird im Prinzip die Stäbchen- form beibehalten. Die Bakterienarten gehören also in der Regel in bezug auf ihre reproduzierbaren Vegetationsformen einem einzigen Typus an. Man findet in dieser Hinsicht aber auch Aus- nahmen. So wächst eine Leuchtbakterienart, Pseudomonas photo- gena, auf den meisten tauglichen Nährsubstraten als Kugelbakterie und nur in Peptonwasser ausschließlich als Stäbchenbakterie. Unsere Figur 6 illustriert diese Verhältnisse. In A dieser Figur sehen wir diese Bakterie in reiner Kugelgestalt auftreten, mit Teillingserscheinungen, die wir bei Kokken zu sehen gewohnt sind. Bringen wir aber diese Bakterienart in einer reinen Peptonlösung zur Entwicklung, so gewahren wir ausschließlich Stäbchenformen, wie sie in B der Figur <> wieder- gegeben sind. Unter sehr günstigen Ernährungsbedingungen neigen übrigens die meisten Stäbchenbakterien dazu, sehr kurze Wuchsformen auszubilden, die in einigen Fällen fast reine Kugelgestalt aufweisen. Ein Beispiel dafür ist der Bacillus prodigiosus oder Wunderblutbazillus, dessen Stäbchen unter weniger günstigen Wachstumbeding- ungen bei noch guter Ver- mehrung etwa zweimal so lang als breit erscheinen. Kommt die Art alter in sehr gute Wachstumsbedingungen, dann treten kurze und eiförmig bis kugelig gestaltete Zellen im Anfang der Entwicklung auf, während in den älteren Kulturen neben den kugeligen Formen wieder die Stäbchen erscheinen. Den geschilderten drei Grundtypen lassen sich alle Bakterien ein- reihen, auch die einzelnen Zellen der höher organisierten Faden- und Scheidenbakterien, die Schwefel- und Purpurbakterien. Im Laufe der Zeit wurden allerdings noch Bakterienformen bekannt, die infolge ihres abweichenden Baues in keine der drei genannten Grund- formen eingereiht werden können. Es sind aber nur einzelne Befunde: überdies scheinen einige derselben überhaupt nicht den Bakterien zuzu- gehören. Sie seien deshalb nur kurz erwähnt. So fand Ehrenberg einmal in Sibirien einen Organismus von schneckenartiger Gestalt mit breiter Basis, den er zu den Bakterien stellte und Spirodiscus benannte. Warming beschrieb eine Spiromonas von bandförmiger, beiderseits zugespitzter Gestalt. Außerordentlich verschieden ist die Größe der Bakterien. Im allgemeinen zeigen sich Größenunterschiede zwischen den Ver- tretern verschiedener Bakterienarten und den einzelnen Zellen ein und derselben Art. Selbst in Kulturen einer Bakterienspezies finden wir keineswegs nur gleichgroße Zellen, da ihre Größe von dem Alter und dem Zustande der Kultur überhaupt abhängig ist. Ein richtiges Urteil können wir über die Größe der Bakterien nur dann gewinnen, wenn wir sie in Fig. (i. — 16 — ungefärbtem, lebenden Zustande messen. Den Maßangaben müssen aber auch genaue Daten über die Kultur, die Eraährungsxerhältnisse und die Temperatur beigefügt werden, wenn sie allgemein verwertbar sein sollen. Die Bakterien sind die kleinsten, bisher beobachteten Organismen. Sie messen im kürzesten Durchmesser meistens kaum 1 /«. Allerdings finden wir unter ihnen auch Riesen. Die folgende Zusammenstellung enthält eine Reihe von Größen- angaben über Kugel-, Stäbchen- und Schraubenbakterien; bei letzteren entspricht die Längenangabe nicht der wahren Zellenlänge, sondern der Höhe der von der Zelle gebildeten Schraube. Durchmesser in /< II. Micrococcus progrediens 0,15 2. Micrococcus ureae Cohn . . . . 1 — 1,5 3. Sarcina mexima . . .... 4 4. Thiophysa volutans (Schwefelbakterie) 7—18 Länge in // Breite in fi 5. Pseudomonas indigofera 0,18 0,06 6. Influenzabazillus bis 4,2 0,4 7. Methanbazillus 5 0,4 Stäbchen- 8. ürobazillus Duclauxii Miquel 2—10 0,6—0,8 bakterien | 9. Bacillus nitri Ambroz 3—8 2 — 3 10. Beggiatoa alba (Schwefelbakterie) .... 2,9—5,8 2,8—2,9 11. Chromatium Okenii (Schwefelbakterie) . . 10—15 5 . 12. Beggiatoa mirabilis (Schwefelbakterie) . . 20-25 40—50 Spirilluin volutans ....'. 10—20 1,5—2 Noch besser soll folgende in Fig. 7 gegebene schematische Zusammen- stellung die Größenverhältnisse veranschaulichen. Hier sind die genannten Kugelbakterien durch schwarze Kreise angedeutet, während die Stäbchen- bakterien durch schwarze Rechtecke in 2000facher Vergrößerung zur Darstellung gelangen. Die beigesetzten Ziffern entsprechen denen der obigen Zusammenstellung. Durch die Betrachtung der Fig. 7 gewinnt man erst eine richtige Vorstellung von den Größenunterschieden, die die verschiedenen Bakterien- arten untereinander aufweisen. Von der Kleinheit dieser Organismen bekommt man einen richtigen Begriff, wenn man die größten unter den Bakterien mit Objekten bekannter und geläufiger Größe vergleicht, wie etwa mit derjenigen des menschlichen Kopfhaares. Die Zellbreite von Beggiatoa mirabilis, der größten bekannten Bakterienart, mißt im Maximum etwa soviel als die Dicke eines dünnen menschlichen Kopfhaares, während die Länge der Zelle etwa halb soviel ausmacht. Man kann also einen Zellfaden dieser Schwefelbakterie mit freiem Auge noch ganz gut wahr- nehmen, während selbstverständlich die einzelnen Zellen dabei nicht sicht- bar sind. Die kleinen Bakterien sind in bezug auf ihre Dicke und Länge ja sehr viel kleiner, denn man könnte beispielsweise von den meisten Kugelbakterienarten längs des Durchmessers eines Haares ungefähr 50 Stück aneinanderreihen, um ihn ganz zu belegen. Die kleinsten Bakterien sind tatsächlich schon an der Grenze des überhaupt mit den besten optischen Hilfsmitteln sichtbaren. Wir verfügen allerdings heute über neue Einrichtungen, die eine wesentlich stärkere Vergrößerung zulassen und kleinste Teilchen unter der Wellenlänge des sichtbaren Lichtes zu beobachten gestatten. Unter Anwendung von kurz- welligem (ultraviolettem) Lichtein der Mikrophotographie gelingt — 17 — es, kleinste Objekte bei Vergrößerungen bis zu 4000fach linear abzubilden. Andererseits ermöglicht das Ultramikroskop von Siedentopf und Zsigmondy den Nachweis kleinster Teilchen, deren Größe nur mehr Millionstel eines Millimeters beträgt. Trotz dieser Hilfsmittel ist es den Mykologen bisher nicht gelungen, kleinere Organismen als die kleinsten Bakterien nachzuweisen. Entsprechend der verschiedenen Größe besitzen die Bakterien auch eine verschieden große Oberfläche und ein verschieden großes Volumen. Bei gleichem Volumen ist die Oberfläche der Kugelbakterien kleiner als diejenige der übrigen Bakterien. Auch wird mit zunehmendem Volumen die Oberfläche relativ kleiner, wie man sich rechnungsmäßig sofort über- zeugen und aus folgendem Beispiel ersehen kann. Die Oberfläche einer Kugelbakterie betrage 12-57 ,u 2 , was einem Radius von 1 fi und einem Volumen von 4-19 ß 3 entspricht. Eine Fig. Kugelbakterie von doppelt so großer Oberfläche, also 25-14 , Bacillus qammari nach Mencl. Fig. 12. oder endlich in beiden Formen in der gleichen Zelle. Der Bacillus nitri zeigt uns eine „Kernspirale" mit eingelagerten Chromatinbröckchen. Im Micrococcus butyricus gewahrt man nur kompakte Kerne, während Spirillum volutans' nach Methylgrünfärbung entsprechend dem Ent- wicklungszustand einen größeren oder kleineren Kern, oder eine Art Kern- spirale aufweist. Kompliziertere Verhältnisse findet man beim Bacillus gammari, wo wir in der Tat die Chromatinmasse in eine Art Chromo- somen von bestimmter Anzahl und Anordnung aufgeteilt sehen und eine Kernmembran entwickelt finden. Daneben fällt in vielen Fällen noch eine polare Anhäufung von Kernsubstanz auf. Man kann im allgemeinen sagen, daß den Bakterien ebenfalls ein Kern zukommt wie allen anderen Zellen, nur erscheint er in den ver- schiedensten Formen, vom Hertwigschen Chromidialnetz oder chromi- dialen System angefangen bis zu kompakten Gebilden, deren Teilung sehr 25 — einfach sein kann oder auch schon die Erscheinungen einer zumindest ver- einfachten Mitose aufweist. Die Mengenverhältnisse zwischen Plasma und Kern variieren ebenfalls sehr, insofern ersteres mitunter sehr in den Hinter- grund treten kann. Gleichfalls durchaus berechtigt ist die Anschauung von einer ständigen Umbildung von Plasma in Kernsubstanz und umgekehrt. Auch die Labilität dieser Zellbestandteile ist durch Untersuchungen von Rüzicka u. A. erwiesen. Andererseits sind wir aber nicht befugt, den Bakterienkörper entweder für einen kernlosen Organismus zu erklären oder für einen nackten Kern ohne Protoplasma. Neben den Kernen finden wir in den Bakterien noch eine Reihe von geformten Einschlüssen, die sowohl in ihrer Form als auch in ihrem Verhalten zu verschiedenen Farben und Reagentien verschieden sind. Vor allen Dingen schon in der lebenden Zelle durch ihr stärkeres Lichtbrechungsvermögen auffallend sind Plasmaverdichtungen, die alle basischen Anilinfarben sehr leicht und ausgiebig annehmen und bei Ent- färbungsversuchen schwerer wieder abgeben, als die übrigen Zellbestand- teile. Man faßt sie kurz als metachromatische Körnchen zusammen. Sie wurden eingehend von den verschiedenen Autoren be- schrieben. Ihre Größe und Anzahl ist bei ein und derselben Bakterien- art großen Schwankungen unterworfen. Eine Klassifikation derselben ist vorläufig ausgeschlossen. Jedenfalls fallen unter den Begriff metachroma- tische Körnchen ihrer Natur nach verschiedene Granula. Viel besser erkannt ist die Natur von einigen anderen Zelleinschlüssen, die wir ihrer chemischen Beschaffenheit wegen in stickstoffhaltige und stickstoff- freie trennen. Unter den Bakterien weit verbreitet ist das stickstoffhaltige Volutin. Diesen eigenartigen Reservestoff hat Arthur Meyer zuerst genau untersucht und beschrieben. Er fand ihn in Form von größeren und kleineren Kugeln im Zellkörper von Spirillum volutans Kutscher und später in zahlreichen anderen Pilzzellen. Das Volutin ist farblos und stark lichtbrechend und befindet sich in der Zelle in zäh- flüssigem oder breiigem Zustande. In der folgenden Tabelle ist sein Verhalten gegen eine Reihe von Lösungsmitteln, wässerigen Farb- stoffen und Jodkaliumlösungen zusammengestellt. Wasser von 28° C: Lösung der Volutanskugeln in 2 Tagen. „ 80—100° C: „ wenigen Minuten. Öproz. Schwefelsäure: <"'-;ittigte wäßrige Sodalösung: Chloralhydrat (5+2 H 2 0): lOproz. Chlornatriumlösung: Eaude Javelle: Alkohol: Äther : Chloroform: Tetrachlorkohlenstoff: >1 TT ) , 10 Minuten. 1» «) f. , wenigen Minuten. In ."> Minuten keine Lösung. .. 10 ,. j} ii j» :> » Unlöslich. — 26 — 1 Methylenblau + 10 Wasser: Zuerst l^uellung der Volutanskugeln, dann intensive Blauschwarzfärbung. Nachträgliche Einwirkung 1 proz. 1I.,S0 4 entfärbt nur das Zytoplasma, wäh- rend die Kugeln dunkelblau bleiben. Karbolfuchsinlösung: Zytoplasma und Volutin gleich rot gefärbt. Nachherige Behandlung mit lproz. H,S0 4 bewirkt Entfärbung des Plasmas. Die Kugeln bleiben rot gefärbt Methylviolett: Färbung der Volutanskugeln. Bismarckbraun : „ „ Kugeln. Safranin : „ des Volutins. Hämatoxylin Delafield: Langsame Färbung der Kugeln. Eosin: Keine Färbung. Boraxkarmin : ., „ Schwache Lösung vor .lod in Volutin und Plasma gleich hellgelb gefärbt. .Jodkalium : Sehr konzentrierte Lösung von Volutanskugeln bei tiefer Einstellung im Mikroskop Jod in .Todkalium: hellgelb, bei hoher dunkelgelb gefärbt. Durch Härtungsmittel ändert sich die Löslichkeit in einigen Lösungs- mitteln. So vermindert eine Behandlung mit Formaldehyd die Löslichkeit in Soda, mit Alkohol die in 80grädigem Wasser und Osmiumsäure die- in Kalilauge. Die Verdauungsenzyme Trypsin und Pepsin zeigen dem Volutin gegenüber dieselbe Wirkung wie Wasser. Nach A. Meyer soll es sich beim Volutin um einen „eiweißartigen Körper im weitesten Sinne" handeln. Ein weitverbreiteter, stickstoffreier Zelleinschluß ist das Glykogen. Dasselbe findet sich im Plasma in Form von stärker licht- brechenden Kugeln und Schollen, die von zähflüssiger Konsi- stenz sind. Es läßt sich das Glykogen in den Zellen sehr leicht mit verdünnten Jodjodkaliumlösungen nachweisen, da es dabei eine rein braune Farbe hat. Man kann dasselbe durch kurzes Kochen in einer sehr verdünnten wässerigen Schwefelsäurelösung leicht aus den Bakterien entfernen, ebenso durch Behandeln mit einem Malzauszuge bei 28 — 30° C. In mit Anilinfarben gefärbten Bakterien erscheinen die Glykogenschollen heller als das umgebende Plasma. Ein zweiter, ebenfalls stickstoffreier Reservestoff ist das logen A. Meyer's oder die Granulöse, welche im Reiche der Bakterien viel seltener zu finden ist, als die beiden früher genannten Reservestoffe. Das logen unterscheidet sich von dem Glykogen dadurch, daß es in sehr ver- dünnten Jodjodkaliumlösungen eine blaue Farbe annimmt. Mor- phologisch ergibt sich kein Unterschied. Im Anschluß an die genannten Kohlehydrate sei noch das Amylin als Reservestoff der Beggiatoa mirabilis, der großen Schwefelbakterie, angeführt. Dasselbe fand Hinze in Form kleiner Körnchen, die sich auf Zusatz von konzentrierter Jodjodkaliumlösung blau färbten. Sehr häufig enthalten' die Bakterien, mitunter in großen Mengen, geformtes Fett. Dasselbe findet sich in den Zellen in Form kleiner oder größerer Tröpf- chen, die außerordentlich stark lichtbrechend sind und bei schwachen Färbungen mit wässerigen Anilinfarblösungen ungefärbt bleiben oder sich nur sehr wenig färben. Eine größere physiologische Gruppe von Bakterien, die „Schwefel- bakterien" haben dann, wenn ihnen Schwefelwasserstoff im Nährsubstrat zur Verfügung steht. Schwefeleinschlüsse. Dieselben erscheinen als sehr stark lichtbrechende Kügelchen, deren Durchmesser zwischen Bruchteilen eines Mikrons und mehreren Mikren schwankt. Sie bleiben stets ungefärbt und sind in sehr wechselnder Zahl in der Zelle vorhanden. Es handelt sich hier um eine eigenartige Schwefel- modifikation, die niemals kristallisiert und eine halbweiche, teigige Be- schaffenheit aufweist. Die Schwefeleinschlüsse sind in allen schwefellösenden Reagentien löslich. Im Anschlüsse an die bisher genannten geformten Zellbestandteile soll noch einer Bildung gedacht werden, die Molisch bei den Purpur- bakterien. Rhodocapsa suspensa und Rhodothece pendens fand und die mit der Schwebefähigkeit dieser Bakterien in flüssigen Substraten in ursächlichem Zusammenhang steht. Molisch nannte deshalb diese Bildungen „Schwebekörperchen" oder „Airosomen". Dieselben finden sich in den genannten Purpurbakterien sehr zahlreich der ganzen Länge nach angeordnet, so daß der Zelleib wie zerklüftet oder gekammert aus- sieht. Die Airosomen sind stark lichtbrechend und erscheinen bei Be- obachtung im durchfallenden Licht in rötlicher Farbe. Im auffallenden Licht sind sie dagegen weiß. Sobald auf die Zellen ein Druck ausgeübt wird, verschwinden sie und zugleich verliert die Zelle die Fähigkeit, in der Flüssigkeit zu schweben. Nach den eingehenden Untersuchungen von Molisch handelt es sich dabei nicht um Gasvakuolen, die ebenfalls bei Bakterien zwar beschrieben worden sind, ohne aber wahrscheinlich vor- handen zu sein. Das Plasma samt seinen Einschlüssen ist nun von einer Zellhaut oder 3Iembran allseits umgeben, ohne daß es zu einem festeren Zusammen- hang zwischen der Innenseite der Zellhaut und den oberflächlichen Proto- plasmateilen kommt. Im allgemeinen ist die Zellhaut junger, eben geteilter Bakterien sehr dünn . die älterer Individuen etwas dicker. Man kann sie etwa auf ein Fünfzigstel der Zelldicke schätzen. An ihr sind keine feineren Strukturen zu bemerken. Bei besonders großen Bakterienarten fällt sie ohne beson- dere Präparation schon im lebenden Zustande der Zellen durch ihr großes Lichtbrechungsvermögen auf. Sie läßt sich auch bei den meisten kleinen Bakterienarten dadurch darstellen, daß man den Zellinhalt zur Zusammen- ziehung oder Schrumpfung bringt. Dazu kann man starke Essigsäure oder Jodlösungen in Jodkalium verwenden. Auch in alten Kulturen kann man an abgestorbenen Zellen nach spontaner Selbstverdauung des Zellkörpers sehr oft an solchen leeren Zellen die Haut mit großer Deutlichkeit sehen. Das gleiche gilt für Fälle, in denen der Protoplast infolge äußerer Einflüsse 28 seine Hülle vollständig oder teilweise verläßt. In der Figur 13 sind einige Zellhautbilder zusammengestellt, wie sie beim Spirillum volutans zur Beobachtung gelangen. In A sind (5 Zellen dieses Spirillums dargestellt, die mit starker Essigsäure und nachher zur Sichtbarmachung des ge- schrumpften Protoplasten (ä) mit Jod-Jodkalium behandelt worden waren. Überall sieht man die feine Zellhaut {b), die bei d wie zusammengefallen erscheint. Sie liegt überhaupt selten glatt, wie ausgespannt, sondern weist kleinste Längsfalten auf, wie es durch die Längslinien angedeutet ist, die aber in der Zeichnung noch verhältnismäßig zu grob ausgefallen sind. In B sehen wir optische Schnitte leerer Zellhäute, aus denen der Proto- plast bereits ausgetreten ist. C gibt uns endlich eine Zelle wieder, in der der Plasmakörper gerade auszutreten beginnt. Bei den Kugelbakterien und auch bei den Stäbchenbakterien scheint bei den normalen vegetativen Wuchsformen die Zellhaut all- seits gleich dick zu sein. Die großen Spirillen und wahrscheinlich auch die kleinen Schraubenbakterien machen eine Ausnahme, indem bei ihnen die Membran nicht allseitig dieselbe Dicke aufweist. Am Spirillum volutans kann man beobachten, daß die Zellhaut in den Konkavitäten des Zellkörpers etwa doppelt so dick ist als in ihren übrigen Teilen. Es scheint dieses Verhalten die Schraubenform zu erklären. Wenn wir einen Kautschukschlauch nehmen, der in einer Spirallinie eine Wand- verdickung aufweist, ihn an einem Ende verschließen und dann Wasser einpressen, so nimmt er augenblick- lich die Schraubenform an. Der Innen- druck der Zelle, der ja auch sehr beträchtlich ist, besorgt bei den Schraubenbakterien dasselbe. In der Tat beobachtet man an Spirillum volutans die Erscheinung, daß sich ab und zu in der Ruhe eine Zelle völlig streckt, um mit einem Ruck wieder in die Spirillenform zurückzukehren. Daraus geht auch hervor, daß die Zellhaut wenigstens bei den großen Spirillen sicherlich einen be- deutenden Grad von Elastizität besitzt. Das dürfte übrigens auch bei den übrigen Bakterien der Fall sein. Nach Innen zu ist die Zellhaut stets scharf begrenzt, während sie gegen das umgebende Medium zu häufig etwas verwaschenere Kon- turen aufweist. Bei dem hohen Wassergehalt, den die Bakterien in allen Nährmitteln fordern, ist es nicht verwunderlich, wenn eine Aufquellung der äußeren Membranteile eintritt, wodurch die Unscharfe der äußeren Zellkonturen bei der Betrachtung im lebenden Zustande vollauf ihre Er- klärung findet. Daß hier ein besonderes Außenplasma oder Ektoplasma vorliegt, wie es jetzt zahlreiche Forscher annehmen, ist durchaus nicht erwiesen, ja nicht einmal wahrscheinlich. Wenn es zu einer stärkeren Quellung und Yerschleimung der äußeren Membranpartien kommt, so verkleben die Zellen nach der Teilung und so entstehen eine Reihe von Wuchsverbandformen, die später behandelt werden sollen. pg Zahlreiche Bakterien zeigen die Eigentümlichkeit, unter besonderen Ernährunssbedingungen sehr dicke Zellwände auszubilden, die sehr stark verquellen und mitunter als mächtige Gallerte um die Zellen herum liegen. Wir bezeichnen solche Membranbildungen als Kapseln. Sie werden immer nur unter besonderen Ernährungsbedingungen ausgebildet. Letztere sind wieder für die einzelnen Arten wesentlich verschieden. Gegen das um- gebende Nährsubstrat sind die Kapseln noch ziemlich scharf abgegrenzt. Diese Gallerthüllen können entweder gleichmäßig nach allen Seiten um die Zelle herum abgeschieden werden oder vorwiegend nach einer Richtung, wo- durch eigenartige Bildungen zustande kommen, die in folgender Figur 14 wiedergegeben sind. In /sieht man um die Zellen von Micrococcus tetra- genus homogene Höfe, die in ziemlich regelmäßiger Weise dieselben all- seits umschließen. Die punktierte Zwischenmasse entspricht den Nieder- schlägen des auf- getrockneten und mitgefärbten Nährsubstrates. 2 der Figur 14 gibt uns ein Bild vom Streptococcus mesenterioides, auch Froschlaich- bazillus genannt, einer Kugelbakte- rie,die beim Wachs- tum in zucker- reichen Nährsub- straten kolossale Gallerthüllen aus- bildet, die in der Zeichnung hell- grau angedeutet sind. Auch hier wird die Kapsel um Fig. 14. gleichmäßig die Zelle herum ausgeschieden, ja zeigt uns die Bakterie ohne Kapsel, wie sie in zuckerfreien Nährböden wächst. In j der Figur 14 gewahren wir eine Abbildung der von Famintzin untersuchten Newskia ramosa (nach einer Zeichnung von Migula in Lafars Handbuch der technischen Mykologie, Band I, 2. Kapitel). Die kleinen kugeligen Bak- terien bilden hauptsächlich nach einer Seite Gallerte, so daß ein ganzer Gallertstock entsteht, an dessen Astspitzen sozusagen die Bakterien sitzen. In -f dieser Figur ist eine Kette von 4 Anthraxbakterien (schwarz) mit ihren verhältnismäßig zarten Kapseln (grau) abgebildet. Um diese Stäbchen- bakterie wird die Kapsel ebenfalls gleichmäßig dick ausgebildet. Anders verhält sich die Kapsel des sogenannten Bacterium vermiforme, von dem ein Zellfaden in 5 der Figur 14 zur Darstellung gebracht ist (eben- falls nach Migula in Lafars Handbuch gezeichnet). Diese Bakterienart, die sich im englischen Sommerbier „Gingerbeer plant" findet, bildet in älteren Entwicklungszuständen die Gallertmassen in Form einseitig an- 30 sitzender, vielfach gelappter Anhängsel wie es die Abbildung zeigt. Um die Jüngern Zellen herum ist die Kapsel gleichmäßig ausgebildet. Im Anschluß an die sogenannten Gallertbildungen müssen die Scheiden der Fadenbakterien erwähnt werden. Es gibt zahlreiche Bakterien, die dadurch charakterisiert sind, daß ihre vegetativen Zellen eine mehr oder minder dicke Scheide ausbilden, in der weiterhin die Ver- mehrung statthat. Die Scheiden erhärten in der Folge meist derart, daß sie selbst nach dem Tode der innewohnenden Zellen noch lange Zeit hin- durch erhalten bleiben. Vielfach behalten sie aber auch eine weiche Be- schaffenheit bei. In ihnen wird bei vielen Arten Eisen als Eisenoxyd- hydrat gespeichert, so daß sie eine braunrote Farbe erhalten. Man ver- eint alle Fadenbakterien, in deren Scheiden Eisen aufgesammelt wird, in ■der physiologischen Gruppe „Eisen bakterien". Wir sehen in der Abbildung 15 Fäden von drei Eisenbakterien (Molisch) abgebildet. Cladothrix dichotoma bildet meistens eine dünne Scheide aus, Clonofrhrix ferruginea. Chlamydothrix ochracea. Fig. 15. die aber aus einer dichten, wasserwarmen und mehr festen Gallerte besteht und den Zellfaden wie eine Röhre umschließt. Ähnliches sehen wir auch bei Clonothrix ferruginea und Chlamy- dothrix ochracea, die ebenfalls als Beispiele für Scheidenbildungen in Figur 15 wiedergegeben sind. Dort, wo die Zellen anliegen, er- weist sich die Scheide als weicher, sodaß eine Ver- schiebung der Bakterien in den Scheiden leicht zustande kommt. In diesen Scheiden müssen wir Ablagerungen erblicken, die durch die Tätigkeit der Zellen selbst gebildet werden. Jedenfalls werden Kapsel- und Scheidenbildungen nicht als besondere Abwehr- und Schutzvorkehrungen des Organismus zu betrachten sein, da gegen eine solche Auffassung eine große Menge von Erscheinungen bei der Kapselbildung spricht. Es geht überhaupt nicht an, in allen Ein- richtungen und Lebensäußerungen eines Organismus nur zweckmäßiges zu sehen und solches hineinzulegen. Der den Organismen innewohnende Gestaltungstrieb äußert sich in der Bildung mannigfacher Einrichtungen unabhängig von einem besonderen Nutzen oder Schaden derselben für die Zelle. Im Anschluß an die bereits genannten, geformten Zellbestandteile der vegetativen Bakterienzelle müssen noch diejenigen Einrichtungen be- sprochen werden, welche der Eigenbewegung von Mikroorganismen dien- lich sind. Bei der Untersuchung von Bakterien im hängenden Tröpfchen gewahrt man zahlreiche Arten, die mit mehr oder minder großer Ge- schwindigkeit unter Beschreibung verschiedener Bewegungsbahnen aktive Ortsveränderungen vollführen. In allen Fällen mit wenigen Ausnahmen, — 31 — die Schwefelbakterien betreffen, werden diese Bewegungen der Bakterien durch besondere Organellen ausgeführt, die man als Bakteriengeißeln bezeichnet. Man spricht auch von Geißelfäden, die in verschiedener Anzahl und Anordnung sich an der Zelle finden. Die Fädchen sind so zart, daß sie an dem lebenden Objekt während der Bewegung wenigstens bei allen kleinen Bakterien unsichtbar bleiben. Nur an den großen Schraubenbakterien sieht man sie ab und zu gleichsam aufblitzen, wenn sie sich zu einem Bündel zusammengelegt haben. Mit Hilfe der Dunkel- feldbeleuchtung gelingt es aber leicht, auch an den meisten kleineren Bakterien die Geißeln in der Bewegung zu beobachten. Allerdings sieht man in diesem Falle nicht die einzelnen Geißelfäden, sondern einen dickeren Geißelstrang. Auch im Dunkelfeld kann man die einzelnen Geißelfäden nur an den großen Spirillen unmittelbar sehen Nach den interessanten Untersuchungen Reicherts über die Sichtbarmachung der Geißeln über- haupt und besonders mit Hilfe der Dunkelfeldbeleuchtung ergeben sich ge- wisse Fundamentalgesetze, die die Natur dieser Gebilde ebenfalls näher beleuchten. Bei der Sichtbarmachung der Geißeln sind darnach die osmo- tischen und optischen Verhältnisse des Aufschwemmungsmittels voll- ständig bedeutungslos, während dafür die chemischen Eigenschaften desselben ausschlaggebend sind. Im allgemeinen befördern die Salze und Säuren die Sichtbarmachung, während dazu die starken Basen über- haupt unbrauchbar sind. Die Nichtelektrolyten erweisen sich in der Regel als nur wenig wirksam. In Kolloiden, Gummi, Leim usw. sind besonders die Bazillengeißeln gut darstellbar. Die Wirkung der hier in Frage kommen- den Elektrolyten, Schwefelsäure, Salzsäure usw. und deren Salze folgt dabei ähnlichen Gesetzen, wie sie für die Ausfällung von Hydrosolen und Suspensionen durch Elektrolyte gefunden worden sind. Bekanntlich ver- laufen dieselben immer mit einer Adsorption, was auch hier für die Sicht- barmachung von ausschlaggebender Bedeutung sein dürfte. Auch das Zusammenlagern der Einzelgeißeln in Geißelzöpfen während der Bewegung fördert sehr die Möglichkeit des Sichtbarwerdens, da selbst beim Vorhandensein zartester Geißelfäden die Geißelpakete immer noch Dimensionen annehmen, die mikroskopisch gesehen werden können, wenn auch die einzelne Faser submikroskopische Abmessungen aufweist. Beim Tode der Bakterien lösen sich die Geißelzöpfe nur in elektrolyt- freien Medien wieder in die Einzelgeißeln auf, während bei der Anwesen- heit von Elektrolyten eine Entfaltung nicht verfolgt. Die Zopfbildung ist besonders in zähflüssigen Substraten gut ausgebildet, weshalb bei der Darstellung der Geißeln im Dunkelfeld die kleinen Bakterien in Flüssigkeiten, wie beispielsweise lproz. Gelatinelösung, aufgeschwemmt werden müssen. An getöteten Bakterien werden die Geißeln durch besondere färbe- rische Verfahren zur Ansicht gebracht, wobei aber auch bei der Vor- behandlung der Präparate nach den eben gegebenen Andeutungen zu verfahren ist. Dann ist noch zu bedenken, daß die Geißeln in allen ge- färbten Präparaten sehr verdickt erscheinen. Die P'orm der Geißeln ist auch in solchen Präparaten von getöteten Zellen mitunter wesentlich anders als im lebenden Zustande — 32 — Ganz allgemein kann man die Geißeln als feine, fädige Protoplasmaanhänge von verschiedener Länge und Dicke defi- nieren. In Bezug auf die Länge und Dicke herrscht bei den einzelnen Arten eine gewisse Konstanz insofern, als man Durchschnittszahlen zu- grunde legt. Bei den Bakterienarten mit mehreren Geißelfäden sind diese untereinander keineswegs gleich, sondern weisen hauptsächlich bezüglich der Länge Differenzen auf. Es scheinen die jüngsten Geißelfäden die kürzesten zu sein. Die Dicke der Geißeln ist bei den verschiedenen Bakterienarten ebenfalls verschieden und ziemlich unabhängig von der Größe der Bakterienart. Im allgemeinen besitzen diejenigen Bakterien- Fie. 16. arten dünnere Geißelfäden, die Geißeln in größerer Anzahl aufweisen. Die absolute Dicke der Geißeln weist Abmessungen auf, die weit unter Zehnteln eines Mikrons liegen. So messen die einzelnen Geißelfäden von Spirillum volutans 0,02 — 0,05 /u in der Dicke. Die Ansatzstellen der Geißeln an den Bakterienzellen zeigen nun eine Gesetzmäßigkeit. Wenn nur ein Geißelfaden ausgebildet wird, dann sitzt derselbe bei den Stäbchenbakterien immer an einem Pole der Zelle. Bei den Kugelbakterien kann natürlich von einer polaren Be- geißelung nicht gesprochen werden. Man bezeichnet nun alle Bakterien- arten, die nur eine Geißel in der Regel ausbilden, als monotrich be- geißelt. Man findet solche sowohl bei den Kugel-, als auch bei den Stäbchen- und Schraubenbakterien. In der Figur 16 sehen wir in / und 2 monotrich begeißelte Kugelbakterien abgebildet; / entspricht einer Nitroso- — 33 — monas (Nitritkugelbakterie) aus javanischer Erde mit kolossal lang ausge- bildeter Geißel (nach Winogradsky) und 2 dem Micrococcus grossus nach Ellis. In 4 sehen wir als Beispiel einer monotrich begeißelten Stäbchenbakterie den Nitritbazillus aus Züricher Erde, ebenfalls nach Winogradsky. Hier sitzt die Geißel an einem Pole des eiförmigen Bakteriums. Endlich in // dieser Figur ist als Beispiel für ein monotrich begeißeltes Spirillum der Vibrio der asiatischen Cholera abgebildet, der in der Regel auch nur eine Geißel an einem Pole trägt. Wenn Bakterienarten mehrere Geißeln besitzen, dann sind bezüglich der Verteilung derselben am Zellkörper zwei Fälle zu beobachten. Ent- weder gehen sämtliche Geißeln von einem Punkte der Zelle aus oder die Geißeln sind über den ganzen Körper mehr oder minder gleichmäßig verteilt. Im ersteren Falle, der nur bei Stäbchen- und Schraubenbakterien zur Beobachtung gelangt, spricht man von büscheliger oder lophotricher Begeißelung, in letzterem von peritricher Be- geißelung. Manche lophotrich begeißelten Bakterienarten besitzen Büscheln von nur wenigen Einzelgeißeln, wieder andere dagegen von sehr vielen. Das Geißelbüschel sitzt in der Regel an einem Zellpole also ter- minal. Eine Ausnahme davon finden wir bei einer gekrümmten Bakterie, die sich fast immer im Zahnbelag des Menschen findet. Sie ist mit ihrem Geißelbüschel, das in der Konkavität des Zellkörpers zu entspringen scheint, in 14 der Figur 16 abgebildet. Häufig findet man noch bei monotrich und lophotrich begeißelten Stäbchen- und Schraubenbakterien die Be- zeichnung amphitrich. worunter eine Begeißelung an beiden Polen der Zelle gemeint ist. Die junge oder ältere ruhende Zelle trägt, sofern sie überhaupt lophotrich begeißelt ist, immer nur das Büschel an einem einzigen Pole. Erst während der Teilung wird am zweiten Pole ein zweites Büschel ausgebildet, so daß in jüngeren Teilungsstadien eine doppelpolige Begeißelung vorgetäuscht wird. Außer der bereits erwähnten Abbildung 14 der Figur 16 zeigen uns noch j, 6, 12 und ij lophotrich begeißelte Stäbchen- und Schrauben- bakterien. 5 entspricht der Pseudomonas cerevisiae mit einem aus vielen Fäden bestehenden Geißelbüschel, 6 der Pseudomonas derma- togenes mit nur 3 — 4 endständigen Geißeln. 12 zeigt oben eine Zelle von Spirillum volutans mit einem entfalteten Geißelbüschel von 19 Einzelfäden und unten mit nur einem dicken Geißelzopf, entstanden aus den früher genannten Einzelgeißeln. In 13 dieser Figur sehen wir eine Zelle einer fluoreszierenden Schraubenbakterie mit einem Büschel von 4 Geißelfäden abgebildet. An den zu Zöpfen vereinten Einzelgeißeln er- scheint das Ende derselben oft aufgefasert. Diese Auffaserung trifft aber niemals den einzelnen Geißelfaden, der stets in seiner ganzen Länge gleichmäßig dick und ungeteilt ist. Das gilt ausnahmlos für alle Bak- teriengeißeln. Eine peritriche Begeißelung findet sich nur bei Kugel- und Stäbchenbakterien. Die Anzahl der um den Körper angeordneten Geißeln bei den einzelnen Bakterienarten ist sehr verschieden, aber für die Individuen einer Art innerhalb gewisser Grenzen konstant. In den Figuren j und 7 bis 10 der Abbildung 16 sind peritrich begeißelte Bak- terien wiedergegeben, j entspricht der Sarcina aurescens, einer Kugel- bakterie, die 6 lange Geißelfäden trägt (nach Ellis). In 7 ist der Fuhrmann, Mykologie. 3 34 Verkürzt gezeichnet. Geisseizopf. ßlepharoplast. Pias Bacillus coli, ein Darmbewohner, mit 5 Geißeln wiedergegeben. 8 zeigt uns links eine einzelne Zelle und rechts einen Zellfaden von Bacillus subtilis, dem weitverbreiteten Heubazillus. Er besitzt schon mehr Geißeln als die vorgenannte Art. Gewöhnlich noch mehr Geißeln weist der Er- reger des Unterleibstyphus, der Bacillus typhi auf, der hier mit 14 Geißeln abgebildet ist. Noch viel mehr Geißeln besitzt der Starrkrampf- bazillus. Bacillus tetani. den uns w vorführt. Die einzelnen, sehr feinen und langen Geißeln, die in sehr großer Zahl vorhanden sind, zeigen die Neigung zu Zopfbildungen. Solange man nur auf die Untersuchung der Geißeln im gefärbten Zustande an der toten Zelle angewiesen war. konnte man sich allerdings eine Vorstellung von der Zahl und Verteilung der Geißeln machen, nicht aber vom feineren Bau und dem Zusammenhang derselben mit der Zelle. Erst durch die Anwendung der Beobachtung im Dunkelfelde, wo diese feinen Gebilde selbstleuchtend werden, wird es möglich, auch in die letztgenannten Verhältnisse einen Einblick zu gewinnen. Nur so können wir die Form der lebenden Geißel studieren, denn die zur Darstellung derselben angewendeten Elektrolyt- lösungen sind so verdünnt, daß sie die Zelle nicht mein- schädigen. Unter diesen Verhältnissen untersucht, zeigt es sich, daß die Form der Geißeln verschieden ist nach dem Bewegungszu- stande. Während der Bewegung legen sich die •Einzelgeißeln zu einem Geißelzopf zusammen, den wir kurz- weg primären Geißelkopf nennen wollen. Derselbe weist eine be- stimmte K i' ü m m u n g auf, die natür- lich auch den Einzelgeißeln zukommt. Dieselben sind im primären Geißel- zopf auch keineswegs verflochten, sondern nur aneinander gelagert. Beim Aufhören der Bewegung entfaltet sich der Geißelzopf in der Regel und die Geißeln nehmen die „Ruheform" an. Diese Formenveränderungen beweisen zugleich eine gewisse Weichheit und Schmiegsamkeit der Geißel- fäden. Beim plötzlichen Abtöten der Zellen erhält man meist die „Be- wegungsform", da zur Entfaltung keine Zeit ist. Bei der langsamen Ein- wirkung verdünnter Morphiumlösungen oder Jodlösungen findet eine Streckung der Geißeln statt. In der vollen Bewegung weisen alle Geißeln Schraubenformen auf, die rechtsgewunden sind. Bei den einzelnen Arten besitzen die Windungs- nöhen und -Durchmesser verschiedene Größe. Aus der Gestalt der in Bewegung befindlichen Geißelzöpfe kann man auf diejenige der Einzel- geißeln schließen. Beim Absterben werden die Schraubenwindungen ge- wöhnlich flacher oder die Geißeln strecken sich vollends. Bei der Be- Schema der Beqeisselung von Spirillum volur. Fi". Vi 35 wegungseinstellung kann man entweder ein Flacherwerden oder mitunter auch ein Steilerwerden der Geißelwindungen beobachten. Eine feinere Struktur der Einzelgeißeln ist bei den kleinen Bakterien nicht nachweisbar. Werden die Bakterien in sauren Salzlösungen oder in sehr verdünnten Säuren aufgeschwemmt, so sieht man Körnchen längs des Geißelfadens auftreten, während die Geißel kürzer wird. Man kann die Erscheinung mit einem Zusammenschmelzen der Geißelsubstanz vergleichen. Auch an den Geißeln der großen Spirillen ist an dem freien, von der Zelle abstehenden Geißelteil keine Struktur zu beobachten. An diesen Formen gelingt es aber, den Zusammenhang zwischen der Geißel und dem Zellinneren zu beobachten. Ein ausgezeichnetes Objekt dafür ist das Spirillum volutans. Hier kann man schon nach einfacher Jodbehandlung sehr deutlich in vielen Fällen unmittelbar einen feinen Verbindungs- faden zwischen den außen befindlichen Geißeln und dem Zellinnern wahrneh- men, wie es schema- tisch in Figur 17 abgebildet ist. Innen mündet dieser Faden in ein kleines Knöpf- chen, das aus chro- matischer Substanz zu bestehen scheint, wie die färberischen des- Wir haben hier also eine ähnliche Bildung, wie sie andere zilien- tragende Zellen als Bewegungszentrum aufweisen und die man als Blepharo- plast bezeichnet. Fig. 18. Wenn diese Be- obachtungen an Spirillum volutans auch nicht ohne weiteres auf alle geißeltragenden Bakterien verallgemeinert werden dürfen, so ist es doch sehr wahrscheinlich, daß der Geißelapparat auch bei allen anderen Arten im wesentlichen ähnlich oder gleich ausgebildet ist. Schon lange ist die Erscheinung bekannt, daß besonders in älteren, aber auch in ganz jungen Kulturen sich neben den geißeltragenden Bakterien freie Geißelzöpfe vorfinden, die mitunter ganz ungeheuerliche Ausdehnungen annehmen. In Figur 18 ist ein solcher Geißelzopf bei LOOOfacher Vergröße- rung photographiert. Wir können zur Stunde die näheren Bedingungen noch nicht genügend, die ein Abreißen und Zusammentreten der Geißeln zu solchen „sekundären Zöpfen" veranlassen. Jedenfalls müssen äußere Bedingungen die Oberfläche der einzelnen Geißelfäden in der Weise ver- ändern, daß sie eine etwas klebrige Beschaffenheit bekommen, dann von Erscheinungen selben zeigen. 36 mehreren und vielen Individuen aneinander haften bleiben und durch die Bewegung der Bakterien ineinander verflochten werden. Beim vorüber- schwimmen der einzelnen Bakterien können unter den eben genannten Bedingungen einzelne Geißeln derselben ver- kleben und durch das auseinanderzerren und ziehen zusammengedreht werden. Schließlich reißen die gefangenen Geißeln ab und die Zelle schwimmt mit den noch frei übrig bleibenden Geißeln davon. Man sieht ja häufig an solchen Zöpfen verfangene Zellen, wie es in Figur 18 a an Spirillum volutans wiedergegeben ist, das durch Morphinisierung künstlich zur Bildung „sekundärer Zöpfe" gereizt worden ist. Hier sieht man auch , daß die im Zopf vereinten Geißeln schon eine stark gequollene Beschaffen- heit aufweisen. Die Geißeln haften übrigens sehr fest an der Bakterienzelle und halten einen recht be- trächtlichen Zug aus, ohne abzureißen, wie es aus Beobachtungen an lebendem Materiale hervorgeht. Da sieht man häufig mit der Geißel hängengebliebene Zellen sehr heftig Fig. 18a. zerren, ohne daß es zu einem Abreißen kommt. Literatur zur Vorlesung II und III. Gaidukow, N.. Dunkelfeldbeleuchtung und Ultramikroskopie. Jena 1910. Hansen, E. Chr., Gesammelte, theoretische Abhandlungen über Gärungsorganismen. Herausgegeben von A. Klöcker. Jena 1911. Pavillard, J., Etat actuel de la Protistologie vegötale Progressus rei botanicae, Bd. 3, S. 474, 1910. Hier reiche Literatur über Struktur der Bakterien. Migula, W„ Allgemeina Morphologie, Entwicklungsgeschichte, Anatomie und Systematik > der Schizomyceten. Lafar's Handbuch der technischen Mykologie, Bd. 1, S. 29. Meyer, A., Praktikum der botanischen Bakterienkunde. Jena 1903. Molisch, H., Zwei neue Purpurbakterien mit Schwebekörperchen. Botanische Zeitung, I. Abt., Bd. 64, S. 223, 1906. Ders., Die Eisenbakterien. Jena 1910. Fuhrmann, F., Die Geißeln von Spirillum vollutans. Zentralbl. f. Bakt., II. Abt., Bd. 25, S. 129, 1910. Reichert, Über die Sichtbarmachung der Geißeln und die Geißelbewegung der Bakterien. Zentralbl. f. Bakt., I. Abt., Orig., Bd. 51. S. 65, 1909. VIERTE VORLESUNG Teilung, Vermehrung und Bildung von Dauerformen bei Bakterien. * v. \ V | | ^ Im allgemeinen erfolgt die Teilung bei den Bakterien durch Spaltung, das heißt durch Einfügung einer Querwand. Diesem Ver- halten entsprechend bezeichnet man alle Bakterien auch als Spaltpilze oder Schizomyceten. Bei allen Stäbchen- und Schraubenbakterien steht diese Teilungswand senkrecht auf der Wachstumsrichtung oder Achse dieser Organismen. Die Teilung vollzieht sich entweder nach einer in bestimmter Weise eingetretenen Formveränderung der Zelle oder wie bei vielen Kugelbak- terien ohne jede voraufgehende Änderung der Gestalt. Bei allen Teilungen der vegetativen Bakterienzelle ist der Vorgang der Ausbildung der Teilungs- wand im Prinzip gleich. Der ganze Verlauf der Teilung von Stäb- chen- und Schrau- benbakterien spielt sich im allgemeinen etwa folgendermaßen ab. Die sich zur Teilung anschickende Zelle verlängert sich Fig. ll) durch gleichmäßiges Wachstum nach beiden Richtungen der Längsachse etwa um ein Drittel oder bis auf die doppelte Länge. Während dieser Verlängerung haben sich ungefähr in der Zellinitte zwei kleine, körnige exzentrisch gelegene Gebilde herausdifferenziert, die in unmittelbarer Beziehung zur Membran- bildung stehen. Meistens erscheinen dieselben durch einen feinen Faden verbunden. Sie dürften übrigens durch Teilung aus einem Korn hervor- gegangen sein, da in vielen Fällen nur ein Korn zu beobachten ist, von dem ein feiner Ausläufer zur Wandanlage geht. Dann bildet sich die Querwand aus, die bei der nun folgenden Lostrennung der Tochterzellen in zwei Teile gespalten wird, womit die Teilung des Stäbchens beendet er- scheint. In der Figur 19 sind die Teilungsverhältnisse von Stäbchen- und Schraubenbakterien schematisch wiedergegeben, wie sie nach den verschie- denen Beobachtungen von Rüzicka, Guiliiermond und anderen zu herrschen scheinen. Unter sehr günstigen Ernährungsbedingungen, die eine sehr rasche Aufeinanderfolge der Teilungen zur Folge haben, ent- stehen die Querwände für die Teilungen der Tochterzellen, bevor diese voll ausgebildet sind und die normale Größe erreicht haben. So müssen wir uns übrigens die verkürzten Teilungsprodukte bei forzierter Teilung entstanden denken. 38 — Bei den Kugelbakterien geht die Teilungsebene immer durch den Mittelpunkt der Zelle. Im übrigen findet die Wandbildung nach dem oben beschriebenen Modus statt. Die nach der Teilung frei werdenden Tochterzellen nehmen alsbald die Kugelgestalt an und wachsen zur normalen Größe heran. Hier herrscht in bezug auf die Lage der Teilungsebene in den aufeinanderfolgenden Teilungen bei den verschiedenen Arten eine Gesetzmäßigkeit, durch die das Auftreten von ganz bestimmten Wuchs- verbänden bedingt wird, sofern durch Verquellung der Zellwände die Teilungsprodukte an einander längere Zeit haften bleiben. Diese Wuchs- verbände sind bis zu einem gewissen Grade als artcharakteristische Merk- male aufzufassen und werden auch bei der Aufstellung der Bakteriensysteme meist verwertet. Da durch den Kugelmittelpünkt unzählig viele Ebenen gelegt werden können, so wird bei den Kugelbakterien die Möglichkeit vorhanden sein, daß sich die einzelnen Zellen nach Ebenen teilen, die eine beliebige Richtung im Räume besitzen. Wechseln diese Richtungen bei allen folgenden Teilungen und bleiben die Tochterzellen aneinander haften, so müssen unregelmäßige Wuchsverbände entstehen, die mit Trauben gut zu ver- gleichen sind. Man bezeichnet dementspre- chend auch alle jene Kugelbakterien, die sich nach dem genannten Typus teilen, als Trau- ben kugelbakterien. Traubenko.kken oder Staphylokokken. Wesentlich anders sind die Wuchsverbände geartet, wenn die Bak- terien beiallenTeilungen von Ebenen durch- schnitten werden, die zueinander parallel stehen. Wenn dann durch Verklebung der Zellen Wuchsverbände entstehen, müssen diese eine reihenartige Anordnung der Glieder aufweisen. Man bezeichnet solche Wuchsverbände als Kugelketten und alle Bakterien, die sich in diesem Sinne teilen, als Kettenkugel- bakterien oder Streptokokken. In Figur 20 ist das Photogramm eines Modelies solcher Bakterien abgebildet. Wir sehen ganz links eine einzelne Kugelbakterie, an der die mit e bezeichnete weiße Linie die Teilungsebene markiert. Nach der Teilung entstehen 2 Tochterzellen, an denen wieder durch die weißen Linien e die Teilungsebenen angedeutet sind, die zu der- jenigen des ersten Kokkus parallel stehen. Nach der Teilung sind 4 Zellen vorhanden. Dies wiederholt sich ständig fort, wodurch eben kettenartige oder rosenkranzförmige Verbände entstehen, wie wir einen in der Figur 20 unten abgebildet erblicken. Wenn sich nun Kugelbakterien abwechselnd nach zwei Richtungen des Raumes teilen, die aufeinander senkrecht stehen, so müssen Verbände entstehen, welche in einer Ebene liegen. Die Figur 21 illustriert, nach einem Modell photographiert, diesen Teilungstypus. Links liegt die Aus- gangszelle, die sich entsprechend der weißen Linie teilt. Die dabei her- Fia 39 Fig. 21. a entspricht der wenn Mutterzelle, vorgegangenen zwei Tochterzellen in der Mitte der Figur teilen sich nun in einer auf die erste Teilungsebene senkrecht stehenden Richtung, wie es wieder die beiden weißen Linien andeuten. Es müssen nach vollzogener zweiter Teilung vier Zellen in einer Ebene liegen. Bei weiteren Teilungen und haftenbleibenden Tochterzellen entstehen tafelförmige Wuchsver- bände, die auch Merismopedia genannt werden. Bei kleineren Wuchs verbau den spricht man auch von Tetrakokkus und Tetraden. Noch anders sehen die Wuchs- verbände aus. wenn die aufein- anderfolgenden Teilungen in drei aufeinander senkrechten Raumrichtungen erfolgen, wie sie in Figur 22 dargestellt sind. In Figur 23 sehen wir die Entstehung eines Wuchsverbandes die Teilungen nach diesem Typus erfolgen, die sich entsprechend der weißen Linie teilt. Die beiden Tochterzellen b teilen sich dann senkrecht auf die frühere Teilungsrichtung wieder entsprechend den beiden weißen Linien. Die beiden ersten Teilungen erfolgen also genau nach dem unmittelbar früher ge- schilderten Typus. Die Teilung der entstan- denen vier Teilprodukte c geschieht nun in der auf den beiden ersten Richtungen senk- recht stellenden Ebenen, die durch die Fläche des Papieres gegeben ist. So entsteht ein Wuchsverband von warenballenartiger Form. Man bezeichnet deshalb die sich nach diesem vierten Typus teilenden Kugelbakterien auch als Sarzinen. Hei allen Stäbchenbakterien. Schraubenbakterien und Scheiden bakterien findet die Teilung immer senkrecht zur Wachstums- richtung statt. Naturgemäß können daher nur Faden- und Kettenverbände bei ihnen entstehen, sofern die Teilungsproduktenach der Spal- tung durch Kapselbildungen oder Membranverquellungen im Zusammenhange verbleiben. EineLängsteilung,parallel zur Wachstunisrichtung, konnte bei ihnen nicht mit Sicherheit festgestellt werden. Bei den Fadenverbänden kann man im allgemeinen eben- sowenig einen Unterschied an beiden Enden wahrnehmen, also etwa Basis und Spitze unterscheiden, wie an den einzelnen Stäbchen. Nur diejenigen Fadenbakterien, bzw. die Fädchen solcher, lassen einen Unter- schied zwischen Basis und Spitze erkennen, welche seßhaft sind. So setzt Fig. 22. 