>-"-■ '■ -' -^■- :.ä^i^^t^mmtmiaaHtk: J^ ^ " Handwörterbuch der Naturwissenschaffen, Erster Band. Handwörterbuch der Naturwissenschaften Herausgegeben von Prof. Dr. E. KorSChelt-Marburg Prof. Dr. G. Linck-Jena (Zoologie) (Minerologie und Geologie) Prof. Dr. F. OltmannS-Freiburg (Botanik) Prof. Dr. K. Schaum-Leipzig Prof. Dr. H. Th. Simon-Göttingen (Chemie) (Physik) Prof. Dr. M. Verworn-Bonn Dr. E.Teichmann-Frankfurt a. M. (Physiologie) (Hauptredaktion) Erster Band Abbau — Black Mit 631 Abbildungen JENA Verlag von Gustav Fischer 1912 Alle Rechte vorbehalten. Copyright 1912 by Gustav Fischer Publisher, Jena. Vorwort. Mit dem Handwörterbuch der Natiirwissenscliaften wird der Oeffentlichkeit ein Werk übergeben, das insofern als etwas grnndsätzlicli Neues gelten darf, als hier zum erstenmal das Gesamtgebiet der Naturwissenschaften in lexikalisch angeordneten Darstellungen zusammengefaßt wird. Das Werk, zu dem sich mehr als 300 Gelehrte als Mitarbeiter vereinigt haben, beabsichtigt damit, einen Ueberblick über das naturwissenschaftliche Wissen der Gegenwart zu geben und außerdem die Möglichkeit zu bieten, daß die vielfach auseinanderstrebenden Einzelgebiete der Naturwissenschaften einander wieder näher gebracht werden. Möge es dem Handwörterbuch der Naturwissenschaften gelingen, dieses wissen- schaftlich-praktische Ziel zu erreichen, in ähnlicher Weise wie es für ein anderes Gebiet durch das Handwörterbuch der Staatswissenschaften in vorbildlicher Weise geschehen ist. Jena, im Mai 1912. Der Yerlaff. Inhaltsübersicht. (Nur die selbständigen Aufsätze sind hier aufgeführt. Eine Reihe von Verweisungen findet sich innerhalb des Textes und ein später herauszugebendes Sachregister wird nähere Auskunft geben.) A. Seite Abbau. Von Dr. J, Schmidt, Prof., Stuttgart 1 Abbe, Ernst. Von E. Drude. Göttingen 8 Abbiidungslehre. Abbildung im Sinne der Wellenlehre. Von Dr, O. Lummer, Prof., Breslau 8 Abegg, Richard. Von Dr. E. v. Meyer, Prof., Dresden 39 Absorption. Lösungsabsorption. Von Dr. K. Drucker, Prof., Leipzig 39 — Lichtabsorption. Von Dr. K. Schaefer, Privatdozent, Leipzig 41 Adanson. Von Dr. W. Ruhland, Prof., Halle 59 Adsorption. Von Dr. H. Freundlich, Prof., Braunschweig 59 Aepiüus, Ulrich Theodor. Von E. Drude, Göttingen 65 Aequivalcnt. Von Dr. H. Ley, Prof., Münster 65 Aether.i) \^on Dr. G. Reddelien, Privatdozent, Leipzig 67 Aetzfiguren. Von Dr. A. Ritzel, Privatdozent, Jena "... 75 Afterkristalle. Pseudomorphosen. Von Dr. R. Nacken, Prof., Leipzig 79 Agardh, Jakob Georg. 1 ,. t-» ^ir n ,.1 j d f rr n S'i -Karl Adolph. . . | ^ ^n Dr. W. Ruhland, Prof. ,^ Haue 84 '— Louis' ^ ' ( ^^^'^ ^^' ^' H^""s> Privatdozent, Marburg i. H. g^ Aggregatzustände. Von Dr. R. Marc, Prof., Jena 85 — Kritische Erscheinungen. Von Dr. F. Noell, Dipl.-Ingenieur, München ... 92 Agricola, Georg. Von K. Spangenberg, cand. rer. nat., Jena 1Q.0 Airy, Sir George Biddell. Von E. Drude, Göttingen 101 Akridingruppe. Von Dr. W. König, Privatdozent, Dresden 101 Albertus Magnus, Graf von Bollstedt. Von Dr. W. Harms, Privatdozent, Marburg i. H. 108 Aldehyde. Von Dr. G. Reddelien, Privatdozent, Leipzig 108 Aldrovandi, Ulisse. Von Dr. Harms, Privatdozent, Marburg i. H 120 d'Alembert, Jean le Rond. Von E. Drude, Göttingen ..." 121 Algen. Von Dr. F. Oltmanns, Prof., Freiburg i. Br 121 Aliphatische Kohlenwasserstoffe. Von Dr. J. Hoppe, München 175 Aliphatische Reihe. Von Dr. K. Schaum, Prof., Leipzig 201 Alkaloide. Von Dr. H. Schulze, Prof., HaUe 202 Alkohole. Von Dr. G. Reddelien, Privatdozent, Leipzig 222 Allniann, George James. Von Dr. W. Harms, Privatdozent, Marburg i. H. ... 254 Alimiiniunmiineralien. Von Dr. E. Sommerfeldt, Prof., Brüssel 255 Ameisenpflanzen. Von Dr. H. Miehe, Prof.. Leipzig 255 Amici, Giambattista. Von Dr. A. Ruhland, Prof., Halle 265 Ammoniakderivate. Von Dr. Th. Posner, Prof., Greifswald 266 — Beschreibung wichtiger Ammoniakarten. Von Dr. K. Schaum, Prof., Leipzig. 309 Amoatons, Guillaume. Von E. Drude, Göttingen 313 Weltäther wird in Band X behandelt werden. 28785 \U.i Inlialtsilbersicht Seite Ampere, Andre Maria. Von E. Drude, Göttingen 313 Amphibia. Von Dr. J. Versluys, Prof., Gießen 313 — Paläontologie. Von Dr. J. F. Pompeck j, Prof., Göttingen 338 Amphineiira. Von Dr. J. Thiele, Prof., Berlin 347 — Paläontologie. Von Dr. J. F. Pompeck j, Prof., Göttingen 354 Amphioxus. Von Dr. H. E. Ziegler, Prof., Stnttgart 358 Andrews, Thomas. Von E. Drude. Göttingen 365 Aiig:iosperineii. Bedecktsamige Pflanzen. Von Dr. R. Pilger, Dahlem-Steglitz . . 365 Ängström, Anders Jonas. Von E. Drude, Göttingen 425 Anhydride. Von Dr. W. Meigen, Prof., Freibnrg i. B 425 Annelidae. Von Dr. F. Hempelmann, Leipzig nnd Dr. R. Woltereck, Prof., Leipzig 427 — Paläontologie. Von Dr. J. F. Pompeckj, Prof., Göttingen 457 Anodenstrahlen. Von Dr. E. Gehrcke, Prof., Berlin 463 Anorganische Chemie. Von Dr. W. Böttger, Prof., Leipzig 466 Anthracengriippe. Von Dr. Jakob Meisenheimer, Prof., Berlin 467 Anthropogenese. Von Dr. E. Fischer, Prof., Würzburg 472 Anthropologie. Von Dr. E. Fischer, Prof., Würzburg 483 Appnn, Anton. Von E. Drude. Göttingen 485 Araehnoidea. Von Dr. F. Dähl, Prof., Berlin 485 — Paläontologie. Von Dr. J. F. Pompeckj, Prof., Göttingen 514 Arago. Dominique Fran9ois. Von E. Drude, Göttinnen 521 Arbeit. Von Dr. W. Hort, Ingenieur, Westend-Berlin 521 Archäienm. Von Dr. J. J. Sederholm, Prof., Helsingfors 535 Archimedes. Von E. Drude, Göttingen 543 Areschong, Fredrik Wilhelm Christian. Von Dr. W. Ruhland, Prof., Halle . . 543 Argentario, Giovanni. Von Dr. J. Pagel, weil. Prof 543 Aristoteles. Von Dr. W. Harms, Privatdozent, Marburg 543 Aromatische Reihe. Von Dr. Jakob Meisenheimer, Prof., Berlin 544 Arthropoda. Von Dr. C. Börner, St. Julien 546 Astronomische Ortsbestimmungen. Von Dr. L. Ambronn, Prof., Göttingen . . 555 Atmosphäre. Meteorologie. Von Dr. R. Bömstein, Prof., Wilmersdorf 572 — Geologische Bedeutung der Atmosphäre. Von Dr. S. Passarge, Wandsbeck .... 605 — Physikalisch-chemisches Verhalten der Luft. VonDr. W. Meigen, Prof., Freiburg i. B. 624 Atmosphärische Elektrizität. Von Dr. H. Gerdien, Privatdozent, Berlin-Halensee 627 Atmosphärische Optik. Von Dr. F. M. Exner, Prof., Innsbruck 646 Atmung. Physiologie der Atmung und der Blutgase. Von Dr. A. Durig, Prof., Wien 667 Atmung der Pflanzen. Von Dr. F. Czapek, Prof., Prag 709 Atomlehre. Von Dr. K. Drucker, Prof., Leipzig 723 Atwood, George. Von E. Drude, Göttingen 732 Aufmerksamkeit. Von Dr. K. Bühler, Privatdozent, Bonn 732 August, Ernst Ferdinand. Von E. Drude, Göttingen 741 Avogadro di Quaregna, Amedeo. Von Dr. E. von Meyer, Prof., Dresden . . . 741 Azingruppe. Einschließlich der Oxazine und Thiazine. Von Dr. K. Schädel, Berlin 741 Azoverbindungen. Von Dr. Th. Posner, Prof., Greifswald 745 — Beschreibung wichtiger Diazo- und Azoverbindungen. Von Dr. K. Schaum, Prof., Leipzig 774 B. Babinet, Jaques. Von E. Drude, Göttingen 776 Baco von Verulam, Francis. Von E. Drude, Göttingen 776 Baer, Karl Ernst von. Von Dr. W. Harms, Privatdozent, Marburg i. W 776 Bakterien. Morphologie. Von Dr. H. Miehe, Prof., Leipzig 777 — Allgemeine Physiologie der Bakterien. Von Dr. W. Benecke, Prof., Charlotten- burg 787 — Stickstoff bindung durch Bakterien. Von Dr. A. Koch, Prof., Göttingen 806 — Nitrifikation durch Bakterien. Von Dr. W. Omeliansky, St. Petersburg .... 810 — Schwefelbakterien. Von Dr. W. Omeliansky, St. Petersburg 816 — Eisenbakterien. Von Dr. W. Omeliansky, St. Petersburg 818 Baitour, Frances Maitland. Von Dr. W. Harms, Privatdozent, Marburg i. H. . . 820 Ballistik. Von Dr. C. Cranz, Prof., Charlottenburg 820 Iniialtsübersiciit IX Von E. Drude, Göttinnen Seite Barometer. Von Dr. A. Wegener, Prof., Marburg i. H 828 Bartholin, Erasmus. Von K. Spangenberg, cand. rer. nat., Jena 839 Bartling, Friedrich Gottlieb. Von Dr. W. Ruhland, Prof., Halle . 839 Bary, Anton de. .Von Dr. W. Ruhland. Prof., Halle 839 Basen. Anorganische Basen. Von Dr. E. H. Riesenfeld, Prof., Freiburg i. B. , . 840 — Organische Basen. Von Dr. W. Meigen, Prof., Freiburg i. B 843 Bastardierung'. Von Dr. E. Baur, Prof., Berlin 850 Baiihin, Kaspar. Von Dr. W. Ruhland, Prof., Halle 874 Baum. Von Dr. M. Büsgen, Prof., Hannov.-Münden 874 Beaumont, Elie Jean Baptiste Armand Louis Lecnce de. Von Dr. O. Marschall, Jena 887 Becquerel, Alexander Edmcnd — Antoine Cesar — Henri Beer, August Beetz, Wilhelm Befruchtung. Von Dr. V. Haecker. Prof., Halle a. S 888 Beilstein, Friedrich Konrad. Von Dr. E. v. Meyer, Prof., Dresden 914 Bell, Sir Charles. Von Dr. J. Pagel, Prof., Berlin 914 Beneden, Eduard van. . . I ^^ r\ ti^ rr ü • ^ i .. ir i • tt • . 914 — Pierre Joseph van . . . T «" ^'- ^' "^'"'=' Privatdozent, Marburg i. H. _ g^^ Bentham, George. Von Dr. W. Ruhland, Prof., Halle 915 Benzolgruppe. Von Dr. Jakob Meisenheimer, Prof., Berlin 915 Bergman, Torbern (Olof). Von K. Spangenberg, cand. rer. nat., Jena 922 Bernard, Claude. Von Dr. J. Pagel, weil. Prof. 922 Bernhardi, Johann Jacob. Von Dr. W. Ruhland, Prof., Halle a. S 923 Bernoulli, Daniel | 923 — Jakob .... Von E. Drude, Göttingen 923 — Johann . . . . " "; 923 Berthelot, Marcellin . . . ( t^ rv t:- h/t t> i t^ ^ 923 Berthollet, Claude Louis. / ^ «" ^'- ^' ^- ^^y^""' P^'^f- Dresden gg^ Berylliumgruppe 924 b) Ml^neshL } ^'o" ^''- °- Hauser, Privatdozent, Wilmersdorf ; ; ; ; ; ; gp c) Calcium . j 934 d) Strontium , Von Dr. F. Flade, Privatdozent, Marburg i. H 943 e) Barium . ' 946 f) Zink ... I 953 g) Cadmium . Von Dr. C. Tubandt, Prof., Halle a. S 962 li) Quecksilber ' 971 ii Radium, Von Dr. Erich Ebler, Prof., Heidelberg 982 Berzelius, Jons Jatob. Von Dr. E. v. Meyer, Prof., Dresden 996 Bessel, Friedrich Wilhelm. Von E. Drude, Göttingen 996 Bestäubung. Von Dr. O. v«*^ Kirchner, Prof., Hohenheim b. Stuttgart 996 Bewegung. Allgemeine Bewegungslehre. Von Dr. Ph. Frank, Privatdozent, Wien 1034 — Allgemeine Physiologie der Bewegung. Von Dr. P. Jensen, Prof., Göttingen . 1055 — Spezielle Physiologie der Bewegung mit Ausschluß des Tierflugs. Von Dr. R. du Bois-Reymond, Prof., Grunewald •. . . . 1078 — Tierflug. Von Dr. A. Pütter, Prof., Bonn 1094 Bewegungen der Pflanzen. Von Dr. A. Tröndle. Privatdozent, Freiburg i. B. . 1103 Bewegungsorgane der Tiere. Von Dr. L. Rhumbler, Prof., Hann.-Münden . . . 1120 Bevrich, Heinrich Ernst. Von Dr. O. Marschall, Jena 1138 Bezold, Wilhelm von. \ ,. r- r. .. r •.. 1139 Bierknes, Charles Antoine / ^ «n E. Drude, Gottingen 113g Biologie. Biologische Wissenschaften. Von Dr. R. Hesse, Prof., Berlin 1139 Biot. Jean Baptiste. Von E. Drude, Göttingen 1147 Bischof, Karl Gustav Christoph. Von K. Spangenberg, cand. rer. nat., Jena . . . 1147 Bischoff, Gottlieb Wilhelm. Von Dr. W. Ruhland, Prof., Halle 1148 Bitumina. Von Dr. F. Holde, Prof., Zehlendorf 1148 Black, Joseph. Von E. Drude, Göttingen 1163 A. Abbau. 1. Zweck des Abbaus. 2. Oxydativer Abbau. 3. Abbau durch Reduktion. 4. Abbau durch Hydrolyse. 5. Abbau mit Hilfe der Zinkstaub- destillation, der Alkalischmelze, der Erhitzung mit Brom. 6. Erschöpfende Methylierung. 7. Aufspaltung zyklischer Basen mit Hilfe von Phosphorhah)iden. 8. Aufspaltung zyklischer tertiärer Amine mit Hilfe von Bromcyan. 1. Zweck des Abbaus. Einen wichtigen Teil des chemischen Studiums der orga- nischen Verbindungen bildet die Unter- suchung der mannigfachen Zersetzungspro- dukte, die durch die Einwirkung verschie- dener Agentien daraus hervorgehen. Der- artige Untersuchungen werden insbesondere deshalb vorgenommen, um eine möglichst große Summe von Erschemungen zu ge- winnen, aus denen sich zuletzt ein Schluß auf die rationelle Zusammensetzung des untersuchten Körpers ziehen läßt. Man unterwarf z. B. die Essigsäure der Ein- wirkung des Chlors, das essigsaure Calcium und essigsaure Kalium mit überschüssigem Kaliumhydroxyd der trocknen Destillation, nicht nur, um Chloressigsäure oder Aceton und Methan zu erhalten, sondern um zu- nächst zu sehen, in welcher Weise sich hierbei die Bestandteile der Essigsäure um- setzen und neu gruppieren, und um sodann daraus weiter auf deren Konstitution zu schließen. Die Konstitutionsformel stellt die einfachste und kürzeste Beschreibung der Entstehungs- und Umwandlungsmög- lichkeiten einer Substanz dar. Selten ge- nügen zu ihrer Ermittelung einzehie Be- obachtungen, vielmehr sind in den meisten Fällen zahlreiche Umwandlungen, insbeson- dere Zersetzungsreaktionen, notwendig. Die Erfahrung hat gelehrt, welche Veränderungen und Effekte die verschiedenen derartigen chemischen Eingriffe, die wir Abbaureak- tionen nennen und die zur Konstitutions- bestimmung dienen, hervorbringen. Eine kurze übersichtliche Zusammenstellung der wichtigsten Abbaureaktionen möge nunmehr folgen. 2. Oxydativer Abbau. Die in wissen- Handvvörterbuch der Naturwissenschaften. Band I. schaftlichen Arbeiten so häufig vorkommende Operation der Oxydation kann sichere und wichtige Schlüsse hinsichtlich der Konsti- tution chemischer Verbindungen zulassen, da sie den Abbau zahlreicher Körperklassen ermöglicht, wie folgende Aufzählung lehrt: {1. Abbau der Alkohole R.CH^.CHa.OH zu ! Säuren R.COOH. 2. Abbau von Säure- i amiden zu Aminen R.CO.NHj -> R.NH2. 3. Abbau von Säuren zu Alkoholen R.COOH -> R.OH. 4. Abbau der Gruppe R.CH^.COOH und R.CHo.CHa.COOH zu R.COOH. 5. Ab- bau der Gruppe R.CHa.CH^.COOH^ R. CO.CH.,.COOH -> R.CO.CH3. 6. Oxydation I der Methylketone R.CO.CH3 zu "Säuren R.COOH, 7. Abbau der a-Oxysäuren und a-Aminosäuren zu Aldehyden oder Ke) tonen R.CHOH.COOH-> R.CHO: (R- (R,)C(OH).COOH->(R)(Ri)CO. 8. Abbau der Ketonsäuren R.CO.COOH zu R.COOH und der a-Diketone zu Säuren. 9. Sprengung von Doppelbindungen in offenen Ketten. 10. Oxydation von Phenyl- oder ähnlichen Gruppen zu COOH. 11. Ringspaltungen durch Oxydation und zwar bei Benzol- ringen, alizyklischen und heterozyklischen Verbindungen. Einige interessante Bei- spiele mögen zur Erläuterung dienen. Bei der Oxydation der Ketone (6) durch Chromsäure wird im allgemeinen das mit Wasserstoff weniger beladene Radikal zuerst angegriffen (hydroxyliert) und es er- folgt dann zwischen diesen und dem Car- bonyl die Spaltung. So wird Methylamyl- keton gespalten in Essigsäure und Valerian- säure CH3.C0.(CH2),.CH3 -> CH3.COOH + C00H(CH2)3.CH3. a-Aminosäuren lassen sich entweder bei der Destillation mit Wasserstoffsuper- oxyd oder auch durch Bleisuperoxyd zu Aldehyden abbauen (7). Leucin geht so in Isovaleraldehyd bezw. Isovaleriansäure über. R.CH(NH„).COOH + 0 - R.CHO + NH3 + CO2. Die Sprengung der Doppelbindungen in offenen Ketten (9) läßt sich mit verschie- denen Oxydationsmitteln erreichen. Man verwendet häufig K a I i u m p e r m a n g a - 1 Abbau nat, Kaliumdichromat und Schwefelsäure, ferner Salpeter- säure. Kaliumpermanganat namentlich greift die doppelten Bindungen des Kohlenstoffs an, wobei es zunächst Hydroxylc addiert. Die Additionsprodukte, Glykole, werden am sichersten durch Chronisäure weiter oxydiert und an Stelle der ursprünglichen Doppel- bindung gesprengt Ri — CH Ri — CHOH Ri — COOH Rj — CH "^ R2 — CHOH "^ R., — COOK Eine interessante Art der Oxydation voll- zieht sich bei der Einwirkung von Ozon auf ungesättigte Verbindungen (Kohlen- wasserstoffe, Alkohole, Amine, Aldehyde, Ketone und Säuren). Es entsteht zunächst unter Addition von Ozon ein 0 z 0 n i d , das dann beim Erwärmen mit Wasser, Eisessig oder Natronlauge glatte Spaltung erleidet, z, B. in folgendem Sinne: CO + >CO + H202. Hierbei entstehen Aldehyde oder Ketone, deren Identifizierung einen sicheren Schluß auf die Konstitution der ozonisierten Ver- bindung ermöglicht. Die Ergebnisse der Spaltung der Ozoukörper mit Wasser, Eis- essig oder Natronlauge kann man also mit Erfolg zur Bestimmung der Lage der Doppel- bindungen in den ungesättigten Verbin- dungen benützen. Das Verfahren, das von H a r r i e s und seinen Schülern ausge- arbeitet ist, hat z. B. vortreffliche Dienste geleistet bei der Aufklärung der Konstitution des Kautschuks. Im übrigen hat es auch Bedeutung für präparative Zwecke. Behandelt man Kautschuk (CioHi6)x in Chlorolormlösung mit Ozon, so werden zwei Moleküle des letzteren addiert. Von dem so entstehenden Diozonid des Kaut- schuks läßt sich, da es leicht löslich ist, die Molekulargröße bestimmen, sie ist CioHigOg. Daraus folgt, daß bei der Behandlung des Kautschuks mit Ozon eine Depolymeri- sation des hohen Moleküls der Addition des Ozons vorhergeht. Kocht man dieses Di- ozonid mit Wasser, so zerfällt es in Lävulin- aldehyd CHo.CO.CHo.CH^.CHO, Lävulin- säure CH3.CO.CH2.CH2.COOH und Lävulin- aldehyddiperoxyd CH3.CO.^.CH.,.CHo.CH02. Daraus geht hervor, daß das Kautsehuk- ozonid einen 8-Kolileiistofiriiig enthalten muß und daß der Kohlenwasserstoff, der dem Kautschuk zugrunde liegt, das 1,5 - Dimethylcyclooctadien ist von der Formel PH p/CH2.CH2.CH\p Die Methode der oxydierenden Spaltung kommt auch in Betracht für tiefgreifenden Abbau ringförmiger Verbindungen (11). Der Benzolring setzt dem Abbau großen Wider- stand entgegen, und zwar tritt bei ener- CfiHd gischer Oxydation völlige Zertrümmerung des Moleküls ein. Für Konstitutionsbe- stimmungen kommen insbesondere in Be- tracht die Abbaumethoden, nach denen Benzolringe in kondensierten Ringsystemen bis zu Karboxylgruppen aboxydiert werden. In dem einfachsten Fall der Kondensation von Benzolringen, beim N a p h t a I i n , gelingt es nach verschiedenen Verfahren, den einen Ring fortzuoxydieren und zur Phtalsäure zu gelangen /CH:CH /COOH \CH:CH "^ ^"-^^XCOOH So erhält man reichliche Mengen von Phtal- säure durch Erhitzen von Naphtalin mit hochkonzentrierter Schwefel- säure bei Gegenwart von Mer- kur i s u 1 f a t als Katalvsator. Auf diese Weise wird Phtalsäure technisch in großen Mengen, insbesondere zum Zwecke der Fabri- kation von Indigo imd anderen Farbstoffen, dargestellt. Ebenso lassen sich Naphtole Naphtylamine, Phenanthren und Anthracen zu Phtalsäure abbauen. Ist der Benzolkern mit einem hetero- zyMischen Ring kondensiert, so läßt er sich besonders in alkalischer Lösung durch Kaliumpermanganat aboxydieren. C h i - n 0 1 i n wird so in C h i n 0 1 i n s ä u r e übergeführt, ebenso wie die im Benzolkern substituierten Chinoline HC CH N Hc/\q/\cH Hc/Vy/COOH ^^\A\J^^ " HC^/C\C00H N CH CH Bezüghch der oxydativen Spaltung der zahl- reichen gesättigten und ungesättigten ali- zyklischen Verbindungen gilt die Regel, daß die wasserstoffärmsten Gruppen zuerst vom Oxydationsmittel angegriffen werden, sowie daß bei Anwesenheit eines Sauerstoffatoms im gesättigten Molekül hier die Oxydation weiter einsetzt. Ist der Ring an irgendeiner Stelle ungesättigt, so findet dort Addition von Hydroxylen und zwischen den betref- fenden Kohlenstoffatomen dann die Spaltung statt. Das gesättigte Cyklohexan, das sich im hannoverschen, galizischen und kau- kasischen Petroleum findet, wird nur ver- hältnismäßig schwer angegriffen, erst bei langer Einwirkung konzentrierter Salpeter- säure geht es in Adipinsäure über CH2-CH2 — CH2 CH2 — CH2 — COOH CH2 — CH2 — CH2 "^ CH2 — CH2 — COOH Der Abbau durch Oxydation ist mit Vorteil in der Neuzeit auch auf sehr kom- pliziert gebaute Verbindungen, nämlich auf Blut- und B 1 a 1 1 f a r b s t 0 f f an- gewandt worden. Das Oxyhämoglo- Abbau bin, der färbende und wesentlichste Be- standteil der roten Blutkörperchen, welches aus den meisten Blutarten kristallisiert er- halten werden kann, zerfällt schon bei leiser Einwirkung von Säuren in ein Gemisch von Eiweißarten und einen eisenhaltigen Körper, der zu etwa 4 % gewonnen werden kann und den Namen Hämatin führt. Eine esterartige Verbindung desselben mit Salz- säure wird als H ä m i n bezeiclmet. W. K ü s t e r hat Hämatine verschie- dener Herkunft durch Chromate in Eis- essiglösung oxydiert und dabei das Imid (II) C8H9O4N der dreibasischen Hämatin- säure 1 (I) I CH3 — C — COOH HO2C — CH, — CH. — C — COOH 11" H3C -- C — CO II >NH HO2C — CHo — CH2 — C — CO erhalten. Daraus ergibt sich für die Gesamt- konstitution des Hämatins von der Formel C34H3405N4Fe, daß die Atomgruppierunu' der Hämatinsäure Cg... mindestens dreimal im Hämatinmolekül enthalten ist, wahr- scheinhch ist sie sogar viermal darin, und dann würden wir nur noch über zwei Kohlen- stoffatome im unklaren sein, während der gesamte Stickstoff, wie aus unten zu be- sprechenden Reaktionen folgt, wohl in Form von vier Pyrrolringen vorhanden ist. Analoge Abbaureaktionen wie mit Hä- matin wurden auch mit Abkömmlingen des Blattfarbstoffs Chlorophyll durchge- führt. L. M a r c h 1 e w s k 1 hat Phyllo- porphyrin mit Chromsäure nach der Methode von Küster oxydiert und daraus die Hämatinsäure in ihrer stickstofffreien Form (C8H3O5) erhalten. Willst ätt er und A s a h i n a haben eine Reihe von Chloro- phyllderivaten nach verschiedenen Methoden oxydiert. Die Ausgangsmaterialien waren namentlich Phylloporphyrin, Pyrro]iorph5Tin, Rhodoporphyrin und Phytochlorin. Die Oxydation hat in allen Fällen das Gleiche ergeben. Wenn man Bleisuperoxyd und Schwefelsäure, Chrom säure oder Carosche Säure einwirken läßt, so fülu-t sie zu einem Gemisch, das, von kleinen Spaltungsstücken des Mole- küls wie Essigsäure und Kohlensäure ab- gesehen, aus zwei Hauptprodukten besteht i nämlich aus Hämathisäure, die stets als Imid von der Formel II auftritt und aus dem M e t h y 1 ä t h y 1 m a 1 e i n i m i d , welches Küster zuerst durch Abspaltung von Kohlensäure aus dem Imid der Hämatin- säure erhalten und dann auch s}iithetisch dargestellt hat. Die Oxydation der Chloro- phyllderivate erfolgt am glattesten durch Chromsäure. Die Ergebnisse des oxydativen Abbaues sprechen also für die nahe chemische Ver- wandtschaft des Chlorophylls und des roten Blutfarbstoffs, ebenso wie"^ der fzieich zu be- handelnde Abbau beider Verbindungen zu Hämopyrrol. 3. Abbau durch Reduktion. Im all- gemeinen sind Spaltungen zwischen Kohlen- stoffatomen unter Addition von Wasserstoff an die Bruchstücke selten l)eobachtet. Reine Reduktionsspaltungen sind die des Ku- marons und seiner Derivate durch Na- trium und Alkohol oder Jodwasserstoff, die zwischen Sauerstoff und Kohlenstoff er- folgen. Kumaron wird hierbei in 0- Aethylphenol übergeführt. In ana- loger Weise liefert 1 - P h e n y 1 k u m a r 0 n mit Natrium und Allxohol das 0 - 0 x y d i - b e n z y 1 /OH c/^ " " ■ ■■ CfiH,\ n. >C.CfiH '-tI*\H:C/CHo.C.H« Der Spaltung durch Reduktion verdanken wir sehr wichtige Erkenntnisse, welche die innere Natur des Blutfarbstoffes und des Blattfarbstoffes betreffen. Nencki und Z a 1 e s k i konnten nämlich durch Re- duktion des dem Blutfarbstoff nahe- stehenden H ä m i n s und H ä m a t 0 - p 0 r p h y r i n s den Nachweis erbringen, daß die Moleküle dieser Farbstoffe Derivate des Pyrrols enthalten. Sie erhielten durch Reduktion des Hämatoporphyrins mit Jod- wasserstoffsäure und Jodphosphonium eine Hämopyrrol genannte Verbindung, die a, /3' - D i m e t h y 1 - /? - ä t h y 1 p y r r 0 1 von der Formel C0H5.C- C.CH3 I \NH H,C.C = CH/ ist. 0. P i 1 0 t y hat durch Reduktion des Hämatoporphyrins mit Zinn und Salzsäure das Hämopyrrol in so großer Menge und Reinheit darstellen können, daß dadurch die sichere Untersuchung seiner Konstitution ermöglicht wurde. Er konnte vermittels dieses Abbaus den Beweis erbringen, daß das Hämin außer der Eisenkomponente vier und zwar nur vier Pyrrolkerne enthält und Kon- stitutionsformeln für Hämin und Hämatin ableiten. Die Bildung des Hämopyrrols unter den eben genannten Bedingungen ist nicht allem für die Konstitutionsbestimmung des Blut- farbstoffes von Bedeutung, sie konnte auch sofort auf ein anderes, nicht minder wich- tiges Gebiet, nämlich das des Chlorophylls, übertragen werden. Nencki und M a r c h - 1 e w s k i konnten durch Reduktion mit Jodwasserstoff und Jodphosphonium auch aus dem P h y 1 1 0 c y a n i n , einem der wichtigsten Derivate des Chlorophylls, das HämopjaTol erhalten. Damit war ein neuer Abbau Beweis für die engen Beziehungen des Blut- farbstoffes zum Blattfarbstoff erbracht. Es steht zu erwarten, daß die Erkenntnis von der Natur dieses Zusammenhanges eine wesentliche Förderung erfahren wird, nach- dem die Untersuchung des Chlorophylls in jüngster Zeit von R. W i 1 1 s t ä 1 1 e r in so glücklicher Weise in Angriff genommen worden ist, daß wir diesem Forscher schon heute eine Reihe wertvoller Aufklärungen verdanken. Die Bedeutung der Auffindung von den nahen Beziehungen des Chlorophylls und des Blutfarbstoffes liegt in dem Hinweis auf die Stamm Verwandtschaft der pflanzlichen und tierischen Organismen. Von der Natur der chemischen Verbindungen der Zellen hängt ihr Stoffwechsel, von diesem ihre Form ab. Die Entdeckung der Aelmlichkeit des Chlorophylls und Blutfarbstoffes, welche so verschiedene Funktionen haben, ist daher für das Verständnis der Entwickelungsge- schichte der Organismen von großer Wich- tigkeit. Von den Spaltungen durch Reduktion sei noch die der A z o - und H y d r - a z 0 k ö r p e r in Amine erwälmt. Durch kräftige Reduktionsmittel, wie Zinn und Salzsäure, werden Azokörper an der Stelle der doppelten Bindung gespalten, so daß die Komponenten in Form von primären Aminen erhalten werden, eine bequeme Methode zur Gewinnung vieler Amine und Diamine. So liefert z. B. das aus Anilin und Phenol entstehende 0 x y a z o b e n z o ! bei der Reduktion Anilin und p - Am in o- p h e n 0 1 CeHg.N = N.C6H4.OH+ 2H2 = CflHs.NH^-t- Oxvazobenzol Anilin + h;n.6CH4.oh p-AminopIienol. Hieraus ist zu schließen, daß bei der Bildung des Azofarbstoffes die Kuppelung an der p-Stellung zur (OH)-Gruppe des Phenols stattgefunden hat. Beim Erhitzen mit Jodwasserstoffsäure auf 300" wird P i p e r i d i n in n-Pentan und Ammoniak zerlegt. 4. Abbau durch Hydrolyse. Man ver- steht darunter die Spaltung von Verbin- dungen in einfachere Bruchstücke unter Aufnahme von Wasser. Sie hat vortreffliche Dienste geleistet bei der Koustitutionsauf- klärung kompliziert gebauter in der Natur vorkommender Verbindungen, wie z. B. der Zuckerarten, Pflanzenalkaloide und Eiweiß- köri)er. Die Hexobiosen Ci2H220n zer- fallen unter Aufnahme von Wasser in zwei Moleküle Hexosen Diese Hydrolyse kann außer durch Kochen mit verdünnten Säuren auch bewirkt werden durch Enzyme, wie Diastase, Emulsin, In- vertin usw. So spaltet sich der Rohrzucker in je ein Molekül d-Glukose und d-Fruktose; analog zerfällt der Milchzucker in d-Glukose und Galaktose, die Maltose in 2 Moleküle d-Glukose. Bezüglich der Konstitution der Hexobiosen folgt aus diesem leichten Zer- fall bei der Hydrolyse, daß sie ätherartige Anhydride der Hexosen darstellen, indem die Bindung der beiden sie zusammen- setzenden Moleküle von Hexosen entweder durch die Alkohol-, oder die Aldehyd-, oder die Ketongruppe vermittelt wird. Ist bei der Verkettung der beiden Hexosemoleküle die Aldehydgruppe erhalten geblieben, so zeigen die Biosen, wie Milchzucker und Mal- tose, noch das für Aldosen charakteristische Verhalten, nämlich Reduktion der Fehling- sclien Lösung, Osazonbildung mit Phenyl- hydrazin, Bildung von Karbonsäuren mit gleicher Kohlenstoffatomzahl bei der Oxy- dation. Dahingegen zeigt der Rohrzucker diese Reaktionen nicht und es scheinen deshalb in ihm die reduzierenden Gruppen des Trauben- und Fruchtzuckers beiderseits gebunden zu sein; also Rohrzucker = d- Glukose -d-Fruktoseanhydrid ; Malzzucker = d-Glukoseanhydrid usw. Speziell beim Rohr- zucker bezeichnet man die Spaltung unter Wasseraufnahme, die Hydrolyse, auch als Inversion und das hierbei erhaltene linksdrehende Gemenge als Invert- zucker, weil die ursprüngliche (+) Wir- kung auf das polarisierende Licht nach der Hydrolyse sich umgekehrt hat. Die Hexotriosen CigHasOia zer- fallen bei der Hydrolyse unter Aufnahme von 2 Molekülen Wasser in 3 Moleküle Hexosen C18H32O16 + 2 H2O = 3 CeHi20e So liefert die Raffinose die drei Hexosen d-Fruktose, d-Glukose und Galaktose. Die höheren Polyosen oder Poly- saccharide (CgHioOs) n, wie Stärke, Gummi, Cellulose, werden durch Hydrolyse beim Kochen mit verdünnten Säuren oder bei Einwirkung von Enzymen ebenfalls in Monosen gespalten, und zwar treten außer Hexosen auch Pentosen auf, insbesondere bei Gummiarten, welche deshalb auch als Pentosane bezeichnet werden. Stärke (Amy- lym) verwandelt sich beim Kochen mit ver- dünnten Säuren zunächst in eine gummi- artige, lösliche Substanz, Dextrin genannt, und schließlich in d-Glukose. Auch durch Diastase wird Stärke gespalten und es resul- tiert schließlich Maltose und Isomaltose, eine Reaktion, welche die größte Bedeutung hat für die Gewinnung von Alkohol aus Stärke. Bei der Ermittelung der Konstitution von A 1 k a 1 0 i d e n ist eine der ersten Aufgaben die Untersuchung der V e r s e i f b a r k e i t. Beim Erhitzen mit Wasser, Säuren oder Alkalien zerfallen zahlreiche Pflanzen basen in einen stickstoffhaltigen, den eigentlichen Abbau alkaloidischen Bestandteil, und in einen stickstofffreien. Indem letzteren liegt nur bei sehr wenigen sogenannten Glykoalkaloiden, zu welchen das Solanin zählt, ein Zucker vor, gewöhnlich eine Säure, deren Karboxyl ent- weder mit der basischen Gruppe oder einem alkoholischen Hydro xyl des stickstoffhaltigen Spaltungsstückes in Verbindung gestanden. So zerfällt durch Hydrolyse das Piperin in das sauerstofffreie Piperidin und die Piperin- säure; die Bindung beider ist die eines Säure amids (C5H,o)N— CO - C„H,0, = H +0H C5H10NH + HOCO — C11H9O2 Piperidin Piperinsäure Atropin läßt sich in Tropasäure und das Alkani Tropin spalten. Diese Zerlegung ist nichts anderes als die Verseifung eines Esters in Säure und Alkohol (basischen Alkohol) und verläuft nach der Gleichung C17H23NO3 + H,0 = CsHisNO + CgHi.Os Atropin Tropin Tropasäure Die der Gleichung entgegengesetzte Re- aktion führte Laden bürg 1879 zur partiellen Synthese des Atropins; er konnte durch Behandehi des tropasauren Tropins mit Salzsäure das Atropin regenerieren. Die Hydrolyse ist auch jene Reaktion, die von den verschiedenen Abbaumethoden, die bisher auf die Proteine angewandt worden sind, die bemerkenswertesten Resul- tate geliefert hat. Sie führt durch verschie- dene Zwischenglieder (Albumosen, Peptone) hindurch schließlich zu den Aminosäuren. Man kann daraus schließen, daß in den Aminosäuren wahre Bestandteile der Pro- teine vorliegen. Die Hydrolyse läßt sich mittels Säuren oder Alkalien, sowie mit Hilfe von Fermenten durchführen. Die Säuren führen am raschesten zu den End- produkten der Spaltung, den Aminosäuren, Alkalien wirken langsamer, der Abbau durch Fermente ist der mildeste und ergibt zu- nächst die Zwischenprodukte Albumosen und Peptone. Am glattesten gelingt die Hydrolyse durch Erhitzen der Eiweißkörper mit rauchender Salzsäure oder auch mit 25prozentiger Schwefelsäure. Als Spaltstücke lassen sich hierbei zahlreiche Aminosäuren gewinnen,, die nach der Methode von E. Fischer verestert, durch fraktionierte Destillation der Ester getrennt und durch Verseifung der letzteren in reinem Zustande gewonnen werden können. Man erhält im wesentlichen aus allen Proteinen dieselben Aminosäuren, aber in verschiedenem Mengen- verhältnis. Es sind bisher folgende Amino- säuren isoliert worden: Glykokoll, Alanin, Phenylalanin , Aminoisovaleriansäure (Va- lin), Leucin, Isoleucin, Serin, Thyrosin, Asparaginsäure, Glutaminsäure, Lysin, Ar- ginin, Diaminotrioxydodekansäure, Cystein, Cystin, Pyrrolidin-'2-karbonsäure (Prolin), Oxypyrrolidin-2-karbonsäure (Oxy-Prolin), Tryptophan. Von diesen allen überwiegt das Leuchi bei weitem. Von besonderer Wichtigkeit ist die Spal- tung der Proteine durch die Fermente des Verdauungstraktus. Es sind dabei die Re- sultate gemeint, welche bei der künstlichen Verdauung, d. h. bei der Verdauung von Ei- weißkörpern außerhalb des Magendarmkanals durch die beiden proteolytischen Fermente Pepsin und Trypsin erhalten wurden. Grös- sere derartige Versuchsreihen wurden von E. F i s c h e r und von E. A b d e r h a 1 d e n durchgeführt. Hierbei entstehen nicht sofort Aminosäuren, sondern kompliziertere Pro- dukte, welche noch viel vom Charakter der Eiweißstoffe zeigen, nämlich zunächst die Albumosen, aus denen dann die Peptone hervorgehen. Sie sind Zwischenprodukte der vollständigen Hydrolyse, und zwar stehen die Albumosen den Proteinstoffen, die Pep- tone den Aminosäuren näher. Die letzten Spaltungsprodukte bei der Einwirkung von Trypsin sind wieder Aminosäuren, und es ist anzunehmen, daß zwischen Peptonen und Aminosäuren die auf synthetischem Wege zugänglichen Polypeptide auftreten. Der fermentative Abbau der Pro- teine ist also ein stufenweiser und kann etwa durch das Schema I I I Eiweiß— >> Albumosen— »Peptone — >- Polypep- tide—>-Dipeptide—>- Aminosäuren dargestellt werden. Die leichte Entstehung der Aminosäuren bei der pankreatischen Spaltung des Eiweiß läßt schließen, daß sie seine wirklichen Bestandteile sind. Von der Vorstellung ausgehend, daß die Aminosäuren im Eiweiß durch amidartige Verkettung aneinander gereiht sind, stellte E. Fischer, wie im Artikel „ Syn- these" dargelegt ist, die Polypeptide synthetisch her und fand, daß sie zum Eiweiß in Beziehung stehen. Bei vor- sichtig geleiteter Spaltung von Proteinen konnten dann wohlcharakterisierte, vorher auf synthetischem Wege dargestellte und genau studierte Polypeptide dargestellt wer- den, z. B. Glycvl-d-Alanin HoN.CH^.CO .NH.CH(CH3)C00H, Glycyl-1-Leucin, Gly- cyl-Tyrosin usw. Man kann also sagen, daß die Vermutung von E. Fischer und anderen For- schern, in den Proteinmolekülen seien die Aminosäuren amidartig verkettet, volle ex- perimentelle Bestätigung erhalten hat. 5. Abbau mit Hilfe der Zinkstaub- destillation, der Alkalischmelze, der Er- Abbau hitzung mit Brom. Eine weitere Methode zur Kon?titution!:orforschung kompliziert ge- bauter Verbindungen liegt im durchgreifenden Abbau mit Hilfe der Z i n k - Staubdestillation, der Alkali- schmelze, der Erhitzung mit Brom und anderer ganz energischer Pro- zesse, bei denen oft unter Wasserstoffent- ziehung, mitunter auch unter Zertrümmerung des jMoleküls. eine beständige Muttersub- stanz herausgescliält wird. So z. B. beruht die Konstitutionsaiifklärung des Krappfarb- stoffs A I i z a r i n auf ider Beobachtung von G r a e b e und Lieber mann (1865), daß bei dessen Zinkstaubdestillation der Kohlenwasserstoff Anthracen entsteht. Als Hauptprodukt der Zinkstaubdestillation des Morphins isolierten Vongerichten und Sehr Otter das Phenantliren und es folgte daraus, daß die wichtigsten Opiumalkaloide Morphin, Kodein und T h e b a i n Phenanthrenderivate sind. Bei der Destil- lation mit Alkali gewann Gerhardt schon im Jahre 1842 aus Cinchonin das Chi- nolin. Daraus folgte, daß die Chinaalkaloide Chinin und C i n c h o n i n Abkömm- linge des Chinolins sind. 6, Erschöpfende Methylierung. Eine sehr elegante und häufig angewandte Ab- baumethode für zyklische Basen ist die ,, e r s c h ö p f e n d e M e t h y 1 i e r u n g ", worunter man im weitesten Sinne den Zer- fall von Ammoniumoxydhydraten in der Hitze oder die Zerlegung quaternärer Am- nion iumsalze durch Alkalien versteht. Diese Reaktiousfolge, welche zum ersten Male von A. W. Hof m a n n beim Piperidin ex- perimentell durchgeführt, von Laden- b u r g richtig gedeutet und dann von an- deren Forschern bei einer großen Zahl von zyklischen Basen angetroffen worden ist, hat eine klassische Grundlage für die Er- forschung der Konstitution der meisten Pflanzena-lkaloide gebildet. Sie besteht beim Piperidin in folgendem: Das Piperidin kann als sekundäre Base mittels Jodmethyl am Stickstoff methyliert werden. Das so gewonnene Methylpiperidin vereinigt sich mit Jodmethyl zum Dimethylpiperylam- moniumjodid und durch Behandehi' des- selben mit feuchtem Silberoxyd entsteht Dimethylpiperylammoniumhydroxyd. Das letztere spaltet bei der trockenen Destillation Wasser ab unter Bildung einer Verbindung von der Zusammensetzung des Dimethyl- piperidins, welche rationellals ArPentenyl- dimctliylamin oder Butallylkarbin-dimethyl- amin zu bezeichnen ist. Auch diese Ver- bindung vereinigt sich als tertiäre Base mit Jodmethyl, und das aus diesem Jodid ge- wonnene Ammoniumhydroxyd zerfällt bei der Destillation in Triiuethylamin, Wasser und einen Kohlenwasserstoff der Formel CjHg, den Hof mann Piperylen nannte CH, HoC/\cH, CH2 H2C\/CH, N ciis Methylpiperidin HaCX'/HCa ' N Methylpiperidin- methylhydroxyd Ha CH, ^Xh^c H,C /CH2 N C3H/ ^CH3 ArPentenyl-dimethylamin CH2 CH HC HX H2 CH, HC H-2C CH CH. + N(CH3): + H2O N H.CCH,CH,OH Piperylen- «-Methylbutadien Bei der erschöpfenden Methylierung der Alkaloide korrespondieren die Prozesse mei- stens genau mit diesem Abbau des N- Methylpiperidins zum Piperylen. Die Al- kaloide enthüllen somit dabei ihr Kohlen- stoffgerüst in Form von ungesättigten Kohlen- wasserstoffen. Da diese Spaltungsmethode sich nun auf Alkaloide mit allen erdenklichen Funktionen im Molekül, und, was eine be- sonders wichtige Kombination bedeutet, auch auf die durch Oxydation der Alkaloide gebildeten Aminosäuren übertragen läßt, so führt sie zu einer großen Zahl von stickstoff- freien, mehrfach ungesättigten Abbaupro- dukten, Kohlenwasserstoffen, Ketonen, Al- dehyden, Carbonsäuren u. a. Für die Er- mittelung der Struktur von Alkaloiden ist die Methode deshalb von großem Nutzen, weil man häufig die ungesättigten Produkte der erschöpfenden Methylienmg durch glatte Reaktionen, am einfachsten durch Reduktion, in Verbindungen von bekannter Konstitution überführen kann. So entstand aus der dem Atropin nahe stehenden Tropinsäure bei er- schöpfender Methylierung eine Diolefindi- carbonsäure C7H8O4, die sich weiterhin durch Hydrierung mit Natriumamalgam in die normale Dicarbonsäure mit sieben Kohlen- stoffatomen, Pimelinsäure, umwandeln läßt. Es folgt daraus, daß das Kohlenstoffskelett im Atropin und Kokain eine unverzweigte Reihe von 7 Kohlenstoffatomen aufweist, und zwar in ringförmiger Anordnung, da die Tropinsäure ihre Entstehung einer Ringsprengung verdankt. Das nämliche Abbau Prinzip ermöglicht es auch, diesen Cyklo- heptanring in der Form seines Ketones, des Suberons, unversehrt aus dem Kokain und Atropin herauszuschälen. Die Bedeutung dieser Methode der erschöpfenden Methy- lierung und der Reduktion der entstehenden Abbauprodukte zu gesättigten Verbindungen reicht über die Konstitutionsermittehmg der Alkaloide weit hinaus, da häufig eine Ver- folgung dieses Weges in umgekelu-ter Rich- tung zur Synthese der Alkaloide führt. 