8UWt Fig. 23. — 40 — sich der Faden von Cr.enothrix polyspora an Steinen, Blättern und dgl. im Wasser mit einem Ende fest, während der übrige Faden frei in der Flüssigkeit hängt. Die Zellen an der festsitzenden Basis sind schmäler als die der Spitze, weshalb der Faden an der Spitze häufig breiter ist als an der Basis. Wenn die Bakterien sich in einer Flüssigkeit entwickeln und eine Verquellung und Verschleimung der äußeren Membranteile erfolgt, so werden große Wuchsverbände ausgebildet, die schon mit freiem Auge sichtbar sind und in denen die Zellen in einer gemeinsamen homogenen Maße eingebettet erscheinen. Mit Colin bezeichnen wir derartige Bil- dungen als Zoogloeen. Hierher gehören auch die feinen Häute und Überzüge auf Flüssigkeiten, die sehr schön vom Heubazillus (Bacillus subtilis) ausgebildet werden. Sie sind schon mit freiem Auge als dünne, zarte, irisierende Häute zu bemerken, die die ganze Wasseroberfläche in gleichmäßiger Schichte überziehen. Besonders gut sind solche Zoogloeen auch bei den Essigbakterien ausgebildet, wenn sie in Flüssigkeiten ge- zogen werden. Hier sind sie aber derber und dicker. Der Ausbreitung der Bakterien in Flüssigkeiten stellen sich keine besonderen Hindernisse entgegen. Anders ist es aber, wenn sich Bak- terien in der Tiefe oder an der Oberfläche von Gallerten vermehren. Hier können sich auch die beweglichen Bakterienarten nur wenig von der Stelle bewegen. Außerdem setzt selbst die weichste Gallerte schon sehr große Hindernisse entgegen. Die Zellen sind zur Bildung von Zu- sammenlagerungen gezwungen. Trotzdem sie räumlich beieinander bleiben, bewahrt jede Zelle in diesem Verbände ihre Selbständigkeit. Auch beim Wachstum der Bakterien auf durchfeuchteten festen Körpern liegen die Verhältnisse ähnlich. Wir bezeichnen Bakterienzusammenlagerungen in oder auf Gallerten und auf festen Nährsubstraten, sofern sie sich aus einer Zelle oder nur wenigen Individuen entwickelt haben, ganz allgemein als Bakterienkolonien. Dieselben sind in jugendlichem Zustande winzig klein und werden dann , .mikroskopische Kolonien" genannt, aus denen durch weiteres Wachs- tum die schon mit unbewaffnetem Auge gut wahrnehmbaren „Riesen- kolonien" hervorgehen. Die Kolonien sind also aus Individuen derselben Art hervorgegangen. In der Kolonie selbst sind die einzelnen Zellen gleich- wertig und selbständig, einerlei, ob sie durch Ausbildung von Gallert- hüllen und Schleim in einem innigeren Zusammenhang stehen oder ob sie einfach nur nebeneinander liegen. Die Form dieser Kolonien ist außerordentlich verschieden und hängt von äußeren Bedingungen und inneren Ursachen ab, die in der Zelle selbst liegen. Unter völligem Gleichbleiben aller äußeren Bedingungen kann die Kolonieform als ziemlich konstant gelten und dann auch zur Unterscheidung der verschiedenen Arten bis zu einem gewissen Grade verwertet werden. Allerdings sind die Kolonieformen verschiedener Bak- terienarten in vielen Fällen einander sehr ähnlich und außerdem ist die Einhaltung gleicher äußerer Umstände außerordentlich schwierig. Wesentlich für die Kolonieform ist die Konsistenz, und bei ober- flächlichen Kolonien, die physikalische Beschaffenheit der Oberfläche des Nährsubstrates. Wenn auch die Oberfläche einer (ielatine-, Agar- oder — 41 — Kieselsäuregallerte glatt aussieht, so erweist sie sich bei genauer mikro- skopischer Untersuchung als rauh und voll von Vorspringen und kleinen Fremdkörpern. Die Konsistenz wird bedingt sein vom Wassergehalt, der Temperatur und bei Gelatine und Agar noch überdies von der Reaktion. So bildet Vibrio aquatilis fluorescens, eine Schraubenbakterie, welche einen fluoreszierenden Farbstoff erzeugt, auf neutraler Nährgelatine mit 10 Proz. Gelatinegehalt innerhalb von 48 Stunden bei einer Temperatur von 20° C Kolonien von der Form, wie sie in der Figur 24 bei b abgebildet ist. Setzt man dem Nährboden Sodalösung zu, bis er ziemlich stark alkalisch ist, sind trotz Einhaltung aller anderen Bedingungen die Kolonien ganz anders geformt und viel kleiner, wie es a der Figur 24 zeigt. Wieder anders ist das Bild, wenn die Nährgelatine sauer reagiert; dann erhalten wir wieder eine andere Form der Oberflächenkolonien entsprechend c der Figur 24. Weiters wird die Koloniebildung noch dadurch beeinflußt, daß während des Wachstums der Bakterien eine Veränderung des galler- tigen Nährbodens auftritt, sofern es sich nicht um eine Gallerte handelt, die nur als Vehikel für eine Nährlösung dient, wie beispielsweise Kiesel- säure. Es produzieren nämlich sehr viele Bakterien Stoffe, die außer- hallt der Zelle erweichend und lösend auf Gelatine und auch Agar wirken. Fig. 24. die ja zum Studium der Kolonieformen meistens Verwendung finden. Diese Änderung der physikalischen Eigenschaften der genannten Gallerten üben ebenfalls einen großen Einfluß auf die Koloniebildung aus. Die Kolonieform ist aber auch beeinflußt durch eine Reihe innerer Momente, von denen die Art und Geschwindigkeit der einzelnen Teilungen ausschlaggebend sind. Wir wollen die Verhältnisse bei der Koloniebildung unter Zugrunde- legung von Gelatine als Nährboden kurz erörtern, da sich die meisten Koloniebeschreibungen von Bakterien auf Kolonien beziehen, die eben auf den verschiedenen Nährgelatinen zur Beobachtung und Untersuchung gelangten. Hutchinson hat zwar seine eingehenden Studien über den Bau und die Bildung der Kolonien von niederen Pilzen an Material an- gestellt, das auf oder in Agargallerte wuchs. Im Grunde genommen sind die Ergebnisse aber nicht besonders abweichend. Je nachdem sich die Kolonie in der Tiefe oder auf der Oberfläche ausbildet, sprechen wir von tiefliegenden oder oberflächlichen Ko- lonien (auch Oberflächenkolonien). Wenn in verflüssigter Gelatine Bakterien gleichmäßig verteilt werden und die Gelatine dann in dünner Schicht in einer Schale rasch zur Er- — 42 starrung gebracht wird, werden die einzelnen Bakterien dort in der Gallerte gefangen, wo sie sich eben vor der Erstarrung befunden haben. Auch die sehr gut eigenbeweglichen Arten können sich nicht nennenswert von der Stelle rühren, wenn nicht zu dünne Gallerten verwendet werden. Schon in einer Gallerte mit 4 Proz. Gelatine bei Zimmertemperatur ist eine spontane Ortsveränderung der eingesäten Zellen ausgeschlossen. Nun vermehren sich in der Gallerte die Bakterien. Die entstehenden Kolonien werden meist eine kugelige, wetzsteinartige oder scheibenförmige Gestalt aufweisen. Die größte Ausdehnung dieser Gebilde wird sich immer dort finden, wo sich der geringste Widerstand den bei der Teilung sich auseinander- schiebenden Zellen entgegenstellt. Bei denjenigen Arten, die sehr sauer- stoffliebend sind, wird ein Bestreben herrschen, der Oberfläche zuzu- wachsen, da hier eine stärkere Durchlüftung der Gallerte erfolgt. Im allgemeinen zeigen die sich nach allen Richtungen teilenden Kugelbakterien kugelige, tiefliegende Kolonien. Bei den Stäbchen findet man kugelige bis scheibenförmige Kolonien in der Tiefe. Das gleiche gilt von den Schraubenbakterien. Weiters kann man auch Gebilde finden, bei denen ein mehr kugeliger Kern zahlreiche feinste Ausläufer in die umgebende Gallerte entsendet. Für diese Erscheinung dürfte eine Erweichung des umgebenden Nährsubstrates die Ursache sein, hervorgebracht durch nach außen abgegebene, leimlösende Stoffe (Enzyme). Da in jeder Gallerte an den verschiedenen Stellen sehr verschiedene Spannungen herrschen und auch Spaltrichtungen nachzuweisen sind, so erklären sich längliche, elliptische und dünne Kolonieformen durch die genannten physikalischen Eigenschaften am leichtesten und ungezwungensten. Viel mannigfaltiger ist die Gestalt und Form der oberfläch- lichen Kolonien. Dieselben entstehen entweder dadurch, daß eine Bakterienzelle auf der Oberfläche festgehalten wird und dort sich ver- mehrt oder aber dadurch, daß eine tiefliegende Kolonie bei ihrer Aus- breitung die Oberfläche erreicht. Jede oberflächliche Kolonie besitzt einen Kernpunkt, von wo aus die Entwicklung fortschreitet. Entweder findet sie von dort aus gleichmäßig nach allen Richtungen der Fläche statt oder aber ungleichmäßig. Dementsprechend ist der Umriß entweder durch einen Kreis oder ein Oval im allgemeinen gegeben. Eine weitere Gliederung des ümfanges tritt dadurch ein, daß Ausläufer oder vorspringende Schleifen gebildet werden, wodurch die Kontur ein gebuchtetes oder wie mit Stacheln besetztes Aussehen bekommt. Treten größere Vorsprünge auf, so ent- stehen Formen, die in ihrem Aussehen an Blattei- erinnern. Man be- zeichnet sie auch als gelappte Kolonien. Im Schnitt betrachtet erweisen sich die Kolonien ebenfalls recht verschieden. Es gibt solche, die sehr dünne und flache Auflagerungen vorstellen. Weiters findet man halb- kugelig gebaute und endlich solche, die nachweislich aus mehreren immer breiteren Etagen aufgebaut sind. Diese Typen werden durch alle erdenk- lichen Übergänge verbunden. Die Oberfläche der Kolonien ist entweder vollständig glatt oder durch radiäre und konzentrische Adern zerrissen oder von zahllosen Schleifen und Windungen durchsetzt. Hier herrscht eine außerordentliche Mannigfaltigkeit der Erscheinungen, die zu beschreiben zu weit führen würde. In der Figur 24 ist eine Reihe Oberflächenkolonien verschiedener Stäbchenbakterienarten nach Mikrophotogrammen wiederge- geben, die im durchfallenden Licht bei 25 — 30facher Vergrößerung aufge- nommenen worden sind. Wir sehen in A, B und D annähernde kreisrunde 43 Kolonie eine ziemlich spitzkegel- während der Rand flach und Kolonien, von denen die in A abgebildete förmige Erhöhung im Zentrum aufweist dementsprechend durch- sichtig ist. Wir sehen hier noch die feine netzartige Struktur der Oberfläche und den leicht gekerbten Rand. B zeigt eine etwas größer gebuchtete Kolo- nie, die überall an- nähernd gleiche Dicke besitzt und kein Zentrum erkennen läßt. Die Oberfläche hat eine fädige Zeichnung, die durch wellig verlau- fende, sehr niedere Falten und Wülste zu- stande kommt. D hat einen etagenartigen, rein konzentrischen Bau mit stark verdicktem Zentrum und äußerst zarten Rand mit ra- diärer Streifung. C weist ebenfalls einen kreisför- migen Bau auf. hat eine sehr verdickte Mitte und setzt sich aus sehr regelmäßig gestalteten Brocken zusammen. Auch H läßt die ra- diäre Anordnung gut er- kennen. Die Kolonie ist aber sehr stark ge- fluchtet und die Ober- fläche mit zahlreichen mehr unregelmäßig ver- laufenden P'alten und Wülsten versehen. Die Mitte ist auch hier kuppenförmig erhoben. Das Zentrum tritt als dunkler Kreis scharf hervor. Dort liegt die tiefliegende Kolonie, die nach Erreichung der l lu . 25. Oberfläche die Auf- lagerung verursachte. E und G zeigen uns ebenfalls einen streng radiären Bau. Die Mitte beider Kolonien ist mächtig verdickt. Am Rande gehen 44 sehr feine, radiär gestellte Fäserchen aus, die in die unigebende Gelatine eindringen. Hier haben wir eben zwei Kolonien von Stäbchenbakterien, die die Gelatine erweichen und später vollständig verflüssigen. Deshalb kommt es zu diesem strahligen Vordringen. F entspricht einer Ober- flächenkolonie, die Ausläufer über die Gelatine treibt. Die Auflagerung zeigt an ihrer Oberfläche nur eine feine netzartige Zeichnung und Körnelung. Im Querschnitt sehen die Kolonien etwa so aus, wie es die mit den kleinen Buchstaben bezeichneten, beigesetzten Schnittzeichnungen («— /) erkennen lassen. Die Kugelbakterien bilden meistens Auflagerungen, die keine besondere Struktur oder Zeichnung erkennen lassen und meist streng kreisförmig begrenzt sind. Gewöhnlich sind solche Kolonien sein- dick und erhaben, mit Halbkugeln zu vergleichen. Im durchfallenden Licht bei schwacher Vergrößerung be- trachtet, erscheinen die Kolonien der Bakterien milchweiß bis bräunlich- gelb, bis undurchsichtig schwarz, je nach der Dicke und Mächtigkeit der Auflagerung. Im auffallenden Licht gesehen sind die Kolonien weiß, außer die sie erzeugenden Bakterienarten bilden Farbstoffe. Dann er- scheinen sie entsprechend gefärbt. Die Oberfläche der Auflagerungen ist entweder glänzend, feucht oder wachsartig, fettig oder ganz matt, entsprechend der Schleimbildung, dem Feuchtigkeitsgrad und der Oberflächenbeschaffenheit derselben. Wird zur Zucht und Anlage der Kolonien Agar verwendet, dann sind alle Kolonien feuchter und haben eine größere Neigung zur Flächen- ausbreitung. Der Grund liegt darin, daß die Oberfläche mit einer äußerst zarten und dünnen Flüssigkeitsschicht bedeckt ist, die naturgemäß für die rasche Ausbreitung sehr förderlich ist. Zum Studium des feineren Baues sehr jugendlicher Kolonieformen eigent sich diese Gallerte auch ausgezeichnet, wie die Untersuchungen Hutchinsons über die Koloniebildung niederer Pilze ergeben. Wir verdanken dem genannten Forscher unter anderen eine Reihe wertvoller Aufschlüsse über die Koloniebildung aus wenigen Zellen von fadenbildenden Bakterien und Kokken. Infolge des Wachstums und der Vermehrung der Zellen werden die Teilungsprodukte mechanisch immer weiter geschoben und durch entgegenstehende Hinder- nisse in der Richtung abgelenkt, wodurch die so oft zu sehenden Schleifen und Schlingenbildungen zu erklären sind. Besonders trifft dies für alle Bakterien zu, bei denen die Teilungsprodukte längere Zeit untereinander verbunden bleiben. Schwer zu erklären ist die Entstehung der Kolonie- form von Spirillum adriaticum, einer Meerwasserschraubenbakterie. In den jungen mikroskopischen Kolonien sieht man die einzelnen Spirillen unverbunden in der Weise liegen, wie es a und b der Figur 26 zeigt. Hier wurde einfach die sehr junge Kolonie durch Auflegen eines Deck- gläschens abgeklascht und die am Deckglas in ihrer ursprünglichen Lage festgeklebten Zellen gefärbt und photographiert. Aber auch hier dürfte ein spiraliges Weitergleiten der Teilprodukte die Ursache der runden und ovalen Kolonieform sein. Viel besser ist die schleifenartige Anordnung der einzelnen Zeilen in dem in Figur 27 wiedergegebenen Abklatsch einer Kolonie von Stäbchen- bakterien zu sehen. Auch hier neigen die Zellen nicht zur Bildung von Fäden und dennoch weisen die in der Kolonie liegenden Zellen eine Lage 4;"> auf. die konzentrischen Kreisen annähernd entspricht, was besonders am Rande deutlich ist. Die feinere Untersuchung der eine Kolonie zusammen- setzenden Bakterien ergibt, daß dieselbe neben den lebenden Bak- terien besonders in den mittleren Partien eine ungeheure Anzahl nicht mehr und fähiger rungsfähiger Fig. 26. lebens- vermeh- Zellen enthält. Die Ursache dafür ist dem Ernäh- rungsmangel und der Anhäufung der Stoff- wechselprodukte in diesen Kolonieteilen zuzuschreiben. Den Bakterien der einzelnen Kolonie- partien besondere Funktionen zuzuerkennen, wie es von Seite mehrerer Untersucher geschehen ist, geht durchaus nicht an, denn alle Zellen einer Kolonie bewahren zeitlebens ihre Selbständigkeit und sind in bezug auf ihre Lebenstätigkeit als gleichwertig zu betrachten. Die an der Oberfläche von Agar oder Gelatinennährböden längs eines Impfstriches entstehenden Auflagerungen zeigen Formen, die auf die Kolonieform der betreffenden Art zurückzuführen sind. Beim Anlegen der sogenannten „Strichkulturen" führt man die mit dem Bakterien- material bedeckte Impfnadel in ge- rader Linie streichend über den Nährboden hin. Dabei streifen sich besonders beideiseits vom Impfstrich die Bakterien ab. Aus jeder abge- lagerten Zelle entsteht eine mikro- skopische Kolonie; dieselben bilden dann die makroskopisch sichtbare Auflagerung. Unter dem Mikroskop kann man dann die einzelnen kleinen Kolonien gut wahrnehmen, die die Auflagerung zusammensetzen, wie es in dem Mikrophotogramm der Figur 28 dargestellt ist. Wir sehen hier den horizontalen Impfstrich, und oben und unten von demselben die scheibenartigen Einzelkolonien, die die zusammenhängende Auflagerung oder den Kulturrasen der Strichkultur ausmachen. Die Größe der Kolonie der einzelnen Bakterienarten ist sehr ver- schieden und abhängig von der Größe der einzelnen Zellen und besonders der Verniehruiigsgeschwiiidigkeit derselben. Letztere wird wieder von den Ernährungsverhältnissen und der Temperatur bedingt. Natürlich spielen bei den tiefliegenden Kolonien die Druckverhältnisse im Nähr- substrat eine nicht zu unterschätzende Rolle. Die Zeit, welche eine voll- ständige Zellteilung braucht, pflegt man als „Generationsdauer" zu be- i < - 4H — zeichnen. Dieselbe beträgt bei den Bakterien durchschnittlich 20—40 Minuten, sofern günstige Bedingungen herrschen. Der Bacillus subtilis (Heubazillus) teilt sich etwa in einer halben Stunde, der Choleravibrio in ungefähr 20 Minuten. Diese Schnelligkeit des Teilungsvorganges mit den außerordentlich raschen Teillingsfolgen würde zu ganz enormen Bak- terienniengen führen. Rechnungsmäßig müßten beim Choleravibrio unter Zugrundelegung einer Teilung in je 20 Minuten nach 24 Stunden L600 Trillionen Nachkommen vorhanden sein. Dies würde etwa 2000 Zentner Trockensubstanz dieser Bakterienart entsprechen. Weder in der freien Natur noch im Laboratorium kommt es aber zu einer so enormen Entwicklung, denn die eigenen StorTwechselprodukte setzen schon so einer Massenvermeh- rung Schranken. Der Ernäh- rungsmangel, der selbst unter den günstigsten Bedingungen bei einer solch riesigen Vermeh- rung alsbald sich einstellen muß, wird hier ebenfalls hin- dernd eingreifen. In der freien Natur wird als hinder- liches Moment auch der Kampf ums Dasein auf- treten, da es sich hier ja immer um Gemische verschiedener Bakterienarten handelt, die gleichzeitig sich vermehren. Endlich muß noch berück- sichtigt werden, daß sich eine Zelle nicht ins ungemessene vermehren kann, ohne daß dazwischen Ruhepausen und Ruhestadien eingeschaltet werden, wie die Erfahrung lehrt. Auch werden nicht alle Nachkommen einer Zelle gleich vermehrungsfähig sein und dieses Ver- mögen dauernd erhalten. Ein großer Teil derselben erliegt einem frühen Tode. Die Summe aller genannten vermehrungshinderlichen Momente verhütet eine so maßlose Vermehrung, wie sie sich zahlenmäßig durch die Rechnuug ergibt. Bei der Vermehrung durchlaufen alle Bakterien Fig. 28. Entwicklungskreise. Dieselben enthalten für die verschiedenen Stadien eine Fülle von Formen, die zu bestimmten Dauerformen führen, die wieder verschieden ausgebildet sind. Die kleinen Entwicklungskreise bei der Vermeh- rung der vegetativen Bakterienzelle haben wir eigentlich schon kennen gelernt und sie sollen nur kurze Erwähnung an einem Beispiel finden. Die Pseudomonas cerevisiae. eine Bakterie aus Flaschenblier, stellt ein Stäbchen dar. Dasselbe verlängert sich allmählich etwa auf das dop- pelte und teilt sich dann in zwei Tochterstäbchen. An den Nachkommen gewahren wir eine Zeit hindurch, solange die Ernährungs- und Wachs- — 47 — tumsbedingungen günstig bleiben, dieselben Vorgänge, die wir als kleinen Entwicklung skieis bezeichnen können. Bei allen Bakterien hören nach einer gewissen Zeit die kleinen Ent- wicklungskreise auf und es kommen Formen, die schließlich zu Dauer- zuständen führen. Letztere sind zur Erhaltung und Verbreitung der Art da. wenn die Bedingungen zur vegetativen Vermehrung sich ver- schlechtern und schließlich gänzlich aufhören. Erst aus der Dauerform entwickelt sich wieder eine Vegetationszelle, sobald erstere wieder in günstige Lebensbedingungen kommt. Daher sind sämtliche Dauerformen dadurch ausgezeichnet, daß sie widerstandsfähiger gegen schädigende Einflüsse sind. So ertragen sie eine völlige Austrocknung längere Zeit hindurch schadlos und sind auch für hohe Salzkonzentrationen und Gifte weniger empfindlich, als die vegetativen Zellen. In vielen Fällen über- dauern sie sogar ganz enorme Erwärmungen, die weit über der Koagulations- temperatur des Eiweißes liegen. Ihre Bildung stellt den Schluß des großen Entwicklungskreises einer Bakterienart vor, der also sowohl die vegetativen Formen als auch die Dauerformen umfaßt. In den großen Entwicklungskreis ist der kleine immer eingeschlossen oder einbe- zogen, da wenigstens bei den Bakterien die Dauerzelle sich nicht unmittelbar in zwei Dauertochterzellen teilen kann. In der Regel entsteht das Spor- angium erst wieder nach Durchlaufung des kleinen Entwicklungskreises aus den Vegetationszellen. Ausnahmsweise kann aber auch eine ver- kürzte Entwicklung platzgreifen. So berichtet Garbowski über einen verkürzten Entwicklungsgang von Bacillus tumescens und astero- sporus. Darnach bildet sich das ganze Keimstäbchen ohne Durchlaufung des kleinen Entwicklnngskreises sofort nach der Keimung in ein Spor- angium um. Allerdings ist diese Erscheinung mit einer Reduktion der Sporengröße verknüpft. Das folgende Schema in Figur 29 gibt die Entwicklungskreise von Bacillus subtilis (Heubazillus) wieder. Wenn wir von der vollent- wickelten Vegetationsform ausgehen, so verlängert sie sich und teilt sich schließlich. Bei den Tochterzellen finden wir fast das gleiche. Immer werden ..Schwärmer", also begeißelte Vegetationsformen ausgebildet, die den kleinen Entwicklungskreis ausmachen. Nachdem dies durch einige Generationen hindurch geschehen ist, bleiben bei den folgenden Teilungen die noch immer mit Geißeln versehenen Teilungsprodukte im Verbände und bilden gut bewegliche Ketten. Nun nehmen die Teilungen ab und werden schließlich gänzlich eingestellt. Im Zellkörper der einzelnen Fadenglieder treten hierauf immer größer werdende Granula auf, deren Lichtbrechungsvermögen zunimmt. Diese Granula vereinigen sich und bilden eine neue Zelle in der Vegetationszelle, die Dauerzelle, die all- mählich heranreift und sich fest umhautet. Nach vollendeter Reife wird sie durch Zerfall der Mutterzelle frei. Kommt nun diese Dauerzelle auf einen tauglichen Nährboden, so quillt sie an, keimt dann und aus dem Keimstäbchen geht eine neue Vegetationszelle hervor, die wieder den Ent- wicklungskreis durchläuft. Solche dick umhäutete Dauerzellen werden aber nicht bei allen Bak- terien ausgebildet, wenn auch bei ihnen ein Dauerstadium oder eine Ruhe- pause sicherlich eintritt. Hier treten an die Stelle der einen, von einer Zelle gebildeten Spore oder Dauerform Granula oder Körnchen, aus denen — 48 — sich ebenfalls wieder Vegetationsformen entwickeln können. Diese Art von Sporenbildungen erweist sich weit weniger resistent gegen ungünstige Einflüsse aber doch viel widerstandsfähiger als die Vegetationszelle. Hier wird im Entwicklungskreis die Dauerform durch diese konidienartigen Bildungen ersetzt. c,, a 4ien der Sporen 6//«/ Fig. 29. Der folgenden, in der Figur 30 wiedergegebenen, schematischen Dar- stellung des Entwicklungskreises nicht sporenbildender Bakterien sind Befunde zugrunde gelegt, die sich auf Pseudomonas cerevisiae. eine Flaschenbierbakterie, beziehen. Wir wollen wieder von der voll- entwickelten Vegetationsform A ausgehen. Dieselbe verlängert sich zur Teilung, bildet ein zweites Büschel von Geißeln am entgegengesetzten Pol aus — 49 und teilt sich dann. Diese Erscheinungen wiederholen sich durch einige Generationen hindurch. Dann nimmt die Wachstumsenergie ab und es entstehen bei den nun folgenden langsamen Teilungen bewegungslose Ketten, die keine Geißeln mehr besitzen. Jetzt hört jede Teilung vollends auf und das Protoplasma der einzelnen Zellen in den Kettenverbänden wird fein granuliert. Die beiden Endzellen der Kette vergrößern sich nun kolbig oder birnenförmig, die Granula werden größer und die Schei- dewände zwischen der birnenförmigen Auftreibung und der benachbarten Zelle verschwinden. Die Granula vergrößern sich noch mehr und fließen P/Keltenform mit Endanschwellung ^2 |Neue. unbewegliche Z e l leau } rt* \_ 9l '^z ellf "?9Ntf Fig. 30. fast sämtlich in die Endkolben. Schließlich zerfallen letztere und die großen Körner werden frei. Sie liegen in einem Gemengsei von Plasmaresten und Zellwandstücken, die man als Bakteriendetritus gemeiniglich bezeichnet. Kommt dieser Detritus auf ein neues, brauchbares Substrat, so entwickeln sich aus den großen Körnern neue, in der Jugend noch unbegeißelte Vegetationszellen, die alsbald Geißeln treiben und in den kleinen Ent- wicklungskreis eintreten. An der genannten Pseudomonasart kann man diese Erscheinungen in alten Kulturen und auch dann beobachten, wenn künstlich durch höhere Fuhrmann. Mykologie. i 50 d m b Bacillus fetani. rest nocli hält. Temperaturen und Salzkonzentrationen ungünstige Vermehrungs- und Wachstumsbedingungen geschaffen werden. Almquist u. a. haben ähn- liches auch bei einer Reihe anderer nicht sporenbildender Bakterien beobachtet. Es entstehen dabei ebenfalls verschiedene Formen im Ver- laufe des Entwicklungskreises, die sich aber von den oben beschriebenen teilweise unterscheiden. Wie schon bei der Besprechung der Entwicklungskreise von Bakterien kurz erwähnt wurde, vollzieht sich die Sporenbildung unter einer Reihe von Veränderungen in der Zelle. Dabei bildet sich die Vegetations- oder Oidiumform in ein Sporangium oder eine Sporen- mutterzelle um, wobei auch Gestaltsänderungen der Zelle auftreten oder fehlen können. In vielen Fällen erscheint das Sporangium nach Aus- bildung der reifen Spore nur mehr von einem dünnflüssigen Inhalt ohne jeden geformten Einschluß erfüllt, so daß der Gesamtzellkörper in die Spore aufgenommen er- scheint. Bei zahlreichen Bakterienarten bleibt aber sicherlich ein größerer oder kleinerer Plasma- übrig, der häufig Reservestoffe ent- Clostridium bu- tyricum behält beispiels- weise seine Begeißelung während der ganzen Sporenbildung und Spo- renreife und man beo- bachtetem Herumschwär- men der Sporangien mit den fertigen Sporen. Erst spät werden die Bewe- gungen beim Zerfall der Sporenmutterzelle eingestellt. Hier ist ein Plasmarest gewiß außerhalb der Spore geblieben, der die aktive Beweglichkeit ermöglicht. Die bei der Sporenbildung auftretenden morphologischen Veränderungen können nur bis zu einem gewissen Grade als artkonstant angesehen werden, da die- selben selbst bei ein und derselben Bakterienart Verschiedenheiten auf- weisen, die mitunter recht auffallend und bedeutend sind. Im allgemeinen entsteht die Spore durch eine freie Zellbildung in dem aus dem Oidium hervorgegangenen Sporangium. Die bei diesem Über- gang oder bei dieser Zellbildung auftretenden Veränderungen des Zellinhaltes lassen sich deshalb nicht einheitlich darstellen, weil sie sich nicht nur bei den einzelnen Bakterienarten verschieden erweisen, sondern sogar bei den Individuen ein und derselben Art. Allen diesen Vorgängen ist aber eine Kondensierung und Verdichtung des Plasmas mit den Kern- äquivalenten zugrunde gelegt. Der stark lichtbrechend und wasser- arm gewordene Zellinhalt, der sich in bestimmten Zellbezirken ansammelt, umgibt sich mit einer sehr derben Membran, an der eine Schichtung und Strukturierung häufig zu beobachten ist, Die Ausbildung der Spore im Bacferium panis I Bacillus amylobacter. Fig. 31. — 51 — Sporangium geschieht entweder im oder nahe dem Zentrum oder an einem Pole. Als streng artcharakteristisch kann die Sporenlage im Sporangium nur bei jenen Arten angesehen werden, die ihre Dauerform immer in einer Endauftreibung des Sporangiums ausbilden, während man bei denjenigen Bakterien, die bei der Sporulation eine Auftreibung in der Zellmitte aufweisen, die Sporenlage in der Sporenmutterzelle sehr verschieden ist. Die Form des Sporangiums entspricht entweder genau der- jenigen der vegetativen Zelle oder weist Verschiedenheiten auf. In der Abbildung 31 S. 50 ist eine Reihe von ausgebildeten Sporangien mit den fertigen Sporen schematisch wiedergegeben. Beim Bacillus subtilis sehen wir keinen Unterschied zwischen der Form des Sporangiums (d) und der vegetativen Zelle (a). Die gleichen Erscheinungen finden wir auch beim Anthraxbakterium. Bacterium panis, ein Erreger des Fadenziehens beim Brote, zeigt zu- gespitzte Sporangien (b), deren Querdurchmesser aber denjenigen des Oidiums u?) nicht überschreitet. Solche zugespitzte Formen bezeichnen wir als Clostridien. Bacillus amylobacter weist in seinen Sporangien (6) ebenfalls die Clostridiumform auf. Die Sporangien sind gegenüber den Oidien aber beträchtlich vergrößert. Beim Bacillus tetani, dem Er- reger des Wundstarrkrampfes, Normale Sporangienformen Bacillus amylobacter. finden wir die Sporen polar ge lagert, so daß Trommelschläger- formen oder Plektridien {&) zur Ausbildung gelangen. Das Spor- angium zeigt dementsprechend an einem Pole eine kugelförmge Er- weiterung, in der die Spore sitzt. Die übrigen Teile sind nicht anders geformt als bei der vegetativen Zelle (a). Fig. 32. Die Form der Clostridien ist aber bei ein und derselben Bakterienart nicht eine durchwegs gleiche, wie die Untersuchungen Bredemanns u. a. ergeben haben. Neben der Spindelform findet sich auch, wenn auch weniger häufig, eine Plektridien- form, die aber nicht so rein eingehalten ist, wie bei der oben genannten Art. Die Verschiedenheiten der Sporangienform von Bacillus amylo- bacter ist in Figur 32 wiedergegeben. Die Zeichnungen sind hier, etwas schematisiert, nach den Untersuchungen Bredemanns angefertigt. Man sieht, daß die Clostridiumform bald mehr, bald weniger deutlich zum Ausdrucke kommt und mitunter auch Plektridien in Erscheinung treten {p). Die Spore wird nun im jungen Sporangium allmählich herausgebildet oder, besser gesagt, die Sporenbildung fängt mit der Umwandlung des Oidiums ins Sporangium an. Die dabei auftretenden Erscheinungen im Zellkörper sind sicherlich bei den einzelnen Bakterienarten verschieden, wenn sie auch überall darauf hinausgehen, eine Verdichtung der Inhalts- massen herbeizuführen. Nur wenige Bakterienarten wurden auf die Mor- phologie der Sporenbildung hin genauer untersucht, von denen einige hier dafür als Beispiele aufgeführt werden sollen. Die Sporulation von Bacillus asterosporus. den Arthur Meyer und Bredemann besonders eingehend untersuchten, beginnt mit einer Anschwellung des nun nicht mehr beweglichen Oidiums und dem 4* Auftreten einer Art Vakuole in der Nähe eines Poles. Der Vakuolen- inhalt ist nicht nennenswert lichtbrechender als der übrige Zellinhalt. Gleichzeitig findet in dem nun jungen Sporangium eine Speicherung von Glykogen statt, das größtenteils bei der Sporenbildung wieder aufge- braucht wird. In dem Vakuoleninhalt gewahrt man gelegentlich ein kleines stark lichtbrechendes Körperchen, das als Sporenkern zu deuten ist. In Figur 33 a, b und c sind diese Stadien der Sporulation nach den Unter- suchungen und Abbildungen A. Meyers wiedergegeben. In der Folge kondensiert sich der Gehalt der Sporenanlage immer mehr und wird stärker lichtbrechend. Gleichzeitig hellt sich das Zytoplasma in der Umgebung der Sporenanlage auf (Figur 33 d) und um dieselbe wird eine Membran ausgebildet, die bei dieser Bakterien- art noch Leisten trägt. Die Spore ist dann fertig (Figur 33 e) und wird nach Auflösung der Sporangienmem- bran frei. Die Sporenbildung zahlreicher Bakterienarten verläuft nach diesem Typus. In ähnlicher Weise werden auch die Sporen von Bacillus amylo- bacter ausgebildet. Doch kommt es dabei noch zur Speicherung von logen neben dem Glykogen. Beide Stoffe werden besonders in dem Zell- teil aufgestapelt, der keine Spore ausbildet. Hier liegt die Spore in dem Clostridium meist in einer Zellhälfte einem Pole genähert, während die andere Hälfte die Reservestoffe beherbergt, die oft nur zum Teil bei der Sporulation verbraucht werden. Beim Freiwerden der reifen Spore wird in derRegel die Wand des die Reservestoffe enthaltenden Sporangienabschnittes allmählich gelöst oder abgebrochen, während der übrige um die Spore hegende Wandteil er- halten bleibt. Die Spore liegt dann in der hyalinen Grundmasse des Sporangiums ein- Fig. :i:;. Sporenaustritt bei Bacillus amylobacfer nach Bredemann. Glykoqc gebettet. In Figur 34 Fig. 34. sind die Erscheinungen des Freiwerdens der reifen Spore von Ba- cillus amylobacter nach den Untersuch- ungen und Abbil- dungen von Bredemann dargestellt. Wir sehen in a das in Lösung begriffene Sporangium. welches noch Glykogen enthält, während in b die Membran des Sporangiums an der von der Spore abgekehrten Seite be- reits geöffnet ist und Glykogen austreten läßt. Die Spoiangiumhaut in der Umgebung der Spore ist vollkommen erhalten. Die anderen Sporangien dieser Figur sind zum Teil aufgebrochen und das in der Nähe der Spore gelagerte Glykogen (g) verschwindet allmählich, bis die Spore frei ist, die in diesem Zustand f wiedergibt. Die Sporangiumhaut ist um die Spore erhalten und sieht deutlich abgerissen aus, so daß die Spore wie in 53 und und Rucizka utersuchten die Sporenbüdung von Ba- Bacterium anthracis und fanden dabei eine und Veränderung des Chromatins, das in der sein soll, weshalb der Sporen- ein Becherchen eingelagert erscheint und gleichsam eine „Sporenkapsel trägt. Ambros cillus nitr i besondere Anordnun fertigen Spore in das Plastin übergangen körper keine Färbungen mehr annimmt. In der Regel wird in einer Zelle nur eine einzige Spore gebildet. Ausnahmen kommen aber nicht allzu selten vor. Um nur wenige Beispiele aufzuführen, sei der Bacillus inflatus genannt, der häufig in dem clostridiumförmigen Sporangium zwei Sporen enthält, wie es die Abbildung A der Figur 35 nach A. Koch zeigt. Auch der schon vielgenannte Bacillus amylobacter enthält in einem Sporangium ab und zu zwei Sporen, die dann aber an den beiden ent- desselben liegen. Figur wie 35 gegengesetzten Polen es nach Bredemann B der aufweist. Solche, durch freie Zellbildung hervor- gegangene endogene Sporen finden wir nur bei zahlreichen Stäbchen- bakterien und einer einzigen Spirille, dem Spirillum endopara- gogicum, des Sorrokin untersuchte. Die Sporenbildung ist von einer Reihe äußerer Momente abhängig, ebenso die Geschwindigkeit des ganzen Vorganges. Bedingung dafür ist, daß das Oidium sich in guten Ernährungsbedingungen befindet und bei einer Temperatur gehalten wird, bei der maximale Vermehrung eintritt (Temperaturoptimum). Zu hohe und niedere Temperaturen verzögern oder verhindern die Sporenbüdung vollständig. Sobald aber die gut ernährten Oidien oder vegetativen Zellen in ungünstige Ernährungsbedingungen gelangen oder eine Anhäufung von Stoffwechselprodukten in den Kulturen statthat, setzt die Sporenbüdung ein. lation auch eine gute Durchlüftung, genügend Zutritt hat. In vielen Fällen fördert die Sporu- weil der Sauerstoff der Luft dann FÜNFTE VORLESUNG. Morphologie und Keimung der Sporen. Konidien, Arthrosporen. OO (DO O 1 2 CD CD Bei den einzelnen Bakterienarten haben die reifen Sporen eine verschiedene Form, die auch bei den Sporen ein und derselben Art eine große Mannigfaltig- keit aufweist. In Figur 36 sind typische Sporenformen verschiedener Bakterienarten nach den Unter- suchungsergebnissen zahlreicher Autoren zusammengestellt. / dieser Figur entspricht den kugeligen Sporen von Bacillus tetani, dem Erreger des Wundstarrkrampfes, 2 den leicht ovalen, fast kugeligen Sporen von Bacillus subtilis, dem Heubazillus, 3 dem schon läng- licheren Dauerformen des Ba- Fig. 36. cillus amylobacter, von denen die rechts abgebildete feine Körnchen und Höckerchen an der Oberfläche trägt. Bacillus mycoides bildet noch länglichere, ovale Sporen {4) aus, deren Form beim Bacillus in- f latus sich schon sehr dem an den Enden abgerundeten Stäbchen (5) nähert. 6 und 7 entsprechen Sporenformen von Bacillus teres und Bacillus leptodermis. die fast scharfe Kanten und im Längsschnitt fast eine Recht- eckform aufweisen. Die Sporen von Bacillus asterosporus (S) haben eine Tonnenform mit vorspringenden Längs- leisten. Dies sind so die Typen der Sporenformen : da- Fig. 37. neben finden sich alle er- denklichen Übergänge und auch einseitig abgeplattete und nierenförmig eingezogene Sporen. Die Sporen einer einzelnen Bakterienart weisen eben- falls recht beträchtliche Unterschiede in der Form auf, wofür uns wieder der Bacillus amylobacter ein ausgezeichnetes Beispiel gibt. OöOoo 000 9 V & OD In der Figur 37 sind die verschiedenen Formen der Sporen dieser Bak- terienart nach Bredemann wiedergegeben. Wir sehen hier neben elip- tischen und ungleich gerundeten Formen auch eine nierenartig gestaltete und eine fast kugelige Spore. In der unteren Reihe sind Sporen mir erhaltener „Sporenkapsel" wiedergegeben, die entweder nur einem Sporen- pol aufsitzt oder die Spore wie eine Röhre umgibt. Wie schon früher hervorgehoben, handelt es sich hier um Reste der Sporangiummembran. Die Bakteriensporen besitzen sowohl bei den einzelnen Arten ver- schiedene Größe als auch bei den Individuen einer bestimmten Art. Im allgemeinen geht ihr längerer Durchmesser über 3 Mikren nicht hinaus. In der folgenden Tabelle sind einige Sporengrößen zusammengestellt. Durchschnittliche Größe in » Bakterienart Autor Länge Breite Bacillus asterosporus 9 90 1,28 B red em an n amylobacter • - • 2,11 1,19 Bredemann Bacterium flexile .... 1,9 1,12 B u r c h a r d Bacillus mycoides .... 1,4— 2,4 0,83—0,91 Holz in ü 1 1 er dilaboides 1,5—1,9 0,7—0,9 Hasel hoff u. Bredemann Bacterium pituitans . . . 1,9 1,08 B u r c h a r d „ perittomaticum . 1.63 1,3 Bure h a r d ., panis .... 1.3—1,1 0,5—0,8 Fuh rm an n Kauschbrandbazillus . . . 1,5 0,98 Berechnet nach H b 1 e r Bacillus megatherium . . 1,5 0,9 Neide Bacterium brachysporum 1,3 1,06 Burchard Es die Sporen der ieße sich diese Zusammenstellung noch meisten Bakterien Messungen sehr erweitern, da über vorliegen. Die Durch- schnittswerte haben aber nur dann einen Wert, wenn ihnen sehr zahl- reiche und genaue Messungen zugunde liegen, wie es bei den von Brede- mann untersuchten Bacillus amylobacter und Bacillus asterosporus der Fall ist. Hier ist das Mittel von 1000 Messungen angegeben. Die Abweichungen der Abmessungen der Sporen einer Bakterienart sind übrigens manchmal so beträchtlich, daß man versucht ist, an ein Gemisch zweier verschiedener Bakterienarten zu denken. Die genaue Untersuchung der Sporengrößen von einer Reihe für verschieden gehaltener und auch dementsprechend verschieden be- nannter Bakterien arten ergab oft die Zusammengehörigkeit und Arten- einheit derselben. Von den wenigen diesbezüglichen einwandsfreien Unter- suchungen sei diejenige Bredemanns über die verschiedenen Stämme von Bacillus amylobacter hervorgehoben, aus der hervorgeht, daß zahl- reiche Clostridienarten verschiedener Autoren identisch sind, da neben anderen gemeinsamen Eigenschaften auch die Verschiedenheiten der Sporengröße bei den einzelnen untersuchten Arten im wesentlichen gleich sind. Als Beispiel sei nur ein kleiner Auszug aus der Zusammenstellung Bredemanns herausgegriffen. Sämtliche Kulturen wurden unter denkbar gleichen Bedingungen gehalten, um zu Vergleichen brauchbare Ergebnisse zu bekommen. Immer wurden 50 Sporen gezeichnet und gemessen, die Anzahl der Sporen gleicher und bestimmter Größe ausgezählt und tabel- larisch zusammengestellt, wie folgendes Beispiel zeigt: — 56 Sporenmaße verschiedener Stämme des Bacillus amylobacter. Stamm 57, „Granulo- „Granulo- bacterpectino- vorum" Beije- rinck et van ,, Bacillus Kamerun- gebirge, bacter butyli- cum" Beije- amylo- bacter I" Moliwe rinck Delden Gruber Von 50 gemessenen Sporen Anzahl derjenigen von der Breite 0,N /< 1 „ 1,0 „ 8 9 10 30 .. 1.2 „ 33 2S 28 18 .. 1,4 ,. 9 12 12 o i, 1,6 „ — — — — „ 1,8 .. — — — — Länge 1,8 /i 4 6 4 7 „ 2,0 .. 27 19 23 24 .. 2.2 .. 11 25 15 11 ., 2,4 „ 8 8 8 5 ,. 2,6 ,. — 2 — 2 .. 2,3 „ — — — 1 Noch anschaulicher werden diese Verhältnisse, wenn man die Zähl- ergebnisse graphisch darstellt, wie es nach Bredemann in der folgen- den Figur 38 geschehen ist. Hier sind auf der Abszisse die Breiten und Längen aufge- tragen, wäh- rend auf der Ordinate jene Zahlen ver- zeichnet sind, die angeben. wieviel von je 50 ausge- messenen Spo- ren die entspre- chende Breite bzw. Länge auf- weisen. Diese Dar- stellung gibt auch ein vor- zügliches Bild von der „Varia- tion" der Spo- rengröße einer Bakterienart überhaupt und der bei einer Art hauptsäch- lich vorkom- menden Größe. Die Sporen- Fig. 38. große einer Sporengrösse von Bacillus amylobacter: 0.8 1,0 1,2 1 1A 1,6 1,8 1,8 2,0 2,2 2> 2,6 2,8 3,0 30 30 Sramm 57 Moliwe, Käme» runqebirge. 20 I .1 20 10 10 30 30 Oranulobacter butylicum Beijerinck 20 1 20 10 10 In 30 30 d oj E"° tl (!>■ — 20 i 20 10 10 c 30 30 ,, QJ e e 5| 20 20 10 10 hbhH Breite Lange, 57 — Bakterienart ist aber auch wesentlich abhängig von der Be- schaffenheit des verwendeten Nährsubstrates, wie unter anderen aus den Untersuchungen Bredemanns über Bacillus amylobacter zu ent- nehmen ist. Die folgende kleine Zusammenstellung der Sporengrößen auf fünf verschiedenen Nährsubstraten unter Gleichhaltung aller anderen äußeren Bedingung läßt sofort Unterschiede erkennen. Sporengröße des Stammes .,Buitenzorg" (17a) von Bacillus amylo- bacter auf verschiedenen Nährsubstraten nach Bredemann. Nährboden Breite Länge ,8 1,0 1,21,4 1,6 1,80,6|0,81,0 1,2 1,4 1,6 1,8J2,0J2,22,42,62,83,0 Anzahl von 50 gemessenen Individuen mit der Dextrose-Agar.neutral Dextrose-Agar, alkal. Agar ohne Dextrose . Erdagar Dextrose-Agar -f- Mg< I Noch viel deutlicher treten dieselben hervor, wenn wir die in der Tabelle enthaltenen Zahlenangaben nach der oben angegebenen Manier graphisch darzustellen versuchen, wie es in der Figur 39 versucht ist. _____ „ , i, . oporenqrosse auf verschiedenen Nährboden _____ J e x t ro 5 e - A q a r . a 1 k a 1 . Cd -j n -n i l ""rc™" vom Stamm Buitenzorq de5 Bacillus amylobacter. Illlllllll-rd-gaP f^==lDextro5e-Aoar*Ma0. L___jA gar ohne Dextrose. J J 0> 0,6 0,8 1,0 1,2 1/r 1,6 1,8 0,6 Ob 1,0 U J 1> 1,6 1,8 2,0 2,2 2> 2,6 2,8 3,0 1 20 20 10 10 D 20 20 10 f77v] 10 X/77 '.■:■:■' 20 20 I 10 mm 10 [___ •''■■•• ■. rn- i ' . sM \.t v ~'$i :_.._•. Tcafc I 20 i IM 10 min um IUI TIM IT 20 10 ~ ' 10 I Breite Länge ' — ' Fig. 39. — 58 — Hier entnimmt man ohne weiteres die Größen Verschiebungen der Längen- und Breitenausmaße der Spore bei den verschiedenen an- gewendeten Nährsubstraten. Daraus ist auch weiter ersichtlich, wie un- bedingt notwendig es ist, bei Maßangaben über Sporen- oder auch Bakterien- großen alle näheren äußeren Bedingungen genauestens anzugeben, wenn die erhaltenen Zahlen brauchbar sein sollen. Die endogenen Sporen der Bakterien zeigen einen einheitlichen Sicherheit keine solchen gaben über eine grüne quappenbazillus und der feineren Bau. Im allgemeinen ist ein sehr stark lichtbrechender Plasma- körper von einer verhältnismäßig dicken und derben Zellhaut umgeben. Die Sporen nehmen nur sehr schwer die gebräuchlichen Anilinfarben auf, weshalb zu ihrer Darstellung besondere Färbungsmethoden zur Anwendung gelangen. Die reife freie Spore weist im allgemeinen keine Differenzierungen des Zellinhaltes auf, wenigstens konnten mit aufgefunden werden. Wenn man von den An- Eigenfarbe der Sporen des sogenannten Kaul- grünen Sumpfwasserbakterien absieht, können die Sporen als farblose Gebilde aufgefaßt weiden, an denen etwa auftretende Farbenerscheinungen den Licht- brechungserscheinungen zuge- schrieben werden müssen. Der Protoplast zerdrückter Sporen nimmt Anilinfarben gut an. An der Membran der verschie- denen Sporen ist allerdings in einigen Fällen eine Struktur und Schichtung zu beobach- ten. Eine ganze Reihe von Bak- terienarten bildet Sporen mit r ig. 40. doppelter Wand. Die innere bezeichnet man als Int ine. die äußere als Exine. Letztere weist noch häufig an der äußeren Seite Leisten, Zähnchen oder Wärzchen auf. Nach Artur Meyer zeigt die beiden Membranteile besonders gut die Spore des Bacillus astero- sporus, an der Längsleisten ausgebildet sind, die sehr oft noch feine Zähnchen aufweisen. In Figur 40 ist in a ein Querschnitt durch die Spore von Bacillus asterosporus schematisch abgebildet. Die mächtige Exine ist schwarz gehalten, während die zartere Intine hell ist. An der Exine erscheinen die Längsleisten als Höcker. Die äußere Oberfläche der Exine ist häufig auch nur mit kleinen Wärzchen und Körnchen besetzt oder vollständig glatt, wie es b der Figur 40 aufweist, wo eine Spore des Bacterium Petroselini Burchard im Längsschnitt dargestellt ist. Die doppelte Membran der Sporen dieser Bakterienart fällt hauptsächlich bei der Kei- mung auf, wo eine Sonderung beider Teile gut zu beobachten ist, Die Exine erscheint dabei dunkler als die Intine. Bei Färbungsversuchen an doppelt behäuteten Sporen nimmt die Farbe zuerst die Exine und dann die Intine allmählich auf, wobei ein besonderer Unterschied der Färbung kaum zu verzeichnen ist. 59 — Aus den reifen Sporen gehen durch Keimung derselben neue Generationen vegetativer Zellen oder Oidien hervor. Im wesentlichen verläuft der Keimungsprozeß der Bakteriensporen gleich. Die Spore nimmt bei der Keimung Wasser auf, verliert allmählich ihr starkes Lichtbrechungsvermögen, vergrößert sich allseitig mehr oder weniger und treibt nach Sprengung oder Lösung der Sporenmembran das Keimstäbchen, aus dem durch Querteilung die vegetativen Zellen oder Oidien hervor- gehen. In der Regel keimen die Sporen nach dem freiwerden aus dem Sporangium. An ihnen sind höchstens noch Sporangienreste vorhanden. Sporenkeimungen im Sporangium wurden beispielsweise am Spirillum endoparagogicum beobachtet, gehören aber zu seltenen Befunden. Die Keimung erfolgt immer nach einer kürzeren oder längeren Ruhepause unter dem Einflüsse äußerer Faktoren. So muß das Substrat, in welchem die Spore keimen soll, genügend Wasser enthalten. Außerdem muß eine zuträgliche Temperatur herrschen. Für den Eintritt der Keimung von höchster Bedeutung, vielleicht ausschlaggebend sind die osmotischen Druckverhältnisse im Nährmittel. So kann eine erhöhte Kochsalz- nienge selbst bei ungenügenden Nährböden eine Sporenkeimung einleiten, wie aus den Untersuchungen von Holzmüller zu entnehmen ist. Zu Beginn der Sporenkeimung entstehen in der Spore sehr er- hebliche Drucke, denen die Sporenwand nur bis zu einem gewissen Grade gewachsen ist. Schon in den ersten Stadien der Keimung schwellen die Sporen mehr oder weniger an. Gleichzeitig beobachtet man ein dünner- werden der Membran an bestimmten Stellen. Diese Membranverdünnuug kann ihre Ursache in einer Lösung desselben an bestimmten Stellen haben oder in einer stärkeren Dehnung der Haut an denjenigen Stellen, die von vornherein etwas weniger dick waren. Daß eine Dehnung der Haut in- folge des sich immer mehr steigenden Druckes zustande kommt, ersieht man daraus, daß in zahlreichen Fällen die nach der Keimung abgestreifte Membran unverhältnismäßig klein ist gegenüber der maximal angequollenen aber noch geschlossenen Spore. Wahrscheinlich werden sehr oft beide Vorgänge, Lösung und Dehnung, nebenher gleichzeitig auftreten. Der Austritt des Keimstäbchens erfolgt demnach entweder nach Auflösung der Membran an einer Stelle der Spore oder nach einer Zerreißung der Sporenhaut. Diese Austrittsstellen sind nun für die einzelnen Baktenenarten ziemlich konstant und können mit der nötigen Vorsicht systematische Verwendung zur Charakterisierung und Unterscheidung der Bakterienarten finden. Übrigens tritt von außen her ebenfalls eine Locke- rung der Sporenmembran auf, da man die keimenden Sporen nie so scharf umrandet sieht als die ruhenden. Nach der Lage der Austrittsöffnungen für das Keimstäbchen an der Spore unterscheidet man eine polare, äquatoriale und schräge Keimung. Dabei ist aber auf die Wachstumsrichtung des Keim- stäbchens zur Sporenlängsachse keine Rücksicht genommen. Bei kugeligen Sporen fehlen naturgemäß diese Unterscheidungen, sofern nicht ein Durchreißen der Sporenmembran in einer durch die Kugelmitte gehenden Ebene erfolgt, so daß nach der Keimung zwei halb- kugelige Sporenhautreste übrigbleiben. Die Wachstumsrichtung des 60 Keimstäbchens muß bei der polaren Keimung immer mit der Längs- achse der Spore zusammenfallen. Bei der äquatorialen Keimung kann die Wachstumsrichtung des Keimstäbchens senkrecht zur Längs- achse der Spore stehen oder aber in ihrem Verlauf liegen. Polare Keimung : Bacillus bürschlii nach Schaudinn •-%? o # Bacillus amylobacter nach Prazmowski. Bacillus b i polaris nach Burchard. Äquatoriale Keimun g: Q & o £s> Bacillus subtilis nach Migula. Bacillus loxosporus nach Burchard Schrä g e Keimung Bacillus loxosus nach Burchard. Fi«. 41. Nach dem polaren Typus keimen die meisten Bakterien- sporen, viel weniger nach dem äquatorialen und sehr wenige nur nach dem schrägen. — 61 — In Figur 41 auf S. GO sind Beispiele für die verschiedenen Keimungs- typen zusammengestellt. Die Wachstumsrichtung der Keimstäbchen ist durch Pfeile angedeutet, während die Längsachse der Spore seitlich durch eine gestrichelte Linie markiert ist. Die Spore von Bacillus bütschlii keimt nach den Untersuchungen Schaudinns rein polar. Dabei findet schon im ersten Beginn der Keimung eine Lösung der Sporenmembran an einem Pole statt. Hier tritt dann das Keimstäbchen aus. Bei den Sporen des Bacillus amylo- bacter scheint ebenfalls eine Lösung der polaren Membranteile aufzutreten, vielleicht auch eine teilweise Zerreißung. Dasselbe gilt für den Bacillus bipolaris, dessen Sporen in der Weise keimen, daß in der Regel ein gleichzeitiger Austritt des Keimstäbchens an beiden Polen erfolgt. Bei der äquatorialen Keimung tritt ebenfalls zu Beginn des Vorganges eine Verdünnung der Sporenmembran am Äquator der Spore auf, wie es deutlich an den Sporen des Heubazillus zu bemerken ist. Hier bricht das Keimstäbchen durch, wobei allerdings ein Aufreißen der dünnen Membran erfolgt. Etwas ähnliches zeigt auch der Bacillus loxosporus, nur wächst das Keimstäbchen hier in der Längsachse der Spore aus, wie es durch den Pfeil und die gestrichelte Linie in der Figur 41 angedeutet ist. Für die schräge Keimung ist ein Beispiel die Spore des Bacillus loxosus. Bei ihr tritt das Keimstäbchen zwischen den Polen und dem Äquator aus. Die Wachstumsrichtung desselben bildet mit der Längs- achse der Spore einen schiefen Winkel. Beim ersten Anblick Fig. 42. rätselhaft erscheint das Her- vorgehen des Oidiums oder der vegetativen Form beim Bacillus lepto- sporus. Hier findet nur eine Verquellung der Spore bei der Keimung statt, wie es in der Figur 42 nach Migula wiedergegeben ist. Ohne merk- bare Keimstäbchenbildung geht anscheinend die vegetative Form hervor. Es dürfte sich aber auch hier sicherlich um eine echte Keimung mit Keim- stäbchenbildung handeln. Bei der Ausbildung des letzteren wird aber die Sporenwand allmählich gelöst, während das junge Stäbchen neubehäutet zum Vorschein kommt und sich weiterhin als die vegetative Form repräsentiert. Die feineren morphologischen Erscheinungen bei der Sporen- keimung sind bei den einzelnen Bakterienarten ziemlich gleich. Wie schon gesagt schwillt die Spore unter Wasseraufnahme an und verliert dabei ihr starkes Lichtbrechungsvermögen. In vielen Fällen findet zu- gleich eine Verdünnung der Sporenwand durch Lösung und Dehnung an bestimmten Stellen der Spore statt. Bei der weiteren allmählichen Ver- größerung der Spore tritt dort das Keimstäbchen aus. Das Plasma des- selben ist häufig hyalin, wenig lichtbrechend oder sehr fein gekörnt. Nachdem es etwa die doppelte Bazillenlänge erreicht hat, wird die erste Querwand ausgebildet und die beiden gleich großen Teilprodukte ent- sprechen bereits den Oidien oder vegetativen Formen. Die leeren Sporen- häute werden entweder in der Kultur rasch aufgelöst oder bleiben noch längere Zeit hindurch an dem einen oder den beiden ersten Oidien haften, Erscheinungen, die ebenfalls in der Figur 41 dargestellt sind. Die ver- 62 schiedenen Piasinadifferenzierungen bilden sich am Keimstäbchen und den jungen Oidien ebenfalls schon sehr früh aus. Am Schlüsse der Besprechung der Sporenkeimung darf die sog. erschwerte Sporenkeimung nicht unerwähnt bleiben, die sich bei einigen Bakterienarten nur selten, bei anderen dagegen häufig einstellt. Sie findet sich bei der äquatorialen Keimung, wo also ein äquatorialer Riß für den Durchtritt des Keimstäbchens entsteht. Fällt die Wachstums- richtung des letzteren nun mit der Sporenlängsachse zusammen, so wird der Druck beim Wachstum des Keimstäbchens auf die polaren, nicht verdünnten Zellwände ausgeübt. Reißt in der Folge die Sporen- membran am Äquator nur an einer Stelle ein, so wird sich dort der mittlere Teil des Keimstäbchens herausbiegen, während die Enden noch in den Polkappen sitzen. In Figur 43 sind diese Verhältnisse schematisch dargestelit. In a dieser Figur ist eine äquatorial keimende, bereits ge- quollene, und unmittelbar vor dem Platzen stehende Spore abgebildet. Äquatorial ist die Sporenwand schon sehr dünn, während an den beiden Polen dieselbe noch sehr dick vorhanden ist. Die Wachstunisrichtung des noch eingeschlossenen Keimstäbchens stimmt mit der Sporenlängsachse überein., markiert durch die gestrichelte Linie. Der durch das wachsende Keimstäbchen hervorgebrachte Druck in der Spore steigt in der Folge immer mehr und schließlich reißt die Sporenwand dort, wo sie am dünnsten ist, also am Äquator, ein. Durch die Rißstelle biegt sich nun die Breitseite des Keim- stäbchens heraus, wie es b dar- stellt, während die beiden Enden desselben in beiden noch zu- sammenhaltenden Sporenmem- Fig. 43. branteilen gefangen bleiben. Das Keimstäbchen schiebt sich immer weiter heraus, wie es c zeigt, bis an der Umbiegungsstelle desselben eine Querwand entsprechend der punktierten Linie eingeschaltet und eine Teilung vollzogen ist, deren Produkte wir in d sehen. Es fallen in der Folge die an einem Pol wie Kappen noch sitzenden Membranreste ab und die weiteren Teilungen vollziehen sich glatt. In e derselben Figur ist wieder eine äquatorial keimende Spore vor dem Durchbruch des Keimstäbchens abgebildet; auch hier ist die Sporenwand am Äquator sehr verdünnt. Das Keimstäbchen wächst wieder in der Längsrichtung der Spore ent- sprechend der gestrichelten Linie. Sobald der Innendruck eine Größe erreicht, der die verdünnte Wand nicht mehr zu wiederstehen vermag, reißt in diesem Falle die Membran längs des ganzen Äquators durch. Es kann in diesem Fiale nicht zu einer Krümmung des jungen Keim- stäbchens kommen. Die beiden Sporenmembranreste sitzen einfach den Enden des Keimstäbchens an, wie es f zeigt. Später teilt sich das Stäbchen entsgrechend g und die Tochterzellen verlieren endlich die Sporen- hautreste. Wir finden nur bei verhältnismäßig wenigen Bakterienarten die besprochenen Endosporen. Bei den höher organisierten Scheiden- bakterien fehlen sie gänzlich. Hier kommt es nur zur Ausbildung sogenannter 63 Konidien. Dieselben haben weder morphologisch noch physiologisch mit den Sporen der Bakterien etwas gemein. Wir können sie nicht einmal als Dauerform bezeichnen, da sie keinen Ruhezustand im Entwicklungs- kreis dieser Bakterien vorstellen, sondern lediglich zur Ver- mehrung der Art dienen. Sie sind dementsprechend auch keineswegs resistenter als die anderen Formen. Sie werden auch nicht durch eine freie Zellbildung in einer Zelle hervorgebracht, sondern entstehen unmittel- bar durch Umwandlung aus einer beliebigen Zelle des Bakterienfadens, die dabei frei wird. Die Konidien zeigen auch keinen Keimungs prozeß. Sie werden, wie schon gesagt, nur von den Scheidenbakterien ausgebildet, die sich immer nur im Wasser vorfinden, teils in stehendem, teils in fließendem. Die meisten von ihnen sind seßhaft, d. h. ihre Fäden sitzen an Steinen Fig. 44. und dergleichen mit einem Ende fest. Aus dem anderen Fadenende treten •die Konidien aus und werden dann entweder durch den Wasserstrom weiterbefördert oder bekommen Geißeln, mit denen sie sich aktiv im Wasser fortbewegen. Die letztere Art beweglicher Konidien bezeichnet man auch als „Schwärmer" oder „Schwärm konidien". Nach einiger Zeit des Schwärmens oder der passiven Weiterbeförderung im Wasser setzen sich die Konidien fest und wachsen durch Querteilung und Aus- bildung einer Scheide zu neuen Fäden aus. Sowohl die Konidienbildung als auch die Konidien selbst sind bei den einzelnen Scheidenbakterienarten verschieden. Einen Überblick über diese Verhältnisse gibt die schematische Dar- stellung der Figur 44. Bei Clamydothrix, unverzweigt wachsenden Scheidenbakterien, entstehen die Konidien durch Austritt der Faden- glieder aus der offenen Scheidenmündung. Die freigewordenen Zellen 64 runden sich zu ovalen oder kugeligen Gebilden ab. Etwas anders verläuft die Konidienbildung bei der Crenothrix polyspora. dem sog. Brunnenfaden. Hier verbreitert sich der Zellfaden dort wo am Ende die Konidien auftreten, wie es in Figur 44 angegeben ist. Die einzelnen Zellen werden breiter, runden sich ab und treten dann als sog. „Makrokonidien" aus der freien Scheidenmündung oder es erfolgt vor der Rundung und dem Austritt noch eine Teilung der Zelle. Diese Teilung vollzieht sich aber durch Einfügung einer Wand, die parallel mit der Faden ach se gestellt ist. Die Chrenothrix bildet aber auch „Mikrokonidien" aus. Dieselben entstellen ebenfalls aus den obersten Zellen des Fadens. Dieselben werden dabei durch Scheidewände nach allen drei Richtungen des Raumes in kleine Tochterzellen geteilt. Hierauf treten diese aus der Scheide aus. Beide Arten Konidien dienen der Ver- mehrung der Art und haben bisher in ihrem physiologischen Verhalten und in ihrer weiteren Entwicklung keine Verschiedenheiten erkennen lassen. Auch diese Konidien sind nicht eigenbeweglich. Bewegliche Konidien erzeugt Cladothrix dichotoma, eine sehr häufig vorkommende Wasserfadenbakterie. Hier werden oft ganze Reihen oberster Fadenglieder durch Zerfließen der Scheide frei und bekommen gleichzeitig ein seitlich an der Zelle entspringendes Geißelbüschel, wie es ebenfalls in Figur 44 zur Anschauung gebracht ist. Diese Schwärmkonidien sind entweder oval oder mehr zylindrisch gestaltet. Nach dem Freiwerden schwimmen sie lebhaft in der Flüssigkeit herum. Bei der zur Gattung der „Schwefelbakterien" gehörigen Thiothrix, einer fadenbildenden und dünn bescheideten Bakterie, werden ebenfalls bewegliche Konidien frei, die sich aber nicht durch Geißeln bewegen, sondern kriechende Bewegungen ausführen. Hier werden nicht nur einzelne Zellen aus dem Verbände frei, sondern auch kürzere, nur aus wenigen Einzelzellen bestehende Fadenstücke, deren einzelne Zellen sich aber nur in einem sehr losen Verbände befinden. Sie bewegen sich durch Biegungen der Zelle vorwärts, ähnlich wie die Beggiatoen und Oszillarien (blaugrüne Algen). Nachdem sich die Konidien einige Zeit in der Flüssigkeit frei befunden haben, setzen sie sich mit einem Ende an einer Unterlage fest. Dabei wird eine Kittmasse oder ein Klebestoff ausgeschieden.. Sie ver- mehren sich weiterhin durch Querteilung, wie die übrigen Bakterien und bilden dabei wieder die langen bescheideten Fadenverbände aus. Anhangsweise seien hier auch die früher vielfach beschriebenen „Athrosporen" erwähnt. Sie sollen einfach durch Umwandlung der vegetativen Zelle in eine Dauerzelle zustande kommen und nach der Meinung einiger Untersucher überall dort vorkommen, wo die zuerst beschriebenen endogenen Sporen fehlen. Dabei handelt es sich aber nicht um eine Zellbildung in der Zelle. Die vegetative Zelle erhält höchstens eine etwas verdickte Membran. Besonders von Kugelbakterien sind Arthrosporenbildungen häufig beschrieben worden, wie bei dem schon genannten Leuconostoc (Streptococcus) mesenterioides. dem Frosch- laichbakterium. Hier findet man in der Tat in dem Verlaufe der Kugel- kette eingeschaltet bedeutend vergrößerte Kugeln, denen man Sporencharakter beilegte und die man als Arthrosporen bezeichnete. Ihnen fehlt aber das erste und wichtigste Sporenmerkmal, die Keimfähigkeit. Kein Forscher hat jemals die Keimung einer solchen Kugel gesehen. W r enn wir ehrlich - 65 sein wollen, müssen wir gestehen, daß wir die Natur dieser Gebilde nicht näher kennen. Wir wissen nur soviel, daß sie mit den endogenen Sporen nichts gemeinsam haben. Sie sind höchstens mit den bei Zyanophyzeen vorkommenden ..Grenzzellen" oder „Heterozysten" zu vergleichen, deren Bedeutung aber ebenfalls noch nicht klargestellt ist, Vorläufig tun wir besser, den Ausdruck Arthrospore aus der Bakteriologie gänzlich zu entfernen. Literatur zur Vorlesung IV und V. Hutchinson, H. B., Über Form und Bau der Kolonien niederer Pilze. Zentralbl. f. Bakt., II. Abt., Bd. 17, 1907. Bredemann. Gr., Bacillus amylobacter A. M. et Bredemann. Zentralbl. f. Bakt., II. Abt., Bd. 23, S. 383, 1909. Ders. , Untersuchungen über die Variation und das Stickstoffbindungsvermögen des Bacillus asterosporus A. M. usw. Zentralbl. f. Bakt., II. Abt., Bd. 22. S. 44. 1909. Hier Sporenbildung, Sporengröße usw. Fischer. A., Vorlesungen über Bakterien. Jena 1903. Fuhrmann, F., Entwicklungszyklen bei Bakterien. Beihefte zum botan. Zentralbl., I. Abt., Bd. 23, 1908. Migula, W., in Lafar's Handb. d. techn. Mykologie, Bd. 1, S. 29. Ambroz, A., Entwicklungszyklus des Bacillus nitri sp. n., als Beitrag zur Cytologie der Bakterien. Zentralbl. f. Bakt., II. Abt., Bd. 51, S. 193, 1909. Hier viel Literatur. Meyer, A.. Praktikum der botanischen Bakterienkunde. Jena 1903. Schaudinn, Fr.. Beiträge zur Kenntnis der Bakterien. Arch. f. Protistenk.. Bd. 1, S. 306, 1902. Garbowski, L.. Über einen extrem verkürzten Entwicklungsgang bei 2 Bakterien- spezies. Biolog. Zentralbl., Bd. 27, S. 707, 1907. Fuhrmann, Myk SECHSTE VORLESUNG. Chemie des Bakterienleibes. Die chemische Erforschung des Bakterienleibes bietet dem Unter- sucher die allergrößten Schwierigkeiten, da nicht nur die Gewinnung des nötigen Materiales für genaue quantitative Analysen durchaus nicht leicht sondern auch die Reinigung desselben von den anhaftenden Nähr- bodenbestandteilen ohne Verluste an Zellbestandteilen sozusagen unmöglich ist. Außerdem wird die Zusammensetzung der Bakterien von ihrem Alter und ihrem momentanen Entwicklungszustand abhängig sein, weshalb es für die axakte chemische Erforschung äußerst notwendig ist, gleichalterige Individuen zur Analyse heranzuziehen. Diese Forderung ist aber bei der Anwendung makrochemischer Methoden unerfüllbar. Über die chemische Zusammensetzung der Mikroorganismen werden wir erst mit der Ein- führung der Mikrochemie in die bakteriologischen Untersuchungsmethoden völlig einwandsfreie Daten erhalten. Die Mikrochemie wird übrigens gerade in den letzten Jahren von verschiedenen Forschern eingehend be- arbeitet und es ist große Aussicht vorhanden, daß dieselbe uns schon in der nächsten Zeit auch für die quantitative Untersuchung der Bakterien die besten Dienste leisten wird, was die in Emichs Lehrbuch der Mikrochemie gebrachten Methoden ohne für die besonderen Zwecke der Bakterienforschung zugeschnitten zu sein, sicher erwarten lassen. Der Bakterienleib ist außerordentlich wasserreich. Das Wasser spielt ja auch für die Aufnahme der Nahrungsstoffe und die Ab- gabe der Ausscheidungsprodukte die allergrößte Rolle. Die Bakterien sind überhaupt für ein Leben im Wasser oder zumindest sehr wasser- reichen Nährmedien eingerichtet, was sich naturgemäß auch in einem größeren Wasserreichtum der Zellsubstanz wiederspiegeln muß. Der Wassergehalt der einzelnen Bakterienarten zeigt nur geringe Unterschiede, wie aus den wenigen älteren und neueren Bestimmungen hervorgeht. Im folgenden sind die wichtigsten diesbezüglichen Angaben tabellarisch zusammen- gestellt. Tabelle siehe S. 67. Schon aus dieser Tabelle ist ersichtlich, daß der Wassergehalt der Bakterien ein sehr hoher ist. Er fällt im allgemeinen mit zunehmendem Alter der Kultur. Er ist aber auch bei ein und derselben Art unter verschiedenen Kulturbedingungen verschieden. B.ikterienart Wassergehalt in Proz. Autor Fäulnisbakterien in verschiedenem Alter Bacillus prodigiosus Bacillus xerosis Bacteriura pneumoniae Proteusbakterien Milzbrandbakterien Tuberkulosebakterien Bacterium mallei Bacterium mallei Choleravibrionen Proteus vulgaris Bacterium pneumoniae Bacillus prodigiosus Bacillus pyocyaneus 84,81 84,26 83,42 85,45 84.93 84.20 83,60 80,00 74,00—88,80 75—78 76,5 73,4 80,0 85,5 78,0 75,0 | Schaffe r > Kappes B r i e g e r R u b n e r Dyrmont Ha mm erschlag Kresling Nicolle und Alilaire 1909 Wassergehaltsbestimmungen von Bakteriensporen wurden meines Wissens nur an Milzbrandsporen ausgeführt. Dyrmont gibt für sie einen Wassergehalt von 85,4 Proz. an. Es dürfte diese Angabe kaum der Wirklichkeit entsprechen, da die in den zerfallenen und stark verquollenen Resten des Sporangiums eingebetteten Sporen gewiß nicht allein zur Wägung gelangten und jene Nebenbestandteile sehr wasserreich sind. Aus den Bestimmungen des spezifischen Gewichtes von Sporen, die Almquist an Heubazillensporen ausführte, ist vielmehr ein sehr geringer Wassergehalt der Dauerformen wahrscheinlich. Mit wenigen Ausnahmen sind die Forscher darin einig, daß der Aschengehalt der Bakterien ein sehr schwankender ist. Er ist hauptsächlich ab- hängig von demjenigen des Nährsubstrates, wie folgende aus Kruses Mikrobiologie entnommenen Zahlen nach den Untersuchungen Cramars an Choleravibrionen es dartun: Soda- Phosphat- Bouillon Bouillon NaCl- Bouillon Aschegehalt der Bakterien in der Trocken- 9,3 Proz. 1,34 „ 1,25 „ 22,3 Proz. 2,75 ., 2,50 „ 25,9 Proz. 3,73 „ 4,12 „ Aschegehalt in der feuchten Bakterienmasse Aschegehalt des Nährbodens in der feuchten Masse Man sieht sofort, daß mit steigendem Aschegehalt des Nährsub- strates auch ein Ansteigen des Aschegehaltes der darin wachsenden Bakterien erfolgt. Die Zunahme der Asche geschieht bei diesen Bakterien fast streng gesetzmäßig mit dem Ansteigen der Asche des Nährbodens. Im allgemeinen ist der Aschegehalt der Bakterientrockensubstanz keine konstante Größe. So finden wir nach den Angaben von Hammer- schlag für Tuberkulosebakterien einen Aschegehalt von 8 Proz., nach denjenigen von Schweinitz und Dorset einen solchen von nur 68 1,77 — 1,92 Proz. Cramer gibt für Choleravibrionen einen Aschegehalt von 8 bis 30 Proz. der Trockensubstanz an, wozu allerdings bemerkt sein muß, daß dieselben auf verschiedenen oben genannten Fleischbrühen ge- züchtet worden waren. Nach Kappes hat die Trockensubstanz von Bacillus prodigiosus 13,47 Proz. und diejenige des Bacillus xerosis 9.52 Proz. Asche. Analysen der Biikterienasehe liegen ebenfalls vor. Aus denselben entnehmen wir, daß die Bakterien- asche vornehmlich Phosphor und Kalium enthält, dann in geringerer Menge bis in Spuren Kalzium, Magnesium, Silizium, Eisen, Mangan, Aluminium. Jod, Chlor und Schwefel. Daß der Schwefel beim Glühen der Asche in Gegenwart der großen Phosphorsäuremengen in der Asche ganz verschwindet oder sehr zurücktritt, darf ja nicht Wundernehmen, da er dabei eben als freie Säure weggeht. Aus diesem Schwefelmangel der Asche darf keineswegs das Fehlen desselben im leben- den Bakterienorganismus geschlossen werden. Die Schwefelbakterien ent- halten natürlich große Mengen von Schwefel. Der Natriumgehalt ist ebenfalls großen Schwankungen unterworfen und wird naturgemäß in den Seewasser bewohnenden Bakterien größer sein als in den Bakterien, die in ihrem Nährsubstrat nur wenig Natriumverbindungen zur Verfügung haben. Der Eisengehalt ist gewöhnlich sehr gering und steigt nur bei den sog. „Eisenbakterien" beträchtlich an, da diese Scheidenbakterien in ihren Scheiden große Eisenmengen speichern. Das gleiche gilt für Mangan, welches bei den Eisenbakterien bis zu einem gewissen Grade ebenso gespeichert wird, wie das Eisen. In diesem Falle werden dafür auch hohe Werte auftreten, während sonst Mangan sich nur in Spuren findet. Jod wurde nur einmal beim Tetanusbazillus von Gautier in äußerst geringen Mengen nachgewiesen und findet sich auch in den Bakterien des Meeres. Die folgende Zusammenstellung der Ascheanalysen von Bakterien nach Untersuchungen von Kappes. Schweinitz und Dorset, Romegialli und Cramer gibt einen Überblick über die Zusammensetzung der Asche verschiedener Bakterien. Bakterienart In Prozenten der Trockensubstanz 11,0 Na,0 CaO MgO F-A SiO, so 3 P >°5 Cl Bacterium aceti . . . L'.W.I 14,00 0,70 8,15 7,76 7,64 18,14 2,20 Bacillus prodigiosus . 11,50 28,00 4,00 7,00 — 0,50 — 38,01 5,00 Bacillus xerosis . . . 11,10 24,00 3,00 6,00 — 0,b0 — 34,45 0.6(1 Choleravibrio .... 4-<; 27—34 0,3—1,3 0,1—0,0 — — 1—8 10—45 5—44 Tuberkulosebakterium 6,4 13,6 12,6 11,6 0,006-0,008 0,6 55,2 Aus der Tabelle geht auch hervor, daß die Menge gewisser Elemente sehr großen Schwankungen unterliegt, wie es beispielsweise an dem viel- untersuchten Objekt Choleravibrio unter anderen ersichtlich ist. Auch für diese Schwankungen ist sicherlich der Gehalt des Nährsubstrates an den betreffenden Verbindungen und die Durchlässigkeit des Plasmas für die- selben von einschneidender Bedeutung. Dies zeigt sich zum Beispiel für die Chlor- und Phosphorverbindungen, wie nachstehende kleine Zusammen- stellung nach Kruses Mikrobiologie dartut. — 6V> — Bei einem Chlorgehalt der Asche des Nährbodens von .... 23,0 Proz.: 11,4 Proz. und 49,2 Proz. ergab sich für die Asche der Cholera- vibrion ein Chlorgehalt von . 16,9 Proz. ; 7,97 Proz. und 40,7 Proz. Eine so schöne Übereinstimmung, wie wir sie oben bei der Trocken- substanzmenge gefunden haben, herrscht hier aber nicht mehr. Noch weniger übereinstimmend sind die Daten bezüglich des Phosphor- säuregehaltes der Cholerabakterienasche bei Nährsubstraten mit verschie- denem P,CyGehalt. Es ergeben sich folgende Werte dafür: Bei einem Phosphorsäuregehalt der Asche der Nährbouillon von ... 7,9 Proz.; 39,8 Proz. und 2,1 Proz. enthielt die Bakterienasche . . . 28,7 Proz.; 38,4 Proz. und 10,9 Proz. Die Bakterien enthalten dann noch jederzeit in großer Menge: Stickstoff. Kohlenstoff, Sauerstoff nud Wasserstoff, die in einer Reihe organischer Verbindungen das Protoplasma und die Zell haut aufbauen. Die Hauptmenge des Stickstoffes ist in den Eiweißkörperchen oder Proteinen des lebenden Plasmas vorhanden, nur ein verhältnismäßig geringer Teil in der Zellwand. Die Kohlenstoffverbindungen befinden sich vornehmlich in den Reservestoffen und in der Zellwand, wenn wir vom Proteinkohlenstoff vorläufig absehen. Einen Überblick über die vorhandenen Mengen von Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff geben uns Elementaranalysen von Bakterien, die von einigen Forschern ausgeführt wurden. So ergab- sich nach den Untersuchungen von Nencki und Schaffer an Fäulnisbakterien ein Gehalt von 53,1 —53.8 Proz. C, 7,8 Proz. H und 13,8—14,3 Proz. N für die fett- und aschefreie Trockensubstanz. Nach Cramer's Elementar- analysen von verschiedenen Bakterienarten beträgt, auf aschefreie Trocken- substanz berechnet, die C-Menge 48,9 — 51,8 Proz., die H-Menge 6,5 bis 7.5 Proz. und die N-Menge 9,4 — 15,0 Proz. Nach den neuesten Unter- suchungen Kutschers entfallen auf die fettfreie Trockensubstanz mit 2.6 Proz. Asche 50,18 Proz. C, 7,33 Proz. H und 9,87 Proz. N. Über den Stickstöffgehalt der Bakterien liegen noch zahl- reichere Angaben vor. von denen die neueren nach den Analysen von Nicolle und Alilaire hier teilweise wiedergegeben sind. Darnach beträgt der Stickstoffgehalt in Prozenten der Trockensubstanz bei dem Rotz- bakterium 10,5: Cholerabakterium 9,8; Proteus vulgaris 10,7; Bacillus coli 8,3; Bacillus prodigiosus 10,5; Bacterium pneu- moniae 10,4; Bacillus typhi 8,3; Bacillus pyoeyaneus 9,8. Aus diesen Zahlen unmittelbar den Eiweißgehalt der Bakterien durch die übliche Multiplikation mit dem Faktor 6,25 zu bestimmen, führt sicherlich zu Fehlresultaten, da die erhaltenen Werte entschieden zu hoch ausfallen. Es werden dabei eine Reihe stickstoffhaltiger Reservestoffe und Zellwandstoffe vernachlässigt, die aber berücksichtigt werden müssen. Aus diesem Grunde sind die meisten aller Analysedaten über die Menge der Eiweißstoffe von Bakterien nicht vollständig genau und nur unter Berück- >iditigung dieses Fehlers zu gebrauchen. Auch die Menge der Kohlehydrate schwankt bei den einzelnen Bakterienarten sehr bedeutend. Dies ist wohl einzusehen, da ja dieselben — 70 — als Reservestoffe in sehr verschiedener Menge in der Bakterienzelle gespeichert werden, wie schon bei der Besprechung der geformten Ein- schlüsse des Protoplasmas zur Genüge dargetan worden war. Das Gleiche gilt für die in den meisten Bakterien in gewissen Entwicklungszuständen und auch beim Absterben auftretender Fettsubstanzen, die keineswegs einheitlicher Natur sind. Auch die Menge der in Bakterien nachgewiesenen höheren Alkohole ist sehr verschieden. Nach dieser mehr allgemeinen Orientierung über die elementare Zusammensetzung der Bakterienzelle wollen wir uns zunächst zuwenden der Chemie der Bakterienzellwand. Es war naheliegend, in früheren Zeiten die Bakterienwand entsprechend den Befunden an den Membranen der höheren Pflanzen als aus Zellulose gebildet anzusehen. Die eingehenderen Untersuchungen haben aber gezeigt, daß sich echte Zellulose in den Zellwänden der Bakterien, wenn überhaupt, nur in den seltensten Fällen findet. Wir haben es hier im allgemeinen mit komplizierten Körpern zu tun, die in den meisten Fällen auch Stick- stoff enthalten. Ganz allgemein gesprochen besteht die Wand der Bakterien in der Regel aus stickstoffreien und stickstoffhaltigen Membranstorfen. Von den stickstoffreien Membranstoffen kommt die sonst im Pflanzenreiche weit verbreitete Zellulose kaum in Frage. Findet man doch nur wenige Angaben über einen Zellulosenachweis bei einigen Bak- terien, der aber auch nur zuweilen gelingt. Eine Essigbakterie, Bacterium xylinum, die kolossale Häute in Flüssigkeiten ausbildet, soll aus echter Zellulose aufgebaute Zellwände besitzen. Mit Recht bezweifelt man aber das Vorhandensein derselben, da die Zellwände dieser Bakterienart sehr zur Verschleimung neigen, was bei echter Zellulose nicht der Fall ist. Außerdem ist die Wand von Bac- terium xylinum in Kupferoxydammoniak nicht löslich, aber langsam löslich in erwärmter konzentrierter Salzsäure, was darauf hindeutet, daß es sich in der Zellwand von Bacterium xylinum um eine Hemizellulose handelt Hemizellulose und gummiartige Membranstoffe finden sich in der Zellwand der Bakterien sehr häufig. Außerdem findet man weit- verbreitet in der Bakterienzellwand fadenziehende Schleimstoffe, die oft in großen Massen abgeschieden werden und wohl immer als von der Zellwand entstanden anzusehen sind. Die meisten näher untersuchten Bakterienwandschleime entsprechen der allgemeinen Formel C fi H 10 O 5 . Es gilt dies besonders für die von Harp untersuchten Schleimbakterien Bacillus gummosus und Micrococcus gumm osus, deren Wand eine in Wasser lösliche Gummöse ausscheidet. Auch der von Kramer untersuchte Bacillus viscosus sacchari und Bacillus viscosus vini bildet Schleimmassen derselben Zusammen- setzung. Die fadenziehenden Schleime scheinen außerdem noch muzin- artige Körper zu enthalten. Genauere Untersuchungen liegen unter anderen über die Gallerte des Leuconostoc mesenterioides vor, aus denen hervorgeht das diese Dextran enthält, einen Körper, den auch Anderlik in der Gallerte eines anderen in der Zuckerfabrikation auftretenden Bakteriums fand. — 71 — Schardinger untersuchte den Schleim eines Rohrzucker ver- gärenden Bazillus. Nach der Verzuckerung desselben durch Kochen mit Salzsäure entstand eine stark reduzierende Lösung, die bei der quantitativen Zuckerbestimmung nach Allihn eine 79,6 proz. Galaktose oder 71,6 proz. Galaktan entsprechende Kupfermenge ergab. Ein aus diesem Schleim gewonnenes Kohlehydrat ergab bei der Elementaranalyse für die Formel C 6 H 10 O r> berechnet: H = 6,17 und 0=44,44. Dieses Kohlehydrat zerfiel bei der Oxydation durch Salpetersäure in Schi ei m- säure und Oxalsäure. Beim Kochen mit Salzsäure entsteht ein stark CuO reduzierender Zucker, der polarisiertes Licht nach rechts dreht. Es ist der Schluß berechtigt, daß in diesem Kohlehydrat ein (ialaktan vor- liegt. Die fadenziehende Beschaffenheit des ursprünglichen Schleimes ist wohl auf die gleichzeitige Anwesenheit muzinartiger Körper zurück- zuführen. Die meisten Untersuchungen von Bakterienzellwänden ergab die Anwesenheit von Stickstoffverbindungen in denselben, die aber höchstens zu kleinen Teilen eiweißartiger Natur sind. Denn mit keinem Reinigungsmittel gelang es, den Stickstoff zu entfernen. Der stick- stoffhaltige Membranstoff steht dem Chitin außerordentlich nahe. Letzteres bildet bekanntlich die harten Teile der Insekten, Spinnen und Krebse. Emmerling hat einem dem Chitin außerordentlich nahestehenden Körper tatsächlich in den Wänden des Bacterium xylinum nachgewiesen. Auch die erhaltenen Stickstoffwerte der Zellmembran anderer Bakterien lassen auf einen Chitingehalt derselben schließen. Die von Iwanoff untersuchten Membranen des Bacillus pyo- cyaneus, Bacillus megatherium und Bacterium anthracis ergeben allerdings zu hohe Stickstoffwerte, weshalb auch die Anwesenheit geringer Mengen von Eiweißkörpern in der Zellhaut zahlreicher Bakterien mit Sicherheit anzunehmen ist. Wenn wir in aller Kürze die Daten über die chemische Zusammen- setzung der Bakterienzellhäute zusammenfassen, so finden wir in denselben in der Hauptmenge: 1. N-freie Membranstoffe ( Zellulose Vj Hemizellulosen, Dextran, Galaktan, 2. N-haltige Membranstoffe chitinartige Körper, eiweißartige Körper, muzinartige Körper. Über die Zusammensetzung der Sporenmembranen sind wir derzeit nicht unterrichtet. Anhangsweise sei auch erwähnt, daß sich in den Zell- membranen der Bakterien sicherlich noch eine Reihe anderer Körper findet, wie hauptsächlich fettartige und wachsartige Stoffe, was besonders auch für die Sporenmembran gilt. Die Chemie des Zelliimeren der Bakterien ergibt in erster Linie die Anwesenheit von Eiweiß- körpern und ihnen nahestehenden Verbindungen, die zusammen das ausmachen, was wir lebendes Plasma nennen. Sie sollen auch zuerst besprochen werden. Schon im Jahre iss4 hat Vandevelde im Bacillus subtil is und Nencki im Bacterium anthracis (Milzbrandbakterium) Nuklein — 72 gefunden. Später wurden Nukleinverbindungen von anderen Forschern in Bakterien makrochemisch und mikrochemisch nachgewiesen. Dabei müssen wir die echten Nukleinverbindungen von den unechten unterscheiden, die auch einen Phosphorgehalt aufweisen und von Hammarsten als Pseudonukleine, von Kossei als Paranukleine und in der Folge einfach als Nucleoalbumine bezeichnet worden waren. Alle echten Nukleinverbindungen sind dadurch charakterisiert, daß sich „Nukleinsäure" abspalten läßt. Nukleinsäure ist ein Sammel- begriff, der entsprechend der Herkunft ziemlich verschiedene Körper um- faßt, die aber alle durch einen hohen Stickstoffgehalt und Phosphorgehalt ausgezeichnet sind. Die Pseudonukleine, die Cohnheim unter dem Namen „Phosphorglobuline" zusammenfaßt, zeigen ausgesprochene sauere Eigenschaften und werden bei der Säurehydrolyse in Eiweißkörper und Phosphorsäure verlegt. Echte Nukleinverbindungen und Nukleinsäure wurden bereits in zahlreichen Bakterien nachgewiesen und in einigen Fällen quantitativ bestimmt. Einige Beispiele sollen diese Verhältnisse illustrieren. So fand Nishimura in Wasserbazillen eine Reihe von Xanthin- basen, die sich in der Trockensubstanz prozentisch folgendermaßen ver- teilen: 0,07 Proz. Xanthin, 0,14 Proz. Guanin und 0,08 Proz. Adenin. Hopoxanthin war nicht vorhanden. Galeotti stellte aus Pestbakterien ein Nukleoproteid dar, das Guanin enthielt, und aus einem dem Ernst'schen Bacillus ranicida nahe- stehenden Bakterium ebenfalls ein Nukleoproteid mit einem N-Gehalt von 12 und Phosphorgehalt von 1—1,8 Proz. Kresling wies in Rotzbakterien ebenfalls Guanin und Xanthin nach. Aronson analysierte Diphtheriekulturen und erhielt daraus Nukleo- proteide, die Xanthinbasen und Pentosen abspalten ließen, und wenig Nukleinsäure, die als Zersetzungsprodukte Xanthinbasen, Pentosen und Phosphorsäure ergab. Iwan off erhielt aus dem Bacillus pyocyaneus, Megatherium und Bacterium anthracis auch Nukleoproteide. Stoklasa zerlegte die Zellen von dem stickstoffbindenden Azoto- bacter chrooceccum durch Magensaft, also Pepsinverdauung und erhielt 20 Proz. verdauliches Eiweiß und 80 Proz. unverdauliche Nukleine mit einem Stickstoffgehalt von 15,8 Proz. und einem Phosphorgehalt von 3,9 Proz. Sehr eingehende Untersuchungen über die Nukleinverbindungen des Tuberkulosebakteriums verdanken wir unter anderen Ruppel. Er stellte daraus die „Tuberkulinsäure" dar, die einer Nukleinsäure mit 9,4 Proz. Phosphor entspricht. Außerdem erhielt er noch Nukleo- protamin und Nukleoproteide. Der Menge nach verteilen sich diese Körper in 100 g der Trockensubstanz des Tuberkulosebakteriums folgen- dermaßen : Tuberkulinsäure 8,5 g; Nukleoprotamin 24,5 g; Nukleo- proteid 23,0 g. * Auch Pseudonukleine finden sich in den Bakterienzellen, wie die zahlreichen Angaben es dartun. So konnte Palladino-Blandini im Typhusbazillus ein Nukleoalbumin nachweisen. Kürzlich wurde von Nicolle und Alilaire aus Tuberkelbakterien ein „Bazillo- — 73 — kasein" gewonnen. Auch bei vielen anderen Analysen finden wir Körper, die sicherlich zu den Phosphoglobulinen Colin hei ins zu rechnen sind. Was die Lokalisation der Nukleine in der Bakterien- zelle anlangt, so werden sie auch liier wie überall in den Kernen vor- nehmlich sitzen. Gewiß enthalten viele der sog. metachromatischen Körnchen echtes Nuklein oder bestehen unmittelbar aus Nuklein- säure, wie aus den Untersuchungen Arthur Meyers zu schließen ist. Sicherlich sind aber ein großer Teil derselben in die Gruppe der P h o s - phogiobuline und anderer eiweißartiger Körper zu stellen. Neben den Nukleinen sind noch eine Reihe von Eiweißkörpern am Aufbau des lebenden Plasmas beteiligt. Dieselben zeigen einen sehr niedrigen oder gar keinen Phosphorgehalt und sind schwefelhaltig. Besondere Angaben darüber finden wir für die Bakterien nur selten. Erwähnt sei hier das Tuberkulosamin Ruppels. Außerdem werden sich in der Bakterienzelle sicherlich auch Vorstufen von Eiweißkörpern und Abbauprodukte derselben finden, vornehmlich Peptone und Albu- mosen, also komplexe Polypeptide, und Aminosäuren. Außerdem finden sich in der Bakterienzelle noch andere stickstoff- haltige Verbindungen, wie Albuminoide, Keratin u. dgl., wie sie Ruppel im Tuberkulosebakterium nachwies. Die Bakterienzelle enthält regelmäßig eine Reihe von Reservestoffen und Kohlehydraten, die im Haushalte der Zelle von der größten Be- deutung sind. Die meisten Bakterien führen Glykogen, das dem tierischen Glykogen sehr nahe steht. Eine große Anzahl von Bakterien führt auch im Zeil- inneren stärkeähnliche Kohlehydrate und hoch st wahrscheinlich auch einfachere Zucker. Letztere werden allerdings nicht gespeichert. Weites enthalten die Bakterien fast immer größere oder geringere Mengen von Fett und wachsartigen Stoffen, die besonders am Tuber- kulosebakterium eingehend untersucht sind: außerdem Cholesterin und Lezithin. Die Fette der einzelnen Bakterienarten sind ziemlich verschieden zusammengesetzt und besitzen auch sehr verschiedene Schmelzpunkte, was auf den verschiedenen Gehalt an Fettsäuren und Fettsäureestern zurückzuführen ist. Eine sehr ausführliche Analyse des Tuberkulose- bakterienfettes liegt von Kresling vor, nach der dieses Fett eine ganz eigenartige Substanz ist. Es dürfte sich um ein Gemisch sehr komplizierter Natur handeln, das im wesentlichen aus Neutralfetten, freien Fettsäuren, Fettsäureestern und höheren Alkoholen, wie Cholesterin und Lezithin bestellt. Außerdem enthält es noch eine größere Menge von wasserunlöslichen Extraktivstoffen. Ruppel fand in den Tuberkulosebakterien drei Arten von Fett- stoffen. Der erste Fettkörper ist rot gefärbt und enthält viel freie Fettsäuren. Sein Schmelzpunkt liegt bei 55 — 60 ° C. Der zweite ist wachsartig, schmilzt bei 65° und ist nur schlecht verseifbar. Das dritte Fett besitzt einen bienenwachsähnlichen Geruch, ist auch sonst wachsartig und hat einen bei 65 — 70 n liegenden Schmelzpunkt. Nach den Untersuchungen Baudrans enthält die Trockensubstanz der Tuberkulosebakterien im ganzen 36—44 Proz. Fettstoffe, die sich mit den höheren Alkoholen folgendermaßen aufteilen lassen: der Trockensubstanz. — 74 — Cholesterin ö— 7 Proz. Lezithin 6 — 7 „ Olein 10 -12 „ Stearin 15—18 „ Diese wenigen Angaben aus der über diesen Gegenstand ziemlich reichlich vorliegenden Literatur werden genügen, die Kompliziertheit der Zusammensetzung der Bakterien darzutun. Dabei handelt es sich immer nur um Körper, die noch faßbar und mehr oder weniger rein darstellbar sind, Neben denselben finden wir aber noch eine große Menge Substanzen, die entweder nur als intermediäre Produkte des Stoffwechsels in kleinsten Mengen jederzeit vorhanden sind oder aber überhaupt noch nicht als chemische Individuen dargestellt sind und ihre Anwesenheit nur aus ihren Wirkungen auf die Umwelt erschließen lassen. Es sind die sog. Fermente oder Enzyme, die jede Zelle enthält. SIEBENTE VORLESUNG. Allgemeines über Enzyme. Eiweißspaltende Enzyme. Unter Enzymen oder Fermenten verstehen wir eine von einer lebenden Zelle gebildete Substanz, die ohne in das End- produkt der Reaktion selbst einzutreten, die Geschwindigkeit derselben vergrößert oder gegebenen Falles verkleinert, also ändert. Dabei vollzieht sich diese Wirkung ohne irgendwelchen Einfluß von Seite der Lebensvorgänge der Zelle selbst. Damit sind die Enzynie in die Kategorie der Katalysatoren eingereiht oder vielleicht denselben untergeordnet. Kein Enzym wurde bisher als chemisches Individuum rein dargestellt oder gewonnen. Aus allen ihren Wirkungen und ihren Auftreten ist aber der Schluß berechtigt, daß sie kolloidale Natur besitzen. In dieser Hinsicht haben sie gemeinsame Eigenschaften mit Eiweißkörpern, ohne selbst solche zu sein. Je reiner sie in der Tat hergestellt werden, um so mehr verlieren sie die Eigenschaften echter Eiweißkörper und geben dann auch keine Eiweißreaktionen mehr. Mit Ausnahme der echten Lipasen sind alle Enzyme in Wasser sehr leicht löslich und leicht löslich in sehr verdünnten Salz- lösungen. Es handelt sich hier um Scheinlösungen eines Emul- sionskolloides. Die Enzyme werden durch starken Alkohol, wenn auch nicht quantitativ, gefällt. Auch Amnion sulfat fällt in gesättigter Lösung die Enzyme. Feine Niederschläge und Eiweißfällungen usw. reißen die Enzyme ebenfalls mit. Die Enzyme werden bei der Dialyse teils zurückgehalten, teils gehen sie durch die Membranen hindurch. Von großem Einfluß auf die Durchlässigkeit ist die Membran. In dieser Hinsicht verhalten sich die Enzyme aber sehr verschieden. Alle Enzyme besitzen in hohem Grade die Fähigkeit, sich an feste Körper zu binden oder zu adsorbieren. Hier ist nun eine Adsorption auf mechanischem Wege anzunehmen und eine solche infolge eines bestimmten elektrischen Ladungssinnes. Vielfach werden beide Ursachen zusammenwirken, wie beispielsweise bei der Adsorption der Enzyme an Kohleteilchen. Die Beeinflussung der Adsorption durch den elektrischen Ladungszustand sehen wir schon, wenn wir als Adsorbens Koalin und Tonerde verwenden. An den anodisch wandernden Koalin werden nur Basen, an die kathodisch wandernde Ton- erde nur Säuren gebunden. Das Enzym „Invertase" wird nun nur von 76 der Tonerde gebunden, einerlei, welche Reaktion das Lösungsmittel auf- weist, vom Koalin aber niemals. Es besitzt dieses Enzym also einen ausgesprochenen Säurecharakter. Anders liegt die Sache bei den meisten anderen Enzymen, die bei dieser Prüfung einen amphoteren Charakter aufweisen, wie die Eiweißkörper. Bei ihnen wechselt die Ad- sorption mit der Reaktion der Lösungsmittel. Entsprechend der Definition der Enzyme haben wir ihre Wirkung als katalytisch anzusehen. Die Gesetze, nach denen diese erfolgt, decken sich auch mit jenen, die wir von den Katalysatoren kennen. Allen kata- lytischen Vorgängen ist die Eigentümlichkeit gemein, daß spontan ver- laufende Reaktionen durch Zutun eines Katalysators in ihrer' Geschwindigkeit eine Änderung erfahren. Es wird also die Reaktionsgeschwindigkeit geändert, entweder beschleunigt oder verzögert. Bei den Enzymen tritt die Beschleunigung oder positive Katalyse in den Vordergrund. Weder das Enzym noch der Katalysator sind dabei an eines der entstehenden Endprodukte gebunden. Die Enzyme vermögen ebensowenig eine Reaktion auszulösen wie die Katalysatoren, sie ändern, wie schon gesagt, nur die Reaktions- geschwindigkeit von freiwillig in Gang befindlichen Reaktionen, die ohne ihr Zutun in vielen Fällen in fast unmeßbar langer Zeit einen Endzustand erreichen würden. Niemals führen Enzyme einer Reaktion Energie zu. Nach van t'Hoff können aber nur solche Vorgänge freiwillig ein- treten, bei denen Arbeit geleistet wird. Auch nur sie können deshalb enzymatisch, bezw. katalytisch, beschleunigt werden. Im allgemeinen wird bei allen exothermisch verlaufenden Prozessen Arbeit geleistet, doch wurden auch endothermisch verlaufende Vorgänge bekannt, die sich unter Leistung von Arbeit abspielen. Allgemein begünstigen hohe Temperaturen das freiwillige Eintreten von endotherm verlaufenden Vor- gängen, niedrige Temperaturen dasjenige von exothermen Vorgängen. Damit hängt die endgültige Gleichgewichtseinstellung zu- sammen. Bei allen Reaktionen, die ohne Wärmeänderungen verlaufen, erfolgt die Einstellung des Gleichgewichtszustandes nach dem Gesetze von Guldberg und Waage, ist also allein abhängig von der relativen Konzentration der einzelnen Teilverbindungen des reagierenden Gemisches. Dabei ist es ohne Belang, bei welcher Temperatur die Reaktion vor sich geht, denn diese kann nur auf die Geschwindigkeit der letzteren einwirken. Sobald es sich aber um Vorgänge mit Wärmeumsetzungen handelt, wird die Temperatur, bei denen die Umsetzungen erfolgen, einen wesentlichen Einfluß auf den Endzustand ausüben. Bei gewöhnlicher Temperatur exotherm verlaufende Vorgänge, die keinen Gleichgewichts- zustand erkennen lassen, können bei sehr hohen Temperaturen entgegen- gesetzte endotherme Reaktionen eingehen, so daß auf diese Weise ebenfalls ein Gleichgewichtszustand hergestellt wird, der bei niederer Temperatur aber wegen des unmeßbar langsamen Verlaufes der entgegengesetzten Reaktion nicht merklich vorhanden ist. Dieselben müssen dennoch katalytisch beschleunigt werden können. Es ist demnach eine theoretische Forderung, daß die enzymatisch beschleunigten Reaktionen auch umkehrbar oder reversibel sind. In — 77 der Tat erfüllen die Enzyme diese Forderung, wie aus mehreren Unter- suchungen hervorgeht. Mit Hilfe der Enzyme können alsoauch Synthesen ausgeführt werden, was für die Wirkung der ausschließlich in der Zelle tätigen Enzyme beim Aufbau der Leibessubstanz von der allergrößten Bedeutung ist. Entsprechend den Gesetzen der Katalyse führen katalytisch beeinflußte Vorgänge zu einem Gleichgewichtszustände, der durch den Katalysator nicht verändert werden kann, da er die dazu erforderliche Energie nicht zu liefern vermag. In unseren Fällen ist das Enzym der Katalysator. Betrachten wir aber enzymatisch beeinflußte Vorgänge genauer, so finden wir, daß nur in den seltensten Fällen ein echter Gleichgewichtszustand erreicht wird. Gewöhnlich steht der Prozeß viel früher still. Daß es sich tatsächlich um keinen echten Gleichgewichtszustand handeln kann, geht aus dem Umstände hervor, daß eine erneute Zugabe von Enzym die Reaktion sofort wieder in Gang bringt und den Gleichgewichtszustand weiter verschiebt. Da es nun in ein und demselben Reaktionsgemisch nicht mehrere Gleichgewichte gibt, so kann der durch die Enzymwirkung rasch erreichte Endzustand gar nicht ein echtes Gleichgewicht sein. Wir haben es hier mit sog. „falschen Gleichgewichten" zu tun. Deshalb steht auch ohne erneute Enzym- zugabe die Reaktion nicht still, sondern verläuft wieder so langsam weiter, wie zuvor ohne Zutun des Enzymes. Es würde dann erst nach einer außer- ordentlich langen Zeit der echte Gleichgewichtszustand erreicht werden. Dies gilt natürlich nur dann, wenn eine Behinderung des Enzymes oder eine Schädigung desselben im Verlaufe der Reaktion eintritt und nicht etwa eine Veränderung der reagierenden Substanz selbst. Das Nachlassen der Enzymwirkung vor Erreichung des wahren Endzustandes kann nun die verschiedensten Ursachen haben, die wir heute noch nicht einmal streng von einander unterscheiden können. Im allge- meinen kann man alle jene Momente, die hindernd in den Gang der enzymatisch beinflußten Reaktion eintreten, mit Oppenheimer als Paralysatoren zusammenfassen. Für dieselben ist es einerlei, ob sie nur hemmend in den Gang eingreifen ohne Schädigung des Enzymes selbst oder letzteres schwächen und vernichten. Das Wie der Behinderung kennen wir kaum genügend. Wir beobachten allerdings im Verlaufe der Wirkung eine Reihe von Erscheinungen, die wir aber jetzt wenigstens nicht streng auseinander halten können. Nach Bayliss werden die hindernden Momente in folgende Gruppen eingeteilt: 1. Reversibilität des Vorganges. 2. Bindung zwischen Enzym und I ., , _ , . . Spaltprodukten reversible Inaktivierung 3. Negative Autokatalyse j des Enz y me S- 4. Zerstörung, überhaupt irreversible Inaktivierung des Enzymes. Alle reversibel hindernden Paralysatoren schädigen das Enzym selbst nicht und behindern es nur in seiner Wirkung. Die meisten entstehenden Spaltungsprodukte scheinen in diesem Sinne zu hindern. Wenn gleichzeitig mehrere Enzyme tätig sind, wie es ja in der Zelle immer der Fall ist, so können oft durch die Tätigkeit des einen Abbau- produkte entstehen, die die Wirkung des anderen gänzlich aufheben oder es sogar zerstören. Auch beim Auftreten unlöslicher Spaltprodukte — 78 — können diese bei ihrem Ausfallen durch mechanische Adsorption das Enzym mitreißen und so unwirksam machen. Von den Paralysatoren im allgemeinen müssen wir die „spezifischen Paralysatoren" trennen. Es sind dies von Zellen gebildete Stoffe, die in einseitiger Weise nur ein bestimmtes Enzym inaktivieren. Man be- zeichnet sie auch als Antienzyme oder Antifermente. Dieselben sind für die meisten Enzyme bekannt geworden und entstehen im Blute des Tieres, wenn die enzymhaltigen Substrate demselben eingespritzt werden. Es gibt aber auch eine Reihe von äußeren Einflüssen, die imstande sind, eine Förderung der Enzymwirkung herbeizuführen. Sie faßt man als Aktivatoren am besten zusammen. Hier spielt die positive Auto- katalyse anscheinend eine Hauptrolle. Wir haben aber auch „spezifische Aktivatoren", die ebenfalls als Zellprodukte aufzufassen sind. Sie sind häufig thermostabil. Man bezeichnet sie als Kinasen oder Ko-Enzyme. Die Kinasen bewirken eine unmittelbare Aktivierung des noch nicht wirksamen Vorenzymes, des Zymogens, das erst nach dem Hinzutritt der Kinase zum wirksamen Enzym wird. Im allgemeinen darf der Katalysator nur durch seinen Kontakt mit dem reagierenden Gemisch wirken, muß sich also in jedem Stadium der Katalyse in Freiheit befinden. Wir kennen aber eine Reihe von Vorgängen, bei denen der Katalysator selbst eine vorübergehende chemische Bindung erfährt, wie bei der Bildung von Äther aus Alkohol unter Schwefelsäurezusatz. Bekanntlich entsteht dabei als intermediäres Produkt Äthylschwefelsäure. In diesen Fällen bezeichnen wir die Kataly- satoren als sog. „Pseudokatalysatoren". Für die Enzymwirkung kann höchstwahrscheinlich eine vorüber- gehende Bindung des Enzymes an das betreffende Substrat an- genommen werden. Bei der Spaltung oder Zerlegung desselben findet dann wieder eine Befreiung des Enzymes statt, worauf es neuerlich in Tätigkeit treten kann. Für die Enzyme charakteristisch ist ihre Spezifizität. Durch die Untersuchungen Emil Fischers über die Glukosidspaltung durch Enzyme gelangten wir zu einer Erklärung der schon früher bekannten spezifischen Eigenschaften der Enzyme. Man wußte ja, daß für die verschiedenen der enzymatischen Spaltung unterliegenden Verbindungen bestimmte Enzyme vorhanden sind. Emil Fischer konnte nun experimentell feststellen, daß z. B. das a-Methylglukosid durch Invertin gespalten wird, während das /3-Methylglukosid davon unbeeinflußt bleibt und nur vom Emulsin zerlegt wird. Letzteres vermag aber nicht die Zerlegung des a-Methylglukosides zu beschleunigen. Hier handelt; es sich um gleiche chemische Verbindungen, die sich nur stereochemisch durch die Lagerung des asymmetrischen Kohleu- stoffatoms unterscheiden. Sie besitzen also nur eine andere sterische Konfiguration. Fischer dehnte seine Untersuchungen auch auf andere enzymatische Spaltungen aus und aus den Ergebnissen dieser grundlegen- den Arbeiten kann man den allgemeinen Schluß ziehen, daß ein Enzym nur diejenigen Verbindungen zu spalten vermag, die mit dem betreffenden Enzym ein sterisch gleichgelagertes Atom besitzen. Die übrige Zusammensetzung derselben scheint belanglos zu sein. Dem- nach kann ein Enzym auch mehrere verschiedene Verbindungen in den Reaktionen beinflussen, sofern dieselben nur das für das Enzym passend sterisch gelagerte Atom aufweisen, womit aber die Spezifizität der Enzyme — 79 — vollständig gewahrt bleibt. Diese Anpassung zwischen der Konfiguration der zu spaltenden Substanz und dem Enzym deutet aber ebenfalls auf eine vorübergehende Bindung desselben. Wie schon oben angedeutet, wird die Enzymwirkung durch eine Reihe äußerer chemischer und physikalischer Faktoren beeinflußt. Die einzelnen Enzyme verhalten sich diesen Einflüssen gegenüber außerordentlich ver- schieden, weshalb sich in dieser Hinsicht nur wenige allgemeine Angaben machen lassen. Sehr geringe Mengen von Säuren sind der Enzymwirkung nicht hinderlich, denn freie H+ Ionen erweisen sich dabei als notwendig. Größere Säuremengen wirken hinderlich oder zerstören das E n z y m. Gegen freie Alkalien sind die Enzyme wenig widerstandsfähig und werden schon durch geringe Mengen freier OH~Ionen meistens in der Wirkung behindert. Eine Ausnahme macht nur das Pankreasenzym und die ihm nahestehenden Trypsine der Bakterien, die gerade in alka- lischer Lösung wirksamer sind. Die Neutralsalze sind im allgemeinen in niederen Konzen- trationen für Enzyme unwirksam oder wenig schädigend, während die konzentrierten Lösungen derselben eine Fällung der Enzyme herbei- führen. Die Schwermetallsalze verhalten sich außerordentlich verschieden gegen Enzyme. Wir finden unter ihnen Paralysatoren und Aktiva- toren. Die einzelnen Enzyme weisen in dieser Hinsicht ebenfalls Ver- schiedenheiten auf. Dasselbe gilt auch für die kolloidalen Metalle. Ozon und Sauerstoff zerstören die Enzyme, besonders bei gleichzeitiger Sonnenbestrahlung. Schwefelwasserstoff erweist sich im allgemeinen indifferent, nur auf die Katalase wirkt er deletär. Auch gegen die verschiedenen organischen Substanzen sind die einzelnen Enzyme sehr verschieden widerstandsfähig. Von den Körpern der Fettreihe sind die niederen Alkohole im allgemeinen für die Wirkung der Enzyme schädlich. Sie zerstören sie aber nur sehr langsam, weshalb sie zur Gewinnung vielfach Anwendung finden. Azeton und Äther beeinflussen die Enzyme sehr wenig. Formaldehyd zerstört schon in 1 proz. Lösung die meisten Enzyme sehr rasch. Chloroform schädigt mehr oder minder stark alle Enzyme. Viel untersucht ist die Einwirkung aromatischer Verbindungen auf die verschiedenen Enzyme, da dieselben eine Fülle sehr brauchbarer Desinfektionsmittel abgeben. Phenol, Thymol, Salizylsäure, Benzoe- säure verhalten sich den Enzymen gegenüber gewiß nicht völlig indifferent, sondern schädigen sie, jedoch viel weniger als die lebenden Zellen selbst. Das Gleiche gilt für eine Reihe ätherischer Öle, wie besonders Senföl. Die Alkaloide scheinen keinen besonders bemerkenswerten Einfluß auf die Enzyme im allgemeinen zu besitzen. Blausäure (auch Zyanamid, Azetonitril und Hydroxylamin) hemmen die meisten Enzyme nicht, mit Ausnahme der Peroxydase und der Zymase. Es findet aber keine Zerstörung derselben statt, denn nach Entfernung der Blausäure wirken sie wie ursprünglich. — 80 — Von den physikalischen Einflüssen ist besonders derjenige der Temperatur hervorzuheben. Alle Enzyme sind thermolabile Sub- stanzen, die schon verhältnismäßig niedere Temperaturen, die nur wenig über der Koagulationstemperatur der Eiweißkörper liegen, ver- nichten. Die meisten von ihnen werden schon durch eine kurze Ein- wirkung von Wärmegraden um 70" dauernd geschädigt. Dies gilt aber nur für ihre Lösungen, da sie in Form trockener Pulver selbst Temperaturen über 120° längere Zeit hindurch ohne Schädigung ihrer Wirkung ertragen. Übrigens verhalten sich auch in dieser Hinsicht die einzelnen Enzyme sehr verschieden. Auch der Grad der Reinheit ist dabei mitbestimmend. Je reiner das Enzym oder besser gesagt die Enzym- lösung ist, desto empfindlicher erweist es sich gegen Hitze. Tiefe Tem- peraturen scheinen die Enzyme kaum zu schädigen; sie werden dadurch nur gehemmt. Sonnenlicht schädigt die Enzyme im allgemeinen sehr wenig, sofern man den Sauerstoff abhält und indifferente Lösungsmittel ver- wendet. In trockenem Zustande findet keine Zerstörung derselben statt. Übrigens stimmen diese Angaben nur für Versuche, bei denen die Enzyme unter Glas gehalten sind. In diesem Falle wird die Wirkung der Sonnen- strahlen allerdings dann erhöht, wenn sich bei Sauerstoffanwesenheit gleichzeitig Sensibilisatoren, wie beispielsweise fluoreszierende Stoffe, in der Enzymlösung befinden. Wenn die Versuche mit Sonnerlicht aber in Gefäßen angestellt werden, deren Wände die nicht sichtbaren oder ultravioletten Strahlen glatt hindurch lassen, dann findet eine rasche Zerstörung aller Enzyme statt. Der Sauerstoff spielt dabei gar keine Rolle, denn die Vernichtung tritt auch bei Ausschluß desselben ein. Im Besonderen verhalten sich die einzelnen Enzyme den ultravioletten Strahlen gegenüber insofern verschieden, als die Vernichtungszeit eine verschiedene ist. Von den kurzwelligen Strahlen scheinen die von 220 bis 253 /u/u die wirksamsten zu sein, sofern man die am Lab erhaltenen Ergebnisse verallgemeinern darf. Röntgenstrahlen erweisen sich den Enzymen gegenüber als ziemlich indifferent, jedenfalls schädigen sie sie innerhalb kürzerer Zeit nicht bemerkenswert. Über die Art und Weise der Wirksamkeit der Radiumstrahlen gehen die Untersuchungsergebnisse etwas auseinander. Emulsin und Trypsin sollen von ihnen geschädigt werden, andere Enzyme dagegen nicht, Andererseits schädigt der Zusatz von Radiumbromid oder von Wasser, das Radiumemanation enthält, die Trypsinwirkung nicht, sondern soll sie sogar nach Bergeil günstig beeinflussen, was allerdings von anderen Untersuchern nicht bestätigt wird. Die Wirkungen statischer und galvanischer Elektrizität auf Enzyme ist noch wenig untersucht. Wenigstens bei letzterer werden die elektrolytisch entstandenen Produkte einen wesentlichen Einfluß auf die Enzymwirkung und das Enzym haben können. Bei der Anwendung starker Ströme und solcher von hoher Spannung findet allerdings eine Schädigung statt. In dieser Hinsicht ergeben sich für die einzelnen Enzyme ebenfalls recht beträchtliche Unterschiede. Bevor die in den Bakterien nachgewiesenen Enzyme und deren Wirkungsweise eingehender dargelegt werden wird, soll die Enzym- nomenklatur, die in folgenden gebraucht wird, kurz erörtert werden. — 81 — Früher stellte man die „organisierten Fermente" den „unorganisierten Fermenten" gegenüber. Für letztere wurde nach Kühne der Name „Enzyme" gebraucht. Man verstand darunter Fermente, die auch los- gelöst von der Zelle ihre Wirksamkeit behalten. In die Gruppe der „organisierten Fermente" gehörten jene, die nur im Zusammenhang mit der lebenden Zelle ihre "Wirkung äußerten. Heute fordern wir von jedem Ferment die Charaktere eines „unorganisierten Fermentes", weshalb bisher und auch in der Folge dafür hier ganz allgemein die Bezeichnung „Enzym" gebraucht werden soll. Die einzelnen Enzyme bezeichnet man am besten durch Anhängung der Silben -- ase an den Namen desjenigen Substrates, das vor- nehmlich vom betreffenden Enzym angegriffen wird. Allerdings stößt diese einheitliche Nomenklatur bei lange bekannten Enzymen auf Schwierig- keiten, da der alt eingebürgerte Name sich nur schwer elliminieren läßt. Immerhin lassen sie wenigstens eine Modernisierung zu, die einigermaßen zur zweckmäßigen Einheitlichkeit der Bezeichnungen führt. Wir können der Wirkungsweise der Enzyme entsprechend, dieselben in drei große Gruppen einteilen, denen als vierte eventuell eine kleine Gruppe zweifelhafter Enzyme angeschlossen werden soll. Dabei ist allerdings auf reserversible enzymatische Vorgänge keine Rück- sicht genommen. Die erste Gruppe umfaßt jene Enzyme, die reine hydrolytische Spaltungen beschleunigen. Man kann sie nach Hugo Fischer als Schizasen bezeichnen oder mit Oppenheim er als Hydrolasen. Die durch sie beeinflußten hydrolytischen Spaltungen verlaufen genau so. wie die Säure- oder Alkalihydrolyse, bei denen die Spaltung des hochkom- plexen Ausgangsmaterials in einfachere Verbindungen unter Aufnahme der Wasserelemente erfolgt. Dabei entstehen Produkte, deren Atomgruppen im Moleküle des Alisgangskörpers bereits enthalten sind. Die zweite Gruppe umfaßt die oxydierenden Enzyme oder Oxydasen, die als Sauerstoffüberträger katalytisch fungieren. In der dritten Gruppe sind die Gärungsenzyme zusammengefaßt, die man zweckmäßig und einheitlich mit Oppenheimer als Zymasen bezeichnet. Die Reduktasen können als vierte kleine Gruppe anhangsweise angeschlossen werden, da ihre Existenz keineswegs sichergestellt erscheint. In die Gruppe der Schizasen oder Hydrolasen gehören unter anderen alle Eiweiß abbauenden Enzyme. Dieselben werden teils von der Zelle nach außen abgeschieden oder Wirken nur in der Bakterienzelle als sog. Endoenzyme. Die einzelnen hier in Betracht kommenden Enzyme wirken sehr verschieden auf die Eiweißkörper und deren Abkömmlinge. Überhaupt ist die komplette Aufspaltung der Eiweißkörper nicht auf die Wirkung eines einzelnen Enzymes zurückzuführen, sondern auf das Neben- einander- und Hintereinanderwiiken zahlreicher Enzyme, von denen wir vielleicht nicht einmal alle nach den besonderen Äußerungen erkannt haben. Die genuinen Eiweißkörper und auch Nukleoalbumine werden von den Tryptasen kräftig angegriffen, Enzymen von Proteasencharakter, die analog dem Pankreastrypsin wirken und im Reiche der Bakterien weit verbreitet sind. Sie besitzen wahrscheinlich alle Bakterien als Endo- tryptase. die im Preßsaft der Hefe verschiedentlich nachgewiesen worden ist. Außerdem haben zahlreiche Bakterienarten Tryptasen, die von Fuhrmann, Mykologie. 