7. Aufspaltung zyklischer Basen mit Hilfe von Phosphorhaloiden. Große Be- deutung, wiederum insbesondere auf dem Gebiete der Alkaloidchemie, scheint ferner zu erlangen die Aufspaltung zy- klischer Basen mit Hilfe von Phosphorhaloiden. Diese Methode ist erst in jüngster Zeit von J. v. Braun ausgearbeitet worden. Sie führt zu halogen- haltigen Verbindungen mit offener Kohlen- stoffkette. Man geilt dabei von den Acidyl- verbindungen der sekundären zyklischen Amine aus, im allgemeinen von den am leichtesten und billigsten zugänglichen Ben- zolderivaten dieser Basen. Es resultieren, indem das Stickstoffatom entweder ein- seitig von dem Kohlenstoffskelett des Ringes getrennt wirdj Imidhaloide mit halogen- substituierten Alkykesten am Stickstoff Ri.C(Hal): N.R.Hai, die weiterhin in Aci- dylverbindungen primärer, halogensubstitu- ierter Amine, "R,.CO.NH.R.Hal, und schließ- lich in die halogensubstituierten Amine NHo.R.Hal übergehen, oder auch sie führt, indem der Stickstoff aus dem Ringe ganz herausgelöst wird, zu Dihalogen Verbindungen Hal.R.Hal mit offener Kette. Wir wollen sie hier am Piperidin erörtern. Die Acidyl- derivate des Piperidins, z. B. Benzoyl- piperidin, können mit Hilfe von Phosphor- pentachlorid oder Phosphorpentabromid selu: leicht aufgespalten werden. Es entsteht dabei unter gewissen Versuchsbedingungen 1,5-Dichlorpentan oder 1,5-Dibrompentan in so glatter Ausbeute, daß diese Spaltungs- reaktion als Darstellungsmethode für die genannten Halogenverbindungen benützt werden kann CH, CH2 H, -^ H,c/\^^^ CHo HoC' H, H2C \^y- ^^^2 -^xav. ^y (.jj^ N N CO-CsHß CBra-CßHe Benzovlpiperidin Zwischenprodukt CH, H2C/ \CH2 H2C 'cHs Br Br 1,5-Dibrorapentan NCCA+POBrs Benzonitril Die Reaktion dürfte nicht nur bei der Lösung von Konstitutionsfragen gute Dienste leisten, sondern eröffnet auch den Weg zur leichten Synthese einer ganzen Schar von Verbindungen, die bisher teils nur schwer, teils überhaupt nicht zugänglich waren. 8. Aufspaltung zyklischer tertiärer Amine mit Hilfe von Bromcyan. Der Halogenphosphor-Auf Spaltung zyklischer Basen stellt sich in ihrem Endeffekt die Aufspaltung zyklischer ter- tiärer Amine mit Hilfe von Bromcyan zur Seite. Wie wiederum J. V. Brau n festgestellt hat, werden zyklische tertiäre Basen X <> N.R durch Bromcyan — falls nicht ein Austritt des Alkyls R aus dem Molekül stattfindet — der Erwartung gemäß nach der Gleichung X 0 N . R + BrCN = Br . X . N ^ ?,- zu einem gebromten Cyanamid Br.XN(CN).R aufgespalten. Da ein solches Cyanamid weiterhin durch Verseifung in ein gebromtes sekundäres Amin Br.X.NH.R übergehen kann, so erscheint diese Abbaumethode als eine glückliche Ergänzung der Halogen- phosphoraufspaltung, da nunmehr die Auf- spaltung einer jeden tertiären Base X O N.R mit Hilfe von Bromcyan und Halogen- phosphor als möglich erscheint: entweder es wird der Base mit Bromcyan R entzogen und das nach der Verseifung des Cj^an- amids X <> N.CN resultierende sekundäre Amin X <> NH mit Halogenphosphor in eine offene Verbindung verwandelt, oder es findet mit Bromcyan sofort eine Auf- spaltung des Ringes statt. Da diese Auf- spaltung bloß in einer Phase verläuft, so ist sie als die einfachere zu betrachten, ja sie erscheint — zumal sie überraschend glatt verläuft — als die einfachste aller bisher bekannten Aufspaltungen stickstoffhaltiger Ringe und läßt sich auch dort anwenden, wo, wie z, B. bei aromatischen Piperidin- derivaten, die „erschöpfende Methylierung" nach Hof mann zu Verbindungen mit offenem Bau sich nicht durchführen läßt. Literatur. R. Stoermer, Die Oxydations- und Reduktionsmethoden der organischen Chemie, Leipzig 1909. — C. Harries, lieber die Ein- wirkung des Ozons avf organische Verbin- dungen, Annal. d. Chem. 1910 Bd. 374 S. 288. — W. Küster, Ueber die Konstitution der ffämatinsäuren, Annal. d. Chem. 1900 Bd. 315 S_ 77^. — Zj, Marchlewski, Die Chemie der Chlorophylle, Braunschweig 1909. — -R. Will- stätter und Y. Asahina, Oxydation der Chlorophyllderivate, Annal. d. Chem. 1910 Bd. 373 S. ^27. — M. Nencki und J. Zaleski, Ueber die Reduktionsprodukte des Hämins durch Jodwasserstoff und Phosphoniumjodid, Ber. d. deutsch, chem. Ges., 34. Jahrg. (1901) S. 997 u. 2687. — O. Piloty, Ueber die Konstitution der gefärbten Komponente des Blutfarbstoffes, Annal'. d. Chem. 1910 Bd. 377 S. 314- — Abbau — Abbildungslehre E. Fischer, Untersuchungen über Aminosäuren, Polypeptide und Proteine, ßer. d. deutsch, ehem. Ges. 39. Jahrg. (1906) S. 530. — E. Abderhalden, Zisch, für physiol. Chemie, U- Bd. (1905) S. 265, S84. — J. v. Braun, Annal. d. Chem. 1911 Bd. 382 1 [1911]. — J, V. Braun, lieber die Entalkylierung und Atifspaltiing organischer Basen mit Hilfe von Bromcyan u. Halogenphosphor. Göttingen 1909. J, Schmidt. Abbe Ernst. Geboren am 23. Januar 1840 in Eisenach; ge- storben am 14. Januar 1905 in Jena. Abbe war der Sohn eines Spinnmeisters. Schon in der Bürgerschule fielen seine ungewöhnlichen Gaben auf; auf Aiu-egung seiner Lehrer ging er bald auf das Realgymnasium über, dessen Be- such der Fabrikherr ihm ermöglichte. Sehr jung kam Abbe auf die Universität, studierte in Jena und Göttingen und promovierte hier. Nach kurzer Tätigkeit am physikalischen Verein in Frankfurt a. M. habilitierte er sich in Jena 1863 und wurde 1870 zum außerordentlichen Professor für theoretische Physik ernannt. Von 1877 bis 1890 stand er außerdem der dortigen Sternwarte vor. Im Jahre 1875 trat der Jenaer Universitäts- mechaniker Carl Zeiß an Abbe heran mit dem Anerbieten, Teilhaber seiner Firma, der Optischen Werkstätten zu werden, um die wissenschaftlichen Grundlagen zur Verbesse- rung des Mikroskops zu liefern. Die ihm zuge- wiesene Aufgabe löste Abbe auf das Glänzendste und ermöglichte eine ungeahnte Steigerung der Leistungsfähigkeit der Instrumente (vgl. den Artikel ,, Abbildungslehre"). Die hand- werksmäßige Produktion ging bald zum Groß- betrieb über, weitere optische und feinmechanische Instrumente wurden in den Betrieb einbezogen, der sich bald zu einer Weltfirma entwickelte. Da die Herstellung der optischen Instrumente in erster Linie geeignete Glassorten erforderte, wurde auf Abbes Anregung das Jenaer Glas- werk Schott und Genossen ins Leben gerufen. Nach dem Tode von Carl Zeiß (1888) und dem Austritt seines Sohnes RoderichZeiß (1889) wurde Abbe alleiniger Besitzer und Leiter der Optischen Werkstätten, zu deren Gunsten er im selben Jahre seine Lehrtätigkeit niederlegte. Um seine sozialpolitischen Ideen zu verwirklichen und ihre Ausübung für sie Zukunft zu sichern, verwandelte Abbe das Unternehmen in eine unpersönliche Stiftung, der er den Namen seines verstorbenen Freundes gab. Am 1. Oktober 1896 trat das von Abbe geschaffene Statut der Carl- Zeiß-Stiftung in Kraft. 1903 legte Abbe aus Gesundheitsrücksichten seine Tätigkeit am Zeiß- werk nieder. Es war Abbes Ziel, dem Arbeit- geber ein größeres Maß von Fürsorge für die Arbeiterschaft als Pflicht aufzuerlegen, dem Ar- beiter in seinem Verhältnis zum Unternehmer soviel Unabhängigkeit zu verschaffen und durch Eim-äumung klagbarer Rechte zu sichern, wie die Interessen des Betriebs gestatteten. Der Betrieb sollte nicht dem Zwecke der Kapitalan- häufung dienen, daher kein persönlicher Besitzer oder eine Vielheit von Besitzern (Aktiengesell- schaft). Der nach den nötigen Rücklagen usw. verbleibende Geschäftsgewinn sollte zu seinem größten Teil allgemeinen Zwecken der Wissen- schaft und Wohlfahrt dienen, vor allem der Universität Jena, der Förderung allgemeiner In- teressen der optischen und feinmechanischen In- dustrie, der Schaffung gemeinnütziger Einrich- tungen; ein weiterer Teil der Ueberschüsse wird dem Personal in Form von Lohnnachzahlungen überwiesen. Wesentliche Bedeutung legte Abbe den Pensionsansprüchen bei. Da er die Pensions- leistung an das Personal als eine Entschädigung für verbrauchte Arbeitskraft ansah, übernahm er deren Aufbringung in vollem Umfang als Ge- schäftsverpflichtung und zog das Personal lediglich zur Leistung mäßiger Beiträge zur Wit- wen- und Waisenversorgung heran. Zu ver- gleichen sind die Gesammelten Abhandlungen von Ernst Abbe Jena 1906. Literatur. jF, Auerbach, Das Zeißwerk und die Carl- Zeiß- Stiftung, 2. Aufl., Jena 1904. — Gedenkreden und Ansprachen bei der Trauer- feier für Ernst Abbe, Jena 1905. E. Drude. Abbildungslehre. Abbildung im Sinne der Wellenlehre. 1. Einleitung. 2. Punktweise Abbildung im Sinne der Welleidehre. 3. Erweiterung der Abbildungsgrenzen bei zentrierten Systemen. 4. Strahlenbegrenzung. 5. Lichtwirkung optischer Systeme. 6. Abbüdungsgesetze für nichtselbst- leuchtende Objekte. 7. J:>xperimenteile Prüfung der Abbe scheu Theorie. I. Einleitung. Der Artikel ,,A b b i 1 - d u n g s 1 e h r e" bildet die Fortsetzung des Artikels ,,Linsensystem e", in dem ge- zeigt ist, daß in einem zentrierten System von brechenden oder spiegelnden Kugelflächen eine punktweise Abbildung stattfindet, wenn die Abbildung vermittelt wird durch Nullstrahlen. Diese bilden so kleine Winkel u mit der Systemachse, daß sin u = u und cos u = 1 gesetzt werden kann. Ein zentriertes System von Kugelflächen verwirkhcht eine punktweise Abbildung also nur in einem unendlich dünnen, rings um die Systemachse gelegenen, fadenförmigen, zylindrischen Raum (Gauss sehe Ab- bildung). Welche Bedeutung hat diese Gauss- sche Abbildung für die praktische Optik? Da bei ihr nur Nullstrahlen wieder punktweise vereinigt werden, so würde die Lichtintensität im Bildpunkte zu gering sein, selbst wenn die Aimahme richtig wäre, daß immer da, wo Strahlen sich schnei- den, auch eine punktweise Lichtkonzen- tration vorhanden wäre. Das ist aber eben- sowenig der Fall, wie die andere Prämisse zutrifft, auf der sich die geometrische Optik aufbaut, daß den Lichtstrahlen als von- Abbildunffslehre einander unabhängigen geometrischen ge- raden Linien eine Realität zukommt. Daß das Licht sich imter Umständen nicht geradlinig ausbreitet, sondern „um die Ecke geht", lehrt die Beugung des Lichtes. Und daß da, wo Lichtstrahlen sich schneiden, nicht notwendig vermehrte Intensität auftritt, geht aus der Inter- ferenz des Lichtes hervor, gemäß welcher Licht zu Licht gehäuft sogar Dunkel- heit erzeugen kann. Schließlich wird bei der Gauss- schen Abbildung stillschweigend vorausge- setzt, daß die Objekte aus lauter selbst- leuchtenden Objektpunkten bestehen. Diese Bedingung ist nur bei Abbildung von Flam- men, glühenden Körpern usw, kurz bei der Abbildung von Lichtquellen erfüllt. Meist hat man es in der Praxis aber mit nichtselbstleuchtenden Objekten zu tun, die ihre Strahlung erst auf indirektem Wege erhalten, also mit ,, erborgtem" Lichte strahlen. Die im Artikel ,X i n s e n - Systeme" hergeleiteten Abbildungsgesetze haben für nichtselbstleuchtende Objekte keine strenge Gültigkeit. In diesem Artikel haben wir also zu- nächst zu erörtern , welche physikalische Reahtät der Gauss sehen Abbildung zu- kommt d. h. ob da, wo ein zentriertes System brechender Kugelflächen ein homozentrisches Nullstrahlenbüschel vereinigt, auch wirkUch ein Bildpunkt entsteht. Diese Aufgabe ist identisch damit, die Ab- bildung im Sinne der Wellenlehre des Lichtes zu betrachten. Nur sofern die Gesetze der geometrischen Optik durch die Wellenlehre gestützt werden, kommt ihnen eine physi- kalische Reahtät zu; andernfalls sind es papierne Regeln und Gesetze ohne physi- kalische Bedeutung, ohne realen Inhalt. Sodann müssen wir erörtern, ob und unter welchen Bedingungen die Prämisse der Gauss sehen Abbildung fallen gelassen werden kann, daß die abbildenden Strahlen- büschel unendhch kleine Winkel mit der Systemachse einschließen müssen. Es führt dies zur Erörterung einer Erweiterung der Abbildungsgrenzen. Schheßlich sind die Gesetze der Abbildung nichtselbstleuchtender Objekte abzuleiten, die speziell bei der mikroskopischen Abbildung eine große Rolle spielen. 2. Punktweise Abbildung im Sinne der Wellenlehre.^) 2 a) B e d i n g u n g e n für ^) Bei der Behandlung dieses Themas halte ich mich an vielen Stellen fast wörtlich an eine von E. Abbe gegebene Darstellung in einem leider nicht publizierten Werke, dessen erste sechs Bogen mir seinerzeit von Professor Abbe gütigst zur Verfügung gestellt worden sind (vgl. die Gültigkeit der geometri- schen Abbildungsgesetze. Nur in den Fällen, in denen die viel kompli- ziertere Wellentheorie zum gleichen Resultat fülirt wie die geometrische Optik, kann diese als die einfachste und verständlichste Er- klärungsform der Abbildungserscheinungen benutzt werden. Die hier zu erörternde Frage lautet also: Welches sind die Voraussetzungen, auf Grund deren die Wellentheorie die Vor- stellung von der Entstehung optischer Bilder gemäß der geometrischen Optik deckt und rechtfertigt ? Im Sinne der Wellenlehre ist ein leuch- tender Punkt das Zentrum einer Aether- erschütterung, welche sich in Form kugel- förmiger Wellen in das umgebende Medium fortpflanzt. Ein Strahlenbüschel ist ein kegelförmig begrenzter Teil der Kugelwelle. Die Gestalt der fortschreitenden Welle — die Wellen fläche zu einer gewissen Zeit — ist auf dem ganzen Wege bestimmt durch den geometrischen Ort der Endpunkte aller Wege, denen vomLichtpunkte oder von irgend- einer vorangehenden Wellenfläche aus ge- messen, eine gleiche optische Länge zu- kommt. Auf der diese Endpunkte ver- bindenden Wellenfläche besteht em überein- stimmender Oszillationszustand mit end- hcher Amphtude In dem System der einander folgenden Wellen stellen jene Wege die senkrechten Schnittlinien zu den sämthchen WeUenflächen dar. Solange die Bewegung mnerhalb des ursprünghchen homogenen und isotropen Mediums bleibt, in welchem der Lichtpunkt sich befindet, sind die Wellenflächen kon- zentrische Kugelflächen und die Schnitt- linien gerade Linien. Soll der Wellen- fläche eine andere Lage oder Gestalt gegeben werden, so müssen die Fortpflanzungsbe- dingungen geändert werden. Bei der Spiege- lung und Brechung ist solches der Fall. Je nachdem dann die Fortpflanzungsbe- dingungen sich plötzhch oder stetig ändern, werden die Schnittlinien gebrochene _ oder krumme Linien, und die Wellenfläche nimmt plötzhch oder stetig eine andere Lage oder Gestalt an. Bei der Abbildung von leuchten- den Objekten sollen die von jedem Punkte ausgehenden Strahlen wieder in einem Punkte konzentriert werden. Die Systeme spiegeln- der oder brechender Flächen müssen dem- nach kugelförmige WeUen umgestalten in wieder kugelförmige Wellen mit anders ge- legenem Zentrum Wandelt das optische System konvexe Kugelflächen in konkave auch 0. L u m m e r, Die Lehre von der strah- lenden Energie. In Müller-Pouillets Lehrbuch der Physik IL Bd. IIL Buch 10. Auflage, Ver- lag v. Fr. Vieweg und Sohn, Braunschweig 1909). 10 Abbildungslehre um, so entsteht ein reeller Bildpunkt im Zentrum der konkaven Kui,^elf lache. Was die i^eometrische Optik ,, Lichtstrahlen" nennt, sind jene senkrechten Schnitthnien der Wellenflächen. Eine physische Bedeutung kommt aber diesen Lichtstrahlen nur inso- weit zu, als es wahr ist, daß der Bewegungs- zustand an irgend (>iner Stelle eines solchen Strahles völhg bestimmt ist durch die Bewe- gungszustände, welche sukzessive an allen vorangellenden Punkten desselben Strahles bestanden haben, also unabhängig bleibt von den Bewegungszuständen auf dem Wege anderer Strahlen. Bei der Ableitung der ge- radlinigen Fortpflanzung aus dem Fresnel- Huygens sehen Prinzip (siehe ,, Wellenaus- breitung"), erkennt man, daß diese Unab- hängigkeit nur für einen Strahl zutrifft, wel- cher im Lineren des Strahlenkegels Hegt, also überall in beträchtlicher Entfernung von den Grenzen des Wellenzuges bleibt, dem er an- gehört. Also eine gewissermaßen ,, reale" Exis- tenz hat der Lichtstrahl nur im Inneren eines Strahlenbündels von endlichem Divergenzwin- kel. Sobald er als einzelner Strahl erfaßt oder physisch isoliert werden soll, hört er auf zu sein. Fig. 1. Wir gehen jetzt auf die durch ein zen- triertes System brechender oder spiegelnder Kugelfiächen bewirkte Abbildung näher ein. Das Charakteristische daran ist, daß ein solches System kugelförmige Wellen in wieder kugelförmige Wellen mit anders gelegmem Zentrum umwandelt. Es vereinige das System S (Fig. 1) alle vom Achsenpunkte L ausgehenden Strahlen den geometrischen Gesetzen gemäß in einem reellen, wieder auf der Achse gelegenen Punkte L'. Nach den Sätzen von He Im holt z erfüllt also das Sys- tem unter dem Gesichtspunkte der Wellenlehre betrachtet, die Bedingung, daß im Punkte L' alle von L aus verfolgten Lichtwege mit gleicher optischer Länge zusammentreffen. Schlagen wir um L und L' als Zentrum die Kugelfläche MW und M'W', so stehen diese senkrecht auf den kürzesten Wegen; die optischen Längen der in das Bildmedium führenden kürzesten Wege zwischen der Kugelfläche WM und der Kugclfläche W'M' sind einander gleich, so daß also alle die um L' als Zentrum beschriebenen Kugel- flächen zugleich Wellenflächen der in das Bildmedium übergegangenen Bewegung dar- stellen. Es ist dies eine Folge der ungleichen Fortpflanzungsverhältnisse, die auf den ver- schiedenen Wegen aa', bb' innerhalb des optischen Systems bestehen. Die von L ausgegangene Welle wird be- grenzt in Figur 1 vom Kande der Linse, im Bildmedium also von denjenigen Teilen W'M' der mit L' konzentrischen Kugeloberflächen, welche von den letzteren durch das austretende Strahlenbüschel ausgeschnitten werden. Wir können demnach die von L durch Vermittelung des optischen Systems S auf irgendeinen Punkt o des Bildmediums übertragene Bewegungswirkung ersetzen durch die Wirkung der Wellenfläche W' M' und letztere berechnen nach dem Fresnel- H u y g e n s sehen Prin zip durch die Inter- ferenz aller von den Punkten der Welle W 'M' kommenden Elementarwellen. Im Zentrum L' der Welle W'M' treffen alle die von ihr ausgehenden Elementarwellen zufolge der gleichen Weglängen a' L', b' L' usw. mit gleicher Phase zusammen und summieren sich einfach, während in jedem anderen Punkte 0 infolge der ungleichen Wege a' o, b' 0 usw. das Zusammen- treffen mit verschiedener Phase erfolgt, und eine we- nigstens teilweise Vernich- tung der Bewegung durch Interferenz eintritt. Im Punkte L' erreicht die re- sultierende Amplitude ein absolutes Maximum, welches proportional ist der Fläche W' M', so daß die Lichtintensität in L' pro- portional ist dem Quadrate der Fläche W'M'. Es ist Aufgabe der Interferenz- und Beugungstheorie, die Art der Lichtverteilung im Bildraume zu berechnen (siehe ,, Licht- interferenz" und ,, Lichtbeugung"). Hier ge- nügt das Resultat, daß bei kreisförmiger Begrenzung der Welle W' M' die Lichtver- teilung in der Mittelpunktsebene sich als ein helles, kreisrundes Sehe ibchen bei L' dar- stellt, welches von abwechselnd dunkehi und hellen Ringen von schnell abnehmender Intensität umgeben ist. Jede andere Art der Begrenzung des Strahlenkegels bringt bei L' eine andere Abstufung des Licht- effektes hervor, die stets dem Fraunhofer- schen Beugungsspektrum eines leuch- tenden Punktes für die betreffende Oeffnung ähnlich ist. Je größere Ausdehnung die wirk- same Fläche der Kugelwelle (also die Oeffnung des Systems S) erhält, desto rascher erfolgt bei jeder Form der Begrenzung der Litensitäts- abfall um den Punkt L' herum, desto mehr reduziert sich demnach die ganze beleuchtete Fläche in der Mittelpunktsebene auf em ver- schwindend kleines Flächenelement um L' herum, in welchem die ganze lebendige Kraft Abbildungslehre 11 des strahlenden Lichtpunktes P, die vorher auf den verschiedenen Wellenflächen ausge- breitet war, wieder zusammenströmt. So ent- steht der zu L gehörige Bildpunkt L' als die ideelle Grenze, welcher sicli die resul- tierende Lichtverteilung in der Mittelpunkts- ebene der aus dem optischen System S aus- tretenden Kugelwelle in dem Maße nähert, wie die wirksame Wellenfläche größere Aus- dehnung gewinnt : Die physische Optik kennt keinen anderen Begriff von Bildpunkt. Man nennt schlechtweg den Einfluß der Begrenzung auf den Lichteffekt in der Gauss sehen Bildebene LT' die Beugnngswirkung der Oeffnung. Selbst wenn also ein optisches System das von einem Objektpunkte ausgehende Strahlenbüschel so ])richt oder spiegelt, daß es wieder in einem Punkte ver- einigt wird, so ist daselbst in Wirkhchkeit kein Lichtpunkt, sondern ein Licht f 1 e c k. Um die geometrischen Gesetze mit denen der Wellentheorie in Einklang zu bringen, bedarf es daher noch der jedesmaligen Bestimmung des Beugungseffektes der wirksamen Oeff- nung des abbildenden Systems und der Sub- stitution dieses Beugungseffektes an Stelle des geometrischen Lichtpunktes. In der geometrischen Optik faßt man also fälsch- licherweise den Bildpunkt als das Primäre im Abbildungsvorgange auf, Jedenfalls als ein selbständiges Element in demselben. Die Bestimmung des Bengungseffektes der Oeffnung des Systems wird nachträglich abgemacht, als ob es gälte, gleichsam^ ein „störendes" Nebenphänomen abzutun. Das ist auch vom mathematischen Standpunkte aus erlaubt; in Wirklichkeit ist es umgekehrt. Der Bildpunkt ist die Folge der B e u g u n g s f i g u r . Ohne Beugungsfigur kann niemals ein Bildpunkt entstehen, da er ja nur die ideelle Grenze der ersteren ist. Man kann also auch nur in den Fällen der geometrischen Optik von Bildpunkten reden, wo das Oeffnungsverhältnis (Quer- schnitt dividiert durch den Abstand vom Mittelpunkte) der abbildenden Strahlenkegel genügend groß ist. Bei der Gauss sehen Ab- bildung muß das Oeffnungsverhältnis jedoch sehr klein sein. Wir werden in den nächsten Abschnitten sehen, welche Mittel es gibt und welche Bedingungen erfüllt sein müssen, damit durch ein zentriertes System auch weit- geöffnete Strahlenbüschel wieder in einem Punkte vereinigt werden; erst dann deckt sich das Resultat der geometrischen Optik nahe mit dem der physischen Optik: es reduziert sich das Beugungsscheibchen auf einen Lichtpunkt. Aber erwähnt sei gleich hier, daß, wenn sich laut geometrischer Strahlentheorie die Lichtstrahlen nicht in einem Punkte schneiden, die dann stattfin- dende wirkhche Lichtverteiluns: sich nicht durch die Konstruktion der geometrischen Strahlen finden läßt, sondern einzig und allein durch Aufsuchen der Wellenfläche im letzten Medium und durch Berechnung der Liter- ferenzwirkung aller von ihr ausgehenden Elementarwellen. Wenn, wie bei einer einzigen brecheuden Kugelfläche, sphärische Aberration auftritt, so heißt das nichts anderes, als daß die vom Lichtpunkte kom- mende Kugelwelle beim Uebertritt in das letzte Medium in eine von der Kugel ab- weichende Rotationsfläche übergeht. In diesem Falle gibt es keinen Punkt,' in dem sich alle Elementarwellen summieren. Soll eine punktweise Abbildung stattfinden, so muß man das abbildende System so wählen oder korrigieren, daß die austretende Wellenfläche eine K u g e 1 w e 1 1 e ist und eine große Oeffnung hat. Aber diese Kugelwelle muß außerdem zugleich Wellen- fläche sein und interferenzfähige Elementar- wellen aussenden. Diese Bedingung lautet anders ausgedrückt: Der Objektpunkt muß kohärente Strahlen aussenden, er muß also selbstleuchtend sein. 2 b) Abbildung s e 1 b s 1 1 e u c h t e n - der Objekte. Es sei außer dem Achsen- punkte L (Fig. 1) noch ein zweiter, seit- lich gelegener Lichtpunkt P vorhanden. Auch von ihm erzeuge das System S einen Bildpunkt in P', indem es alle von P aus- gehenden Strahlen nach dem Punkte P' breche. Dann ist auch für diesen Punkt P die Bedingung erfüllt, daß er Kugelwellen aussendet, welche durch das optische System S wiederum in Kugelwellen mit anders ge- legenem Zentrum (P') verwandelt werden. Sind statt der zwei Punkte P und L auf der Strecke L P unendhch viele vorhanden, d. h. ist L P ein selbstleuchtendes Objekt, welches den geometrischen Gesetzen gemäß punktweise vom System S im Bilde L' P' abgebildet wird, so gilt für jeden einzelnen Punkt und sein Bild das oben für L und L' oder P und P' Gesagte. Die physische Optik rechtfertigt also aus ihren Prinzipien auch die Abbildung eines flächenhaften Objektes in dem Sinne, daß sie zu jedem einzehien Objektpunkte eine gewisse, aber für aUe die gleiche Lichtausbreitung in der Bildebene von L P nachweist, und diese Lichtausbreitung mit zunehmender Größe der Oeffnung auf Punkte sich reduzieren läßt. Damit sich aber der Vorgang so abspielt, muß noch folgende Bedingung erfüllt werden: Es müssen die verschiedenen Objektpunkte vonein an der unabhängige Erschütterungs- zentra sein. Nur in diesem Falle enthalten die den verschiedenen Objektpunkten zuge- hörigen Kugelwellen im Bildmedium inko- härente Bewegungszustände, so daß die von ihnen einzehi erzeugten Beugungsscheibchen sich einfach ohne gegenseitige Störung super- 12 Abbilduneslehre ponieren. Diese Bedingung ist bei selbst- leuchtenden Objekten, wie es die Flammen sind, von selbst erfüllt. Ist sie nicht erfüllt, so sind alle den verschiedenen Objektpunkten entsprechenden Kugelwellen kohärent, und die Elementarwellen nicht bloß jeder ein- zelnen, sondern aller dieser Kugelwellen sind untereinander interferenzfähig. Wir sind somit zu folgendem Resultat gelangt: Die nach den Regeln der geometrischen Optik bestimmte punktweise Abbildung eines Objektes (mit nachträghchem Hinzufügen einer der Öeffnung des Systems entsprechen- den Beugungsmodifikation der Bildpunkte in Form von sich superponierenden Beugungs- scheibchen) steht in Üeberehistimmung mit den Grundsätzen der Undulationstheorie, falls die beiden Voraussetzungen erfüllt sind, 1. daß die von den einzelnen Objektpunkten ausgehenden Strahlen büschel Wellenflächen sind, so daß alle Strahlen je eines Büschels in gleichem Abstände vom Zentrum zu allen Zeiten übereinstimmenden Schwingungszu- stand repräsentieren, und 2. daß die von benachbarten Objektpunkten ausgehenden Strahlen inkohärent sind, also voneinander unabhängigen Wellenflächen zugehören. Die im dritten Kapitel des Artikels „Linsensysteme" für zentrierte Systeme brechender oder spiegelnder Kugelflächen von sehr kleiner Öeffnung abgeleiteten Abbildungs- gesetze gelten demnach auch in Wirkhchkeit^) für den Fall, daß man es mit selbstleuchten- den Objekten zu tun hat, und daß man jeden Bildpunkt durch die der Begrenzung ent- sprechende Beugungserscheinung ersetzt. 2 c) Abbildung n i c h t s e I b s t - leuchtender Objekte. Wir wollen jetzt den Fall betrachten, daß von einem Punkte ein Strahlenbüschel ausgeht, dessen Begrenzung keine Beugungswirkung nach sich zieht, dessen Strahlen also nicht inter- ferenzfähig miteinander sind. Dieser Fall tritt ein, wenn, wie in Figur 2, in L sich Strah- len von allen Punkten der ausgedehnten Lichtquelle F kreuzen. Man kann sich vor- stellen, daß bei L eine Wand mit sehr enger Öeffnung steht. Von dieser punktförmigen Öeffnung geht eiji Strahlenbüschel aus wie von einem selbstleuchtenden Punkte, aber die Strahlen dieses Büschels sind inko- härent,* da sie alle von verschiedenen Punkten der Lichtquelle F herrühren. Wel- ches ist die Lichtverteihing im Vereinigungs- punkte L', in welchem die Strahlen gemäß dem Brechungsj^esetz durch das optische System S vereinigt werden? Dazu beschrei- ben wir wieder um L und L' als Zentra die Kugelflächen WM und W'M'; auch hier sind die optischen Längen aller Strahlen zwischen WM und W'M' einander gleich; auch hier enthält die Kugelfläche W'M' die Endpunkte aller kürzesten Wege von gleicher optischer Länge gerechnet vom Objekt- punkte L aus, aber hier ist W'M' nicht zu- gleich Wellenfläche, da auf ihr von Punkt zu Punkt ein anderer Schwingungszustand herrscht: von ihren Punkten gehen keine interferenzfähigen Elementarwellen aus. Diese Elementarwellen können also auch in der Mittelpunktsebene keine von der Be- grenzung der Welle M' W' abhängige Beu- gungswirkung, also auch im Grenzfalle keinen Bildpunkt hervorbringen. Im Falle, daß ein Objekt nur solche von der Lichtquelle transmittierten Strahlenbüschel aussendet, ist eine Abbildung im Sinne der geometrischen Optik ausgeschlossen. Findet dennoch im allgemeinen eine Ab- bildung nicht selbstleuchtender Objekte statt, scheinbar ganz übereinstimmend mit den Gesetzen der geometrischen Optik ^), so muß trotzdem als Konsequenz der allge- mein angenommenen Theorie des Lichtes behauptet werden, daß diese Abbildung im Prinzip verschieden ist von der Ab- bildung selbstleuchtender Objekte. Die Ab besehe Theorie der Abbildung nichtselbstleuchtender Objekte, speziell bei der mikroskopischen Bilderzeugung, können wir erst bringen, wenn wir die Bedingungen kennen gelernt haben, unter denen weit- geöffnete Büschel zur Vereinigung gebracht werden. Wir behandeln also zunächst noch die Abbildung selbstleuchtender Objekte. 3. Erweiterung der Abbildungsgrenzen bei zentrierten Systemen. 3 a) W i d e r - Spruch zwischen geometrischer Optik und Erfahr u n g. Gemäß der Wcllentheorie des Lichtes entsteht nur dann ein punktweises Abbild, wenn das Objekt ein Selbstleuchter ist, und das optische System Strahlenbüschel endlicher Öeffnung so bricht, daß sie im Bildraum senkrecht auf einer kugelförmigen Wellenfläche stehen (Abschnitt 2). Dieser Bedingung entsprechen nur die aberrationsfreien brechenden und spiegehiden Flächen (vgl. den Artikel „Lichtbrechung"), die sogar alle von einem Lichtpunkt ausgegangenen Strah- len wieder in einem Punkte vereinigen, in welchem tatsächlich eine punktweise Licht- konzentration stattfindet. Leider besitzt jede aberrationsfreie Fläche aber nur ein ') Wenigstens soweit die Wellentheorie des Lichtes die optischen Erscheinungen wiedergibt. 1) Wir werden später zeigen daß bei den mikroskopischen Abbildungen eines Gitters oder dergleichen Objekten Bilder entstehen können, welche nach der geometrischen Optik dem Objekt ähidich sein sohten, ihm aber in Wirklichkeit ganz unähnlich sind. Abbildunffslehre 13 — bW^- aberrationsfreies Punktepaar, ist also von geringer praktischer Bedeutung. Das zentrierte System brechender Kugel- flächen andererseits vermag nur Nullstrahlen - büschel zu vereinigen, so daß statt eines Bildpunktes eine mehr oder weniger aus- gedehnte Bildfläche entworfen wird. Die Gauss sehe Abbildung ist daher in Wirk- hchkeit keine punktweise Abbildung und somit ebenfalls ohne praktische Bedeutung. Die Forderungen der Wellenlehre für eine punktweise Abbildung und die Resultate der geometrischen Optik, welche in der Gau SS sehen Abbildung gipfeln, stehen also in unlösbarem Widerspruche. Es sei gleich hier vorausgenommen, daß es kein optisches System brechender Flächen irgend- welcher Form gibt, welclus auch nur ein Volumelement punkt- weise mittels behebig weit geöffneter Büschel abbildete. Man hilft sich daher durch Kompromisse. Zu- nächst kommt unser Auge zu Hilfe, insofern dieses keine genaue punktweise Abbildung erheischt, da es infolge seiner Netzhauteinrichtung doch nicht zwei ge- nügend nahe Bildpunkte vonehiander trennen kann. Dem Auge erscheint daher auch ein Lichtscheibchen von kleiner, aber endhcher Ausdehnung noch als Punkt. Auch die photographische Platte verhält sich ähn- lich dem Auge, denn sie hat ein „Korn" wie man sagt, und ist vergleichbar in ihrer Struktur unserer Netzhaut. Ferner führt man eine Arbeitsteilung herbei, indem man die optischen Apparate wie das Mikroskop und das Fernrohr aus zwei Teilen (Objektiv und Okular) kon- struiert, von denen der eine (Objektiv) wenig ausgedehnte Ob- jekte mittels weitgeöff- neter Büschel, der andere (Okular) dagegen ausge- dehnte Objekte mittels enger Büschel abzubilden hat. Nach diesen Bemer- kungen allgemeinerer Art wollen wir sehen, durch welche Mittel man beim zentrierten System bre- chender Kugelllächen die Abbildungsgrenzen der Gau SS sehen Abbildung erweitern kann. 3 b) Sphärische Aberration und ihre Bedeutung. Zwei von einem Achsenpunkte L (Fig. 3) ausgegangene Strah- len LE und Le, von denen LE einen end- lichen Divergenzwinkel U, dagegen Le einen unendlich kleinen Winkel u mit der Achse des Systems S^) bildet, schneiden nach ihrer Brechung die Achse in verschiedenen Punkten L und 1. Die Distanz LI zwischen den beiden Schnittpunkten wird als sphärische L 0 n g i t u d i n a 1- A b e r r a t i 0 n (Längs- abweichung) bezeichnet. Alle zwischen E und e auffallenden Strahlen bilden einen Teil der diakaustischen Kurve FF' (vgl. den Ar- tikel ,,L i c h t b r e c h u n g"), die von allen gebrochenen Strahlen eingehüllt wird. Wir wollen den vom System S aufgenommenen äußersten Strahl LE als Rand strahl bezei^-hnen im Gegensatz zu dem Nullstrahl Le. Die engste Einschnürung vw des ge- brochenen Büschels ist da, wo die diakaus- Fig. 2. tische Kurve FIF' von den Randstrahlen ge- schi-itten wird; der Querschnitt vw stellt somit die Größe des kleinsten Zerstreuungs- krtises dar (Lateral-Aberration oder Seitenabweichung). Bei einer spiegehiden Kugelfläche wächst der Radius des kleinsten Zerstreuungskreises proportional zur dritten Potenz der Spiegel- öffnung ES. Bei einer einzigen brechenden Fläche und für parallel auffallende Strahlen bei dünnen Linsen haben die Randstrahlen eine kleinere oder größere Vereinigungs- weite als die Nullstrahlen, je nachdem die brechende Fläche oder Linse parallele e xs^ -^ f^\ Fig. 3. 1) In der Figur ist der Einfachheit wegen nur eine brechende Kugelfläche gezeichnet. 