6 — S2 — der Zelle nach außen abgeschieden werden und sich dadurch äußern, daß solche Bakterien Gelatine bei ihrem Wachstum verflüssigen und weiter abbauen. Im allgemeinen geschieht dieser Abbau der Eiweißkörper analog demjenigen durch Säurehydrolyse. Derselbe vollzieht sich beim Trypsin, also auch bei den Tryptasen der Bakterien, in der Weise, daß zuerst eine Zerlegung in Polypeptidgemische erfolgt. Aus diesem Gemisch werden nach Abderhalden nur jene Polypeptide weiter gespalten, die natürlich vorkommende, optisch aktive Aminosäuren enthalten; von den razemischen Polypeptiden aber nur der eine Paarung, sofern er natürliche Aminosäuren an sich hat. Der Abbau dieser Polypeptide geschieht sehr tief, herab bis zu Ammoniak, über heterozyklische Verbindungen der Pyrazol-, Pyrrol- und Indolreihe, Aminosäuren der aromatischen Reihe, Thioamino-, Oxyamino-. Diamino- und Aminosäuren. Auch die Nukleoproteide unterliegen der tryptischen Spaltung, wobei aber Nukleinsäure restlich übrig bleibt, die durch andere spezifische Enzyme weiter gespalten wird. Die Tryp- tasen wirken am besten bei schwach alkalischer Reaktion, also in Sub- straten mit einer geringen Menge freier Hydroxylionen. In stark alka- lischer oder saurer Lösung werden sie gehemmt und schließlich zerstört. Die genuinen E i weiß kör per (auch Nukleoalbu m ine und Nukleo- proteide, Kollagen. Glutin, Elastin) usw. unterliegen auch einer Spal- tung durch Pepsinasen, deren Wirkung aber nicht sehr tief geht, da dabei nur Peptone, also Polypeptidverbindungen entstehen, die nicht weiter von ihnen abgebaut werden. Von Albumosen soll nach dem Vorschlage Abderhaldens überhaupt nicht mehr gesprochen und dieser Ausdruck gänzlich fallen gelassen werden. Die Nukleinverbin- dungen werden durch die Pepsinasen in Nukleinsäure und Eiweißreste zerlegt, die ebenfalls von ihnen nicht weiter zerlegt werden. Der typische Vertreter der Pepsinasen ist das Pepsin des Magensaftes. Auch bei den Bakterien finden sich Pepsinasen, deren Natur aber wegen den anderen gleichzeitig vorhandenen Proteasen schwer erkannt wird und eine Isolierung bisher nicht geglückt ist. Im allgemeinen wirken die Pepsinasen am besten bei saurer Reaktion, also beim Vorhandensein freier Wasser- stoffionen. Zu den Pepsinasen wäre vielleicht das Elastin lösende Enzym Eijkmanns zu rechnen, über das wir aber wenig wissen. Ob in dem Papayotin Beckolts ein Gemisch von Tryptase und Pepsi- nase vorliegt, ist zurzeit noch kaum zu entscheiden. Der Bacillus fluorescens liquefaciens, eine Wasserbakterie, enthält ein dem Papayotin nahestehendes Enzym. Für den weiteren Abbau der bei der tryptischen und peptischen Spaltung restierenden Polypeptide und einfacheren Verbindungen kommen die Peptasen in Betracht, die entweder in den Zellen ihren Sitz haben oder in das umgebende Medium abgegeben werden (Ereptasen). Beide Arten sind auch bei den Bakteiien anzunehmen. Sie bauen die Pelypeptide bis zu den einfachsten Verbindungen ab, wie es die Tryp- tasen nur bei einigen Polypeptiden zu leisten vermögen. Auch sie wirken am besten bei schwach alkalischer Reaktion der Lösungen. Bei den genannten Eiweißspaltungen entstehen eine Reihe von Zwischenprodukten, von denen gewisse durch besondere Enzyme weiter gespalten werden. - 83 — So ergaben die Versuche Nawiaskys über die Spaltung des Asparagins durch Bakterien, daß dabei ein besonderes, Aminosäuren spaltendes Enzym tätig ist, die „Aminazidase". Beim Abbau der Eiweißstoffe entsteht unter anderen auch Arginin, das durch ein Enzym, die Arginase in Ornithin und Harnstoff ge- spalten wird. Für Hefe ist dieses Enzym nachgewiesen. Ob es sich auch in Bakterien findet, steht zur Zeit noch aus. Wir dürften kaum fehlgehen, es auch bei ihnen anzunehmen. Der Harnstoff unterliegt ebenfalls einer hydrolytischen Spaltung durch ein Bakterienenzym, die Urease, das durch eine physiologische Gruppe von Bakterien, die Harnstoffbakterien, in reichlicher Menge ge bildet wird, sich aber nur schwierig aus den Kulturen gewinnen läßt. Der Harnstoff wird durch die Urease in Ammoniumkarbonat zerlegt nach der Formel: CH 4 N 2 + 2H 2 = (NH 4 ),C0 3 . Die Nukleinsäure als Spaltungsprodukt der Nukleinverbindungen bei der Zerlegung derselben mit Tryptase oder Pepsinase wird durch ein auch in Bakterien von Schittenhelm und Schröter nachgewiesenes Enzym, die Nuklease, weiter gespalten, wobei Xanthin, Hypoxanthin und Phosphorsäure entstehen. Wenn wir die gesamten, bekannteren eiweißzerlegenden und tief spaltenden Enzyme schematisch zusammenstellen und ihre Wirkungsweise in groben Umrissen wiedergeben wollen, so können wir folgende Auf- stellung machen, wo neben den wichtigsten Gruppen von Spaltprodukten die eine oder andere Verbindung angegeben ist. Genuines Einweiß mit liehe natur- aktive Monamino- säuren Tryptasen ergehen als Spaltungsprodukte: Polypeptide mit natürlichen | Polypeptide ohne aktiven Monaminosäuren, die sofort weiter gespalten werden in: heterozyklische, aromatische Spaltprodukte, Lysin. Ar- ginin, Monamidokarbon- säuren. Monaminosäuren, Ammoniak. Pepsinasen ergehen als Spaltungs- produkte: Polypeptidkomplexe (Peptone) mit Peptasen und Erep lasen entstehen die links hei den Tryptasen angegebenen Spaltprodukte. Arginin mit Arginase ergibt als Spaltungsprodukte : Ornithin Harnstoff Harnstoff mit Urease ergibt als Spaltprodukt: Ammoniumkarbonat Nukleinverbindungen mit T r v p t a > weiter zersetz- bare Eiweiß- gruppen Nukleinsäure Pepsinasen Nukleinsäure : Eiweißgruppen mit N ukl ease Nanthin Hypoxanthin Phosphorsäure Den proteolytischen Enzymen lassen sich die sog. „Koagu lasen' 1 anschließen. _ 84 - Die Koagulasen oder Gerinnungsenzyme sind dadurch charakte- risiert, daß durch ihre Wirkung gelöste, komplizierte Körper in unlösliche Modifikationen übergehen, die dann in gröberer oder feinerer Form aus- fallen. In diese Gruppe von Enzymen gehört die Bakterienchymase oder das Bakterienlab. Dasselbe schließt sich in seinen Wirkungen dem Parachymosin an. Es findet hier ebenfalls eine Koagulierung des Kaseins unter Bildung von Parakasein statt. Der Vorgang ist aber so zu denken, daß zuerst die Überführung des Kaseins in Parakasein unter Hydrolisierung erfolgt und die eigentliche Fällung des letzteren ein Prozeß für sich ist. Höchstwahrscheinlich bleibt die Bakterienchymase zeitlebens in der Zelle und wird erst nach dem Tode derselben frei. Deshalb merkt man in sehr jugendlichen Kulturen, die noch wenige tote Zellen enthalten, nur wenig von labenden Wirkungen. Den Bakterienproteasen anzuschließen sind dann noch die Bakterien- häniolysine. Dieselben werden von zahlreichen Bakterienarten in mehr oder minder großer Menge erzeugt. Besonders eine Reihe tierpathogener Bakterien vermag kräftig Hämolysine zu bilden. Dieselben bewirken eine Veränderung der frischen roten Blutkörperchen, die zu einem Aus- tritt des roten Blutfarbstoffes, des Hämoglobins, führt. Dabei kommt es später zu einer Lösung des ganzen Blutkörperchens, was aber als sekun- därer Prozeß anzusehen ist und mit dem Enzym der Hämolyse nichts zu tun hat. Daß es sich bei der Hämolyse wahrscheinlich um ein Enzym bandelt, geht daraus hervor, daß die Bakterien nicht nur in unmittelbarem Kontakt mit den Blutkörperchen die Hämolyse herbeiführen, sondern in Gallerten diffundierende Stoffe absondern, die diese Wirkung ebenfalls zeigen. Allerdings muß es sich dabei nicht um Enzyme allein handeln, denn auch Stoffwechselprodukte können hämolytisch wirken. Der Vollständigkeit wegen sei hier auch das Leukozidin und die Pyozyanase genannt. Ersteres ist sehr wärmeunbeständig. Nach dem ganzen Vorgange der Wirkung, der darin bestellt, daß das Leukozidin nach den Untersuchungen von Neisser und Wechsberg die weißen Blut- körperchen oder Leukozyten unter Bildung von Granulationen in den- selben tötet und schließlich löst, scheint es sich hier um eine Summe von Wirkungen mehrerer Stoffe zu handeln, von denen gewiß ncht alle Enzymnatur aufweisen. Die Pyozyanase wieder, ein Produkt der Pseudomonas aerugi- nosa, löst arteigene Zellen und andere Bakterien mehr oder minder komplett. Auch hier scheint es sich um ein Enzymgemisch zu handeln, dessen einzelne Komponenten noch keineswegs erkannt sind. ACHTE VORLESUNG. Kohlehydrat spaltende Enzyme. Oxydasen. Gärungsenzyme. Die Bakterien bilden aber auch eine Reihe von Enzymen, die gegen Fette und Kohlehydrate gerichtet sind, die sie hydrolytisch spalten. Diese Bakterienenzyme bilden dementsprechend ebenfalls Untergruppen der Schizasen oder Hydrolasen. Da sind vorerst zu nennen die Esterasen (Oppenheimer), bei deren Wirkung aus Säureestern Alkohole und Säuren entstehen. Hierher gehört die Phytolipase, die in zahlreichen Bakterien vorkommt. Sie spaltet Fette in freie Fettsäuren und Glyzerine unter Aufnahme der Elemente des Wassers nach der allgemeinen Formel CHslO-CnH^O);, -f 3H 2 = C g H 5 (OH) 3 + 3C„H 2n 2 Das Optimum ihrer Wirkung liegt bei verhältnismäßig niederer Temperatur, etwa um 45° C. Weiter finden wir bei zahlreichen Bakterien die Fähigkeit, Gly- koside zu spalten; dieselbe ist auf Enzyme zurückzuführen, die man unter dem Namen der Glykosidasen vereinigt. Die weitverbreitetste unter den Bakterien ist die Amygdalase oder das Emulsin. Dasselbe spaltet hydrolytisch das Amygdalin, ein Glykosid des bitteren Mandelkernes, in Glykose, Benzaldehyd und Blausäure nach der Formel C 20 H 27 NO n -f 2H 2 = 2C 6 H 12 6 + HCN + C 6 H 5 CHO ( Hykose Blausäure Renzaklebyd Die Amygdalase der Bakterien spaltet aber auch eine Reihe anderer Glukoside. Es verhalten sich die einzelnen Glykosid spaltenden Mikroben in dieser Hinsicht aber verschieden. Das Optimum der Amygdalasewirkung liegt ebenfalls bei 40 — 45° C. Eine Ausnahme in dieser Hinsicht macht nur die Amygdalase des Bacillus emulsinus und Bacillus thermo- phylus, die selbst ein hohes Temperaturoptimum haben und den Nähr- lösungen zugesetzte Glykoside erst bei ihrem Wachstum bei 60" zerlegen. Ob dieser Vorgang hier ebenfalls enzymatischer Natur ist, sei einstweilen dahingestellt. Im allgemeinen ist eine sichere Trennung der Amygdalase oder der Glykosidasen von der Bakterienzelle überhaupt noch nicht geglückt, was natürlich kein Einwand gegen die Enzymnatnr der bakteriellen Glykosidspaltung sein soll. Für die Enzymnatur dieser Vorgänge sprechen die Befunde beim Spalten des Amygdalins mit Hefepreßsäften, die diese Spaltung glatt nach der oben vorgeschriebenen Formel durchführen, wenn — 86 — auch die dabei entstehende Glykose von der Zymase sofort weiter ver- goren wird. Von Kohlehydrate spaltenden Enzymen finden wir in den Bakterien Amylase (früher Diastase genannt). Durch dieselbe wird eine hydro- lytische Spaltung der Stärke in Maltose und Dextrine herbei- geführt. Die Amylase wirkt nun gegen die einzelnen Stärkesorten sehr verschieden. Sie spaltet die Maltose nicht weiter, wohl aber in einigen Fällen die entstandenen komplexen Polysaccharide (Dextrine). Übrigens besteht die Amylase nach der von Wysmann, Potevin und Beije- rinck vertretenen Anschauung eigentlich aus zwei Enzymen, von denen das eine eine Lösung der Stärke herbeiführt, während das andere eine Verzuckerung der nun löslichen Stärke bewirkt. Diese vielumstrittene „Zweienzym theorie" findet in den Ergebnissen der Untersuchungen mit „Reindiastase" aus Malz von Fränkel und Hamburg eine wesentliche Stütze, da die beiden Forscher für ihr gewiß schon sehr reines Präparat bei der Dialyse gegen gekochtes Wasser beobachteten, daß die Membran vornehmlich die verzuckernden Amylasen rasch passierten, während die stärkelösenden Enzyme quantitativ zurückgehalten wurden. Das Temperaturoptimum für die Amylase liegt hoch, da sie bei 03° C am kräftigsten wirkt. Die Zersetzung der Zellulose durch Bakterien, ein in der Natur weitverbreiteter Vorgang, der erst vor kürzerer Zeit uns durch die Unter- suchungen Omalianskis genauer bekannt geworden ist, geschieht aller Wahrscheinlichkeit nach ebenfalls mit Hilfe eines Enzymes, der Zellulase. Es bewirkt eine sehr tiefgehende Zersetzung der Zellulose, deren gas- förmige Endprodukte hauptsächlich Kohlensäure, Wasserstoff oder Kohlensäure und Methan sind. Auch die Pektinsubstanzen der Pflanzenreste unterliegen einer bakteriellen Spaltung, die höchstwahrscheinlich enzymatischer Natur ist und durch die Pektinase bewirkt wird. Pektinzerstörende Bakterien sind ja bei der Flachröste beteiligt und bedingen auch unter anderen die Weichfäule der Mohrrüben. Auch die Pektosinase Beijerincks und van Deldens gehört hierher und dürfte mit der Pektinase identisch sein. Weiter wird allerdings nur von wenigen Bakterienarten, die samt und sonders im Meere vorkommen, Agar gelöst oder erweicht. Gran hat einen solchen „Bacillus gelaticus" aus Meerwasser isoliert und auch aus dem Triester Hafenwasser konnte eine Spirillenart reingezüchtet werden, die die Agargallerte erweicht. Dabei entstehen reduzierende Spaltungs- produkte, die teilweise rasch weiter zerlegt werden. Diese hydrolytische Spaltung des Agars, bzw. des denselben vornehmlich zusammensetzenden Kohlehydrates „Gelose" besorgt das Enzym Gelase. Außer den durch die genannten „Polysaccharasen", wie sie Oppen- heimer zusammenfaßt, bewirkten Spaltungen, finden wir bei den Bakterien noch Spaltungswirkungen, die ebenfalls aller Wahrscheinlichkeit nach auf Enzyme zurückgeführt werden müssen, obgleich der strikte Beweis dafür bei diesen Organismen noch nicht erbracht ist. Es sind dies Spaltungen von Raff in ose, die wir bei Hefen ebenfalls finden, wie besonders bei der Oktosporushefe. Dabei wird aus der Raff in ose mit Hilfe des Enzyms Raffinase Fruktose abgespalten, während die Melibiose unverändert zurückbleibt. Es wird hier eine der Invertasewirkung homo- loge hydrolytische Spaltung durchgeführt, da die gleichen Bindungsverhält- — 87 — nisse wie im Rohrzucker vorliegen. Trotzdem scheint es sich um zwei verschiedene Enzyme zu handeln, da nicht alle Invertase führende Mikro- organismen (Hefen und Bakterien) auch Raffinose aufzuspalten vermögen. Wie schon angedeutet, findet sich für die Rohrzuckerspaltung ein besonderes Enzym, die Invertase, bei sehr vielen Bakterien und Hefen. Durch Invertase zerfällt das Rohrzuckermolekül in rechtsdrehende d-Glykose und linksdrehende d-Fruktose, die zusammen den Invertzucker ergeben, der selbst linksdrehend ist. Die Invertase wird allem Anschein nach nicht aus der lebenden Bakterienzelle ausgeschieden, sondern die Invertierung der gesamten Rohrzuckermenge erfolgt in der Zelle selbst. Die Invertase ist eines der am genauesten studierten Enzyme, da es bei allen Gärungsvorgängen von Dissacchariden eine wesentliche Rolle spielt. Ein weiteres, weit verbreitetes Enzym ist die Laktase, die Laktose oder Milchzucker in d-Glykose und d-Galaktose spaltet. Sie ist direkt für viele der bekannten Milchbakterien nachgewiesen. Die entstandenen Spaltungsprodukte erleiden durch andere Enzyme eine tiefere Zerlegung. Sie ist sozusagen ein Analogon zur Invertase, die ja auch nur wenig tief spaltet und dabei leicht weiter angreifbare Produkte bildet. In den Hefen findet sich auch ein besonderes Enzym für die Spaltung der Maltose, die Maltase. Durch sie wird die Maltose in Glykose zerlegt. Wir dürfen wohl annehmen, daß sich dieselbe auch in zahlreichen Bakterien vorfindet, die imstande sind, dieses Dissacharid zu vergären. Bei den Hefen sitzt die Maltase sehr fest in den Zellen und kann durch Ausziehen der lebenden Zelle mit Wasser nicht erhalten werden. Erst nach dem Austrocknen derselben gelingt die Herauslösung derselben. Sie ist eines der empfindlichsten Enzyme, wirkt am besten bei 40° C und wird schon bei 55° zerstört. Ob sich in Bakteiien auch besondere Enzyme zur Zerlegung der Trehalose und Melibiose, die Trechalase und Melibiase finden, ist zurzeit keineswegs sichergestellt. Die Möglichkeit des Vorhandenseins ist aber nicht von der Hand zu weisen. Die Trechalase, die sich be- sonders in Hefen vom Frohbergtypus nachweisen läßt, spaltet hydrolytisch Trehalose in zwei Moleküle Glykose. Die Trehalose findet sich vor- nehmlich in der syrischen Manna. Die Melibiase, die sich vornehmlich in den untergärigen Hefen findet, zerlegt hydrolytisch Melibiose in d-Galaktose und d-Glykose, also Produkte, die bei der Milchzucker- spaltung durch Laktase ebenfalls entstehen, wie wir oben gesehen haben. Auch dieses Enzym ist für die Bakterien noch nicht sichergestellt. Damit hätten wir die gesamten, bei den Bakterien etwa vorkom- menden Schizasen oder Hydrolasen, kurz erörtert. Eine kurze Zu- sammenstellung aller hydrolitisch spaltenden Bakterienenzyme soll die Übersicht erleichtern. Dabei wurde die von mir früher schon gebrauchte Nomenklatur mit Ergänzungen nach Oppenheim er gebraucht. Schizasen. (Hydrolasen.) I. Proteasen. 1. Tryptasen. — 2. Pepsinasen. — 3. Nukleasen. — 4. Peptasen und Erep- tasen. — 5. Arginase. — 6. Urease. — 7. Aminazidasen. II. Koagulasen. 1. Chymase. Dazu als Anhang: Bakterienhämol ysine, Leukozidin und Pyozyanase. — SS — III. Esterasfeii. Lipase. IV. Karbohydrasen. 1. Amygdalase. — 2. Polysaccharasen (Amylase, Zellulase, Gelase, Pektinase). 3. TriBaccharasen (Raffinabe). — 4. Disaccharasen (Invertase, Laktase, Maltase, Trechalase, Melibiase). Im Leben der Zellen spielen Oxydationsvorgänge eine außerordentlich wichtige Rolle. Ohne auf die noch offene Streitfrage der Existenz be- sonderer Enzyme für die oxydativen Vorgänge einzugehen, wollen wir vor- läufig die Enzymnatur derselben als bewiesen betrachten. Die dabei tätigen Enzyme faßt man unter dem Namen „Oxydasen" zusammen. Die Wirkungs- weise dieser Enzyme scheint eine hochkomplizierte zu sein, in die wir erst einen sehr geringen Einblick besitzen. Es seien hier nur die zwei modernen Theorien über die Oxydasenwirknng wiedergegeben, die aller Wahrscheinlichkeit nach eine Berechtigung haben, und in vielen Fällen wohl das richtige treffen. Nach Bertrand ist die Wirkung einer Oxydase auf ihren Mangangehalt zurückzuführen, wobei die Oxydasen selbst aus einem organischen Anion und einem Mangankation bestehend gedacht sind. Durch die Oxydation des Manganoxyduls wird molekularer Sauerstoff gespalten und das dabei frei werdende Sauerstoffatom bindet sich mit dem zu oxydierenden Körper. Das organische Anion, das nichts anderes als das Enzym selbst ist, bewirkt dann wieder eine Regeneration des Manganoxydules. Es kann das Mangan in diesen Fällen aber auch durch Eisen ersetzt werden, da in manchen Fällen bei kräftig wirkende Oxydasen enthaltenden Substanzen nur Spuren von Mangan oder nichts davon nachgewiesen werden kann, während Eisen in ziemlicher Menge vorhanden ist. Die zweite, weitaus wichtigere Theorie der Oxydasenwirkung stammt von Chodat und Bach. Sie ist im wesentlichen wenigstens für die Phenole oxydierenden Enzyme sicherlich richtig. Darnach soll die an- organische und organische Oxydation auf Peroxyde zurückgehen. Letztere nennen Bach und Chodat, entgegen der gebräuchlichen Bezeichnungs- weise, Oxygenasen. Sie entfalten ihre Haupttätigkeit erst durch Hinzutreten eines besonderen Enzymes, der Peroxydase im engeren Sinne des Wortes, indem durch letztere aktiver Sauerstoff freigemacht wird. Dazu ist noch zu bemerken, daß die Peroxydasen Enzyme sind, die nur bei Anwesenheit von H,0, Oxydationen unterhalten. Die organischen Peroxyde (Oxy- genasen) geben mit Wasser leicht H,0,, das durch die Peroxydasen im ebenerwähnten Sinne zersetzt wird. Im allgemeinen sind also zur Reak- tion Peroxyde unbedingt notwendig, entweder H 2 2 in Verbindung mit der Peroxydase oder die organischen Peroxyde unmittelbar oder mittelbar als Lieferanten von H 2 2 . Wir können weiter unter den „indirekten Oxydasewirkungen" jene verstehen, bei denen das notwendige Peroxyd z. B. in Form von Wasserstoffperoxyd zugesetzt wird, während bei den „direkten Oxydasewirkungen" das entsprechende Peroxyd von der Zelle selbst gebildet wird. Zur Wirkung der Oxydasen ist der unge- hinderte Zutritt des freien Luftsauerstoffes im allgemeinen unerläßlich. Nur die Oxydationen bei der zitronensauren Gärung scheinen auch im Vakuum zu verlaufen; wir haben aber noch keinen näheren Einblick in dieselben. — 89 — Oxydasen unterhalten nun die sog. oxydativen Gärungen, die durch zahlreiche Mikroorganismen ausgelöst werden. Die verbreitetste und wichtigste unter ihnen ist die Essigsäuregärung, bei der aus Äthyl- alkohol Essigsäure gebildet wird. Diese Umsetzung vermittelt das Enzym Alkoholase, deren zellenfreie Wirkung durch die Untersuchungen Buchners und Meisenheimers aufgedeckt wurde. Die genannten Forscher und später auch Rothenbach und Eberlein u. A. erhielten die Gärung durch trockenes Bakterienpulver, das nach Abtötung der Zellen mit Azeton ge- wonnen worden war. Die Alkoholase verliert dauernd ihre Wirkung bei einer Temperatur von 90—100°, wenn Wasser zugegen ist. Die Reaktion der Oxydation des Äthylalkohols zu Essigsäure erfolgt nach der Formel: CH 3 CH 2 OH + 20 = CH 3 • COOH + H,0, wobei eine intermediäre Bildung von Azetaldehyd CH 3 CHO zu beobachten ist. Die ganze Oxydation verläuft dementsprechend in zwei Etappen. Der Alkohol wird zuerst zu Aldehyd oxydiert und letzterer weiter zu Essigsäure. Wir finden dann noch eine Reihe oxydativer Gärungen, die von Bakterien ausgelöst werden, wobei aber ebenfalls wahrscheinlich oxydierende Enzyme anzunehmen sind. Oppenheimer faßt dieselben als Azidoxyd- asen zusammen. Die einzelnen hierher gehörigen Enzyme sind aber noch nicht genauer untersucht. So hat Bannin g eine große Anzahl Bak- terien gefunden, die Traubenzucker unter gewissen Bedingungen zu Oxal- säure oxydieren. Über die außerordentlich komplizierte Zitronsäuregärung durch Mikroorganismen, deren Verlauf wir noch keineswegs einwandfrei kennen, wollen wir Näheres bei den Hefen berichten. Hierher gehört auch die Oxydation des Sorbites in Sorbose durch das von Bertrand gefundene Bacterium xylinum. Diese Bakterienart oxydiert übrigens auch Mannit zu Fruktose und auch die anderen mehr- wertigen Alkohole. Zu den genannten Azid oxydasen gehört auch das Enzym des Micrococcus oblongus, welches Glykose zu Glykonsäure oxydiert, die wieder durch ein anderes Enzym zu Oxyglykonsäure weiter- oxydiert wird. In einigen Fällen wurde auch eine durch Bakterien bewirkte Oxy- dation von Phenolen beobachtet, wie beispielsweise diejenige von Hydro- chinon durch die Oxydase des Bacillus coli nach den Untersuchungen von Roux. Hier handelt es sich offenbar um eine Phenolase, worunter Oppenheim er Oxydasen versteht, „die aromatische Amine und Phenole unter Farbstoffbildung oxydieren, vor allem Guajaktinktur bläuen, da- gegen auf Salizylaldehyd ohne Einwirkung sind". Das bekannteste Enzym dieser Art ist die Lakkase. Weiter ist von oxydierenden Enzymen noch zu nennen die Tyrosinase. deren Wirkungsweise wohl kaum durch eine der obigen Oxydasetheorien richtig erfaßt werden kann. Mit den vorgenannten Phenolasen scheint sie in keiner Beziehung zu stehen. Die Tyrosinase richtet ihre Tätig- keit vornehmlich gegen Tyrosin, kann aber auch andere Stoffe, wie Tryptophan usw. oxydieren. Entsprechend dieser vielseitigen Wirk- samkeit soll nach Bertrand dieselbe unmittelbar am Benzolkern dieser Verbindungen angreifen. Wir haben es hier also mit einem — 90 — eigenartigen oxydativen Enzym zu tun, das eigentlich nicht in den Rahmen der übrigen Oxydationsenzyme paßt. Die Tyrosinase wird durch Temperaturen von 60 — 70° C in kurzer Zeit zerstört. Ihre Anwesenheit verrät sich in Bakterienkulturen auf dem üblichen Nähragar durch eine braune Verfärbung desselben, die in der Folge mitunter sehr dunkel wird. Natürlich muß die Bildung eines braunen oder braunschwarzen, besonderen Bakterienfarbstoffes in diesem Falle ausgeschlossen werden. Den Kulturen zugesetztes Tyrosin wird ebenfalls oxydiert. Eine tiefere Kenntnis über die Bakterien- tyrosinase besitzen wir zur Zeit noch nicht. Eine gesonderte Darstellung der Peroxydasen erübrigt sich, da dieselben nach unseren allgemeinen Darlegungen über die Oxydasen in denselben das eigentliche wirksame Moment darstellen. Zur besseren Orientierung über die bei Bakterien beobachteten Oxydasen diene folgende Übersicht: Oxydasen. I. Alkoholase, im Anschluß die Azid oxydasen. II. Phennlase. III Tyrosinase als eigenartige Oxydase. Im Anschluß an die Oxydasen ist die gewiß, wenn auch nicht all- gemein, so doch sicherlich im Reiche der Bakterien und auch Hefen weit verbreitete Katalase zu erwähnen. Dieselbe ist ein Enzym, das Wasser- stoffperoxyd in Wasser und molekularen Sauerstoff zerlegt. Bei den Bakterien finden wir auch GärungS-Enzyme weit ver- bleitet. Darunter verstehen wir mit Buchner Enzyme, welche Zucker in Milchsäure und in Alkohol und Kohlensäure umsetzen. Die alkoholische Gärung erfolgt immer in zwei Etappen durch zwei Enzyme, die sozusagen hintereinander in Wirksamkeit treten. Zuerst entstellt aus den gärungsfähigen Zuckern Milchsäure oder ein leicht Milchsäure gebendes „Vorprodukt", das endlich durch ein zweites Enzym in Alkohol und Kohlensäure zerlegt wird. Die Vorgänge sind in beiden Fällen intramolekularer Natur und verlaufen ohne Aufnahme der Elemente des Wassers. Es wird dabei eine Umlagerung von Sauerstoff- atomen herbeigeführt und durch die Erreichung einer höheren Oxydations- stufe eines Teiles der Verbindung diese selbst zerlegt. Bei den lebenden Hefen finden wir die erste Phase der alkoholischen Gärung, die Milchsäuregärung niemals; desgleichen findet auch eine Weitervergärung zugesetzter Milchsäure nicht statt. Beides zeigt aber die Gärung mit dem Preßsaft der Hefe, wie aus den Versuchen Buchners und Meisenheimers hervorgeht. Bei den Bakterien wieder sehen wir häufig eine reine Milchsäuregärung ohne Alkoholbildung, die ebenfalls enzymatischer Natur ist. Vorläufig sollen beide Prozesse für sich behandelt und zuerst die bakterielle Milchsäuregärung der Besprechung unterzogen werden. Mit Oppenheimer können wir das entsprechende Enzym als Bakterienzymase bezeichnen, da auch Buchner das für die erste Umsetzung bis zur Vorstufe der Milchsäure bei der alkoholischen Gärung 91 — wirksame Enzym „Zymase im engeren Sinne" nannte. Wenn es sich in beiden Fällen vielleicht nicht um völlig identische Enzyme handelt, so stehen sie einander doch außerordentlich nahe. Sowohl E. Buchner und Meisenheim er als auch Herzog haben durch Abtöten von Milchsäurebakterien (Bacillus acidi lactici und Bacillus Delbrücki) mit Methylalkohol bzw. Azeton ein Bakterienpulver erhalten, das die Milchsäuregärung verursachte, womit der Enzymcharakter dieser Gärung festgestellt ist. Es wird dabei immer die a-Oxypropion- säure gebildet. Die bei der bakteriellen Milchsäuregärung entstehende „Gärungsmilchsäure" ist meist die razemische, inaktive Milchsäure. In anderen Fällen beobachtet man die rechtsdrehende Fleischmilch- säure oder Paramilchsäure oder auch die linksdrehende Modi- fikation der Milchsäure. Das Endprodukt ist von der Bakterienart selbst beeinflußt, die die Gärung erregt, und von dem Nährboden, der der Bakterienart zur Verfügung steht. Es scheint, daß in allen jenen Fällen, bei denen ein aktiver Paarung der Milchsäure als Gärprodukt zur Dar- stellung gelangt, derselbe als Rest einer mehr oder minder vollkommeren Weiterspaltung des anderen Paarlings der razemischen Milchsäure auf- zufassen ist. Gestützt wird diese Annahme noch dadurch, daß von einigen Bakterienarten bei der Milchsäuregärung neben der razemischen Milchsäure noch die eine oder andere optisch aktive Modifikation der Milchsäure nachweisbar ist. Andererseits ist wenigstens für diejenigen Fälle, in denen die Summe der durch Gärung gewonnenen Mengen der verschiedenen Milchsäuremodifikationen quantitativ der Menge des Aus- gangsmaterials entspricht, die Auffassung Hörths akzeptabel. Darnach beschleunigt die Bakterienzymase beide Reaktionen, sowohl diejenige, welche zur Bildung der rechtsdrehenden als auch jene, welche zum Entstehen der linksdrehenden Milchsäure- modifikation führt. Bei gleicher Intensität beider muß natür- lich das razemische Produkt entstehen, bei ungleicher aber die eine oder andere aktive Komponente überwiegen. Das Auftreten verschiedener Säuremodifikationen hat nach dieser Theorie also seinen Grund in dem Enzym selbst. Der Milchsäuregärung unterliegen alle einfachen Hexosen (Glykose, Galaktose, Fruktose, Mannose usw.), dann die Pentosen Rhamnose, Arabinose und Xylose. Milchzucker, Rohrzucker usw. werden von der Bakterienzymase erst nach voraufgegangener Inversion durch Laktase bzw. Invertase angegriffen, bzw. die nach der Inversion entstehenden Hexosen werden vergoren. Auch Raffinose und Methylglykosid müssen zuerst von anderen Enzymen gespalten werden, um dann der Milchsäuregärung zu unterliegen. Bei der Milchsäuregärung zerfällt ein Molekül Hexose in zwei Moleküle Milchsäure nach der Formel C 6 H 12 6 =2CH 3 • CHOH . COOH So einfach dies in obiger Gleichung aussieht, so kompliziert scheint aber der Vorgang in Wirklichkeit zu verlaufen. Es scheint der Weg von der Hexose zur Milchsäure über Methylglyoxal und Glyzerin- aldehyd zu führen, wie die von W T ohl gebrachte Auffassung über diesen Vorgang ergibt. — 92 — Die Bakterienzymase ist sehr empfindlich für Säuren, ja auch für die selbstgebildete Milchsäure, die in einer Menge von 0,5—0,8 Proz. die weitere Gärung sicher hemmt. Die alkoholische Gärung ist bei den Bakterien weniger verbreitet, wenn man davon absieht, daß eine sehr geringe Alkoholbildung auch in anderen Lebensprozessen ihre Ursache haben kann. Bei einigen Bakterien- arten wie einzelnen Milchbakterien tritt aber eine beträchtliche Menge Äthylalkohol als Gärprodukt auf, die mitunter bis zu 3 Proz. erreicht. Aus diesem Grunde erscheint es gerechtfertigt, daß schon an dieser Stelle bei den Bakterienenzymen die alkoholische Gärung gebührende Berück- sichtigung findet. Ohne auf die zwar interessante geschichtliche Ent- wicklung der Lehre von der alkoholischen Gärung einzugehen, können wir letztere den enzymatischen Vorgängen zuzählen, nachdem es den Bemühungen Buchners gelungen ist. diesen Prozeß vom Leben der Hefezelle unab- hängig mit Hefepreßsaft und toten Hefezellen einzuleiten. Wie wir schon bei der Besprechung der Gärungsenzyme im allgemeinen hörten, wird die alkoholische Gärung von zwei Enzymen durchgeführt, der Milchsäure bildenden ..Zymase" und einem die Milchsäure weiter vergärenden Enzym, der Lactazidase Buchners. Das Endprodukt der Vergärung der Milchsäure durch das letztgenannte Enzym ist Äthylalkohol und Kohlensäure. Eine Trennung beider Enzyme im Hefepreßsaft oder aus Fällungen derselben war bisher nicht möglich. Deshalb sollen im Folgenden beide Enzyme gemeinsam abgehandelt und unter dem Aus- drucke „Zymase" beide Enzyme in ihrem natürlichen Zusammenhang gemeint sein. Es ist hier also eine weitere Fassung des Begriffes Zymase gegenüber der „Bakterienzymase" bei der eigentlichen Milchsäuregärung gewählt. Die Zymase des Hefepreßsaftes ist eine sehr unbeständige Substanz, die im Saft schon nach wenigen Tagen ihre Wirkung verliert. In konzentrierter Rohrzuckerlösung und in den getrockneten Hefezellen hält sie sich aber gut. Besonders wirksam bleibt sie in der sog. Dauerhefe, die Buchner im Verein mit Albert und Rapp durch Ein- tragen lebender Zellen in ein Alkohol-Äther-Gemisch, bzw. in Azeton, nachherigem Waschen mit Äther und raschem Trocknen bei niedriger Temperatur gewinnen konnte. Die Zymase erweist sich für viele physikalische und chemische Einflüsse als sehr empfindlich. Das Temperaturoptimum für ihre Wirkung liegt bei 28— 30° C, die Zerstörungstemperatur bei 40— 50 » in Lösung, weit darüber für die trockene Zymase. Tiefe Temperaturen schädigen die Zymase nicht, denn durch Gefrieren und Zersprengen der Zellen kann man sie sogar gewinnen. Elektrische Ströme von geringer Intensität (0.042 Amp., bei 110 Volt Spannung), wie sie Resen Scheck auf Hefepreßsäfte angewendet hat, bewirken eine Steigerung des Gärvermögens der Flüssigkeit am negativen Pol, während am positiven Pol eine Herabminderung der- selben eintrat. Diese Erscheinung dürfte ihren Grund vielleicht in einer Wanderung des Enzymes selbst und in elektrolytischen Umsetzungen der vorhandenen Salze ihren Grund haben. Längerdauernde Stromwirkungen setzen die Gärwirkung an beiden Polen beträchtlich herab. Sensibilisatoren, wie fluoreszierende Substanzen machen die Hefe und den Hefepreßsaft verschieden empfindlich für die sichtbaren Licht- — 93 — strahlen, wie aus den Untersuchungen Ianiada und Jodlbauers hervorgellt. Harnstoff. Glykokoll und Phosphate fördern die Zymase in ihrer Wirkung, während sie durch die Sulfate von Na. NH 4 und Mg und durch Kalziumchlorid und Salpeter gehemmt wird. Chloralhydrat und Chinin in kleineren Dosen fördern die Zymase, da sie die Tryptase ausschalten, die sonst in kurzer Zeit erstere zerstört. Das gleiche gilt für geringe Chloroformmengen. Alkohol bis etwa 15 Proz. wirkt kaum schädigend. Harden und Young haben nun eine Art ..spezifischen Akti- vators" für die Zymase im gekochten Hefepreßsaft aufgefunden. Letzterer zeigte sich allein allerdings vollkommen unwirksam, besaß aber die Eigenschaft, das Gärvermögen des frischen Preßsaftes wesentlich zu helien und dessen Haltbarkeit zu erhöhen. Es scheint sich dabei nicht um ein Enzym zu handeln, obwohl der Körper als „Co-Enzym der Zymase" bezeichnet wird. Immerhin ist dieser Aktivator, dessen Natur wir noch wenig kennen, allem Anscheine nach ein integrierender Bestand- teil der Zymase, der bei der Gärung verbraucht wird. Er läßt sich von der Zymase durch Filtration durch ein Gelatinefilter trennen. Weder Filtrat noch Rückstand sind dann mehr wirksam: erst eine Mischung beider vergärt wieder im ursprünglichem Maße. Der Sitz der Zymase ist in der Zelle selbst. So lange die Zelle lebt werden höchstens Spuren derselben nach außen abgegeben. Die Hauptmenge aller vergärbarer Verbindungen muß bei der Gärung durch die lebende Zelle in dieselbe eintreten und die Gärprodukte diffun- dieren wieder heraus, sofern sie in der Zelle nicht weiter verarbeitet werden. Ganz allgemein können wir nach E. Fischer sagen, daß die Zymase nur Zucker mit sechs und neun Kohlenstoffatomen zu vergären vermag. Dabei spielt die sterische Beschaffenheit der Hexosen eine hervorragende Rolle. Von allen Ablösen sind vergärbar nur der Traubenzucker (d-Glykose), die d-Galaktose und d-Mannose. Unter den Ketosen kann nur die d-Fruktose als sicher vergärbar an- gesehen werden. Durch die alkoholische Gährung entstehen aus Traubenzucker (oder überhaupt aus einem gärfähigen Zucker) Kohlensäure und Äthyl- alkohol nach der Formel C 6 H I2 6 = 2C 2 H 5 OH + 2C0 2 Dazu ist zu bemerken, daß diese Aufstellung allerdings eine kleine Einschränkung bedarf, da immer eine Reihe von Nebenprodukten entsteht, auf die später noch eingegangen werden soll. Diese Reaktion verläuft über intermediäre Produkte, wie Methylglyoxal, Glyzerinaldehyd und Milchsäure. Dieselben werden aber im Status nascendi rasch weiter vergoren, weshalb es nicht zur Anhäufung dieser Zwischenprodukte kommt. Diese Zwischenprodukte als fertige Verbindungen sind selbst nicht gärfähig, wenigstens nicht für lebende Hefe. Jensen sieht dagegen als wesentliches Zwischen- produkt Dioxyazeton an, das er tatsächlich nachwies und das dann weiter in Alkohol und Kohlensäure vergoren wird. Ohne auf weitere theoretische Auseinandersetzungen des Gärungsprozesses einzugehen. — 94 — können wir im allgemeinen sagen, daß bei der alkoholischen Gärung- sicher eine Reihe von Zwischenprodukten entsteht. Daß die Gärung mit Hefepreßsaft in einigen Punkten andere Ergebnisse aufweist als mit den lebenden Hefezellen, hat wohl seinen tieferen Grund darin, weil im ersteren Falle alle Stoffe zur Zymase ungehinderten Zutritt haben, was bei der lebenden Zelle nicht der Fall ist. Die Nebenprodukte sind in beiden Fällen auch andere. Hier interessieren uns nur diejenigen der zellen- freien Gärung. Da sind vor allem zu nennen Essigsäure und Glyzerin, dann Ameisensäure und Formaldehyd. Es ist wohl mit Sicherheit anzunehmen, daß die bakterielle alko- holische Gärung in derselben Weise verläuft und daß dabei homologe Enzyme tätig sind. Wir finden dort dieselben Gärhaupt- produkte und Nebenprodukte. Allerdings kommen noch eine Reihe an- derer Nebenprodukte dazu, die sich aber bei der durch lebende Hefe- zellen ausgelösten alkoholischen Gärung einstellen. Sie sind dort wie hier auf besondere Lebensprozesse zurückzuführen und verdanken ihr Entstehen nicht der Zymase. Im Anschluß an die in Bakterien sichergestellten Enzyme sei an Vorgänge erinnert, die im Leben der Zelle zwar eine außerordentlich wichtige Rolle spielen, deren Enzymnatur aber keineswegs festgestellt ist. Ich meine hier Reduktionsprozesse, deren Zustandekommen ebenfalls von einigen Seiten besonderen Enzymen, Reduktasen, zugeschrieben wird. In der Tat erleiden leicht reduzierbare Körper, wie Methylenblau, Lack- mus, Indigokarmin usw.. den Nährsubstraten zugesetzt, beim Wachstum zahlreicher Mikroben eine Umwandlung in die Leukoverbindung, eine Re- duktion. Durch Schütteln mit Luft tritt sofort wieder die Färbung auf. Auch den Kultursubstraten zugesetztes selenigsaures oder telurigsaures Natron werden reduziert. Daß sich die Reduktionszone weit über die Wachstumszone des Bakteriums hinaus erstreckt und eine Erhitzung die Wirkung aufhebt, spricht einigermaßen für die Enzymnatur solcher Vor- gänge. Mit Azeton abgetötete und vorsichtig getrocknete Cholera- vibrionen und Colibazillen erwiesen sich nach den Untersuchungen von Chatcart und Hahn als nur wenig reduzierend. Über die Natur der Bakterienreduktasen wissen wir noch sehr wenig. Literatur zur Vorlesung VI, VII und VIII. Kruse, W., Allgemeine Mikrobiologie. Leipzig 1910. Fischer, H., Die chemischen Bestandteile der Schyzomyzeten und der Eumyzeten. Lafar's Handb. d. techn. Mykologie, Bd. 1, S. 222 ff. Fuhrmann, F., Vorlesungen über Bakterienenzyme. Jena 1907. Oppenheimer, C, Die Fermente und ihre Wirkungen. Leipzig 1910. Höber, Chemie der Zelle. Leipzig 1906. Nawiaski, P., Über die Umsetzung von Amnosäuren durch Bac. proteus vulgaris. Ein Beitrag zum Stickstoffwechsel der Bakterien. Arch. f. Hyg., Bd. 66, S. 209, 1908. Euler, H., Allgemeine Chemie der Enzyme. Wiesbaden 1910. NEUNTE VORLESUNG. Biologie der Enzymbildung. Toxine. Farbstoffe. Leuchten der Bakterien. Wie schon mitgeteilt, sind alle Enzyme als Zellprodukte aufzufassen. Sie werden vom lebenden Protoplasma zwar gebildet, äußern ihre Wir- kungen aber unabhängig von den lebenden Zellen. Sowohl die Menge eines Enzyms als auch die Bildung desselben überhaupt ist aber von einer Reihe äußerer Bedingungen abhängig. So werden die eiweißspaltenden, proteolytischen Enzyme dann am besten ausgebildet, wenn den Bakterien im allgemeinen komplizierte, eiweißartige Körper im Kultur- substrat in genügender Menge zur Verfügung stehen. Es findet dabei eine gewisse Anpassung statt. Die Bildung von Proteasen erfährt aber eine starke Einschränkung oder kann gänzlich unterdrückt werden, wenn gleichzeitig eine große Menge vergärbarer Kohlehydrate der Bakterienart zur Verfügung steht. Viele Substanzen haben die Eigenschaft, nur die Bildung eines oder mehrerer Enzyme zu hemmen, ohne das Wachstum und die Vermehrung der Bakterien zu beeinträchtigen. Folgendes Bei- spiel soll dies näher beleuchten. Es entwickelt sich Bacillus prodigiosus in Nährbouillon mit einem Zusatz von 0,5 Proz. Morphium, Strychnin oder Antipyrin noch gut. Proteasen konnten aber nur in den Kulturen mit Morphium nach- gewiesen werden. Bacillus pyocyaneus wächst mit den genannten Zusätzen oder mit beigegebenem Chinin gut, vermag aber sein proteo- lytisches Enzym sowohl bei Morphium-, als auch Strychnin- und Anti- pyrinzusatz zu produzieren und wird darin nur vom Chinin gehindert. Der Vibrio der asiatischen Cholera gedeiht in Bouillon mit einem Zusatz von 0,5 Proz. Morphium oder Antipyrin, erzeugt seine Protease aber nur in dem morphinhaltigen Nährsubstrat. Durch längerdauernde Zucht einer Bakterienart unter ungünstigen äußeren Bedingungen wird ebenfalls eine Verminderung der Proteasen- bildung herbeigeführt. So beobachtete man ein Zurückgehen der Fähig- keit zur Gelatineverfliissigung beim Vibrio cholerae und anderen sonst stark leimpeptonisierenden Mikroben. Diese Erscheinung hat ihren Grund in einer mangelhaften Proteasebildung. Für die Bildung der Kohlehydrat spaltenden und auch gärenden Enzyme kann ganz allgemein die Regel gelten, daß dieselbe durch die Anwesenheit spaltbarer und vergärbarer Verbindungen gefördert wird. 96 — In dieser Hinsicht herrscht eine gewisse Anpassungsfähigkeit, so daß mit Zunahme der vergärbaren Kohlehydrate auch eine Zunahme der Menge t im allgemeinen Fuhrmann, Mykologie. 7 — 98 — wohl für die allermeisten Bakterienarten bei der Farbstofferzeugung un- erläßlich. Außerdem sind dafür wichtig Phosphorverbindungen, beson- ders das Dikaliumphosphat. Es zeigen aber auch hierin die Bakterien Unterschiede. So hat u. a. Sullivan durch seine Untersuchungen ge funden, daß die Bildung der roten und violetten Pigmente von der Anwesenheit genügender Mengen MgS0 4 und K.lll'ii. abhängig ist Eine Ausnahme macht der rote Farbstoff dei Micrococcus roseus und des Micrococcus mycoides roseus, der nur in Gegenwart von Milchsäure erzeugt wird, was auch für das schwarze Pigment des Bacillus cyaneofluorescens gilt. Die Bildung der gelben Pig- m oiuo soll an die Anwesenheil von komplexen Polypeptid Verbin- dungen (Peptone) gebunden sein und durch Mgs0 4 und K IHM, nur gefördert werden. Bezüglich der organischen Aminoverbindung kommt Sullivan /um Schlüsse, daß für ihre günstige Ausnutzung zur Ernährung und Anregung der Farbstoffbildung das Vorhandensein der Atomgruppen C <> II und (' IL, notwendig sei Von Einfluß im auch die Reaktion dos Nährsubstrates, da manche Farbstoffe bei saurer Reaktion nicht gebildet werden oder aber nicht in Erscheinung treten. Von größtem Einfluß auf die Farbstoffbüdung i-t auch die Züch- tungstemperatur. Im allgemeinen findet man die beste Farbstoffproduktion bei Temperaturen unterhalb dos Tempe- raturoptimums für das Wachstum. Mio Farbstoffproduktion i>t übrigens bei den Bakterien eine variable nschaft, da bei ein und derselben Bakterieuarl unter gleichen äu Bedingungen haut Unterschiede in der Intensität der Farbe auf- treten. Wir dürfen auch mit Kocht annehmen, daß zahlreiche Farbstoffe als Leukoverbindung au- der Zelle ausgeschieden werden und erst dann zur gefärbten Verbindung oxydiert werden. Nach dem eventuellen Nutzen de- gebildeten Pigmentes für die Zolle . teilte Beijerinck die farbstoffbildenden und chromogenen Bakterien in drei Gruppen ein. Die erste Gruppe, die „chromophoren Bak- terien" umfaßt alle Bakterien, deren Farbstoff eine wesentliche Kollo im Lehen der Zelle spielt, also als ein integrierender Zellbestand- teil mit dem Protoplasten ungefähr so vereint i>t ..wie der Chlorophyll- farbstoff mit den Chromatophoren der höheren Pflanzen oder das Hämo- globin mit den Blutkörperchen", wie sich Beijernick ausdrückt. Hierher gehören die Purpurbakterien, deren Farbstoff, das Bakteriopurpurin, ichlich im Leben der Zelle lebenswichtige Funktionen auszuüben sei Die Vertreter der .'weiten Gruppe der farbstoffbildenden Mikroben, die „chromoparen Bakterien" bilden Farbstoffe, die für das Leben der Zolle unwesentlich sind und einfach als nebensächliche Exkretstoffe aus der Zelle ausgeschieden werden. Allen neueren Forschungen entsprechend, müssen wir hierher alle farbstoffbildenden Bakterien, mit Aus- nahme der Purpurbakterien, rechnen, da mit Ausnahme des Farb- es der letzteren alle Bakterienfarbstoffe keinen irgendwie gearteten Einfluß auf das 1 eben der sie ei e igenden Zollen auszuüben vermögen. Sie sind rein zufällige Bildungen der Zellen, wie so manche andere. — 99 — Beijerinck stellt dann noch als dritte Gruppe der chromogenen Bakterien, die „parachromophoren Bakterien" auf, deren Farbstoff von der Zelle teils nach außen abgegeben, teils in der Zellwand oder im Xcll- innern deponiert bleibt. Nur wenige Vertreter dieser Gruppe gibt es, wie bei- spielsweise den Bacillus violaceus, der einen violetten Farbstoff erzeugt. Wir tun besser, die Farbstoffe einfach in wasserlösliche und wasserunlösliche zu trennen. Letztere sind in überwiegender Mehrzahl bei den Bakterien zu finden. Viele von ihnen zeigen die: von Zopf an- gegebene Lipozyaninreaktion. Dieselbe besteht darin, daß konzen- trierte Schwefelsäure den roten oder gelben Farbstoff blau färbt. Man hat solche Farbstoffe allgemein als Lipochrome bezeichnet und reiht sie jetzt den ..Karolinen" ein, die man nach Kohl in sauerstoffreie Eukarotine und sauerstoffhaltige Karotine sondert. Die Karotine sind in Alkohol und überhaupt fettlösenden Verbindungen, wie Äther. Benzol. Chloroform, Kylol usw. leicht löslich. Hierher gehören zahlreiche gelbe und rote Farbstoffe von Kokken und Bazillen und auch der rote Teil- farbstoff des Bakteriopurpurins. Der rote Farbstoff des Bakteriopurpurins (Bacterioerythrin Archichovskijs) ist von Molisch genauer untersucht und vom grünen der Purpurbakterien getrennt worden. Wie schon gesagt, gehört nur der rote Farbstoff, das Bakteriopurpurin im engeren .Sinne des Worte- zu den Karotinen. Er kristallisiert aus Chloroform in kleineren und größeren Nadeln und Blättchen, die auch in Schwefelkohlenstoff und Äther leicht lö-lich sind, während sie in Wasser und Glyzerin unlöslich sind. Das Gleiche gilt für kalten Eisessig. Auch in kaltem, absoluten Alkohol sind sie nur schwer löslich. Molisch hat auch die Absorptions- spektren von Lösungen des Bakterioerythrins von Rhodobacillus pa- lustris einer Untersuchung unterzogen, die ergab, daß zwei deutliche Länder auftreten. I bei z 585 555 und II bei /. 540 515, zu denen noch ein drittes undeutlicheres kommt, dessen Lage etwa X 500—485 entspricht Aus einer geringen Verschiebung der Lander ins Violett beim Bakteriorythrin aus einer Rhodospirillenart will Molisch auch auf die Verschiedenheit desselben bei Purpurbakterien schließen. Ich glaube, dieser Schluß ist schon deshalb gewagt, weil wir nach den vor- liegenden spektroskopischen Befunden noch viel zu wenig über die feineren Absorptionserscheinungen wissen, um aus so geringfügigen Unterschieden der optischen Erscheinungen so weitgehende Schlüsse zu ziehen. Dazu sind wir rechtigt, wenn wir die Spektroskopie dieses Farbstoffes dadurch erschöpfend bearbeitet haben, daß wir ihn bei verschiedenen Konzentrationen in verschiedenen Lösungsmitteln und außerdem noch bei verschiedenen Schichtdicken spektroskopieren. Außerdem ist die Her- stellung der sogenannten Grenzverdünnung zur Erkennung aller Einzel- i der Banden unerläßlich. Dabei ist noch hervorzuheben, daß die Verdünnungen keineswegs durch verminderte Schichtdicken ersetzbar sind. Nur unter Berücksichtigung aller dieser Erscheinungen sind wir in der I . Absorptionsspektrum eines Farbstoffes zu erhalten, das ihn spektroskopisch deffiniert und zu weiteren Vergleichen brauchbar ist, wozu die damit konstruierten Absorptionskurven besonders wertvoll sind. Leider ist darauf bei der Spektroskopie der Farbstoffe des Spirillum rubum, einer anderen Purpurbakterie, von Vahle ebenfalls keine Rücksicht ge- nommen worden. — 100 - Zu den Karotinen sicher zu rechnen sind noch die Farbstoffe von Bacterium egregiura, Bacterium chrysogloea, Micrococcus aureus, Sarcina aurantiaca und das gelbe, in Kristalldrusen aus- geschiedene Pigment von Bacterium polychromicum (Zickes). Es findet sich noch eine Reihe wasserunlöslicher Bakterien- pigmente, die aber den Karotinen ferner stehen. Das von Molisch aus Purpurbakterie ziemlich rein gewonnene Bakteriochlorin ist, wie schon der Name uns sagt, ein grünes Pigment, das durch starken Alkohol aus den Purpurbakterien ausgezogen wird, wobei allerdings etwas Bakterioerythrin mit in Lösung geht. Es hat mit dem Chlorophyll nichts zu tun. Aus der etwas wasserhaltigen alkoholischen Lösung geht es durch Schütteln mit Benzin, Olivenöl, Terpentin und Chloro- form heraus und der Alkohol wird farblos. Spektroskopisch zeigt das Bakterochlorin eine Endabsorption vom äußersten Rot bis X (>f><> und vom äußersten Violett bis X 525. Außerdem zeigt sich ein Ab- sorptionsband (D- Streifen Molisch) von X 610 bis X 570. Der Farb- stoff ist sehr unbeständig. Dann ist hier vor allen zu nennen das prachtvoll rote Pigment des Bacillus prodigiosus, das Prodigiosin. Die Lösungen deselben in Alkohol, Chloroform, Äther, Benzol oder Schwefelkohlenstoff sind fuchsin- rot. Säuren bewirken in den alkoholischen Lösungen einen Umschlag der rot gelb grün blau violett 7 )0 600 500 F 450 400 Fig. 45. Farbe ins Violette, während Alkalien eine gelbrote Verfärbung bewirken. Dabei findet keine Zerstörung des Pigmentes statt, da nach Neutralisation die ursprüngliche Farbe sofort zurück kehrt. Prodigiosin ist eine licht unbeständige Farbe. Nach Griffiths kommt ihm die Formel C 38 H 56 N0 5 zu, woraus sich ein Stickstoffgehalt von 2,3 % berechnen läßt. Kraft fand einen solchen von 3,9%. Die Asche enthielt Na, Fe, Gl und P. Es gibt zahlreiche andere Bakterienarten, die ebenfalls rote Farb- stoffe erzeugen, die in vielen Beziehungen dem Prodigiosin nahestehen, aber nicht identisch mit ihm zu sein scheinen. Griffths untersuchte den orangeroten Farbstoff von Micrococcus glutinis in bezug auf sein chemisches und physikalisches Verhalten. Derselbe ist in Äther leicht, in Alkohol nur schwierig löslich. Die Ele- mentaranalyse ergab 53,84 Proz. Kohlenstoff und 4,77 Proz. Wasser- stoff. Die Stickstoffbestimmung 4,57 Proz. Griffths gibt dem Farb- stoff die Formel C 14 H 15 N0 7 , die annähernd auf die Analysenzahlen paßt. Die spektroskopische Untersuchung des Pigmentes in einer Konzentration von 10 Proz. in 10 mm dicker Schicht und ätherischer Lösung ergab vollständige Auslöschung von blau und violett von F ab und ein schmales Band diesseits der Frauenhoferschen Linie F, wie es Figur 45 zeigt. Der Farbstoff erwies sich als optisch aktiv, denn er- drehte das polarisierte Licht. Die ätherische Lösung vom spezifischen Gewicht 0,92 mit einem Gehalt von 2,02 g in 100 ccm Lösungsmittel ergab — 101 — im 2 Dezimeterrohr eine Drehung von — 2,5° bei 17° C, was einem spezifischen Drehungsvermögen von [a]„ = - 68° 75' entspricht. Man könnte hier noch eine große Anzahl mehr oder minder genau untersuchter Farbstoffe der Bakterien anführen. Es gibt dann noch einige Bakterienfarbstoffe, die weder in Wasser noch in Alkohol und in fettlösenden Mitteln löslich sind. So löst sich beispielsweise der gelbe Farbstoff des Micrococcus cereus nur in lOproz. Kalilauge, der ebenfalls gelbe Farbstoff des Bacillus luteus nach Garbowski in warmer konzentrierter Essigsäure oder starken, heißen Alkalien (20proz. KOH). Das tief indigoblaue Pigmet der Pseudomonas berolinensis ist nur in Salzsäure löslich. Von den in Wasser löslichen Farbstoffen sei zuerst ein fluoreszierendes Bakterienpigment, das Bakteriofluoreszein Leh- manns genannt. Es findet sich dasselbe bei zahlreichen Fäulnisbakterien. Das Bakteriofluoreszein ist nach Thumm eine gelbe, in Wasser lösliche Masse, die in fettlösenden Agentien vollständig unlöslich ist. Mit der Konzentration der Lösung ändert sich ein wenig der Farbenton der- selben, denn verdünnte Lösungen erscheinen im durchfallenden Licht hellgelb, während konzentrierte orangegelb sind. Die Fluoreszenz der neutralen Lösung ist tiefblau. Sobald man spurweise ansäuert, erlischt die Fluoreszenz sofort und kehrt nach Neutralisation der Säure sofort wieder zurück. In schwach alkalischer Lösung fluoresziert das Pigment in blattgrüner und nach weiterem Alkalizusatz in moosgrüner Farbe. Die chemische Natur des Bakteriofluoreszeins ist noch nicht ermittelt. Viele fluoreszierende Bakterienarten bilden neben dem Fluoreszein noch andere Farbstoffe. So erzeugt das Bacterium syncyaneum, ein Erreger der Blaufärbung der Milch, neben dem Fluoreszein noch einen wasserlöslichen blauen Farbstoff, das Synzyanin. Auch vomErreger des blauen Eiters, der Pseudomonas pyocyanea (oder aeruginosa) wird neben dem Fluoreszein noch mindestens ein zweiter blauer Farbstoff, das Pyocyanin und wahrscheinlich auch ein dritter braunroter, das Pyoxanthin meistens erzeugt. Letzterer soll ein Oxydationsprodukt des Pyocyanins sein. Die chemische Zusammen- setzung des Pyocyanins ist noch nicht sichergestellt. Ledderhose isolierte dasselbe aus Kulturen durch Ausschütteln mit Cloroform und stellte das pikrinsaure Salz desselben dar. Daraus bestimmte er als empirische Formel für diesen Farbstoff C 13 H 14 N 2 0. Es wurde noch eine Reihe von Bakterien bekannt, die andere wasserlösliche Farbstoffe bilden, von denen einige hier aufgeführt seien. So entwickelt das Bacterium erythrogenes, das Milch rot färbt, neben einem wasserunlöslichen Farbstoff ein rotes Pigment, das in den Nährboden diffundiert und diesen weinrot färbt. Die von Weibel isolierte Microspira nigricans, eine aus Wasser gezüchtete Bakterienart. bildet ein schwarzes Pigment, das den Nähr- boden dunkel färbt. Das Bacterium brunneum bildet einen braunen Farbstoff, der ebenfalls den Nährboden dunkel färbt. Nach Thorpe kommt ihm die 102 Formal C 18 H U : . zu. Er soll nach Pfeffers Angaben die Fälligkeit besitzen, Luftsauerstoff zu speichern. Auch das von Zickes gefundene und untersuchte Bacterium polychromicum bildet neben dem schon genannten wasserunlöslichen Lipoxanthin einen blauen bis rotvioletten, wasserlöslichen Farbstoff, das Erythrojanthin. Diese wenigen Beispiele werden genügen, die große Verbreitung und Mannigfaltigkeit der Bakterienfarbstoffe darzutun. Eine große Anzahl von Bakterienarten vermag unter geeigneten Züchtungsbedingungen und in der freien Natur Licht zu entwickeln. Folgender einfacher Versuch zeigt uns in kurzer Zeit das Leuchten der Bakterien: Wir legen ein Stück frischen Seefisches, wie es auf jeden Fisch- markt jetzt leicht erhältlich ist, samt der Haut aber ohne Eingeweide, in eine Schale und übergießen dasselbe mit soviel einer 3 proz. Chlor- natriumlösung, daß das Fischstück noch ungefähr einen halben Zentimeter aus der Flüssigkeit hervorragt. Die Schale bedecken wir mit einer lose aufgelegten Glasplatte, um der Luft einigermaßen den Zutritt zu ermög- lichen. Dann stellen wir die ganze Versuchsanordnung in einen kühlen Raum mit 4 — G ° C ins Dunkle, zumindest geschützt vor einer direkten Sonnenbestrahlung. Schon nach etwa 12 — 16 Stunden leuchten die Ränder des Seefisches im Dunkeln prachtvoll in einem grünlichen Licht. Die Lichtwirkung gehl von Bakterien aus, die sich besonders an der Oberfläche der Salzlösung am Fischstück ansiedeln. Die verschiedenen leuchtenden Bakterienarten vereint man in der physiologischen Gruppe der „Leucht- bakterien" oder „Photobakterien' - , unter denen wir Kugel-, Stäbchen- und Schraubenbakterien vertreten finden. Sie sind fast ausschließlich Meeresbakterien. Alle Leuchtbakterien leuchten nur unter gewissen Bedingungen. Im allgemeinen verlangen sie dazu in dem Nährsubstrat eine gewisse Menge von Salzen neben den notwendigen Nährstoffen und freiem Luftsauerstoff; letzterer genügt in minimalen Quantitäten. Für alle Leuchtbakterien genügt zum Wachstum und Leuchten ein Kochsalzgehalt der Nährlösung von 2,5 Proz. Er kann aber auch höher sein und bei einigen Arten ohne Schaden auf annähernd 6 Prozent steigen. Für die Leuchtbakterien scheinen übrigens die Extraktivstoffe des Fleisches sowohl als Lichtnährmittel als auch als Nährmittel für das Wachstum im allgemeinen zu wirken. Für eine sich immer auf Nordseefischen einstellenden Bakterienart kommen dabei nur jene Sub- stanzen in Frage, die in einer Fleischabkochung nach Ausfällung mit Alkohol bei einem Gehalt von 80 — 85 Proz. des Fällungsmittels n och i n Lösung bleiben. Es kann hier nicht auf diese Einzelheiten eingegangen werden; es soll damit aber gezeigt werden, daß die Leuchtbakterien äußerst genügsam sind. Einige brauchen zum Leuchten neben Stickstoffquellen, noch besondere Kohlenstoff quellen, von denen diejenigen wahr- scheinlich die brauchbarsten sind, die nur wenig vergoren und daher wenig Säure liefern. in:; Eine für den Leuchtprozeß günstige Aufschließung des Nährbodens bewirken häufig gleichzeitig vorhandene, nicht leuchtende Bakterien, die sich in Rohkulturen von Photobakterien immer als Begleitbakterien einstellen. Wenn man dieselben für sich rein züchtet und dann auf die Reinzucht der Photobakterien einwirken läßt, so bemerkt man ein besseres Leuchten in ihrer Nähe. Folgender Versuch zeigt dies deutlich und klar, wie aus der Abbildung 46 zu entnehmen ist. In einer Petrischale (Figur 46) wurde eine sterile Agarplatte gegossen, auf die zwei Impfstriche mit Leuchtbakterienreinkultur hergestellt wurden. Gleichzeitig wurde darauf durch die Mitte senkrecht auf die Leucht- bakterienimpfstriche ein Impfstiich mit der Begleitbakterie gemacht. Wo sich die Impfstriche kreuzen, gewahren wir das stärkste Leuchten. In der Figur 46 ist ein Photogramm abgebildet, das im eigenen Licht der Bakterien aufgenommen worden war. Wir sehen die weiß erscheinenden senkrechten Impfstriche in der Mitte dort am hellsten, der wo quer darauf gezogene Impf- strich sie rechtwinklich kreuzt. Die Auflagerung der Begleitbakterien ist nur wenig bemerkbar. Alle Versuche, die mit Leucht- bakterien angestellt wurden, legen den Gedanken nahe, daß das Leuchten bei den Bakterien auf eine be- sondere Substanz zurückzu- führen ist. das Photogen. Dasselbe wird in der Zelle gebildet und leuchtet auch nur in der lebenden Zelle. Es war bisher nicht möglich, diesen hypothetischen Leuchtstoff von der Zelle zu trennen. Er ist als Pro- dukt des lebenden Organismus aufzu- fassen, das für das Leben selbst kaum irgend wie in Betracht kommt Fig. 46. Die Leuchtbakterien verlieren in den Laboratoriumskulturen häufig bei das Hemmungen sehr lange fortgesetzter Zucht auf den künstlichen Nährsubstraten Leuchtvermögen dauernd, ohne daß im sonstigen Wachstum zu beobachten wären. Der Leuchtstoff muß in der Zelle als nicht leuchtende Verbindung fertig gebildet werden, die erst durch das Hinzutreten des Luftsauerstoffes in minimalen Mengen zur Zelle sozusagen in die leuchtende Modifikation übergeführt wird. Dies zeigt deutlich folgender Versuch mit einer auf Nordseefischen regelmäßig vor- kommenden Leuchtbakterienart, Pseudomonas photogena Fuhrmann. Diese Art wächst auch unter völligem Abschluß des Luftsauerstoffes in der zugeschmolzenen Buchner'schen Röhre. Die Kultur wird auf Fischfleischwasser — Agar mit 3 Proz. Chlornatriumgehalt angelegt und sofort in die Buchner'sche Röhre gegeben, die zur Entfernung des Sauer- stoffes der Luft eine alkalische Pyrogallollösung enthält. Selbst die dichtest sitzenden Kautschukstopfen genügen trotz Einfettens nicht, den Zutritt des Sauerstoffes gänzlich zu verhindern, weshalb für diesen Versuch die Röhre zugeschmolzen wird. Nach etwa i'4 Stunden hat sich über die ganze Ober- fläche ein nicht leuchtender Kulturrasen des Photobakteriums gebildet. Sobald man im Finstern die Röhre durch Absprengen der Verschrnelzungs- — 104 — stelle öffnet, flammt im Augenblick des Öffnens die ganze Kultur auf. Es ist dies eines der elegantesten Vorlesungsexperimente mit diesen Bakterien. Der Versuch sagt uns, daß das Photogen zwar ohne jeden Sauerstoff der Luft gebildet wird, aber erst leuchtet, wenn dieser zur Kultur Zutritt hat. Bringt man um- gekehrt, eine gut leuchtende Kultur in die Buchner'sche Röhre, dann verschwindet allmählich das Leuchten und erscheint erst, wenn wieder Sauerstoff zugeführt wird. Daß beim Leuchtprozeß Sauerstoff verbraucht wird, zeigt auch der Versuch mit flüssigen Leuchtbakterien- kulturen in dem langen, einseitig verschlossenen Glasrohr nach Molisch. Die Kultur leuchtet in der Röhre nur oben an der Berühiungsstelle mit der Luft. Verschließt man das Rohr mit dem Finger und dreht es um 180°, so daß eine Luftblase durch die Kultur aufsteigt, dann leuchtet sie der ganzen Länge nach auf. Es dauert aber nur wenige Minuten bis zum Erlöschen des Lichtes, das erst wieder durch eine neue sauerstoffhaltige Luftblase ausgelöst wird. Wie schon gesagt, genügen zur Auslösung des Leuchtphänomens die denkbar geringsten Sauerstoffmengen. Bekommt die oben genannte, zugeschmolzene Buchner- röhre nur den kleinsten Sprung an der Abschmelzstelle, so leuchten die darin befindlichen Photobakterien sofort. Die Leuchtbakterien sind demnach tatsächlich das feinste und empfindlichste Reagens auf freien Sauerstoff. Auf das Leuchten der Bakterien wirken eine Reihe chemischer und physikalischer Einflüsse ein. Freie Säuren beeinflussen den Leuchtprozeß schon in geringen Mengen sehr ungünstig. Eine neutrale oder schwach alkalische Re- aktion ist dagegen außerordentlich günstig. Chloroform oder Äther behindert in größeren Mengen das Leuchten, während sehr geringe Mengen kaum schädlich wirken. Äthylalkokol wirkt in Dosen bis zu etwa 2 Proz. günstig auf die Lichtentwicklung. Erst sehr große Mengen (etwa 16 bis 20Proz.) bringen dieselbe dauernd zum Verschwinden. Sehr abhängig ist die Lichtentwicklung von der Temperatur. Lange bevor eine Temperatur erreicht, die die Bakterien selbst tötet, er- lischt das Licht. Wiederabkühlung bringt sofort das Leuchten wieder hervor, sofern die Erwärmung unter der Tötungstemperatur der Bak- terien blieb. Die Lichtentwicklung erfolgt aber noch in sehr tiefen Tempe- raturen, bei denen die Kultur längst eingefroren ist. Schätzungsweise leuchten die Bakterien noch bei etwa 30—40° unter Null. Läßt man Leuchtbakterienkulturen in flüssiger Luft einfrieren, so erlischt bei dieser tiefen Temperatur ( — 190") das Bakterienlicht, erscheint aber beim Auftauen wieder. Andere Lichtquellen, Sonnenlicht usw. beeinflußt das Bakterien- licht anscheinend nicht. Übrigens wissen wir darüber wenig, da Spezial- untersuchungen darüber ausstehen. Stoßwirkungen üben auf das Bakterienlicht ebenfalls keinen bemerkbaren Einfluß aus, desgleichen höhere Drucke. Der elektrische Strom wirkt nur sekundär auf das Leuchten ein, indem bei dessen Durchtritt durch die Kultur elektrolytische Vor- gänge ausgelöst werden, deren Produkte hinderlich oder fördernd in den Leuchtprozeß eingreifen. Wir wollen gleich hier kurz die Eigenschaften des Bakterien- lichtes erörtern. 1 1 15 Die Farbe des Bakterienlichtes variiert von bläulichweiß bis gelblichweiß, entsprechend der Ernährung und dem momentanen Zustand des Auges des Beobachters. Hat sich das Auge an Petroleumlicht, Auer- licht oder elektrisches Glühlicht gewöhnt, dann erscheint das Bakterienlicht mehr bläulich. Kommt man aber von Räumen, die von Tageslicht oder vom elektrischen Bogenlicht erhellt sind, in die Dunkelkammer, dann er- scheint das Bakterienlicht mehr rein weiß oder mit einem Stich ins Gelbliche. Auf den Zustand des Auges hat übrigens schon Moli seh aufmerksam gemacht. Das Licht der schon genannten Pseudomonas photogen a ist übrigens immer stark bläulich, was man am besten an Massenkulturen in sehr verdünntem Fischfleischwasser, die im Halb- dunkel gehalten werden, beobachten kann. Das Licht der Bakterien ist ruhig, gleichmäßig, ohne irgendwie zu wallen. Die Intensität des Bakterienlichtes mancher Arten ist so groß, daß man mit Hilfe einer kleinen Gelatinekultur sehr gut die Taschen- uhr ablesen oder einen größeren Druck lesen kann. Das Licht der Photo- bakterien hat ein kontinuierliches Spektrum, das arm an roten und orange- gefärbten Strahlen ist. Nach Moli seh reicht das Spektrum bei subjek- tiver Beobachtung etwa von X 570 bis X 450. In Figur 47 ist unten das Spektrum vom Licht des Bacterium phosphoreum nach M olisch wiedergegeben. Die obere Zeichnung entspricht dem Sonnenspektrum. Es sind einzelne Wellenlängen in / x'1. ?«■ Fig. 52. bei der Vorwärtsbewegung stets Drehung des Körpers um seine Längs- achse statt. Dabei kann die Längsachse 1. in der Bahn der Vorwärtsbewegung verbleiben; 2. um die Bahn als Achse rotieren, so daß sie dieser stets parallel bleibt: 3. ebenfalls um die Bahn als Achse rotieren, sie bleibt derselben jedoch nicht parallel: a) das vordere Ende der Längsachse weicht mehr von der Bahn ab als das hintere, b) das hintere Ende weicht mehr ab als das vordere, c) beide Enden bleiben gleich weit von der Bahn entfernt. 1 ' Fuhrmann, Mykologie. 8 — 114 In Figur 52 ist der Versuch gemacht, die eben erläuterten Verhält- nisse schematisch darzustellen. In 1 dieser Figur verbleibt die Längs- achse des sich bewegenden Bakteriums in der Bewegungsbahn xx, wobei es sich in der Pfeilrichtung bewegt. Es fällt also die Bakterienlängsachse mit der Bewegungsbahn ständig zusammen. Bei 2 verläuft die Längs- achse des Stäbchens (gestrichelt gezeichnet) mit der Achse der Bewegungs- bahn (xx) parallel. In 3 endlich ist die Stäbchenachse (ebenfalls ge- strichelt gezeichnet) zur Bewegungsbahnachse geneigt, Es geht in diesem Falle die Achse der Bewegungsbahn stets durch einen gleichen Punkt der Stäbchenbakterie, der irgendwo in der Längsachse derselben liegt. Je nach der Lage desselben wird das vordere Ende mehr oder weniger als das Hinterende des Stäbchens von der Bahn abweichen oder endlich beide gleichweit (a, b, c). Es kommt dabei zu den oben genannten Trichterbewegungen. Die Zellpole beschreiben bei der Fort- bewegung in diesem Falle Schraubenlinien. Die Beobachtung der Bewegungserscheinungen an peritrich be- geißelten Bakterien hat ergeben, daß auch sie bei der Be- wegung eine Rotation des Körpers links herum vollführen, der auch die allseits an der Längswand entspringenden Geißeln folgen. Die in der Bewegung zu mehreren Zöpfen oder bei geringer Geißelzahl zu einem Zopf zusammengefalteten ffieißeln sind in der Tätigkeit immer nach Fig. 53. hinten gerichtet und entsprechen in ihrer Form rechtsläufigen Schrauben. Sie umfahren bei ihrem Schwingen Kegelmäntel. Ein einfaches Hinund- herschlagen der Geißeln kommt auch hier nicht vor. Der Bazillenkörper vollführt sehr häufig mehr oder minder ausgesprochene Trichterbewegungen, die auf dieselbe Kräfteverteilung zurückzuführen sind wie bei den polar- begeißelten Formen. Die Umkehrung der Bewegung geschieht nun in der Weise, daß nach kurzem Stillstande derselben alle Geißelzöpfe gleichzeitig nach vorne gestellt werden oder nur ein einzelner dickerer, worauf die Bewegung wieder eintritt. In Figur 53 ist dies kurz skizziert. Die von links nach rechts in Bewegung befindliche Zelle hat drei Geißelzöpfe, von denen der erste der stärkste ist. Bei der Umkehrung der Bewegungsrichtung legt sich nach kurzer, sozusagen momentaner Ruhepause entweder der stärkste Geißelzopf allein nach vorne und fängt sofort zu Schwingen an, so daß er allein die Rückbewegung besorgt, während die anderen Geißelzöpfe sich allmählich umstellen. Den Moment, wo nur der eine dickste Zopf nach vorne gestellt ist und die Bewegung im umgekehrten Sinne einsetzt, sehen wir in a der Figur 53. Wurden alle drei Zöpfe gleichzeitig umgestellt, haben wir die der Figur 53 £ entsprechende Erscheinung. Bei den begeißelten Kugelbakterien sehen wir die gleichen Be- wegungserscheinungen. - 115 — Von den durch eine Geißeltätigkeit hervorgebrachten Be- wegungen wesentlich verschieden ist die Fortbewegung der Fäden von gewissen Schwefelbakterien, die keine Geißel tragen. Ihre tieferen Ursachen kennt man noch nicht. Die Bewegung gleicht einem langsamen Hingleiten über die Unterlage unter Drehung des Körpers um die Längsachse, wobei noch eigenartige, sehr lang- same Pendelbewegungen zu beobachten sind. Eine solche Bewegung ist nur dann möglich, wenn die Zellfäden irgendeinen Stützpunkt besitzen. Sie hat aber mit Schwimmbewegungen garnichts zu tun. Wir dürfen wohl annehmen, daß diese Oszillatorienbewegung ebenfalls durch Plasmakontrak- tionen ausgelöst wird, die sich auf die elastische Zellmembran dieser Bakterien übertragen. Die Bewegiingsgesehwindig-keit der Bakterien ist bei den einzelnen Arten verschieden und bei derselben Art abhängig von einer Reihe äußerer Einflüsse. Im allgemeinen begünstigen opti- male Ernährungsbedingungen und Temperaturen die Ge- sell windigkeit. Angehäufte Stoff Wechselprodukte, dann narko- tische Substanzen und Gifte hemmen die Geißelbewegung vorübergehend oder dauernd durch Zerstörung der Geißeln oder Zellen. Das gleiche gilt für höhere oder tiefere Temperaturen. Schon Erwärmungen auf wenige Grade über das Wachstumstemperaturoptimum der betreffenden Bakterienart genügen, die Bewegung einzustellen. Die Geißeln verfallen dabei in den Zustand der „War nie starre", aus dem sie sich nach Wiedereinbringen in günstige Temperaturverhältnisse alsbald erholen. Nach den Untersuchungen von Zopf am Bacillus vernicosus liegen die Maximaltemperaturen für Wachstum und Bewegung anders. Hier wird beispielsweise das Wachstum bei 45— 4li°C bereits eingestellt, während die Bewegungen erst bei 50° C sistiert werden. Wir sehen also,' daß in dieser Hinsicht bei den Bakterien große Verschiedenheiten herrschen, weshalb sich ein allgemein gültiges Gesetz nicht herausfinden läßt. Ganz tiefe Temperaturen führen zur Geißelstarre, die man in diesem Falle als „Ivältestarre" bezeichnet. Auch sie geht beim Wiedererwärmen zurück. Nach den Untersuchungen von Lehmann und Fried ist die Geschwindigkeit der Bakterienbewegung sehr groß, da in der Sekunde unter günstigen Bedingungen eine Strecke von der 3— 10 fachen Körperlänge zurückgelegt wird. Nach den von den oben genannten Autoren vorgenommenen Messungen können für die Größe der Bakterien- beweguug in der Sekunde folgende Mittelzahlen gelten: Bacillus megatherium 7,5 /< Bacillus subtilis 10,0 Bacillus tetani 11,0 Bacillus vulgaris 14,0 Bacillus typhi 18,0 „ Microspira Comma (Cholera vibrio) . . 30,0 „ Ein Zusammenhang zwischen Geschwindigkeitsgröße, Art der Begeißelung und Anzahl der Geißeln läßt sich kaum herausfinden. — 116 — Im Anschluß an die Besprechung der Bakterienbewegung sollen hier diejenigen ehemischen und physikalischen Einflüsse genauer behandelt werden, die auf die Bewegung richtungsgebend einwirken. Es kann sich hier natürlich nur um einseitige Reiz Wirkungen handeln, auf die Bakterien durch Ausführung bestimmt gerichteter Bewegungen antworten. Man bezeichnet solche Ortveränderungen der Bakterien ganz allgemein als „Taxis" und näher durch Hinzusetzen der Bezeichnung des Reizes. Findet eine Bewegung zur Reizquelle statt, dann spricht man von positiver Taxis, im umgekehrten Falle von negativer Taxis. Ganz allgemein nennt man die auf chemische einseitige Reize hin ausgelösten und gerichteten Bakterienbewegungen Chemotaxis. Es wirken nun verschiedene gelöste Stoffe chemotaktisch. Nach den grundlegenden Untersuchungen Pfeffers verhalten sich die einzelnen Bakterienarten diesen Lösungen gegenüber sehr verschieden. Reine chemo- taktische Wirkungen erhalten wir durch Salzlösungen, die an und für sich keine Nahrung für die Bakterien darstellen, in ihnen wirkt vornehmlich der elektropositive Bestandteil, während die Säure eine mehr nebensäch- liche Rolle spielt. Besonders anziehend auf Bakterien wirken unter den Alkalien das Kalium, weniger das Natrium. Auch zahlreiche Nährstoffe wirken chemotaktisch auf die Bakterien, wie vorzugsweise Lösungen von Pepton :.' tistejgsn* [ ) und Fleischextrakt. Es ist hier aber keine reine Chemotaxis mehr, sondern vielmehr ein Trophotropismus, ausgelöst durch den Ernährungsreiz. Sehr schön gelingen die chemotaktischen Versuche nach Pfeffer mit feinen, an einem Ende verschmolzenen kurzen Kapillaren (Y 2 — 1 cm) die man etwa zur Hälfte mit der auf chemotaktische Eigen- schaften zu prüfenden Lösung fällt und mit dem offenen Ende dann in ein Tröpfchen mit gut beweglichen Bakterien einschiebt. Der Tropfen soll soviel Bakterienmaterial aufweisen, daß er eben leicht getrübt er- scheint. In Figur 54 ist die Versuchsanordnung wiedergegeben. Hier ist in das Röhrchen eine 3proz. Peptonlösung eingefüllt, Als Bakterienmaterial dienten gut bewegliche Wasserbakterien. Schon nach einigen Sekunden sammeln sich dieselben an der Öffnung der Ka- pillare und stürzen mit großer Geschwindigkeit in dieselbe hinein. So- weit der Diffusionsstrom der Kapillare in den Tropfen reicht, schwimmen die Bakterien von allen Seiten hinzu. Ähnliches erhält man mit 5 proz. Fleischextraktlösungen. Lösungen von Asparagin, schwachen Chlorkalium- lösungen usw. Die einzelnen Bakterienarten verhalten sich diesen Stoffen gegenüber aber sehr verschieden. Sehr wenig empfindlich sind im all- gemeinen die Bakterien gegenüber Kohlehydratlösungen. Bakterium termo wird nach Pfeffer von Dextrinlösungen angezogen, nicht aber das Spirillum Undula. Glyzerin wirkt chemotaktisch gar nicht. Wir haben bisher nur von Anziehung, also positiver Chemotaxis, der Bak- terien durch eine Reihe von Stoffen gehört. Viele Lösungen wirken aber abstoßend auf die Bakterien, lösen also eine negative Chemotaxis aus. Freie Säuren. Alkalien und Alkohol werden von allen Bakterien ge- — 117 flohen. In einer Verbindung kann nun das Metall -f- Chemotaxis, die Säure dagegen — Chemotaxis auslösen. In diesem Falle nehmen die Bakterien eine Mittelstellung ein, werden also in einer bestimmten Zone festgehalten. Die Reizwirkungen haben bei der reinen Chemotaxis mit dem Nährwert der betreffenden Verbindung nichts zu tun, da auch nicht nur nicht ernährende, sondern sogar giftige Stoffe positive Chemo- taxis auszulösen imstande sind, wie beispielsweise Äther. Wir dürfen also in diesen Reaktionen der Organismen auf chemische Reize durchaus nicht zweckmäßige Einrichtungen erblicken, die für das Gedeihen der Zelle einen besonderen Wert haben müssen. Bei der Chemotaxis dürfen wir auch auf die osmotische Wirk- samkeit der gelösten Verbindungen nicht vergessen. Das gilt natürlich nur für die beweglichen und plasmolysierbaren Bakterienarten. Hier kann durch die Änderung der äußeren osmotischen Druckverhältnisse ebenfalls eine besondere Einstellung und Richtung der Bakterienbewegung ausgelöst werden. Wir sprechen dann von Osmotaxis. In vielen Fällen wird Chemotaxis und Osmotaxis zusammenwirken. Nach einiger Zeit, sobald die chemotaktisch wirksame Flüssig- keit durch die Diffusion sich im Bakterientropfen gleichmäßig verteilt hat, hören die Ansammlungen wieder auf. Wollen wir im selben Tropfen mit den gleichen Bakterien neuerdings einen positiven chemotak- tischen Versuch anstellen, müssen wir bedeutend konzentrierten Lösungen in die Kapillaren einfüllen. Die Steigerung der Konzentration zur Auslösung einer starken Wirkung muß 10 — 20 mal sein. Wenn also die Bakterien in einer 0,5 proz. Peptonlösung liegen, müssen wir sie zur Auslösung einer starken Chemotaxis mit einer mindestens 5 proz. Peptonlösung reizen. Freier Sauerstoff wirkt auch chemotaktisch auf Bakterien ein. Man hat die durch den Sauerstoff bewirkte Bewegungsrichtung der Bak- terien auch „Aerotaxis" genannt. Die verschiedenen Bakterienarten verhalten sich gegen den Luftsauerstoff außerordentlich verschieden. Einige können ohne ihn nicht leben, andere bedürfen seiner nur in mehr oder minder kleinen Mengen und wieder andere können nur ohne ihn vegetieren. Wenn wir nun ein Tröpfchen mit sauerstoffliebenden, gut beweglichen Bakterien in eine Kapillare so füllen, daß noch eine Luftblase in derselben zurückbleibt und schließlich beide Ende abschmelzen, so wandern nach kurzer Zeit alle beweglichen Bakterien zur Luftblase hin und drängen sich dort zu einem dichten Pfropf zusammen. In Figur 55 ist die Versuchsanordnung wiedergegeben. In a sehen wir das eben ge- füllte und abgeschmolzene Kapillarrohr. Die Bakterien sind in der Flüssigkeit noch gleichmäßig verteilt. Nach etwa einer halben Stunde ist bereits die Mehrzahl derselben zur Luftblase gewandert, wie es b dieser Figur zeigt. Die beweglichen Bakterien suchen nun auch denjenigen Ort in der Flüssigkeit auf, der ihnen die zusagendste Sauerstoffspannung bietet. Beijerinck hat diese Erscheinungen eingehend studiert und ist dabei zu seinen Atmungsfiguren gekommen. Er brachte auf große Objektträger Tropfen gut beweglicher verschieden Sauerstoff bedürftiger Bakterien. Diese Tropfen wurden mit einem großen, runden Deckglase bedeckt, das an 118 — einer Stelle nahe am Rande von einem Stückchen Platindraht untersützt war. In Figur 56 ist die Versuchsanordnung im Schnitt wiedergegeben. O bedeutet den Objektträger, P den Platindraht. D das Deckgläschen und F den in Keilform ausgebreiteten bakterienhaltigen Tropfen. Bei dieser Zusammenstellung haben die einzelnen Zonen des unter dem Deckglase befindlichen Flüssigkeitskeiles sehr verschiedenen Sauerstoffgehalt. Die Bakterien wandern in diesem Falle in jene Teile dieses Keiles, die die opti- male Sauerstoffspannung aufweisen. Es zeigten sich im all- gemeinen drei verschiedene Ansammlungsformen der Bakterien, die Beijerinck als Atmungsfiguren bezeichnet. In Figur 57 sind dieselben in annähernd natürlicher Größe nach dem ge- nannten Untersucher abgebildet. In / dieser Figur sehen wir die Ansammlung von sehr sauerstoffliebenden beweglichen Bakterien. Dieselben streben dem äußersten Rande des Flüssig- keitskeiles zu, der unmittelbar an die Luft grenzt. Die beste Durchlüftung bietet die Basis des Flüssigkeitskeiles, wo sich auch die stärkste Ansammlung zeigt (S). Dann folgt eine bakterien- freie Zone (Bf), während das Innere des Keiles nur die schlecht und garnicht beweglichen Bakterien beherbergt. Anders ist das Bild der Ansammlung von beweglichen Bakterien, die eine ge- Fig. 56. ringere Sauerstoffspannung bevorzugen. Sie ziehen sich in einer Zone zusammen, die etwas vom Rande entfernt liegt, wie es 2 in s zeigt. Der übrige Teil der Flüssigkeit enthält nur die unbe- weglichen Bakterien. Die den Sauerstoff fliehenden Bakterien sammeln sich in dem Bezirke mit dem geringsten Sauerstoffgehalte an, wie es j bei Sf aufweist. Auch eine Reihe physikalischer Reize wirkt richtungsgebend auf Bakterien ein, so daß dadurch gewisse Taxien ausgehist werden. Auch die schon von Engel mann beobachteten Schreckbewegungen der Bak- terien beim Wechsel der Lichtintensität, sind' auf einen Lichtreiz Fig. 57. zurückzuführen. Dabei werden die Bakterien durch die beleuchtete Stelle, besser gesagt durch den Lichtreiz, nicht etwa angezogen, so daß sie alle dem stärker beleuchteten Bezirk zustreben, sondern, wenn sie bei ihrer freien Bewegung in die besser beleuchteten Teile der Flüssigkeit gelangen, an dem Wiederaustritt gehindert. Wie sie bei der Bewegung in der hellen Zone zufällig an die dunkle kommen, so schrecken sie zurück und verbleiben in dem stärker belichteten Teile. Sie sind wie in einer Falle, in die sie — 119 leicht hineingehen aber nicht mehr herauskommen (Lichtfalle). Es ist dies eine Art Phototaxis. Nach Pfeffer handelt es sich dabei eigentlich um eine Phobotaxis, bei der die Ansammlung der Bakterien in einem bestimmten Bezirk dadurch erreicht wird, daß die Bakterien ungehindert in das Gebiet des Reizes gelangen, aber daraus nicht mehr wegschwimmen können. Im tieferen Grunde scheinen nach den Untersuchungen Rotherts die meisten taktischen Bakterienansammlungen phobotaktiseher Natur zu sein. Unter anderen läßt sich die oben genannte Lichtfalle mit Rhodospirillum photometricum, einer Purpurbakterie, sehr schön demonstrieren, wie es auch Molisch dargetan hat. Figur 58 zeigt uns die Wiedergabe eines solchen Versuches. Ein hohlgeschliffener Objekt- träger wird mit einer dichten Aufschwemmung von Rhodospirillum photometricum beschickt, dann mit einem Deckgläschen luftblasenfrei bedeckt, so daß die Höhlung des Objekt- trägers vollkommen mit der Bakterienauf- schwemmung ausgefüllt ist. Der Rand des Deck- gläschens wird mit Ter- ^/^ pentin luftdicht am Ob- jektträger festgeklebt. Fig. 58. Auf das Deckgläschen kommt nun eine schwarze Maske, z. B. ein schwarzes, undurchsichtiges Papierkreuz, wie es a der Figur 58 zeigt, Nun wird die Versuchsordnung dem diffusen Tageslichte oder dem Lichte eines Aiierbrenners ausgesetzt. Entfernt man nun nach ca. y 2 stün- diger Belichtung das schwarze Kreuz, so bemerkt man eine vollständige Wiedergabe desselben als glasklare Stelle, wie es b der Figur 58 zeigt. Alle Bakterien sind in den belichteten Teil der Flüssigkeit gegangen und wurden dort festgehalten. Deshalb erscheint der nicht bedeckte Teil der Flüssigkeit sehr dicht getrübt. Die Erscheinung dauert aber nur wenige Minuten. Dann stürzen alle Bakterien in das Kreuz hinein und sammeln sich dort an, so daß eine Umkehrung des Phänomens eintritt, wie es aus c der Figur 58 ersichtlich ist. Diese Erscheinung dürfte in einer Chemo- taxis ihre Ursache haben, wie Molisch richtig schließt. Außen ist durch Bakterien der Nährboden stark verbraucht worden, während er im bak- terienfreien Teil erhalten blieb. Sobald dieser Teil wieder belichtet ist, gehen die Bakterien alsbald hinein. Auch Wärme scheint eine positive Thermotaxis in dem Sinne auszulösen, daß gewisse Bakterien, wie z. B. der Bacillus prodigiosus, dem stärker erwärmten Teile des hängenden Tropfens zustreben, wie Schenck mitteilt. Auch die Schwerkraft, soll teils positive, teils negative Geo- taxis veranlassen, was Massart für einige marine Spirillenarten dar- getan hat. Über die durch elektrische Ströme verursachte Galvanotaxis der Bakterien liegen mehrere Beobachtungen vor. Darnach sollen sich gut bewegliche, jugendliche Bakterien parallel zur Richtung von Induktionsströmen einstellen, die das flüssige Nährsubstrat durch- fließen. 120 Über die feineren Vorgänge bei der Auslösung dieser Reize und über die Lokalisation der Reizwirkungen ist uns zurzeit nichts bekannt. Vielleicht wirken die genannten Reize überhaupt nur auf die Geißela allein, ohne in das Zellinnere zu gelangen und beeinflussen so die Stellung und Tätigkeit derselben. Übrigens scheinen für die ver- schiedenen Reize auch sehr verschiedene Reizschwellen vorhanden zu sein. Außerdem bleibt die Reizmöglichkeit für einzelne Reize erhalten, während sie für andere unterdrückt ist. Literatur zur Vorlesung X. Physikalische Eigenschaften dm- Bakterienzelle. Spezifisches Gewicht: Almquiat, Zeitschr. f. Hygiene u. [nfektionskrankh., Bd. 1, S. 72, 1882. Stigell, Zentralbl. f. Hakt, I. Abt., Orig., Bd. 45, S. 487. Lichtbrechungsvermögen. Fischer, A., Zeitschr. f. Hygiene a. [nfektionskrankh., Bd. 35, S. :::. 1'. Amann, Zentralbl. f. Bakt., I. Abt.. Bd. 13, S. 775. 1893 Oslllo se De Vrics, Jahrb. f. wissensch. Botanik, Bd. 11, Bd. 16. Pfeffer, Pflanzenphysiologie, Bd. 1, 1897. Ostwald, Allgemeine Chemie, Bd. 1, 1891. Plasmolyse. Fischer, A, Vorlesung über Bakterien, S. 22 ff-, Jena 1903. 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Nahrungsstoffe und Nahrung der Bakterien. Da wir das Leben und Wachstum als einen ständigen Zerfall und Aufbau der lebenden Substanz aufzufassen haben, müssen immer hin- reichend diejenigen Baustoffe und Energien den Mikroorganismen zur Ver- fügung stehen, aus denen die Erneuerung des Protoplasmas im weit Sinne des Wortes möglich ist Wir können neben einer Reihe Aschebestandt« • n ganz allgemein die Elemente Stickstoff. Kohlenstoff. Wasserstoff und Sauer als unerläßliche Baustoffe ansehen. Von den Äschenbestandteilen sind neben weniger wichtigen besonders Phosphorsäure. Schwefel- säure. Kalium und Magnesium und Eisen als in den meisten Fällen unbedingt notwendige Nahrungsbestandteile zu betrachten. Ober die Ver- tretbarkeit der letztgenannten Elemente durch andere in der Nahrung der Bakterien liegen nur wenige einwandfreie Untersuchungen vor. Das wird begreiflich, wenn wir bedenken, daß diesen kleinsten Li > - ri die geringsten Spuren von Stoffen, die sich als kaum auszuschließende Ver- unreinigungen jederzeit finden, zum Wachstum genügen. Wählerisch er- weisen sich nun die Bakterien für die Art der Darreichung dieser Ele- mente in Verbindungen. Wenn wir kurz die Stickstoffquellen betrachteu, die den Bakterien zur Verfügung stehen, so kommen wir zum Schlüsse, daß dieselben aus den verschiedensten mehr oder minder komplexen Stickstoff- verbindungen und mit elementarem Stickstoff ihren Bedarf daran decken können. Die anspruchsvollsten Bakterien können als Stickstoffquelle nur Eiweißkörper ausnutzen. Unter ihnen finden wir die im Tierkörper parasitär lebenden Bakterien, mit denen sich besonders die Medizin zu befassen hat. Wir können sie mit A. Fischer als paratrophe Bak- terien zusammenfassen. Wieder andere Bakterien können als Stickstoff- quelle außer den Eiweißkörpern noch Abbauprodukte derselben und ein- fachere Amidverbindungen gebrauchen. Sie decken ihren Bedarf also vorwiegend aus organischer Nahrung, vermögen aber auch gelegentlich als Parasiten aufzutreten. Wir fassen ~ie mit Fischer in der biol Gruppe der metatrophen Bakterien zusammen. Die Fäulnisl oder Saprophyten und de Barys Hemiparasiten gehören auch hierher. Eine dritte Gruppe von Bakterien deckt ihre mtnahrungsbedarf, also auch den Stickstoffbedarf, aus unorganisierten Stoffen oder w< — 122 — letzteren bei Dareichung einer organischen Kohlenstoffquelle in geringster Menge. Sie umfaßt die protot rophen Bakterien im Sinne A. Fischers. In bezug auf die den Bakterien eben noch zugänglichen Stickstoff- quellen können wir erstere in 7 große Gruppen einteilen, die Alfred Fischer auf Grund eigener Untersuchungen und nach Befunden anderer Autoren zusammengestellt hat. 1. Gruppe: Paratrophe Bakterien. Sie umfaßt, wie schon angedeutet, jene Mikroben, die ihren Stick- stoffbedarf nur aus Eiweißverbindung zu decken vermögen, wenn ihnen dieselben mit allen anderen Stoffen in demselben Mischungsverhältnis zur Verfügung stehen, wie sie der Wirtskörper enthält. Die hier unter- gebrachten krankheitserregenden Bakterien sind daher außerhalb des Tier- körpers nur züchtbar auf Blutserum und anderen Körpersubstanzen in natürlicher Zusammensetzung. 2. Gruppe: Peptonbakterien. Ihnen muß der Stickstoff in organischer Bindung dargereicht werden, wie in komplexen Polypeptidverbindungen, die man bisher als Peptone (Albumosen) bezeichnete. 3. Gruppe: Aniidbakterien. Sie vermögen den Stickstoffbedarf bei optimalem Wachstum aus Monoaminosäuren (Leuzin usw.), Monoaminokarbonsäuren (Aspa- raginsäure usw.), Diaminosäuren zu decken, nicht aber aus Ammoniak. 4. Gruppe: Aniiiionbakterien. Ihnen ist der Ammoniakstickstoff noch zur Deckung des Stick- stoffbedarfes ausreichend. Sie vermögen aber auch als Stickstoffnahrung die in der Gruppe 3 genannten Verbindungen zu gebrauchen. 5. Gruppe: Nitrobakterien. Sie können den zur Nahrung notwendigen Stickstoff auch salpeter- sauren Salzen entnehmen, wobei eine Reduktion der Salpetersäure ein- tritt, die bis zur Abspaltung von freiem Stickstoff führen kann. Für die Zugänglichkeit dieser Stickstoffquelle ist aber die gleichzeitige Anwesenheit einer besonderen organischen Kohlenstoffquelle unerläßlich. 6. Gruppe: Nitrit- und Nitratbakterien. Für sie kommt ausschließlich Ammoniak bzw. oxydierter Stick- stoff (salpetrige Säure) als Stickstoffquelle in Frage. Dabei dient als ausschließliche Kohlenstoffquelle die Kohlensäure der Luft. 7. Gruppe: Nitrogenbakterien. Ihnen kann als Stickstoffquelle der elementare Stickstoff-der Luft dienen, wenn zugleich eine organische Kohlenstoffverbindung zur Ver- fügung steht. Aus dieser Einteilung ist die Vielseitigkeit der Ansprüche der Mikro- organismen in bezug auf die Stickstoffnahrung klar ersichtlich. Nicht minder zahlreich sind die Kohlenstoffquellen, die den Bakterien zur Verfügung stehen, die aber für die einzelnen Arten wieder sehr verschieden ausnutzbar sind. Die organischen Stickstoff- — 123 - quellen enthalten schon Kohlenstoff und in vielen Füllen reicht dieser hier, den Kohlenstoff der Bakterien zu decken. Für die Mehrzahl der Bakterien ist aber zu optimaler Vermehrung eine besondere Kohlenstoffquelle unerläßlich. Dieselbe kann entweder anorganischer Natur sein, wie freie Kohlensäure oder auch kohlensaure Salze, aller- dings in sehr beschränktem Maße, oder organischer Natur. Die organischen Kohlenstoffverbindungen werden von den meisten Bakterien bevorzugt. Welche organischen Kohlenstoffverbindungen nun die beste Kohlenstoffquelle abgeben, kann allgemein nicht bestimmt werden. Sehr häufig ist Dextrose und Glyzerin am brauchbarsten. Man hat versucht, eine Nährwertskala für diese Stoffe aufzustellen, die aber selbstverständlich nur für eine sehr beschränkte Anzahl von Bakterien gelten kann, da in dieser Hinsicht die einzelnen Bakterienarten große Unterschiede aufweisen. Omeliansky und Winogradsky geben eine solche Nährwertskala, in der entsprechend der Größe des Nährwertes die Verbindungen aufgezählt sind. An erster Stelle steht Pepton, dann folgt Glykose, Asparagin, Glyzerin, Harnstoff, Essigsäure und endlich Buttersäure. Auch eine Reihe organischer Säuren ist nach Maassen für Bakterien eine gute Kohlenstoffquelle. Solche Verbindungen sind Apfelsäure, Zitron- säure Fumarsäure, Glyzerinsäure, Bernsteinsäure, Milchsäure und Weinsäure. Daneben finden wir noch eine Anzahl organischer Säuren, die ebenfalls in einzelnen Fällen gute Kohlenstoffquellen für bestimmte Bakterienarten abgeben, in der Regel aber unbrauchbar sind, wie beispielsweise Oxalsäure. Die mehrwertigen Alkohole ergeben meistens bei ihrer enzyma- tischen Spaltung Produkte, die leicht zugängliche Kohlenstoffquellen für die Mikroben sind. Äthylalkohol spielt als Kohlenstoffquelle besonders bei den Essig- bakterien eine hervorragende Rolle. Er ist aber für sie keineswegs die einzige Kohlenstoffquelle. Im übrigen verhalten sich die Bakterien den Kohlenstoffquellen gegenüber sehr wählerisch, sofern mehrere zugäng- liche gleichzeitig vorliegen. Die Aufschließung derselben geschieht meist durch besondere Enzyme, wie schon früher dargetan wurde. Es herrscht gewiß eine Gesetzmäßigkeit in bezug auf die Brauchbarkeit als Kohlenstoff- quelle und der sterischen Konfiguration der Verbindung. Wir sind aber noch weit entfernt, in dieser Hinsicht klar zu sehen, da alle Regelmäßig- keit durch fast ebenso zahlreiche Ausnahmen durchbrochen wird. Für viele Bakterien hat es wenigstens den Anschein, als wären alle jene Kohlenstoffverbindungen für sie unbrauchbar, in denen eine unmittel- bare Bindung des Sauerstoffes oder Stickstoffes mit dem Kohlenstoffatom vorliegt, wie beispielsweise in der Oxalsäure, im Cyan oder im Harnstoff. Wir haben aber schon früher Ausnahmen in bezug auf die Oxalsäure und den Harnstoff kurz kennen gelernt. Im allgemeinen kann für die meisten Fälle diese Annahme allerdings gelten. Dieselbe Berechtigung hat auch die Anschauung, daß gerade diejenigen Kohlenstoffverbindungen die geeignetsten sind, deren Kohlenstoffatom unmittelbar mit Wasserstoff gebunden ist. Stehen einer Bakterienart razemische Verbindungen als besondere Kohlenstoff-, bzw. Stickstoffquellen oder als kombinierte Kohlen-Stickstoffquellen zur Verfügung, so wird in vielen Fällen nur — 124 der eine aktive Paarung den Bedarf an Kohlenstoff bzw. Stickstoff zu decken vermögen, während der andere ganz oder wenigstens zum größten Teil erhalten bleibt. Dabei ist aber zu berücksichtigen, ob tatsächlich in dem Maß eine Aufzehrung erfolgt, als zum Stoffhaushalt der Zelle not- wendig ist, oder ob eine Spaltung des einen Paarlings in andere, weiter nicht verwertbare Verbindungen durchgeführt wird, die mit der Ernährung nichts zu tun haben. Sauerstoff kann den Mikroorganismen in freiem Zustande und gebunden in den verschiedensten Verbindungen zur Verfügung stehen. Darnach sind die Sauerstoifqnellen verschiedener Natur. Allen Mikroorganismen ist natürlich der Sauer- stoff des Wassers jederzeit zugänglich, da ein Leben derselben ohne Wasser überhaupt nicht möglich ist. Ob letzteres aber als Sauerstoff- quelle für die Bakterien auch ausnützbar ist, ist eine Frage die bis jetzt experimentell nicht beantwortet wurde, noch leicht zu beantworten sein wird, da neben dem Wasser immer noch eine Reihe von sauerstoff- haltigen organischen und anorganischen Verbindungen in den Nähr- substraten vorhanden sind. Die wichtigste Rolle für die Ernährung spielt wohl der Sauerstoff der Luft, dem gegenüber sich die einzelnen Bakterienarten sehr verschieden verhalten. Einiges davon haben wir schon bei der Besprechung der Aerotaxis in der vorigen Vorlesung gehört. Die verschiedenen Untersuchungen haben nun ergeben, daß ganz allgemein für den Sauerstoffbedarf drei Kardinal punkte aufgefunden werden können. Es sind jene Sauerstoffspannungen, bei denen sich der betreffende Organismus entweder am besten vermehrt und seinen ganzen Entwicklungs- kreis durchmacht, das Sauerstoffoptimum, oder jene niederen Konzen- trationen, bei denen eine Vermehrung überhaupt noch möglich ist, die Sauer- stoffminima, oder endlich jene größten Sauerstoffmehgen, die noch eine Entwicklung zulassen oder bei denen dieselbe eben gehindert wird, die Sauerstoff maxi ma. Da herrschen insofern noch Besonderheiten, als bei den sporen- bildenden Bakterien diese Kardinalpunkte für die Sporenbildung andere sind, als für die Sporenkeimung und die Zellvermehrung. Ja selbst die beiden letztgenannten Vorgänge weisen kleinere Unter- schiede in diesen Kardinalpunkten auf, welche im allgemeinen darin be- stehen, daß der Keimungsprozeß der am wenigsten vom Sauerstoff- druck beeinflußte Vorgang ist, wie aus den Untersuchungen A. Meyers und seiner Schüler unter anderem hervorgeht. Der genannte Forscher be- zeichnet nun diejenigen Sauerstoffspannungen, ,die zwischen den beiden Kardinalpunkten „Maximum" und „Minimum" einer Bakterienart liegen, als „Latitude" in bezug auf die Sauerstofftoleranz, die dann noch näher zu bezeichnen ist, wie beispielsweise für die Sporenbildung oder Sporen- keimung usw. Wir kennen nach den Untersuchungen Arthur Meyers und anderer die Sauerstoffdrucke, gegeben in Liter-Milligrammen, für die Sporen- bildung einer Anzahl von Bakterienarten, die in der folgenden kleinen Tabelle nach Untersuchungen A. Meyers und Bredemanns zusammen- gestellt sind. 125 Kardinalpunkte für die Sporenbildung: in mg Sauerstoff im Liter. Minimum Optimum Maximum I. Bacillus amylobacter II. Bacillus asterosporus III. Bacillus mycoides . IV. Bacillus parvus . . V. Bacillus pumilus. . fehlt 6,8 11,3 130 mg (25 mg?) 276 „ 276 „ 276 „ 276 „ 25 276 1336 1336 801 mg Versuchen wir, diese Verhältnisse graphisch darzustellen, so kommen wir zu Bildern, wie sie uns folgende Figur 59 zeigt. Dazu ist nur zu bemerken, daß die für die oben aufgeführten Bakterien gezeichneten Breiten für die Sporulation mit denselben römischen Ziffern rechts be- zeichnet sind. Die Höhe für das Optimum ist in allen Fällen annähernd gleich und willkürlich gewählt. Wir wissen auch nicht, ob die Verlang- samung der Sporenbildung bis zur vollständigen Unterdrückung nach beiden Seiten in geraden Linien vom Optimum bis o verläuft. Außerdem ist das Optimum nicht durch einen höchsten Punkt in Wirklichkeit gegeben, sondern durch eine horizontale Strecke von verschiedener Länge; mit an- deren Worten, das Optimum wird durch eine Reihe fallender bzw. steigenden Sauerstoffkonzentrationen gegeben, die aber in sehr engen Grenzen ligen. Arthur Meyer bezeichnet dieselben als Bonalweite. Trotz dieser Vernachlässigungen gibt uns die graphische Darstellung dennoch ein deut- licheres Bild der Verhältnisse als die obigen Zahlen allein. Wir ersehen daraus, daß der Bacillus amylobacter (I) nur innerhalb einer sehr ge- ringen Sauerstoffspannung seinen ganzen Entwicklungskreis zu durch- laufen, also auch seine Sporen zu erzeugen vermag. Ein Sauerstoff minimu m dafür gibt es nicht, da er auch ohne jede Spur Sauerstoff seine beweg- lichen Oidien bildet und sporuliert. Eine weitere Sporulationsbreite besitzt der Bacillus asterosporus (II), der allerdings für die Sporulation auch kein Sauerstoffminimum besitzt, sein Optimum dafür aber bei 276 mg Sauerstoff hat, wo auch gleichzeitig das Maximum liegt. Diese Konzentration entspricht derjenigen des Sauerstoffes der atmosphärischen Luft bei 760 mm Quecksilberdruek und 18° C. Die drei übrigen Bakterienarten Bacillus mycoides (III), Bacillus parvus (IV) und endlich Bacillus pumilus (V), haben Minima der O-Konzentration für die Sporenbildung. Die Optima liegen in jedem Fall bei der Sauerstoffkon/.entration der atmosphärischen Luft (276 mg), während die Maxima mehr oder weniger weit hinaus- geschoben sind. Aus diesen Befunden geht hervor, daß die untersuchten Bakterien- arten einen außerordentlich verschiedenen Sauerstoffgehalt der Atmosphäre im Züchtungsraum verlangen, bzw. vertragen, wenn sie ihren gesamten Entwicklungskreis durchlaufen sollen. Es gelten diese Zahlen für Kulturen, die auf Traubenzuckernähragar bei 20° C gezogen wurden. Wesentlich anders sehen die Sauerstoffweiten für die Keimung und für das Wachstum aus. Hier werden im allgemeinen viel größere bzw. auch kleinere Sauerstoffkonzentrationen ertragen, sofern dazu Sauerstoff überhaupt notwendig ist. Wir werden dementsprechend auch andere Kardinalpunkte erhalten. Folgende Zahlen nach Arthur Meyer gelten für diese Verhältnisse: 126 — o ™ o nj O -J - UJ CD «F üj O o _;. — T c Q_ CD o j ° OD. ro T CO Cb Cn CT. C ° "3 o -% n> ' |V 3 **1 O 3 ' cr Crq Q_ CO o> I c 3 "3 OO • o DJ r> ^~ CO O — ▼ rr c -j CD O 3 CO — 1 CD o o l\J — — - CD CD _j O O !f tg H a j-, — 127 — Kardinalpunkte für die Sporenkeimung (auch annähernd für das Wachstum). Sauerstoff im Liter Minimum Optimum Maximum I. Bacillus amylobacter II. Bacillus asterosporus III. Bacillus mycoides . IV. Bacillus parvus . . V. Bacillus pumilus. . fehlt 4,3 mg 3 „ 6,8 „ 100 mg 276 ., 270 .. •100 „ ca 25 mg 5600 „ 1336 „ 5687 „ 1336 „ Konstruieren wir nach den früheren Gesichtspunkten mit diesen Zahlen wieder eine graphische Darstellung dieser Verhältnisse, so erhalten wir wesentlich weitere Breiten für die Sporenkeiinung bzw. das Wachstum bei verschiedenen Sauerstoffmengen. In Figur 60 ist diese Konstruktion wiedergegeben. Die voll schwarz angelegten Flächen entsprechen den Verhältnissen bei der Sporenkeiinung (und annähernd bei dem Wachstum), während die punktierten darüber liegenden Felder diejenigen der Figur 59 in entsprechender Verkleinerung sind. Für den Bacillus amylobacter (I) haben sich die Verhältnisse nicht geändert, daher sind die übereinander- liegenden Wachstums- und Sporenbildungsfelder gleich geblieben. Wesent- lich anders ist es beim Bacillus asterosporus (II), dessen Latitude für die Sporenkeiinung und für das Wachstum zwischen vollständigem Sauerstoffmangel und einem Sauerstoffgehalt von f>600 mg im Liter liegt. Für die Sporenkeiinung liegt das Optimum bei 100 mg, für die Sporen- bildung bei 276 mg, also bei der Konzentration, die derjenigen in der atmosphärischen Luft entspricht Die Oidien dieser Bakterienart verlangen also zum besten Wachstum und zur Entfaltung aller ihrer umsetzenden Lebenstätigkeiten einen geringeren Sauerstoffgehalt der Atmosphäre, als zur optimalen Sporen bil düng. Anderseits können sie aber noch bei sehr großen Sauerstoffmengen vegetieren und keimen, ohne aber Sporen zu bilden. Der Bacillus mycoides (III) erweist sich in bezug auf das Sauerstoffoptimum gleich wie die vorgenannte Art, dagegen viel empfindlicher in bezug auf hohe und niedere Sauerstoffdrucke. Ohne Spur Sauerstoff vermag er weder zu keimen noch zu vegetieren. Das Sauerstoffmaximum fällt mit demjenigen der Sporenbildung zusammen. Der Bacillus parvus (IV) verhält sich in bezug auf die Wachstumsbreite ungefähr so wie der Bacillus asterosporus. Er hat aber ein sehr niedrig liegendes Sauerstoffminimum und ein um 276 mg befind- liches Sauerstoffoptimum. Das Optimum der Sporenbildung fällt also mit dem Optimum des Wachstums und der Sporenkeimung eben beim Sauerstoffgehalt der atmosphärischen Luft zusammen. Das Maximum liegt wieder bei sehr hohen Drucken. Die Wachs- tumsbreite des Bacillus pumilus (V) ist annähernd gleich derjenigen des Bacillus mycoides (III); wesentlich anders liegt aber das Wachs- tums- und Keimungsoptimum, das hier einer größeren Sauerstoff- konzentration (400 mg) entspricht, als der in der Atmosphäre herrschen- den, während Bacillus mycoides sein Wachstumsoptimum bei 100 mg aufweist, also unter dem Sauerstoffgehalt der Luft. Die Wachstums- breite ist übrigens beim Bacillus pumilus nach beiden Seiten bedeutend größer als seine Sporenbildungsbreite. - 128 »5' ° i k \ t» , «™. i^ iL & ?