14 Abbildungslehre Strahlen reell oder vh-tuoll veremigen. Schneiden die Randstrahlen die Achse näher dem System als die XuUstrahlen, so nennt man das System sphärisch u n t e r korrigiert ; im entgegengesetzten Falle sphärisch ü b e r - korrigiert. Hieraus erkennt man ohne weiteres, daß man durch die Kombination eines über- und unterkorrigierten Systems ein Gesamtsystem erhalten muß, dessen sphä- rische Aberration dem absoluten Betrage nach kleiner ist als die jedes Einzel- systems. Bei geeigneter Wahl der Einzcl- systeme wird man also die sphärische Aber- ration ganz beseitigen können. Im folgenden sei die Größe der sphä- rischen Aberration uiid ihre Beseitigung für einige spezielle Fälle erörtert: 1. Eine einzige brechende Kugel- fläche. Starkgekrürarate Kugelf lachen haben eine größere sphärische Aberration als schwach gekrümmte; bei gleicher Ivrümmung ist die sphärische Aberration umso kleiner je kleiner die Differenz der Brechungsquotienten der beiden Medien ist. Die sphärische Aber- ration ist Null, wenn der Objektpunkt mit dem KugeLmittelpunkt, mit dem Scheitel oder mit einem der beiden aberrationsfreien Punkte der Kugelfläche zusammenfällt (vgl. den Artikel ,,L i n s e n s y s t e m e"). 2. Unendlich dünne Linse. Hier ist ceteris paiibus die sphärische Aberration umso kleiner, je größer der Brechungsquotient des Linsenmaterials ist. Sie hängt wesent- lich von der Form der Linse ab d. h. vom Verhältnis der Radien beider Flächen und ist bei gegebener Form geringer, wenn man die gekrümmtere Fläche dem ankommenden Lichte zukehrt. 3. Zwei Linsen. Bei 2 Linsen oder einem zentrierten System, welches man in seiner Wirkung durch 2 Linsen ersetzen kann, hebt man die spliärische Aberration auf folgende Weise auf. Ist die Brennweite der ersten Linse gleich (pi, so berechnet man die zweite Linse so, daß ihre Aberration für die aus der Entfernung l/cpi einfallenden Strahlen ebenso groß, aber von entgegenge- setztem Vorzeichen ist, wie die der ersten Linse für parallel einfallende Strahlen. Im allgemeinen ist diese Bedingung damit identisch, daß die eine Linse sam- mcbid, die andere zerstreuend wirkt. Es gibt unendlich viele Linsenpaare, welche bei gleicher Gesamtbrennweite aberrations- frei sind. 4. V e r m i n d e r u n g der Aberra- tion einer einfachen Linse durch Anwendung mehrerer Linsen von geicher Gesamtbtenn- weite wie die einfache Linse. Wollte man eine einfache Linse konstruieren, welche bei großer Oeffnung eine kleine Brennweite besitzt, so würde selbst bei der günstigsten Linsenform infolge der sphärischen Aber- ration an eine auch nur annähernd punkt- weise Abbildung nicht zu denken sein. Bedeutend günstiger gestalten sich die Ver- hältnisse, wenn man die einfache Linse von starker Krümmung ersetzt durch mehrere Linsen schwächerer Krümmung von der- selben Glassorte, derselben Form und von der Gesamtbrennweite wie die einfache Linse. 5. Beseitigung der sphäri- schen Aberration beim Mikroskopobjek- tiv (Oelimmersion). Beim Mikroskop- objektiv verwendet man Oeffnungswinkel von 180 0 und darüber (Oehmmersion). Um die hierbei auftretenden hohen Be- träge der sphärischen Aberration zu be- seitigen macht man außer von dem unter 4 genannten Mittel auch noch Gebrauch von der unter 1 erwähnten Eigenschaft einer Kugelfläche, zwei aberrationsfreie Punkte zu besitzen. Man wählt als erste Linse eine Halb- kugel mit ihrer ebenen Fläche dem Objekt zugewandt, welches man bei der Oehmmersion in ein Medium einbettet vom gleichen Bre- chungsindex wie die Halbkugel, und welches man möghchst in den einen aberrationsfreien Punkt der Kugeloberfläche bringt. Es treten dann die Strahlen ohne sphärische Aber- ration aus der Halbkugel aus, trotzdem sie auf einen viel kleineren Raum als zuvor ein- geengt sind. Diese Strahlenbüschel von relativ geringer Divergenz schließlich zur Konver- genz in einen Punkt zu zwingen, gelingt dann immer, wenn man nur genügend viele brechende Kugelflächen zur Mitwirkung heranzieht. Die durch Beseitigung der sphärischen Aberration erzielte Erweiterung der Abbil- dungsgrenzen bezieht sich nur auf die Ob- jektpunkte, welche auf der Achse des Systems gelegen sind und streng genommen auch nur auf e i n Punktepaar, für welches das System sphärisch korrigiert worden ist. In Wirk- lichkeit freilich ist, abgesehen vom Mikroskop- objektiv, ein System auch für die übrigen Punktepaare auf der Achse angenähert sphärisch korrigiert, wenn die sphärische Abweichung z. B. in bezug auf den unend- lich fernen Punkt und den zugehörigen Brennpunkt streng beseitigt ist. 3 c) A p 1 a n a t i s c h e Punkte. S i - n u s b e d i n g u n g. Es sei das optische System S (Fig. 4) "für den Achsenpunkt L sphärisch korrigiert, so daß das weitgeöffnete von L ausgehende Strahlenbüschel nach L' gebrochen werde. Früher glaubte man, daß dann auch ein L benachbarter Punkt 1 punktweise abs:ebildet werde. Dies ist aber nur dann der Fall, wenn außer der vollkom- menen Beseitigung der sphärischen Aber- ration für den Achsenpunkt L auch noch die sogenannte S i n u s b e d i n g u n g er- Abbildungslehre 15 füllt ist. Iii diesem Falle wird wenigstens ein bei L gelegenes Flächen dement pnnkt- weise abgebildet, während bei nichterfüllter Smusbedingung vom unendlich benachbai-- ten Punkte 1 ein Zerstreuungskreis 1' 1" ent- steht, der von gleicher Größenordnung ist L 1 das gleich große Bild L' 1' entwirft, ist die Sinusbedingung. Es muß das Sinusverhältnis konjugierter Achsenwinkel u und u' für alle vom Achsen- punkte L ausgegangenen und zum Bildpunkte L' gebrochenen Strahlen konstant sein. Fig. 4. wie der Abstand 1 L des Objektpunktes 1 von der Achse. Es hat dies nach Abbe seinen Grund darin, daß die verschiedenen Par- tien (,, Zonen") des sphärisch korriiiierten Systems S von LI Bilder verschiedener Lateralvergrößerung entwerfen. Li der Figur ist L'l' das durch die Nullzone (Nullstrahlen) entworfene Bild von LI, während die Rand- zone (Randstrahlen) von L 1 das Bild L' 1" entwirft. Wirken aUe Zonen gleichzeitig, so ent- stehen diese ungleich großen Bilder alle zu- gleich und überlagern sich so, daß die mitt- leren Teile sich decken, die seitlichen überein- ander hinausgreifen. Diese Differenzen zwischen der Vergrößerung des mittleren und peripherischen Teiles eines Objektivs von großer Oeffnung, z. B. eines Mikroskop- objektivs, können 50% und mehr betragen. Solche ündeutlichkeiten wurden lange Zeit fälschlicherweise mit dem unzutreffenden Namen Wölbung des Bildes oder Unebenheit des Sehfeldes belegt; man wußte eben vor Abbe noch nicht, daß alle diese Fehler weit zurückstehen hinter dem der un- gleichen Vergrößerung verschiedener Zonen eines nur sphärisch korrigierten Systems. Wir wollen ein System als „a p 1 a n a - tisch" bezeiclmen, wenn es mittelst w e i t - geöffneter Strahlenbüschel ein axiales Flächenelement L 1 punktweise und ähnlich wieder als axiales Flächenelement abbildet. Die Punkte L und L', für welche diese Be- dingung erfüllt ist, heißen „a p 1 a n a t i - sehe" Punkte. Damit sie aplanatische Punkte werden, muß für sie die sphäri'jche Aberration aufgehoben und die Lateralver größerung aller Zonen des Systems die gleiche sein. Die notwendige und hin- reichende geometrische Bedingung dafür, daß jede Zone des Systems S vom Element I Es muß also für alle konjugierten Strah- I lenpaare gelten sin ü sin u' n 1 sln^ = WTr=n"'To^'""'^---- ^^^ won und n' die Brechungsquotienten des Objekt- und Bildmediums bedeuten und unter ßa die Lateralvergrößerung im aplana- tischen Punktepaar L und L' verstanden wird, wenn lediglich die Nullzone (Null- strahlen) die Abbildung vermittelt. Dieses Sinusgesetz ist von großer Wichtigkeit bei der mikroskopischen Ab- bildung mit sehr weitgeöffneten Strahlen- büschehi geworden. Wo die Sinusbedingung nicht erfüllt und nur die sphärische Ab- weichung auf der Achse gehoben ist, er- scheint das Bild eines ebenen Objektes wie eine von oben her gesehene Kegelspilze. Die aplanatischen Punkte sind nicht ohne weiteres identisch mit den von uns aber- rationsfrei genannten Punkten. So sind für die von dem einen Brennpunkte einer Elhpse ausgehenden uiid nach dem anderen Brennpunkte reflektierten Strahlen die Ver- hältnisse der Shius konjugierter Achsen- winkel nicht dieselben, die Brennpunkte des Elhpsoids sind keine aplanatischen Punkte in dem Abbe sehen Sinne. Wohl aber sind die aberrationsfreien Punkte einer brechen- den Kugelfläche zugleich aplanatische Punkte. Was die Aufstelhmg der Sinusbedingung und die Ableitung des Wertes der Konstanten betrifft, so ist sie fast gleichzeitig von Abbe und H e 1 m h 0 1 1 z gegeben worden. Abbe leitete sie aus der Forderung ab, daß zwei konjugierte Flächenelemente durch alle Partialbüschel mit gleicher Vergrößerung ineinander abgebildet werden. Gleichzeitig stellte H e 1 m h o 1 1 z die Konstanz des Sinusverhältnisses konju- 16 Abbildunsfslehre gierter Achsenwinkel auf als Bedingung dafür, daß aUes von einem FLächen- element ausgehende und das System treffende Licht wirklich hi dem Bilde ver- einigt werde, welches das aberrationsfreie System nach den gewöhnhchen Regeln der geometrischen Optik ((x a u s s sehe Abbil- dungslehre) vom Öbjektelement entwirft. Er wandte also gleichsam das Gesetz von der Erhaltung der Energie auf die Licht- strahhing an. Viel allgemeiner hatte C 1 a u s i u s schon vor Helmholtz und Abbe aus dem zwei- ten Hauptsätze der mechanischen Wärme- theorie die Beziehung liergeleitet dafür, daß die ganze Energie von einem Flächenelement innerhalb eines unendlich kleinen Kegel- winkels auf ein anderes Element übertragen werde. Wendet man die Claus ins sehe Gleichung auf die Abbildung eines Flächen- elementes durch ein optisches System mittels weit geöffneter Strahlenbüscheran, so erhält man die Sinusbedingung und für die Kon- stante denselben Wert, wie ihn Abbe und II e 1 m h 0 1 1 z gefunden haben. Einen eleganten Beweis mit Hilfe der opti- schen Längen hat John Hockin gegeben, während Sommerfeld und J. Runge ganz kürzlich für den Sinussatz unter An- wendung der Vektorenrechnung einen Beweis erl)rachten, der im Grunde genommen mit dem von S c h w a r z s c h i 1 d gegebenen identisch ist. Den Zusammenhang des Sinus- satzes mit einem allgemeineren Reziprozitäts- gesetz der geometrischen Optik betont S t r a u b e 1. Eine sehr einfache Gestalt nimmt die Sinusbedingung an, wenn entweder der Ob- jekt- oder der Bildpunkt im Unendlichen liegt. Es sei der Objektpunkt im Unendhchen gelegen (Figur 5) wie es beim Fernrohr der Fig. 5. Fall ist. Dann muß für die verschiedenen achsenparallelen Strahlen, welche von dem unendlich fernen Achsen punkte ausgegangen sind, gelten hl _ ^2 _ h sin Ui' sin Ua' ~ ' * 'sin u' ~ ^^nst. Für sehr kleine Werte von Ui gilt aber hl ^ lix^ sin Ui' tg ui' = F' wo F' die hintere Brennweite H'B' der Null strahlen ist. Da gemäß Figur gilt sin u' = h/EB', so ist die Sinusbedingung identisch mit der Bedingung EB' = F' = H'B' d. h. die Schnittpunkte der verlängerten achsenparallelen Einfallstrahlen mit ihren konjugierten Bildstrahlen müssen auf einer Kugelfläche liegen, die um den hinteren Brennpunkt B' als Zentrum mit der Brenn- weite F' des Systems beschrieben ist. Wenn die Sinusbedingung erfüllt ist, so wird ein Flächenelement mittelst belie- big weit geöffneter Büschel deutlich abge- bildet, nicht jedoch eine ausgedehnte Fläche, noch auch zugleich mehrere Flächenelemente hintereinander. Es gibt demnach nur ein Paar aplanatischer Punkte, so daß ein Mi- kroskopobjektiv stets für dasjenige Punkte - paar berechnet werden muß, für welches es gebraucht werden soll. Sowie man das Objekt aus dem aplanatischen Punkte heraus an eine andere Stelle der Achse bringt, ist sein Bild nicht mehr aplanatisch. Aber selbst das bescheidene Verlangen, zwei verschiedene Achsenpunkte apla- natisch abzubilden, kann nicht erfüllt wer- den, wenn die aplanatische Abbildung eines Flächenelementes hergestellt worden ist. Denn um jenes Verlangen zu befriedigen, muß, wie Czapski nach Analogie des Hoc- k i n sehen Verfahrens bew'eist, der Be- dingung sin u / 2 n' sin u'/ 2 ~ ^° IT ^^) genügt werden, welche im Widerspruch steht mit der Sinusbedingung 1) für aplanatische Systeme. Aus beiden Bedingungen folgt, daß man mit allen Mittehi der praktischen Dioptrik sich höchstens folgendem theoretischen Ziele nähern kann, mittels behebig weit geöffneter Büschel entweder nur ein zur Achse senk- rechtes Flächenelement oder ein unendhch kleines Stück der Achse selbst deuthch abzubilden. Dagegen bleibt es praktisch unmöglich, ein unendhch kleines axiales Raumelement scharf abzubilden. 3 d) Abbildung ausgedehnter Objekte mittels unendiich enger Büschel. Da es unmöghch ist, mittels zentrierter Systeme ein endhch ausgedehntes Objekt durch beliebig weitgeöffnete Büschel punkt- weise abzubilden, wollen wir untersuchen, ob es möglich ist, ein behebig ausgedelmtes Objekt wenigstens durch unendlich enge Büschel punktweise abzubilden. Im allge- meinen ist auch dies nicht der Fall, denn wir wissen, daß ein schiefes enges Büschel die Erscheinung des Astigmatismus zeigt (vgl den Artikel „Linsensysteme"). Erst wenn der Astigmatismus beseitigt ist. Abbildungslehre 17 kann von einer punktweisen Abbildung in unserem Sinne die Rede sein. Dann entsteht zwar vom Objekt ein punktweise scharfes Abbild; dasselbe kann aber noch mit zwei Fehlern behaftet sein, der B i 1 d w ö 1 b u n g und der Verzerrung. Wir wollen er- örtern, wann und durch welche Mittel diese 3 Fehler zu verkleinern oder ganz zu be- seitigen sind. 3e) Astigmatismus schiefer enger Büschel bei zentrierten Systemen. Wo immer ein enges Strahlenbüschel eine brechende Fläche trifft, welche in bezug auf den Achsenstrahl keine Rotationsfläche ist, bildet das gesamte schiefe, enge Büschel nach der Brechung zwei zueinander und Fig. 6. zum gebrochenen Achsenstrahl des schiefen Büschels senkrecht stehende Brenn- linien m^ und m, (Fig. 6). Statt eines von der Gauss sehen Abbildung bei m geforderten Bildpunktes in der Bildebene E der Nullstrahlen entsteht daselbst eine kleine ausgedehnte Z e r s t r e u u n g s f 1 ä c h e. Die astigmatische Differenz m^ nig wächst mit dem Divergenzwinkel des schiefen Büschels: sie wird Null für das paraxiale Büschel (Nullstrahlenbüschel). Die den ver- schiedenen Objektpunkten eines ausgedehnten Objektes zukommenden Brennlinien m^ und m^ hegen je auf einer Fläche K^ und K^ und diese „Büdflächen" berühren sich im konjugierten Bildpunkt E des Objektachsen- punktes. Wählt man in einer zur Achse senk- rechten Ebene als Objekt 1. konzentrische Kreise mit dem gemeinsamen Zentrum auf der optischen Achse und 2. deren Radien, so bilden sich die Kreise auf der einen, die Radien auf der anderen Bildfläche deutlich ab. Auf der Bildebene E für Nullstrahlen entstehen weder von den Kreisen noch von den Radien deuthche Abbilder, da die astigmatischen Strahlenbüschel von ihr im allgemeinen in EUipsen geschnitten werden, deren Flächeninhalt um so größer ist, je größer der Winkel ist, den das schiefe Büschel mit der Achse bildet. Will man Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Band I also selbst bei unendlich kleiner Oeffnung des Objektivs ein großes Gesichtsfeld erzielen, so muß vor allem der Astigmatismus be- seitigt sein. Es läßt sich auf theoretischem Wege kein Satz ableiten, der in gleicher Allgemeinheit, wie die Sinusbedingung für den zuerst behandelten Grenzfall, die Be- dingung dafür enthielte, daß der Astigmatis- mus für sehr schiefe zur Achse geneigte Elementarbüschel beseitigt wäre. Die Beseitigung des Astigmatismus oder die Herstellung des ,,Stigmatismus" (punkt- förmige Strahlenvereinigung) ist eng ver- knüpft mit der Beseitigung der B i 1 d - w ö 1 b u n g. Sind beide Fehler beseitigt, so spricht man von ,, an astigmatischer Bildebenung". 3f) Bildwölbung und anastig- matisch e B i 1 d e b e n u n g. Je mehr das System in bezug auf Astigmatismus korrigiert ist, um so näher hegen die beiden Brennlinien nij und m^ (Fig. 6) anein- ander und damit auch die beiden Bildflächen Kj und Kj, ohne aber mit der durch E ge- legten Bildebene der G a u s s sehen Abbil- dung zusammenzufallen. Vielmehr bleibt das Abbild, vermittelt durch die schiefen engen Büschel, eine gewölbte Fläche, die im Punkte E die G a u s s sehe Bildebene tangiert. Fängt man das Bild also auf einem ebenen Schirm (photographische Platte) auf, so nimmt je nach der Einstellebene, die man wählt, die Schärfe des Bildes von der Mitte zum Rande ab oder es werden alle Punkte gleichmäßig unscharf abgebildet. Nur auf geeignet gekrümmter Platte entsteht ein überall punktweises Abbild. Bei ebener Platte erhält man ein überall deutliches Ab))ild nur, wenn man die Objektpunkte im Räume auf geeignet gewölbter Fläche an- ordnet, wie man es bei Gruppenaufnahmen macht. Da beim Auge die Netzhaut be- deutend gekrümmt ist, so entsteht auf ihr also unter Umständen auch von einem ausgedehnten, ebenen Objekte senkrecht zur Augenachse ein deuthches Abbild. Petzval war der erste, der die Bedin- gung dafür aufstellte, daß ein System ein geebnetes Bild erzeugt. Nach Seidel kommt bei Vorhandensein nur einer Glassorte die Bedingung der Bildebenung auf die Forde- rung hinaus, daß der Apparat, alle seine Flächen aneinander geschoben gedacht, un- endhch große Brennweite haben d. h. wie eine planparallele Platte wirken müsse. Wenig günstiger gestaltet sich die_ Sache, wenn man zweierlei Glassorten, wie beim Achromaten, wählt, welcher gewöhnhch aus Fhnt- und Crowngias besteht. Denn es widerstreitet die Bedingung der Bildebenung dann der bei weitem wichtigeren Forderung, die infolge der Farbenzerstreuung auftretende Bildverschlechteruno- unschädlich zu machen. 2 18 Abbildungslehre Nur bei relativ dicken Gläsern kann man hoffen, dem Widerspruche zu begegnen. Erst nachdem es A b b e im Verein mit Schott in Jena gelungen war, optische Gläser herzustellen, bei denen hohe Brech- kraft mit geringer Dispersion gepaart ist, konnte der Petzval-Seidel sehen Be- dingung der Bildebenung genügt werden, ohne auf die Aufhebung der chromatischen Aberration zu verzichten. Kombiniert man ein zweiUnsiges, achromatisches Objektiv, dessen Sammellinse einen größeren Breclmngs- index hat als die Zerstreuungslinse (von mir „Keuachromat" genannt) mit einem zwei- linsigen, achromatischen Objektiv, dessen Sammellinse einen kleineren Lidex hat als die Zerstreuungslinse („Altrachromaf), so erhält man bei geeigneter Wahl und Anordnung der Gläser tatsächhch ein System, welches bei beträchtlicher Oeffnung sowohl deutliche, als auch ebene Bilder von ausgedehnten Objekten erzeugt. Im Zeiss-Anastigmat tritt uns die ,,anastigmatisclie Bildebenung", wie wir mit P. R u d o 1 p h die gleichzeitige Be- seitigung des Astigmatismus und der Bild- wölbung bei Aufhebung sphärischer und chromatischer Fehler bezeichnen wollen, zum ersten Male verwirklicht entgegen, nach- dem schon vorher S t e i n h e i 1 mit seinem A n t i p 1 a n e t den richtigen Weg zur Lösung dieses Zieles eingeschlagen hatte. 3 g) V e r z e r r u n g. 0 r t h o s k o p i e. A i r y sehe T a n g e n t e n b e d i n g u n g. Die Verzerrung des geebneten scharfen Bil- des ist mehr ein Schönheitsfehler. Nur da spielt er eine Rolle, wo man aus den Abstän- den von Bildpunkten auf die Abstände der Objektpunkte voneinander schheßen will. Interessant ist es, daß sich für die Auf- hebung dieses Fehlers eine einfache, für jede beliebige Ausdehnung des Objekts gültige d. h. der winkelgetreuen und geometrisch ähn- hchen Abbildung zu formulieren, nehmen wir an, daß alle vom Objekt L 1 (Fig. 7) kom- menden engen Strahlenkegel die Achse des Systems S an ein und derselben Stelle p schneiden und daß ebenso die das Bild er- zeugenden Büschel die Achse an ein und demselben Punkte p' durchsetzen (in Figur 7 ist da« Bild virtuell). Man erreicht den geforderten Strahlengang dadurch, daß man bei p und p' Blenden emschiebt. Ist X ein behebiger Punkt des Objekts, x' sein Bildpunkt, sind u und u' die zugehöri- gen Achsenwinkel der von ihnen ausgegange- nen Strahlen (wenn man die Zentral- oder Hauptstrahlen mit den engen Strahlen- büscheln identifiziert), sind n und n' die Brechungsquotienten des Objekt- und Bild- mediums und bedeutet /Jq die Lateralver- größerung in bezug auf die konjugierten Ebenen p und p' (bezogen auf Nullstrahlen), so erhalten wir als Bedingung der Ortho- skopie tsu' n' 1 = const (3) tgu r^-ßo Diese schon von A i r y und unabhängig später von Abbe aufgestellte Tan- gentenbedingung sagt also aus, daß das Tangentenverhältnis tgu'/tgu oder die Angularvergrößerung für alle konjugierten Punktepaare x und x' kon- stant sein muß. Nur wenn diese Tangen- tenbedingung erfüllt ist, bildet das System ein Kreuzgitter von sich rechtwinkhg schnei- denden Geraden (Schachbrett) wieder als ein Kreuzgitter (Schachbrett) ab; im anderen Falle tritt ein verzerrtes Bild auf. Man nennt ein System, bei welchem der Tangentenbedingung genügt wird, ein „orthoskopisches" System und die Schnitt- Fig. 7. und von der besonderen Wahl des Systems unabhängige Bedingung aufstellen läßt. Um die Bedingung der ,,Orthoskopi'e", punkte der abbildenden Strahlenbüschel mit der Achse p oder p' die „orthoskopischen" Punkte des Systems. Die orthoskopischen Abbildungslelire 19 Punkte können nicht zu gleicher Zeit apla- natische Punkte sein (Sinusbedingung). Es kan.n also das ausgedehnte Objekt LI nicht zugleich durch weit geöffnete Büschel abge- bildet werden. Die Tangentenbedingung ist, wie ich zeigte, nicht lihireichend, wenn nicht, wie in Figur 7 angenommen war, die von p kommenden und nach p' zielenden abbildenden Strahlen bündel sich in einer durch S senlvi'echt zur Achse pp' gelegten Ebene schneiden. Dies ist angenähert der Fall bei einer sehr dünnen einfachen Linse. In diesem Falle ist die Tangentenbedingung gleichbedeutend mit der Bedingung: es sollen alle von p kommenden Strahlen durch das System S wieder in einem Punkte p' vereinigt werden, d. h. es soll das System S sphärisch korrigiert sein in bezug auf den Ort der Blende p und den dazu konjugierten Ort p'. Diese Bedingung ist bei einer Linse schlechterdmgs nicht zu erfüllen, da eine Zerstreuungslinse sphärisch überkorrigiert, eine Sammellinse sphärisch unterkorrigiert ist. Beide Linsensorten müssen also in ent- gegengesetztem Sinne verzerren. Sind p und p' die Ein- und Austrittspupille (4 b) des Systems S, so ist die Bedingung zur Herstellung der Orthoskopie ganz allge- mein ausgedrückt folgende: Das System S soll sphärisch korrigiert sein in bezug auf den Ort der Eintrittspupille p und der Austritts- pupille p'. Sie enthält die Tangentenbe- dingung in sich, während letztere allein noch nicht hinreichend ist, um die Verzer- rung zu beseitigen. tümhchen Verzerrung, welche das Objekt LI (Fig. 7) erfährt , wenn das Punktepaar p j und p' nicht ein orthoskopisches, sondern ein I aplanatisches Punktepaar ist. Li diesem Falle wird nänihch eine ganz bestimmte Doppel- schar von Hyperbehi (Fig. 8) als ein Kreuz- gitter d. h. als ein System sich senkrecht schneidender und aequidistanter Geraden abgebildet. Durch dieses Kriterium konnte Abbe nachweisen, daß bei den älteren Mikroskopobjektiven, welcheFlächenelemente I punktweise und ähnhch abbildeten, tatsäch- lich die Sinusbedingung erfüllt war, ohne daß die Konstrukteure eine Ahnung von der Sinusbedingung hatten. 3 h) S e i d e 1 s c h e A b b i 1 d u n g. C 0 - m a oder Fraunhofer sc he Be- dingung. Projektionssysteme. Durch die Zerlegung der optischen Systeme in SpezialSysteme, von denen das eine Flächen- elemente mittels behebig weiter Büschel, das andere große Flächen mittels Elementar- büschel abbildet, konnten wir relativ leicht allgemeine Bedingungen dafür aufstellen, daß in jenen speziellen Fällen die Abbildung punktweise deuthch und richtig ist. Wir wollen jetzt eine dritte Art optischer Systeme betrachten, welche eine Mittel- stellung zwischen jenen extremen Fällen einnehmen; dahin gehören die Projektions- systeme oder die photographischen Objekte, welche im allgemeinen möghchst ausgedehnte Objekte mittels möghchst weiter Büschel punktweise abbilden sollen. Es sei hier er- wähnt, daß bei diesem Systemtypus die Strahlenvereinigung keine allzu strenge, Fig. 8. Ein K r i t e r i u m zur Prüf u n g mathematisch genaue zu sein braucht, da des Apianatismus fand Abbe in der eigen- man das entworfene Bild meist nur geringen I Vergrößerungen unterzieht. ,, Punktweise" -) Wie M. V. R 0 h r gezeigt hat war cUese ! Abbildung ist eben ein relativer Begriff, der von mir 1897 aufgestellte Zusatzbedingung ^ei jedem System emer besonderen Defmi- schon früher (1862) von A i r v und S u t t 0 n tion bedarf erkannt worden, ohne Beachtung gefunden zu j Um jenes Ziel zu erreichen, ist man fast haben. I ganz auf den Weg der Empirie angewiesen, 2* 20 Abbildun2;slehre sei es durch experimentelle Prüfung der Leistunc: wirklich ausgeführter Systeme, sei es durcl) trigonometrische Durchredmunu" des Strahlenverlaufs auf dem Papiere. Nur noch einen Schritt weiter hat auf diesem Wege die mathematische Theorie geführt, welche von Seidel entwickelt worden ist, noch ehe Gauss seine epochemachende Abbildungslehre aufgestellt hatte. Die Vj au s s sehe Abbildung wird als Abbildung ., dritter Ordiiuni»;" bezeichnet, weil die abbil- denden Strahlen so kleine Winkel u mit der Achse des Systems bilden, daß sin u = u und cos u = 1 gesetzt werden darf. Die Seidel sehe Theorie stellt sich als Fort- setzung der GaussschfMi dar, insofern sie bei der Abbildung alle Strahlen berücksich- tigt, welche so groI,)(> Winkel u mit der Achse bilden, daß in der Reihenentwickelung von sin u und cos u auch noch die Gheder dritten Grades zu berücksichtigen sind, während die fünften und höheren Potenzen als das Re- sultat nicht wesentlich beeinflussend zu ver- nachlässigen sind. Unter diesen Annahmen hat Seidel seine Theorie so weit aus- gebildet, daß man aus der gefundenen Beziehung konjugierter Strahlen vor und nach der Brechung an einem Linsensystem den Einfluß der Oeffnung sowohl wie des (iesichtsfeldes auf die Vollkommenheit des Bildes erkennt. Wir wollen eine Abbildung, welche die Gheder dritten Grades berücksichtigt, als Abbildung f ü n f t e r 0 r d n u n g be- zeichnen, eine Abbildung, welche die Glieder fünften Grades berücksichtigt, als Abbil- dung siebenter Ordnung usw. Kommt bei der G a u s s sehen Abbildung dritter Ordnung ein punktweises Abbild zu- stande, so treten bei einer Abbildung höherer Ordnung Abweichungen oder ,, Felder" von der ])unktweiseii Strahlenvereinigung auf, deren Aufhebung an die Erfüllung gewisser Hedinuimgsgleichungen geknüpft ist. Ein punktweises Abbild fünfter Ordnung er- fordert die Lösung von 5 P'ehlergleichungen, ein solches siebenter Ordnung die Lösung von 17 Fehlergleichungen usw. Wir wollen hier nur die Resultate Seidels in bezug auf die Abbildung fünfter Ordnung (S e i - d e 1 s c h e Abbildung) wiedergeben, bei welcher fütif Abbildungsfehler auftreten und deren Beseitigung die Erfüllung von 5 Fehlergleichungen erfordert. Seien diese S, S, Sg S^ und S5, so wird das Abbild einer Ebene senkrecht zur Achse nur dann ein präzises, d. h. ein scharfes, ebenes und ähnliches, wenn alle Ausdrücke S, bis S5 verschwinden. Freilich k()nnen dann noch Fehler vorhanden sein, die durch die (ilieder fünften und höheren (irades erzeugt werden, welche keine Berücksichtigung ge- funden haben und bei den neueren photo- graphischen Objektiven sicher zur Abbildung beitragen. Sj = 0 bedeutet daß die sphärische Aberration in der Achse aufgehoben ist. Ist gleichzeitig Sj = 0 und S., = 0, dann ist reiner Astigmatismus vorhanden, d. h. alle von einem Objektpunkt ausgegangenen Strah- len schneiden eine gewisse Bildebene im letzten Medium in einer unendlich kleinen Geraden von gewisser Richtung, eine zweite Bildebene in einer zur ersten Geraden senk- rechten unendlich kleinen Geraden. Damit diese Bildebenen zusammenfallen und die beiden Brennhnien zu einem Punkte zu- sammenschrumpfen, muß noch S^ = 0 sein. Jetzt erst entsteht von einem leuchtenden Punkte wieder ein Punkt. Die verschiedenen Bildpunkte hegen dabei aber nicht auf einer Ebene, sondern auf einer Rotations- fläche. Diese geht über in eine Ebene für den Fall, daß noch S4 = 0 wird. Zur Beseitigung der Verzerrung der Außenteile des Bildes muß noch S5 = 0 gemacht werden . Die fünf Abbildungsfehler bei Berück- sichtigung der Glieder dritter Ordnung sind also: Sphärische Aberration, Sinusbedingung, Astigmatismus, Bildwölbung und Verzer- rung. Auf eine Vermutung Seidels in bezug auf die Korrektion des berühmten Heho- meterobjektivs von Fraunhofer wollen wir noch etwas näher eingehen. Berechnet man (F i n s t e r w a 1 d e r) aus den für das Objektiv angegebenen Konstanten (Radien der Flächen usw.) die Summen Sj bis S5, so findet man, daß Sj == 0 und ebenso Sa = 0 ist. Die Bedingung 8^ = 0, welche identisch ist mit der Sinusbedingung für kleine Oeffnung des Systems, bezeichnete Seidel daher als F' r a u n h 0 f e r sehe Bedingung. Diese Bedingung ist gleichbe- deutend damit, daß das Coma beseitigt ist. _ Ist das Coma nicht beseitigt, so entsteht bei der Vereinigung schiefer Büschel eine zum Hauptstrahl des Büschels einseitige Lichtverteilung; in erster Annäherung ist das Coma identisch mit einer unendhch kleinen Geraden. Die fehlerfreie Abbildung fünfter Ord- nung einer einzigen kleinen Objektebene kann man nur bei Anwendung genügend getrennter Flächen erreichen. Setzt man die Abstände der verschiedenen brechenden Flächen voneinander gleich Null, so führt bei gleichem Brechungsindex des ersten und letzten Mediums die Erfüllung aller fünf Bedingungen Sj bis S5 auf unendlich große Brennweiten; also, da das Fernrohr wegen der geforderten Distanzlosigkeit der einzehien Systemteile ausgeschlossen ist, auf einen Spiegel oder eine dickenlose Planparallel- platte. Der Abstand der einzehien brechenden Abbilduneslehre 2i Flächen voneinander (Linsendicke) oder der verschiedenen Systemteile (Trennunt;,- in zwei Glieder) ist also ein wesentlicher B'aktor zur Erzielung einer Abbildung höherer Ord- nung. Die Seidel sehe Theorie ist insbesondere von F i n s t e r w a 1 d e r fortgebildet worden. 3 i) Allgemeine A b b i 1 d u n g s - besetze kollinear verwandter R ä u m e (Theorie von M ö b i u s und Abbe). Des c a r t e s studierte die Frage der punktweisen Strahlenvereinigung in der Weise allgemein, daß er diejeingen spiegeln- den und brechenden Flächen zu bestimmen suchte, welche alle von einem Punkte aus- gegangenen Strahlen in wieder einem Punkte vereinigen (,,Cartesische Ovalen"). Eine Verallgemeinerung der Abbildungsgesetze bei der Brechung an einer Kugellläche bezw. unendlich dünnen Linsen führte erst Gaus s durch, welcher zeigte, daß bei Beschränkung auf NuUstrahlen jene Abbildungsgesetze auch für beliebige zentrierte Systeme gelten. Aehnliche Gesetze finden statt auch bei der Abbildung durch ebene schiefe Strahlen- büschel an zentrierten Systemen und durch Nullstrahlen an nicht zentrierten Systemen. Es drängte sich somit der Gedanke auf, daß diese Beziehungen die Folge eines allge- meineren Prinzips sein und immer da auf- treten müssen, wo eine Abbildung durch geradhnige Strahlen d. h. wo eine ,, kolli- neare" Beziehung zwischen dem Objekt- raum und dem Bildraum stattfindet. Wir wollen mit Abbe die kollineare Verwandtschaft zweier Räume durch folgende Beziehungen definieren: 1. Die Abbildung ist eindeutig, da sich die Strahlen paarw^eise nur in je einem Punkte schneiden. 2. Den Punkten auf einer Geraden im einen Räume entsprechen als Bilder Punkte im anderen Räume, die wieder auf einer Ge- raden liegen. 3. Einer Ebene im Objekt- raume entspricht im Bildraume wiederum eine Ebene. M ö b i u s scheint zuerst erkannt zu haben, daß die Gauss sehe Abbildung die Beziehungen der kollinearen Ver- wandtschaft zweier Räume wiederspiegelt. Aber auch er und seine Nachfolger (H a n k 6 1) halten noch fest an der Voraussetzung, daß zur Verwirklichung der kollinearen Beziehung eine gewisse Art der dioptrischen Wirkung nötig sei. Erst Abbe hat bei der Ableitung der optischen Abbil- dung alle Voraussetzungen über deren Verwirklichung fallen lassen und ge- funden, daß die Gauss sehen Sätze und Begriffe (Brennweite usw.) vollkommen unabhängig von den physikalischen und geometrischen Bedingungen ihres Entstehens sind und nur der Ausdruck dafür, daß eine kollineare Abi)ildung zweier Räume in einander stattfindet. Schon vor Abbe hatte M a x well dem gleichen Gedanken Ausdruck gegeben; seine Arbeiten scheinen aber unbeachtet geblieben zu sein. Abbe geht bei seinem analytischen Entwickehingen der Kolhnea- tionsbeziehungen vom Merkmal 3 aus, da aus diesem rückwärts die Abbildung von Geraden in Gerade (als Schnittpunkte je zweier Ebenen) und von Punkten in Punkte (als Schnittpunkte je zweier Geraden) folgt. Um den Zusammenhang zweier Räume R und R' näher zu studieren, werde in jedem derselben ein rechtwinkliges Coordinaten- system angenommen. Sind die Coordinaten eines Punktes P im einen Raum (Objekt- rauni) x y z und die Coordinaten des kon- jugierten Bildpunktes P' im Bildraume x' y' z', so kann die mathematische Beziehung zwischen P und P' so formuliert werden x' = 99 (x y z) y' = Z(xyz) z' = \p {x y z) Sind die Funktionen rp / ip ermittelt, so ist die analytische Beziehung beider Räume bekannt. Setzt man die Gleichungen einer Ebene E im Objektraum oder einer Ebene im Bildraume an und ersetzt die Coordinaten x' y' z' der letzteren durch die obigen Ausdrücke, so erhält man die Gleichung einer mit E identischen Ebene usw\, woraus man schließlich die gesuchten Funktionen 99, X und xp erhält, durch welche die Abbil- dung vollständig bestimmt ist. Aus den Beziehungen zwischen den Oertern konjugierter Ebenen folgt, daß endlichen Werten von x' y' z' im allgemeinen auch endliche Werte von x y z entsprechen und daß es e i n System von Werten x y z gibt, denen unendhch große Werte von x' y' z' zugeordnet sind. Es sind also Un stetigkeitsebenen oder Brenn- ebenen vorhanden. Ferner springt so- fort das t e 1 e s k 0 {) i s c h e System als singulärer Fall heraus. Auch ergeben sich ohne weiteres die für ein zentriertes System abgeleiteten Abbe sehen Abbildungs- gleiclmngen (vgl. den Artikel .,Linsen- Systeme "). Abbe erhält so die Eigenschaften einer kollinearen Abbildung als Idealzustand, dem sich die praktische Optik zu nähern strebt. Diese ideale Abbildung ist bei Verwendimg zentrierter Systeme nur bei Beschränkung auf Nullstrahlen verwirklicht (Gauss sehe Abbildung). Damit sie bei der Seidel- schen Abbildung eintritt, müssen die fünf Seidel sehen Abbildungsfehler beseitigt sein. 22 Abbildungslehre 3k) Allgemeine Abbild iings- lehre bei Systemen mit Ortlio- gonalflächen. Charakteristi- sche Funktion. E i k 0 n a 1. Gehen Strahlen von einem Licht jjuukt aus, so stehen sie im Objektmedium senkrecht auf Kugelflächen und nach beliebig vielen Sj)ie- gelungen oder Brechungen an stetig gekrümm- ten Flächen stets senkrecht auf Flächen kontinuierlicher Krümmung, den ,,Wellen- flächen". Vorausgesetzt ist hierbei, daß die verschiedenen brechenden Medien homogen seien. Ganz allgemein gilt aber, daß, wenn Gerade im ersten Medium zu einer Fläche senkrecht stehen, sie nach jeder Richtung auf einer Fläche senkrecht stehen (Satz von M a 1 u s). Das System dieser Orthogonal- flächen ist dadurch charakterisiert, daß zwischen 2 Orthogonalflächen die optische Länge längs jedes Strahles die gleiche ist, während nach dem F e r m a t sehen Prin- zip der Weg jedes Strahles durch die Be- dingung bestimmt wird, worin -ng die Summe der optischen Weglängen zwischen den betrach- teten Orthogonalflächen bedeutet. Setzen wir die Geschwindigkeit des Lichtes im Vakuum gleich 1, so ist die optische Länge ng nichts anderes als die Zeit, welche das Licht braucht, um die Strecke g im Medium n zu durchlaufen (L i c h t z e i t). Die Lichtzeit ist also längs jedes Strahles zwischen 2 Orthogonalflächen konstant (vgl. den Ar- tikel ,, Linsensysteme "). Auf Grund dieser Tatsachen läßt sich eine allgemeine Theorie der Abbildung insofern entwickeln, als man die Eigen- schaften optischer Systeme untersuchen kann ohne deren spezielle Form zu kennen oder umgekehrt die Systeme findet, welche vorgeschriebenen Bedingungen genügen sol- len. Im allgemeinen gelangt durch jedes optische System von einem beliebigen Punkt mit den Coordinaten x y z einer Orthogonalfläche nur e i n Strahl zu einem Punkte mit den Coordinaten x'y'z' einer zweiten Orthogonalfläche, dessen Weg durch die Gleichung d-ng = 0 bestimmt ist. Man kann also mit Hamilton die Weg- länge zwischen den Punkten x y z und x'y'z' auffassen als eine Funktion der 6 Coordinaten beider Punkte ; es sei diese F(x y z x'y'z'). Durch die Funktion F ist die Abhängigkeit der optischen Länge (Lichtzeit) von der Lage der beiden Punkte auf den zugehörigen Orthogonalflächen ausgedrückt, also ist das betreffende optische System durch die Funk- tion F charakterisiert. Man nennt diese Funktion F daher die charakteris- tische Funktion des optischen Systems. Gehen die Strahlen im Objektmedium von einem Punkt (Objektpunkt) aus, so sind die Orthogonalflächen im Objektmedium konzentrische Kugeloberflächen mit dem Objektpunkt als Zentrum. Rechnet man die optischen Längen von der unendlich kleinen um den Lichtpunkt gelegten Kugel- fläche (x y z) aus, so ist die Gleichung der Orthogonalflächen nach beliebig vielen Spie- gelungen oder Brechungen also F(x yz x'y'z') = const worin wir xyz als feste und x'y'z' als laufende Coordinaten betrachten können. Ist der Objektpunkt ein leuchtender Punkt, so stellt unsere Gleichung im Sinne der Wellen- lehre sämtliche Wellenflächen dar. Unser Problem, mit Hilfe der charak- teristischen Funktion den Verlauf der Strahlen und damit die Eigenschaften des Systems zu finden, hat viel Verwandtes mit den Problemen der Potentialtheorie (vgl. den Artikel ,,Potentiar-). Haben Kräfte ein Potential F, so sind die Flächen gleichen Potentials durch die Gleichung F = const dargestellt und auf ihnen stehen senkrecht die Kraftlinien. Diese sind vergleichbar unseren Strahlen, die Potentialflächen den Wellenflächen. Es ergibt sich somit ohne weiteres, daß der von xyz kommende und durch x'y'z' gehende Strahl daselbst die Richtungskosinusse a'ß'y' mit den Coordi- naten achsen bildet, welche gegeben sind durch , ,„ , ÖF ÖF ÖF ' ^ öx öy öz Nach dem Prinzip der Reziprozität der Licht wege muß der vom Punkte x'y'z' kommende Strahl im Objektraume durch xyz gehen. Diesem Strahl kommen also die Richtungskosinus aßy zu: . ÖF öF ÖF a:p:y = ^, — : ^ — : x— ' ^ ox öy öz Infolge der Bedeutung von F als optischer Weglänge muß also für den Fall, daß n und n' den zur Fläche xyz und x'y'z' zu- gehörigen Brechungsquotienten bedeutet, gelten ß-- 7 a'= + und ß' = -f /= + 1 ÖF n' öx' 1 ÖF n' öy' 1 ÖF durch welche Gleichungen zu jedem Objekt- strahl durch den Punkt xyz (bestimmt durch seine Coordinaten xyz und Richtungs- kosinusse aßy) der konjugierte Bildstrahl durch den Punkt x'y'z' (bestimmt durch seine Coordinaten x'y'z' und seine Richtungs- Abbildüngslehre 23 kosinusse a'ß'y') eindeutig zugeordnet ist. Bei bekannter Funktion F drücken unsere Gleichungen also aus, wie der Objektraum strahlen weise in den Bildraum abgebildet wird. In einer solchen strahlenweisen Abbil- dung besteht aber die Wirkung jedes belie- bigen Systems. Für die charakteristische Funktion folgen aus den Addition, da a- + ß" + y Gleichungen durch 1 und a"^ + ß'2 4- y'2 = 1 ist, die Differentialgleichungen ^ + ÖF ÖF (ÖF löy + r- ^- ( öz ÖF Je nachdem man die Bestimmungs- stücke wählt, erhält man eine andere cha- rakteristische Funktion F(xyz x'y'z') des op- tischen Systems. Unabhängig von seinen Vorgängern hat M. T h i e s e n eine ein- fache charakteristische Funktion aufgestellt, um aus ihr die Existenzmöglichkeiten von Abbildungssystemen zu finden, die gewissen vorgescliriebenen Bedingungen genügen. 