\ ■. -"\ ~E- '..■\ Ra $ -# - v -V ^■^H" - — ~~ - — — — s m --/ ■3 B T >?/ ? l 1 m y-l I ^ s iä 1 i." ° — •• r 1 f ' | Oi _> 1 tf 1 ■a c o — o ä D_ Ol ro Ol c: — j o o CO TD r\j O S =? <=> ^ 3 Cn fD r\J dj 3 s s C3 -, a Z) O f\3 ^ OD C ° 3 3 t— Q_ ro OJ -i rv> • O Qj O O Oi — r CT) C o O 3 Ol -F o 3" o CD 3> -F 3" -F c o o 03 -p >< CD O o -J CT INJ o — O <_n cn O O ^ t^ S ö r 4 120 Wir entnehmen aus allen diesen Befunden, daß beim Wachstum der Bakterien und auch bei ihrer Sporenkeimung der Sauer- stoffgehalt sehr verschieden sein und in vielen Fällen außer- ordentlich große Schwankungen aufweisen kann, bis eine Hem- mung des Lebens eintritt. Trotzdem weiden immer gewisse Konzen- trationen zur Ernährung sich als besonders günstig herausstellen. Dieselben entsprechen eben der Bonalweite des Sauerstoffbedarfes im Sinne A. Meyers. Aber nicht nur die genannten Sporenbildner weisen solche Kardinalpunkte für die Sauerstoffkonzentration auf, sondern auch alle anderen Bakterienarten, auf die aber nicht näher eingegangen zu werden braucht. Mit Arthur Meyer können wir nach den bisherigen Befunden die Bakterien in bezug auf ihr Verhalten zu freiem Sauerstoff in zwei große Gruppen einteilen: „I. Anaeroben: Solche Organismen, welche den Sauerstoff ent- behren können. A. Obligate Anaeroben, welche in Luft nicht, aber ohne Sauerstoff leben können." Als Typus kann der Bacillus amylobacter gelten. .,B. Falkultative Anaeroben, welche sowohl in Luft als auch ohne Sauerstoff dauernd leben können." Für diese Untergruppe stellt Bacillus asterosporus den Typus vor. ..II. Aeroben: Solche Organismen, welche den Sauerstoff der Luft unbedingt nötig haben." Unsere früher genannten Arten Bacillus mycoides, Bacillus parvus und pumilus sind verschiedene Vertreter dieser Gruppe. Nach dem Vorschlage von Arthur Meyer können wir die Gruppen- einteilung für die Praxis noch weiter vereinfachen, wenn wir die a§ro- philen Bakterien den aeropkoben gegenüberstellen. Unter ersteren verstehen wir dann jene Bakterienarten, welche in Luft gedeihen, unter letzteren jene Arten, die niemals in Luft sich zu vermehren vermögen. Die Bakterien bedürfen zum Aufbau ihrer Leibessubstanz auch noch Wasserstoff, der ihnen ebenfalls in zahlreichen Verbindungen als Wasserstoifquellen zur Verfügung steht. Außerdem sind ihnen geringe Mengen Wasserstoff auch in der Atmosphäre in Form elementaren Wasserstoffes zugänglich, ohne daß damit gesagt sein soll, daß sie ihn auch in dieser Form be- nützen. Wenigstens für einige Fälle dürfte es allerdings der Fall sein, wie im Stoffwechsel des Clostridium Pasteurianum, bei dem der elementare Stickstoff durch Wasserstoff in stutu nascendi möglicherweise zu Ammoniak reduziert wird. Im übrigen wird aus den zur Verfügung stehenden Nährstoffen genügend gebundener Wasserstoff der Zelle zuge- führt werden. Die Quellen für die übrigen notwendigen Elemente, die wir oben auf- gezählt haben, bilden entweder dem Kultursubstrat besonders zugesetzte Salze oder gleichzeitig die verwendeten Kohlenstoff- und Stickstoffquellen. Wesentlich für die Ernährung der Bakterien ist die Art der Dar- reichung der Nahrung. In allen Fällen ist dieselbe in wässeriger Lösung oder Scheinlösung den Mikroorganismen zu bieten. Es Fuhrmann, Myi 9 — 130 können dabei gewisse einzelne ungelöste Verbindungen, wie koaguliertes Eiweiß, Zellulose usw. neben den gelösten Nährbestandteilen vorhanden sein. Diese werden dann durch die Tätigkeit der Zellen aufgelöst bzw. in lösliche Verbindungen übergeführt. Denn nur gelöste Verbindungen kommen als Nahrung für die Zelle in Betracht. Wichtig ist noch die Konzentration der Nahrungsstoffe. Im allgemeinen genügen zu gutem Wachstum sehr niedere Konzentrationen der Nährstoffe. Es hat sich aber gezeigt, daß auch sehr konzentrierte Lösungen von Salzen und organischen Verbindungen anstandslos vertragen werden. Allerdings werden dabei einzelne Funktionen der Bakterienart hart in Mitleidenschaft gezogen oder fallen gänzlich aus. Die Zulässigkeit hoher Salzkonzentrationen kann darauf zurückgeführt werden, daß die Zelle für die betreffenden Salze sehr durchlässig ist. Sonst müßten sie dadurch plasmolytisch geschädigt werden. In sehr hohen Salzkonzentrationen durchlaufen die Mikroorganismen meist nicht ihren ganzen Entwicklungskreis; dies offenbart sich besonders deutlich an den sporenbildenden Bakterienarten, die beispielsweise ein anderes Konzentrationsmaximum für Natriumchlorid in bezug auf die Oidienausbildung aufweisen als in bezug auf die Sporenbildung. Für letztere Eigenschaft liegt dasselbe in den meisten Fällen sogar wesentlich tiefer als für die Vermehrung. Auch hier erweist sich also die Ver- mehrung als weniger empfindlicher Vorgang als die Sporenbildung, was wir auch bei der Beeinflussung durch große Sauerstoffmengen kennen gelernt haben. Nach Matzuschi ta liegen die Konzentrationsgrenzen für Natrium- chlorid bei einzelnen sporenbildenden Bakterienarten folgendermaßen: Konzentrationsgrenze für Kochsalz in bezug auf: Wachstum: Spnrenbildung: Clostridium butyricum . Bacillus sporogenes . . . Bacillus botulinus .... Bacillus oedematis . . . Auch auf die Dissoziationsveihältnisse der gelösten Nährstoffe in der Kulturflüsstgkeit muß bei der Beurteilung der Ergebnisse von Ernährungsversuchen gebührende Rücksicht genommen werden. In vielen Fällen wird höchstwahrscheinlich dabei weniger das gange Molekül des Nährstoffes in Frage kommen, als gerade die Dissoziationsprodukte. Weiter von Wichtigkeit ist die chemische Reaktion des Nähr- bodens. In dieser Hinsicht verhalten sich die einzelnen Bakterienarten aber sehr verschieden. Viele, vielleicht die meisten Bakterien, bevorzugen eine sehr schwach alkalische Reaktion des Nährsubstrates. Andere dagegen wachsen bei neutraler Reaktion am besten und wieder andere, gerade technisch wichtige, am besten oder überhaupt nur bei saurer Reaktion der Nährlösung. Dabei verhalten sich die einzelnen Bakterienarten verschieden in bezug auf die Menge des vorhandenen freien Alkali und in bezug auf die Menge und die Art der Säure. Bei den diesbezüglichen Versuchen müssen natürlich die anderen Wachstumsbedingungen völlig identisch sein, um einen Vergleich der einzelnen Bakterienarten anstellen und dieselben in dieser Hinsicht charakterisieren zu können. Besonders wertvoll sind die 6,5 Proz. 2—4 Proz 7,0 „ 5 „ 7.5 „ 2—5 „ 7.6 „ 6,5 „ — 131 — mit den erhaltenen Wachstumsgrößen angefertigten Kurven. Die neben- stehenden Kurven des Wachstums für drei von Fuhrmann genauer untersuchte Bakterienarten lassen die Ansprüche bzw. die Toleranz der- 1 1 ?- — Tis- Kurve ucht von: afogenes e a» c ■«- 00 cn 3 ll Wachsrui für die 2 Pseudomonas derm Pseudomonas myac Micrococcus dermatl in Bouillon mit Säure- und AI / / 1 1 / 1 /' 1 / 1 1 / •" /z 1 / II IJ / / / * 03 E t_ o 1 1 .' l_ > w CT* i0 UJ y 1 / 7 '" 'y selben in bezug auf Essigsäure und Natronlauge erkennen. Pseudo- monas dermatogenes und Pseudomonas myxogenes verhalten sich in bezug auf das Alkaleszenzoptimum gleich. Das Wachstumsoptimum in 9* 132 Bouillon wird bei einem Gehalte derselben von ca. 1 Proz. Normal- Natronlauge erreicht, das Minimum bei einer Menge von weniger als 2 Proz. Normal-Essigsäure und 7 Proz. Normal-Natronlauge. Der Verlauf der Kurven ist allerdings in beiden Fällen ein etwas verschiedener. Anders verhält sich der Micrococcus dermatogenes in bezug auf sein Alkaleszenzoptimum und Maximum. Das Säuremaximum, das eben noch eine Vermehrung zuläßt, liegt etwa bei einem Gehalte unter 2 Proz. Normalessigsäure. Das Wachstumsoptimum in Bouillon wird bei neutraler Reaktion derselben erreicht. Im übrigen ist diese Bakterienart für Alkali sehr tolerant, da selbst ein Gehalt von 10 Proz. Normal-Natronlauge das Wachstum noch keineswegs völlig unterdrückt. Wenn wir an Stelle des Natriumhydroxydes Kaliumhydroxyd verwenden, so ändert sich an den Kurven nichts. Anders ist es bei den Säuren, da beispielsweise Salzsäure oder Schwefelsäure schon in niedereren Kon- zentrationen das Wachstum hemmt als Essigsäure. Dasselbe gilt im allgemeinen auch für Milchsäure und Bernsteinsäure. Es sei hier nur ein wenig auf die Bestimmung der Wachstums- größen eingegangen. Den oben gezeichneten Kurven sind für die Wachstumsgrößen, die auf der Ordinate aufgetragen sind, Zahlen unter- legt, die sich eigentlich auf die unmittelbar gezählte Individuenzahl nach einer bestimmten Züchtungsdauer bei gleicher Temperatur beziehen. Als Verimpfungsmaterial diente eine sehr dünne Aufschwemmung der betref- fenden Bakterienart in sterilem Leitungswasser. Von dieser Auf- schwemmung wurde in je 10 ccm des verschieden sauren, alkalischen und neutralen Nährsubstrates, in unserem Falle Nährbouillon, eine gleich große Öse voll eingeimpft. Nach einer bestimmten Züchtungsdauer wurden die in einem bestimmten Valumen vorhandenen Zellen gezählt und die Anzahl derselben unmittelbar als Größe des Wachstums angenommen. So er- langt man vollständig brauchbare Vergleichszahlen, die ein genügend genaues Bild der Wachstumsgröße geben. Sie gestatten auch einen unge- fähren Einblick in den Wert der betreffenden Nährlösung für die betreffende Bakterienart. Letzteren bestimmt man in bezug auf die Kohlenstoffquelle nach dem Vorgange von Pfeffer als ökonomischen Koeffizienten einer Nährlösung. Derselbe ist jene Zahl, die angibt, wieviel Gramm Trocken- substanz der Bakterien für 100 g verbrauchte Kohlenstoffverbindung ent- standen sind. Viele Stoffe vermögen das Wachstum zu fördern, ohne selbst ein Nährmittel zu sein. Dies gilt besonders für eine große Anzahl von Giften, die in sehr kleinen Dosen der Bakteriennahrung beige- geben werden. Sie wirken in diesem Falle als Reizmittel, die die Vermehrungsgeschwindigkeit der Zellen erhöhen. Anders verhalten sich organische, giftige Verbindungen, wie Phenol, das in kleinsten Mengen selbst ein, wenn auch minderwertiges, Nährmittel sein kann. Aus dem bisher mitgeteilten geht schon hervor, daß die Bakterien in ihren Nahrungsansprüchen außerordentliche Verschieden- heiten aufweisen. Damit ist auch schon gesagt, daß es absolut keinen Universalnährboden geben kann, auf dem jede Bakterienart zu ge- deihen vermöchte. Dies gibt wieder Winke für die Gewinnung der Bak- terien überhaupt und für die Möglichkeit, möglichst viele der bisher nicht züchtbaren Arten doch endlich in Reinkultur zu erhalten. Es tritt bei 133 — den Bakteriologen immer das Bestreben hervor, durch Schaffung besonders günstiger Ernährungsbedingungen für eine einzelne Bakterienart das Überhandnehmen derselben über gleichzeitig vorhandene Begleitbakterien zu fördern und sie endlich rein zu erhalten. Dieser Sinn liegt auch der von Winogradsky inaugurierten „elektiven Kulturmethode" zugrunde, mit der schon reiche Erfolge auf vielen Gebieten der Bakteriologie er- halten wurden. Auch sie sucht den Nährboden gerade den Bedürfnissen jener [Mikroorganismen möglichst anzupassen, deren Gewinnung beabsich- tigt ist. Anhaltspunkte für die Zusammensetzung solcher ausgewählter Nährsubstrate gibt uns der natürliche Standort der einzufangenden Mikroorganismen, dessen chemische Verhältnisse vorerst auf das genaueste zu ermitteln wir gut tun. Literatur zur Vorlesung XL Kruse, Walter, Allgemeine Biologie. Leipzig 1910. Benecke, W., Spezielle Ernährungsphysiologie : Die einzelnen Nährstoffe. Lafar's Handb. d. techn. Mykologie, Bd. 1, S. 381 ff. Fischer. Alfred. Vorlesungen über Bakterien. Jena 1903, S. 92 ff. Winogradsky u. Omelianski, Zentralbl. f. Bakt., II. Abt., Bd. 5, S. 329, 1899. Meyer, Arthur, Zentralbl. f. Bakt., I. Abt., Orig., Bd. 49, S. 305, 1909. Bredemann, G., Zentralbl, f. Bakt., IL Abt., Bd. 23, S. 385, 1909. Reinke. J., Einleitung in die theoretische Biologie. Berlin 1909. Mazuschita, Archiv f. Hygiene, Bd. 43, S. 267, 1903. Fuhrmann, F., Zentralbl. f. Bakt, IL Abt., Bd. 17, S. 361, 454, 616, 1906. Pfeffer, W., Sitzungsber. d. Kgl. Sächsisch. Gesellsch. d. Wissensch., mathem.-phys. Kl., 1896, S. 513. Richter, Oswald, Die Bedeutung der Reinkultur. Berlin 1907. Meyer, Arthur, Praktikum der botanischen Bakterienkunde. Jena 1903. Fuhrmann, F., Die wichtigsten Methoden beim Arbeiten mit Pilzen und Bakterien. Abderhalden^ Handb. d. biochem. Arbeitsmethoden, Bd. 3, S. 1204, 1910 und Bd. 5, S. 584, 1911. ZWÖLFTE VORLESUNG. Physiologie des Bakterienstoffweehsels. Stickstoff- und Kohlensäurekreislauf. Der Stoffwechsel einer Zelle umfaßt alle jene Vorgänge, die den Fortbestand derselben und ihre gesamten Funktionen erhalten. Dazu ge- hört vor allem die Ernährung und die Beschaffung der für den Betrieb in der Zelle nötigen Energie. Diese beiden Faktoren zusammen erhalten das Leben der Zelle, lösen eine Reihe von Leistungen derselben auf die umgebenden Körper aus und führen endlich auch zur Bildung von Zellprodukten, die für die Zelle selbst weiter belanglos sein können. Je nachdem die Nährstoffe, die ja für den ständigen Ersatz der lebenden Substanz und für die Energielieferung aufzukommen haben, dem einen oder anderen Vorgang mehr dienen, wurden sie in Bau- und Betriebs- stoffe, plastische und dynamogene, unterschieden. Bei dem innigen Zusammenhang beider und der großen Unkenntnis über die wirkliche Ausnutzung in dieser Hinsicht, ist eine solche künstliche Gruppierung im Grunde genommen überflüssig. Außerdem liegt darin eine zu große Ver- allgemeinerung, denn was in dem einen Falle Baustoff ist, ist in dem anderen Betriebsstoff. Ganz allgemein setzen sich die Lebensvorgänge aus zwei ent- gegengesetzt tätigen Vorgängen zusammen, die im wesentlichen in Synthesen und Abbauvorgängen bestehen. Nach allen sich in der Zelle abspielenden Erscheinungen, wie Bildung und Verschwinden von gewissen Zellbestandteilen, Granulationen usw., dürfen wir mit Recht die Anschauung vertreten, daß die lebende Substanz einem ständigen Wechsel, einem fort- währenden Auf- und Abbauprozeß unterliegt. Dabei entstehen ununter- brochen äußerst labile Verbindungen, die eben das lebende Eiweiß, das Protoplasma, ausmachen. Gehen sie in stabile Verbindungen über, dann lebt die Zelle nicht mehr, dann ist sie tot. Man bezeichnet nun die Umwandlung der zugänglichen Nahrung in die Leibessubstanz der Zelle als Assimilation und die im Leben immer auftretenden Abbauprozesse minder glücklich als Dissimilation, oder besser einfach als Zersetzungsvorgänge. Auch diese beiden Prozesse sind naturgemäß innig mit einander verknüpft und sollen hier nur aus Gründen der leichteren Besprechung auseinandergehalten werden. Wie nun die Assimilation in ihren Phasen vor sich geht, wissen wir keineswegs, obwohl darüber einige Hypothesen bereits aufgestellt sind. — 135 — Wir kennen zurzeit nur die dabei auftretenden Endprodukte und viel- leicht einige Begleitprodukte; unter letzteren wollen wir Stoffe verstehen, die für die Zelle selbst entweder eine Bedeutung besitzen oder nicht, selbst aber auch losgetrennt von der lebenden Zelle noch dieselben Eigen- schaften und Wirkungen äußern, wie im Verein mit der lebenden Zelle. Die Endprodukte sind das lebende Eiweiß, einschließlich der Nukleinver- bindungen und die Haut- und Gerüstsubstanzen der Zelle, soweit sie einen integrierenden Zellhestandteil ausmachen. Die Bakterienmembran gehört ebenfalls hierher als lebenswichtige Zellorganelle. Zu den Begleit- produkten können wir die verschiedenen Enzyme als lebenswichtige, aber selbst nicht lebende Substanzen rechnen, die Farbstoffe der Bakterien als meist bedeutungslose Nebenprodukte usw. Die Ausgangsprodukte, an denen die Assimilation einsetzt, sind uns für die Pilze kaum bekannt, da wir zwar wissen, welche Verbindungen und in welcher Konzentration wir dieselben den Mikroorganismen zur Verfügung stellen müssen, nicht aber in welchem Zustande des Abbaues sie der Assimilation unterliegen oder ob sie unzerlegt sich an der Synthese beteiligen. Wir können darüber höchstens bei den Mikroorganismen, die mit sehr einfachen Verbindungen ihre Leibessubstanz aufzubauen vermögen, berechtigte Vermutungen äußern, die sich z. B. in bezug auf die Stick- stoffernährung des Bacillus amylobacter A. M. u. Bredemann aller- dings zur Gewißheit verdichten, daß diese Art ihren Stickstoffbedarf auch durch elementaren Stickstoff zu decken vermag. Denn in der sog. „stickstoffreien" Nährlösung vermehren sich die Bakterien stärker, als den äußerst geringen Mengen des in dieser Nährlösung vorhandenen gebundenen Stickstoffes entsprechen würde. Wo aber kompliziertere Verbindungen als Nährstoffe Aufnahme finden, dort können wir nicht mehr Tatsachen feststellen. Wir wissen nur soviel, daß die Verbindungen, die zur Assimilation gelangen sollen, in Wasser gelöst sein müssen und das Plasma der Zelle selbstverständlich für dieselben durchgängig sein muß. Welche Einrichtungen den Stoff- aufbau besorgen, ob dabei enzymatisch beschleunigte Vorgänge eintreten oder ob es sich dabei um eine unmittelbare Tätigkeit des Protoplasmas handelt, entzieht sich vorläufig unserer Erkenntnis ebenso wie die feineren Lebensvorgänge selbst. Aller Wahrscheinlichkeit nach dürften dabei die verschiedensten Enzyme mit im Spiele sein. An dieser Stelle seien noch diejenigen Ausdrücke kurz erläutert, die sich auf die Möglichkeit der Assimilation von bestimmt charakterisierten Verbindungen durch die Mikroorganismen eingebürgert haben. Wir haben schon in der vorigen Vorlesung von prototrophen und metatrophen Bakterien gehört. Nach Pfeffer kann man die autotrophen Bakterien von den heterotrophen trennen, wobei in erster Linie an die Kohlen- stoffauf nähme gedacht ist. Erstere vermögen Kohlensäure zu assimilieren, letztere aber nur organische Kohlenstoffverbindungen. In dem Sinne kann man auch von Stickstoffautotrophie, Stickstoffheterotrophie usw. sprechen. Dazu ist nur zu bemerken, daß eine vollkommene Heterotrophie in bezug auf alle notwendigen Elemente überhaupt nicht bekannt geworden ist. da einzelne derselben immer aus unorganischen Salzen von den heterotrophen Bakterien aufgenommen werden. Wenn nun bei einer Bakterienart für eine Reihe von Elementen Heterotrophie herrscht, für andere Autotrophie, so kann man sie mit Pfeffer als mixotroph bezeichnen. — 136 — Gleichzeitig mit der Assimilation spielen sich in der Bakterienzelle Zersetzungsvorgänge ab, die, wie schon angedeutet, als Dissimilation zusammengefaßt werden. Dieselbe hat einerseits die der Assimilation dienenden Verbindungen aus komplizierteren Stoffen abzubauen und andererseits durch Auslösung energieliefernder Prozesse die für die Zell- arbeit, Bewegung, Synthese usw. notwendigen Kräfte zu liefern. Dabei wird immer noch ein mehr oder minder großer Zerfall der eigenen Leibes- substanz des Organismus anzunehmen sein. Zur Unterhaltung dieser Vorgänge erzeugt die Zelle besondere Stoffe, Enzyme, die in erster Linie komplexe außerhalb der Zelle (gelöst oder ungelöst) befindliche Ver- bindungen in diejenigen Bausteine zerlegen, die ins Protoplasma diffun- dieren können und dort wieder in den Eiweißkomplex eingeführt werden. Wir haben in diesem Sinne wirksame Stoffe als Ektoenzyme bereits kennen gelernt. Die Endoenzyme äußern gleiche Wirkungen in der Zelle. Ein großer Teil der bei diesen Spaltungen innerhalb der Zelle frei- werdenden Energie kann der Zelle selbst zugute kommen, sofern sie nicht in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben wird. Schon aus den wenigen Andeutungen entnimmt man, daß eine strikte Scheidung der Dissimilationsvorgänge nicht möglich ist. Außerdem werden die Zer- setzungen noch Stoffe einfacher Natur liefern, die für den betreffenden Organismus als wertlos, wenn nicht schädlich angesehen werden müssen. Gemeint sind hier vor allem die Auswurfsstoffe der Zelle, Abfallprodukte, die sich besonders dadurch auszeichnen, daß sie meist sehr einfache und sehr stabile Verbindungen sind oder rasch in solche übergehen. Für andere Mikroorganismen sind sie dennoch mitunter ausgezeichnete Nähr- stoffe. Man ist gewohnt, in der Atmung, einem Teilvorgang der Dissi- milation, die beste und ertragreichste Energiequelle eines Organismus zu erblicken. Wir verstehen unter Atmung ganz allgemein durch den Organismus unter Aufnahme von Sauerstoff ausgelöste Oxydationszersetzungen, deren Endprodukte Kohlensäure und Wasser sind. Die Zelle verbraucht also Sauerstoff und gibt Kohlensäure und Wasser ab. Diese Oxydation spielt sich unmittelbar im Protoplasma ab, aus dem dabei die genannten Endprodukte abgespalten werden. Diese Begriffsfassung gilt in erster Linie für die Atmung unter Zutritt der Luft. So werden also die aeroben Bakterien atmen können. Die oxydative Zersetzung erstreckt sich nun auf die verschiedensten Kohlehydrate und Stickstotfverbindungen. Im allgemeinen werden aber erstere bevorzugt. Man hat sich die Zerlegung des Zuckers bei der Atmung sehr einfach vorgestellt, doch heute wissen wir, daß dieser Prozeß über eine Reihe von Verbindungen hinüber nach Aufnahme desselben ins Protoplasma mit Hilfe von Enzymen geschieht. Auch muß dabei nicht eine vollständige Verbrennung auftreten, weshalb das erhaltene Kohlen- säurevolumen keineswegs der aufgenommenen Sauerstoffmenge gleich zu sein braucht. Außerdem ist dabei zu bedenken, daß als Ausgangs- material für die Atmung nicht allein der Zucker dient, sondern auch stickstoffhaltige Verbindungen, bei deren Spaltung ebenfalls Atmungsmaterial neben anderen komplexen Verbindungen entsteht, die dann bei der Weiterzerlegung auch gewisse Mengen Kohlensäure und — 137 — Wasser ergeben. Diese Komplikationen erschweren es außerordentlich, experimentell den Atmungsvorgängen näher zu treten und diesen Prozeß von anderen Zersetzungsvorgängen streng zu sondern Denn wie schon gesagt, erfolgt bei der Atmung die Abspaltung der Endprodukte Kohlen- säure und Wasser immer aus der Protoplasmaverbindung selbst. Wensentlich anders verläuft die Atmung dann, wenn der Luftsauer- stoff fehlt. Wir haben schon zahlreiche Bakterien kennen gelernt, die auch ohne irgend eine Spur freien Sauerstoffes zu leben vermögen. In diesem Falle gehen eine Reihe von inneren Oxydationen im Molekül von statten, die naturgemäß von Reduktionen begleitet sein müssen, da von außen her kein freier Sauerstoff zugeführt wird. Man bezeichnet diese Art von Atmung ganz allgemein als „intramolekulare Atmung- (Pfeffer). Es wird dabei Kohlensäure und Wasser ebenfalls von Mole- külen der Leibessubstanz selbst abgespalten, während der dazu notwendige Sauerstoff anderen Verbindungen oder den Molekülen der veratmeten Verbindung entnommen wird. Im letzteren Falle finden also Umsetzungen von Sauerstoffatomen im Molekül statt. Daneben können noch andere Vorgänge, wie die alkoholische Gärung oder die Buttersäuregärung usw. auftreten, die neben dem Hauptgärungsprodukt noch andere Stoffe liefern, darunter auch Kohlensäure. Man ist dementsprechend nicht berechtigt, in der inneren Atmung eine alkoholische Gärung zu erblicken; es handelt sich vielmehr um Prozesse, die in vielen Fällen nebeneinander verlaufen. Die Sauerstoffübertragung bei der Atmung geschieht höchstwahrscheinlich mittels Oxydasen, also Enzymen, deren Wirkungsweise wir schon früher kennen lernten. Man hat auch jene Oxydationsprozesse, bei denen Bakterien Ammo- niak in Nitrite, letztere in Nitrate, oder Schwefelwasser- stoff zu Schwefel und weiterhin zu S u 1 f a t e n oxydieren, als zur Atmung gehörig bezeichnet, wie wohl dabei keine Kohlensäurebildung möglich ist. Dabei hatte man immer nur den unmittelbaren Energiegewinn im Auge, der aus solchen Vorgängen für die Zelle entstehen soll. Das gleiche gilt für die alkoholische Gärung, Fäulnis usw. Alle zur Atmung gehörigen Reaktionen sind exotherm, liefern also Wärme, deren Menge man unmittelbar in Kalorien berechnen kann. Diese Wärme geht nun sofort an die Umgebung über und ist somit als Energie für die Zelle dauernd verloren. Daß Wärme aber tatsächlich bei solchen Umsetzungen in großer Menge frei wird, sehen wir an der Erwärmung, die bei allen Gärungen und Atmungen unmittelbar meßbar auftritt. Wenn wir in der Atmung eine Energiequelle für den Zellbetrieb sehen wollen, dürfen wir den Energiegewinn nicht unmittelbar auf die bei der Oxydation freiwerdende Wärme beziehen. Indirekt kann sie allerdings ein Energie liefernder Prozeß sein, indem durch die Oxydation Verbindungen entstehen, die mehr osmotische Energie besitzen oder in bezug auf ihre elektrische Ladung größere Potentialdifferenzen auslösen und so Energieformen herstellen, die in Bewegung und andere Arbeits- leistungen umgesetzt werden. Solche können wir aber von der bei der Atmung freigewordenen Wärme nicht mehr annehmen. Im übrigen stehen ja der Zelle noch eine Reihe anderer Energiequellen zur Verfügung, die sehr beträchtlich sind. Da ist vor allem die Quellung und die Oberflächenspannung zu nennen. Wir sind deshalb berechtigt, die Atmung nur im besten Falle ,für einen kleinen Energiegewinn verant- — 138 — wortlich zu machen und die Hauptmenge derselben anderen Energiequellen zuzuschreiben. Wir haben alle jene Vorgänge kurz erörtert, die für den Lebens- unterhalt und die Vermehrung der Mikroorganismen von Bedeutung sind. Wenn wir an der Hand unserer bisherigen Auseinandersetzungen das Leben einer Bakterie kurz verfolgen und dazu als Beispiel Nitrifikations- mikroben wählen wollen, die nur mit den einfachsten Verbindungen als Nahrung vorliebnehmen, so kommen wir zu folgendem Ergebnis: Die Ammoniak zu Nitrit oxydierenden Bakterien vermehren sich in sehr einfach zusammengesetzten Nährsubstraten, wie beispielsweise in der von Winogradsky angegebenen Nährlösung, bestehend aus Ammonsulfat iO g Kaliumphosphat 1,0 „ Magnesiumsulfat 0,5 „ Chlornatrium 2,0 „ Eisenoxydul 0,4 „ dest. Wasser . 1000 ccm. Basisch kohlensaure Magnesia im Überschuß. Der Nährboden ist frei von organischen Verbindungen, obwohl er alle Elementarbestandteile, die für die Zelle wesentlich sind, enthält. Mit diesen Verbindungen unter Hinzutritt der Luft leben die genannten Bakterien. Der Lebensprozeß wird wohl so verlaufen, daß aus diesen Verbindungen die Leibessubstanz aufgebaut und die dazu erforderliche Energie gewonnen wird. Wenn wir die Aufbau- und Abbauprozesse näher betrachten, so finden wir, daß die Nitritbakterien iliren Kohlenstoffbedarf aus freier und halbgebundener Kohlensäure decken, ihren Stickstoff- bedarf aber aus Aminonstickstoff, da nach eingehenden Untersuchungen Godlewskis in der Luft etwa vorhandene organische Verbindungen für diese Prozesse nicht in Frage kommen. Die übrigen Zellelemente stehen ohnehin in der Nährlösung zur Verfügung und werden aus den oben zusammengestellten Verbindungen entnommen. Daneben wird noch ein sehr ausgiebiger Oxydationsprozeß unterhalten, der große Mengen Ammon- stickstoff in Nitrit überführt. Derselbe ist gegenüber der vorhandenen Anzahl Zellen sehr groß, denn das Verhältnis zwischen dem in Nitrit oxydierten Stickstoff und dem in die Leibessubstanz übergeführten Kohlen- stoff — (N:C) -- ist im Mittel durch die Zahl 35,4 gegeben. Das heißt nichts anderes, als daß einem Teile assimilierten Kohlenstoffes 35,4 Teile oxydierten Stickstoffes entsprechen, was in salpetrige Säure umgerechnet, 96 Teile derselben ausmacht. Das Wachstum und die Vermehrung dieser Organismen ist auch außerordentlich langsam gegenüber der Oxydations- leistung derselben. Die Oxydation des Ammonstickstoffes zu salpetriger Säure ist ein exothermischer Prozeß, bei dem Wärme als Energie frei wird. Da wir uns den ganzen Prozeß als intrazellular zu denken haben, so wird diese Wärme in der Zelle frei. Trotzdem ist sie der Zelle verloren, wenn sie an die Außenwelt abgegeben wird, was aber eintreten muß, sobald sie überhaupt frei wird. Damit daraus für die Zelle ein Energiegewinn zustande kommt, müßte dieser Oxydationsprozeß die Energie bereits in anderer Form liefern oder mindestens einen Teil derselben. Hier versagen aber unsere Kenntnisse. Wir wissen nur, daß die Zelle Energie braucht, sie auch gewinnt, da sie lebt und Arbeit leistet;, woher sie aber in letzter Linie — 139 — genommen wird und in welcher Form, darüber sind wir nicht unterrichtet. Wir können nach reiflicher Überlegung aller Atmungserscheinungen nur sicher erklären, daß dadurch ein unmittelbarer Energiegewinn nicht, resul- tieren kann, wenn der Oxydationsprozeß freie Wärme liefert. Bei den viel anspruchsvolleren Fäulnisbakterien ist der ganze Zellhaushalt und die Vermehrung weitaus komplizierter, da die Kohlen- und Stickstofflieferanten hier organische Verbindungen mehr oder minder komplizierter Natur sind. Im allgemeinen werden die Assimilationsvor- gänge und auch die Dissimilation von der gleichen Art wie früher sein, wenn auch die Ausgangsmaterialien andere sind. Um hier die Verhältnisse be- urteilen zu können, müssen wir wieder jene Vorgänge, die den Zellaufbau und den Energiegewinn besorgen, von denjenigen trennen, die nebenher mit verlaufen und kolossale Umsetzungen des umgebenden Nährsubstrates herbeiführen. Auch hier werden ohne Nutzen für die Zelle riesige Stoff- mengen durch entsprechende Enzyme zerlegt und Wärme freigemacht, ohne daß dabei irgend ein Energiegewinn entsteht. Außerdem wird von den ent- stehenden Abbauprodukten nur eine minimale Menge als Zellnahrung dienen, da die Zellvermehrung mit der Menge aufgespaltener Sub- stanz in keinem Zusammenhange steht. Zu ähnlichen allgemeinen Ergebnissen gelangen wir bei der näheren Betrachtung aller durch Klein- lebewesen bewirkten Umsetzungen und der Ernährungserscheinungen selbst. Einen weitaus besseren Einblick in die Ernährungsphysiologie liefert uns eigentlich die Selbstverbrennung der Zellen, die nach dem Tode derselben der Autolyse das Feld räumt. Die Selbstverbrennung der Zelle tritt dann ein, wenn luftliebende Mikroorganismen plötzlich in eine sauerstoffreie Atmosphäre und in eine nährstofflose Lösung gelangen. Dann setzt immer eine Zeitlang die intra- molekulare Atmung ein, wobei es zur oxydativen Zersetzung der eigenen Leibessubstanz unter Kohlensäure und Wasserabgabe kommt. Solange sich in der Zelle Reservestoffe gespeichert finden, wird der Stoffwechsel normal oder wenigstens annähernd normal vor sich gehen. Sobald diese aber assimiliert und veratmet sind, dann setzt das Hungerstadium ein, das in der allerkürzesten Zeit zu einem starken Defizit an Plasmasubstanz führt. Assimilation und Dissimilation verlaufen immer träger und die Atmung steht schließlich still, was rasch zum Tode führt. Die Enzyme sind nach dem Tode unabhängig von der Zelle noch wirksam und bauen die restlichen Protein- und Nuklein Verbindungen zu den schon früher genannten einfachen Spaltungsprodukten ab. Wir haben dann das Bild der Autolyse oder Selbstverdauung der Zelle vor uns. Ganz eigenartig muß der Stoffwechsel der ruhenden Spore sein, wenn in ihr ein solcher überhaupt besteht, Dieselbe lebt zwar oder besitzt wenigstens die Fähigkeit, auf äußere Einflüsse hin sofort auf- zuleben, was daraus hervorgeht, daß sie nach jahrelanger Ruhe, in geeignete äußere Bedingungen gebracht, sofort keimt. Während der Ruhe muß der Gesamtstoffwechsel der Spore auf ein äußerstes Minimum herabgedriickt sein, da schon durch den geringen Wassergehalt derselben die gesamten Reaktionen außerordentlich verlangsamt, wenn nicht teilweise gänzlich aufgehoben werden. Das gilt noch vielmehr für den Fall, wenn man die Sporen in einen Exsikkator bringt und maximal austrocknet. Ich glaube nicht, daß es gelingt, das Wasser aus denselben gänzlich zu entfernen. Dies dürfte schon durch die starke und eigenartige 140 — Zellwand derselben verhindert werden. Eine Vorstellung von einem vor- übergehenden Stülestehen jedweder Lebenstätigkeit, also einer Lebens- pause, können wir uns kaum machen, obwohl daran schließlich auch zu denken ist. Darnach befindet sich die reife, ruhende Spore in einer Art von Spannungszustand, der nur der auslösenden Wirkung von außen her bedarf, um den Stoffwechsel, also die Keimung, in Gang zu bringen. Man könnte sich das vielleicht so denken, daß die durch den Wassermangel oder durch andere uns nicht bekannte innere Ursachen nicht mehr sehr labilen Plasmaverbindungen längere Zeit in diesem Zustand ohne Zerfalls- erscheinungen und Arbeitsleistungen verharren können, um dann wieder bei Wasseraufnahme und Energiezufuhr von außen her sofort die für das Leben unerläßlichen Umsetzungen aufzunehmen. Während dieser Lebens- pause wird also das Plasma in einem gewissen Lebenszustande durch äußere oder vielleicht auch innere Ursachen vorübergehend festgehalten, ohne daß es in demselben zu echten Gleichgewichten käme. Vielleicht paßt hier der Vergleich mit einem schwingenden Pendel, das, durch ein Hindernis außerhalb der Ruhelage festgehalten, gleichsam gesperrt ist. Sobald die Sperrung durch äußere Kraft entfernt wird, schwingt es weiter. Indem wir den Sporen Wasser zuführen, erhöhen wir in ihnen durch Ver- dünnung der löslichen Produkte die Reaktionsfähigkeit, erzeugen aber gleichzeitig Energie, da sehr bedeutende Quellungen auftreten, die von großen Druckwirkungen begleitet sind. Dann setzt auch schon der Keimungsprozeß ein, der selbst von der Anwesenheit von Nährstoffen ziemlich unabhängig ist. Erst das eben gekeimte Keimstäbchen muß letztere in genügender Menge und passender Form zur Verfügung haben. Auch der Sauerstoff- gehalt der Luft spielt dabei eine sehr untergeordnete Rolle. Haben wir doch früher gesehen, daß die Sporenkeimung in dieser Hinsicht ein sehr wenig anspruchsvoller Vorgang ist. Beim Einfrieren in sehr tiefen Temperaturen, das von vegetativen Bakterienzellen im allgemeinen sehr gut überdauert wird, haben wir auch ein vorübergehendes Einstellen aller Lebensfunktionen, die nach dem Wiederauftauen sofort wieder einsetzen. Nachdem wir in groben Umrissen die Grundlagen der Ernährung der Bakterien und ihre durch die Enzyme herbeigeführten Umsetzungen, Zerlegungen und Gärungen der verschiedensten Stoffe kennen gelernt haben, können wir uns auch ein Urteil über die Wirkungsweise derselben im Verein mit den andern höheren Organismen und Mikroorganismen in der freien Natur bilden. Sowohl der Stickstoff als auch der Kohlen- stoff und alle anderen für die Organismen unbedingt notwendigen Elemente befinden sich in einem ständigen Kreislauf, der mit dem Ver- gehen und Werden der lebenden Materie aufs innigste zusammenhängt. Es wird uns genügen, wenn wir hier in aller Kürze unter Weglassung der weniger wichtigen Nebenvorgänge den Kreislauf des Stickstoffes und der Kohlensäure betrachten. Beginnen wir mit dem Kreislauf des Stickstoffes. Neben elementarem Stickstoff finden sich in der Natur eine große Anzahl von stickstoffhaltigen Verbindungen, aus denen mittelbar oder unmittelbar der Bedarf der verschiedenen Organismen an diesem — 141 — zum Leben unbedingt notwendigen Element gedeckt wird. Der Pflanze stehen in erster Linie der elementare Stickstoff, der Ammonstickstoff und auch der Salpeterstickstoff zur Verfügung; von diesen Stickstoffquellen wird unmittelbar nur der Ammon- und der Nitrat- oder Salpeterstickstoff assimiliert; außerdem kann die höhere Pflanze einschließlich einiger Pilze auch den Nitritstickstoff verwerten, während der elementare Stickstoff nur von gewissen Mikroorganismen aufgenommen und zu Leibessubstanz ver- arbeitet werden kann. Es sind in erster Linie zwei Kategorien von Bak- terienarten, die Stickstoff binden. Die eine umfaßt eine Reihe frei im Boden lebender Bakterien, die durch ein hohes Stickstoffbindungsver- mögen ausgezeichnet sind, wie Clostridien (Amylobakterarten) und Azotobakter. Die zweite Gruppe vereint Bakterienarten, die, erst in die Wurzel einer Pflanze eingewandert, dort freien Stickstoff assimilieren und diesen dann der betreffenden Pflanze teilweise in assimilierbarer Form zuführen teilweise aber als Leibessubstanz festlegen. Wir wir später noch genauer erfahren werden, verursachen diese Bakterien speziell an den Wurzeln der Leguminosen Knöllchen, weshalb man sie auch als Knöllchen- bakterien bezeichnet. Auch Fadenpilze in der Wurzel anderer Gewächse. Erle usw., assimilieren freien Stickstoff, was hier nur nebenbei erwähnt sei. In der freien Natur setzt nun die Fäulnis wieder große Stickstoff- mengen in Freiheit; außerdem dient die Pflanze den Tieren als Nahrung. die einen großen Teil des aufgenommenen und in Leibessubstanz umge- wandelten Stickstoffes wieder in Form von Kot und Harn zeitlebens ab- geben. Tiere dienen anderen Tieren wieder zur Nahrung und so pflanzt sich der Kreislauf in einer Kette fort. Der im Tierkörper während des Lebens im Eiweiß und anderen Verbindungen befindliche Stickstoff wird nach dem Tode durch die Fäulnis teils als elementarer Stickstoff allerdings in geringer Menge in Freiheit gesetzt, teils in einfache Ammonverbin- dungen und dergl. übergeführt, die wieder unmittelbar Pflanzen zur Nahrung dienen oder meistens durch Bakterien in andere Stickstoffverbin- dungen umgewandelt werden, die ebenfalls der Pflanze als Stickstoffquelle zur Verfügung stehen. So können die Nitritbakterien den Ammon- stickstoff zu Nitritstickstoff oxydieren, den die Nitratbakterien weiter zu Nitratstickstoff oxydieren. Die im Kot und Harn der Tiere abge- gebenen Stickstoffverbindungen unterliegen ebenfalls der Fäulnis und Gärung, wobei wieder eine Reihe einfacher Stickstoffverbindungen ent- steht, die die Pflanze assimilieren kann. So liefert die Harngärung Ammoniakstickstoff, der einerseits Pflanzen unmittelbar ernähren kann, andererseits von den oben genannten Salpeterbakterien in Nitrit- und Nitratstickstoff übergeführt wird. Wenn wir uns eine Vorstellung von dem Stickstoffkreislauf machen wollen, müssen wir sagen, daß der Stickstoff sich in verschiedenen Ver- bindungen ständig durch die lebende Substanz hindurch bewegt, was ja beim Tier ganz besonders augenfällig ist. Unter Außerachtlassung von zahlreichen Nebenvorgängen und Einzelerscheinungen ist in der folgenden Figur 61 der Versuch unternommen worden, den Gang des Stickstoff- kreislaufes durch Linien im wesentlichen darzustellen. Dabei betreffen die gestrichelten Linien den elementaren Stickstoff, die strichpunktierten den Ammonstickstoff, die punktierten den Nitritstickstoff und endlich die dick, voll ausgezogenen den Nitratstickstoff, während die Zwischenvorgänge durch voll ausgezogene, dünne Linien angedeutet sind. Wir entnehmen - 142 sofort, daß die höheren Pflanzen alle vier an den Ecken angeschriebenen Stickstoffquellen gebrauchen können, während die höheren Pilze nur auf o5' ••> a> TT drei Stickstoffquellen angewiesen sind. Wenn wir den Gang des Stick- stoffes den Pfeilrichtungen entsprechend verfolgen, kommen wir an kein Ende, wo immer wir auch anfangen. — 143 — Bei unserer bisherigen Auseinandersetzung des Stickstoffkreislaufes haben wir der Einfachheit und Übersichtlichkeit wegen als organische Stickstoffverbindungen nur Eiweiß, Kot und Harnstoff berücksichtigt. Natürlich unterliegen auch alle anderen stickstoffhaltigen Verbindungen des Tier- und Pflanzenkörners der Zersetzung und Umwandlung, wobei ebenfalls recht beträchtliche Stickstoffniengen in den Kreislauf wieder ein- geführt werden. Trotzdem wird die Hauptmenge des kreisenden Stick- stoffes in seinem Gang dem oben gegebenen Schema folgen. In demselben haben wir allerdings einen in der Natur ziemlich weit verbreiteten Vorgang nicht berücksichtigt, der ebenfalls freien Stickstoff liefert. Im Laufe der Zeit wurden Bakterien bekannt, die aus Salpeter Stickstoff freimachen und so die Menge der von den Pflanzen unmittelbar assimilier- baren Stickstoffverbindungen verringern. Man hatte eine Zeit hindurch, besonders in der Landwirtschaft diesem Prozesse der Denitrifikation im gedüngten Ackerboden eine viel zu große Bedeutung beigemessen und Befürchtungen schwerster Natur für den Fortbestand der Pflanzenwelt gehegt. Gewiß wird dieser Vorgang in manchen Fällen den Stickstoff- ertrag eines Landstriches wesentlich ungünstig beeinflussen können, indem mehr elementarer Stickstoff entbunden wird, als durch die stickstoff- bindenden Organismen wieder in den Kreislauf desselben eingeführt wird. Dieses vielleicht gelegentlich auftretende Defizit an gebundenen Stickstoff wird aber niemals derartige Größen erreichen, daß Störungen von großer Tragweite entstehen würden. Wie der Stickstoff sich in der Natur immer in einem Kreislauf bewegt, so finden wir noch einen Kreislauf des Kohlenstoffes durch die Kohlensäure hindurch. Bei allen Lebensprozessen wird durch die Atmung beständig Kohlensäure in größeren oder geringeren Mengen aus dem Organismus ausgeschieden. Auch die Fäulnis und Gärung ent- bindet Kohlensäure. Damit sind die Kohlensäurequellen noch lange nicht erschöpft, da ja bei jeder Verbrennung ebenfalls Kohlendioxyd entsteht. Diese Kohlensäuremengen gehen nun über die höhere Pflanze hinüber wieder in die Verbindungen des Zellplasinas und in die Kohlehydrate hinein, wenn wir davon absehen, daß auch gewisse Bakterien (z. B. Salpeterbakterien) befähigt sind Kohlensäure zu assimilieren. Die grünen Land- und Wasserpflanzen, die braunen, roten und grünen Algen des süßen und des Seewassers vermögen Kohlendioxyd unter Zuhilfenahme der Energie des Lichtes zu assimilieren, also daraus ihren Kohlenstoff- bedarf für ben Aufbau der Leibessubstanz und der Kohlehydrate zu decken. Die in der Pflanze gebildeten, organischen Kohlenstoff Ver- bindungen sind die einzigen Kohlenstoffquellen für die Tiere. Letztere selbst samt ihren Ausscheidungen und die Pflanzen decken wieder den Kohlenstoffbedarf der höheren und niederen Pilze und Bakterien, wenn wir von einzelnen Ausnahmen und Nebenvorgängen absehen wollen, die das Wesen der Sache nicht ändern. Alle Organismen geben bei der Atmung, wie wir bereits hörten, Kohlendioxyd ab: die Gärungs- und Fäulnisvorgänge zerspalten und zer- trümmern die Kohlehydrate und Eiweißstoffe des Tieres und der Pflanzen, — 144 — wobei neben anderen Produkten immer auch Kohlensäure frei wird. Die Gesamtkohlensäuremenge, die durch die genannten Prozesse gebildet wird, steht wieder der gefärbten Pflanze und durch sie hindurch dem Tiere als Kohlenstoffnahrung zur Verfügung. Damit haben wir auch schon den Gang des Kohlensäurekreislaufes in der Natur erfaßt und von diesen Gesichtspunkten aus ist auch die schematische Zeichnung dieses Vorganges in der Figur f>2 angefertigt worden. 