1895 hat B r u n s eine charakteristische Funktion, das Eikonal, aufgestellt. Er bestimmt einen Strahl durch 2 Coordi- naten seines Schnittpunktes mit einer festen Ebene und durch die zwei Rich- tungskosinusse gegen 2 der Coordinaten- achsen. Ein Strahlen büschel erhält man, wenn diese 4 Strahlencoordinaten von 2 Parametern abhängig gemacht werden. Die Abbildungsgleichungen ergeben sich aus den partiellen Ableitungen der Eikonal- funktion nach den Coordinaten konjugierter Punkte. 4. Strahlenbegrenzung. 4 a) Zweck d e r B 1 e n d e n. Da ein optisches System weder unendlich große Objekte, noch auch einen Punkt mittels be- hebig weiter Büschel ab- bildet, so bedient man sich geeigneter Blenden oder Diaphragmen, wel- che den Strahlengang in gewünschter Weise be- grenzen. Die so will- kürhcli herbeigeführte Strahlenbegrenzung ist für die Theorie der optischen Instrumente, deren HelUgkeit, Auf- lösungsvermögen usw I von großer Wich- i tigkeit. Sie ist zum Teil von H e 1 m h 0 1 1 z , hauptsächlich aber von Abbe entwickelt worden. 4b) Eintritts- und Austritts- pupille. Iris. Bei jeder Abbildung (Fig. 9) werden die abbildenden Strahlen- p' büschel im Objektraume von einer Blende p begrenzt, deren Bild p' in bezug auf das optische System die Strahlenbüschel im Bildraume begrenzt, so daß kein Strahl aus dem System durch p' austreten kann, der es nicht durch p eintretend erreicht hat. Die wirksame Blende im Objektraume heißt nach Abbe die Eintrittspupille, diejenige im Bildraume die Austritts- p u p i 1 1 e. Beide brauchen nicht wirkhch als körperliche Blenden oder Diaphragmen vorhanden zu sein, sondern können die Bilder einer solchen sein. Die körperliche Blende p übt einen Ein- fluß auf die Begrenzung und Basis der ab- bildenden Büschel aus. Um diesen Einfluß kennen zu lernen suchen wir zunächst das Bild p' von p in bezug auf das System S auf. Kennen wir noch die Lage vom CJbjekt ALB und dessen Bild A'L'B', so ist der Gang eines jeden Strahles ohne weiteres zu be- stimmen. Es muß z. B. der Strahl Ac not- wendig durch die konjugierten Bildpunkte von A und c, d. h. durch A' und c' gehen; ferner entsprechen sich Ad und A'd'. Die nicht nach c d zielenden Strahlen kommen bei der Bilderzeugung nicht zur Geltung, und nur die im Kegel c'A'd' ver- laufenden Strahlen tragen zum Bildpunkte A' bei. Der allgemeinste Fall wird durch folgende Betrachtung gefunden. Es liege die körper- hche Blende P (Fig. 10) zwischen den Systemen Si imd S,; ferner sei pi das Bild von P in bezug auf System Si, und pa das Bild von P in bezug auf System Sj. Das Objekt ALB werde durch das Gesamtsystem Si + S2 in A'L'B' abgebildet. Bei dieser Lage hat das aus S^ austretende Büschel die Blende P zur Basis, demnach muß das eintretende nach pi zielen, um zur Gel- Fig. 9. tung zu kommen. Das aus 83 austretende Büschel ist vor dem Emtritt durch die Blende P gegangen; es muß also pz zur Basis haben. Die in bezug auf das Gesamt- 24 Abbildungslehre System S^ + Sj konjugierten Oeffnimgen Pi und pa sind demnach für den Strahlen- gang maßgebend als Begrenzungen. Sie er- Fig. 10. setzen in ihrer Wirkung vollkommen die Blende P. Sind mehrere Blenden P vorhanden, so ist jene für die eintretenden Strahlen- büschel die maßgebende, deren Bild p, im Objoktraume vom Orte L des Objektes unter dem kleinsten Winkel erscheint. Beim Auge ist der in Figur 10 dargestellte Fall vorhanden. Zwischen der Linse und der Augenkammer befindet sich die Iris mit der Pupillenöffnung. Von ihr entwerfen Hornhaut und Augenwasser ein Bild vor dem Auge; demnach sind nur diejenigen Strahlen wirksam, welche nach diesem Bilde zielen. Man sieht dieses Bild, wenn man dem Beobachter direkt in das Auge blickt. Wegen dieser Analogie hat Abbe die körperhche Blende P eines Systems die Iris, das Bild pi der Iris im Objektraume die Eintrittspupille und das Bild pa der Iris im Bildraume die genannt. 4 c) H a u p t s t r a h 1 e n Austrittspupille Als Haupt- strahlen bezeichnen wir diejenigen, welche, vom Rande des Objektes ausgehend, sich in der optischen Achse da kreuzen, wo die Eintrittspupille cd (Fig. 11) hegt; es sind also die Strahlen Am und Bm. Indem man die- se durch das ganze System weiter ver- folgt, erhält man gleich- sam das ,, Gerippe" des Strahlenganges. Den Hauptstrahlen Am und B m im Objektraume entsprechen im Bild- raume die vom Rande des Bildes A'B' nach demjenigen Achsenpunkte m' ge- zogenen Geraden A'm' und B'm', in welchem die Achse von der Austrittspupille c'd' ge- schnitten wird. Die Ki-euzungspunkte m und m' der Hauptstrahlen mit der Achse bilden zugleich die Zentren der Per- spektive. Die Form der Pupillen p^ und p, ist maßgebend für die Gruppierung der Strahlen eines Büschels rund um den' Hauptstrahl. Bei kreisförmigen Pupillen hegt also der Schwerpunkt des Quersclmitte's eines Bü- schels stets auf dem Hauptstrahl. 4d) Telezentrischer S t r a h 1 e n g a n g. Ein solcher Strahlengang wird praktisch er- zielt, wenn man, wie in Figur 12, in der vorderen Brennebene des Systems eine enge körperliche Blende p anbringt. Dann zielen die Hauptstrahlen im Bildraume nach dem unendlich fernen Bild- punkte der Blendenmitte, d. h. sie laufen parallel zur Achse. Ein solches System heißt ,,tele- zentrisch nach der Bild- Bei ihm bleibt der Abstand A"B" der Schwerpunkte der Büschelquerschnitte von gleicher Größe , wo auch immer im Bildraume A"B" hegen möge. Da man beim Messen auf diese Schwerpunkte einstellt, so erhält man auch bei beträchthcher Parall- axe L'L" zwischen dioptrischer Bildebene und phj'sischer Ein- stellungsebene die wahre Bild- größe. Analog kann man durch Einsetzen einer relativ engen Blende in den hinteren Brenn- punkt ein optisches System „telezentrisch nach der Objekt- seite" machen. 4e) Reziprozität zwi- schen Objekt und Ein- trittspupille oder Bild und Austrittspupille. Wie aus Figur 13 ersichtlich ist, gehen von der Eintrittspupille cd Strahlenkegel aus, welche das Objekt AB Seite". Abbildungslehre 25 zur Basis haben, während umgekehrt die von einem Objektpunkte kommenden Strahlen die Eintrittspupille cd zur Basis haben. Analog verhält es sich mit dem Bilde und der Austritts- pupille. Die sämtlichen wirksamen Strahlen lassen sich demnach in zweierlei Art zusam- menfassen: Einmal als Strahlen - kegel, ausgehend von den Ob- jektpunkten, mit der Eintritts- pupille als Querschnitt, das an- dere Mal, ausgehend von den Punkten der Eintrittspupille, mit dem Objekt als Basis. Wir können nach Belieben die Rolle von Ob- jekt und Eintrittspupille ver- tauschen. Ist AB das Objekt, so ist cd die Eintrittspupille; ist cd das Objekt, so ist AB die Basis der abbildenden Büschel. Aus dieser Reziprozität folgt notwendig, daß es unmöglich ist, gleichzeitig iVB und cd beliebig groß zu nehmen. 4 f ) 0 e f f n u n g s w i n k e 1. Projektioniwinkel. Gesichtsfeld- winkel, Bildwinkel. Die Winkel, welche einerseits für die Lichtstärke oder die Weite der abbildenden Büschel, andererseits für die Größe des abgebildeten Objektes bestimmend sind, hat man mit besonderen Xamen belegt. So nennt man den Winkel cLd (siehe Fig. 11), unter welchem die Eintrittspupille vom Achsenpunkte L des Objektes AB aus er- scheint, den Oeffnungs winke! des Systems. Analog heißt der konjugierte Winkel c'L'd'. unter welchem die Aus- trittspupille vom Bildorte L' aus er- scheint, der Pro- jektions Winkel. Ist das Objekt so klein, daß von allen Punkten desselben Strahlen zum System und von da durch die Austrittspupille zum Bilde gelangen, so ist das Gesichts- feld durch das Objekt selbst begrenzt. Man nennt dann den Win- kel AmB (Fig. 11), unter dem das Ob- jekt vom Orte m der Eintrittspupille aus erscheint, den Objekt- oder Gesichts- feld Winkel. Analog heißt der konjugierte Winkel B'm'A', unter welchem das Bild A'B' vom Orte m' der Austrittspupille erscheint, der Bildwinkel. Für gewöhnlich haben wir es aber mit beliebig ausgedehnten Objekten zu tun, und in diesem Falle wird das Objektstück, welches zur Abbildung gelangt, nicht mehr durch sich selbst begrenzt, sondern durch Blenden ausgeschnitten. Zur Erläuterung diene die Figur 14. In ihr seien S^ und Sj die beiden Teile des Gesamtsystems, zwischen denen die beiden körperlichen Blenden P und ^ vorhanden sind. Wie beim Aufsuchen Fig. 13. der Eintrittspupille konstruieren wir zuerst die Bilder aller vorhandenen Blenden (natür- lich die Ränder der Linsen des Systems ein- geschlossen), welche die vor ihnen liegenden Systemteile im Objektraume erzeugen. Der Rand der Linse S^ ist sein eigenes Bild. Von P entwerfe die Linse Sj das virtuelle Bild p und von ^ das reelle Bild p; vom Linsen- rande So entstehe das reelle Bild Sa Von allen diesen Blenden bildern erscheint vom Orte L des Objektes das Bild p unter Fig. 14. dem kleinsten Winkel; dieses ist also die Eintrittspupille. Es kommen demnach nur diejenigen Strahlen vom Objekt zur Wirk- samkeit, welche durch S^ nach p zielen und nicht durch die Blenden P und s, abgeblendet werden. Diese beiden Blenden wirken also als Gesichtsfeldblenden. Um die wirksame Gesichtsfeldblende zu finden, müssen wir daher diese Blenden vom Achsenpunkte m der wirksamen Eintritts- pupille als Projektionszentruni auf die Ob- 26 Abbildungslehre jektobene Q projizieren. Die, deren Pro- jektion von m aus unter dem kleinsten Winkel erscheint, ist die wirksame Gesichts- feldblende. In Fifjur 14 ist also P und Sß die wirksame Gesichtsfeldblende und der Winkel AmB demnach der Gesichtsfeld- winkel. Es wird also nur das Stück AB vom Objekt UQ abgebildet. Das vom ganzen System Sj + S. ent- worfene Bild vo}i A B (in Figur 14 nicht ge- zeichnet) begrenzt demgemäß das Sehfeld im Bildmedium, und analog ist der Winkel, unter dem das Bild von AB am Orte der Austritts- pupille erscheint, der maßgebende Bild- winkel. Ist P nicht vorhanden, so füllt das von jedem Punkte A, B, oder L kommende Stralilenbüschel die Eintrittspupille cd voll aus. Beim Vorhandensein der Gesichtsfeld- blende ^ und P kommen aber z. B. von A und B nur halb so viel Strahlen zur Wirk- samkeit wie von L. Nur die von A nach m d und die von B nach m c zielenden Strahlen gelangen in das System. Da von der Anzahl der Strahlen aber die Litensität im Bild- punkte abhängt, so erscheint das Bild ver- waschen und nach dem Rande zu licht- schwächer. Erst wenn P mit der Objektebene Q koinzidiert, senden wieder aUe Punkte des wirksamen Teiles von Q gleich viel Strahlen in das System, und das Objekt erscheint scharf begrenzt. Dieser Fall ist immer dann zu verwirklichen, wenn die Gesichtsfeld- blende ^ am Orte des dioptrischen Bildes liegt, welches das System S. vom Objekt entwirft. Beim astronomischen Fernrohr bringt man daher eine passende Blende in der Brennebene des Objektivs an. Beim Galilei sehen Fernrohr oder Opernglas, wo das reelle Objektivbild gar nicht zustande kommt, kann daselbst auch keine Blende angebracht werden. Die Folge ist ein un- scharfes, nach dem Rande zu verwaschenes Bild. 4g) Numerische Apertur und Oeffnungswinkel. Außer vom Oeff- nungswinkel hängt die zum Bildpunkte geführte Lichtmenge noch von anderen Faktoren ab. Sendet doch ein strahlendes Flächenelement wie z. B. ein glühendes Platin blech um so weniger Licht aus, je größer der Winkel ist, welchen die Strah- lungsrichtung mit der Flächennormalen bil- det. Für alle Körper und Flammen, für welche das Lambertsche Gesetz der Aus- strahhiug gilt ( 0. L u m m e r un d F. R e i c h e) ist die in behebiger Richtung ausgestrahlte Energie gleich der senkrecht ausgestrahlten Energie multiphziert mit dem Kosinus des Ausstrahlungswinkels. Es strahle ein solches Flächenelement in einem Medium mit dem Brechungsquotienten n, während das Flächen- element von einem aplanatischen System abgebildet werde. Dann läßt sich zeigen, daß die ganze vom Objektelement zum Bild- element transportierte Strahlungsmenge pro- portional ist dem Produkt n . sin u wobei u den halben Oeffnungswinkel der abbildenden Büschel im Objektraum be- deutet. Damit im Bildpunkte bei beUebigem Oeff- nungwinkel u und bei behebigem Brechungs- quotient n des Objektraumes die doppelte, dreifache usw Lichtmenge vereinigt werde, muß man das Produkt n.sinu verdoppeln, verdreifachen usw, nicht aber, wie man früher glaubte, den Oeffnungswinkel. Ganz allge mein ist also die zu einem Bildpunkte von einem behebigen System geleitete Lichtmenge proportional dem Produkt aus dem Brechungsquotient des Mediums, in dem das Objekt strahlt, multipliziert mit dem Sinus des in diesem Medium gemessenen halben Oeffnungswinkels. Das Produkt n.sinu ist von Abbe als die numerische Apertur bezeichnet worden. Zwei Systeme sind demnach in bezug auf die Strahlenkonzentration einander gleich, wenn sie gleiche numerische Aperturen haben. Wie auch n und u variieren, wenn nur n . sin u stets denselben Wert hat, so ver- einigt das System die gleiche Strahlenmenge in dem zum Objektpunkte konjugierten Bildpunkte. Strahlt z. B. das Objekt in Luft, so ist n = 1, und die Apertur des Systems er- reicht für u = 90 ° ihren maximalen Wert n . sin u = 1. Ist dagegen n = 1,5, so wh"d der Maximalwert bei u = 90 " jetzt 1,5. Das System bringt also in jeder Achsenebene 1,5 mal so viel Strahlen zum Bildpunkte, wenn der Brechungsquotient des Objekt- raumes von 1 bis 1.5 anwächst. Demgemäß verhält sich die ganze Strahlenmenge, welche vom System im Kegel räume zum Bild- punkte geführt wird, in beiden Fällen wie 12 : 1,52, d. h. wie 1 : 2,25. Die Apertur n.sinu ist also das wahre Maß für die Strahlenaufnahmefähigkeit eines Systems. Die Einheit dieses Maßes hat ein optisches System, das die von einem Objekt- punkte in einem Medium vom Brechungs- quotienten Eins in eine Halbkugel ent- sandten Strahlen im konjugierten Bildpunkte sammelt. Der Oeffnungswinkel dagegen ist ohne direkten Zusammenhang mit der Leistung des Systems. Ein Oeffnungs- winkel von 120" 'im Medium n = 1,5 führt mehr Strahlen zum Bildpunkte, als ein Oeffnungswinkel von 180 " in Luft, denn es ist 1,5. sin 60 " = 1,3 und 1. sin 90" = 1. 4 h) 0 k u ] a r k r e i s. Alle wirksamen Strahlen im Bildraume durchsetzen die Abbildunofslehre 27 Austrittspupille oder scheinen von ihr zu kommen In Figur 35 sei A'L'ß' das reelle Bild des Objekts und c'm'd' die Austritts- pupille des Systems. Dann ist B'm'A' der Bildwinkel und d'L'c' der Projektionswinkel. von dessen Größe die Lichtstärke abhängt. Tritt zu der Austrittspupille c'd' noch eine zweite Blende n mit der Oeffnung rs, so beeinflußt diese den Strahlengang in zweierlei Hinsicht. Fällt rs nicht zusammen mit dem Kreuzungspunkte m' der Haupt- strahlen im Bildraume, so wird der Bildwinkel verkleinert, und somit auch das Gesichtsfeld des Instrumentes. Fällt rs mit c'd' zusammen, so blendet diese zwar vom Gesichts- felde nichts ab, wohl aber je nach ihrer Größe von dem Querschnitte der Strahlenbüschel und damit von der Strahlen- menge. Bei subjektiver Beobachtung des optischen Bildes ist rs iden- tisch mit der Pupille des Auges. Um daher die Leistungsfähigkeit des Systems in bezug auf das Gesichtsfeld auszunutzen, muß man vor allem die Augen- pupille mit der Austrittspupille zur Koinzi- denz bringen. Man nennt daher den Achsen- punkt m' der Austrittspupille auch den Augenpunkt und die kreisförmige Austrittspupille selbst den A u g e n k r e i s oder 0 k u 1 a r k r e i s. 5. Lichtwirkung optischer Systeme. 5 a) Mittelbare Lichtstrahlung. Wir wissen, daß die von den Lichtquellen beleuchteten Körper dem Auge wahrnehmbar sind und ihrerseits andere Körper erhellen können. Es muß ihnen also eine abgeleitete oder „erborgte" Leuchtkraft zukommen. Wir unterscheiden zwei Fälle: Die Oberfläche eines Körpers wirkt diffus reflektierend oder regelmäßig spiegelnd und brechend. Im ersten Falle, den Körper mit voll- kommen rauher Oberfläche darbieten, wird alles einfallende Licht diffus zerstreut, d. h. so nach allen Seiten gleichmäßig zurückgesandt, als ob die einzelnen Oberflächenpunkte selbst- leuchtend wären. Es kommt also nur darauf an, das Verhältnis zu bestimmen, in welchem die von je einem Flächenelemente zurückge- strahlte Lichtmenge zu der gesamten auf dasselbe auffallenden steht. Diese Zahl ist stets ein echter Bruch, dessen Wert für die verschiedenen Körper zwischen Null und Eins schwankt, aber auch für einen be- stimmten Körper noch verschieden ist, je nach der Farbe des Lichtes. Das Ver- hältnis sei E. Ist für alle Farben E = 0, so heißt der Körper absolut schwarz; ist E = 1, so wird man ihn absolut weiß nennen müssen. Absolut schwarze Körper gibt es, zumal wenn sie auf höhere Tempe- raturen gebracht werden, in der Natur nicht, sie lassen sich aber künstlich verwirkhchen (Lummer und Wien). Der zweite Fall betrifft diejenigen Körper, welche an ihrer Oberfläche die Strahlen regelmäßig teils reflektieren, teils brechen. Es sei A (Fig. 16) eine leuchtende Fläche, von deren sämtlichen Punkten Strahlen in jedem Punkte m der Fläche S von obiger Eigenschaft zusammentreffen. Dann gehen Fig. 15. von jedem Punkte m zwei Strahlenbüschel aus, das eine (reflektierte) nach dem äußeren Räume, das andere (gebrochene) nach dem Inneren der Substanz; beide je innerhalb eines kegelförmigen Raumes ver- laufend, dessen Lage und Begrenzung von der Größe, Entfernung und Gestalt der Fig. 16. Lichtquelle und der Richtung der Tangential- ebene bei m an die Fläche S abhängt. Da solches für alle Punkte m gilt, nur daß Lage und Begrenzung der Büschel von Punkt zu Punkt variiert, so verhält sich jedes Element m der Fläche S wie das emer selbstleuchten- den Lichtquelle, und zwar in unserem Bei- spiel nach der äußeren und inneren Seite hin, mit dem Unterschiede jedoch, daß es solche Wirkung nicht nach allen Richtungen ausübt, wie ein wirkUch selbstleuchtender oder diffus reflektierender Körper, sondern 28 Abbildungslehre nur in den kegelförmigen Räumen, in welchen die reflektierten und gebrochenen Strahlen verlaufen. Wir brauchen demnach nur noch zu wissen, welche Intensität oder Leuchtkraft Punkt für Punkt der Fläche beizulegen ist. Dazu müssen wir die Litensiiäten i^ und ij der beiden Strahlen q und p bestimmen, in welche ein einfallender Strahl von gege- bener Intensität i (am Ort der Lichtquelle) sich spaltet. Nach dem K i r c h h o f f - (' 1 a u s i u s - sehen Strahlungsgesetz ist die hjnission einer Strahiungs(iueiie proportional dem Quadrate des Brechungsfjuotienten des Mediums, in dem sie strahlt. Ist also i, die Intensität eines leuchtenden Flächeneleinentes im Me- dium nj, und i, dieselbe im Medium na, so gilt i, na^ ^ iaUi^ Wir wollen nur die beiden Grenzfälle betrachten, wo entweder alles Licht gespiegelt wird (vollkommene Spiegelung) oder alles Licht gebrochen wird (vollkommene Bre- chung. In dem Falle vollkommener Spiegelung kann man die von der Fläche S durch Spiege- lung nach einem Punkte (C) vermittelte Strahlungswirkung als von ihr selbst aus- gehend denken, wenn man jedem Punkte m derselben diejenige Intensität oder Leucht- kraft unverändert überträgt, welche die Lichtquelle in dem zum bestrahlten Punkte C konjugierten, gemäß der Reflexion zugeord- neten Punkte A besitzt. Bei vollkommener Brechung wird iir--- » d. h. man kann die brechende Fläche S anstatt der Strahlungs((uelle als leuchtend betrachten, wenn man ihr Punkt für Punkt m die im Verhältnis des Quadrates der abso- Fig. 17. luten Brechungsquotienten beider Medien veränderte Leuchtkraft beilegt, welche die Lichtrjuelle in dem zu ni konjugierten Punkte besitzt. In beiden Fällen ist die für C und D sich ergebende Verteilung der Leuchtkraft in der Fläche S als eine zentrale Projektion der Lichtquelle A auf die Fläche S anzu- sehen, welche vom Punkte C und D aus nach dem Reflexions- und Brechungsgesetz zu bilden ist. Es läßt sich diese Regel auf beliebig viele spiegehide und brechende Flächen über- tragen Stets läßt sich die Strahlungswir- kung der Lichtquelle auf einen Punkt im letzten Medium n.^ ersetzen durch die direkte Strahlung einer daselbst willkürlich ange- no2iimenen, beliebig gestalteten Fläche, wenn man dieser Punkt für Punkt eine Leuchtkraft beilegt, welche sich aus der Leuchtkraft in je einem konjugierten Punkte der bicht- cjuelle ableitet, und zwar gemäß der Regel ij = (nJu-i^fAi. Der konjugierte Punkt der Lichtcjuelle zu irgend einem Punkte der Ersatzfläche ist stets derjenige, auf welchen man geführt wird, wenn man die Verbindungslinie zwischen dem Orte der Wirkung und dem Punkte der Ersatzfläche nach den Gesetzen der Spiegelung und Brechung durch das System bis zur Licht- quelle fortsetzt. 5b) Optisches Bild als äqui- valente Leuchtfläche. Unter der Annahme, daß ein optisches System zen- trierter Kugelflächen S (Fig. 17) das Objekt AB im Bilde A'B' aberrationstrei abbildet, sind die von den Bildpunkten ausgehenden Strahlen biischel homozentrisch, gleichsam als ob das Bild selbstleuchtend wäre. Gleich- viel, ob das Bild reell oder virtuell ist, stets kann es als die Quelle aller Lichtwirkungen im Bildmedium aufgefaßt werden, da alle hier verlaufenden Strahlen lediglich von Bildpunkten geradlinig auszugehen scheinen. Jedoch ist wieder ein Unterschied vorhanden, der die Bildstrahlung von der eines Selbst- leuchters unterscheidet. Die Bildpunkte strahlen nicht wie leuchtende Punkte nach allen Seiten, sondern nur innerhalb gewisser Winkelräume. Diese Winkel- räume sind fest- gestellt, sobald wir die Strahlen begren- zung im System kennen. Es möge für das Svsteni S (Fig. 17) p"die Ein- trittspupille mit "^ der Oeffnung cd und p' die Aus- trittspupille mit der Oeffnung c'd' sein. Dann verhalten sich p und p' wie Objekt und Bild, und alle nach cd zielenden Strahlen müssen im Bildraume c'd' ])assieren. Es begrenzt also die Austrittspupille die von jedem Bildpunkte kommenden Strahlen büschel. Der Unterschied zwischen dem Bilde A'B' und einem Selbst- Abbildungslehre 29 leuchter A'B' von derselben Intensität ist lediglich der, daß das Bild durch eine Blende c'd'. der Selbstlenchter dagegen unbe- hindert nach allen Seiten strahlt. Um zu wissen, mit welcher Leuchtkraft der betrefende Bildpunkt Q' leuchtet oder zu belegen ist. damit wir vom Objekt ganz abstrahieren können, brauchen wir nur die Gerade OQ' gemäß den dioptrischen Gesetzen durch das System S hindurch zu verfolgen, bis sie das Objekt im konjugierten Punkte Q trifft. Sind n, undu; die absoluten Brechungsr|uotienten des Objekt- und Bild- raumes, so muß bei vollkommener Brechung jedem Bildpunkte Q' die (n2,/ni)2mal so große Leuchtkraft oder Intensität des kon- jugierten Objektpiinktes zugeschrieben wer- den. Ist Uo = Ui, so strahlt jeder Bildpunkt mit derselben Intensität wie sein konjugierter Objektpunkt. Leuchtet das Objekt in allen seinen Teilen mit gleicher Intensität, so tut es auch das Bild. Es gilt demnach ganz allgemein für jedes optische System zen- trierter Kugelflächen: Die gesamte Strahlenwirkung, welche ein beliebiger optischer Apparat vom Objekt- zum Bildraume vermittelt, ist vollständig bestimmt, wenn man dem Bilde des Objektes punktweise die Leuchtkraft der konjugierten Punkte des Objektes selbst (oder eme (n2/ni)-mal so große) beilegt, und die vom Bilde ausgehende Strahlenausbreitung durch die Austrittspupille begrenzt denkt. Statt des Bildes A'B' kann man auch die AustrittspupiUe c'd' als äquivalente Leuchtlläche einführen. Dieser FaU ist wichtig bei der Ermittelung objektiv projizierter Bilder z. B. beim ,, Brennglas". Es gilt in diesem Falle der Satz: Die Lichtwirkung, welche irgend ein optischer Apparat in einem beliebigen Punkte des Bildes eines gegebenen Objektes (Licht- quelle) vermittelt, ist stets äquivalent einer Lichtstrahlung aus der Fläche der Austritts- pupille, wenn dieser in allen Punkten die Leuchtkraft des zum Bildpunkte konjugierten Ob- jektpunktes oder eine(n2/n,)2mal so große Leuchtkraft beigelegt wird. 5 c) Maximale Hellig- keit subjektiv beob- achteter und Intensi- tät objektiv entwor- fener Bilder. Beobachtet man das vom System ent- worfene Bild A'B' (Fig. 18) subjektiv, so tritt die Augenpupille rs in Konkurrenz mit der Austrittspupille c'd' des Systems. Es falle r s dem Orte nach mit c'd' zusammen. Ist rs»2 also (n2/n,)2arallelen Büschel zu Maximis ver- einigen. Die Spektra Li'. L2' usw sind die reellen Bilder der virtuellen Beugungs- spektra Li, L2 usw. Die Hauptstrahlen der Beugungsbüschel gehen nach der Brechung durch den zu P konjugierten Punkt P'. Ehe wir die Interferenzwirkung daselbst berechnen, wollen wir an die Gesetze der primären Abbildung erinneren. Dal)ei werde voraus- gesetzt, daß das System S in bezug auf die Punkte P und P' aplanatisch sei, so daß für konjugierte Divergenzwinkel u und u' die Sinusijedingung erfüllt ist. Dabei seien die "Winkel u uiid u' so klein, daß statt der Sinus die Winkel gesetzt werden dürfen. Außerdem . sei der Brechungsquotient des Bildmediums gleich Eins, die Brennweite von S gleich f, die Wellenlänge des Lichtes gleich A und e der Abstand benachbarter Gitterstreifen. Dann wird der Abstand Lm'L' = gm des m ten Beugungsspektrums l.X Em = m— ^ Die Interferenzspektra L' L'^ L'2 usw sind somit gleich weit voneinander entfernt, und zwar um so weiter, je kleiner der Streifenabstand e und je größer die Brenn- weite f und die Wellenlänge }, des Lichtes ist. Um die Interferenzwirkung dieser Spektra in der zu P konjugierten Ebene P' zu berech- nen, nehmen wir an, daß die Bildebene P' so weit von der Brennebene B' abhege, daß die Entfernung 1 = P'L' im Vergleich zum seitlichen Achsenabstande £m des äußersten noch wirksamen Beugungsspektrums als un- endhch groß anzusehen ist. Annähernd ist dies beim Mikroskop stets erfüllt. Dann können alle von den einzehien Beugungs- spektren L nach einem und demselben Punkte p' der Bildebene hinzielenden Elemen- tarstrahlen als untereinander parallel ange- sehen werden. Soweit die Beugungsspektra einem leuchtenden Punkte zugehören, sind die von ihnen ausgehenden Elementar- strahlen kohärent, also interferenzfähig; dem- nach muß in aUen jenen Punkten p' der Bild- ebene P' die Lichtwirkung infolge der Inter- ferenz der Elementarwellen ein Maximum oder ein Minimum sein, für welche der Gang- unterschied einem geraden oder ungeraden Vielfachen der halben Wellenlänge gleich wird. Li den zwischen diesen Maximis und Minimis gelegenen Bildpunkten hebt sich die Wirkung der Elementarstrahlen nur teilweise auf. Wir übersehen somit ohne Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Band I. weiteres, daß infolge der Interferenz der von den Beugungsspektren herrührenden kohärenten Elementarstrahlen die Licht- verteilung in der Bildebene P' jedenfalls aus abwechsehid hellen und dunklen Streifen bestehen muß, analog der Lichtverteilung in der Objektebene. Ist ßo die Linearvergrößerung des Systems im Ebenenpaar P und P', so gilt für den Ab- stand e' zweier Bildmaxima e' = /5o.e (5) wenn e den Abstand zweier benachbarten Beugungsspektra bedeutet. Zunächst bemerken wir, daß der Streifen- abstand im Interferenzbilde unabhängig von der Wellenlänge des Lichtes geworden ist. Aus den bei weißer Lichtquelle durch das Objektgitter erzeugten farbigen Beugungsspektren entwickelt sich somit ein farbloses Interferenzbild (,. Abbild") aus ab- wechselnd weißen und dunklen Streifen, deren Abstand gemäß der Vergrößerung des Mikro- skopobjektivs vergrößert ist. Dieses Interferenzbild ist einzig und allein das vom nichtselbstleuchtenden Gitter P bei Vorhandensein der Lichtquelle L durch das System in der zu P konjugierten Ebene P' erzeugte „Abbild". Es deckt sich somit die berechnete Lichtverteilung mit derjenigen, welche man erhält, wenn man das Bild vom Objektgitter nach den Regeln der geometri- schen Optik bestimmt. Diese elementare Berechnung führt zum gleichen Resultat, gleichviel ob alle Spektra oder nur zwei unmittelbar benachbarte wirksam sind. Um die Abbildungsgesetze nichtselbstleuchtender Objekte und ihre Abweichung von den Gesetzen der geo- metrischen Optik kennen zu lernen genügt also die einfache Theorie nicht. Schon das eben abgeleitete Resultat bedarf eines wichtigen Zusatzes, wie wir sehen werden. 6c) Die Abbesche Lehre von der Bildentstehung im Mikroskop. Die allgemeine Theorie ^) ist viel zu ' kompMziert, als daß sie hier ausführhch wie- dergegeben werden könnte. Es dreht sich darum, den allgemeinen Ausdruck für die Lichterregung in einem behebigen Punkte P' (Aufpunkt) des sekimdären Interferenz- bildes in der zu P (Fig. 22 und Fig. 21) konjugierten Ebene aufzustellen und zu dis- kutieren. Abbe leitet diesen Ausdruck auf Grund des F r e s n e 1 - H u y g e n s sehen Prin- zips her und setzt im Ausdruck der Amphtude zunächst unbestimmte Funktionen an, um J) Die Lehre von der Bildentstehung im Mikroskop. Von E. Abbe. Bearbeitet und herausgegeben von 0. L u m m e r und F. Reiche, Verlag von Fr. Vieweg und Sohn, Braunschweig 1910. 3 34 Abbildungslehre dem Einfluß des Ausstrahlungswinkels, der Aendenmg der Amplitude beim Durchgang durch das optische System und der Neigung der interferierenden Elomentarstrahlen gegen die optische Achse Rechnung zu tragen. Zur Bestimmung dieser Funktionen wird die Sinusbedingung, das Lambert sehe Ko- sinu^gesetz und das Energieprinzip benutzt. In der von Reiche und von mir herausgegebenen Bearbeitung ist über Abbe hinausgegangen, um zu sehen, ob die Herleitung Abbes nicht auf einer stren- geren Basis möglicn sei und zwar unter Benutzung des K i r c h h o f f sehen Prin- zips statt des Fresnel-Huygens- '^ rA' Fig. 22. sehen und unter Verwendung der Gleichungen der Maxwell sehen elektromagnetischen I Lichttheorie. i Geht man vom K i r c h h o f f sehen Prin- zip aus, so ist man an die im K i r c h h o f f - sehen Integralausdruck vorkommende Funk- tion gebunden und zwar muß diese ein Inte- gral der Wellengleichung sein. Die Gleichun- gen der Maxwell sehen Lichttheorie gehen in die Herleitung des Intensitätsausdrucks ein, wenn man die Strahlung ansieht als verursacht durch Dipole. Es läßt sich zeigen , daß die von einem rotierenden Di] ol aus- gehende Strahlung im Mittelwert dem Lam- bert sehen Kosinusgesetz folgt. So ge- 1 lingt es, eine Funktion zu finden, die I im wesentlichen die elektrische Kraft des Dipols darstellt, der das leuchtende Flächenelement ersetzt. Da diese Funktion ein Integral der Wellengleicluing ist, so kann auf sie der K i r c h h o f f sehe Integral- satz angewandt werden. Unter Voraussetzung kleiner Konvergenzwinkel im Bildraum er- hält man auch auf diesem strengeren Wege den A b b e sehen Ausdruck für die Licht- erregung im Aufpunkt. Wir wollen hier lediglicli den Gang der Rechnung und das Resultat der Berechnung angeben. Dazu betrachten wir die Abbildung eines Flächenelementes df, welches auf der Achse des abbildenden Systems S (Fig. 22) gelegen sei und vom unendhch entfernten Punkt Loo auf der Achse sein Licht erhalte. Es ist also df in Figur 22 identisch mit dem Objekt P in Figur 21; von ihm gehen inter- ferenzfähige (gebeugte) Elementarstrahlen aus, welche in der zu Loo konjugierten Ebene L' (Brennebene) das dem Objekt df zukommende Beugungsspektrum erzeugen und sich in der zu df konjugierten Ebene df zum sekundären Tnterferenzbild zusammen- setzen. Es mögen die von df ausgegangenen Elementarstrahlen begrenzt sein durch die körperhche Blende B. Vom Achsenpunkt o des Elements df schlagen wir die Kugelfläche FF mit dem Radius e so, daß sie die Oeffnung der Blende B tangiert und bezeichnen ein Element dieser ,,Zwischenlläche" mit 6.