3 D 35 40 45 50 55 60 65 70 Fig. 63. verschiedene Bakterien in bezug auf das Wachstum eine bessere Vor- stellung. Unsere Abbildung 63 gibt diesen Versuch wieder. Die Spitze der schwarzen Dreiecke entspricht dem Temperaturoptimum, während an 10* — 148 deren Basis die Ecken links das Minimum und rechts das Maximum mar- kieren. So sind die Wachstumstemperaturweiten der hier verzeichneten Arten gut kenntlich. Es handelt sich hier um ein Schema, da der Abfall vom Optimum zum Minimum und Maximum in der Wirklichkeit gewiß keiner Geraden entspricht, sondern einer krummen Linie. Auch sind hier die Wachstumsoptima willkürlich überall gleich gewählt, was eigentlich auch nicht der Fall ist. Wenn wir die Untersuchungen über die Temperatureinwirkungen auf die Sporenkeimung und besonders Sporenbildung ausdehnen, dann erhalten wir wesentlich andere Minima, Optima und auch Maxima. Im allgemeinen ist die Temperaturweite enger und das Optimum etwas nach unten verschoben. Wie schon angedeutet, schadet den Bakterien eine staike Ab- kühlung nicht wesentlich. Wir können tief unter das Minimum herab- gehen, ohne daß die Zellen absterben. Wir können Bakterien selbst 20 Stunden einer Temperatur von -- 172 bis —190° aussetzen, ohne daß sie irgendwie geschädigt werden. Milchbakterien sollen nach Macfadyen und Rowland sogar einen einwöchentlichen Aufenthalt in flüssiger Luft schadlos überdauern. Selbst eine 10 stündige Abkühlung in flüssigem Wasser- stoff, also bei —252° C, konnte diese Mikroorganismen nicht vernichten. Dasselbe gilt natürlich in noch größerem Umfange für die Sporen der Bakterien. Wesentlich empfindlicher sind im allgemeinen Bakterien gegen Temperaturen, die über dem Maximum liegen. Es herrscht ein großer Unterschied zwischen der Resistenz der vegetativen Bakterien- formen gegen Hitze und der Widerstandsfähigkeit der Sporen. Im allgemeinen führen kurzdauernde Temperaturerhöhungen von 10—15 Graden über das Maximum bei ersteren den Tod derselben herbei, während letztere hoch über die Koagulationstemperatur längere Zeit hindurch ohne Schädigung erhitzt werden können. Es ist dabei auch von größter Be- deutung, ob die Zellen in trockenem oder feuchtem Zustande der Hitze ausgesetzt werden. Im ersteren Falle werden sie im allgemeinen höhere Temperaturen ertragen als durchfeuchtet. Dies gilt auch vollauf für die Sporen. In Flüssigkeiten, die frei von Säure oder Alkali sind, ge- nügt eine Erwärmung auf 60—70° C durch 30 Minuten sicher, um alle vegetativen Bakterienzellen zu vernichten. Viel wider- standsfähiger sind die Sporen der Bakterien. Man muß viel höhere Temperaturen verwenden. So hat Blau für eine Reihe von Sporen die Tötungszeit bei Anwendung von 100° in Wasser ermittelt. Einige Daten seien daraus hier wiedergegeben. Tötungszeit in Minuten Bacillus Ellenbachensis 2 — 2'/., Bacillus cohärens 5 — 5 1 /., Bacillus asterosporus 7 — 7 1 /., Bacillus megathei'iuin 15 — 16 Bacillus subtilis 175—180 Bacillus calidus 450-480 = 77,-8 Stunden Bacillus tostus 1140-1200 = 19-20 Stunden Wir entnehmen aus dieser kleinen Zusammenstellung, daß die Tötungszeit für die Sporen der einzelnen Bakterienarten bei 100° sehr ver- schieden ist, die Resistenz der Sporen aber außerordentlich groß sein - 149 kann, wie beim Bacillus tostus. Allerdings sind die beiden letztgenannten Arten thermophile Erdbakterien. Die Tötungszeit wird nun durch Anwendung höherer Tempera- turen, wie im gespannten Wasserdampf, bedeutend verkürzt, wovon man in der Praxis immer Geltrauch macht. Galvanische und statische Elektrizität scheint an sich keine Wirkung auf das Bakterienwachstum zu äußern, sofern Vorsorge getroffen ist. daß durch den Strom einerseits keine Erwärmung der Bakterienkultur eintritt und andererseits elektrolytische Umsetzungen im Nährsubstrat aus- geschlossen sind. Besonders die bei der Elektrolyse gebildeten Produkte töten die Mikroben in kurzer Zeit, was natürlich eine unmittelbare Be- einflussung durch den elektrischen Strom vortäuschen kann. Auch in dem Nährboden induzierte Ströme scheinen keinen bemerkenswerten Einfluß auf das Wachstum auszuüben. Über die Wirkung der Röntgenstrahlen auf Bakterien gehen die Meinungen der Forscher stark auseinander. Während die einen ihnen für Mikroorganismen besonders deletäre Eigenschaften zusprechen, wollen die anderen höchstens sehr geringe Schädigungen wahrgenommen haben. Übrigens stehen eingehende und erschöpfende Versuche darüber noch aus. Hier scheint wie beim elektrischen Strom ebenfalls eine Wirkung auf die Zusammensetzung des Nährsubstrates stattzufinden, die in erster Linie für die beobachteten Schädigungen vielleicht verantwortlich gemacht werden kann. Ihnen selbst scheint eine besondere, vernichtende Kraft für Mikroben kaum innezuwohnen. Auch die mit Becquerelstrahlen angestellten Versuche haben ergeben, daß sie keine nennenswerten bakterientötenden Eigenschaften be- sitzen, da selbst durch 2 — 4 stündige Bestrahlungen von Kulturen des Bacillus prodigiosus nur das W T achstum gehemmt wurde, ohne daß es zu einer Vernichtung der Zellen gekommen ist. Über die Wirkung der Radiuinstrahlen auf Bakterien wissen wir nicht sehr viel. Nach den weniger einwandfreien Versuchen scheinen sie allerdings schädigend auf dieselben zu wirken, jedenfalls aber viel weniger als auf die tierische Zelle. Den Lichtstrahlen gegenüber verhalten sich die Bakterien sehr ver- schieden. Viele von ihnen werden durch unmittelbare Sonnenbestrahlung oder durch elektrisches Bogenlicht in kurzer Zeit getötet, während andere dagegen sehr widerstandsfähig sind. Besonders empfindlich erweisen sich die sonst so resistenten Sporen. Dem Licht gegenüber nehmen die Purpurbakterien eine Ausnahme- stellung ein. indem sie dasselbe im Stoffwechsel offenbar verwerten. Nach Moli seh soll es sich dabei um eine neue Art von Photosynthese handeln, „bei der organische Substanz im Lichte assimiliert wird". Für diese Bakterien ist die Lichtbestrahlung also günstig, wenn sie auch nicht notwendig ist, da Purpurbakterien auch im Finstern wachsen. Es wirken nun keineswegs alle Lichtstrahlen, die das Sonnenlicht zusammensetzen, gleich. Besonders schädigend erweisen sich die sichtbaren kurzwelligen Strahlen, blau, violett und das unsichtbare Ultraviolett. Mit der Kürze der Wellenlänge nimmt die Vernichtimgskraft der Strahlen zu, so daß gerade die ultravioletten Strahlen die wirksamsten sind. Dabei ist nur zu beachten, daß die Gläser die kurzwelligen Strahlen sehr stark und die wirksamsten ganz verschlucken, weshalb einwandfreie Versuche 150 nur in Quarzgefäßen oder offen angestellt werden können. Auch hier findet eine Einwirkung auf das Nährsubstrat selbst statt, da meistens auf dem vor der Einsaat belichteten Nährboden nichts mehr wächst. Hinsichtlich der Wirkung der ultravioletten Strahlen sei noch bemerkt, daß für ihre Wirksamkeit auch ihre Herkunft wesentlich ist. Eigentlich ist dies nach dem oben Gesagten selbstverständlich, da die Wellenlänge derselben nach der Erzeugungsart verschieden ist. Tassily und Cambier erzeugten wirksame kurzwellige Strahlen durch in Stickoxyd brennenden Schwefelkohlenstoff, die sich ebenfalls als bakterientötend erwiesen, aber weniger stark als beispielsweise die von der Quecksilber- dampflampe ausgehenden. Messungen der Wellenlänge haben ergeben, daß erstere eine solche zwischen 340—490 jufi besaßen, während letztere 302 — 303 /.ifi hatten. Die stärkste keimtötende Kraft sollen übrigens Strahlen von nur 280 mx und darunter aufweisen. Die große Vernichtungs- kraft der ultravioletten Strahlen geht auch aus Versuchen hervor, Wasser durch dieselben zu entkeimen. Durch gleichzeitig vorhandene fluoreszierende Stoffe wird bei den Bakterien nur eine geringe Verstärkung der Lichtwirkung hervor- gebracht, so daß also die photodynamische Wirkung in diesem Falle un- wesentlich ist, während sie bei tierischen Protozoen recht bedeutend ist. Man hat weiter versucht, durch hohe Drucke Bakterien zu ver- nichten. Dabei hat es sich herausgestellt, daß die Mikroben durch die- selben nur sehr wenig geschädigt werden, wenn die Versuchsdauer keine allzulange war. Man hat ja auch unter den in der Natur freilebenden Bakterien zahlreiche Beispiele, wo Mikroben dauernd unter sehr hohem Drucke leben. So wurde die Tatsache festgestellt, daß sich im Schlamme des mittelländischen Meeres bis zu Tiefen von 1100 m noch eine üppige Bakterienflora findet. Allerdings herrschen in diesem Meere auch noch in solchen Tiefen günstige Temperaturbedingungen, da das Wasser noch immer 13 ° C aufweist. Daß in anderen Meeren in dieser Tiefe Bak- terien spärlich zu finden sind, hat wohl weniger seinen Grund in dem herrschenden Drucke als vielmehr in der zu niedrigen Temperatur. Aber auch aus den Laboratoriumsversuchen geht hervor, daß höchstens abnorm hohe Drucke von etwa 3000 kg auf den Quadratzentimeter bei längerer Versuchsdauer sicher schädigend wirken, während einige hundert Atmo- sphären noch nicht schädigen, sofern nicht besondere Verhältnisse geschaffen werden. Natürlich werden sauerstoffscheue Organismen dann getötet, wenn ihre Kultur in reinem Sauerstoff hohen Drucken ausgesetzt wird. Hier wirkt übrigens nicht der Druck an sich, sondern die dadurch geschaffene Sauerstoffkonzentration, denn bei der Verwendung anderer Gase, wie Kohlensäure oder Wasserstoff, fällt der Versuch wesentlich anders aus. Erstere scheint auch unter hohem Druck angewendet, kaum keimtötende Eigenschaften zu besitzen. Verminderter Druck schädigt die Bakterien an sich auch nicht, sofern dadurch nicht eine allzugroße Verdünnung des Sauerstoffes bei luftliebenden Mikroben herbeigeführt wird. Hinsichtlich der Wirkung von Erschütterungen lassen sich all- gemeine Angaben nicht machen, da sich diesen gegenüber die Bakterien sehr verschieden verhalten. Man kann vielleicht mit einiger Vorsicht nur sagen, daß grobe, fortgesetzte Erschütterungen zu einem Wachstums- stillstand und schließlich zum Tode der Bakterien führen, während feine, geringe Erschütterungen günstig einwirken. Dies gilt vornehmlich für die — 151 — in flüssigen Nährsubstraten wachsenden Bakterien, während die Wirkungen auf die in festen Nährböden gezüchteten Mikroben gering sind. Aller Wahrscheinlichkeit nach handelt es sich dabei um rein mechanische Vor- gänge, wie aneinanderstoßen und reiben der Zellen, was eine Schädigung mit der Zeit herbeiführt. Die günstige Wirkung geringer Erschütterungen und Bewegungen ist sicherlich zum Teil auch auf die ständige Durch- mischung und. wenn auch nur minimale Durchlüftung des Nährbodens zurückzuführen. Die einzelnen Bakterienarten erweisen sich gegen diese mechanischen Einflüsse sehr verschieden, denn einige sind dafür sehr empfindlich, wie z. B. der Bacillus megatherium, der schon durch länger- dauernde schwache Erschütterung vernichtet wird, während andere sich als sehr resistent erweisen. Zur letzteren Kategorie gehören vornehmlich Wasserbakterien, wie der Bacillus fluorescens liquefaciens. Die- selben sind ja auch an ihren natürlichen Standorten ständigen Bewegungen ausgesetzt, was ganz besonders bei den in fließenden Wasser wohnenden zutrifft. Jedenfalls ist auf die Möglichkeit der Schädigung von Bakterien bei der Anlage von Laboratorien in Fabriken Bedacht zu nehmen und sind dafür erschütterungsfreie Lokale auszuwählen. Damit haben wir die wichtigsten Wirkungen physikalischer Einflüsse kennen gelernt und wenden uns nunmehr den chemischen Einflüssen zu. Wir haben die Wirkung von sehr geringen Säure- und Alkali- mengen auf die Ernährung schon kurz erwähnt und dabei auch drei Kardinalpunkte aufgestellt, ein Optimum, Maximum und Minimum. Das gleiche haben wir für den Sauerstoff auch schon getan, sowohl für die Vermehrung als auch für die Sporulation. Hier wollen wir uns der Wirkung von Stoffen zuwenden, die auf die Bakterienzellen tötend, wachs- tumshemmend und schädigend wirken und höchstens in außerordentlich starken Verdünnungen unschädlich oder sogar entwicklungsfördernd sind. Solche Stoffe bezeichnen wir ganz allgemein als Gifte, ohne über die Art und Weise ihrer Wirkung etwas näheres sicher zu wissen. Nach Loew beruht übrigens die Giftwirkung auf der Labilität der Eiweißmole- küle der lebenden Substanz, in der sich ständige Atomumlagerungen ab- spielen, die eben durch eine Reihe von Stoffen, die Gifte, gehemmt werden. Mit dem Übergang in einen stabilen Zustand erlischt auch das Leben. Die Schwermetallsalze wirken sicher in der Weise, daß sie mit dem labilen Eiweißkörper stabile Verbindungen, Fällungen, eingehen, so- fern sie in das Zellinnere zum Plasma gelangen können. Die Möglichkeit des Eindringens von Giften in die Zelle ist durch die Durchlässigkeit der äußeren Plasmagrenzschicht für dieselben bedingt. Nach verton sollen übrigens nur jene Körper in die Zelle gelangen können, die in Lipoiden, wie Lezithin usf.. löslich sind. Sollen andere Stoffe hinein- kommen, muß erst eine entsprechende Veränderung der Durchlässigkeit herbeigeführt werden, was an sich schon zum Tode der Zelle führen kann. Wir hätten sonach eine zweite Art des Mechanismus der Giftwirkung, die in einer schweren Störung der normalen Durchlässigkeit des Plasmas liegt. Doch dies sind vorläufig Annahmen, die noch der Bestätigung harren. Jedenfalls müssen wir uns vor Verallgemeinerungen hüten, da die verschiedensten Verhältnisse bei den einzelnen IJakterienarten vor- liegen können. Den Giften gegenüber verhalten sich die einzelnen Bakterien arten verschieden resistent. Die Widerstandsfähigkeit ein und derselben Art — 152 ist auch verschieden und abhängig von dem Entwicklungszustand und der Ernährung der einzelnen Zellen. Im allgemeinen sind die jüngsten und sehr alte am empfindlichsten. Dies gilt besonders für das aus der Spore austretende Keimstäbchen. Sehr unempfindlich für chemische Ein- flüsse ist dagegen die Spore. Bei ihr nimmt die Widerstandskraft mit dem Alter ab, besonders wenn sie in der Wärme aufbewahrt wird. Bis zu einem gewissen Grade kann durch fortgesetzte Verimpfung eine Bakterienart an schädigende chemische Einflüsse, Gifte, gewöhnt werden, ohne daß diese Eigenschaft aber dauernd erhalten bliebe und ver- erbt würde. Den Zellen gegenüber können die verschiedensten Stoffe als Gifte auftreten, ja wir können soweit gehen, und sagen, daß alle Nahrungsstoffe, Ausscheidungs- und Spaltungsprodukte zu Giften werden, wenn sie im allgemeinen in zu hohen Konzentrationen in den Kulturen vorkommen. Die Konzentration, bei welcher sozusagen alle löslichen Körper als Gifte wirken, ist aber sehr verschieden. Wir wollen in erster Linie jene Stoffe vorerst allgemein kurz be- handeln, die noch in großen Verdünnungen als Gifte wirken und insofern eine große Rolle in der Desinfektionspraxis spielen. Es hat sich nun ganz allgemein gezeigt, daß der Lösungszustand des Giftes für die Gift- wirkung von allergrößter Bedeutung ist. Damit ist auch sofort ein Unterschied der Wirkung von Elektrolyten und Nichtelektrolyten aufgerollt. Wir wissen, daß nach der Dissoziationstheorie von Arrhenius schon bei der Lösung auch ohne Zutun des elektrischen Stromes eine gewisse Anzahl von Molekülen des gelösten Stoffes, sofern es sich um Elektrolyt^ handelt, in kleinere Teile, Ionen, zerfallen. Die Lösung enthält somit neben kompletten Molekülen noch elektropositive Kationen (Metall) und elektronegative Anionen. Säurelösungen müssen dementsprechend neben den Säuremolekülen noch als Kation Wasserstoff- ionen enthalten und Laugen Hydroxylionen als Anion. Diese Dissoziation ist verschieden bei den einzelnen Elektrolyten und abhängig von der Konzentration und dem Lösungsmittel. Im allgemeinen wächst die Anzahl der Ionen mit der Abnahme der Konzentration, also der Verdünnung der Lösung. Die Giftwirkung müssen wir nun auf die Wirkung der Ionen im Verein mit derjenigen der Moleküle zurückführen. Wollte man darin eine ausschließliche Ionenreaktion erblicken, so müßte man immerhin den Diffusionsverhältnissen und den in der Zelle eintretenden Umsetzungen der giftigen Ionen bei der Erklärung Rechnung tragen. Außerdem darf nicht außer Acht gelassen werden, ob die Giftwirkung der Ionen ein katalytischer Vorgang ist, der also nicht zu einem Verbrauch derselben führt oder ob chemische Bindungen eintreten, wodurch Ionen aus der Lösung ausgeschaltet werden. In letzterem Falle werden die weniger dissoziierten Lösungen heftiger giftig wirken, da an Ort und Stelle ent- sprechend dem Verschwinden und dem Verbrauch der Ionen sofort aus den unzerlegten Molekülen neue entstehen, also nicht erst von außen zu- wandern müssen. Auf die Giftwirkung der Elektrolyten wirken aber auch Zusätze von Salzen ein, die selbst wieder dissoziiert werden. Liefern sie dabei ein gleiches Ion, wie z. B. Natriumchlorid -f- Quecksilberchlorid, so wird die Dissoziation vermindert und damit die Giftwirkung herabgesetzt. — 153 — Auch Zusätze von Neutralsalzen verändern die Giftwirkung. Die bezüglichen Versuche haben ergeben, daß alle Neutralsalze, welche in größeren Mengen zugefügt, eine Aussalzung des Giftes herbeiführen, in kleineren Dosen dazugegeben, eine Verstärkung der Giftwirkung auslösen. Eine Erklärung dafür gibt das Gesetz von der Verteilung eines Stoffes in mehreren gleichzeitig vorhandenen Lösungsmitteln. Es wird das Gift sozusagen in größeren Mengen in das Protoplasma eindringen und es rasch vernichten, wenn außen die Löslichkeit abnimmt. Die Giftwirkung komplexer Salze geht ebenfalls auf ihre Dissoziation zurück. Dabei entstehen aber nicht Kationen eines einfachen Metalles, sondern komplexe Ionen, wie folgendes Beispiel zeigt: Kaliumquecksilberjodid dissoziiert in K+ und HgJ7 Das Ion HgJ 4 dissoziiert teilweise auch in Hg+ und Jod, so daß in diesem Falle allerdings auch Quecksilberkationen frei vorhanden sind, jedoch nur in sehr spärlicher Menge, weshalb das Kaliumquecksilberjodid nur wenig giftig wirkt im Vergleich zum Quecksilberchlorid. Wenn wir zusammenfassend kurz die Giftwirkung der verschiedenen organischen und anorganischen Stoffe in ihrer Abhängigkeit vom Lösungs- mittel und der Dissoziation überblicken, so können wir die Gifte selbst mit Spiro und Scheurlen in zwei Klassen einteilen, in solche, die haupt- sächlich durch ihre Ionen wirken („Desinfizientien erster Ordnung") und in solche, die in erster Linie durch das komplette Molekül wirken („Des- infizientien zweiter Ordnung"). Ein Beispiel für die zweite Klasse ist das Phenol, das überhaupt nur sehr wenig in die Ionen H und C 6 H 5 dissoziiert wird. Wir haben schon festgestellt, daß die Dissoziation der Gifte der ersten Klasse in der Lösung für ihre Wirkung von einschneidender Bedeutung ist. In der Tat sind Lösungen derselben in starkem Alkohol, wo keine Dissoziation eintritt, ungiftig. Bei Verwendung von verdünntem Alkohol liegt die Sache allerdings anders, da häufig die Giftigkeit in diesem Falle steigt. Es dürften in diesem Falle durch den Alkohol die Diffusions- verhältnisse der Zelle eine Störung erfahren. Von den physikalischen und chemischen Einflüssen auf das Leben der Mikroben macht die moderne Mykologie in vielen Fällen Gebrauch. Grundlegend für alles zielbewußte Arbeiten auf gärungsphysiologischen (iebieten ist demnach die Sterilisation. Wir verstehen unter „sterilisieren" die Vernichtung aller in irgend einem Substrat oder auf irgend einem Körper vor- handenen Kleinlebewesen. Der Körper oder das Substrat ist dann „steril" oder frei von lebenden Organismen. Wir erreichen dies durch eine Reihe physikalischer und chemischer Maßnahmen, weshalb wir auch von physikalischer und chemischer Sterilisation sprechen können. Zunächst sei auf die physikalische Sterilisation näher eingegangen. Wir haben bereits gehört, daß eine Entwicklung von Bakterien nur innerhall» ver- hältnismäßig enger Temperaturgrenzen möglich ist. Wenn wir die Temperatur über das „Maximum" erhöhen, so werden nach längerer oder kürzerer Zeit die Mikroben vernichtet. Wir haben also in der Hitze ein ausgezeichnetes Sterilisationsmittel. Dieselbe kann als trockene Wärme oder als feuchte Wärme angewendet werden. Da für letztere alle — 154 — Mikroorganismen empfindlicher sind, wird man letztere Form der Sterili- sation bevorzugen. In letzter Linie wird für die Wahl der trockenen oder feuchten Hitze die Beschaffenheit des Substrates, das sterilisiert werden soll, ausschlaggebend sein. Bei der Sterilisation in der trockenen Wärme werden die Substrate mit Luft von 150 — 160° C ein bis zwei Stunden erhitzt. Dies geschieht in besonderen Schränken, den „Heißluftsterilisatoren". Dieser Behandlung können nur feste trockene Körper, Glas, Metalle usw., aus- gesetzt werden. Die Sterilisation durch feuchte Wärme wird entweder mit strömendem Dampf von der Temperatur des bei gewöhnlichem Luft- druck siedenden Wassers oder mit erhitztem Wasserdampf durch- geführt. Endlich sind hierher noch langedauernde Erwärmungen von Flüssigkeiten auf 65—75° zum Behufe der Entkeimung zu rechnen, die man kurzweg als Pasteurisation bezeichnet. Im strömenden Dampf von der Temperatur des siedenden Wassers werden alle vegetativen Bakterienzellen sicher in einer Viertel- stunde vernichtet, nicht aber die Sporen, von denen ja bekanntlich einige sogar vielstündiges Kochen ertragen. Um nun die Substrate durch allzulanges kochen nicht selbst zu verändern, sterilisiert man gewöhnlich in diesem Falle diskontinuierlich. Es werden dabei die Substrate jedesmal nur kurze Zeit aber öfter hintereinander erhitzt. Bei der ersten, 15 Minuten währenden Erhitzung werden alle Oidien zerstört, während noch zahlreiche Sporen lebend geblieben sein können. In den nun folgenden 24 Stunden keimen die meisten der letzteren und die nach dieser Zeit vorgenommene Erwärmung vernichtet die jungen Keimstäbchen und vegetativen Zellen. Eventuell noch vorhandene Sporen keimen sicher in den nun folgenden 24 Stunden, nach deren Verlauf noch ein drittes Mal durch 15 Minuten erhitzt wird. Jetzt sind sicher die letzten jungen vegetativen Zellen getötet und da keine Sporen mehr vorhanden sind, das Substrat steril. Auf diese Weise entkeimt man die meisten in der Mykologie verwendeten Nährsubstrate, da diese kurzen Erhitzungen kaum eine Veränderung derselben herbeiführen. Wir haben aber auch extrem widerstandsfällige Sporen von Erd- bakterien kennen gelernt, die durch einmalige, selbst sehr langedauernde Erhitzung im strömenden Dampf nicht vernichtet werden. Um sie in inner- halb weniger Minuten sicher zu töten, bedient man sich des erhitzten Wasserdampfes. In sog. „Autoklaven" wird Wasser unter erhöhtem Druck kochen gelassen, wobei der Dampf entsprechend dem herrschenden Drucke Temperaturen über 100° aufweist. In demselbon werden selbst die dauer- haftesten Sporen rasch getötet, wie folgendes Beispiel 1 ) zeigt: Die Sporen von Erdbakterien wurden bei verschiedenen Tempe- raturen sterilisiert, wozu folgende Erhitzungszeiten nötig waren: bei 100° 16 Stunden „ 115° 30—60 Minuten „ 130° 5 Minuten „ 140° 1 Minute. 1) Zitiert nach A. Fischer, Vorlesungen über Bakterien, S. 109. Jena 1903. — 1 55 Leider können diese hohen Temperaturen in der Praxis seltener ver- wendet werden, da durch ihre Anwendung meist eine tiefgehende Ver- änderung in der Zusammensetzung der Substrate herbeigeführt wird. Wie schon gesagt werden beim „Pasteurisieren'', der zuletzt ge- nannten Sterilisierungsmethode, durch feuchte Wärme nur niedere, zwischen 55 und 70° C liegende Temperaturen lange Zeit hindurch angewendet. Dabei sterben nur die vegetativen Zellen ab. Durch diskontinuier- liches Pasteurisieren kann analog der diskontinuierlichen Sterilisation im strömenden Dampf, ebenfalls eine vollständige Entkeimung des Sub- strates erreicht werden. Anwendung findet dieses Verfahren nur auf Mikroorganismen, die sich in Flüssigkeiten befinden. Es tritt dabei kaum eine Veränderung der Substrate selbst ein, was besonders bei der Her- stellung steriler Eiweißlösungen wichtig ist; letztere würden ja im strömenden Dampf koagulieren. Bei den Methoden der Dampf Sterilisation werden nicht nur die Bakterien, überhaupt Mikroorganismen getötet, sondern auch ihre Enzyme vernichtet. Letzteres findet bei der Pasteurisation nur in beschränktem Maße statt, weshalb eine nachträgliche Veränderung der Flüssigkeiten durch dieselben immerhin möglich ist. Von einer Besprechung der Sterilisation durch heftiges Schütteln können wir füglich absehen, da dieses Verfahren keine Bedeutung für die Praxis besitzt. Anders ist es mit der Sterilisation durch ultraviolettes Licht. das immerhin eine Rolle in der Praxis zu spielen berufen erscheint. Vor- läufig sind es wohl die großen Kosten, die einer weiteren Ausnutzung des Verfahrens hinderlich im Wege stehen. Im übrigen ist es recht einfach, da ja nur eine Bestrahlung mit den kurzwelligen Strahlen vorgenommen wird. Es eignet sich vornehmlich zur Keimfreimachung von Wasser im großen. Weniger brauchbar ist es für die Sterilisation von Nährsubstraten, da infolge der großen chemischen Wirkung der ultravioletten Strahlen auch andere unerwünschte Umsetzungen in denselben hervorgerufen werden können. Wir können auch durch Filtration sterilisieren. Hier findet aller- dings keine Vernichtung der Mikroorganismen im betreffenden Substrat statt, sondern nur eine vollkommene Ausschaltung derselben. Wir haben nur nötig, Filter mit so engen Poren zu verwenden, daß selbst die kleinsten Mikroorganismen nicht mehr hindurchgehen. Solche Filter werden aus Porzellan, Kieselgur oder Asbest hergerstellt. Für Luft und Gase über- haupt genügt Watte in mehreren Lagen. Für Laboratoriumszwecke kommen in erster Linie die sog. Chamberlandschen Kerzen aus Porzellan und die Berkefeld-Filter aus Kieselgur in Betracht. Um einen raschen Durch- tritt der Flüssigkeit zu erhalten, arbeitet man immer unter Druck, indem man entweder die Flüssigkeit durch Pumpen hindurchdrückt oder aber die Kerze in einem luftverdünnten Raum anbringt, so daß infolge des negativen Druckes die zu filtrierende Lösung hindurchgesaugt wird. Letztere Anordnung ist wohl die einfachste und billigste, weshalb sie fast immer benutzt wird. Außerdem läßt sie sich sehr leicht reinigen. In Figur 64 ist eine solche Zusammenstellung im Schnitt wiedergegeben. Selbstverständlich muß das Filtrat in ein vorher innen sterilisiertes Gefäß aufgefangen werden. Auch alle Verbindungsrohre müssen innen ebenfalls keimfrei sein. Dort, wo die Saugpumpenleitung angelegt ist. befindet sich ein man schließen Zur Pumpe der Lüftungsöfinungen 1 56 steriles Wattefilter, welches ein nachheriges Eindringen von Luftkeimen bei der Entnahme und Aufbewahrung des Filtrates verhindert. Vor dem Gebrauch sterilisiert man die Auf fangf lasche samt dem daran montierten Porzellan- und Wattefilter im strömenden Dampf, da die Verwendung der trockenen Hitze wegen der Kautschukverbindungen unstatthaft ist. Bei dieser Sterilisationsmethode ist immer zu bedenken, daß die Porzellan- filter und auch die Berkefeld-Filter außer den Bakterien noch andere in Scheinlösung befindliche Stoffe zurückhalten können, was gewiß nicht erwünscht ist. Außerdem enthalten die Filtrate die meisten in die Flüssigkeit übergegangenen Enzyme der Mikroben, weshalb man die keim- freie Filtration besonders zur Gewinnung steriler Enzymlösungen benutzt. Wie schon oben angedeutet, werden Gase, also auch Luft am besten mit Wattefilter entkeimt. Im Laboratorium schützen wir alle in Flaschen aufbewahrten, sterilen Substanzen durch eingesetzte Wattever- schlüsse, die mit dem Inhalt mitsterilisiert werden. Im großen verhütet Infektionen von Gärkellern durch Luftkeime ebenfalls durch Ver- mit mehreren Wattelagen. Überhaupt ist die Verhütung der unbeabsichtigten In- fektion eines sterilen Substrates eine Hauptaufgabe des Mykologen, die er mit Watte klaglos zu lösen imstande ist. Allerdings haben die Watte versch lüsse bei der Aufbewahrung von sterilen Flüssig- keiten den großen Nachteil, daß eine erhebliche Verdunstung eintritt, wodurch sehr beträcht- liche Konzentrationsänderungen herbeigeführt werden. In vielen Fällen hilft hier eine über den Wattepfropf gesteckte Staniolkapsel. Unter ihr keimen aber oft auf die Watte gefallene Schimmelsporen, da dieselbe wegen des Staniolverschlusses von Innen her durchfeuchtet wird. Die Hyphen der Schimmelpilze durchwachsen sehr leicht den Watteverschluß, bilden, unten angelangt, Sporen, die in die sterile Flüssigkeit fallen; auf diese Weise infizierte Nährsubstrate verderben natürlich in kürzester Zeit. Aus dem Grund war man bemüht, andere keimdichte Verschlüsse zu erfinden. Sehr gut bewährt sich der Gummikappenverschluß nach Stutzer, der in Fig. 65 1 ) abgebildet ist. Links sehen wir die Kautschuk- kappe mit dem oben befindlichen Schlitzventil r vor der Sterilisation, rechts dieselbe in eingedrücktem Zustande nach dem Dämpfen, wobei der Schlitz infolge des äußeren Luftdruckes beim Auskühlen des Inhaltes vollständig geschlossen wird. Ausgezeichnet eignen sich für die Vorratsherstellung von Nähr- substraten im Laboratorium auch die Wekschen Konservenflaschen, bei denen auf den eben geschliffenen Flaschenrand ein breiter Kautschuk- 1) Diese Abbildung ist dem Handbuche der technischen Mykologie von Lafar, Bd. I, entnommen. — 157 — ring kommt, auf den wieder ein breitgeränderter Glasstopfen aufgelegt wird. Wir sehen im Schnitt die Anordnung in Fig. 66 abgebildet. Beim Sterilisieren entwickelt sich über der Flüssigkeit im Innern der Flasche Wasserdampf, der die Luft verdrängt. Bei Abkühlen konden- siert sich derselbe, wodurch ein luftverdünnter Raum in der Flasche ent- steht. Durch den Atmosphärendruck wird dann der Glasstopfen D auf den Ring G und dieser auf den Rand des Flaschenhalses F gepreßt, wodurch ein vollstängig dichter Verschluß entsteht. Für die Praxis von größter Bedeutung ist auch die Sterilisation durch chemische Mittel oder Gifte, die man kurzweg auch bezeichnen kann als chemische Desinfektion. Dazu dienen eine große Anzahl organischer und anorganischer Stoffe. die man zusammenfassend Antiseptika benennt. Von einem An- tiseptikum verlangen wir. daß es in möglichst kurzer Zeit und in großen Verdünnungen auch die widerstandsfähigsten Sporen tötet und dabei keine Nebenwirkungen besitzt, die dessen Ge- brauch im täglichen Leben gefährlich machen. Es soll also für die Kleinlebewesen außerordentlich giftig sein, für den höheren \$MJ 1 \ Fig. 65. Gummikappenverschluß nach A. Stutzer. Katfirl. Größe. Fix. 66. Organismus aber möglichst unschädlich. Diese Forderung ist nicht er- füllbar, denn jedes auf Bakterien wirkende Gift äußert seine Wirkung auch auf die Zelle des Metazoons. Allerdings sind die Wirkungen nicht gleich groß; Der relative Giftwert, das ist das Verhältnis der kleinsten für ein Tier von einem gewissen Körpergewicht noch tödlichen Dosis Gift und derjenigen Menge Gift, die in einer ebenso schweren Kultur von Bakterien dieselben eben vernichtet, fällt wohl bei den meisten Desinfektionsmitteln zu Ungunsten der höheren Organismen aus, da sie dafür viel empfindlicher sind als die Bakterien. So wirken nach Behring Quecksilbersalze in einer Menge von 1 Teil auf 60000 Teile Tierkörper tödlich, während sie erst in einer Konzentration 1:10000 Teile Blutserum die darin befindlichen Anthraxbakterien am Wachstum hindern. Es gilt der Satz vollauf, daß es ein für das Tier unschädliches Antiseptikum nicht gibt. Zur Beurteilung eines Desinfektionsmittel ist es notwendig, zu wissen : — 158 — 1. Welche Konzentration desselben in einem bestimmten Nährmittel genügt, beim Temperaturoptimum eine Bakterienart am Wachstum und in der Vermehrung zu hindern. Diese Größe gibt uns den Hemmungs- wert desselben. 2. Welches ist die kürzeste Zeit, in welcher bei niederer, noch praktisch gut verwertbarer Konzentration eine Vernichtung sporenfreier Bakterien bei Zimmertemperatur in Wasser erfolgt. Wir erhalten so den kleinen Giftwert, 3. Die kürzeste Zeit, nach der bei einer brauchbar niedrigen Kon- zentration auch die Sporen einer Bakterienart bei Zimmertemperatur abgetöt werden. Es gibt dies den großen Giftwert. Diese Werte sind aber nur relative Größen, da sie wachsen und fallen nach der verwendeten Bakterienart, ihrem Alter, ihren Züchtungs- bedingungen und der Menge der eingebrachten Zellen. Darüber müssen ebenfalls Angaben vorliegen, wenn brauchbare Ergebnisse erreicht und Desinfektionsmittel untereinander verglichen werden sollen. Wir können nun die Desinfektionsmittel in mineralische und or- ganische gruppieren. Ausgenommen die Bakterienantitoxine, die im Tierkörper produziert werden, und spezifisch außerordentlich giftig auf Bakterien einwirken, sind die mineralischen Desinfektionsmittel die wirksameren. Einige von ihnen seien hier aufgeführt. Alle starken Säuren und Alkalien in höheren Konzentrationen wirken sehr heftig, doch stehen ihrer Verwendung die unangenehmen Nebenwirkungen im Wege. In Frage kommt eigentlich nur die schweflige Säure (S0 2 ) in freiem und gebundenem Zustande. Uralt ist der Brauch des Einschwefeins von Fässern und Bottichen, die bei der Wein- und Bierbereitung verwendet werden. Hier wird Schwefel in dem Gefäß zu Schwefeldioxyd verbrannt. Im Brauereigewerbe schwefelt man auch den Hopfen und sogar das Malz, um Bakterien auszuschalten, die gegen schweflige Säure viel empfindlicher sind als die Hefen. Weiter dient doppelt schwefligsaures Kalzium [Ca(HSO,)., ] in wässeriger Lösung mit einem Gehalte von ca. 10 g Schwefeldioxyd im Liter häufig als brauchbares Desinfiziens für Gär- bottiche und dergleichen. Auch das schwefligsaure Natron findet in der Konservierungspraxis für Fleisch Anwendung, sofern eine solche ge- setzlich nicht verboten ist. Kohlensäure ist ein sehr minderwertiges Desinfektionsmittel, wenn auch seine das Bakterienwachstum hemmende Eigenschaft besonders unter hohem Druck nicht geleugnet werden kann. Kohlendioxyd kann also höchstens für Konservierungszwecke Anwendung finden, nicht aber zur Sterilisation. Wohl die kräftigsten Desinfektionsmittel anorganischer Natur sind Quecksilber- und Silbersalze. Auch die anderen Edelmetalle würden ausgezeichnete Antiseptika abgeben, wenn ihr hoher Preis nicht ein Hindernis wäre. Deshalb kommen sie für die Praxis nicht in Betracht. Von den Quecksilberverbindungen besitzt das Quecksilberchlorid ( Sublimat; die größte Desinfektionskraft. Es wird in wässerigen Lösungen von 1 HgCl 2 zu 100Ü dest. Wasser verwendet. In der Gährungsindustrie kann es wegen seiner großen Giftigkeit nicht gebraucht werden, wohl aber im Laboratorium und bei der Konservierung von Holz für Telegraphen- stangen, Eisenbahnschwellen u. degl. , das damit imprägniert wird. Zur Desinfektion von Bakterienkulturen in' eiweißhaltigen Flüssigkeiten — 159 muß es in größerer Konzentration angewendet werden, da es mit Eiweiß- körpern unlösliche Verbindungen eingeht und dadurch der Lösung ent- zogen wird. Kupfersalze finden besonders bei der Sterilisation des Holzes und von Wänden Verwendung. Häufig werden Mischungen mit organischen Desinfektionsmitteln vorgenommen oder Kupferverbindungen mit organischen Säuren hergestellt. Das Mikrosol ist ein solches kupferhaltiges Anti- septikum, das auch etwas Flußsäure enthält. Es besteht demnach aus Kupfersulfat, phenolschwefelsaurem Kupfer und etwas Flußsäure. Man gebraucht es zu desinfizierenden Wandanstrichen in 4%iger Lösung. Wichtiger in der Mykologie ist die Fluorwasserstoffsäure und besonders ihre Salze als Desinfektionsmittel, da gegen sie die Hefen weniger empfindlich sind als die Schizomyzeten und damit eine Unter- drückung letzterer ohne Schädigung der ersteren möglich wird. Von flußsäurehaltigen Desinfektionsmitteln sind vor allen zu nennen das Fluorammonium, das schon oben genannte Mikrosol und Montanin. Letzteres ist ein Nebenerzeugnis der Tonindustrie. Sein wirksamer Be- standteil ist Kieselfluorwasserstoffsäure. Man verwendet im allgemeinen eine 2— 4% ige Lösung durch 2—10 Stunden hindurch zur Sterilisation von Holzgeräten, Kautschuckschläuchen u. degl. Zur Desinfektion von Metallen nimmt man dieselbe Konzentration, aber läßt kürzere Zeit ein- wirken. Auch Lacke werden von dem Montanin nicht angegriffen. In bezug auf die Desinfektionskraft können die Flußsäurepräparate in folgender Reihe, von links nach rechts steigend, nach Will aufgestellt werden: Mikrosol — Montanin — Fluorammonium — Flußsäure. Chlor und Brom werden in Gasform kaum zu Desinfektions- zwecken benutzt, wohl aber als Chlorkalk und Bromlösungen in Bromkalium. Besonders letztere Methode soll sich zur Wassersterili- sation gut eignen, nachdem schon durch 0,06 g Br im Liter Wasser in fünf Minuten völlige Sterilität in demselben hervorgerufen wird. In der Brauerei benutzt man zum Reinigen und Desinfizieren besonders der Rohr- leitungen das sog. Antiformin in einer Konzentration von 1:20. Das- selbe besteht aus Natriumhydroxyd und Natriumhypochlorid. Eine gewisse Bedeutung als Desinfektionsmittel besitzt auch die Soda (kohlensaures Natron) in einer 2— 5% igen Lösung. Gewöhnlich verwendet man die Sodalösungen heiß, zugleich als gutes Reinigungsmittel. Die desinfizierende Wirkung ist auf die stark alkalischen Eigenschaften zurückzuführen. Dieselbe Ursache hat die desinfizierende Wirkung von frisch her- gestellter Kalkmilch, die als Anstrich zur Entkeimung von Wänden stark verwendet wird. Ein hervorragend gutes Desinfektionsmittel ist das Wasserstoff- peroxyd (H,0,), das durch abgegebenen aktiven Sauerstoff wirkt, wodurch es während der Wirkung allmählich in Wasser übergeht. So kann es wohl neben dem Ozon als das für höhere Organismen unschädlichste Anti- septikum bezeichnet werden. Es sterilisiert Trinkwasser in 24 Stunden bei einer Menge von etwa 0.1 g im Liter vollständig, ohne ihm einen Beigeschmack zu verleihen. Allerdings darf dann nur die reinste Marke Wasserstoffperoxyd. z. P». Perhydiol Merk, verwendet werden, was aber die Kosten sehr erhöht. — 160 — Dem Ozon (0 3 ) scheint keine besonders große desinfizierende Kraft im allgemeinen inne zu wohnen. Immerhin tötet es aber pathogene Mikro- organismen ziemlich rasch ab. Wenn es auch im großen angewendet werden könnte, so sind doch die Kosten ziemlich groß, da es ja vor- nehmlich zur Trinkwassersterilisation berufen erscheint, wo natürlich große Wassermengen damit behandelt werden müssen. Nachdem wir nun kurz die allerwichtigsten, mineralischen Antiseptika erwähnt haben, wenden wir uns dem Heer der organischen Desinfektions- mittel zu. Die durch Bakterien selbst erzeugten organischen Säuren, wie Milchsäure u. a. sind größtenteils gute Desinfektionsmittel für andere Bakterien. Die Konservierung von gewissen Nahrungsmitteln, wie saure Gurken usw., beruht ja gerade auf der Bildung von Milchsäure. Ein ver- hältnismäßig stark wirkendes Antiseptikum ist die Zitronensäure. Alle Alkohole der Fettreihe sind besonders für jene Mikroorganismen wachstumshindernd und tötend, die dieselben nicht selbst erzeugen oder sie weiter als Kohlenstoffquellen benutzen. In stärkeren Konzentrationen sterilisieren sie alle Mikroben. Von besonderer Bedeutung ist der Äthyl- alkohol in wässeriger Lösung von 50—60 Proz. Gehalt. In konzentrierter Lösung nimmt die Desinfektionskraft ab und erlischt, bei Wasserfreiheit desselben. Ein in vielen Fällen brauchbares Antiseptikum von allerdings schwächerer Wirkung ist Äthyläther, der in 10—15 Proz. einer Flüssigkeit zugesetzt, nach einiger Zeit sie vollständig steril macht und nachher unter der Luftpumpe wieder entfernt werden kann. Diese Art der Sterilisation kann mit Vorteil für Eiweißsubstanzen verwendet werden, da dabei diese empfindlichen Stoffe ungeronnen und vollständig erhalten bleiben. Azeton, Chloroform, Benzol und Toluol kann man in gleicher Weise zur Desinfektion gebrauchen. Von großer Desinfektionskraft ist der Formaldehyd in wässeriger Lösung. Er kommt unter dem Namen Formalin in 40%iger wässeriger Lösung in den Handel. Man gebraucht ihn in Lösungen von 1 : 1000 bis 1:500 zur Sterilisation, während Verdünnungen von 1:20000 bereits entwicklungshemmend wirken. Die weiteste Verbreitung haben neben dem Formaldehyd die Kresole und das Phenol gefunden, deren keimtötende Eigenschaften gerade nicht sehr groß sind. Die Karbolsäure verwendet man in 3 — 5%igen wässerigen Lösungen. Gewöhnlich werden nicht die reinen Präparate ver- wendet, sondern Zusammenstellungen mit Zusätzen, die die Desinfektions- kraft erhöhen und die Löslichkeit in Wasser fördern. In der folgenden Tabelle sind einige wenige derselben kurz charakterisiert: ( Kresole Kre solin: 1 / i \ Kresolverbindungen - - 3 /4 Harzseife l Kohlenwasserstoffe f viel Phenole und Lysol: Teeröle { wenig -|- Seife l Kohlenwasserstoffe J wenig Phenole und Kreolin: Teeröle ! Kresole, viel -|- Seife ( Kohlenwasserstoffe Antinonin: Orthodinitrokresolkalium -+- Seife -- Glyzerin. — 161 — In diesen angeführten Beispielen sind nur die wichtigsten Bestand- teile angegeben. Das wirksame Agens sind immer die Kresole und Phenole bzw. deren Salze, während die Seifen usw. kaum nennenswert desinfizieren, sondern vielmehr das Eindringen der wirksamen Substanzen erleichtern. Wollte man alle organischen Antiseptika und Kombinationen organischer Verbindungen mit Metallen usw. auch nur aufzählen, so würde dies eine riesige Liste geben. Es vergeht fast kein Tag, an dem nicht neue Desinfektionsmittel auftauchen. Wir haben uns noch kurz mit der kombinierten oder gemischten Sterilisation zu befassen. Gewöhnlich vereinigt man Temperatur- wirkungen mit chemischen. Mit Zunahme der Temperatur wirkt jedes Antiseptikum energischer, weshalb man zur Erreichung des gleichen Endzweckes mit zunehmender Erwärmung die Konzentration herabmindern kann, was in vielen Fällen offenbare Vorteile hat. Eine solche Sterilisation führt man auch bei der Haltbarmachung von vergorenen Getränken durch, die man durchaus nicht bei 100° zu dämpfen braucht, weil schon eine Temperaturein Wirkung von 50—60° bei dem gleichzeitig wirkenden Alkohol eine völlige Sterilisation bedingt. In der Praxis bezeichnet man diese Konservierung bei niedriger Temperatur als Pasteurisieren, wie wir schon hörten. Die alkoholfreien unvergorenen Fruchtsäfte und Weine erfordern eine etwas höhere Erwärmung, etwa auf 65 — 70°, da hier der die Sterilisation fördernde Alkohol fehlt. Aber auch die reichlich vor- handenen organischen Säuren wirken in diesem Falle förderlich. Die Sterilisation mit Wasser-Alkoholdämpfen und Wassser- Formaldehyddämpfen gehört ebenfalls hieher, da trockene, reine Alkohol- oder Formaldehyddämpfe praktisch unwirksam sind. Literatur zur Vorlesung XIII. Fischer, A., Vorlesungen über Bakterien. Jena 1903, Miehe, H., Die Selbsterhitzung des Heus. Jena 1907. Henneberg, W.. Gärungsbakteriologisches Praktikum. Berlin 1909. Behrens. J., Wirkung äußerer Einflüsse auf die Gärungsorganismen und gegenseitige Beeinflussung dieser selbst. Lafar's Handb. d. techn. Mykologie, Bd. 1, S. 438 ff. Blau, O, Über die Temperaturmaxima der Sporenkeimung und der Sporenbildung, so- wie ili'' supramaximalen Tötungszeiten der Sporen der Bakterien, auch derjenigen mit hohen Temperaturminima. Zentralbl. f. Bakt, II. Abt.. Bd. 15, S. 97. 1905. Molisch, II, Die Purpurbakterien. Jena 19n7. Kruse, \\ .. Allgemeine Mikrobiologie, S. 144 ff. Leipzig 1910. Tassily et Cambier, Action abiotique des rayons ult»aviolets d*origine chimique, l'ompt. rend. hebd. de seanc, de l'acad. de science, T. 151, 1910. Reitz, A.. Untersuchungen mit photodynamischen Stoffen (photobiologischen Sensibili- Batoren). Zentralbl. f. Bakt.. I. Abt., Orig., Bd. 45, S. 270, 1908. Höber, I!., Physikalische Chemie der Zelle und der Gewebe. Leipzig 1906. Benecke, W., Giftwirkungen. Lafar's Handb. d. techn. Mykologie, Bd. 1, S. 482. ber Sterilisation: Burri, R., Das Sterilisieren. Lafar's Handb. d. techn. Mykologie, Bd. 1, S. 514. Fuhrmann, F., Die wichtigsten Methoden beim Arbeiten mit Pilzen und Bakterien. Abderhaldens Handb. d. biochem. Arbeitsmethoden, Bd. 3, S. 1204, 1910. Lindner u. Wichmann, Betriebskontrolle. Lafar's Handb d. techn. Mykologie, Bd. 5, S. 178. Fuhrmann, Mytoloeie. 11 VIERZEHNTE VORLESUNG. Fäulnis und Verwesung. Harnstoffzersetzung, Nitrifikation, Denitrifikation. Die Kenntnis der Fäulnis und Verwesung ist für den technischen Mykologen von großer Bedeutung, da diese Vorgänge einerseits mächtig in den Umsatz des Stickstoffes in der Natur eingreifen, andererseits aber stark an zahlreichen, technisch wichtigen Vorgängen beteiligt sind, wie beispielsweise in der Gerberei, Käserei, Molkerei und außerdem in vielen Fällen gefürchtet werden, wie bei der Konservenherstellung. Wir wollen unter Fäulnis eine tiefgehende Zersetzung von Eiweiß- stoffen unter Ausschluß des Luftsauerstoffes verstehen, und unter Verwesung jene sehr tiefen Zerlegungen der Proteine zusammenfassen, die vornehmlich unter Zutritt des Sauerstoffes zustande kommen. Beide Vorgänge sind in der Natur kaum streng zu trennen. In erster Linie gehen sie auf Mikroorganismen zurück. Wir befassen uns zunächst mit der durch Reinkulturen erzeugten Fäulnis. Unserer an die Spitze gestellten Definition entsprechend wird die- selbe vornehmlich durch anaerobe Bakterien hervorgebracht, also Mikro- organismen, die nur unter völligem Ausschluß des Luftsauerstoffes oder doch unter sehr vermindertem Drucke desselben zu leben vermögen. Es wurde eine Anzahl solcher als Fäulnisbakterien bekannt und ihre Ein- wirkung auf Proteine studiert. Der Abbau des Eiweißmoleküles erfolgt bei der Fäulnis tief, aber die Zersetzung ist keine vollständige. Durch die meisten anaeroben Fäulnisbakterien wurden die Proteine ohne Bildung von Indol, Skatol und Phenol zersetzt. Allerdings gibt es auch hier Ausnahmen, wie beispielsweise den Bacillus saprogenes carnis, der diese aus dem Tryptophan und Tyrosin hervorgehenden Produkte liefert. Übrigens sind die bei der Fäulnis durch Reinkulturen hervorgegangenen Endprodukte etwas verschieden nach dem angewendeten Ausgangsmaterial und der Bakterienart. So hat sich für einen typischen Vertreter anaerober Fäulnisbakterien, den Bacillus putrificus Bienstock für die Fäulnis des Fibrins das Resultat ergeben, daß nach etwa 14 Tagen eine komplette Verflüssigung desselben unter Bildung von sehr stinkenden flüchtigen Produkten und Gasen eintrat. Die faulende Masse enthielt Peptone, also komplexe — 163 — Polypeptide, Leuzin und Tyrosin und Buttersäure, Valeriansäure, Paroxyphenylpropionsäure, Skatolkarbonsäure, große Mengen von Schwefelwasserstoff, Ammoniak und Aminbasen. Bei der Fäulnis entsteht dann noch reichlich Kohlendioxyd, meist Wasserstoff und mit- unter auch Methan. Die flüchtigen Fettsäuren können gerade hier sehr verschiedener Natur sein. Wir sehen aus alledem, daß der Vorgang der Fäulnis an sich sehr komplizierter Natur ist und daß dabei außer hydro- lytischen Spaltungen sicher auch Oxydationen und Reduktionen beteiligt sind, die teils auf die lebende Zelle zurückgehen, teils aber auch gewiß als Enzymwirkungen aufzufassen sind. Einen viel besseren Einblick geben uns die mit dem Bacillus proteus. einer allerdings nicht streng anaeroben Bakterienart, die also mit und ohne Luftsauerstoff gedeiht, neuerdings angestellten Fäulnis- versuche von Berghaus und Nawiasky. Aus diesen geht hervor, daß von dieser Bakterienart in erster Linie komplexe Polypeptide abgebaut werden, wobei über Aminosäure hinüber sehr viel Ammoniak gebildet wird. Noch interessanter sind die Untersuchungen Nawiaskys über die Zersetzung von Asparagin und Aminosäuren durch die Zellen des Bacillus proteus, da aus ihnen der tiefe Abbau dieser Verbindungen hervorgeht und die Tatsache, daß derselbe durch Enzyme bewerk- stelligt wird. Das Asparagin zerfällt dabei durch Hydrolyse, also unter Aufnahme von Wasser in asparaginsaures Ammoniak, das einer weiteren Reduktion und teilweisen Oxydation anheimfällt, wozu der Wasserstoff und Sauerstoff des Wassers aller Wahrscheinlichkeit nach verwendet wird. Wir erhalten somit: ( durch Reduktion: Bernsteinsäure Aus Asparaginsäure { - Ammoniak -- Essigsäure. [ durch Oxydation : Kohlensäure. Es entsteht aus der | durch Reduktion: Essigsäure. Bernsteinsäure | durch Oxydation: Kohlensäure. Die Essigsäure kann ebenfalls durch den vom verbrauchten Wasserstoff aus dem Wasser noch restierenden Sauerstoff bis zu Kohlen- säure oxydiert werden. Es ergeben sich somit als Hauptprodukte der Fäulnis des Asparagins durch Bacillus proteus vornehmlich Ammoniak und Kohlensäure und in geringerer Menge Bernsteinsäure und Essig- säure neben anderen Nebenprodukten flüchtiger und nichtflüchtiger Natur. Von einigen geprüften Aminosäuren seien die Ergebnisse der Zersetzung durch den Bacillus proteus kurz in folgender Zusammen- stellung in qualitativer Beziehung wiedergegeben : Aminopropionsäure (Alanin): nachgewiesen nur Essigsäure, Am- moniak. Phenylalanin: Ammoniak, Benzoesäure, Phenylessigsäure, Phenyl- propionsäure, Phenyläthylamin, Benzaldehyd. Aminovaleriansäiue : Buttersäure, Essigsäure, Isobutylalkohol. Glutaminsäure: Ammoniak, Bernsteinsäure, Essigsäure. PyrroUdinkarbonsäure: Ammoniak, Aminovaleriansäure. Wir sehen, daß meist in erheblichen Mengen Ammoniak neben flüchtigen und nicht flüchtigen Säuren bei der Proteusfäulnis von Amino- säuren resultiert. 11* — 164 - Auch die durch die sauerstoffliebenden Mikroben hervor- gerufene Fäulnis führt zu ähnlichen einfacheren Endprodukten, wenn auch die Zersetzung tiefer geht und darin die einfachsten Zersetzungsprodukte, Ammoniak, Kohlensäure und Wasser dominieren. Dabei finden wir übrigens auch eine Entbindung elementaren Stickstoffes, die aller- dings nur dann erheblichere Dimensionen annimmt, wenn im Fäulnis- gemisch Salpeterstickstoff zugegen ist. Beispiele aerober Fäulnisbakterien sind die weit und breit in Wasser vorkommenden, fluoreszierenden Pseudomonasarten, die Gelatine in Pepton und Ammoniak, Methylamin, Trimethylamin, Cholin und Betain zersetsen. Auch die Vertreter der Heubazillengruppe, von denen einige bei der Reifung des Käses hervorragend beteiligt sind, gehören ebenfalls zu den Fäulnisbakterien, obgleich sie keine besonders tiefe Zerlegung des Kaseins oder überhaupt der Proteine herbeiführen. Gewöhnlich werden reichlich Peptone und Ammoniak, dann weniger aus- giebig Valeriansäure und Buttersäure daneben erzeugt. Speziell der Bacillus subtilis spaltet und zersetzt das Kasein in Pepton. Leuzin, Tyrosin, Tryptophan, aromatische Oxysäuren, Ammoniak und Fettsäuren. Sehr energisch wirken die Kartoffelbazillen, von denen einige für das Fadenziehen des Brotes in Betracht kommen, indem sie Proteine bei längerer Einwirkungsdauer sehr tief zersetzen. Man findet in diesem Falle neben geringen Mengen erhaltener Polypeptide hauptsächlich Kohlendioxyd, Ammoniak, Indol, Skatol, Kresol, Phenol, Skatol- karbonsäure, Merkaptan, Aminbasen, Buttersäure, Phenylessig- säure, Phenylpropionsäure, aromatische Oxysäuren und Schwefel-' Wasserstoff, also Produkte einer echten, stinkenden Fäulnis. Die Bildung von Indol ist bei den aeroben Fäulnisbakterien über- haupt weit verbreitet. Für die bei der Fäulnis auftretenden basischen Verbindungen, die ihrer chemischen Beschaffenheit nach verschiedenen Körpergruppen angehören, gebraucht man ganz allgemein den Namen Ptomaine. Einige derselben sind außerordentlich giftig. Ptomaine entstehen übrigens im normalen Stoffwechsel aller Organismen ständig. Bei der Fäulnis treten je nach dem Fäulniserreger die einen oder anderen besonders in den Vordergrund. In dieser Hinsicht verhalten sich die einzelnen Fäulnis- bakterien sehr verschieden. Für die Ptomaine kommen gewisse Mutter- substanzen besonders in Frage. Aus dem in den tierischen und pflanzlichen Organismen reichlich vertretenen Lezithin entsteht bei der Fäulnis neben Fettsäuren und Glyzerinphosphorsäure das Cholin, eine Base, die schon oben bei der Fäulnis durch fluoreszierende Wasserbakterien Erwähnung fand. Es ist wenig giftig. Die Oxydation des Cholins liefert zwei weitere basische Stoffe, das Betain und Muskarin, welche beide ebenfalls unter den Fäulnisprodukten gefunden worden sind. Sehr häufig beobachtet man bei der Fäulnis auch das Neurin. welches sehr giftig ist und durch Abspaltung von einem Molekül Wasser aus dem Cholin entsteht. Die ebenfalls zu den Ptomainen rechenbaren Basen der aroma- tischen Reihe haben wir teilweise bei der Zersetzung der Aminosäuren kennen gelernt. Sie gehen vornehmlich aus dem Tyrosin hervor, vielleicht aber auch aus Diaminosäuren und Diaminen. — 165 Wir haben dann unter den Ptomainen noch zu erwähnen Basen der aliphatischen Reihe, die zum größten Teil bereits bei Be- sprechung der aeroben Fäulnis genannt worden sind, wie Dimethylamin, Trimethylamin. dann Methylamin, die aber nicht giftig sind. Daneben finden sich aber auch Diamine, so besonders Äthylendiamin, Putreszin, Cadaver in, Neuridin und Saprin. Auch ihnen kommt keine besondere Giftigkeit zu, da sie nur in großen Dosen toxische Er- scheinungen hervorrufen. Als besonders giftiges Ptomain der aliphatischen Reihe sei noch das in Cholerakulturen auftretende sehr giftige Methyl - guanidin hier genannt. In der freien Natur haben wir immer eine gemischte Fäulnis vor uns, die durch eine Reihe von nebeneinander und hintereinander tätigen Mikroben ausgelöst wird. Außerdem kann zur echten Fäulnis noch die Verwesung hinzutreten, wenn die Luft mehr oder minder großen Zutritt besitzt. Die Zersetzung der Eiweißkörper ist dabei eine sehr tief- gehende, und wir finden immer die meisten der oben genannten Fäulnis- produkte. Wenn wir kurz die Körper, die die Fäulnis in der Natur liefert, aufzählen, so erhalten wir : Sämtliche Fettsäuren, mit 1 — 6 Kohlenstoffatomen (Kapronsäure); Oxalsäure, Milchsäure und Bernsteinsäure; Aromatische Säuren; Alkohole und Kohlenwasserstoffe; Schwefelsäure. Schwefelwasserstoff, Methylmerkaptan; Phosphorsäure; Kohlensäure, Stickstoff, gelegentlich Wasserstoff und Methan. Ammoniak; Wasser. Allerdings ist auch die Aufspaltung in die letzten einfachsten Verbin- bindungen, wie Kohlensäure, Wasser, Ammoniak, Schwefelwasserstoff und Phosphorsäure, auch keine vollständige. Als Restprodukte bleibt eine kompliziert gebaute Substanz übrig, die man als Humus bezeichnet und die keineswegs einheitlicher Natur ist. Der eventuelle Unterschied zwischen Fäulnis und Verwesung in bezug auf die entstandenen Endprodukte dürfte wohl darin liegen, daß bei letzterer eine Reihe intermediärer Oxydationen von Zwischenprodukten auf Kosten des Luftsauerstoffes erfolgt, worauf besonders das Auftreten von Oxalsäure, Schwefelsäure und Salpetersäure deutet. Meist findet dann auch eine erheblichere Entbindung von elementarem Stickstoff aus letzterer statt. Wenn wir auf das Mengenverhältnis der Zwischen- und Endprodukte bei der Fäulnis und Verwesung Rücksicht nehmen, so kommen wir zu der Tatsache, daß bei ersterer die Fettsäuren und Basen als Zwischenprodukte überwiegen, während bei der Verwesung die einfachen Endprodukte vorherrschen. Die größere Bedeutung für den Abbau der Eiweißstoffe in der Natur kommt demnach auch der Ver- wesung zu. Wir haben natürlich nur jene Zersetzungsvorgänge des tierischen und pflanzlichen Eiweißes bei der Fäulnis und Verwesung im Auge ge- habt, die durch Bakterien hervorgerufen werden. In der Natur selbst sind niedere und höhere Tiere und besonders Schimmelpilze und andere Organismen noch insofern an solchen Zersetzungsprozessen beteiligt, als sie ebenfalls Eiweißstoffe der Zersetzung zuführen, sie selbst teilweise durch- 166 — führen und dabei neben Endprodukten Stoffe liefern, die wieder von den Bakterien zur Geniige abgebaut werden. Wir haben gesellen, daß durch die Fäulnis und Verwesung der Bakterien große Mengen von Ammoniak gebildet werden. Aber auch durch die durch Pilze unterhaltene Zersetzung von anderen stickstoffhaltigen Verbindungen entstehen große Mengen von Ammonstickstoff. An erster Stelle ist hier die Gärung des Harnstoffes zu nennen, die man auch als ammoniakalische Harngärung bezeichnet. Dieselbe wird durch eine große Anzahl der verschiedensten Bakterien mehr oder minder kräftig durchgeführt. Die besonders kräftig wirkenden bezeichnet man allgemein auch kurzweg als Harnstoffbakterien. Mit Miquel kann man dieselben entsprechend ihrer äußeren Form als Urococcus oder Urosarcina, wenn sie Kugelbakterien sind, und als Urobacillus, wenn sie Stäbchenform aufweisen, bezeichnen. Sie alle entwickeln sich am besten bei einer etwas unter 30 ° C liegenden Temperatur, vermehren sich aber auch bei Zimmerwärme sehr gut. Gegen höhere Temperaturen, die nur wenige Grade über dem bei etwa 40° liegenden Temperaturmaximum liegen, sind die echten Harn- stoffbakterien sehr empfindlich. Auch die Sporen einiger Arten sind ver- hältnismäßig gegen Hitze wenig resistent, da sie schon zwischen 80—90° in Wasser innerhalb weniger Minuten vernichtet werden. Den Desinfektionsmitteln gegenüber erweisen sie sich wenig widerstandsfähig, denn Quecksilberchlorid, in einer Menge von 1:40000 bis 1 : 60000 den Nährböden zugesetzt, hemmt sie schon in der Ver- mehrung. Die Harnstoffvergärer brauchen zu ihrem Wachstum einen stark alkalischen Nährboden, der von Haus aus schon etwa 2—3 g kohlen- saures Amnion im Liter enthält, wenn darin kein Harnstoff sich befindet. In Bezug auf die Stickstoffquellen im Nährsubstrat sind die Harnstoff- bakterien im allgemeinen nicht anspruchsvoll, denn sie gedeihen gut in den üblichen peptonhaltigen Nährsubstraten und auch im gewöhnlichen Hefewasser bei einem Zusätze von 2—3 g Harnstoff im Liter. Alle Harn- stoff bakterien sind aerob, gedeihen also unter Luftzutritt, wenn sie sich auch mit sehr geringen Sauerstoff mengen zufriedengeben. Ihre natür- lichen Standorte sind verunreinigte Wasserläufe, Abortausläufe, Dünger, Straßenkot, die Erde, besonders Gartenerde usw. Die Harngärung erfolgt nach der Gleichung: CO(NH 2 ), + 2 H,0 = C0 3 (NH 1 ) 2 Der Vorgang ist demnach eine hydrolytische Spaltung, bei der aus einem Molekül Harnstoff unter Aufnahme von 2 Molekülen Wasser kohlensaures Amnion entsteht. Er wird durch das schon früher genannte Enzym Urease im Gang erhalten. Wie ergiebig die Tätigkeit der Harn- stoffbakterien ist, geht daraus hervor, daß z. B. eines der kräftigsten Harnstoffbakterien, der Urobacillus Pasteurii in Zuchten innerhalb einer Stunde 2—3 g Harnstoff aufzuspalten vermag. Die Urease ist als ein Endoenzym aufzufassen, da es die lebende Zelle kaum verläßt. Es ist übrigens eines der empfindlichsten Enzyme, das wir kennen. Wenn Miquel durch Filtration der Zuchten wirksame zellenfreie Ureaselösungen erhalten hat, während dies anderen Forschern nicht gelang, so hat dies vielleicht seine Ursache in der Arbeitsmethode oder in der Verschiedenheit der verwendeten Bakterienarten. — 167 — Wie schon oben angedeutet, besitzen zahlreiche Fäulnisbakterien, vielleicht in weniger ausgesprochener Weise, die Fähigkeit, Harnstoff in Ammoniumkarbonat zu spalten. Übrigens sind schon eine recht ansehn- liche Zahl von echten Harnstoffzersetzern eingehender untersucht und beschrieben worden, deren Charakterisierung hier füglich wegbleiben kann. Auch die im Harn der Pflanzenfresser in großen Mengen abgegebene Hippursäure unterliegt einer- Zersetzung, deren Endprodukte Ammoniak und Kohlensäure neben Benzoesäure sind; letztere wird oft weiter oxydiert. Die Spaltung soll nun in der Weise verlaufen, daß die Hippur- säure unter Wasseraufuahme zuerst in Benzoesäure und Glykokoll zerfällt. Erst die weiterhin auftretende Glykokolloxydation liefert dann Koblen- dioxyd und Ammoniak. Übrigens ist die Glykokollzersetzung ein noch wenig geklärter Vorgang. Die Erreger der Hippursäurezersetzung sind ebenfalls Bakterien, die meist vergesellschaftet mit den Harnstoffbakterien in der Natur vor- kommen. Übrigens scheint einigen Harnstoffbakterien auch die Fähigkeit zur Auslösung der Hippursäurespaltung zuzukommen. Jedenfalls ist aber letztere eine Eigenschaft für sich, die mit der Harngärung und der gleich zu besprechenden Harnsäuregärung nichts gemeinsam hat. Die Zersetzung der Harnsäure durch weitverbreitete Bakterienarten, die teilweise Fäulniserreger sind oder ihnen sehr nahe stehen, liefert zuerst als Endprodukt vornehmlich Harnstoff, der weiterhin durch die Harnstoff- bakterien verarbeitet wird. Der Prozeß selbst ist sehr komplizierter Natur und scheint nach den einschlägigen Untersuchungen bei den ein- zelnen Bakterienarten verschieden zu verlaufen, wenn die mit Nicht- reinzuchten angesetzten Versuche auch berücksichtigt werden. Drei Möglichkeiten des Abbaues werden angegeben, die etwa folgen- den Gleichungen entsprechen: 1. C 5 H 4 N 4 3 + 8H 2 + 3 =4NH 4 HC0 3 + C0 2 Die Harnsäure wird also oxydiert und hydrolisiert, wobei als Zwischen- produkt Harnstoff und als Endprodukte Ammoniumbikarbonat und Kohlen- dioxyd entstehen. 