(p. Es habe ein Punkt P des Elementes df die Coordinaten X, y, das Ele- ment A(p die , -4f-o' Coordinaten |^,?y L , bezogen auf P P alsCoordinaten- anfang. Ferner strahle Element df nach dem Lambert- schen Cosinus- gesetz. Es ist dann bei gewissen Vernachlässigungen die Lichterregung in einem behebigen Auf- punkte P' gegeben dur^h die Gleichung K ff d|d?? . ^ /t = ^- ' ' — --^ sm 2 n I -nT s = x^-fy^\ AJJ e2— — .. ^-^ ^el~) wo 1 die Wellenlänge des Lichtes und K eine Konstante bedeutet, und mit T sin 271— die Lichtbewegung am Orte von df dargestellt ist. Die Integration ist zu erstrecken über die Projektion des ,, wirk- samen Stücks" der Zwischenfläche FF auf die Ebene der Blendenöffnung. Als wirk- sames Stück ist das von der Blende B aus der Kugelfläche FF ausgeschnittene Stück zu verstehen. Je größer dieses wirk- same Stück ist, um so mehr Strahlen von df tragen zur Abbildung bei. Ist das Flächenelement df nicht auf der Systemachse gelegen, sondern nahe der Achse, so ist die durch dieses „außeraxiale" Flächenelement bei P' hervorgerufene Licht- erregung dargestellt durch den Ausdruck A^Ay] sin 271 -1/:/ /t_(x-X)|-Ky-Y)>y\ ^ _ (g) \T eA / wo X Y die Coordinaten des außeraxialen Elements bedeuten und K wieder eine Kon- stante ist. Abbildungslehre 35 In Wirklichkeit haben wir es mit der Abbildung eines kleinen üächenhaften Objektes zu tun, dessen verschiedene Flächenelemente kohärente Wellenzüge aussenden. Die Lichterregung S, welche alle diese einzelnen Elemente im Auf- punkt Pi hervorrufen, ist dann S [t ^/JdXdY,(XY)/Jd|'d sin 2 Objekt Beerenzuns ?'(x-X)+./'(y-Y) - r(XY) (') — gesetzt ist. Der Faktor (f trägt Rechnung der Durch- lässigkeit des abzubildenden Objektes. Bei einem Gitter mit abwechselnd durchlässigen und undurchlässigen Intervallen wechselt der Wert von (f sprungweise zwischen 1 und 0. Der Faktor 'f trägt Rechnung einer etwa vorhandenen Phasendifferenz zwischen den einzelnen Elementen der abzubildenden Fläche. Die Formel (7) enthält, wie man leicht sieht, implizite die Tatsache, daß die Lichtbewegung im Punkt XY des abzubildenden Objekts dar- gestellt ist durch den einfachen Ausdruck: t K 1). Die Aehnlichkeit des Abbildes wird noch mehr gesteigert, wenn man l verkleinert. Bei gegebener numerischer Apertur eines Systems und gegebener Wellenlänge ist die Aehnhchkeit des Gitterbildes allein durch die Gitterkonstante y bedingt. Je großer y genommen wird,' um so mehr Beugungsmaxima tragen zur Bilderzeugung bei, um so größer wird die Aehnlichkeit. Die maximale numerische Apertur eines Systems wird für U' = 90 ° erreicht und nimmt den Wert n an. In diesem Falle maximaler Leistungsmög- hehkeit gilt also l h Bezeichnen wir mit hi das letzte Beu- gungsspektrum von noch zu berücksichtigen- der Intensität und HeUigkeit, so wird das System mit der Apertur n absolut ähnlich abbilden alle Gitter, für welche gilt ^ hi.;i " n Ein Gitter mit kleinerer Gitterkonstante {y < y) wird somit von diesem System nicht mehr ähnhch abgebildet. Als Beispiel wollen wir annehmen, es sei l = BbO jLijii, n = 1,56 und hi = 10, unter der Annahme, daß die Maxima mit einer Intensität kleiner als 1 Prozent des mittel- sten zum Bilde nichts beitragen. Dann wird die Konstante des noch eben absolut ähnlich abgebildeten Gitters (G r e n z g i 1 1 e r) 7 = e t w a 2 /i. Lassen wir y von diesem Grenzwert stetig abnehmen, so wird die Anzahl der zum Bilde beitragenden Maxima immer gcrmger und die Abbildung immer unähnlicher. Als Grenze der Leistungs- fähigkeit des abbildenden Systems wollen wir festsetzen diejenige Unähnhchkeit, bei welcher gerade noch Struktur zum Vorschein kommt d. h. bei welcher die Strich- zahl des Objektgitters richtig wiedergegeben wird ohne Rücksicht auf die Art der Striche. Es läßt sich zeigen, daß die Struktur gerade noch zurii Vorschein kommt, wenn außer dem nullten Beugungsspektrum noch das erste Spektrum rechts oder links mitwirkt. Dieser niedrigste Grad der Aehn- lichkeit wird erreicht bei s c h i e f er Be- leuchtung und einer Gitterkonstanten ^^=2rsinU (10^ Mit diesem Werte ist die Grenze der A u f 1 ö s u n g s f ä h i g k e i t eines mikro- skopischen Systems erreicht. Bekanntlich kam H e 1 m h 0 1 1 z fast zu gleicher Zeit, wenn auch auf anderem Wege, zur gleichen Grenze der Leistungs- fähigkeit. 6 e) Abbildung eines nicht- selbstleuchtenden Gitters bei künstlicher Abbiendung. Um die Art der Abbildung und vor allem den Grad der Aehnhchkeit des Abbildes bei künstlicher Abbiendung kennen zu lernen, haben wir den typischen Fall durchrechnen lassen, in welchem das mikroskopische Objekt durch ein Gitter mit äcpüdistanten Stäben dargestellt ist (M. Wolfke, Dissertation, Breslau 1910, Ann. d. Phys. 1910). Wir betrachten im folgenden mehrere Spezialfälle, die durch Einführung von Integrationsgrenzen im allgemeinen Aus- druck entstehen und durch geeignete Ab- biendung aus dem Beugungsbilde des Gitters verwirkhcht werden. Fall I. Nur das nullte Spek- trum (Zentralbild) gelangt zur Wirkung. Blendet man im primären Beugungsbilde des Gitters alle seithchen Maxima bis auf das ungebeugte Zentralbild (nulltes Maximum) ab, so zeigt das sekundäre Abbild des Gitters eine etwas verbreiterte strukturlose Fläche, deren Helhgkeit von der Mitte nach den Rändern abnimmt. An den beiden Seiten der strukturlosen Fläche treten Nebenmaxima von sehr ge- ringer HeUigkeit (V25) auf. Fall II. Außer dem Zentral- bild gelangen die ersten Maxima rechts und links zur Wirkung. Flir diesen Fall zeigt das Abbild Struktur. Die Anzahl der Gitterstriche ist im Ab- bilde richtig wiedergegeben, dagegen ist der Intensitätsabfall vom Maximum zum Minimum ein allmähhcher und die Maxima und Minima erscheinen gleich breit. Außer- dem treten, unter Umstanden, in den Mitten der Minima noch sekundäre Neben- maxima auf. FaU III. Nur die beidersei- Abbiidunffslehre 37 tigen i*"^^ Maxima tragen zur Ab- bildung bei. Das Zentralbild ist abgeblendet. Wir erhalten ein unälmliches Abbild des Objektes, da an Stelle der N wirklich vorhandenen Gitter- striche deren 2 Ni auftreten. Der Intensi- tätsabfall vom Maximum zum Minimum folgt dem Gesetze cos- u. Außer den hier reproduzierten Spezial- fällen sind in der Wo Ifke sehen Dissertation noch folgende Fälle durchgerechnet: 1. Alle Beugungsspektra abgeblendet bis auf das Zentralbild und die beiden i^e" Maxima;. 2. alle Beugungsspektra abgeblendet bis auf die beiden i'tm und die beiden 2 1^'"" Maxima; 3. alle Beugungsspektra abgeblendet bis auf die beiden i'*"" , die beiden 21^'^" und das Zentralbild. 7. Experimentelle Prüfung der Abbe- schen Theorie. Da die im vorigen Ab- schnitt angeführten Spezialfälle erst kürz- lich ausgerechnet worden sind, so mußte die Frage experimentell beantwortet werden, ob die imm-rhin unter sehr vereinfachen- den Annahmen entwickelte Abbe sehe Theorie auch bis in ihre Einzelheiten durch das Experiment bestätigt wird. Zur Prüfung benutzten Reiche und ich ein Zeißsches Mikroskop, welches mit dem für diese Zwecke konstruierten Objektiv aa von 26 nirn Brennweite versehen ist. Als Objekt diente die sogenannte Abbesche Diffrak- tionsplatte, welche mit mikroskopischen Gittern (in Silber geritzt) verschiedener Gitterkonstanten versehen ist. Man beobach- tet wie folgt: Ohne Benutzung des Kon- densors beleuchtet man mittels der Nernst- lampe oder der Heraussehen Hg-Dampf- lampe das abzubildende Gitter und stellt das Mikroskop möghchst scharf auf die Gitter- striche ein. Dies ist im allgemeinen bei mi- kroskopischen Objekten recht schwierig. Im Falle der Diffraktionsplatte existieren zwei Kriterien dafür; erstens die Inhomogeni- täten (Risse, Staubteilchen usw.) auf der Oberfläche des Silbergitters und zweitens die Tatsache, daß nur bei richtiger Einstellung das Abbild des mit weißem Licht beleuch- teten Gitters wiederum farblos erscheint. Dieses Kriterium ist bei allen mikroskopi- schen Objekten anwendbar, soweit sie nicht selektiv absorbieren. Nachdem die exakte Einstellung bewirkt ist, entfernt man das Okular und betrachtet, direkt in den Tubus blickend, das im Innern oberhalb des Objektivs in dessen Brennebene gelegene reelle Beugungsspektrum (Abbild der Lichtquelle). Im Falle des von uns be- nutzten Gitters sieht man daselbst das Zentralbild mit 4 bis 5 Hauptmaximis (Beu- gungsspektren) zu beiden Seiten des Zentral- bildes. Es wirken also auch bei Benutzung der vollen Apertur nicht alle Beugungs- spektra bis zu verschwindender Intensität mit. Dementsprechend ist auch das Abbild kein vollständig ähnliches. Wolil ist im großen ganzen das Verhältnis von Si)altbreite zur Stegbreite richtig wiedergegeben; dagegen ist das Abbild jedes in Wirklichkeit undurch- sichtigen Steges nicht absolut dunkel, viel- mehr durchzogen von drei relativ hellen, feinen Lichtlinien. Es steht diese Erscheinung im Einklang mit der entwickelten Theorie, wie eine Erweiterung des in 6 behandelten Spezialfalles II lehrt. Ferner ist bei Abbiendung aller Spektra bis auf das nullte Spektrum tatsäclüich nur eine strukturlose Fläche zu sehen. Bei Abbiendung aller Spektra außer dem nullten und den ersten (rechts und links) zeigte das Abbild Struktur mit richtiger Wieder- gabe ckr Strichanzahl. Dagegen ist das Ver- hältnis von Strichbreite zur Stegbreite falsch wiedergegeben, insofern der Spalt ebensobreit erscheint wie der Steg. Auch ist der Inlensitätsabfall vom Maximum zum Minimum kein plötzlicher, so daß die Gitter- striche an ihren Rändern verwaschen er- scheinen. Beide Resultate stehen im Einklang mit der entwickelten Theorie. Ferner sollten infolge des Verhältnisses Spaltbreite zur Gitterkonstanten zwischen den eigentlichen Gitterspalten noch sekun- däre Maxima auftreten. Tatsächlich konnten auch diese Nebenmaxima in Gestalt feiner heller Streifen beobachtet werden. Bei Mitwirkung nur der ersten Beugungs- spektra (rechts und links), d. h. bei Abbien- dung aller übrigen Spektra inklusive des nullten, zeigt das Abbild in Uebereinstim- mung mit der Theorie doppelt soviel Gitter- striche als das Objektgitter. Literatur. Geschichtliches : J. Priestley, Geschichte und gegenwärtiger Zustand der Optik usw. üebersetzt v. G. S. Klügel, Leipzig, J. Ir. Junius 1775. — Emil Wilde, Geschichte der Optik, Berlin, Rücker und Püchler, I. Teil 1838, II. Teil 1843. — J. C. Foggendorff, Ge- schichte der Physik, Leipzig, Joh. Ambr. Barth 1879. Zusammen häng ende Dar Stellunge n : G. Ferraris, Die Fundamentaleigenschaf- len d. dioptr. Instrumente. Elementare Dar- stellung d. Gauss'schen Theorie usw. Üebersetzt V. F. Lippich, Leipzig, Quandt und Händel 1879. — M. E. Mascart, Traite d'optique, Paris, Gauthier, Villars et Fils. 3 Bde. 1889 bis 1893. — P. Drude, Lehrbuch der Optik, Leipzig, S. Hirzel 1900. — A. Gleichen, Lehrbuch der geo- metrischen Optik, Leipzig u. Berlin, B. G. Teubner 2902. — S. CzapsTei, Grundzüge der Theorie d. optischen Instrumente nach E. Abbe, II. Aufl. herausgegeben von O. Eppenstein, Leipzig, Joh. Ambr. Barth 1904 (Das über die charakte- ristische Funktion tmd die allgemeine Abbil- dungslehre Abbes Gesagte ist im wesentlichen diesem ausgezeichneten Werke entlehnt). — M. V. Rohr, Die Bilderzeugung in optischen 38 Abbildungslehre Instrumenten vom StandpunUe d. geom. Optik. Bearbeitet von d. wissensch. Mitarbeitern an d. opt. Werkstätte von Carl Zeiß, P. Culmann, S. Czapski, A. König, F. Löwe, M. v. Rohr, H. Siedentopf, E. Wandersieb, Berlin, Jid. Springer 1904. — O. D. Chxvolson, Lehrbuch der Physik, Bd. IL Uebersetzt v. H. Pjlaum, Brannschweig, Fr. Vieweg und Sohn 1904. — O. Lumnier, Die Lehre von der strahlenden Energie (Optik) IL Bd., III. Buch, V. Müller- Pouillets, Lehrbuch der Phijsik, 10. Aufl., Braunschweig, Fr. Vieweg und Sohn 1909, 1189 S. (Viele Figuren und das Wesentliche des Gegebenen sind diesem Werke entnommen). — James P. C. Southall, The Principles and 3/ethods 0/ Geomctrical Optics, New York, The Macmülan Comp. 1910. Gesammelte Abhandlungen und Originalwerke: Chr. Hnygenn, Traite de la Lumiere, Leiden 1690. — J. Newton, Optics, London, S. Smith and B. Walford 17 04. — J. Newton, Lectiones opticae London 1728. — J. H. Lambert, Photometria sivc de 7ne7isti.ra et gradi- btis luminis colorum et umbrae, Augsburg, Klett 1760 (Ostwalds Massiker der exakten Natur- wissenschaften Nr. 31 bis 33). — G. S. Klügel, Analytische Dioptrik in zwei Teilen, Leipzig, J. F. Junius 1778. — C. V. Gauss, Dioptrische Untersuchungen, Göttingen, Dietrich 18 4I. — C, F. Gauss', Werke, 2. Abdr., Göttingen 1877. — A. Fresnel, Oeuvres Complkes, Paris, Impri- merie Imperiale Bd. 1 1866, Bd. II 1868, Bd III 1870. — H. Hankel, Die Elemente der projek- tivischen Geometrie in synthetischer Behandlung, Leipzig, B. G. Teubner 1875. — H. Helmholtz, Wissenschaftliche Abhandlungen, Bd. II, Leipzig, Joh. Ambr. Barth 1883. — H. v. Helmholtz, Handbuch d. physiologischen Optik, Hamburg ' und Leipzig, L. Voß 1896. — J. C. Maxwell, Scientific Papers Cambridge University, Press 1890. — S. Finsterwalder, Die von optischen Systemen größerer Oeffnung und größeren Ge- i Sichtsfeldes erzeugten Bilder, 3Iünchen, G. Franz 1891. — R, S. Heath, A treatise on geomctrical optics (Cambridge University, Press Second Edi- tion 1895, Ueber Setzung von R. Kanthack, Berlin, J. Springer I894. — H. Bruns, Das Eikonal, Leipzig, S. Hirzel 1895. — G. Salmon, Analytische Geometrie des Raumes. Deutsche Be- arbeitung von W. Fiedler, I. Teil. Die Elemente und die Theorie der Flächen zweiten Grades, Leipzig, B. G. Teubner, 1898. — M. v. Rohr, Theorie und Geschichte des photographischen Objektivs, Berlin, J. Springer 1899. — H. Hove- Stadt, Jenaer Glas und seine Verivendung in Wissenschaft und Technik, Jena, Gustav Fischer 1900. — Lord Rayleigh, Scientific Papers Vol. I bis IV, Cambridge The University, Press 1809 bis 1903. — E. Abbe, Gesammelte Abhand- lungen Bd. I 1904, Bd. II 1906, Jena, Gustav Fischer. — O. Lumnier und F. Reiche, Die Lehre von der Bildentstehung im Mikroskop von E. Abbe, Braunschweig, Fr. Vieweg und Sohn 1910. Abhandlungen: G. B. Airxj, On the apherical abcrration of the eye-pieces of telescopes, Cambr. Phil. Trans. S, 1 bis 64, 1830. — R. H. Bow, On Photographie distortion. The Brit. Journ. ofPhof. 1861, 8, 417 bis 419 u. 440 bis 442. — L. Euler, Sur la perfection des verrcs objectifs des luneltes Mem. de Berlin 1747, 3, 274 bis 296. — P. Fermat, Lilterae ad P. Mersennum contra Dioptricum Cartesianum, Paris 1667 (vgl. auch Chr. Huygens, „Traite de la Lumiere", Leyden 1690, S. 39). — W. R. Hamilton, Theory of Systems of rays Trans., R. Irish, Academy 1828, 15, 69 bis 174, 16, 3 bis 62 u. 93 bis 126, 17, 1 bis 144- — Ch. Hochin, On the estimation of aper- ture in the microscope Journ., R. Micr., Soc. I884 (2) 4, 337 bis 346. — J-. D. Everett, Note on Hockins proof of the sine condition, Phil. Mag 1902 (6) 4, 170 bis 17L — E. von Hoegh, Die sphärische Abweichung und deren Correction speziell bei Fernrohrobjektiven, Z. S. f. Instrkde. 1888, 8, 117 bis 129. — G. R. KirchhoJT, Zur Theorie der Lichtstrahlen, Berl. Ber. 1882, 64 1 bis 670, Pogg. Ann. d. Phys. 1883 (3), 18, 663 bis 695. — E. E. Kummer, Allgemeine Theorie der geradlinigen Strahlensysteme, Grelles Journ. 1860, 57, 189 bis 230 (vgl. auch Berl. Ber. 1860, 469 bis 474). — O. Lummer, Einiges zur Correction dioptrischer Systeme, Verh. d. Phys Ges., Berlin 1895, 14, 24 bis 31. — Verselbe, Beiträoe zur photographischen Optik, Z. S. f. Instrkde". 1897, 17, 208 bis 219; 225 bis 239; 264 bis 27 L Ins Englische übersetzt von S. P. Thompson, Con- tributions to Photographic Optics by, Otto Lummer, London, Macnnllan and Co 1900. — E. L. Malus, Traite d'optique, Premiere 2)artie, Des Questions d'optique qui dependent de la geometrie Mem. Sav. Etrang. 1811, 2, 214 bis 302. — J. C. Max- well, On the application of Hamiltons characte- ristic function to the theory of an optical instrument etc., London, 3Iath. Soc. Proc. 1874 bis 1875, 6, 117 bis 122 und 182 bis 190. — A. F. Möbius, EntWickelung der Lehre von dioptrischen Bildern mit Hilfe der CoUineations- Verwandtschaft, Leipziger Berichte 1855, 7, 8 bis 32. — J. Petzval, Bericht über optische Unter- suchungen, Wien. Ber. 1857, 24, 50 bis 76; 92 bis 106, 129 bis 145; 26, 33 bis 90. — P. Rudolph rtmd E. Abbe), Anamorp hotisches Linsensysteni, DRP 99 722 v. SO.jlL 1897. — L. Seidel, Zur Dioptrik Astr. Nachr. 1853, 37, 105 bis 120; 1856, 43, 289 bis 304; 305 bis 320; 321 bis 332; Gelehrte Anzeigen d. Bayr. Akad. 1855, Nr. 16 u. 17. Derselbe (Aus dem Nachlasse hcratisgegeben von S. Finsterwalder), Ueber die Bedingungen möglichst präziser Abbildung eines Objektes von endlicher scheinbarer Größe durch einen dioptrischen Apparat, Münch. Akad. Ber., Math. Phys. Cl. 1898, 395 bis 422. — K. Strahl, Theorie des zweilinsigen Objektivs, Z. S. f. Instrkde. 1901, 21, 10 bis IL — J. C. Sturm, Memoire sur l'Optique, Liouvilles Journ. 1838, 3, 357 bis 384. — Th- Stitton, Distortion pro- d.uced by lenses, Phot. Notes 1862, 7, Nr. 138, 3 bis 5. — M. Thiessen, Beiträge zur Dioptrik, Berl. Ber. 1890, 799 bis 813. — Derselbe, Ueber vollkommene Diopter, Verh. d. Phys. Ges., Berlin 1892, _ Wied. Ann. 1892 (2), 45, 821 bis 823 und 823 bis 824. — Schwarzschild, Untersuchungen zur Geom. Optik. Abhdlgn d. Ges. d. Wiss. Göttingen math. phys. Kl. N. F. 4, Nr. 1 und 2 1905. — W. Wien und O. Lummer, Ueber die Verwirklichung der schwarzen Strahlung, Wied. Ann. 1895, 56, 451 bis 456. O. Ltimmer. Abegg — Absorption Abegg Richard. Geboren am 9. Januar 1869 zu Danzig; ge- storben am 4. April 1910 durch Unfall bei einer Ballonfahrt. Er war zuletzt in Breslau Professor der physikalischen Chemie und hat auf diesem Gebiete sich durch vortreffliche Experimental- untersuchungen vielseitig betcätigt, die für die Lehre von den Lösungen, für die Elektrolyse, die Photographie u. a. von Bedeutung waren. Von ihm rührt eine Theorie der Valenz her, die von (3riginalität der Gedanken Zeugnis gibt. Das von ihm begonnene große Handbuch der anorganischen Chemie konnte er nicht vollenden. Literatur. Nekrolog s. Chem. Zeug. 1910 S. 369. E. von Meyer. Absorption. Lösungsabsorption. 1. Begriff der Absorption. 2. Messung der Absorption von Gasen durch Flüssigkeiten. 3. Absorption von Gasen in festen Stoffen. 1. Begriff der Absorption. Die Absorp- tion ist ein Spezialfall der Mischlings- oder Löslichkeitserscheinungen (vgl. den Artikel ,,L ö s u n g e n"). Mischung oder Lösung ist der Vorgang der gegenseitigen Aufnahme von mindestens zwei verschiedenen Stoffen im allgemeinen ; Absorption heißt er, wenn Gase durch flüssige oder feste Stoffe, oder Flüssig- keiten durch feste Stoffe aufgenommen wer- den, so daß im ersten Falle das Gas, im zwei- ten die Flüssigkeit teilweise oder praktisch voUkomraen verschwindet. 2. Messung der Absorption von Gasen durch Flüssigkeiten. Besonders gebräuch- hch ist die Bezeichnung für die Aufnahme eines Gases durch eine Flüssigkeit. Manche Gase werden von gewissen flüssigen Stoffen sehr stark aufgenommen, z. B. Chlorwasser- stoff oder Ammoniak durch Wasser, andere wieder sehr wenig, wie Wasserstoff durch Glycerin, auch sind Temperatur und Druck von großem Einflüsse. Die Messungsanord- nungen sind für nicht selir große Absorption nicht ganz einfach und erfordern Beachtung von mancherlei Umständen; im allgemeinen gebraucht man ein Gefäß, das mit einer be- kannten Flüssigkeitsmenge teilweise gefüUt ist und darüber etwas Gas enthält, sowie ein damit verbundenes Meßrohr, das die Messung der Mengenabnahme des Gases vor- zunehmen erlaubt (Absorptiometer von B u n- s e n ; über neuere Apparate vgl. 0 s t - wald-Luther Hand- und Hülfsbuch). Man muß die beiden Stoffe miteinander schüttehi, um die Aufnahme zu beschleunigen, und fährt fort, bis die Gasmenge nicht mehr abnimmt. Die pro Mengeneinheit der Flüs- sigkeit aufgenommene Menge Gas heißt die Löshchkeit des Gases in dieser Flüssig- keit. Die Menge des Gases mißt man am besten nach Molen (vgl. den Artikel ,,M olekularlehr e"), die der Flüssig- keit, solange die Löshchkeiten nicht sehr groß sind, nach Litern. Man findet für kleine Löshchkeiten häufig ein vor mehr als 100 Jahren von dem Engländer W. Henry aufgefundenes Gesetz bestätigt, demzufolge bei konstanter Temperatur ein reiner gas- förmiger Stoff (also nicht etwa ein Gemisch von mehreren Gasen wie Luft) von einer bestimmten Flüssigkeitsmenge proportional dem auf dem Gase ruhenden Drucke ab- sorbiert wird. Bezeichnet man also den Druck mit p, und die aufgenommene, d. h. maximal aufnehmbare Menge mit a, so ist p: a = kon- stant. Nimmt man ein anderes Flüssigkeits- quantum, so wird auch eine andere Gasmenge aufgenommen, und setzt man demnach statt a die durch die Flüssigkeitsmenge dividierte aufgenommene Gasmenge, d. h. die Konzentration c des gelösten Gases, so wird p: c = konstant. Wenn, wie das bei schwerlöslichen Gasen meist der Fall ist, das Gas sich den Gesetzen des idealen Zustandes (vgl. den Artikel „Gase") fügt, so ist das Produkt von Druck und Volum sowohl für die anfangs vorhanden gewesene, wie für die übriggebliebene Gasmenge konstant (B 0 y 1 e s Gesetz). Für das gelöste Gas würde also, wenn es freies Gas wäre, das gleiche gelten. Bei Erhöhung des Druckes auf seinen doppelten Wert wird nun die doppelte Menge Gas gelöst. Diese wäre aber im freien Zu- stande im selben Volum v enthalten gewesen, da ja auch im freien Gase der Druck auf den doppelten Wert gestiegen wäre. Man kann also bei gleichzeitiger Gültigkeit von Henrys und B o y 1 e s Gesetz sagen : Das durch Absorption in einer bestimmten Flüssigkeitsmenge unter beMebigem Drucke verschwindende Volum eines Gases ist un- abhängig vom Drucke. Wir messen p in MiUimeter Quecksilber (vgl. den Artikel „Druck"), die gelöste Gasmenge in Liter, die sie frei unter p er- füllen würde, die Flüssigkeitsmenge eben- falls in Litern, so daß ihr Verhältnis X die Löslichkeit (Löshchkeitskoeffizient) eine reine Zahl wird, die vom Drucke nicht abhängt : Stickstoff in Wasser bei 25» V flüss. V Gas >- 26,479 0,4149 0,0157 26,479 0,4095 0,0155 26,350 0,4115 0,0156 830,0 26,350 0,4147 0,0157 Bei höheren Drucken bleibt X nicht mehr so konstant. P 268,9 601,6 718,5 40 Absorptiun Stickstoff in Wasser bei 19,4» P ^- 795 o,oi 6iö 1381 0,01 602 2215 0,01 585 3881 0,01 546 6160 0,01 473 Aber die Veränderlichkeit ist doch nur mäßig groß. Meist ist nur die Löslichkeit für Atmosphärendruck gemessen, also das Henry sehe Gesetz nicht geprüft worden. In den folgenden Zahlen sind darum die von 1000 g Wasser gelüsten (Iramme Gas angegeben, wenn der Druck 760 mm Hg beträgt (Gas + Wasserdampf, dessen Druck aber bei 30"^ erst 31 mm beträgt, t = Celsius- temperatur). t O2 H., N, CO CH4 0 0,0695 0,00192 0,0293 0,0440 0,0396 10 0,0537 0,00174 0,0230 0,0348 0,0296 20 0,0434 0,01160 0,0189 0,0284 0,0232 30 0,0359 0,00147 0,0161 0,0241 0,0191 t 0 10 20 30 CO, 3,35 2,32 1,69 1,26 7,10 5,30 3,98 SO2 228 162 "3 78 C^H, NH3 2,0 987 1,5 689 1,2 535 0,9 — Diese Zahlen lassen auch den Temperatur- einfluß erkennen (über Löslichkeiten anderer Gase, sowie andere Temperaturen und Lösungsmittel vgl. die Literatur in L a n - dolt-Börnsteins Phys.-Chem. Ta- bellen). Vielfach wird auch der A b s 0 r p - tionskoeffizient angegeben, das ist die pro Liter der Flüssigkeit unter 760 mm absorbierte Gasmenge, ausgedrückt in Litern, die sie frei bei 0° und 760 mm einnehmen würde. Die große Löslichkeit von etwa Ammo- niak und Schwefeldioxyd (s. Tabelle"! pflegt man als Folge des Auftretens chemi- scher Reaktionen aufzufassen. Ammoniak ist in Wasser teilweise als Ammoniumhydro- xyd NH^OH enthalten, d. h. als Verbindung von Wasser und Ammoniak, analog Schwefel- dioxyd als schweflige Säure H2SO3. Was man gemessen hat, ist also eigenthch gar nicht die Löshchkeit von unverändertem NH3 in unverändertem Wasser. Bei Chlor- wasserstoff findet man eine so große Löslich- keit, daß man den Druck des freien Gases über einigermaßen verdünnten Lösungen kaum hat messen können. Hier tritt aber sehr stark die elektrolytische Dissoziation auf (vgl. den Artikel „E 1 e k t r 0 c h e - mische Dissoziatio n"). Sehr deuthch zeigt sich das Hinzutreten, ja völlige Prävaheren einer chemischen Umsetzung bei der Absorption von Kohlendioxyd durch Wasser, das etwas Kali oder Natron ent- hält. Dann wird bekanntlich aus 2 KOH + CO, das Salz KoCOg gebildet, und die rohe Annäherung an das Henry sehe Gesetz, die CO 2 in reinem Wasser noch zeigt, ver- schwindet volllvommen. Ueberhaupt ändern sich die Verhältnisse, wenn das Lösungsmittel kein reiner Stoff, sondern eüi Gemisch ist. In einfachen Fällen gilt dann das Henry sehe Ge- setz oft, aber die Löslichkeit ist abhängig von der Zusammensetzung des Lösungs- mittels, und zwar oft in kompMzierter Weise. Salze, die nicht selbst chemisch auf das Gas reagieren, pflegen in wässeriger Lösung die Löslichkeit der Gase zu vermindern (vgl. den Artikel ,,L ö s u n g e n"). Ebenso verschieben sich die gelösten Gasmengen, wenn ein und dasselbe Lösungs- mittel nicht ein reines Gas, sondern ein Gas- gemenge lösen soll, Wenn keine Kompli- kation (chemische Umsetzung) auftritt, wird jedes Gas so gelöst, daß zwischen seiner auf- genommenen Menge und dem Partialdrucke (vgl. den Artikel ,,L ö s u n g e n") des fr.ei- gebhebenen Gases die Henry sehe Bezie- hung besteht. Dadurch ändert" sich also die relative Zusammensetzung des Gasrestes. Z. B. verliert Luft über Wasser relativ mehr Sauerstoff als Stickstoff, weil jener löshcher ist. 3. Die Löslichkeit von Gasen in festen Stoffen. Sie ist meist erhebhch kleiner als die in Flüssigkeiten. Besonders gut unter- sucht hat man in neuerer Zeit die Löshchkeit in Metallen. Ferner ist bekannt, daß gewisse feste Kolloide (vgl. den Artikel „Disperse Gebilde") Wasserdampf in reversibler Weise aufnehmen und abgeben, je nach dem Drucke. Unter den Mineralien gehören hier- her die Zeolithe. Doch werden mitunter auch solche Erscheinungen als Absorption bezeichnet, die richtiger Adsorption oder 0 c c 1 u s i 0 n genannt werden müßten. Adsorption (vgl den Artikel ,,A d s 0 r p - t i 0 n") ist die Aufnahme von flüssigen, ge- lösten oder gasförmigen Stoffen an einer Oberfläche, Occlusion oder Inclusion die meist durch zufälUge Umstände verursachte Einschließung von Gasen oder Tröpfchen in festen Stoffen, wie sie häufig an Mineralien und künsthchen Kristallen beobachtet wird, und wie sie auch bei der gleichzeitigen elektrolytischen Abscheidung von Metallen (z. B. Kupfer) und etwas Wasserstoff aus einer wässerigen Kupfersalzlösung stattfindet. Li anderen Fällen, wie bei den Quellungs- phänomenen (Gelatine in Wasser; Kautschuk in Schwefelkohlenstoff oder iVether) besteht noch keine deutliche Scheidung der Bezeich- nungen Absorption und Adsorption. Literatur. W. Ostwald, Lehrbuch der allgemeinen Chemie, Leipzig 1891. — W. Nernst, Theore- tische Chemie, Stuttgart 1909. — A. Sieverts, Zeitschrift für physikalische Chemie Bd. 60 (1907), S. 163; Bd. 68 (1909), S. 115; Bd. 74 (1910) S- 277. K. Drticker. Absorption 41 Absorption. Lichtabsorption. 1. Einleitung. 2. Beschreibung der Absorptions- spektren und der Absorptionserscheuiungen: a) Definition, b) Farbigkeit, c) Einteilung der Ab- sorptionsspektren: u) Endabsorption, ß) Selek- tive Absorption. Bandenspektren. Linieii- spektren. y) Allgemeine Absorption, d) Absorp- tionsgrenzen. £) Symmetrische und un-^ymme- trische Absorptionsbanden, d) Graphische Dar- stellung der Absorptionsspektren nach Bunsen. e) Absorptionsspektren von gemischten Stoffen. 3. Absorption in den verschiedenen Spektral- gebieten: a) im sichtbaren Spektrum; b) im Uitravolett; c) im Ultrarot; d) Absorption im Gebiet der elektrischen Wellen. 4. Meßmethoden: a) im sichtbaren Spektrum: a) Messung der Absorptionsgrenzen, ß) Messung des Extinktions- vermögens. Spektralphotometrie und Kolori- metrie. y) Absorptionskurven nach Hartley- Baly; b) im Ultraviolett. 5. Veränderlichkeit der Absorptionsspektren: a) Veränderlichkeit der Absorptionsspektren bei Gasen, b) Veränderlich- keit der Lüsungsspektren: a) Optische Konstanz koordinativ gesättigter Komplexe (Hantzsch). ß) Einfluß der Konzentration. 7) Einfluß der Lö- sungsmittel, d) Einfluß des Solvatationszustandes. s) Einfluß der Temperatur. c)Veränderlichkeit der Absorptionsspektren fester Stoffe: cc) Dichrois- mus, Trichroismus. ß) Einfluß der Temperatur. 6. Bedeutung der Absorptionsspektren für all- gemeine chemische Probleme: a) Absorptions- spektren und Dissoziationstheorie, b) Theorie der Isorrhopesis von Baly. c) Theorie der Valenz- elektronen von Stark, d) Chemische Theorie der Veränderlichkeit der Absorptionsspektren von Hantzsch. 7. Absorptionsspektren und chemische Konstitution: a) Chromophortheorie: a) Die wichtigeren Chromophore. ß) Wirkung mehrerer Chromophore. 7) Doppelbindungen. ö) Selbständige und unselbständige Chromophore. b) Auxochromtheorie: a) Bathochrome und hypsochrome Chuppen. ß) Wirkung der Auxo- chrome auf die Chromophore. c) Absorptions- spektren bei stereoisomeren Verbindungen, d) Ab- sorptionsspektren bei normalen Salzen, normalen Komplexsalzen und inneren Komplexsalzen, e) Einfluß der Atomaffinität, f) Pantochromie g) Chromotropie. h) Einfluß der Polymerie. 8. Analytische Bedeutung der Absorptions- spektren: a) Qualitative Spektralanalyse, b) Quantitative Spektralanalyse: a) Spektralphoto- metrie. ß) Kolorimetrie. I. Einleitung. Im folgenden sollen vor- nehmlich die Einflüsse der Temperatur, des Aggregatzustandes, des Lösungsmittels usw auf den Absorptionscharakter eines Stoffes und die Beziehungen der Absorption zur chemischen Konstitution besprochen werden. Ueber die Theorie der Absorption vgl. den Artikel „S t r a h 1 u n g s u m f 0 r m u n g e n". Wenn auch die optische Absorption stets Gegenstand der Forschung gewesen ist, so- fern diese sich mit dem Problem der Farbig- keit befaßte, so ermöglichte doch erst die Entdeckung der Spektralanalyse durch K i r c h h 0 f f und Bunsen (1859) eine methodische Untersuchung. Auch dann hatte das Studium der Absorptionsspektren weit geringere Erfolge, als das der Emissions- spektren. Lange mußte man sich damit be- gnügen, die Absorptionsspektren der Stoffe zu registrieren, ohne eine Brücke zu ihren chemischen Eigenschaften zu finden. Erst neuerdings sind solche Beziehungen gefunden worden, besonders, seitdem die Absorption<- erscheinungen auch im ultravioletten und im ultraroten Spektrum untersucht werden (vgl. die Artikel ,,F a r b e" und , , Spek- troskop i e "). 2. Beschreibung der Absorptionsspektra und Absorptionserscheinungen. 2 a) De- finition. Bekanntlich gibt r. in weißes Licht bei prismatischer Zerlegung ein konti- nuierliches Spektrum, das alle Farben des Regenbogens ohne Unterbrechung enthält. Untersucht man dieses Licht in gleicher Weise, nachdem es einen Stoff von ge- wisser Schichtdicke durchdrungen hat, so findet man, daß das neue Spektrum niclit mehr die ursprüngliche Vollständigkeit be- sitzt. Mehr oder minder große Teile in dem früher kontinuierlichen Spektrum fehlen; es ist also Licht von bestimmten Wellenlängen absorbiert worden. Daher nennt man ein solches Spektrum auch Absorptions- spektrum oder R e s t s p e k t r u m. Selten ist die Lichtabsorption eines Spektral- gebietes vollständig; meist findet nur eine Schwächung der ursprünglichen Intensität des Lichtes um einen bestimmten Betrag statt. 2 b) Farbigkeit. Aus physiologischen Gesetzen (vgl. den Artikel „Farbe") geht hervor, daß Lieht, in welchem ein sichtbarer Spektralbereieh fehlt, farbig erscheint, und zwar in der Komplementarfarbe der fehlenden Farbe. Da es nun kaum Stoffe gibt, welche für alle Wellenlängen gleich durchlässig sind, so werden alle Körper mehr oder weniger farbig erscheinen; denn immer werden einige Spektralbereiche stärkere Absorption er- fahren als andere. Sind diese Unterschiede beträchtlich, so erscheinen die Stoffe stark farbig. Aus physiologischen Gründen ist auch die Breite des atisorbierten Spektral- gebietes von Bedeutung für den Eindruck der Farbigkeit. Es gibt Stoffe, z. B. Salze seltener Erden, welche zwar im sichtbaren Spektrum stark absorbieren ; aber der fehlende Teil des Spektrums ist zu schmal, als daß eino merkliche Farbigkeit entstehen könnte. Auch das diffus reflektierte Licht ist teil- weise in die Körper eingedrungen und so durch verschiedene Absorption gewisser Spek- tralbereiche verändert worden. Die Farbigkeit scheinbar farbloser Stoffe läßt sich leicht zeigen, wenn man die Licht- absorption durch sehr große Schichtdicken untersucht. Dann erscheint z. B. Wasser blau. 42 Absorption 2C) Einteilung der Absorp- tionsspektren. Eine Einteilung nach allgemeinen Gesichtspunkten bietet große Schwierigkeit; man hat sich vorläufig darauf beschränken müssen, eine rein formale Syste- matik durchzuführen, der natürlich eine ge- wisse Willkür anhaftet. a) E n d a b s 0 r p t i 0 n. Die Absorp- tion kann an einem Ende des Spektrums stattfinden (einseitiges Absorptionsspektrum), oder es werden beide Enden des Spektrums absorbiert (zweiseitiges Absorptionsspek- trum), im letzteren Falle besteht also das Spektrum nur aus Strahlen mittlerer Wellen- länge. ß) Selektive Absorption. Bei der selektiven Absorption fehlen ein oder mehrere Teile innerhalb der Spektra. Ein solcher fehlender Teil heißt auch Absorp- tionsband. Oft ist das Spektrum durch mehrere Banden unterbrochen : Banden- Spektrum. Wenn ein Band sehr schmal und scharfbegrenzt ist, daß es in eine Linie übergeht, spricht man von Linien- Spektrum. }') Allgemeine Absorption. Häufig findet man für die Endabsorption, i besonders am kurzwelligen Ende des Spek- \ trums, die Bezeichnung allgemeine Ab- sorption. Hiermit soll besonders der Fall , zum Ausdruck gebracht werden, daß die i Absorptionsgrenze nicht scharf ist, sondern die Schwächung sehr allmählich erfolgt. Eine schwache allgemeine Absorption kann sich über große Teile des Spektrums erstrecken, ohne leicht wahrgenommen zu werden, weil das Licht oft nur um einen kleinen Betrag geschwächt ist. So ist es möglich, daß außerdem noch Absorptionsbanden im Bereiche all- gemeiner Absorption liegen, daß sich also gewissermaßen zwei Absorptionsgebiete über- einanderlagern. ö) A b s 0 r p t i 0 n s g r e n z e n. Eine besondere Beachtung verdienen die Ab- sorptionsgrenzen. Diese Grenzen sind selten scharf, sondern mehr oder minder verwaschen. Die Dunkelheit eines Bandes nimmt auf der einen Seite allmählich zu. dann erreicht sie ein Maximum, und nimmt auf der anderen Seite wieder ab. f ) Symmetrische und unsym- metrische Absorptionsbanden. Je nach der Art der Absorptionsgrenzen unterscheidet man zwischen symmetrischen und unsymmetrischen Absorptionsbanden. Hei jet en liegt das Maximum der Dunkel- heit in der Mitte zwischen den Absorptions- grenzen, und die Abnahme der Dunkelheit erfolgt zu beiden Seiten des Maximums in gleicher Weise. Bei unsymmetrischen Banden ist eine Absorptionsgrenze viel schärfer als die andere. Je nach der Lage des Maximums der Dunkelheit bezeichnet man solche Banden auch als nach Rot oder nach Violett ,, abschattiert". 2d) Graphische Darstellung der A b s 0 r p t i 0 n s s p e k t r a nach B u n s e n. Der Verlauf der Dunkelheit in einer Bande wird besser graphisch darge- stellt als beschrieben. Wenn man die In- tensität der Absorption als Ordinate, und die entsprechende Wellenlänge als Abszisse auf- trägt, so bekommt man eine Absorptions- kurve, wie sie von B u n s e n eingeführt ist. In folgendem Schema sind die wich- tigeren Formen der Absorption bezeichnet. rot 12 3 4 5 6 7 violett .J^ Fig. 1. 1 Starke Absorptionslinie; 2 Schwache Absorptionslinie; 3 Schmales scharfbegrenztes Band von starker Absorption (sjTnmetriscli); 4 Schmales scharf begrenztes Band von schwacher Absorption (symmetrisch); 5 Schmales unsym- metrisches Band nach Rot abschattiert; 6 Brei- tes unsjanmetrisches Band nach Rot scharf be- grenzt nach Violett abschattiert; 7 Allgemeine Endabsorption im Violett. Während die B u n s e n sehen Absorp- tionskurven zwar die Absorptionsgrenzen mit genügender Genauigkeit erkennen lassen, geben sie die Stärke der Absorption, das so- genannte Extinktionsvermögen d. h. das Verhältnis des absorbierten Lichtes zu dem überhaupt eindringenden Licht meist nur unvollkommen wieder. Die Höhe der Kurven, welche das Extinktionsvermögen darstellen soll, wurde von den meisten Au- toren ganz subjektiv gezeichnet. Wesentlich vollkommenere Kurven gewinnt man nach der Methode von Hartley-Baly (s. Abschnitt 4 ,,M e ß m e t h 0 d e n'). 2e) Absorptionsspektren von Mischungen verschieden ab- sorbierender Stoffe. Während schon einheitliche Stoffe sehr komplizierte Absorptionsspektra haben können (die viel- fach geäußerte Ansicht, daß einem einheit- lichen Stoffe höchstens 3 Absorptionsbänder zukämen, ist ganz irrig), so wächst natürlich die Komphkation, wenn, z. B. in Lösungen, Mischungen verschieden absorbierender Stoffe vorhegen. Hier gilt allgemein die Regel, daß solche Absorptionsspektra sich additiv aus den Absorptionsspektren der einzelnen Bestandteile zusammensetzen. Durch solche Addition kann das neue Spektrum scheinbar ein von den Einzelspektren ganz verschie- denes Aussehen erhalten, besonders dann, wenn sich die Absorptionsgebiete teilweise überdecken. Beachtenswert ist der FaU, wenn sich eine schwache allgemeine Ab- sorption über eine selektive Absorption Absorption 43 lagert. Hierdurch wird das Maximum der Absorption scheinbar verschoben; ein sym- metrisches Band erscheint unsymmetrisch und die Abschattierung erscheint bisweilen in entgegengesetzter Richtung zu verlaufen. Besonders im Ultraviolett sind solche Täu- schungen möglich, da hier sehr mannig- fache Umstände eine allgemeine Absorption veranlassen können. Eine einfache Addition der Spektr n meh- rerer Stoffe ist natürlich nur dann zu er- warten, wenn diese Stoffe nicht miteinander reagieren und auch nicht in feinerer Weise, z. B. durch Aenderung des Solvatationszustandes, eine gegenseitige Beeinflussung ausüben. Zwar wurde früher vermutet, daß sich die intramolekularen und intraatomistischen Schwingungen, auf denen der Absorptions- mechanismus beruht, bei mehreren Molekül- arten gegenseitig beeinflussen könnten (soge- nannter Meldeeffekt); aber diese Annahme wurde nie exakt bewiesen und ihre Richtig- keit erscheint ausgeschlossen. Im Gegenteil deuten Abweichungen vom additiven Ver- halten auf physikaliscRe oder chemische Vor- gänge hin. In vielen Fällen ist eine experi- mentelle Entscheidung, ob solche Abweich- ungen vorliegen, leicht zu erbringen. Man be- stimmt einmal das Absorptionsspektrum, in- dem man die betreffenden Stoffe einzeln löst, und das Licht durch die hintereinander ge- stellten Lösungen schickt. Dann untersucht man das Absorptionsspektrum der gemischten Lösungen, und vergleicht beide Spektra auf Identität. Diese Differenzmethode (Byk; S c h a e f e r) ist noch wenig angewandt worden und dürfte häufig wertvolle Auf- schlüsse geben können. 3. Absorption in den verschiedenen Spektralbereichen. Die späte Entwickelung der Absorptionsspektroskopie ist in erster Linie auf den Umstand zurückzuführen, daß die Arbeiten auf das sichtbare Spektrum beschränkt blieben. Diese Begrenztheit der Untersuchungen schloß ein systematisches Vorgehen aus, da das sichtbare Spektrum etwa nur Y^^ des bisher nachgewiesenen Spektralbereichs ausmacht. Nachdem die Schwierigkeiten der Absorptionsmessungen in den extremen Spektralregionen (Ultra- violett Ultrarot Gebiet elektrischer Wellen) überwunden waren, fand man, daß auch die farblosen Stoffe meist im Ultraviolett und immer im Ultrarot sehr ausgeprägte Ab- sorptionen ausüben, so daß der allgemeine Satz aufgestellt werden kann, daß jedem Stoffe ein bestimmtes, nur für ihn charak- teristisches Absorptionsspektrum zukommt. Erst durch diese Erweiterung der Unter- suchung ist es möglich geworden, die Be- ziehungen zwischen den Absorptionsspektren und chemischen Fragen erfolgreich in Angriff zu nehmen. Früher lagen die Verhältnisse insofern besonders ungünstig, als fast aUe Stoffe von einfachem chemischem Bau farblos sind, d. h. nicht im sichtbaren Spektrum absorbieren, während z. B. die meisten Farbstoffe zwar prägnante Absorptionsspek- tren haben, aber eine sehr komplizierte und teilweise nicht genügend erforschte che- mische Konstitution besitzen. Den größten Erfolg hat in der letzten Zeit die Ultraviolettspektroskopie aufzu- weisen. Von hier scheint der Weg auszugehen, der zu einer aussichtsreichen Erforschung der Beziehungen zwischen Absorptionsspek- trum und der chem sehen Konstitution führt. Die Ultrarotspektroskopie ist wegen der viel schwierigeren experimentellen Technik noch nicht so weit fortgeschritten, doch lassen schon die vorliegenden Resultate noch sehr wichtige Erkenntnisse erwarten. Die Messungen der Absorption elektrischer Wellen haben bisher nur wenige Einzelergebnisse gehabt. 3a) Absorption im sichtbaren S p e k t r u m. Da die im Abschnitt 7 er- wähnten Arbeiten und Theorieen im wesent- lichen nur auf den sichtbaren Spektral- bereich Bezug haben, kann hier von einer Uebersicht abgesehen werden. 3b) Absorption im Ultravio- lett. Da das Auge nur kurzwelliges Licht bis etwa zur Wellenlänge 395 ///< wahrnimmt (die Grenze der Wahrnehmbarkeit ist sub- jektiv sehr verschieden und endet vielfach früher), so benutzt man die Empfindlichkeit des Bromsilbers photographischer Platten für die Ultraviolettspektroskopie. Unterhalb der Wellenlänge 230 / ^/ \ / y --^-/ A 3 Fig. 2. die Extinktion feststellen (bei A). Durch Messung im Maximum der Absorption (bei B) würde eine geringe Verschiebung nicht erkannt werden. Am gebräuchlichsten sind die Spektral- photomcter von V i e r o r d t, G 1 a n, H ü f - ner, König, Martens-Grünbaum (vgl. die Artikel „Optische Instru- mente" und ,, Spektroskopie"). Da der Lichtverlust in diesen Photometern beträchtlich ist, so wird man auf inten- sive Lichtquellen bedacht sein. Meist ist es erforderlich, Lichtquellen mit selek- tiver Emission zu verwenden. Die hat erstens den Vorteil, daß mit monochroma- tischem Licht gearbeitet wird. Lichtquellen mit kontinuierlichem Spektrum geben immer verschiedenfarbige Vergleichsfelder, wodurch die Genauigkeit der Messungen f ehr verrin- gert wird. Ferner spart man so eine umständ- liche Eichung des Photometers, da auf eine bekannte Spektrallinie eingestellt werden kann. Sehr vorteilhafte Lichtquellen sind die Quecksilberdampflampen ; größeren Linien- reichtum haben die Quecksilberamalgam- lampen. K 0 1 0 r i m e t r i e. Wesentlich einfacher als die Spektralphotometrie ist die Kolori- metrie. Diese benutzt gemischtes Licht, und dadurch ist ihre begrenzte Anwendbarkeit und geringere Empfindlichkeit bedingt. Unter anderem hängt die Empfindlichkeit von der Breite der Absorptionsbanden ab; ferner können Mischfarben auftreten, für welche das Auge sehr unempfindlich ist. Diese Mängel können wesentlich verringert werden, wenn durch vorgeschaltete Lichtfilter teilweise homogenes Licht hergestellt wird, das dem Ab- sorptionsgebiet des untersuchten Stoffes ent- spricht (M a r t e n s). Die Meßmethode ist sehr einfach: die meisten Apparate sind so einge- richtet, daß das Licht senkrecht durch die Böaen von zwei nebeneinanderstehenden Zylindern einfällt. Ein Zylinder enthält eine Vergleichslösung von bekanntem Gehalt. Bei dem anderen Zylinder, welcher die Lösung von unbekannter Konzentration enthält, kann die Schichtdicke verändert werden, ent- weder durch Tauchzylinder (D u b o s c q) oder durch verschieden hohe Füllung (Wolff; Krüss). Geeignete Vorrichtun- gen (z. B. ein F r e s n e 1 sches Prismen- paar, ein L u m m e r - B r 0 d h u n scher Würfel Krüss), ermöglichen einen Ver- gleich der austretenden Lichtbündel auf Gleichheit der Farbe und Intensität. Aus den Flüssigkeitshöhen in beiden Zylindern ergibt sich unmittelbar das Verhältnis der beiden Konzentrationen. Trotz ihrer theore- tischen Mängel gestattet die Kolorimetrie häufig Messungen von großer Genauigkeit. }') Absorptionskurven nach H a r 1 1 e y u n d B a 1 y. Diese Kurven geben auch das Extinktionsvermögen der Stoffe in den verschiedenen Spektralgebieten sehr gut wieder. Ein Beispiel möge die Methode er- läutern. Zuerst werden die Absorptions- spektren einer sehr konzentrierten Lösung bei zahlreichen Schichtdicken photographiert etwa zwischen 40 bis 4 mm. Nach der letzten Aufnahme bei 4 mm wird die Lösung auf Vio der ursprünglichen Konzentration ver- dünnt, und dann in derselben Weise verfahren. Die dezimalen Verdünnungen werden so lange fortgesetzt, bis kein Licht mehr absorbiert wird und das vollständige Spektrum der Licht- quelle auf der Platte erscheint. Bei stark Absorption 47 absorbierenden Stoffen sind oft Verdünnungen auf n/ 100000 nötig. Eine solche Platte würde etwa wie Figur 3 aussehen können; die ein- zelnen Spektren sind durch Striche schema- tisiert. 500 Schwingungszahlen 2000 500 3000 500 4000 1 1 1 1 1 > ) r- \ M ,Ä 1 ( ; A — ^. A -''^^\ \ \ /■ \ Fig. 3. Hierauf werden die Absorptionsgrenzen bei jedem dieser Spektren ermittelt (siehe Ab- schnitt 4 a a). Wenn dann in ein Koordi- natensystem die Schichtdicken in mm als Ordinaten, die Wellenlängen der Absorptions- grenzen als Abszissen eingetragen werden, so resultiert eine sehr anschauliche Absorptions- kurve. Die dezimalen Verdünnungen werden als entsprechende Aenderung der Schicht- dicke angesehen, unter der Voraussetzung, daß 4 mm einer ^ Lösung ebenso absorbieren wie 40 mm einer -, ^ Lösung, was ja bei Gültig- keit des Beer sehen Gesetzes zutrifft. Ab- weichungen vom Beer sehen Gesetz kommen als Knicke in den Absorptionskurven zum Ausdruck. Nach B a 1 y s Vorschlag werden neuer- dings nicht mehr die Schichtdicken in mm als Ordinaten eingetragen, sondern die Loga- rithmen der Schichtdicken. Ferner bezeich- net man die Absorptionsgrenzen nicht mehr nach Wellenlängen, sondern nach Schwin- gungszahlen oder reziproken Angströmein- heiten. Solche Kurven sind bequemer, weil sie die relativen Aenderungen der Absorption anschaulicher wiedergeben und die Absorp- tionsverhältnisse im Ultraviolett deutlicher hervortreten lassen. Natürlich sind die älteren Kurven z. B. von Hartley leicht in dieser Weise umzuzeichnen. Hierbei soll auch er- wähnt werden, daß Hartley früher viel- fach nur eine Schichtdicke benutzt hat ; dann mußte er für jede Aufnahme die Konzentra- tion variieren. Dieses Verfahren ist offenbar viel umständlicher als das von B a 1 y. Man kann die Methode von Hartley- B a 1 y auch als eine photometrische Methode bezeichnen, bei der gewissermaßen mittels des Schwellenwertes der Platte photomet- riert wird. Hiermit sind auch die Mängel der Kurven angedeutet: denn die Kurven ent- halten 1. den Schwellenwert der photo- graphischen Platte, der überdies mit jeder Spektralregion variiert; 2. die besondere Energieverteilung im Spektrum der benutzten Lichtquelle. Deshalb eignen sich die Kurven vorwiegend zu Vergleichen, woraus sich wieder die Forderung gleicher Arbeitsbe- dingungen ergibt (Plattensorte, Belichtungs- zeit, Entwickelung). 4b) Messungen im Ultraviolett. Im Prinzip werden diese Messungen in gleicher Weise ausgeführt wie im sichtbaren Spektrum. Nur ist man ausschließlich auf photographische Verfahren angewiesen. Natürlich ist zu be- achten, daß die ultravioletten Strahlen durch keinen Teil des Apparates absorbiert werden dürfen (Quarzoptik des Spektrographen, Quarzfenster der Absorptionsgefäße). Lichtquellen. Eine intensive Licht- quelle mit kontiniuerlichem ultraviolettem Spektrum ist nicht bekannt; daher ist man auf leuchtende Dämpfe solcher Metalle an- gewiesen, die ein sehr linienreiohes Ultra- violettspektrum geben. Dann sind die Ab- sorptionsgebiete an dem Fehlen von Linien kenntlich. Benutzt werden Funkenstrecken zwischen Metallspitzen aus E d e r s Legierung (Cadmium-Zinn und Cadmium Blei), ferner zwischen Eisen und Nickel. Wegen seiner Lichtstärke ist meist der elektrische Bogen zwischen Elektroden aus weichem Eisen vor- zuziehen (B a 1 y). Dicke der Elektroden 0,ö bis 1,0 cm, Stromstärke etwa 5 Ampere bei 40 Volt. Die Erkennung sehr schmaler Absorptionsbanden ist bei diesen Lichtquellen unmöglich; man verwendet dann eine Funken- strecke zwischen Aluminiumelektroden unter Wasser. Dieses Spektrum hat einen konti- nuierlichen Untergrund, ist aber sehr licht- schwach (K 0 n e n). 5. Veränderlichkeit der Absorptions- spektren. Während man früher annahm, daß das Absorptionsspektrum eines Stoffes unveränderlich sei, und daß man nur nötig habe, einmal sein Spektrum festzustellen, um ihn unter allen Umständen wiedererkennen zu können, ergaben genauere Messungen, daß diese Ansicht in dieser allgemeinen Fassung falsch ist. Zwar zeigen manche Stoffe charak- teristische Absorptionsspektren, die unter den verschiedensten Versuchsbedingungen erhalten bleiben; anderenfalls wäre ja über- haupt keine Absorptionsspektrumsanalyse möglich gewesen. Oft sind aber auch Absorp- tionsspektren so unbeständig, daß ihre Iden- tifizierung sehr schwierig ist. Die Veränder- lichkeit der Spektren, vorwiegend der Lösungs- spektren, hat zu Theorien geführt, die teil- 1 weise in schroffem Gegensatz zuinander 48 Absorption stehen. Einmal werden, in Anlehnung an die Veränderlichkeit der Emissionsspektren, Ur- sachen vorwiegend physikalischer Natur be- hauptet. Im Gegensatz hierzu stehen die chemischen Theorien, welche jede Inkonstanz der Absorptionsspektren auf eine chemische Veränderung des absorbierenden Stoi'fs zu- rückführen wollen (H a n t z s c h). Im Hin- blick auf das so komplizierte System, wie es eine Lösung darstellt, ist eine scharfe Unterscheidung zwischen physikalischen und chemischen Ursachen natürlich sehr schwer. Die Veränderlichkeit eines Absorptions- spektrums kann sehr mannigfaltiger Art sein: Absorptionsgrenzen werden verschoben; Ban- den verschwinden; neue Banden erscheinen; mehrere Banden fließen zusammen; breite Banden lösen sich in mehrere schmale Banden auf: Ferner ändert sich oft das Extinktions- vermögen. Allgemeine Gesetzmäßigkeiten für diese Veränderlichkeiten konnten noch nicht gefunden werden; begrenzte Regeh mäßigkeiten werden in den folgenden Ab- schnitten besprochen. Für die Beurteilung der Veränderlichkeit der Absorption spielt die Prüfung der Gültigkeit des Beer sehen Gesetzes eine wichtige Rolle; hierbei ist aber immer zu berücksichtigen, daß das B e e r sehe Gesetz für einige Spektralgebiete gelten kann, für andere nicht. Jenach der physikalischen oder chemischen Begründung der Inkonstanz der Absorptions- spektren werden natürlich auch die Abwei- chungen vom Beer sehen Gesetz mehr phy- sikalisch öder chemisch gedeutet. Es läßt sich aber wohl annehmen, daß Abweichungen vom Beer sehen Gesetz auf Veränderungen der absorbierenden Moleküle zurückzuführen sind. Eine Umkehrung dieses Satzes ist unzulässig. Veränderungen der absorbierenden Mole- küle können sich zwar in oft beträchtlicher Aenderung des Absorptionsspektrums äußern, scheinen aber wieder in anderen Fällen ohne jeden Einfluß zu sein, wenigstens in den untersuchten Spektralbereichen. 5 a) Veränderlichkeit d e r A b - Sorptionsspektren bei Gasen. Da jene Schwingungen, durch welche die Lichtabsorption bewirkt wird, bei Gasen ver- mutlich am freiesten erfolgen können, so ist a priori zu erwarten, daß die Absorptions- spektren von Gasen und Dämpfen besonders e]npfindlich gegen Einflüsse des Drucks und der Temperatur sein werden. Die exakte Gültigkeit des Beerschen Gesetzes ist daher noch bei keinem Gase festgestellt worden. Eine Vergrößerung der Dichte ändert die Absorp- tionsspektren anders wie eine entsprechende Vergrößerung der Schichtdicke. Mit steigen- dem Druck tritt eine Verbreiterung der Banden und Linien ein. Auch das Extinktions- vermögen wächst schneller als nach dem Beerschen Gesetz. Dies wird so erklärt, daß die Absorptionsbanden vielleicht aus feinen Absorptionshnien aufgebaut sind, aus deren Verbreiterung die stärkere Zunahme des Extinktionsvermögens folgen würde. Be- sonders interessant ist das Absorptions- spektrum des Sauerstoffs bei höheren Druk- ken. Janssen fand, daß dann außer den bekannten Absorptionsbanden (A B a) noch neue Banden sichtbar werden. Inner- halb der Banden AB« war das Be ersehe Gesetz annähernd gültig; in den neuen Ban- den fand aber eine Zunahme des Extinktions- vermögens proportional dem Quadrat der Dichte statt. Diese quadratische Zunahme scheint sogar bis zur Verflüssigung des Sauer- stoffs zu gelten. Hier fand 0 1 s z e w s k i die neuen Banden in der entsprechenden Stärke bei den berechneten Schichtdicken. Ob das Auftreten der neuen Banden dadurch zu erklären ist, daß bei höheren Drucken außer- den OgMolekülen noch höhere Aggregate auftreten, denen, wie K a y s e r annimmt, die neuen Absorptionsbanden zukommen, ist noch unentschieden. Die Untersuchungen über die Ultrarotabsorption des Kohlen- dioxyds haben deshalb ein besonderes Inter- esse gefunden, weil A r r h e n i u s eine neue Theorie der Eiszeit aufgestellt hatte, die er mit der Absorption der Wärmestrahlen durch das Kohlendioxyd der Atmosphäre in Be- ziehungen bringt. Auch bei diesen Messungen wurde festgestellt, daß die Absorption großer Schichten nicht mit derjenigen kleiner Schichten bei entsprechend höherem Druck identisch ist. Schließlich soll noch das ultra- violette Absorptionsspektrum der Benzol- dämpfe erwähnt werden als Beispiel dafür, daß oft Dampfspektren einen viel kompli- zierteren Bau besitzen, als die Spektren der entsprechenden homogenen Flüssigkeiten und deren Lösungen. H a r 1 1 e y fand im Benzoldampf etwa 80 Banden, während er in alkoholischen Benzollösungen nur 6 bis 7 Banden beobachtete. Uebrigens ergaben neuere Messungen bei K a y s e r noch weitere sehr schmale Banden in den Lösungsspektren; immerhin sind diese viel einfacher als die Dampfspektren. Der Einfluß der Temperatur wird in vielen Fällen durch Aenderung des Disso- ziationszustandes der Gasmoleküle zu er- klären sein. Auf die zahlreichen Arbeiten über den Einfluß der Temperatur auf die Absorption der Dämpfe von Kalium, Natrium, Schwefel, Jod usw. kann nur hingedeutet werden, zumal hier noch manche Wider- sprüche ungeklärt sind. Bei relativ einfach gebauten organischen Stoffen, z. B. dem Aceton, war das Absorptionsspektrum des Dampfes von 10" und 180" annähernd iden- tisch bei Gültigkeit des B e e r sehen Gesetzes. Bei vielen Arbeiten über den Temperatur- Absorption 49 einfluß auf das Absorptionsspektrum von Lösungstheorien und der chemischen Kon- Gasen ist leider versäumt worden, eine stitutionsforschung werden, solche Versuchsanordnung zu treffen, daß Eine Einschränkung erscheint aber schon nicht mit Erhöhung der Temperatur auch jetzt gestattet: Zwar verhalten sich gesättigte eine Vergrößerung des Drucks verbunden Komplexe wie war. K a y s e r ver- mutet, daß in diesen Fällen die oft be- ^ i Cl 0 0 obachtete Verbreite- rung der Banden auf Rechnung des Drucks, die qualitative Aende- rung des Spektrums auf Rechnung der Temperatur kommt. 5b) Veränderlichkeit der Lö r Cl -. // Cl I Cl Pt /l \ Cl 1 Cl L Cl J Mn' () 0 0— Cr— 0— Cr— 0 0 0 NH, i\H, Cu / \ NH., NH, bei Aenderungen der Konzentration sehr u e r 1. 0 - beständig bezüglich der Absorptionsspektren; s u n g s s p e k t r e n. Die eingangs erwähnte ^"^1^ ^j? Einfluß des Lösungsmittels, soweit Tatsache, daß manche Stoffe in Lösun^^en ^-i^® ^^J:^^^^^^^^"^S"^ "Möglich waren, scheint ein auffällig konstantes Absorptionsspektrum "^^*^* ^^^ bestehen. Em wenn auch kleiner, haben, während die Mehrzahl der Verbindun- ^ ® "^ P ® ^^ ^" ^ emüuß ist aber sicher nach- gen je nach den Bedingungen der Unter- ^'^''^'^^^•'^ '^"''"" ^ --i---- suchung (nach Lösungsmittel, Konzen- tration, Temperatur), ihre Spektra ändern, veranlaßte fast ebenso viele Erklärungsver- suche wie Untersuchungen. Die Schwierig- keit liegt darin, daß die zahlreichen Momente, welche in einer Lösung den Absorptions- mechanismus beeinflussen können, nicht un- abhängig voneinander so zu variieren sind, daß die vermutete Beziehung eindeutig hervortritt. worden. So verschieben sich die Banden des MnO'4 bei Erwärmung der Lösungen von 20" auf 80" um wenigstens 1,5 ßß nach Rot. Ist diese Verschiebung auf eine Aenderung de? chemischen Sättigungs- grades zurückzuführen oder beginnen hier die physikalischen Effekte? Gibt es über- haupt völlig gesättigte Komplexe? Diese Fragen sind noch ungelöst. Immerhin besteht aller Grund zu der Annahme, daß wesent- liche spektrale Aenderungen beim Lösungs- rA nr,ii,.ohc. v^r..^. 1 T X- Vorgang auf chemischen Ursachen beruhen. aj Optische Konstanz koordinativ ° -c,. „, gesättigter Komplexe (H an t z s c h ). ^ . P^ ,Einfluß der Konzentra- Eine entschiedene Wendung zugunsten einer ^ 1 0 ». Die Frage, wie sich das Absorptions- chemischen Theorie der Veränderlichkeit der Spektrum eines Stoffes mit seiner Konzen- Absorptionsspektren führte H a n t z s c h ^^^^^^^ i" Lösung ändert, hat nicht nur ein herbei. Er untersuchte aie Absorption von theoretisches, sondern auch ein hervor Stoffen mit koordinativ gesättigten farbigen Komplexen (vgl. Werners Theorie der Ko ordinationszahlen in dem Artikel .,V alenz"). Bei diesen Komplexen sollten nach ein ragend praktisches Interesse. Ist doch die Unabhängigkeit der Absorption von der Konzentration, also die Gültigkeit des B e e r- .... ^.vo... xvu.upiCAcii suuicn iifien f.^^^^.^^?^tzes, die Voraussetzung der Mög- Werner chemische Aenderungen beim Lö- ^^chkeit einer quantitativen Spektralanalyse, sungsvorgang ausgeschlossen seim Tatsächlich 5^^^^ ^^* ^^^ Feststellung wichtig, daß das ' ■" - - - — Gesetz von Hantzsch für Aenderungen fand Hantzsch bei den farbigen gesättig- ten Komplexen auffällige Beständigkeit der Spektren: keine Verschiebung der Absorptions- grenzen, Gültigkeit des Be ersehen Ge- setzes. Hieraus scheint ferner hervorzugehen, da^^ die sogenannten physikalischen Ein- flüsse, die natürlich auch für die gesättigten Komplexe bestehen und welche bei diesen Messungen möglichst variiert wurden, einen sehr untergeordneten Einfluß auf die Lö- \^ ^^f. Vordergru sungsspektren haben. Wenn die Thsorip ?^*^ ^^^ Absorpt der Konzentration besonders gut stimmt; Messungen in sehr weiten Konzentrations- bereichen ergaben scharfe Gültigkeit des Beer sehen Gesetzes, das in einigen Fällen sogar bis zum festen Zustand stimmt, z. B. für Kupfersulfat, oder im Ultraviolett für Kaliumnitrat. Also auch der Einfluß des Dissoziationszustandes, der früher so sehr in den Vordergrund gestellt wurde, kommt sungsspektfen haben. Wenn die Theorie ^^^^ ^*'® Absorptionsspektra von Elektro von Hantzsch durchweg experimentelle ^^^^^^ ™!* gesättigten Komplexen nicht in Bestätigung finden sollte, so ist ihre Bedeu- ^^^S^ ^^'^^^^ ^ ^)- tung klar: die Inkonstanz von Lösungs Spektren ist dann stets ein Hinweis auf chemische Vorgänge, die vielleicht mit an- deren Methoden schwer oder gar nicht nach- gewiesen werden können. Die Spektro- skopie würde hiermit eine wichtige Unter- suchungsmethode auf dem Gebiete derj Handwörterbuch der Naturwissenschaften Band I. ;/) Einfluß derLösungsmittel, Für gesättigteKomplexe muß nachH a n t z s c h die Natur der Lösungsmittel ohne Einfluß sein. In den wenigen Fällen, in denen eine solche Untersuchung möglich war, z. B. bei den Salzen der Platinchlorwasserstoff- säure, blieben die Absorptionsspektra in der 4 50. Absorption ^ Tat unverändert. Leider sind weitergehende Untersuchungen in dieser Riclitung dadurch begrenzt, daß die Stoffe mit gesättigten far- bigen Komplexen nur in wenigen Medien löslich sind. Daher ist früher der Einfluß der Lösungmittel vorwiegend an chemisch ungesättigten Stoffen geprüft worden, und es ist nicht verwunderlich, daß Abweichungen in großer Mannigfaltigkeit gefunden wurden. K u n d t glaubte hieraus ein Gesetz ableiten zu können: „Hat ein farbloses Lösungsmittel ein beträchtlich größeres Brechungs- und Dispersionsvermögen als ein anderes, so liegen die Absorptionsstreifen einer in den Medien gelösten Substanz bei Anwendung des ersten Mittels dem roten Ende des Spektrums näher als bei Benutzung des zweiten" (K u n d t sehe Regel). Spätere Prüfungen ergaben so viele Ausnahmen, daß von einer allgemein gültigen Regel keine Rede sein kann. Trotzdem stimmt die K u n d t sehe Regel in bemerkenswert vielen Fällen, die aber vielleicht anders erklärt werden können. Während K u n d t auf eine theoretische Begründung seiner empirisch gefundenen Regel verzichtete, wies später K n o b 1 a u ch darauf hin, daß die K u n d t sehe Regel gültig sein müsse, wenn man die optische Absorption als eine elektrische Resonanz- erscheinung auffaßt und die Moleküle als Hertz sehe Resonatoren betrachtet. Dann muß die Schwingungsdauer proportional der Wurzel aus der Dielektrizitätskonstanten sein, und, da diese proportional dem Quadrate des Brechungsoponenten ist, so muß auch die Schwingungsdauer proportional dem Brechungsexponenten sein. Wenn es also richtig ist, daß der Absorptionsmechanismus als elektrische Resonanzerscheinung gedeutet werden kann, so müßte die K u n d t sehe Regel gültig sein; sie müßte also auch für die gesättigten Komplexe gelten. Da dies nicht der Fall zu sein scheint, — genügende Präzisionsmessungen liegen noch nicht vor — so wären entweder die Voraussetzungen unrichtig, oder aber, der Effekt ist viel kleiner, als bei den von Kundt beobachteten Fällen, wo vielleicht außer dem Brechungsvermögen noch andere Einflüsse (Solvatation) vorliegen. (5) Einfluß des Solvatation s- zustandes des gelöstenStoffes. Der Solvatationszustand scheint einen großen, vielleicht ausschlaggebenden Einfluß auf die Veränderlichkeit der Absorptionsspektren zu haben. Die freien Restaffinitäten ungesät- tigter Stoffe werden durch die Moleküle der Lösungsmittel beansprucht; oder, wie es Kau ff mann ausdrückt: die Kraftlinien' des gelöston Stoffes werden gewissermaßen in. das Lösungsmittel hineingezogen. . So ist eine Beeinflussung des Schwingungszu- standes in den .. absorbierenden .Molekülen wohl verständlich, und es besteht jedenfalls die Möglichkeit, die Veränderlichkeit der Lösungsspektren unter diesem Gesichtspunkt zu betrachten. Aenderungen der Konzen- tration und der Temperatur, Zusätze fremder, scheinbar chemisch indifferenter Stoffe wer- den immer den Solvatationszustand ändern können. Auch der chemische Sättigungsgrad der Lösungsmittel selbst gibt eine genügende Erklärung für die Aenderungen der Absorp- tionsspektren mit den Lösungsmitteln. So hat Schaef er z. B. für das Ultraviolettband des Acetons nachgewiesen, daß eine Ver- schiebung dieses Bandes nach kurzen Wellen- längen um so stärker stattfindet, je unge- sättigter das Lösungsmittel ist; also im Sinne der Reihe Hexan, Aether, Aethylalkohol, Methylalkohol, Wasser. Aceton, das in Hexan, also einem chemisch ganz indifferenten ge- sättigten Stoffe, gelöst ist, absorbiert iden- tisch wie Aceton dampf, wo also eben- falls keine Sättigung von Restaffinitäten stattfinden kann. Daß bei der Lösung von Aceton in den anderen Lösungsmitteln eine Solvatation in wachsendem Maße stattfindet, wurde durch thermische Messungen wahr- scheinlich gemacht. Ich glaube, daß im Sinne von Solva- tationsvorgängen häufig auch die Gültigkeit der Kundt sehen Regel gedeutet werden kann. Besteht doch im allgemeinen eine Parallelität zwischen dem chemischen Sät- tigungsgrade von Flüssigkeiten und ihren Dielektrizitätskonstanten, also auch ihrem Brechungsvermögen (vgl. die Artikil ,,L ö - s u n g e n" und ,,V a 1 e n z"). f) Einfluß der Temperatur auf das L ö s u n g s s p e L t r u m. Die- ser Einfluß ist häufig im Sinne der Betrach- tungen im vorigen Abschnitt zu beurteilen. Stets sind Veränderungen der Lösungsspek- tren durch die Temperatur nachweisbar, oft in geringem Maße, wie bei den gesättigten Komplexen, in manchen Fällen so beträcht- lich, daß der ganze Charakter der Spektren verändert wird. Dann scheinen aber gleich- zeitige tiefgreifende chemische Aenderungen die eigentliche Ursache zu sein. Häufig wird auch ein Gleichgewicht in der Lösung ver- schoben; z. B. beim Cuprichlorid 2CuCU ;^ Cu(CuCl4) normales Salz komplexes Salz blau grün Meist werden die Absorptionsbanden mit steigender Temperatur verwaschener und fast immer wandern sie — wenn sie sich überhaupt verschieben — nach Rot. Selek- tive und allgemeine Absorptionen scheinen sich in verschiedener Weise mit der Tem- peratur zu ändern. So wächst die allgemeine Absorption am. kurzwelligen Ende des Spek- trums wohl immer ;mit steigender Tempera- Absorption 51 tur, während Banden unverändert bleiben können, z. B. bei den Nitraten. 5c) Veränderlichkeit der Ab- sorptionsspektra fester Stoffe. a) D i c h r 0 i s m u s. T r i c. h r 0 i s m u s. Schon früh wurde beobachtet, daß in manchen Fällen die Absorption in Kristallen abhängig ist von der Durchgangsrichtung des Lichts. Die Unterschiede der Absorptionsspektren be- ziehen sich nie auf die Lage der Banden, son- dern sie bestehen nur in Unterschieden des Extinktionsvermögens: dieses kann sich aber so ändern, daß Banden ganz verschwinden. Bei einachsigen Kristallen sind zwei Spektren zu unterscheiden: das ordinäre Spektrum (entsprechend Schwingungen senkrecht zur Achse) und das extraordinäre Spektrum (entsprechend Schwingungen parallel zur Achse). Daher erscheinen einachsige Kristalle oft in zwei verschiedenen Farben (Dichrois- mus). Bei optisch zweiachsigen Kristallen gibt es 3 ausgezeichnete Schwingungsrichtungen, denen 3 verschiedene Spektren entsprechen (Trichroismus). Die Hauptrichtungen der Absorption (x\bsorptionsachsen) fallen nicht mit den Elastizitätsachsen zusammen (vgl. den Artikel ,, Kristallopti k"). ß) Einfluß der Temperatur. Der Einfluß der Temperatur auf die Absorp- tion ist bei manchen Stoffen sehr augen- fällig. Natürhch müssen die Stoffe ausge- schaltet werden, welche beim Erhitzen che- mische Veränderungen erfahren, etwa durch Verlust von Kristallwasser (Kupfersulfat), oder durch Umwandlung in eine andere Modi- fikation (Quecksiiberjodid). Aber es bleiben noch sehr viele Fälle, bei denen jede chemische Erklärung versagt. Natriumbichromat wird schon bei 200° braun; beim Abkühlen er- scheint sofort wieder das ursprüngliche Kot. Arsenbisulfid (Realgar; orange), Bleijodid (orange) werden rot. Bleichromat (gell)) wird orange. Umgekehrt werden viele farbige Stoffe bei tiefen Temperaturen heller: Blei- jodid (orange) wird bei — 190° hellgelb; Jodoform (gelb) wird weiß. Jod, Schwefel, Phosphor werden heller. Nach M 0 i s s a n und D e w a r werden Fluor, Chlor, Brom, Jod bei — 253° weiß. Verhältnismäßig selten sind diese Erscheinungen spektroskopisch untersucht worden; aber allgemein scheinen die Absorptionsbanden mit steigender Tem- peratur nach Rot verschoben zu werden. Besonders augenfällig werden die Temperatur- einflüsse, wenn ein Absorptionsband aus dem Ultraviolett in das sichtbare Spektrum wandert, oder wenn ein Band aus dem sicht- baren Spektrum in das Ultrarot gelangt. Aus diesen Gründen braucht auch nicht immer mit steigender Temperatur ein Dunkler- werden der Farben einzutreten. Ueber die Aenderung des Extinktionsvermögens mit der Temperatur ist noch wenig bekannt. Zur Erklärung der Veränderlichkeit der Absorptionsspektren fester Stoffe sind manche Hypothesen entstanden, die aber, nach K a y s e r , völlig wertlos sind. Diese Un- klarheit wird auch wohl erst bei einem tieferen Einblick in den Absorptionsmecha- nismus selbst behoben werden. 6. Bedeutung der Absorptionsspektren für chemische Probleme. Die Schwierig- keiten der Anwendung der Spektroskopie auf chemische Probleme liegen darin, daß man nicht genau weiß, was man eigentlich durch die Absorptionsspektren mißt. So konnte es vielfach geschehen, daß die Ergeb- nisse spektroskopischer Arbeiten von An- hängern und Gegnern einer neuen physi- kalischen oder chemischen Theorie in gleicher Weise zu ihren Gunsten gedeutet wurden. Ein tieferer Einblick in die Konstitution der Materie ist am wahrscheinlichsten an der Hand der Spektroskopie möglich, und es ist erklärlich, daß schon jetzt Hypothesen diesen Zusammenhang aufklären wollen. Wenn wir auch von der Lösung dieser Fragen weit entfernt sind, so steht doch fest, daß die Spektroskopie der inodernen Chemie in den letzten Jahren aussichtsreiche neue Wege gezeigt hat. Einige chemische Probleme sollen im Zusammenhang mit spektroskopischen Unter- suchungen erörtert werden. Die Theorien, welche diese Beziehungen erklären woUen, haben vielfach einen sehr hypothetischen Charakter, und es ist möghch, daß neue Erkenntnisse über die Natur der Materie dieses Kapitel wesenthch umgestalten werden. 6a) Absorptionsspektren und Dissoziationstheorie. Es lag nahe, daß nach Aufstellung der Dissoziations- theorie alle Untersuchungsmethoden heran- gezogen wurden, um diese Theorie zu prüfen. Eben so viele Gründe für wie gegen die Theorie wurden aus den Absorptionsspektren abge- leitet. Eine Zusammenstellung findet sich in dem III. Bande vonKaysers Spek- troskopie und in der Monographie von R u d 0 r f f . Unzweifelhaft ist oft ein unzulässiger Zu- sammenhang zwischen Absoprtionsspektren und der elektrolytischen Dissoziation angenommen worden. Ich glaube, daß man aus dem vorliegenden Material nur folgenden Schluß ziehen kann: Alle Ab-- Sorptionserscheinungen können so erklärt werden, daß sie mit der Dissoziations- theorie in Einklang stehen; aber es istauch kein zwingender direkter spektralanalytischer Beweis für die Dissoziationstheorie erbracht worden. Es erscheint als eine Konsequenz der Dis- soziationstheorie, daß alle Elektrolyte mit gemeinsamem farbigen Ion, z. . B. die Per- manganate des Li K Na NH4 usw, bei gCr 52 Absorption nügender Verdünnung, also bei vollständiger Dissoziation, identische Absorptionsspektren geben müssen. In einer grundlegenden Arbeit wird dies von 0 s t w a 1 d für 300 Salze bewiesen. Wenige scheinbare Aus- nahmen konnten durch chemische Vorgänge (Hydrolyse usw) aufgeklärt werden. Die Er- gebnisse von 0 s t w a 1 d stehen also nicht im Widerspruch zur Dissoziationstheorie; sie bilden aber auch keinen Beweis für diese. Denn z. B. das Kaliumpermanganat ändert sein Absorptionsspektrum überhaupt nicht mit dem Dissoziationsgrade. Aehn- liches gilt für das Kupfersulfat, Kaliumbi- chromat usw, wo ja selbst beim TJebergang in den festen Zustand das Absorptionsspek- trum konstant bleibt. Diese Tatsachen könnten eher gegen die Dissoziationstheorie sprechen. Untersucht man dann die wenigen Fälle, wo reine Proportionahtät zwischen Dissoziationsgrad, gemessen durch elektrische Leitfähigkeit, und optischen Veränderungen gefunden wurden, z. B. bei den Salzen der X^iolursäure (D o n n a n ), so scheint es, als ob die optischen Effekte nicht eine direkte Folge der Dissoziation sind, sondern daß hier chemische Aenderungen des Säurerestes maß- gebend sind, die aber in kausalem Zusammen- hang mit der Dissoziation stehen können. Nachdem jetzt durch die Arbeiten von Hantzsch bekannt ist, daß koordinativ gesättigte Komplexe optisch konstant bleiben, mögen sie in ionisiertem Zustande vorliegen, oder als Bestandteil des undissoziierten Moleküls, scheinen spektroskopische Methoden überhaupt wenig geeignet zu sein, die Dissoziationstheorie zu beweisen. -Bei seinen wichtigen Untersuchungen über die ultravioletten Absorptionsspektren der Nitrate fand H a r 1 1 e y , daß das Absorptionsband der NOg-Gruppe nicht bei allen Nitraten gleich ist, sondern daß eine Verschiebung nach Rot eintritt mit wachsen- dem Atomgewicht des Metalls. H a r 1 1 e y glaubt so einen Beweis gegen die Unabhängig- keit der Ionen gefunden zu haben ; er nimmt nur einen Zustand intramolekularer Span- nung an. Diese Unterschiede der NOg-Ab- sorption erklärte Schaefer teilweise durch die allgemeine Absorption der Kationen, die mit dem Atomgewicht wächst und sich über die selektive NOg-Absorption lagert, wodurch eine scheinbare Verschiebung der Bänder entsteht. Außerdem arbeitete H a r 1 1 e y mit Lösungen, in denen die Dissoziation der Nitrate noch unvollständig war. Während für Alkalinitrate das B e e r - sehe Gesetz streng gilt, trifft dies nicht mehr zu für Lösungen von Silbernitrat oder Thallonitrat. Die H a r 1 1 e y sehen Ar- beiten bilden also keinen Beweis gegen die Dissoziationstheorie (vgl. den Artikel „E 1 e k t r 0 1 y t i s c h c Dissoziation'). 