2. C 5 H 4 N 4 3 +4H 2 = 2 CH 4 N 2 + C 3 H 4 5 In diesem Falle entstehen bei der hydrolitischen Spaltung der Harnsäure Harnstoff und Tartronsäure. Ersterer wird in der Folge durch die Harnstoffbakterien weiter gespalten. 3. C 5 H 4 N 4 3 + 2H 2 + 3 = 2CO(NH 2 ) 2 -f3C0 2 Hier wird die Harnsäure in Harnstoff und Kohlendioxyd ge- spalten, ein Vorgang, der an einer von Ulpiani aus Hühnerfäzes rein- gezüchteten Bakterienart beobachtet worden war. Der so entstandene Harnstoff unterliegt dann der Harngärung. An dieser Stelle ist auch der Zersetzung des Kalkstickstoffes, des Kalziumzyanamids, zu gedenken. Derselbe findet jetzt als Düngemittel in der Landwirtschaft weitere Verwendung und gibt bei seiner Spaltung ebenfalls Harnstoff, der weiterhin der Harngärung verfällt. Aller Wahr- scheinlichkeit nach ist das Zyanamid den Bakterien nicht unmittelbar zu- gänglich. Wohl aber wird es im Boden unter dem Einflüsse der Kohlen- säure in Ammoniumzyanat und dieses in Harnstoff verwandelt. Jetzt setzt die Bakterientätigkeit ein und durch sie entsteht Ammoniumkarbonat. - 168 — Die durch Bakterien und Pilze herbeigeführte Zersetzung des Hornstoffes führt ehen falls zur Bildung von Ammoniak als Endprodukt. Wir haben also gesehen, daß alle Zersetzungen der organischen Stickstoffverbindungen vorwiegend Ammonstickstoff als ein Endprodukt aufweisen. Ein großer Teil des Ammonstickstoffes wird nun durch die Salpeterbakterien zu Salpeterstickstoff oxydiert. Diesen Vorgang be- zeichnen wir als Nitrifikation. Dieselbe ist in der Natur sehr weit verbreitet und liefert sehr bedeutende Mengen von Salpeterstickstoff, der der höheren Pflanze, wie wir es schon beim Kreislauf des Stickstoffes kennen gelernt haben, neben anderen Verbindungen vornehmlich als Stickstoffquelle dient. Wir müssen bei der Besprechung der Nitrifikation die in Rein- kulturen sich abspielenden Vorgänge von denjenigen in der freien Natur herrschenden auseinanderhalten. Für den ganzen Prozeß der Oxydation von Ammonstickstoff zu Salpetersäure kommen zweierlei Arten von Bakterien in Betracht, die in Reinkultur hintereinander arbeiten. Zuerst wird der Ammonstickstoff zu salpetriger Säure oxydiert. Dieser Vorgang wird durch eine bestimmte Bakteriengruppe, die Nitrosobakterien oder Nitritbakterien unter- halten. Die salpetrige Säure wird dann von einer zweiten Bakterien- gruppe, den Nitrobakterien oder Nitratbakterien weiter zu Salpeter- säure oxydiert. Bei beiden Prozessen dürfen aber weder freies Ammoniak noch freie salpetrige Säure und Salpetersäure in erheblicheren Mengen vorhanden sein. Außerdem soll die Nährflüssigkeit eine schwach alkalische Reaktion aufweisen. Beide Arten von Organismen gedeihen am besten und nitrifizieren am kräftigsten bei 37° C. Sie sind gegen Er- hitzen sehr empfindlich, denn im allgemeinen werden die Nitritbildner schon innerhalb von 5 Minuten bei 45° C vernichtet, während die Nitrat- bildner in dieser Zeit erst bei 55° C absterben. Eine Sporenbildung wurde bei ihnen bisher nicht beobachtet. Die natürlichen Standorte und Fundorte der Nitrifikationsbakterien sind das Wasser und vornehmlich die oberen Erdschichten. In bezug auf die Ernährungsansprüche verhalten sich beide Bakterien- gruppen sehr ähnlich. Organische Stickstoffquellen und nicht einmal Amine werden durch sie zersetzt oder assimiliert. Nur der Ammon- stickstoff in bestimmter Bindung dient den Nitritbildnern als Stickstoff- quelle und die gebundene salpetrige Säure den Nitratbildnern. Für die Nitrifikation eignen sich aber keineswegs alle Ammonverbindungen gleich gut. Es werden vielmehr einige besonders vorgezogen, was für schwefel- saures Amnion gilt, das am besten in einer Menge von 2 — 2,5 g im Liter nitrifiziert wird. Fast eben so stark in der gleichen Konzentration wird das Ammoniumborat und Ammoniumfluorid oxydiert und vertragen, während alle übrigen untersuchten Ammonverbindungen nur in geringerer Konzentration dargereicht werden dürfen. Selbstverständlich findet die Oxydation nur bei Anwesenheit einer kohlensauren Base statt. Die in der Nährlösung sich ansammelnden Nitrite hemmen nun die weitere Ammoniak- oxydation, wenn sie in größerer Menge vorhanden sind. Das Gleiche gilt für die von vornherein etwa zugesetzten Nitrite. In dieser Beziehung — 169 — wirken die Alkalinitrite aber anders als die Nitrite der alkalischen Erden, indem erstere stärker hemmen als letztere. Die Nitratbildner werden ebenfalls durch zu große Gaben von Nitrit gehemmt. Es hat sich gezeigt; daß die Nitratation dann am besten ver- läuft, wenn etwa 1 g Natriümnitrit im Liter zugegen ist. Jedenfalls darf aber die Menge nicht über 20 g im Liter steigen. Die Anhäufung von Nitraten ist der weiteren Nitritoxydation weniger hinderlich, da selbst eine Menge von 20 g NaN0 3 im Liter den Vorgang kaum ungünstig beein- flußt. Erst bei 25 g steht der Prozeß still. Auch die Nitrite von Schwermetallen werden in verhältnismäßig großen Mengen oxydiert. wie der Versuch mit Baryum-, Zink-, Blei-, Mangan- und Kupfernitrit lehrt. Dieselben können in Dosen von 0,5 — 1 g im Liter vorhanden sein. Schwefelsaures Eisenoxydul in Mengen von 0,4 pro mille fördert die Nitratation in augenfälliger Weise. Wie wir schon früher hörten (S. 138) enthalten die künstlichen Nährsubstrate zur Reinzucht des Nitritbildners keine organischen Stickstoffverbindungen. Auch der Nitratbildner verträgt in der Kultur nur geringe Spuren gelöster organischer Stickstoff Verbindungen. In beziig auf die Kohlenstoffquelle verhalten sich beide Arten gleich. Sie brauchen keine organischen Kohlenstoffverbindungen, sondern assimilieren Kohlensäure im freien und halbgebundenen Zustand. Zur Entfachung der Entwicklung einer Zucht unserer Bakterien genügen aber schon Spuren von Kohlendioxyd. In der künstlichen Zucht werden die Nitrifikationsmikroben durch alle organischen Kohlenstoffverbindungen im Wachstum mehr oder weniger gehemmt, wenn sich auch die einzelnen Verbindungen in dieser Hinsicht verschieden verhalten. Wir wollen zunächst die bekannteren Nitritbildner kurz charakteri- sieren. Wir können da zwei Typen europäischer Arten unterscheiden. Der westeuropäische Typus ist gegeben in den aus Züricher Erde und den aus der Erde von Gennevilliers in Frankreich gezüchteten Formen, die in jeder Beziehung einander außerordentlich ähnlich sind, so daß ihre Indentität wohl außer Zweifel steht. Winogradsky bezeichnet ihn als Nitrosomonas. In einer passenden Nährflüssigkeit (s. S. 138) entwickeln sich zuerst die Bakterien nur langsam. Man findet ovale und kugelförmige Zellen in dem Bodensatz der klaren Kulturflüssigkeit nur in spärlicher Anzahl und meist zu sehr kleinen Zoogloen vereinigt. In der Figur 67 bei c sind solche Häufchen abgebildet, in denen man gut die einzelnen Zellen unterscheiden kann. Die Zellen allein sind in a wiedergegeben. Nach 7 — lOtägiger Zucht beginnt sich die Kulturflüssigkeit zu trüben, was auf Schwärmerbildung zurückzuführen ist. Die freien Zellen messen im Mittel 0,9 — 1 /< in der Breite und 1,2—1,8 /< in der Länge. Sie tragen eine kürzere Geißel, wie es in b der Figur 67 dargestellt ist. Übrigens tritt manchmal die Neigung der Zellen in den Vordergrund vornehmlich zu schwärmen, manchmal wieder hauptsächlich große Wuchs- verbände mit ruhenden Zellen zu bilden. Bei der Zucht auf festen Nährsubstraten, wie auf der von Wino- gradsky eingeführten Kieselsäuregallerte oder den von Omelianski angegebenen Magnesiagipsplatten sind die Erscheinungen der Kolonie- bildung anders. Auf der für die Reinzucht dieses Organismus hervorragend taug- lichen Kieselsäuregallerte sind die jungen Kolonien fast ungefärbt - 170 — und stark lichtbrechend. Nach etwa 14 Tagen bräunen sie sich intensiv und von diesen braunen Zentren verbreiten sich helle Auflagerungen in die Umgebung. In d der Figur (57 sind diese Verhältnisse zur Dar- stellung gebracht. Auf der Magnesiagipsplatte erscheinen nach 4 — 5 Tagen kleine, gelbliche, zarte Auflagerungen, die wie Wärzchen aussehen und sich später dunkelbraungelb verfärben. Sie erreichen im Maximum einen Durchmesser von etwa einen halben Millimeter. Von ihnen gehen dann ebenfalls flächenhafte Auflagerungen von hellgelber Farbe aus. In e der Fig. 67 sind zwei Stücke von Magnesiagipsplatten mit ihren Kolonien gezeichnet, links die warzenförmigen Gebilde, rechts die ältere von diesem Kern aus- gehende dünne Auflagerung. T~ ZÜRICHER - ERDE. PETERSBURGEM. 'R-ERDE. .■'■: > ERDEam QtiTO. ERM*u* CA/mifAS. Fig. 67. Das aus Petersburger Erde gezüchtete Nitritbakterium, als Typus der osteuropäischen Art, gehört zu den Kugelbakterien. Sein Durchmesser beträgt etwa 1 //. Morphologisch interessant ist ein in der Zelle immer sichtbares, zentrales Körperchen, das sich besonders durch Methylenblaufärbung darstellen läßt. In Figur 67 sind die Zellen allein und zu einer Zoogloea vereinigt abgebildet. Gut untersucht ist auch ein Nitritbildner aus Java, der aus Erde von Buitenzorg reingezüchtet worden ist, Derselbe ist eine sehr kleine Kugelbakterie von 0,5—0,6 /* Durchmesser, der eine außerordentlich lange Geißel trägt, die mitunter eine Länge von 30 // erreicht. Auch dieses Nitritbakterium bildet in Flüssigkeiten zuerst sehr dicht gefügte Zoogloeen, in denen die Zellen kaum zu unterscheiden sind. In der 171 Figur 67 seilen wir die begeißelte Form desselben samt einem kleinen Wuchsverband al »gebildet. Aus südamerikanischer Erde, die aus Quito stammt, hat Winogradsky einen sehr großen Nitritkokkus isoliert, dessen Zellen 1,5 — 1,7 /« im Durchmesser besaßen. Auch ihm kommt die Eigenschaft der Zoogloeenbildung zu. Auch er ist in Figur T>7 abgebildet, Der aus Erde von Campinas in Brasilien stammende Nitrosokokkus. der ebenfalls in Figur 67 abgebildet ist, besitzt eine enorme Größe, denn seine Zellen messen bis zu 2 a im Durchmesser. "Winogradsky hatte noch eine Reihe anderer außereuropäischer Erdproben auf Nitritbakterien untersucht und solche auch tatsächlich überall nachweisen können. Auch die Nitrobakterien, die also Nitrite zu Nitraten oxydieren, finden sich über die ganze Erde verbreitet und können entweder mit der Kieselsäuregallerte oder noch einfacher mit Hilfe des Nitritagars rein- gezüchtet werden. Zur Zucht verwendet man eine alkalische Nähr- flüssigkeit, die frei von organischen Verbindungen ist. Winogradsky gibt folgende an: Natriumnitrit 1,0 g Kaliumphosphat 0,5 „ Magnesiumsulfat 0,3 „ kalzinierte Soda 1,0 „ Kochsalz , . . 0,5 „ Ferrosulfat 0,4 „ Dest. Wasser 1000 ccm Nach demselben Autor hat der „Nitritagar" zur Isolierung folgende Zusammenstellung: Natriumnitrit ...2g Kalzinierte Soda . 1 g Kaliumphosphat . . Messerspitze Agar 15 g Flußwasser . . . 1000 ccm Die mit dem Flußwasser hineingelangende Menge organischer Substanz ist so gering, daß dadurch das Wachstum nicht gehemmt wird. Übrigens enthält der Agar ebenfalls eine nicht unbeträchtliche Menge löslicher organischer Substanz, die anscheinend hier ebenfalls nicht schädlich wirkt. Die Untersuchung der Erdproben aus verschiedenen Gebieten der Erde auf Nitratbakterien mit Hilfe des Nitratagars ergab, daß für diesen Vorgang überall eine sehr ähnliche Bakterienart in Betracht kommt. Die- selbe wächst auf dem genannten Nährboden unter Bildung von schleim- tröpfchenartigen Kolonien, die nach etwa zwei Wochen einen maximalen Durchmesser von 100 — 180 /< erreichen. Die Vermehrung geht also sehr langsam vonstatten. Es handelt sich beim Nitratbildner um sehr kleine Stäbchenbakterien mit verjüngten Enden, deren Länge kaum 1 /< erreicht und deren Breite ca. 0,3 — 0,4 /< mißt. Die äußeren Teile ihrer Membran sind in eine' Schleimhülle verwandelt, die man durch Kapsel- färbungsverfahren nachweisen kann. Winogradsky konnte an seinen Nitratbakterien keine Schwärmzustände beobachten. Wir haben aus den bisher mitgeteilten Befunden mit Recht den Schluß gezogen, daß die Nitratbildner und die Nitrobakterien organische — 172 Substanzen in den Kulturen nicht vertragen. Neuere Versuche haben indessen ergeben, daß sich die Nitrifikationsbakterien bei der Verwendung anderer Nährsubstanzgrundlagen in dieser Hinsicht anders verhalten. Züchtet man diese Bakterien in Erdnährböden, die also den natürlichen Verhältnissen nahekommen, so wirken Zusätze von Zucker und besonders Humus nicht nur nicht hinderlich auf die Nitrifikation, sondern fördern dieselbe sogar in manchen Fidlen. Auch die Anwesenheit von anderen Bakterien oder Pilzen in lebendem oder totem Zustande verhinderte in Versuchen mit Erde die Nitrifikation keineswegs. Alle diese Versuche nähern sich schon sehr den Verhältnissen in der freien Natur, wo doch im größten Umfange die Nitrifikation in der wärmeren .Jahreszeit auftritt. Dort gilt auch die aus den Laboratoriums- versuchen an Reinkulturen und Rohkulturen mit bestimmten Nährlösungen gewonnene Erfahrung nicht, daß die beiden Etappen der Ammonium- oxydation zu Salpeter zeitlich getrennt voneinander verlaufen und die Nitritbakterien zuerst den größten Teil des Ammoniumkarbonates zu Nitrit verwandeln und dann erst die Nitratbildner mit ihrer Tätigkeit einsetzen. Finden wir doch in der Natur höchst geringe Mengen von Nitriten und fast immer ausschließlich Nitrate. Hier herrschen eben weitaus andere äußere Bedingungen, die ein unmittelbares und zeitlich nicht getrenntes Arbeiten der Mikroben ermöglichen. Diese Bedingungen haben wir lange noch nicht erkannt. Es sollen uns aber diese Erfahrungen zur Vorsicht mahnen, wenn wir geneigt sind, mit den aus Laboratoriumsversuchen gewonnenen Erkenntnissen die in der freien Natur sich im großen abspielenden Um- setzungen ohne weiteres erklären zu wollen. Wir müssen im Gegenteil bestrebt sein, in diesen Versuchen den natürlichen Verhältnissen möglichst nahe zu kommen. Für die Möglichkeit einer unmittelbaren Entbindung elemen- taren Stickstoffes aus den Eiweißkörpern bei der Fäulnis sprechen einige Versuche. Die Hauptmenge elementaren Stickstroffes, die bei der Fäulnis und vornehmlich bei der Verwesung in Freiheit gesetzt wird, entstammt aber dabei entstehendem Salpeterstickstoff. Man bezeichnet den Vor- gang der Verwandlung des Salpeterstickstoffes in elementaren oder oxydierten gasförmigen Stickstoff als Denitrifikation. Die Denitrifikationsvorgänge spielen sich hauptsächlich in Salpeter- lösungen ab, die mit frischem Tierkot oder mit Stallmist versetzt sind. Die Denitrifikationsmikroben sind in der Natur sehr weit verbreitet und verdanken ihre Ausbreitung gerade den tierischen Exkrementen. Wenn auch ihre Zahl in dem älteren, verrotteten Miste erheblich abnimmt, so sind sie selbst in sehr alten Proben desselben noch lebensfähig erhalten. Der Verlauf der Denitrifikation ist nun von äußeren Bedin- gungen sehr abhängig. Von besonderer Bedeutung ist dabei die den verschiedenen Dentrifikationsmikroben neben den salpetersauren Verbin- dungen gleichzeitig zur Verfügung stehende Kohlenstoffquelle. Im allgemeinen soll dieselbe so beschaffen sein, daß bei ihrer Zerlegung keine größeren Mengen freier Säure entstehen, da nur bei schwach alkalische]' Reaktion der Denitrifikationsprozeß energisch verläuft und die entsprechenden Mikroben sich gut vermehren. Dem- entsprechend erweisen sich die Salze organischer Säuren, insonderheit der Apfel- und Zitronensäure, als die günstigsten Kohlenstoff quellen. 1 'TO — 17o — Aus demselben Grunde sind die Kohlehydrate und Alkohole im allge- meinen für den Denitrifikationsprozeß weniger günstig. Bei ihrer Auf- spaltung entstehen eben die Mikroben schädigende freie organische Säuren. Allerdings muß gleich bemerkt werden, daß es auch Ausnahmen gibt. Eine besondere Stellung unter den Denitrifikationsbakterien nimmt der Thiobacillus denitrificans ein, den Beijerinck eingehend untersuchte. Diese Bakterie benutzt als Kohlenstoffquelle bei sonstiger reiner anorga- nischer Nahrung die Kohlensäure und denitrifiziert das dem Nährboden zugesetzte Kaliumnitrat kräftig, sofern ihr auch freier Schwefel zur Ver- fügung steht. Hier soll der Vorgang der Stickstoffentbindung nach Bei- jerinck entsprechend den Formeln vor sich gehen: 6 KNO s -f 5 S + 2 CaC0 3 = 3 K 2 S0 4 -f 2 CaS0 4 + 2 CO, + 3 N 2 Die Analyse ergibt allerdings eine bedeutend größere Menge freien Stickstoffes, als verbrauchtem Schwefel nach der obigen Formel entspricht. Beijerinck will nun dieses Plus an Stickstoff auf Denitri- fikationsprozesse beziehen, die sich auf Kosten toter organischer Sub- stanz (tote Bakterienleiber) abspielen. Als Stickstoffquelle für die denitnfizierenden Mikroorganismen kommen alle möglichen Stickstoffverbindungen in Frage, soweit es sich um den Aufbau ihrer Leibessubstanz handelt. Der Denitrifikation unter- liegt, wie schon einleitend bemerkt, der Nitrat- und Nitritstickstoff, der in vielen Fallen auch als alleinige Stickstoffquelle fungieren kann; dann wird eine erhebliche Menge desselben assimiliert, also im Bakterieneiweiß ge- bunden. Als Endprodukt der Denitrifikation sehen wir entweder das Auf- treten von elementarem Stickstoff allein, oder daneben noch die Bildung von Stickoxydul und Stickoxyd, oder endlich die letzt- genannten gasförmigen Stickstoffverbindungen im Vordergrund. Die Abspaltung des elementaren Stickstoffes aus Nitriten oder Nitraten können wir mit Löhnis zweckmäßig als direkte Denitri- fikation bezeichnen und von der indirekten trennen, bei der oxydierter Stickstoff in großer Menge entbunden wird. Die direkte Denitrifikation liefert sehr viel elementaren Stick- stoff, der aus einer Reduktion des Nitrates und Nitrites entsteht. Ob es sich dabei um eine Reduktion handelt, die auf Kosten des Kohlenstoffes einer besonderen Kohlenstoffquelle durchgeführt wird, oder um eine Wasserstoffreduktion oder beider in den verschiedenen Stadien des Vor- ganges, wissen wir nicht sicher; die Ansichten der einzelnen Forscher gehen darin auseinander. Nach Beijerinck soll übrigens die Reduktion immer über das Nitrit und Stickoxydul nach folgenden Formeln verlaufen, wobei C den Kohlen- stoff einer spaltbaren Kohlenstoffquelle bedeutet ; 2 N0 3 K + C . . . . = 2 NO,K-f CO, 2 N0 2 K-j-C . . . . = N,0 + CO3K, 2 N 2 + C = 2 N 2 + CO., Nach der Anschauung von Franzen und Löhmann soll es sich bei der Entbindung des elementaren Stickstoffes um eine katalytische Zersetzung des gebildeten salpetrigsauren Amnions handeln. — 174 — Als direkt denitrifizierend wurde eine Reihe von Bakterienarten erkannt, von denen hier die wichtigsten samt ihren Fundorten genannt seien. Nur Nitritite denitrifizierend: Bacillus denitrificans I, Burri u. Stutzer . . . aus Stroh, Erde und Pferd ein ist. Bacillus praepollens Maßen „ Menschenfäzes. Nitrate denitrifizierend: Bacillus denitrificans II, Burri u. Stutzer . . . aus Stroh, Erde, Luft. Bacillus denitrificans Ampola u. Garino ... „ Kuhkot. Bacillus filefaciens Jensen „ Verunreinigung einer Rein- kultur. Bacillus Schirokikhi Jensen , Pferdemist. Bacillus centropunctatus Jensen ,, Kuhkot, Meerschweinchen- fäzes. Bacterium nitrovorum Jensen „ Pferdemist. Bacillus Hartlehii Jensen , Erde. Pseudomonas pyocyanea Staub,Faulwasser,Erdeusw. Bacillus radiobacter Beijerinck u. Van Delden . „ Erde usw. Laktobazillen und Laktokokken , bulgarischer Dickmilch ( Milchsäurel lakterien ). Bacterium Actinopeltel Bacterium lobatum [ Gran „ Nordseewasser. Bacil Ins Hensenii Micrococcus denitrificans Beijerinck .... „ aus Gartenerde. Bacillus nitroxus Beijerinck „ Ackerstaub, mitdem Eiweiß. lösungen infiziert werden. Diese Liste ließe sieh noch durch zahlreiche andere mehr oder minder gut beschriebene Denitrifikatoren vervollständigen, die aber der einen oder anderen angeführten Art sehr nahe stehen. Aus den eingehenden Untersuchungen Beijerincks hat es sich nun ergeben, daß unter geeigneten Züchtungsbedingungen mehr oder minder große Mengen Stickoxydul neben elementarem Stickstoff von einzelnen der oben angeführten Bakterienarten bei der Denitrifikation des Salpeters gebildet werden. Nach unserer obigen Definition würden diese Arten allerdings zu den Erregern der indirekten Denitrifikation gehören. Da die Stickoxydulbildung jedoch vornehmlich in sehr langer Versuchs- dauer und nur unter besonderen Bedingungen neben der Ausscheidung elementaren Stickstoffes in den Vordergrund tritt, können wir sie allen Rechtes bei den Erregern der direkten Denitrifikation vorläufig belassen. Übrigens ist das Auftreten von Stickoxydul in größeren oder kleineren Mengen nicht auffallend, wenn der Denitrifikationsprozeß über oxydierten Stickstoff als Zwischenprodukt vor sich geht, wie es aus den oben ange- gebenen Formeln hervorgeht. Die direkte Denitrifikation ist ein Prozeß, der bei Anwesen- heit von geringen freien Sauerstoffmengen am besten verläuft, wenn auch die Reduktion des Nitrates zu Nitrit davon als unabhängig angesehen werden darf. Die Entbindung freien Stickstoffes hört bei starker Durch- lüftung vollständig auf. Der Vorgang gehört im allgemeinen zu den anaeroben Prozessen. Die günstigste Temperatur liegt für die Denitrifikation zwischen 27 und 37° C und ist natürlich abhängig von dem Temperaturoptimum der im gegebenen Fall vornehmlich tätigen Bakterienart. Die indirekte Denitrifikation liefert als Hauptprodukte der Nitrat- und Nitritzer- — 175 - Setzung Stickoxydul und Stickoxyd, daneben auch elementaren Stick- stoff. Wasserstoff und Kohlendioxyd. Diesen Prozeß lösen zahlreiche Bakterienarten und Sproß- und Schimmelpilze aus. Dabei ist der unge- hinderte Zutritt des freien Luftsauerstoffes ohne wesentlich ungünstigen Einfluß auf den Fortgang der Denitrifikation. Daß eine Stickstoffausscheidung aus organischer Substanz infolge bakterieller Tätigkeit sowohl unter aeroben als auch unter anaeroben Be- dingungen auftreten kann, haben wir schon bei der Fäulnis gehört. Diese Vorgänge haben mit der Denitrifikation, wie wir sie umgrenzten, nichts zu tun, obwohl es sich auch um eine Bildung elementaren Stickstoffes handelt. Das Gleiche gilt für die unter Abspaltung von Stickstoff ein- tretende Ammoniakoxydation, auf die ja möglicherweise die Stickstoff- entbindung unter aeroben Bedingungen zurückgeht. Die Oxy- dation des Ammoniaks könnte nach König entweder mit freiem Sauer- stoff nach der Formel: 4NH 3 -4- (3 = 6H,0 + 4N oder mit Wasserstoff- peroxyd nach der Formel: 2NH 3 + 3H 2 2 = 6H 2 -f- 2N verlaufen. Näheres wissen wir darüber nicht. In der freien Natur wird die Denitrifikation keineswegs ein einheitlicher Prozeß sein, da ja ein ganzes Heer der verschiedensten Mikroorganismen dabei tätig sein wird und kann. Wir haben es hier wie bei der Fäulnis mit einem sehr gemischten Vorgang zu tun, der von gleichzeitig und nacheinander auftretenden Mikroben unterhalten wird, entsprechend den äußeren Bedingungen und Nahrungsansprüchen der einzelnen dabei beteiligten Arten. Literatur zur Vorlesung- XIV. Kruse, W., Allgemeine Mikrobiologie. Leipzig 1910. Hahn. M. u. Spieckermann, A., Die Proteinfänlnis. Handl). d. techn. Mykologie, Bd. 3, S. 85. Löhnis. F., Handbuch der landwirtschaftlichen Bakteriologie, S. 477. Berlin 1910. Beijerinck. W., Über die Bakterien, welche sich im Dunkeln mit Kohlensäure als Kohlenstoffquelle ernähren können. Zentralbl. f. Bakt.. II. Abt.. Bd. 11, S 597, 1903/4. Ders.. Bildung und Verbrauch von Stickoxydul durch Bakterien. Zentralbl. f. Bakt. II. Abt., Bd. 25, S. 30, 1910. Franzen u. Löhmann, Beitrag zur Biologie der Mikroorganismen. I. Zeitschr. f. physiol. Chemie, Bd. 63, S. 9, 1909. Miquel, P., Die Vergärung des Harnstoffes, der Harnsäure und der Hippursäure. Lafars Handb. d. techn. Mykologie, Bd. 3, S. 71. Winogradsky. S., Die Nitrifikation. Lafar's Handb. d. techn. Mykologie, Bd. 3, S. 132. FÜNFZEHNTE VORLESUNG. Stiekstoffbindung. Der in der Atmosphäre reichlich vorhandene elementare Stick- stoff wird nun durch eine Reihe von pflanzlichen Mikroorganismen ge- bunden und in dieser Form dem Stickstoffkreislauf über die höhere Pflanze wieder zugeführt. Im allgemeinen wird dieser Prozeß der Stiekstoffbindung zum Teil durch Bakterien und höhere Pilze durchgeführt, die in zahl- reichen höheren Pflanzen sich angesiedelt haben, und zum Teil durch niedere pflanzliche, freilebende Organismen. Wir wollen uns zunächst mit den in den höheren Pflanzen lebenden, stickstoffbindenden Mikroorganismen befassen. Es ist eine längst bekannte Tatsache, daß nach der Ernte des Klees eine Düngung der betreffenden Felder überflüssig ist, und daß Klee und kleeartige Pflanzen auch auf Äckern ausgezeichnet gedeihen, die nicht nur nicht gedüngt worden sind, sondern vorher durch längere Zeit mit Getreidearten bepflanzt waren. Man trennte in richtiger Erkenntnis der Verhältnisse die Kulturpflanzen in zwei große Gruppen, indem man die Vertreter der Familie Schmetterlingsblütler als Stickstoff- mehrer den übrigen Kulturpflanzen, wie Halmfrüchten usw. gegenüber- stellte und diese als Stickstoffzehrer bezeichnete. Man beobachtete auch schon sehr früh an den Wurzeln der Stickstoff mehrer größere und kleinere, knöllchenartige Anschwellungen, deren Bedeutung man aber im Laufe der Zeit sehr verschieden deutete und schließlich erkannte, daß gerade sie bei der Stickstoffassimilation einzig und allein wirksam sind. Später fand man in den Knöllchen bakterienartige Einschlüsse. Man bezeichnete die an den Leguminosenwurzeln solche Knöllchen er- zeugenden Bodenbakterien kurzweg als Knöllchenbakterien der Leguminosen. Die in den Knöllchen vorhandenen Bakterien zeigen eine sehr ver- änderte Oestalt. weshalb man sie nach dem Vorgange Brunhorsts „Bakterioiden" nannte. Der genannte Forscher leugnete zwar die Bakteriennatur dieser Gebilde und wollte damit nur die Bakterienähnlich- keit derselben zum Ausdrucke bringen. Trotzdem blieb der Name auch für die formveränderten Bakterien erhalten. Es hat sich in der Folge durch zahlreiche Versuche tatsächlich ergeben, daß die Leguminosen nur mit Hilfe dieser Bakterien, die in ihre Wurzel eindringen und dort die Knöllchenbildung verursachen, in die Lage ver- — 177 — setzt werden, den elementaren Stickstoff über dieselben hin- über auszunützen. Fehlen die Bakterien und damit auch die Knöllchen, dann ist auch für sie der Luftstickstoff unzugänglich. Alle Fragen der Biologie dieser außerordentlich interessanten Bakteriengruppe sind noch keineswegs annähernd beantwortet, obwohl sich zahlreiche Forscher dem Studium derselben mit größter Mühe unterzogen haben. Seitdem es Beijerinck gelungen ist. Knöllchenbakterien auf saurer Papilionaceengelatine in sicherer Reinkultur zu erhalten, haben zahlreiche Untersucher dieselben ebenfalls reingezüchtet und damit Impf- versuche an keimfrei aufgezogenen Leguminosenpflänzchen ausgeführt. Die Impfversuche haben nun ergeben, daß die Knöllchenbakterien durch Fig. 68. die Wurzelhaarspitze in erster Linie ins Wurzelgewebe der noch sehr jungen Leguminose eindringen. Schon nach einigen Tagen sind unter der hirtenstabartig gekrümmten Wurzelhaarspitze bereits Bakterienkolonien mikroskopisch nachzuweisen; unter denselben treten Wandverdickungen mit tüpfelartigen Stellen auf, ein untrügliches Zeichen der stattgehabten Infektion der Pflanze. Von dort zieht sich dann ein Infektionsfaden weiter. In demselben entwickeln sich in einer stark verschleimten Grundmasse, die von den Bakterien selbst stammt, die eingewanderten Bakterien massenhaft und es entsteht in der Wurzel das Bakterioidengewebe. Offenbar durch Reizwirkung von Seite der Mikroben angeregt, setzt dort eine üppige Fuhrmann, Mykologie. 12 — 178 — Zellteilung der Wurzelzellen ein, wodurch die Knöllchen selbst gebildet werden. Den Vorgang der Infektion kann man an jungen Erbsen- und Wickenpflänzchen gut beobachten, an denen der Infektionsfaden deutlich zu sehen ist, wie Prazmowsky angibt, dem wir diese Beobachtung ver- danken. Die Knöllchen erreichen bei den einzelnen Leguminosen eine sehr verschiedene Größe, von wenigen Millimetern bis zu Zentimetern im Durchmesser betragend. In der Figur 68 sind die mit Knöllchen besetzten Wurzeln von drei Leguminosen abgebildet. A zeigt uns die Knöllchen einer Lupine, B diejenigen von Lathyrus sativus und C endlich die Anschwellungen an der Wurzel von Cicer arietinum (Kichererbse). Die Oberfläche der Knöllchen weist ebenfalls große Verschiedenheiten auf. Im allgemeinen bestehen die Knöllchen aus einer mehr oder minder Cicer arietinum. '. '/,»• Fig. 69. großen Anzahl kleiner, untereinander zusammenhängender, sekundärer Knöpfchen, wodurch das hirnartige Aussehen der großen Lupinenknollen bedingt wird. Die Oberfläche der Knöllchen von Cicer arietinum erscheint makroskopisch glatt und glänzend, während dieselbe unter dem Mikroskop sich als sehr feinhöckerig erweist, wie es die Abbildung A der Figur 69 erkennen läßt. Die Verteilung der Knöllchen über die ganze Wurzel ist meist nicht regelmäßig aber charakteristisch. Vielfach sitzen sie nur an den oberen Wurzelteilen in der Nähe der Oberfläche oder sie finden sich auch oft über die ganze Wurzel verteilt. Gewiß liegt hierfür der Grund keineswegs in einer zufälligen Verteilung der Bakterien in der Wurzelnähe oder in einer Produktion von Reizstoffen durch die Pflanze selbst an ganz be- — 1 7 l J — stimmten Stellen der Wurzel. Kurz nach dem Eindringen der Bakterien scheint die Pflanze gegen weitere Angriffe von Seite derselben durch eine Art Immunisierung geschützt zu werden, weshalb die zuerst einbrechenden Bakterien sich wohl in der Pflanze etablieren, ein weiterer Zuzug und damit eine Bildung neuer Knöllchen aber dadurch verhindert wird. Das Knöllchen selbst besteht aus dichtgedrängten, polyedrischen Zellen, deren Inneres fast ausschließlich mit Bakterioiden erfüllt ist. C der Figur 69 zeigt uns solche Zellen aus einem Schnittpräparat von einem Knöllchen. Hier liegen dichtgedrängt die Bakterien und lassen höchstens im Zentrum einen kleinen Raum frei. Vom Zellplasma ist kaum mehr etwas zu sehen. Nur der Kern fällt in gefärbten Präparaten auf. Die Bakterioiden sind nun ein besonderer Entwicklungs- zustand der Leguminosenbakterien, aus dem die gewöhnliche Bakterienform ohne weiteres in geeigneten Nährsubstraten wieder hervor- geht. Es scheint sich um verzweigte und vergrößerte Formen zu handeln, deren Plasma eine andere Beschaffenheit aufweist, als dasjenige der gewöhnlichen Vegefationsform. Wie an den in Figur 69 E abge- bildeten Bakterioiden der Kichererbse zu entnehmen ist, sondert sich in denselben das Plasma in zwei sowohl färberisch wie durch Jod darstell- bare Substanzen. Daß es sich dabei nicht um örtlich zusammengeballte Plasmaklumpen handeln kann, zeigt schon das Verhalten des Inhaltes der Bakterioiden zu Jodlösungen, denn in dem hellgelb gefärbten Plasma mit seineu netzartigen Strukturen liegen tiefbraun tingiert diese runden oder ovalen Körper. Übrigens sollen diese nach Jodbehandlung rotbraunen Granula aus zweierlei Substanzen bestehen, einer plasmatischen Grundlage und einer die Jodreaktion liefernden Substanz, die verbraucht und wieder erneuert wird. Wahrscheinlich steht letztere dem Glykogen nahe. Dasselbe könnte ja einem ständigen Verbrauch im Haushalte der Bakterioiden unterliegen und dementsprechend immer wieder neugebildet werden, zumal es sich in diesen Zellen um keine Involutionsformen handelt, sondern um lebensfrische Organismen. Eine Vermehrung der Bakterioiden durch Teilung derselben zu neuen Bakterioiden ist wohl nach den neuesten Untersuchungen ausgeschlossen. Trotzdem kann die- selbe über die vegetative Stäbchenform derselben ganz gut erfolgen, da es sich ergeben hat, daß aus den verzweigten Formen unmittelbar Vegetations- zellen von gewöhnlicher Gestalt hervorgehen, die in D der Figur 69 wiedergegeben sind. Man könnte sich den Vermehrungsvorgang im Knöllchen so vorstellen, daß nach einer gewissen Zeit aus den Bakterioiden Vegetationsformen entstehen, die sich einigemale teilen. Die Tochterzellen gehen dann wieder in die Bakterioidenform über. Wie schon einigemale angedeutet, vegetieren die Knöllchenbakterien außerhalb des Knöllchens im Boden in Form gewöhnlicher Stäbchen- bakterien. Die gelungenen Reinkulturen derselben enthalten meist auch in der überwiegenden Mehrheit die Vegetationsform, wenn nicht besondere Züchtungsverfahren eingeschlagen werden. Im allgemeinen ist die Kultur dieser Bakterien nicht schwierig. Sie wachsen zwar auf den meisten gebräuchlichen Nährsubstraten mit Ausnahme der Kartoffel schlecht oder gar nicht, doch gut. wenn Gelatine oder Agar mit Auszügen oder Ab- kochungen von Leguminosenpflanzen, -Samen oder -Wurzeln zu Nähr- substraten verarbeitet wird. Die Reaktion dieser Nährsubstrate kann schwach alkalisch oder leicht sauer sein. Wenn darauf von den frischen, 12* - 180 — äußerlich möglichst keimfrei gemachten und dann zerquetschten Knöllchen verimpft wird, entstehen nach 2 — 6 Tagen weißliche durchscheinende, mikroskopisch sichtbare Auflagerungen, die in kurzer Zeit sehr stark ver- schleimen. Dieselben bestehen aus kleinen Stäbchenbakterien, die sich, im hängenden Tropfen untersucht, teils als gut beweglich erweisen. Es scheint eine peritriche Begeißelung derselben vorzuliegen. Das Tem- peraturoptimum der Knöllchenbakterien liegt etwa bei 18 — 22° C. Gegen höhere Temperaturen sind sie sehr empfindlich und werden durch sie rasch getötet. Sporenbildung konnte bei ihnen bisher nicht beobachtet werden. Die Knöllchenbakterien verursachen in den künstlichen Nährsubstraten keine besonders tiefgehenden Umsetzungen. Es findet allerdings eine Säurebildung aus Kohlehydraten statt, wodurch die Kaseinfällung in Milch- kulturen dieser Bakterien bedingt zu sein scheint. Indolbildung fehlt in den Zuchten dieser Mikroben. Zugesetzter Salpeter wird in geringer Menge bis zu Nitrit reduziert. Eine Ammoniakbildung ist nicht fest- zustellen. Die Knöllchenbakterien gehören zu den aeroben Organismen; die Kardinalpunkte für die Sauerstoff Spannung sind noch nicht untersucht. Man hat nun auch die Bakterioidenbildungen außerhalb der Leguminose in Reinkulturen untersucht und eine Reihe von Stoffen gefunden, die dieselben in mehr oder minder ausgesprochener Weise her- vorzurufen befähigt sein sollen. Auch die in Kulturen sich anhäufenden eigenen Stoffwechselprodukte führen zu Gestaltsveränderungen, die an Bakterioiden erinnern. Ob diese durch Zusätze von organischen Säuren, Asparagin. Pepton usw. in Verbindung mit Traubenzucker und anderen Kohlehydraten, dann von Auszügen aus Leguminosensamen usw. hervor- gerufenen Formen in allen Punkten echten Bakterioiden entsprechen, mag dahingestellt bleiben. Formveränderungen lassen sich damit aber sicher erzielen, die bei Verwendung gleicher Stoffe auf Knöllchenbakterien aus verschiedenen Leguminosen verschieden ausfallen. So hat es sich auch gezeigt, daß die Form der aus Sojabohnen gezüchteten Bakterien durch Lävulose bedeutend stärker verändert wurde, als diejenige der Erbsen- bakterien, was für einen Artunterschied beider Bakterienarten spricht. In der Figur 70 sind Formen abgebildet, die die aus den Knöllchen der Sojabohnen gezüchteten Bakterien in Lösungen verschiedener Stoffe, wie Dextrose allein und in Verbindung mit Asparagin, Kalium- phosphat oder Salpeter in verschiedenen Konzentrationen nach bestimmter Zeit aufweisen. Auffallend ist hier besonders die eigenartige Plasmadifferenzierung neben den Auftreibungen oder „Aussprossungen". Die neuesten Untersuchungen von Zipfel haben nun ergeben, daß es gelingt, auch auf festen Nährsubstraten wachstumsfällige Bak- terioiden aus der Vegetationsform von Legumniosenbakterien zu züchten. Dabei scheinen die vorher genannten Stoffe allerdings recht bedeutungslos zu sein. Nur einige wenige, niedere Abbauprodukte der Eiweiß- körper sind dazu aber besonders befähigt. In erster Linie bewirkt das Koffein, in einer Menge von 0,2—0,4 Prozent dem Leguminosenagar oder der Gelatine zugesetzt, die Bakterioidenbildung. Das Wachstum der darauf verimpften Bakterien verlief allerdingssehr langsam. Man findet aber nach einiger Zeit ausschließlich verzweigte, typische Bakte- — 181 — rioidenformen. die, auf koffeinfreie Nährböden übertragen, sich als normale Stäbchen weiterentwickeln. Zwei andere Methylxanthine, Theobromin und Theophyllin, brachten in kleinen Dosen keine Bakterioidenbildung hervor, während sie in größeren Gaben jedwedes Wachstum unterdrückten. Die Artenfrage ist bei den Knöllchenbakterien noch keineswegs gelöst. Man schied dieselben in zwei Gruppen, die man als Rhizobium radicicola und Rhizobium Beijerinckii bezeichnete. Rhizobium radicicola umfaßt nach Hiltner und Störmer die Knöllchenbakterien von Pisum, Lathyrus, Vicia, Phaseolus, Trifolium, Medicago, Anthyllis, Onobrychis und Robinia. Es soll eine wechselseitige Verimpfung der von einer Art stammenden Bakterien auf 4%) 7 Iß h% i lifo. m *fy / n, nd.-nupz; = + ooi : ah,po, o yj o*po t^g yjei Fig. 70. die anderen Arten mit Erfolg durchgeführt worden sein und überdies große morphologische Übereinstimmung der aus den genannten Leguminosen gezüchteten Mikroben vorliegen. Rhizobium Beijerinckii schließt die aus Lupinus, Ornithopus und Soja kultivierten Knöllchenbakterien ein. Eine erfolgreiche Infektion der normal von Rhizobium radicicola bewohnten, oben genannten Leguminosen soll mit Rhizobium Beijerinckii ebensowenig gelingen, wie der umgekehrte Versuch. Maaßen und Müller wollen eine noch größere Spezifität der Knöllchenbakterien festgestellt haben und trennen sie in fünf (iruppen. Kürzlich veröffentlichte Zipfel eingehende Versuche der Artbe- stimmung unter Zuhilfenahme von Agglutininreaktionen. Wenn man 182 Tieren eine Bakterienart in einer Dosis unter die Haut spritzt, die sie ohne Schaden vertragen, so entstehen im Tierkörper unter anderen spezifisch wirkende Stoffe, welche auf die Zellen derjenigen Bakterienart zusammenballend oder agglutinierend wirken, die zur Impfung benutzt wurde. Man bezeichnet diese Stoffe, die sich besonders nach wiederholten Einspritzungen in erheblicher Menge im Blutserum ansammeln, als Agglutinine. Dieselben wirken also artspezifisch und nur in geringerem Grade auf artverwandte Mikroorganismen. Deshalb sind diese Reaktionen für die Entscheidung der Artzugehörigkeit von großem Werte. Wenn nun Zipfel Kaninchen mit Reinkulturen von Knöllchen- bakterien der Erbse durch Einspritzungen unter die Haut vorbehandelte, so erhielt das Kaninchenblutserum im hohen Grade die Fähigkeit, auch noch in großen Verdünnungen die aufgeschwemmten Knöllchenbakterien der Erbse zu verkleben oder zu agglutinieren. Die folgende Zusammen- stellung gibt die wichtigsten Versuchsresultate wieder. Das -f- Zeichen bedeutet, daß in der angegebenen Verdünnung nach 24 Stunden ausgiebige Agglutination, also grobe Zusammenballung der Bakterien und daher Klärung der Emulsion eingetreten war. Bei allen Versuchen wurde 1 ccm Kulturaufschwemmung mit 1 Tropfen des entsprechend verdünnten Serums (1 : 100, 1 : 1000, 1 : 4000 und 1 : 10000) versetzt. Die Kontrollversuche mit gleich verdünntem Serum nicht vorbehandelter Kaninchen fielen sämt- lich negativ aus, gaben also keine Agglutination. 1 ccm Aufschwemmung der rein gezüchteten Knüllchen- bakterien aus: 1 Tropfen des mit Chlornatriumlösung verdünnten Blutserums de» mit Erbsenbakterien vorbehandelten Tieres in dem Verhältnis von: 1: 100 1 : 1000 1 :4000 1 : 10 000 Pisum sativum .... + + ,+ + — — — — Phaseolus vulgaris . . . + + + + Trifolium pratense . . . — — — — Aus der Zusammenstellung geht hervor, daß das Serum des mit Knöllchenbakterien der Erbse vorbehandelten Kaninchens selbst noch in einer Verdünnung von 1:10 000 die Knöllchenbakterien der Erbse und diejenigen der Bohne zu agglutinieren vermag, während es aber auch in viel höheren Konzentrationen auf die Knöllchenbakterien der Pferde- bohne und des Rotklees überhaupt nicht wirkt. Dies spricht sehr für die Identität der Knöllchenbakterien der Erbse und Bohne. Nach diesen erst auf wenige Knöllchenbakterien ausgedehnten Versuchen dürfte es sich doch herausstellen, daß für die Knöllchenbildung bei den verschiedenen Legu- minosen mindestens mehrere Arten von Bakterien in Frage kommen, die zwar in morphologischer Hinsicht große Ähnlichkeit aufweisen. Wir haben gehört, wie die Knöllchen der Leguminosen entstehen und welche Bakterien dabei beteiligt sind. Nunmehr müssen wir uns der Tätigkeit der Bakterioiden in den Knöllchen und dem Verhältnis zwischen der Pflanze und den Knöllchenbewohnern zuwenden. - 183 — Daß die Leguminosen nur mit Hilfe ihrer Knöllchen den elementaren Stickstoff zu assimilieren vermögen, kann mit voller Berechtigung nach allen einwandfreien Versuchen als sichergestellt gelten. Ebenfalls Tatsache ist es, daß diese Stick- stoffassimilation über die Bakterioiden hinüber vor sich geht; dieselben sind ja auch massenhaft in den Knöllchen vorhanden. Die Einzelheiten des Vorganges selbst kennen wir aber heute noch nicht und können über dieselben nur mehr oder minder wahrscheinliche Vermutungen äußern. Sicher wissen wir nur, daß der Beginn der Stickstoffassi- milation bei den Leguminosen mit der Umwandlung der Knöll- chenbakterien in die Bakterioiden zeitlich zusammenfällt und die Stickstoffaufnahme durch die Pflanze nicht von einem Zerfall der Bakterioiden begleitet ist. Die verschwindend kleine Stickstoffmenge der zerfallenen und etwa resorbierten Bakterioiden könnte auch niemals zu dem großen Stickstoffgewinn der Pflanze führen, der tatsächlich zu ver- zeichnen ist. Der Vorgang der Assimilation des elementaren Stickstoffes muß so gedacht werden, daß nur die Bakterioiden in den Knöllchen den- selben aufnehmen und in noch unbekannte Stickstoffverbindungen um- wandeln, die der Pflanze in gelöster Form als Nahrung dienen. Die Bakterioiden müssen wir uns als Zellen vorstellen, die sich in dem Knöll- chen allerdings nicht zu vermehren vermögen, aber außerodentlich kräftig freien Stickstoff aufnehmen, daraus ihren eigenen Bedarf für das Leben decken und den Rest in der Pflanze zugängliche Stickstoffverbindungen umsetzen. Ein großer Teil der Forscher will in dem Verhältnis der Legumi- nose zu den Bakterioiden und umgekehrt ein typisches Beispiel der Symbiose erblicken. Wenn wir unter Symbiose im weitesten Sinne des Wortes überhaupt ein Zusammenleben zweier oder mehrerer Organismen auffassen, hat es allerdings hier eine Berechtigung. Dann müssen wir aber auch nach dem Vorgange von Pfeffer den Parasitismus usw. als Sym- biose ansehen. Die Knöllchenbakterien verhalten sich bei der Infektion der jungen Leguminose wie echte Parasiten. Nachdem sie wahrscheinlich mit Hilfe eines besonderen, vielleicht enzymartigen Stoffes die Membran der Scheitelzelle des Wurzelhaares gelöst haben, dringen sie ein. Den nun einstürmenden Bakterien sucht sich die Pflanze mit allen Mitteln zu erwehren. Bei jungen kräftigen Pflanzen kommen die Bakterien in eine schlimme Lage, denn bevor sie sich noch in die anscheinend widerstands- fähigeren Bakterioiden umgeformt haben, verfallen sie der Resorption. Dies trifft besonders dann zu, wenn die Knöllchenbakterien der betreffen- den Leguminose nicht genügend angepaßt sind. In der Anpassung der Knöllchenbakterien können wir mit gutem Grund eine verschieden stark ausgebildete Widerstandsfähigkeit. Empfindlichkeit der Bakterien selbst gegen die pflanzlichen Schutzstoffe erblicken. Die Größe dieser Anpassung gibt uns auch ein Maß ihrer Virulenz. Nach Hiltner kann man den Virulenzgrad folgendermaßen abstufen : 1. Die Bakterien vermögen überhaupt nicht in die Wurzel einzu- dringen. In diesem Falle dürfte der für die betreffende Leguminose anscheinend spezifische Angriffsstoff der Knöllchenbakterienart fehlen. 2. Die Bakterien vermögen zwar in das Wurzelhaar einzudringen, verfallen jedoch bei der Ausbildung des Infektionsschlauches in kürzester 184 Zeit der Aufsaugung durch die Pflanze. Dabei kommt es mitunter zu geringen Wurzelanschwellungen, die aber alsbald wieder verschwinden. 3. Den Bakterien gelingt die Infektion und die Knöllchenbildung vollkommen, doch vor ihrer Umformung in die Bakterioiden weiden sie von der Pflanze resorbiert. Die Wurzel behält in diesem Falle die unwirksamen Knöllchen. welche an Lupinen und anderen Leguminosen beobachtet wurden. 4. Die Bakterien wandern ein, bilden die Knöllchen und wandeln sich in ihnen in die Bakterioiden um. Es ist dies sozusagen das normale Vorkommnis. ö. Die Umwandlung der eingewanderten und nun in den Knöllchen sitzenden Bakterien erfolgt nur sehr langsam, wodurch die Pflanze eine länger andauernde Schädigung erfährt. 6. Die Bakterien bleiben dauernd Para- siten der Pflanzen und schädigen sie fort- während, weil sie si