6b) Theorie der Isorrhopesis von B a 1 y. Wir verdanken B a 1 y die ersten zielbewußten Bestrebungen, einen Zu- sammenhang zwischen den Absorptions- spektren und den Eigenschaften der Stoffe aufzuweisen. Die Schwierigkeiten einer Einsicht in derartige genetische Zu- sammenhänge sind offenbar sehr groß, da wir sowohl über den Absorptionsmechanis- mus, wie über das Wesen der Affinität gänz- lich im Unklaren sind. Aus den zahlreichen Arbeiten B a 1 y s soUen seine Untersuchun- gen über die Ültraviolettabsorption der Ke- tone angeführt werden, um die Isorrhopesis- theorie zu veranschaulichen. Die aliphatischen Ketone, an der Spitze das Aceton CH3COCH3 absorbieren im Ultraviolett selektiv. Den Sitz dieser Absorption erkannte B a 1 y in der ungesättigten Carbonylgruppe CO. ' Aus Untersuchungen von L a p w 0 r t h war bekannt, daß die Reaktionsfähigkeit oder die chemische Aktivität der Carbonylgruppe bei den Ketonen abnimmt, je größer die be- nachbarten Gruppen sind. So nimmt die Reaktionsgeschwindigkeit der Oximbildung, ferner der Addition von Bisulfiten ab in der Reihe CH3COCH3 CH3COC2H5 C2H5COC2H5 usw 1. Aceton 2. Methyläthylketon 3. Diäthyl- keton In gleicher Weise nimmt auch die soge- nannte Persistence AB AC AD der Bänder (d. h. der Ordinatenabstand der Umkelir- punkte der Absorptionskurven) ab. i Fig. 4. Die intramolekularen Schwingungen in der Carbonylgruppe, die einerseits die Licht- absorption bewirken, entsprechen anderer- seits der chemischen Reaktionsfähigkeit der Carbonylgruppen. Den Schwingungszustand nennt Baly Isorrhopesis. Zweifel- los fehlt der Isorrhopesistheorie in dieser unbestimmten Fassung die mechanistische Anschauliclikeit. Später geht Baly, in dem Bestreben, chemische Symbole zur Er- läuterung der Isorrhopesis zu benutzen, zu weit. So erklärt er das Absorptionsband des Acetessigesters durch eine isorrhopische Absorption 53 Schwingung im Sinne einer Enol-Keto- CH3.C = CH.C00C2H5 f^ CH3.C— CH2COOC2H5 OH 0 Enolform Ketof orm Bei den Schwingungen wird also dasselbe Molekül abwechselnd in einen Enol- und Ketozustand versetzt. Zwar nimmt B a 1 y nicht an, daß das bewegliche H-Atom zwischen den C- und 0-Atomen mit Licht- geschwindigkeit pendelt; vielmehr befähige die Isorrhopesis das Molekül abwechselnd als Keton und als Enol zu reagieren. Diese Verquickung der Isorrhopesis mit der Tauto- merie hat der B a 1 y sehen Theorie Abbruch getan, um so mehr als später Hantzsch den Absorptionserscheinungen des Acetessig- esters eine ganz andere Deutung geben konnte. Trotzdem hat die Isorrhopesistheorie außerordentlich anregend gewirkt, indem sie dazu beitrug, die starren Auffassungen der älteren Strukturchemie zu beseitigen zu- gunsten einer mehr dynamischen Vorstellung über den intramolekularen Bau. Im Hinblick hierauf soll auch die Bedeutung der Spektro- skopie für die Erforschung des Benzols und seiner Derivate noch kurz berührt werden. Wie früher angeführt wurde, zeigt das Benzolspektrum eine große Veränderlichkeit. Dies tritt sehr auffällig bei Substitutionen hervor, und zwar gilt dies auch für solche Substituenten, die chemisch betrachtet als sehr indifferent gelten, z. B. Methylgruppen. Diese Erscheinungen sprechen für eine große Empfindhchkeit des Benzolringes; man darf ihn nicht mehr als starr annehmen, sondern man wird den Erscheinungen besser Rechnung tragen, wenn man rhythmische Schwingungen annimmt, ähnlich wie sie in einem elastischen Ringe erzeugt werden können. Hierbei konnten verschiedene bevorzugte Zustände des Ringes mit dem chemischen Verhalten der Benzolderivate gut in Einklang gebracht werden (K a u f f m a n n). Näheres in dem Artikel ,, Organische Chemie". Für die Konstitutionsbestimmung aromatischer Ver- bindungen hat die Absorptionsspektroskopie unzweifelhaft schon bedeutende Erfolge gehabt (Hartley,Baly, Hantzsc h). In dieser Hinsicht hat B a 1 y bleibende Verdienste, wenn auch wieder seine che- mische Formulierung der Isorrhopesis im Benzol (Sprengung und Bildung von Doppel- bindungen) kaum aufrecht zu erhalten ist. 6c) Theorie der Valenzelek- tronen von Stark. Angesichts der Entwickelung der Elektronik lag es nahe, den ursächlichen Zusammenhang zwischen optischem und chemischem Verhalten im Elektron zu suchen. Stark unternimmt es, das Problem der chemischen Affinität durch die Hypothese von Valenzelektronen zu lösen, und macht hierzu die Annahme von gesättigten, ungesättigten und gelockerten Valenzelektronen, je nach ilirer Bindung und Lagerung auf der positiv geladenen Sphäre des Atoms. Bei der Loslösung und Wieder- anlagerung der Elektronen wird die kinetische Energie in elektromagnetische Strahlungs- energie umgewandelt. Aus der Gesamtheit der Wellenlängen, welche so emittiert werden, resultieren Doppelbanden, von denen die eine nach Ultrarot, die andere nach Ultra- violett abschattiert ist. Stark berechnet nach dem Planck sehen Elementargesetz der Strahlung eine untere Grenze für die emittierten Wellenlängen. Mit HiHe der Stark sehen Annahmen sind die optischen Effekte bei chemischen Vorgängen wohl zu verstehen. Bei einer Substitution im Benzol- kern z. B. wird der ,, Lockerungskoeffizient" von Valenzelektronen des Benzols geändert. Zweifellos besitzt die Stark sehe Theorie den Vorzug plastischer Anschauhchkeit; aber eine gewisse Willkürlichkeit der Annahme ist wohl kaum zu bestreiten (vgl. den Artikel ,,V al 6 n z"). 6d) Chemische Theorie der Veränderlichkeit der Absorp- tionsspektren (Hantzsch). Wie schon unter sba dargestellt wurde, hat Hantzsch die Theorie aufgestellt, daß alle Aenderungen der Absorptionsspektren auf chemische Ursachen zurückzuführen sind. Die Konstanz der Absorptionsspektren in Fällen, in denen chemische Effekte unwahr- scheinlich sind, gibt diesen Auffassungen eine gewichtige Stütze. Besonders in der organischen Chemie werden von H a n t z s ch aus der Veränderlichkeit der Spektren Schlüsse auf konstitutive Aenderungen gezogen. Dieses Verfahren kann häufig zu einer Entscheidung führen, wenn aus strukturchemischen Er- wägungen eine begrenzte Zahl von Kon- stitutionsformeln möglich ist. Auf die wich- tigen Ergebnisse dieser Methodik für Iso- merieprobleme kann hier nur verwiesen wer- den (siehe besonders L e y Konstitution und Farbe). Die Theorie der Pseudosäuren und Pseudobasen ist zuerst auf Grund op- tischer Befunde entwickelt worden; häufig haben auffällige Farbänderungen auf che- mische Umlagerungen bei der Salzbildung aufmerksam gemacht, z. B. bei den Amino- azoverbindungen, wo zwei Reihen von Salzen festgestellt wurden, die folgende Formulierung fanden CßHg.N^N.CeH^NRäHX Azoide Salze orangegelb C8H5NH.N = C6H4.= NR2X Chinoide Salze violett Die Theorie der Indikatoren ist wieder 54 Absorption im Sinne chemischer Umlagerungen bei der Salzbildung neu begründet worden C«H..CO JQj-l-i C«H, — COONa C 0 /\/\/\ HO \/ \/ \/ \/vO Phenolphtalein Na-Salz chinoid Lakton farblos farbig Ebenso wurde auch für den Indikator Helianthin (Dimethylamidoazobenzolsulfo- säure) und sein Natriumsalz (Methylorange) der Beweis einer chemischen Umlagerung erbracht. Die chemische Theorie der Veränderlich- keit der Absorptionsspektren verzichtet auf eine Erklärung, wie der Zusammenhang zwischen Absorptionsspektren und che- mischer Konstitution zu deuten ist. Die Spektroskopie wird von den Vertretern der chemischen Theorie gewissermaßen als Kom- paß für die rein chemische Forschung ge- braucht. Das bisher gewonnene Material berechtigt wohl zu dem Schlüsse, daß che- mischen Effekten der entscheidende Einfluß auf die Veränderlichkeit der Absorptions- spektren zukommt; ob den alleinigen Ein- fluß, darf noch bezweifelt werden, schon im Hinblick auf die Temperaturveränderlich- keit der Absorptionsspektren vieler festen Stoffe, für die jede chemische Erklärungs- mögliclikeit fehlt. Ob nun die weitere Ent- wickelung zur Annahme noch feinerer che- mischer Vorgänge führt — wozu mit der Konstruktion von Nebenvalenzisomerien schon begonnen worden ist — oder ob die „chemische Theorie" eine Einschränkung erfahren muß, ist noch nicht abzusehen. 7. Absorptionsspektren und chemische •Konstitution. Wie in Abschnitt 3 entwickelt wurde, hat jeder Stoff ein charakteris- tisches Absorptionsspektrum; in erweitertem Sinne ist also jeder Stoff farbig. Nun haben aber Stoffe mit starker Absorption im sicht- baren Spektrum besonderes Interesse, in erster Linie für die Farbstoffchemie. Deshalb suchte man Atomgruppierungen zu finden, welche die sichtbare Farbigkeit hervorrufen. Wenn sich auch eine geordnete Systematik nicht diese Beschränkung auf den sichtbaren Spektralbereich auferlegen sollte, so hat doch die Forschung dieses Gebiet bevorzugt, und die in diesem Abschnitt angeführte No- menklatur wird gewöhnlich nur auf sichtbar gefärbte Stoffe angewandt. 7a) Die Chromophortheorie. Die Arbeiten von G r a e b e und Lieber- m a n n über Farbstoffe führten zu der von Witt aufgestellten Chromophortheorie. C h r 0 m 0 p h 0 r e sind Atomgruppen, welche die Farbigkeit bedingen. Verbin- dungen, die Chromophore enthalten, heißen C h r 0 m 0 g e n e. a) Die wichtigeren Chromo- phore. Nach der Zusammenstellung von H. L e y sind folgende Chromophore be- I sonders wichtig: I 1. A e t h y 1 e n g r u p p e > C = C <. Zwar ist das Aethylen HgC = CHg selbst farblos; vielleicht absorbiert es, wie Ley vermutet, im äußersten Ultraviolett. Auch • die einfachen Aethylenderivate RgC = CRg ' sind farblos. Bei ringförmiger Anordnung mehrerer Aethylenbindungen tritt Farbe auf CH = CH^ I /^^ '-'Ho [ CH = CH^ Fulven (gelb) Daß das Benzol (unter Voraussetzung der K e k u 1 e sehen Formel) trotz seiner ' Aethylenbindungen noch farblos ist, kann durch ihre räumlich weniger dichte Lagerung erklärt werden; immerhin absorbiert das Benzol im Ultraviolett, und häufig tritt durch Einführung von Benzolkernen in farb- losen Verbindungen Farbigkeit auf. 2. Carbon ylgruppe = CO. Die einfachen Aldehyde R.CO.H vmd Ketone R.CO.R absorbieren nur im Ultra- violett. Die aliphatischen Diketone, wie CH3.CO.CO.CH3 sind schon gelb, die Tri- ketone, z. B. CH3.CO.CO.CO.CH3 sind t orange. Zwei Carbonylgruppen in Verbindung mit Benzolringen sind stark farbig. \ /" ._/ \. Benzil (gelb) / \_ _/ Phenanthrenchinon , orange Hier ist der farbvertiefende Einfluß der Ringbildung (siehe auch VII, 2, a) bemerkens- wert. Besonders deutlich wird dieser Einfluß beim Vergleich von •CO^ ^CO' Benzophenon (farblos) und Fluorenon (gelb) 3. Gruppe C = N. Ein schwacher chromophorer Effekt die- ser Gruppe zeigt sich z. B. im Benzyliden- anilin CgHs . CH = N . CgHs (gelb). 4. Azogruppe — N = N — . Wie schon aus der enormen Zahl der Azo- farbstoffe hervorgeht, gehört diese Gruppe zu den wichtigsten Chromophoren. Schon fette Azoverbindungen wie Absorption 55 /N N.COOC2H5 CB./ II II ^N N.COOC2H5 Diazomethan Azodicarbonsäureester sind gelb. Allerdings sind auch farblose Azoverbindungen bekannt. 5. A z 0 X y g r u p p e — N — N und — N = N — \ / II 0 0 Diese Gruppe ist ein schwächerer Chro- mophor als die Azogruppe, wie aus der Farbe der entsprechenden Azoxy- und Azoverbin- dungen hervorgeht. 6. N i t r 0 s 0 g r u p p e — N = 0. Bei direkter Bindung an C fungiert die Nitrosogruppe als sehr starker Chromophor CH3\ /-\ CHo-^C — N = 0 < \— N = 0 CH3/ \_/ Nitrosotertiärbutan Nitrosobenzol (blau) (grün) Bei anderen Bindungen, z. B. an N ist die chromophore Wirkung der Nitrosogruppe CH gesehen. Auf die außerordentlich zahlreichen Fälle chinoider Bindung kann hier nur hin- gewiesen werden. Das o-Chinon ist dunkler gefärbt als das p-Chinon; dies ist wahrschein- lich durch die räumliche Nähe der C = 0- Gruppen bedingt. Wenn eine chinoide Bindung (I) in eine benzoide Bindung (II) übergeht, tritt Auf- hellung oder Farblosigkeit ein C = 0 C ^0 C = C C 0 I II C = 0 C = 0 C-0 C — 0 II viel geringer; z. B. bei CgH^ 7. N i t r 0 g r u p p e N^N :i 0 m und N / 0 0 Benzol ist farblos, Nitrobenzol CßHgNOa ist gelblich; hier ist die Absorption aus dem Ultraviolett bis teilweise ins sichtbare Violett vorgerückt. Wahrscheinlich unterstützen sich hier die chromophoren Wirkungen der Nitrogruppe und der Aethylenbindungen des Benzolrings gegenseitig. 8. Gruppe =:N = 0 (N = 4 wertig) ist nach Hantzsch in den Salzen der Stickoxyddisulfonsäure (KS03)2 =N= 0 anzunehmen; im festen Zustande ist die Farbe orange, im gelösten violett. Auch das braune Stickstoffdioxyd enthält wahrscheinlich die- sen Chromophor. 9. Thiocarbonylgruppe C=S. Diese Gruppe hat eine stärkere chromo- phore Wirkung als che Carbonvlgruppe (2) CeH3.CS.CH3 (1) Thioacetophenon (blau) CeH5.CO.CH3 (2) Acetophenon (farblos) 10. C h i n 0 i d e B i n d u n g. Die sogenannte chinoide Atomgruppie- rung, wie sie in den Chinonen C = 0 CH HC HO CH CH HC HC C = 0 CH p-Chinon o-Chinon anzunehmen ist, wird für viele Farbstoffe als wichtigster Grund für die Farbigkeit an- ß) Wirkung mehrerer Chro- m 0 p h 0 r e. Durch die Anwesenheit meh- rerer Chromophore seheint eine stärkere chromophore Wirkung zu entstehen als bei einer Summation der einzelnen chromo- phoren Effekte zu erwarten wäre. So ist das Chalkon CeHsCH-CH.CO.CßHs gelb. Hier verstärken sich die Wirkungen der Aethylenbindungen und die der Carbonyl- gruppe gegenseitig. y) D 0 p p e 1 13 i n d u n g e n. Ein TJeber- blick über die chromophoren Gruppen zeigt, daß sie ausnahmslos ungesättigt sind. Es liegt nahe, die Doppelbindungen in Zu- sammenhang mit den Absorptionserschei- nungen zu bringen, denn bei dem Ueber- gang in einfache Bindungen tritt Farblosig- keit ein, wie längst bekannt ist CeH^-N = N-CeH^ -> CeH^NH-NH . CeH, Azobenzol (farbig) Hydrazobenzol (farblos) O^CßH^^O ->' HO— CßH^— OH Chinon (farbig) Hydrochinon (farblos) d) Selbständige und unselb- ständige Chromophore. Einige Chromophore, wie die Azo- oder Nitroso- gruppe, vermögen schon allein sichtbare Farbigkeit hervorzurufen; andere, wie die Aethylen- oder Carbonylgruppen, haben ge- ringere Wirkung, die meist nur im Ultra- violett erkennbar ist. Hier ist die Anwesen- heit mehrerer Gruppen nötig, damit die Ab- sorption bis in das sichtbare Spektrum reicht. Jene Gruppen heißen nach Kauff- m a n n „selbständige", diese „unselb- ständige" Chromophore. Ein tieferer Unter- schied besteht nicht; es handelt sich nur um graduelle Verschiedenheiten der Wir- kung. 7 b) A u X 0 c h r 0 m t h e 0 r i e. o) B a - t h 0 c h r 0 m e und h y p s 0 c h r 0 m e Gruppe n. Bei allen Verbindungen wird die Farbe durch Einführung weiterer Gruppen verändert, auch wenn diese keine Chromo- phore sind. Besondere Wirkung kommt einer Anzahl von reaktionsfähigen Gruppen (z. B. 56 Absorption OH oder NHg) zu, welche daher von Witt A u X 0 c h r 0 m e genannt wurden. Auxo- chrome Gruppen bewirken meist eine Ver- schiebung der Absorptionsbanden; sowohl in der Richtung nach längeren wie nach kürzeren Wellenlängen. Solche Gruppen, welche die Absorption nach Rot verschieben, heißen b a t h o c h r o m e , die anderen hypsochrome Gruppen. Welleulänsen Spektrum Komplementärfarben fi.fi etwa: bis 395 395-425 425-455 455-490 490-510 510—530 530-550 550-590 590-645 G45-725 725-810 ultraviolett violett indigo blau blaugrün grün grüngelb gelb orange rot grüngelb gelb orange rot purpur violett indigo blau blaugrün grün I Y tö <; K fe 85 2 '-^ S. tc- g"_ ^7^ er purpur grün ^-i— 810-60 000 ultrarot - 4" _ Die Tabelle zeigt die ungefähren Wellen- längen der Spektralfarben und die zuge- hörigen Komplementärfarben. Wenn also z. B. durch bathochrome Wirkung ein Ab- sorptionsband aus dem Violett in das Blau verschoben wird, so ändert sich die Farbe des Stoffes von grüngdb nach orange. Aus der Tabelle ist ferner zu ersehen, daß Grün- gelb die (chemisch betrachtet) primitivste Farbe ist, welche durch die schwächeren Chromophore erzeugt wird, während die starken Chromophore, z. B. die N = 0 Gruppe, blaue und grüne Farben entstehen lassen. Die Farbveränderung durch batho- chrome Gruppen heißt auch Farbvertiefung, durch hypsochrome Gruppen Farberhöhung. Diese nicht gerade glückliche Nomenklatur soll also nichts über etwaige Aenderungen des Extinktionsvermögens aussagen, sondern es soll nur die Richtung der Verschiebung der Banden bezeichnet werden. Auch die subjektive Empfindung steht teilweise in Widerspruch zu dieser Nomenklatur; so wird man kaum den Wechsel der Farbe von Grün nach Blau als Farberhöhung empfinden, während dies wieder für den Uebergang von Rot nach Gelb zutrifft. Bathochrom wirken Hydro xyl- und Amido- gruppen; auch die substituierten Amido- gruppen, z. B. N(CH3)2 N(C2H5)2; ferner Alkyle und Aryle (Regel von Nietzki); endlich, wenn auch schwächer, die Halogene. Hypsochrom wirken scheinbar immer die Acyle, z. B. CH3CO, C^UßO. /3) Wirkung der Auxochrome auf die Chromophore. Früher wurde die Wirkung der Auxochrome durch Veränderung der „Belastung" im Molekül erklärt. Diesem Moment kommt, wenn über- haupt, nur eine untergeordnete Bedeutung zu. Ausschlaggebend ist scheinbar die Reak- tionsfähigkeit oder chemische Aktivität der Auxochrome, die zu einem Affinitätsaustausch mit den Chromophoren führt. Wenn auxo- chrome und chromophore Gruppen im Molekül räumlich getrennt sind, so hat man sich die l Beeinflussung nicht als Fernwirkung vorzu- I stellen. Am besten verständlich ist die Wechselwirkung unter Annahme der Teil- \ barkeit der Valenz (vgl. den Artikel „Valenz- ' lehre", besonders Thieles Theorie der Partialvalenzen). Am deutlichsten erfolgt die- ser Affinitätsaustausch zwischen auxochromen und chromophoren Gruppen durch Atom- ketten mit konjugierten Doppelbindungen ; { durch solche Ketten werden Aenderungen der Affinität gewissermaßen „relaisartig" I übertragen. In analoger Weise lassen sich auch andere Vorgänge, wie Salzbildung, ja Aenderungen j des Dissoziationsgrades, als auxochrome Wir- kungen deuten. Diese Erklärung ist z. B. für die Verschiebung des Absorptionsbandes durch Salzbildung bei der Cinnamyliden- essigsäure und Cinnamylidenmalonsäiire ge- geben worden (B a 1 y - S c h a e f e r). Die bei der Salzbildung anzunehmende Aenderung der Restaffinität der Carbonylgruppen werden durch die konjugierten Doppelbindungen bis zum eigentlichen Chromophor, dem Benzol- kern, fortgepflanzt. 7c) Absorptionsspektren ste- reoisomerer Ve r b i n d u.n g e n. Es war anzunehmen, daß geometrische Isomere meist optisch nicht identisch sind; solche Verschiedenheiten wurden z. B. gefunden bei einigen stereoisomeren Aethylenverbin- dungen Ri— C— H Ri— C— H II II R2— C— H H- C— R2 cis-Form trans-Form Die höher schmelzenden Formen waren farblos; die tiefer schmelzenden gelb. Bei den Isomeren des Benzoldiazosulfo- nats CÄ.N CeH^.N II II KSO3.N N.SO3K syn-Form anti-Form ist die labile Form mit höherem Energie- gehalt tiefer gefärbt als die stabile Form. Ein Zusammenhang zwischen dem Energie- gehalt isomerer Formen und ihrer Farbigkeit scheint aber nicht zu bestehen. Bei den Benzaldo ximen CeH^.CH CßHg.CH II II NOK HON syn-Form anti-Form fand Hartley optische Identität, Bei optisch isomeren Stoffen, z. B, Absorption 57 mit asymmetrischem C-Atom, wurde natür- lich Identität der Spektren gefunden. yd) Absorptionsspektren von normalen Salzen, normalen Komplexsalzen und inneren K 0 m p 1 e X s a I z e n. Allgemeine Gesichts- punkte für die Aenderi ug der Absorption mit der Komplexbildung haben sieh noch nicht ergeben. Die Lichtabsorption von Metallatomen wird durch veränderte Bindung meist erheblich beeinflußt. Das violette Chromchlorid bildet Komplexsalze aller Farben [Cr(NH3)6]X3 X3 [Cr(OHA]X: violett Cr(NH3)5l 1 OH gelb orange Besonderes Interesse verdienen die i n - neren Komplexsalze, deren Eigen- schaften zuerst von L e y erklärt wurden. Zahlreiche Salze besitzen zwar die Zusammen- setzung gewöhnlicher Salze, haben aber von diesen sehr abweichende Eigenschaften; be- sonders ist ihre Fähigkeit zu elektrolytischer Dissoziation sehr verringert, oder auch ganz aufgehoben. Dieses Verhalten ist nach L e y dadurch bedingt, daß hier das Metall nicht nur durch Hauptvalenzen ( — ), sondern auch noch durch Nebenvalenzen ( ) ge- bunden ist. Das Cuprisalz des Glycins (I) wäre zu formulieren O.CO.CH2.NH2 Cu;.- O.CO.CH, NH, )Cu 0 . CO . CH2 . NH2 0 . CO . CH3 NH3 I II wobei auf die Analogie mit dem Ammoniakat des Kupferacetats (II) hinzuweisen ist. In beiden Fällen ist auch die Farbe ab- norm, und es scheint immer eine starke Ver- änderung der Farbe einzutreten, wenn Neben- valenzen abgesättigt werden. Bei der Neben- valenzbindung tritt Ringbildung ein und es ist früher schon betont worden, daß allgemein Ringschließung das Absorptionsspektrum än- dert M- A-B-X A I normales Salz M B \/ X II Komplexes Salz Offenbar ist auch die Stärke der Neben- valenz M X von Bedeutung für die Farbe, ja man kann erwarten, daß I und II in einer Gleichgewichtsbeziehung zueinander stehen. L e y nennt den Uebergang von II in I ,, intramolekulare Dissoziation eines inneren Komplexsalzes". Das Gleichgewicht I ^ II wird temperaturvariabel sein, und so findet die starke Farbänderung mancher in- neren Komplexsalze eine ungezwungene Er- klärung. Bei einer spektroskopischen Unter- suchung der inneren Komplexsalze findet man meist nur eine Parallelverschiebung der Absorptionskurven, während der Charakter der Kurven ziemlich erhalten bleibt. Immer- hin ist diese Verschiebung so beträchthch. daß z. B. innere Cuprikomplexsalze mit grüner, brauner und roter Farbe bekannt sind. Von größtem Interesse ist es auch, daß L e y stereoisomere innere Komplex- salze gefunden hat; ihre Absorptionskurven waren im Ultraviolett identisch; im siclit- baren Spektrum war ein Band parallel ver- schoben, Werner wies darauf hin, daß die so- genannten ,, Farblacke" große Analogie mit den inneren Komplexsalzen zeigen, und so ist zu erwarten, daß das Studium der inneren Komplexsalze noch wichtige Ergebnisse für die Farbstoffchemie haben wird. ye) Einfluß der A t 0 m af f i n i t ä t auf die Absorptionsspektren. Die außerordentliche Festigkeit gewisser Bin- dungen zwischen Schwermetallen und metal- loiden Atomen, z. B. Hg— C Hg — N Fe— 0 kann den Charakter der betreffenden Salze wesentlich verändern, ja sie kann eine elektro- ly tische Dissoziation unmöglich machen (L e y ). Meist stehen diese Erscheinungen in Zu- sammenhang mit abnormem optischem Ver- halten. Man kann die Fe — 0-Bindung ge- radezu als Chromophor bezeichnen (W. W i s 1 i c e n u s). Ferrirhodanid Fe(SCN)3 ist undissoziiert und abnorm gefärbt. Zahl- reiche Kupfer-Alkaliverbindungen mehrwer- tiger Alkohole, Oxysäuren, Zucker usw. sind von Byk optisch untersucht worden; in allen Fällen wurde der auxochrome Einfluß der starken Metallbindung festgestellt. yf) P a n t 0 c h r 0 m i e. Diese Bezeich- nung hat H a n t z s c h für die Erscheinung eingeführt, daß Salze gewisser farbloser oder schwach gefärbter Säuren mit verschiedenen farblosen Metallen dennoch in allen Farben vorkommen; als Grund wird die Betätigung von Nebenvalenzen gefunden. y g) C h r 0 m 0 t r 0 p i e. Wenn indif- ferente Stoffe, wie Nitraniline, Chinone, Salze von Polynitroverbindungen, in mehre- ren Farben (meist gelb und rot) dargestellt werden können, so nimmt Hantzsch feinere Isomerieerscheinungen an, für die er den Namen Chromotropie eingeführt hat. yh) Einfluß der Polymerie auf die Absorptionsspektren. Aus den bis jetzt vorliegenden Untersuchun- gen ist kein klares Bild über diesen Einfluß zu gewinnen. Bei einigen Metallhalogenideu werden Farbänderungen durch Polymerie erklärt. Bei einigen Salzen von Akridin- 58 Absorption basen hat H a n t z s c h gefunden, daß die trimolekularen Salze braun, monomolekulare Salze gelb sind. In anderen Fällen konnte eine optische Veränderung durch Polymerie nicht erkannt werden. 8. Analytische Bedeutung der Ab- sorptionsspektren. 8 a) Qualitative A b s 0 r {) t i 0 n s s p e k t r a 1 a n a 1 y s e. Die Ermittelung der Absorptionskurven kann häufig zur Identifizierung von Stoffen be- nutzt werden, wo andere analytische Metho- den weniger geeignet sind oder auch ganz fehlen. Dieses Verfahren ist nicht nur auf farbige Stoffe beschränkt; häufig lassen sich auch farblose Stoffe in farbige Verbindungen überführen, die dann spektralanalytisch be- stimmt werden. Voraussetzung ist ferner, daß die untersuchten Stoffe charakteris- tische Absorptionsspektren von genügender Konstanz haben, und daß nicht Mischungen absorbierender Stoffe vorliegen, deren Spek- tren sich störend übereinanderlagern. Bei Spektren mit typischen Banden ge- nügt meist die Messung der Absorptions- grenzen; je breiter und verwaschener die Banden werden, desto unsicherer wird die Methode. Die besten Dienste leistet die Spektral- analyse dem Farbstoff Chemiker; an der Hand der vorzüglichen Tabellen Formäneks gehngt die Identifizierung vieler Farbstoffe sehr sicher. Auch die Kontrolle der Reinheit von Farbstoffen ist spektroskopisch leicht möglich; zuweilen ist auch die Analyse von Farbstoffgemischen in einer Lösung erfolg- reich. In dn- medizinischen und gericht- lichen Chemie findet die Absorptionsspektral- analyse immer mehr Eingang; z. B. aus den Spektren des Blutfarbstoffs lassen sich oft wichtige Schlüsse ziehen, wie auf Kohlen- oxydvergiftungen. Viele Alkaloide sind an ihren Ultraviolettspektren leichter zu er- kennen als durch analytische Methoden. Für die Nahrungsmittelchemie sind zahl- reiche Verfahren auf spektroskopischer Grundlage ausgearbeitet worden, z. B. zum Nachweis natürliclier und künstlicher Farb- stoffe in Weinen usw. Zu den Vorzügen der Absorptionsspektral- analyse ist auch zu rechnen, daß meist keine Veränderung an dem untersuchten Stoff vorzunehmen ist, und daß, bei intensiv far- bigen Stoffen, der Nachweis noch von sehr geringen Mengen möglicli ist. 8 b) Quantitative A b s o r p t i o n s - Spektralanalyse. Die Möglichkeit quantitativer Bestimmungen ist an die Gül- tigkeit des Beer sehen Gesetzes gebunden. Vor Ausarbeitung einer Methode ist fest- zustellen, ob das Beer sehe Gesetz wenig- stens in dem Spektralbereich gilt, in welchem gemessen werden soll. Wenn, was theoretisch immer vorzuziehen ist, die Messung der Lichtabsorption für eine bestimmte Wellenlänge stattfinden soll, so benutzt man Spektralphoto- meter. Für viele, besonders technische Zwecke, genügen oft Absorptionsraessungen von gemischtem Licht; hierzu dienen die Kolorimeter. a) Spektralp hotometrie. Wenn der Extinktionskoeffizient eines Stoffes für Licht einer bestimmten Wellenlänge bekannt ist, so läßt sich aus der Molekularextinktion und der benutzten Schichtdicke der Gehalt der Lösung berechnen. Zweckmäßig begnügt man sich nicht mit Messungen bei einer Wellen- länge, sondern man mißt — unter Berück- sichtigung des Verlaufs der Absorptions- kurve — in verschiedenen Spektralgebieten. Die Wellenlänge oder die Schichtdicke wählt man so, daß das Verhältnis des ein- fallenden Lichts zum durchgedrungenen Licht weder zu klein, noch zu groß ist, sonst wird die Methode ganz ungenau. Am genauesten kann gemessen werden, wenn etwa % des Lichts absorbiert wird. Einige Beispiele quantitativer Spektralanalysen mögen die mannigfache Anwendbarkeit zeigen. Es kön- nen genau bestimmt werden Kupfer und Cobalt in sehr geringen Mengen; Cobalt und Nickel nebeneinander; der Gehalt an Indigo; Hämoglobin, Oxyhämoglobin, Kohlenoxyd- hämoglobin; Purpurin und Isopurpurin neben- einander; Spuren von Ammoniak und sal- petriger Säure; Spuren von Gold; Salicyl- säure in Nahrungsmitteln usw. ß) K 0 1 0 r i m e t r i e. Die meisten Bestimmungen, die im vorigen Abschnitt er- wähnt sind, lassen sich auch kolorimetrisch mit häufig befriedigender Genauigkeit aus- führen; besonders für technische Betriebe, in denen zahlreiche analoge Bestimmungen ausgeführt werden müssen, läßt sich meist eine besondere Einrichtung des Kolori- meters herstellen, welche recht genaue Resul- tate ermöglichen (vgl. auch den Artikel „Sp e k tr al an aly s e"). Literatur. H. Kayser, Handbuch der Spcklro- sko]>ie, Bd. S, Leipzig 1905. — H. Ley, Die Be- ziehungen sivischen Farbe und Konstitution bei organischen Verbindungen unter Berücksichti- gting der Vntersuchungsmethoden, Leipzig 1911. — E. C. C. Baly, Spektroscopy , London 1905. TTebersetzung Baly -Wachsmuth , Spektro- skoi)ie, Berlin 1908. ■ — E. Baur, Kurzer Abriß der Spektroskopie und Kolorimelrie, Leipzig 1907. — H. und, A. ILrüss, Kolorimetrie und quanti- tative Spektralanalyse in ihrer Anwendung in der Chemie, Hamburg und Leipzig 1909. — H. W. Vogel, Spektralanalyse irdischer Stoffe, Berlin 1898. — Ostwalcl-Luther, Physiko- chemische Messungen, Leipzig 1909. — J. For- mdnelc, Untersuchung und Nachweis organischer Farbstoffe auf spektroskopischem Wege, Berlin 1908. — ij. Nictzici, Chemie der organischen Farbstoffe, Berlin 1901. — G. Mudorf, Die Licht- absorption in Lösungen vom Standpunkte der Absorption — Adsorption 59 Dissociaiionstlicorie, Stuttgart 1904- — H. Kauff- •mamif Uebcr den Zusamme-nhang ztcischen Farbe und Konstitution hei chemischen Verbin- dii,7igen, Stuttgart 1910. — Derselbe, Die Auxo- chrome, Sltittgart 1910. — F. Henricli, Neuere theoretische Anschauungen auf dem Gebiete der organischen Chemie, Braunschweig 1908. — A. Werner, Neuere Anschauungen auf dem Ge- biete der anorganischen Chemie, Braunschiveig 1910. K. Sc1iaefei\ Acanthocephala. Eine Abteilung der Würmer, welche ge- wölmlicli zu den Nemathelniinthen gestellt \Yird und in diesem Handbuch dort be- handelt werden soll (vgl. d n Artikel ,,Ne- m a t h e 1 m i n t h e s"). Leydener Flasche vergUch, anzuführen. Er starb zu Paris am 3. August 1806. Literatur. Cnvier, Recueil des clogcs historiqucs I 1819 S. 267. W, Ruhland. Acephala. Gewöhnlich als Blattkiemer oder Mu- scheln bezeichnete Abteilung der Weichtiere (vgl. den Artikel „Lamellibranchiata"). Acrania. Leptocardia oder Röhrenherzen. Die niederste Abteilung der Wirbeltiere, als deren Vorläufer sie vielfach betrachtet wer- den (vgl. den Artikel „ A m p h i o x u s •'). Ad an soll Michel. Botaniker. Geboren am 7. April 1727 zu Aix in der Provence, kam in früher Kindheit nach Paris und studierte dort unter Reaumur und B. de Jussieu. 1748 besuchte er als AngesteUter der Compagnie d'Afrique den Senegal und verweilte dort, eine große Menge Tiere und Pflanzen beschreibend, fünf Jahre. Von seiner Histoire naturelle du Senegal, die 8 Bände umfassen sollte, erschien nur der erste (Paris 1757), der die Reisebeschreibung und die Bearbeitung der Conchylien enthält und ihm die MitgHedschaft der Akademie eintrug. 1763 er- schienen seine Familles des plantes (Paris) in 2 Bänden, die einzelne Fortschritte in der Gruppierung und Trennung gewisser Familien brachten (z. B. der Campanulaceen, Thymelaea- ceen usw.), im ganzen aber einen mißglückten Versuch darstellen. 1774 legte er der Pariser Akademie den Pkin zu einer umfassenden natur- wissenschaftHchen Enzyklopädie vor, die er allein bearbeiten wollte; das \Ve:K: kam nicht zustande, obwohl er sein ganzes späteres Leben daran in vollkommener Zurückgezogenheit arbeitete. Aus seinen meist in den Memoires de I'Academie veröffenthchten kleineren Mitteilungen sind die Entdeckung des später nach ihm benannten Affenbrotbaumes (1759), der Bewegungen der Oscillarien (1767) und der Elektrizität des Zitterwelse3, deren Wirkung er mit einer Adsorption. 1. Allgemeine Erläuterung des Begriffs Ad- sorption. 2. Die Adsorption von Gasen. 3. De- finition der Adsorption. 4. Die Adsorption in Lösungen. 5. Erklärung der Adsorption. 6. Be- deutung der Adsorption für andere physikalisch - chemische Erscheinungen: a) Herstellung hoher Vakua. b) Chemische Kinetik, c) KoUoidchemie. d) Älineralogie. 7. Bedeutung der Adsorption für die Technik. 8. Bedeutung der Adsorption für Physiologie und Biologie. I. Allgemeine Erläuterung des Begriffs Adsorption. Die Erscheinungen, die zur Bildung dbS Begriffs der A d s o r p t i o n — einige Autoren benutzen auch hierfür das Wort Absorption — führten, sind folgende: Bringt man einen festen Stoff, der sehr fein verteilt oder sehr porös ist, z. B. Kohle, Kaolin, Meerschaum u. a. m., in ein Gas oder in eine Lösung, so beobachtet man oft, daß der Druck des Gases oder die Kon- zentration der Lösung abnimmt; die ver- schwundenen Stoffmengen sind locker an den festen Stoff gebunden und lassen sich meist leicht durch Auspumpen oder Aus- waschen von ihm entfernen. Man braQlite diese lockere Bindung früher in Zusammen- hang mit der sogenannten Adhäsion und kam so dazi, den besonderen Begriff der x\dsorption zu bilden. Erst ein genaueres Eingehen auf diese Erscheinungen führte zu einer schärferen Fassung des Begriffs. Es wird im folgenden zunächst die Adsorption von Gasen und gelösten Stoffen b3schrieben, dann die bisherigen Erklä- rungen der Adsorption erörtert und schheß- lich die Bedeutung der Adsorption für physi- kihsch-chemische, technische und biolo- gische Prozesse besprochen. 2. Die Adsorption von Gasen. Will man die Adsorption eines Gases untersuchen, s) glüht man zunächst den festen Stoff, das Ad Sorbens — meist ist Holzkohle ver- wandt worden — aus, um ihn von bereits adsorbierten Gasen zu befreien und bringt ihn dann in einen abgeschlossenen Gasraum. Man beobachtet an einem Manometer eine Druckabnahme, die zunächst meist rasch, in wenigen Sekunden oder Minuten, vor sich geht und nach einigen Stunden eiaen bestimmten Endzustand erreicht. Zu dem gleichen Enddruck gelangt man, wenn man von niedrigen Drucken ausgehend durch Zu- fuhr weiterer Gasmengen den Druck erhöht. Es handelt sich also um G 1 e i c h g e w i c h t e. 60 Adsorption Charakteristisch für diese sind der Gleich- gewichtsdruck und die a d s o r - b i e r t e M e n g e . die mit dem betreffenden Druck im Gleichgewicht steht: diese wird zweckmäßig in Molen oder Millimolen des betreffenden Gases pro Gramm Adsorbens berechnet: ist x die gesamte adsorbierte Substanzmenge, m die Menge des Adsorbens, X so ist a = — die adsorbierte Menge. Ordnet man die adsorbierten Mengen a als Ordinaten den zugehörigen Gleich- gewichtsdrucken p als Abszissen zu, so erhält man eine gegen die Abszissen achse ge- krümmte Kurve, wie sie Figur 1 darstellt, d. h. die adsorbierten Mengen wachsen nicht proportional^ den Drucken, wie es bei einer Fig. 1. Verteilung nach dem Henrys atz (bei Lösung eines Gases in einer Flüssigkeit usw., vgl. den Artikel ,, Lösungen") der Fall ist, sondern sie sind bei niedrigen Drucken groß, und nehmen bei Drucksteigerung verhältnismäßig wenig zu. Bei einer Verteilung nach dem Henrysatz würde man die durch den Nullpunkt gehende Gerade erhalten. Analytisch läßt sich die ge- krümmte Kurve durch eine Gleichung der Form a = ap° ausdrücken, die sogenannte Adsorptions- iso t h e r m e. Hier sind a und— Konstanten n die von der Temperatur und der Natur des Gasesund des Adsorbens abhängen. Logarith- miert man die Adsorptionsisotherme, so er- gibt sich Iga = Iga -F ^ lg p d, h. die Gleichung einer geraden Linie. Gilt also die genannte Gleichung, so müssen die Werte von a und p in ein logarithmisches Diagramm eingetragen auf einer Geraden hegen. Der Abschnitt der Geraden auf der Ordmaten achse ist gleich lg a, der Tangens des Neigungswinkels dieser Geraden gleich-* Das a variiert stark von Gas zu Gas und Adsorbens zu Adsorbens, während die Werte von — meist zwischen 0.2 und 1 hegen. n ^ Die Adsorptionsisotherme dieser Form gilt nur für kleine Drucke. Bei höheren Drucken scheint regelmäßig die Neigung gegen die p-Achse zuzunehmen, d. h. auch die lg a-lg p-Gerade krümmt sich, und es dürfte schließMch (vielleicht unstetig"! ein konstanter Wert des a erreicht werden. WahrscheinMch hängt dies mit dem Ver- flüssigen des Gases zusammen, denn bei leicht kondensierbaren Gasen tritt dies Umbiegen bei kleineren Drucken schneller ein, als bei schwer kondensierbaren. Diese Verhältnisse sind noch nicht näher untersucht worden. Die Adsorptionsgeschwindig- keit ist im allgemeinen groß, die Hauptmenge des Adsorbierten wird in wenigen Minuten aufgenommen. Nach den wenigen Versuchen, die vorhegen, scheint eine einfache lo- garithmische Abhängigkeit von der Zeit vorzuhegen, es gilt eine Be- ziehung ^ = k(x^-x) hier ist x die in jedem Augenbhck adsorbierte Menge, x^o die im Gleich- gewicht adsorbierte Menge, z die Zeit, k eine Konstante. Es muß nun bezüghch des Adsorptions- gleichgewichts noch folgendes bemerkt wer- den. Solange man in verhältnismäßig kurzen Zeiträumen (mehreren Stunden) die Ver- suche vornimmt, stellen sich die Gleichge- wichte in der beschriebenen Weise umkehr- bar ein. Man beobachtet nun oft in längeren Zeiten (Tagen, Wochen) eine weitere, lang- same Abnahme des Druckes. Meist läßt sich dieser langsame Vorgang, der wahr- scheinhch auf einer chemischen Reaktion oder der Bildung emer festen Lösung be- ruht, deuthch von dem anderen sondern. Man bezeichnet zweckmäßig nur den ersten raschen als Adsorption. Der Einfluß, den die Natur des Ad- sorbens ausübt, ist nur wenig untersucht worden. Nach den bisherigen Erfahrungen scheint die Reihenfolge, in der die Gase ad- sorbiert werden, nur wenig vom Adsorbens abzuhängen. Man kann daher von der größeren oder kleineren Adoorbierbarkeit eines Adsorption 61 Gases sprechen. Diese hängt nnn mit der Kondensierbarkeit zusammen: Gase wie Was- serstoff, Helium werden sehr wenig adsor- biert, Sticlvstoff, Sauerstoff, Kohlensäure, Ammoniak in dieser Folge zunehmend stär- ker, die Reihenfolge der a-Werte, die ein Maß für die Adsorbierbarkeiten sind, ist die gleiche wie die der kritischen Temperaturen. Ein zahlenmäßiger Zusammenhang zwischen ihnen ist bisher noch nicht gefunden worden. Die Adsorption nimmt in allen unter- suchten Fällen mit steigender Tempe- ratur ab, und zwar nehmen die Werte der a in der Adsorptionsisotherme ab mit wach- sender Temperatur, während der Wert des ExT)onenten— zunimmt und dem Wert 1 sich ^ n nähert. Auch hier ist ein Zusammenhang mit den kritischen Eigenschaften der Gase unverkennbar: Gase mit niedriger kritischer Temperatur wie Wasserstoff haben bereits bei Zimmertemperatur einen Exponenten 1 (bei der Temperatur der flüssigen Luft ist der Exponent gebrochen); Gase mit höheren kritischen Temperaturen erreichen den Wert 1 erst bei viel höheren Temperaturen. Der zahlenmäßige Zusammenhang zwischen Druck, adsorbierter Menge und den Tem- peraturkoeffizienten des a und — ist für kleine Drucke bekannt. Da die Adsorption mit sinkender Tempe- ratur begünstigt wird, so verlangt die Ther- modjTiamik, daß sie unter Wärmeentwicke- lung vor sich geht. Dies ist der Fall. Man kann aus thermodynamischen üeberlegungen eine Beziehung zwischen der A d s o r p - t i 0 n s w ä r m e und den Temperaturkoeffi- zienten der charakteristischen Adsorptions- konstanten a und — ableiten, die sich gut n ' ^ bestätigt hat. Bei der Adsorption von Dämp- fe n in der Nähe der Sättigung befindet man sich in dem Druckbereich, wo die Adsorptions- isotherme nicht gilt. Hier treten ferner noch insofern Verwicklungen ein, als es darauf an- kommt, ob das Adsorbens benetzt wird oder nicht. 3. Definition der Adsorption. Als Kennzeichen der Adsorption kann man fol- gende ansehen: die Gültigkeit der Adsorp- tionsisotherme; die rasche Einstellung des Gleichgewichts ; die Abnahme der aufgenom- menen Menge mit steigender Temperatur; eventuell noch: die geringe Abhängigkeit von der Natur des festen Stoffes und der Zusammenhang mit den kritischen Eigen- schaften der Gase. Es ist zu bemerken, daß die Aufnahme von Gasen durch Metalle, z. B. die des Wasserstoffs durch Palladium und Platin im allgemeinen nicht einer Ad- sorption entspricht. 4, Die Adsorption in Lösungen. Die Adsorption in Lösungen gleicht weitgehend der Adsorption der Gase. Auch hier gilt für verdünnte Lösungen die Adsorptions- isotherme a = a c '\ wo c die Gleichgewichts- konzentration ist. Mit wachsender Konzen- tration scheint auch hier regelmäßig, viel- leicht unstetig, ein bestimmter Grenzwert der adsorbierten Menge erreicht zu werden, der sich weiter mit steigender Konzentration nicht mehr ändert. Auch hier stellt sich das Gleichgewicht schnell ein. Auch hier ist in den meisten, bisher untersuchten Fällen die Reihenfolge, in der die gelösten Stoffe von verschiedenen Adsorbentien adsorbiert werden, von der Natur desAdsorbens nur wenig abhängig; allerdings sind ausgesprochene Abweichungen von dieser Regel mehrfach bekannt. Die Abhängigkeit von der Natur des gelösten Stoffes ist hier natürhch viel ver- wickelter als die Abhängigkeit von der Natur des Gases, weil ja der Einfluß des Lösungs- mittels mit in Frage kommt. Für die vor allem untersuchte Adsorption in wässe- riger Lösung gilt folgendes: sehr wenig absorbiert werden anorganische Salze, Säuren und Basen, ferner stark hydroxylhaltige organische Stoffe, wie Zucker u. dgl. ; merk- lich stärker Salze mit organischem Kation und Anion, noch stärker aliphatische Säuren und Basen und sehr stark aromatische Stoffe: Säuren, Basen, Phenole, Färb- und Gerb- stoffe, ferner auch die Halogene, Chlor, Brom, Jod. In vielen Fällen scheint deutlich eine Beziehung zu bestehen zwischen der Adsor- bier barkeit gelöster Stoffe und ihrer Fällig- keit, die KompressibiMtät des Lösungsmittels zu erhöhen und die Oberflächenspannung zu erniedrigen. Die Elektrolyte sind einfach mit aufgeführt, weil sie sich in vielen Be- ziehungen nicht von den Nichtelektrolyten unterscheiden: es gilt die Adsorptionsiso- therme, das Adsorbens tritt bezüglich seines Einflusses zurück, organische Verbindungen werden stärker adsorbiert u. a. m. In anderer Beziehung unterscheiden sie sich allerdmgs unverkennbar, so daß man gewisse elektrische Einflüsse mit in Rechnung ziehen muß. Hierauf wird noch kurz eingegangen. Beim Vergleich der Adsorption in ver- schiedenen Lösungsmitteln drängt sich folgende Regelmäßigkeit auf: Stoffe, die in anderen gelöst, stark adsorbiert werden, benachteihgen die Adsorption, wenn sie selbst Lösungsmittel sind, umgekehrt be- günstigen sie diese, wenn sie gelöst schwach adsorbiert werden. Deshalb wird in organi- schen Lösungsmittehi viel schwächer adsor- biert als in Wasser, während z. B. in kon- zentrierter Schwefelsäure gleichfalls starke Adsorption statthat. 62 Adsorption Werden mehrere Stoffe aus einer Lösung durch ein i\.dsorbens adsorbiert, so werden sie alle adsorbiert, aber das stärker adsor- bierbare verdränjEjt in ausgesprochenem Maße das weniger stark absorbierbare. Dies gilt für Nichtelektrolyte und schwache Elektrolyte. Ein starker Elektrolyt wird nicht nach dieser Regel von einem Nicht- elektrolyten verdrängt; er bleil)t vielmehr, selbst wenn sehr schwach adsorbierbar, etwa zum gleichen Betrag adsorbiert, daneben wird der stark adsorbierte Stoff stark adsorbiert. Dagegen vermag ein zweiter starker Elek- trolyt den ersten von dem Adsorbens zu ver- drängen. Ein zweiter Unterschied zwischen Elek- trolyten und Nichtelektrolyten besteht darin, daß Wasserstoff- und Hydro xyhon auf die Adsorption der Ionen anderer Salze einen auffallenden Einfluß ausüben. Während in einer reinen Salzlösung beide Ionen in äquivalenter Menge adsorbiert werden, wird in Gegenwart von Wasserstoffion wesent- lich nur neben diesem noch Anion mit ad- sorbiert, das Kation bleibt zum großen Teil in der Lösung; bei Gegenwart von Hydro- xyhon wird umgekehrt vor allem nur noch Kation adsorbiert, das andere Anion bleibt in Lösung. Wasserstoffion begünstigt also die Adsorption von Anionen. benachteiligt die der Kationen; Hydrox^dion wirkt im Gegensinn. Ob durch verschieden starke Adsorption zweier Ionen ein Adsorptions- p 0 t e n t i a 1 s p r u n g entstehen kann, ähnlich wie durch die verschiedene Beweg- lichkeit zweier Ionen ein Flüssigkeitspoten- tialsprung, bedarf noch der Aulklärung. Für die Adsorption mehrerer Gase unterein- ander wird wohl das gleiche gelten wie für die Adsorption mehrerer Nichtelektrolyte; sie ist noch nicht näher untersucht worden. Der Einfluß der Temperatur ist gleichfalls bei der Adsorption in Lösungen verwickelter als bei der der Gase. Wohl nimmt auch hier die Adsorption mit steigen- der Temperatur meist ab und zwar nach der gleichen Gesetzmäßigkeit wie bei Gasen, es sind aber ferner Fälle bekannt, bei dsnen die Adsorption mit steigender Temperatur zunimmt, ohne daß man in diesen Fällen Grund hätte neue Faktoren mit in Rech- nung zu ziehen. Auch dicAdsorptions- w arme in einer Lösung hat einen ver- wickeiteren Sinn. Sie ist gleich dem Unter- schied der B c n e t z u n g s w ä r m e des reinen Lösungsmittels und der der Lösung. Die Benetzungswärme des reinen Lösungsmittels ist nichts anderes als die Adsorptionswärme seines gesättigten Dampfes. Messungen auf diesem Gebiet liegen nur in sehi kleinem Umfang vor. Man mißt die Adsorption in Lösungen zweckmäßig in der Weise, daß man das fein verteilte Adsorbens mit der Lösung be- kannten Gehflts bis zum Gleichgewicht schüttelt und dann den Gehalt von neuem bestimmt. Suspendierte Reste des Adsorbens entfernt man durch Filtrieren oder besser noch durch Zentrifugieren. Bisher war nur von der Adsorption durch feste Stoffe die Rede. Es tritt nun eine ganz ähnliche Abnahme der Konzentration einer Lösung ein, wenn man ein Gas oder eine zweite, wenig mischbare Flüssigkeit fein verteilt durchtreten läßt. So ist nachgewiesen worden, daß, wenn man eine wässerige Lösung von Amylalkohol oder Saponin reich- lich zum Schäumen gebracht hat, der ab- gehobene Schaum mehr vom gelösten Stoff enthält als die Lösung in Masse, ferner daß, wenn man Petroleum in feinen Tropfen durch Lösungen von Stoffen wie Kaff ein, Methylorange u. a. treten läßt, die in Petroleum durchaus unlöshch sind, die Kon- zentration der Lösung dennoch kleiner wird. Aehnhche Versuche sind mit fein verteiltem Quecksilber ausgeführt worden. Ob in diesen Fällen auch die quantitativen Kennzeichen der Adsorption zutreffen, ist noch nicht endgültig festgestellt worden. 5. Erklärung der Adsorption. Während die Adsorption als physikalisch-chemische Erscheinung gut charakterisiert ist, und man selten im Zweifel sein wird, ob ein bestimmter Vorgang als Adsorption anzusehen ist oder nicht, herrscht noch große Meinungsver- schiedenheit darüber, wie sie zu erklären ist, d. h. mit welchen anderen Phänomenen sie zusammenhängt. Drei Anschauungen sind da vor allem zu unterscheiden: die eine faßt die Adsorption als chemischen Vorgang auf, die zweite als Lösungsvorgang und die dritte als Oberflächenverdichtung. Betrachtet man das Adsorptionsgleich- gewicht als chemisches Gleichgewicht, so muß sich die Adsorptionsisotherme als Ausdruck des Massenwirkungsgesetzes deuten lassen. Wenn man das Adsorbens und die Verbindung von Absorbens und adsorbiertem Stoff als feste Phasen mit konstanter Kon- zentration in das Massenwirkungsgesetz ein- führt, so gelangt man nicht zur Adsorptions- isotherme. Man muß in dem Komplex von Adsorbens und adsorbiertem Stoff jedenfalls eine Phase von variabler Zusammensetzung, also etwa eine feste Lösung annehmen, um einen Ausdruck von der Form der Adsorp- tionsisotherme zu erhalten. Formal läßt sich aber unter dieser Voraussetzung das Ad- sorptionsgleichgewicht ohne weiteres als che- misches Gleichgewicht auffassen. Die Gegner dieser Anschauung bringen folgendes vor: die chemischen Gleichgewichte sind außerordentMch spezifisch, die Gleich- gewichtskonstanten, die R9aktionso:eschwin- Adsorption 63 digkeitskonstanten wie die Zahl der reagie- renden Molekeln (in der Adsorptionsisotherme bedingt diese den Wert des Exponenten — unterscheiden sich sehr von Fall zu Fall. Die Adsorptionsgleichgewichte sind dagegen auf- fallend wenig spezifisch; die Konstanten a (sie entsprechen den Gleichgewichtskonstanten im Massen Wirkungsgesetz) unterscheiden sich für große Gruppen von Stoffen nur wenig von- einander, der Adsorptionsexponent -- hat unter den verschiedensten Bedingungen nur, wenig variierende Werte, das gleiche gilt für die Geschwindigkeit, mit der sich das Gleichgewicht einstellt. Es ist weiter schwer zu verstehen, daß zwischen der Adsorbier bar- keit der Gase und ihrer Kondensierbarkeit em enger Zusammenhang besteht, ebenso zwischen der Absorbierbarkeit gelöster Stoffe und dem Einfluß, den sie auf die Kompressi- bilität und Oberflächenspannung des Lösungs- mittels ausüben. Schheßlich ist nicht ein- leuchtend, daß Stoffe wie Argon und Helium adsorbiert werden, von denen keine chemi- sche Verbindung bekannt ist. Anhänger der chemischen Theorie sind vor allem van Bemmelen, Duclaux, Robertson. Die Adsorption als L ö s u n g s v o r - gang wird nur von wenigen vertreten. Eine feste Lösung des absorbierten Stoffes im Adsorbens ist überaus unwahrscheinHch. Dem widerspricht einmal die Schnelligkeit, mit der sich das Gleichgewicht einstellt, da ja doch die Diffusison in festen Stoffen sehr langsam ist. Ferner müßte man, um den Unterschied zwischen der Adsorptions- isotherme und dem Henrysatz zu erklären, annehmen, daß der adsorbierte Stoff im Adsorbens dissoziiert ist unter Umständen in drei bis vier Bruchteile; dies ist aber in fast allen Fällen sehr unwahrscheinHch. Neuerdings ist gelegentlich die Anschauung entwickelt worden, daß bei der Adsorption von Gasen das Gas an der Oberfläche des Adsorbens verflüssigt wird und daß in dieser Flüssigkeitshaut das Absorbens sich auf- löst. Die Gestalt der Adsorptionsisotherme läßt sich dann unter gewissen Voraussetzun- gen erklären. Allerdings hält es schwer, diese Erklärungsweise auf die Adsorption in Lösun- gen zu übertragen. Die Vertreter dieser An- schauung verzichten auch darauf. Bei der, man kann sagen, vöUigen Uebereinstimmung zwischen der Adsorption von Gasen und der in Lösungen ist dies aber sicher nicht zweckmäßig. Von sehr vielen wird die Ansicht ver- treten, daß die Adsorption eine Ober- f 1 ä c h e n V e r d i c h t u n g ist ; es seien nur Wilhelm und Wolfgang O.st- Wald, Freundlich;,, M i c h"a e 1 i s , D 0 n n an genannt. Aus thermod}Ti amischeu Ueberlegungen ergibt sich mit Notwendig- keit, daß an der Grenzfläche einer Flüssigkeit und eines festen Stoffes und einem Gase oder einer Lösung die Dichte oder die Konzen- tration anders sein muß wie im Gasraum oder in der Lösung. Wenn die Gasgesetze und die van't H o f f sehen Gesetze für verdünnte Lösungen (vgl. die Artikel ,,L ö - sungen" und ,, Osmotische Theorie") gelten, ergibt sich eine Gleichung _ c da ^^ RT d^ Hier ist u der Ueberschuß des Gases oder gelösten Stoffes an der Grenzfläche über die normal dort vorhandene Menge pro Oberflächeneinheit gerechnet; c ist die Kon- zentration (bei Gasen der Druck); o die Grenzflächenspannung; R die Gaskonstante; T die absolute Temperatur. Fraglich ist nur, ob das, was man als Adsorption be- zeichnet, die durch diese Gesetzmäßigkeit beherrschte Erscheinung ist, oder ob sich über diese notwendig vorhandene Ober- flächenverdichtung noch andere, etwa che- mische Gleichgewichte lagern, die man unter den Begriff der Adsorption faßt. Die genannte Formel ist sehr schwer zu prüfen. Bei den festen Adsorbtntien, für die eigentlich bisher nur der Begriff Adsorp- tion geprägt wurde, gelingt es leicht, die adsorljierte Menge, also auch das u zu be- stimmen; aber die Grenzflächenspannung o gegen Gas und Lösungen ist bekannthcli für feste Stoffe nur in seltenen Fällen und mit großer Mühe und geringer Genauigkeit meßbar und somit auch der Differential- quotient -p . Versuche dieser Art sind daher noch nicht ausgeführt worden. Umgekehrt liegen die Verhältnisse bei der Adsorption an der Grenzfläche flüssig- gasförmig oder flüssig-flüssig. Hier läßt sich die Grenzflächenspannung und ihre Abhängigkeit von der Konzentration leicht messen, nur mit beträchtlicher Mühe aber die Adsorption, weil man nur schwer eine große Grenzfläche bekannter Größe her- stellen kann. Wohl ist, wie oben erwähnt, eine Konzentrationsabnahme in Lösungen nach dem Durchperlen von Oeltropfen beobachtet worden und in vielen Fällen stimmt die so , da aufgenommene Menge mit der aus dem^. berechneten überein. Aber es fehlt der quan- titative Nachweis, daß auf diese Stotfauf- nahme die Kennzeichen der Adsorption passen. Während also die Theorie der Ober- flächenverdichtung noch nicht zahlenmäßig hat geprüft werden können, spricht quahtativ viel für ihre Richtigkeit. Nur folgendes sei aufgeführt: das -^ ist in weitaus den meisten 64 Adsorption Fällen negativ; aus der tliermodynamischen Gleichung folgt dann, daß das u d. li. die Adsorption positiv ist, wie ja auch am häufig- sten gefunden wurde. Ja, wenn man für das V den Ausdruck einsetzt, der sich aus der de empirisch gefundenen Beziehung von o zu c ergibt, so erhält man dieAdsorptionsisotherme. Ferner läßt sich der enge Zusammenhang zwischen Adsorbierbarkeit und Kondensier- barkeit und der Veränderung der Kompressi- bihtät und Oberflächenspannung leicht er- klären. Es kann als sicher gelten, daß auch der elektrische Zustand der (irenzfläche bei einer Stoffaufnahme an ihr eine wichtige Rolle spielt, vor allem bei der Adsorption der starken Elektrolyte. Zurzeit kann man die oben aufgeführten Kennzeichen, durch die sich deren Adsorption von der der Nicht- elektrolyte imterscheidet, nicht völlig er- klären ; es läßt sich daher noch nicht eine etwaige elektrische Adsorption von der vor allem behandelten gewöhnlichen mechani- schen (oder chemischen) unterscheiden. 6. Bedeutung der Adsorption für andere physikalisch-chemische Erscheinungen. Li einer großen Anzahl von Gebieten spielt die Adsorption eine Rolle, vor allem überall dort, wo große Grenzflächen vorkommen. 6a) Herstellung hoher Vakua. Mit Hilfe der Gasadsorption geUngt es, sehr hohe Vakua zu erzeugen. Es beruht dies da- rauf, daß die Adsorption mit sinkender Tem- peratur stark zunimmt. Bringt man aus- geglühte Holzkohle (Kokosnußkohle) in einen evakuierten Raum und kühlt sie auf sehr tiefe Temperatur (mit flüssiger Luft oder flüssigem Wasserstoff) ab, so werden die letzten Gasreste weitgehend entfernt. Man kann auch so die schwer adsorbierbaren Gase wie Hehum, Wasserstoff usw. leicht von den besser adsorbierbaren Sauerstoff, Stick- stoff u. a. trennen. 6 b) C h e m i s c h e K i n e t i k. Li der chemischen Kinetik ist die Adsorption häufig von großer Bedeutung. Viele Gasreaktionen werden an festen Oberflächen stark be- schleunigt oder in anderer Weise beeinflußt. Es ist in vielen Fällen, z. B. bei dem Zerfall des Antimonwasserstoffs, bei der Bildung des Schwefeltrio xyds aus Schwefeldioxyd und Sauerstoff, gelungen, den überaus verwickel- ten Reaktionsvorgang mit Hilfe der Adsorp- tion quantitativ zu erklären, Diese kann in sehr mannigfacher Weise von Einfluß sein: Werden die Ausgangsstoffe adsorbiert, so bedingt die Konzentrationserhöhung an der Grenzfläche eine Reaktionsbeschleunigung; werden die Endprodukte adsorbiert, so bilden sich oft Schichten, die die Reaktion hemmen, sie ,, vergiften". 6 c) K 0 1 1 0 i d c h e m i e. Daß man in der Kolloidchemie die Adsorption sehr oft berücksichtigen muß, ist leicht einzusehen, da man es dort mit Gebilden von großer Grenzflächenentwicklung zu tun hat. Nur einige Beispiele. Bei der Fällung der so- genannten Suspensionskolloide durch Elek- trolyte tritt eine Adsorption des Elektrolyten ein und demgemäß hängt die eigentümliche Abhängigkeit der fällenden Wirkung von der Konzentration des Elektrolyten mit der Adsorbierbarkeit seiner Ionen zusammen. Da diese fällende Wirkung ihrerseits in enger Beziehung zu der Beeinflussung der Kataphorese und Elektroendosmose (vgl. den Aitikel ,,E 1 e k t r o o s m o s e") durch Elektrolyte steht, so kommt auch hier die Adsorption ak wesentlich in Betracht. Auch der stabilisierende Einfluß vieler Stoffe wie Gelatine, Eiweiß, Dextrin usw. auf Suspensionskolloide beruht vor allem darauf, daß sie an den suspendierten Teilchen adsorbiert werden. Ferner muß man bei der katalytischen Wirkung vieler Metallsole die Adsorption berücksichtigen ; vor allem beruht der vergiftende Einfluß von Cyan- kaliuni, Subhmat u. a. auf die Zersetzung des Wasserstoffperoxyds durch MetaUsole sicher in ihren ersten Stadien auf einer Adsorption (vgl. auch den Artikel „Disperse Gebilde"). 6 d) Mineralogie. Neuerdings hat sich herausgestellt, daß man in der Mine- ralogie häufig mit Erfolg auf die Adsorption zur Erklärung verschiedener Erscheinungen zurückgehen muß. Der Einfluß gelöster Stoffe auf die KristalKorm und die Wachs- tumsgeschwindigkeit von Ivristallen, ferner auch der Einfluß gelöster Stoffe auf die Kris- tallisationsgeschwindigkeit von Schmelzen wird zum großen Teil durch ihre Adsorption an den Kristallflächen verursacht. 7. Bedeutung der Adsorption für die Technik. Wenn in technischen Fragen die Adsorption oft zu berücksichtigen ist, so kommt das besonders daher, daß man es dort so häufig mit kolloiden Gebilden zu tun hat. Es darf als sicher gelten, daß beim Färben und Cr e r b e n in weitaus den meisten Fällen die Aufnahme des Färb- oder Gerbstoffes als eine Adsorption zu bezeichnen ist. Damit soll nicht gesagt sein, daß andere Vorgänge (Lösung; chemische Bindung im ge- wöhnlichen Sinn)nicht von Bedeutung sind, sie treten vielmehr nachträglich häufig unzweifel- haft ein; aber in den ersten, zeithchen Stadien liegt meist unbedingt eme Adsorption vor. Bei der Abwässerreinigung han- delt es sich oft um die Fällung einer kollo- iden Lösung durch Elektrolyte; diese hängt eng mit der Adsorption zusammen. In der Agrikulturchemie spielt sie eine wichtige Rolle, da das Zurückhalten gelöster Stoffe in der Bodenkrume häufig auf ihr beruht. Die Geruchs- und Geschmacks- Adsorption — Aequivalent 65 Stoffe sind z. B. im Bier vor allem an kolloid suspendierten Teilchen adsorbiert; dies ist nur ein Punkt, der die Adsorption in der Technik d?s Brauwesens berücksichtigen heißt. Die Bromsilberteilchen der p h o t o - g r a p h i s c h e n P 1 a 1 1 e bilden eine große Grenzfläche, deren Fähigkeit zu adsorbieren z. B. für die Sensibilisierung, aber auch wohl für viele andere Erscheinugen von maß- gebender Bedeutung ist. Dies sind nur einige herausgegriffene Beispiele. 8. Bedeutung der Adsorption für Phy- siologie und Biologie. Die organisierte Materie zeichnet sich bekannthch durch ihre ungeheure Grenzflächenentwicklung aus: man hat einmal die große Fläche der Zell- wände und ferner das Protoplasma, das außer kolloiden Lösungen noch andere Grenz- flächen enthält. Es ist daher zu erwarten, daß man zur Erklärung vieler physio- logischer und biologischer Vor- gänge die Adsorption hinzuziehen muß. Allerdings sind diese Vorgänge meist so verwickelt, es greifen so viele Prozesse ver- schiedener Art ineinander, daß es zurzeit noch sehr schwer hält, die Rolle der Adsorption sauber herauszuschälen. Man kann daher eben nur Beispiele anführen, bei denen die Adsorption mit großer Wahrscheinhchkeit in irgendeiner Phase des Vorganges eine wichtige Rolle spielt. Derartige Fälle sind: viele Enzymreaktionen; die Agglutination; die Bindung von Toxin und Antitoxin; die Desinfektion; die künsthche Befruchtung; die Beeinflussung des Wachstums von Bak- terien; das Entstehen von Geißelzöpfen. Literatur: Müller, AUgemeine Chemie der Kollo- ide, Leipzig 1907. — Ostwald, Gnmdn'ß der Kolloidchemie, 1. Aufl., Dresden 1909. — Derselbe, Grundriß der Kolloidchemie, 2. Avfl., 1. Hälfte, Dresden 1911. — H. Freundlich, Kapillar chemie, Leipzig 1909. — J. M. van Beninielen, Die Absorption. Gesammelte Abhandinngen über Kolloide und Absorption, Dresden 1910. H. Freundlich, Aepiiius Ulrich Theodor. Geboren am 13. Dezember 1724 in Rostock; gestorben am 10. August 1802 in Dorpat, ein Nachkomme des in der Reformationszeit be- kannten Theologen John A e p i n u s. Er war der Sohn eines Pfarrers, wurde Privatdozent und Professor in Berlin, lebte 1757 bis 1758 in Petersburg als Mitglied der Akademie der Wis- senschaften. A e p i n u s führte in die Elektri- zitätslehre den Begriff der unmittelbaren Fern- wirkung ein. 1756 veröffentlichte er seine in Gemeinschaft mit Wilke angestellten Versuche über Pyroelektrizität. Sein Hauptwerk Tenta- nien theoriae electricitatis et magnetismi (Pe- tersburg 1759) war seinerzeit epochemachend für die Lehre von Elektrizität und Magnetismus. E. Drude. Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Band I. Aequivalent. 1. Begriff und Ableitung. 2. Aequivalent und Wertigkeit. 3. Aequivalenz. 4. Bestimmung des Aequivalentgewichts. I. Begriff und Ableitung. Die Aufstel- lung des Begriffs Aequivalent ge- schah im Anschluß an die Entdeckung eines allgemein gültigen Gesetzes, das die Bildung und Zersetzung der chemischen Verbindungen regelt (Gesetz der konstanten und multiplen Proportionen. Vgl. den Ar- tikel „ A t 0 m 1 e h r e "). Dieser von W o 1 - 1 a s t 0 n (1808) eingeführte Begriff sollte unabhängig von jeder Spekulation im Sinne der D a 1 1 0 n sehen Atomhypothese ledig- lich der Messung direkt zugängliche Größen enthalten. Unter dem Aequivalent eines Grundstoffs versteht man die Gewichts- menge, die einen Gewichtsteil Wasser- stoff in einer chemischen Verbindung er- setzen kann. Es möge kurz die Ableitung der Aequivalente oder Aequivalentgewichte einiger Grundstoffe skizziert werden: Das oben angedeutete Gesetz der konstanten Proportionen besagt, daß die Vereinigung verschiedener Grimdstoffe zu chemischen Verbindungen nicht nach beliebigen, sondern stets nach bestimmten, unter allen Umstän- den konstanten Gewichtsverhältnissen er- folgt, die man nach Kenntnis der Zusammen- setzung der Verbindungen crmittehi kann. Die Analyse der Wasserstoff Verbindungen des Chlors, Broms, Sauerstoffs und Schwefels hat z. B. folgende Resultate ergeben Chlorwasserstoff Chlor 97,3 Wasserstoff 2,7 100,0 Wasser Sauerstoff 88,9 Wasserstoff 11,1 100,0 Bromwasserstoff Brom 98,8 Wasserstoff 1,2 Schwefelwasserstoff Schwefel 94,1 Wasserstoff 5,9 100,0 Bereclmet man, welche Mengen der genannten vier Grundstoffe mit einem Gewichtsteil Wasserstoff verbunden sind, der in diesen, wie in allen anderen Fällen in kleinster Menge in den Vorbindungen enthalten ist, so erhält man folgende Tabelle Chlor 35,5 Brom 80 Wasserstoff 1 Wasserstoff 1 Sauerstoff 8 Schwefel 16 Wasserstoff 1 Wasserstoff 1 Ferner resultiert aus der Analyse des Chlor- natriums, daß mit der oben gefundenen Menge Chlor, nämhch 35,5 Gewichtsteile, 23 Gewichtsteile Natrium verbunden smd. Schheßhch läßt sich aus der Zusammen- setzung der Verbindungen dos Natriums mit Brom, Sauerstoff und Schwefel das zunächst 5 66 Aequivalent überraschende Eesultat ableiten, daß mit 23 Gewichtsteilen Natrium 85,5 Gewichtsteile Brom, 8 Gewichtsteile Sauerstof, 16 Gewichtsteile Schwefel verbunden sind, d. h. dieselben Mengen, die sich mit einem Gewichtsteil Wasserstoff chemisch vereinigen. Die obigen Zahlen, 1; 35,5; 80; 8; 16 sind Konstanten für diese Grundstoffe und werden A e q u i v a - 1 e n t e oder Aequivalentgewichte (Verbindungsgewichte, stöchiometrische Quantitäten) genannt. Dieselben Zahlen (oder Vielfache davon) kehren bei allen anderen Verbindungen der Grundstoffe wieder. Wie die Atomgewichte sind die Aequivalente relative Zahlen, die auf Wasser- stoff als Einheit bezogen sind. 2. Aequivalent und Wertigkeit. Vor der Begründung der modernen Atomtheorie sind die Begriffe Atom- und Aequivalent- gewicht häufig verwechselt worden. Erst als mit dem weiteren Ausbau der Atomtheorie auf Grund des Avogadro sehen Gesetzes der Molekülbegriff aufgestellt und weiter der Begriff der Wertigkeit oder Valenz ge- schaffen wurde, war eine scharfe Definition möghch (s. den Ai'tikel ,, A t o m 1 e h r e"). Wir verstehen unter Aequivalent resp. Aequivalentgewicht eines Grund- stoffs das Atomgewicht dividiert durch seine Valenz; bei einwertigen Ele- menten ist somit das Aequivalent gleich dem Atomgewicht, bei zweiwertigen gleich der HäKte desselben usw; näheres siehe Artikel „V a 1 e n z". In der folgenden kleinen Tabelle sind die Be- ziehungen zwisclien Aequivalent- und Atom- gewicht bei einigen Elementen dargestellt: Element Atomgewicht Valenz Aequivalent Na 23 I 23 K 39 I 39 Cl 35,5 I 35,5 0 i6 2 8 S 32 2 16 N 14 3 4,66 Komme >n Elementen, z. B. Metallen, mehrere Wertigkeits-(Oxydations-^stufen zu, so sind natürlich auch verschiedene Aequi- valente zu unterscheiden. Folgende Tabelle gibt einige Beispiele: Wertigkeit Aequivalent Eisen Atomgewicht 59 Fe -2- = 29,5 Ferroverbindungen Fe;^., 2 Ferriverbindungen Fe;^3 3 Fe Kupfer Atomgewicht 63,6 Cuproverbindungen Cu% I Cu = 63,6 Cu Cupriverbindungen Cuj^a 2 Quecksilber Atomgewicht 200 Hg. 2 -^°° Mercuroverbindungen ^§2X2 2 Mercuriverbindungen Hg%2 2 Hg 2 -^°° ehiwertige Radikale 3. Aequivalenz. Atome, die eine gleiche Zahl von Af iinitätseinheiten (Valenzeinheiten) betätigen, werden äquivalent genannt, so sind z. B. Na und K, 0 und S, N und P untereinander äquivalent; die gleiche Be- zeichnungsweiso ist auch für Radikale üblich. (QH) (SH) NH2 \ (CH,) (C.,H,) (C3H,) I (CH.^) C2H4) (CgHß) zweiwertige Radikale. Schließhch bezeichnet man, einem Brauch in der Maßanalyse folgend, als Aequivalente von Säuren, Basen und Salzen diejenigen Mengen dieser Stoffe, die durch das Mole- kulargewicht (Mol) dividiert durch die Basi- cität resp. Acidität oder die Wertigkeit des Metalls (bei Salzen) angegeben werden beträgt das Aequivalent des Li(OH):-^= 24 des Fe,(S0,)3: 400 66,6 So der H2SO. 1 98 = 49 Vgl. hierzu den Abschnitt „Maßanalyse" in dem Artikel ,, Chemische Analyse". 4. Bestimmung des Aequivalentge- wichts. Man hat der Definition entsprechend die Menge des Stoffs zu ermittehi, die einem Gewichtsteil Wasserstoff gleichwertig ist. In der Mehrzahl der Fälle genügt es, zur Ermittelung des Aoquivalents geeignete Ver- bindungen des Grundstoffs von möglichst einfacher und eindeutiger Zusammensetzung zu analysieren. Es mögen einige spezielle Fälle genannt werden. 1. Zur Bestimmung des Aequivalents der Metalle eignen sich häufig die Halogenver- bindungen; man hat dann zu ermittehi, wieviel Gewichtsteile des Metalls mit 35,5 Gewichtsteilen Cl, 80 Gewichtsteilen Br usw. verbunden sind; so ist das Aequivalent des Aequivalent — Aether 67 Ra durch Analyse des Radium bromids er- mittelt worden. 2, Wenn das Metall Säuren unter Wasser- stoffentwickelung zersetzt, so kann man das Aequivalent des Metalls durch direktes Messen des Wasserstoffvolumens feststellen, das man bei Anwendung einer bestimmten Menge des Metalls auf die im Ueberschuß vorhandene Säure erhält (Vorlesungsver- such von L e p s i u s zur Demonstration der Valenz der Metalle). 3. Bestimmung des Aequivalentgewichts auf elektrochemischem Wege (elektro- chemische Aequivalente). Kach dem F ar a - d a y sehen Gesetz scheidet ein und derselbe Strom in verschiedenen Elektrolyten solche Mengen ab, die im Verhältnis der chemischen Aequivalente stehen ; ein g-Aequivalent eines Elektrolyten wird durch die Strommenge von ca. 96 500 Coul. zerlegt. Zur Bestim- mung des Aequivalents eines Metalls läßt man z. B. den gleichen Strom durch die wässerige Lösung einer Säure und eines Salzes des zu untersuchenden Metalls gehen. Durch Vergleich der an den Kathoden aus- geschiedenen Mengen von Wasserstoff und Metall ergibt sich sofort das Aequivalent des letzteren (vgl. den Artikel „Elektro- chemie "). In manchen Fällen genügt allerdings . die bloße Analyse einer Verbindung zur Er- mittelung des Aequivalentes eines Grund- stoffs nicht, sondern es hat die Bestimmung der Molekulargröße der Verbindung sowne der Valenz des Grundstoffs zu erfolgen. H. Ley. Aether. I.Allgemeines: a) Bildungsweisen; b) Physi- kalisches Verhalten ; c) Chemische Eigenschaften. 2. Spezielle Aether: a) Aliphatische Aether: ci) Aether der einwertigen Alkohole: 1. gesättigte Aether; 2. ungesättigte Aether. ß) Aether der mehrwertigen Alkohole. Acetale. y) Zyklische Aether. Alkylenoxyde. b) Aromatische Aether. I. Allgemeines. Aether sind die Oxyde der Kohlenwasserstoffe. Sie enthalten zwei Kohlenwasserstoffradikale mit einem Sauer- stoffatom verkjiüpft z. B. C^Hs— 0— CH3 Aethyl-methyl-äther. Man kann sie als Anhydride der Alkohole betrachten, da sie durch Waseraustritt aus zwei Molekülen Alkohol entstehen C2H5.OH + CH3OH = C0H5 0 CH3 + H2O •Aethyl- Methyl- Aethylmethyläther. alkohol alkohol Die Aether entsprechen den Metalloxyden der anorganischen Chemie, ebenso wie die Alkohole den Metallhydroxyden. Sie lassen sich als substituiertes Wasser ansehen, in dem die beiden Wasserstoff atome durch Kohlen- wasserstoffreste ersetzt sind, während bei den Alkoholen nur ein Alkyl eingetreten ist H-O-H H-O-CH3 CH3-O-CH3 Wasser Alkohol Aether. Aether mit zwei gleichen Kohlenwasser- stoffradikalen heißen „einfache" Aether, solche mit zwei verschiedenen Radikalen ,. gemischte" Aether. Sie sind isomer mit den Alkoholen gleicher Kohlenstoffzahl (Me- tamerie) C.HeO CH3^CH,-0H CH3-O-CH3 Aethylalkohol Dimethyläther. Die sogenannten „zusammengesetzten" Aether oder Ester sind Verbindungen von Alkoholen und Säuren unter Austritt von Wasser z. B. CH,.C0.0CoH5 Essigsäure- äthylester. Sie gehören nicht den eigenthchen Aethern an und werden deshalb am besten nur als Ester bezeichnet. I a) B i 1 d u n g s w e i s e n. 1. Durch Ein- wirkung von Natriumalkoholat auf Halogen- alkyle entstehen einfache und gemischte- Aether (W i 1 1 i a m s 0 u 1851) CoHs.ONa + C2H5CI = C2H5-O-C2H5 + NaCl C.Hs.ONa + CH3J = C2H5-O-CH3 + NaJ 2. Halogenalkyle reagieren auch mit trocknen Metalloxjden, namentlich Silber- oxyd unter Bildung von Aethern 2C,H5 J + AgoO = CH-O-C^Hs + 2AgJ 3. Die wichtigste Bildungsweise, welche namenthch bei den niederen Homologen gute Dienste leistet, besteht in der Einwirkung von Schwefelsäure auf Alkohole. Diese Re- aktion ist einer der am frühsten beobachteten (V a 1. C 0 r d u s 1540) und am besten stu- dierten Vorgänge. Die Schwefelsäure wirkt nicht einfach als wasserentziehendes Mittel, sondern katalytisch. W i 1 1 i a m s 0 n (1851) wies nach, daß die Reaktion in zwei Stadien verläuft: Zunächst vereinigen sich Alkohol und Schwefelsäure unter Wasseraustritt zur Alkylschwefelsäure, die dann mit einem zwei- ten Molekül Alkohol reagiert und dabei in Schwefelsäure und Aether zerfällt L CHs.OH-fHO.SOjH = CHs.O.SOsH + H2O II. C0H5.O.SO3H + C0H5OH = HO.SO3H + C,H,.Ö.CÄ. Verwendet man ein Gemisch zweier Al- kohole bei dieser Reaktion, so erhält man drei Aether. zwei einfache und einen gemisch- ten. Da die Schwefelsäure als Katalysator wirkt, so könnte man mit einer kleinen Menge dieser Säure unbegrenzte Mengen Alkohol in Aether überführen. In praxi erlischt je- doch die Wirksamkeit des Katalysators nach einiger Zeit, da einige Nebenreaktionen (Bildung von schwefliger Säure, Sulfonen und Sulfonsäuren) die Schwefelsäure all- mählich verbrauchen. Ganz älmlich wie die Schwefelsäure können auch andere Säuren 68 Aether beim Aetherbildungsprozeß wirken: Phos- phorsäure, Borsäure und namentlich Benzol- sulfosäure bei höherer Temperatur. Auch mit Hilfe von Chlorzink, Eisenchlorid oder Kupfersulfat kann man AUvoliole durch Wasserabspaltung in Aetlier überführen. 4. Aether lassen sich auch sehr bequem erhalten durch Einwirkung von Dialkyl- schwefelsäuren auf Alkoholate (oder Pheno- ""''> CÄ.ONa + SO /°-^H, Natriumphenolat \ * ^ = CgHs.O.CHa + SOjx. Q Qj^ Anisol ^ 5. Um aus einem Aether einen solchen mit längerer Kohlenstoffkette herzustellen, kann man sich der MagnesiumlialogenaUvvl- verbindungen bedienen, nachdem man zu- vor in dem Aether ein Wasserstoffatom durch ein Halogen substituiert hat I. C5H11.O.CH3 —> CHii.O.CH^Br Amvl-methvläther Brom-methvl-amyläther IL "CsHii.Ö.CHoBr + MgBr'.C^H; = CsH^.O.CgH. + MgBr^ Amyl-propyläther. I b) Physikalische Eigenschaften. Die Aether sind neutrale, mit Wasser nicht mischbare Substanzen. Der ,, niedrigste" Aether (Dimetbyläther) ist ein Gas, die näch- sten Gheder sind Flüssigkeiten, die höchsten Homologen fest. Die Siedepunkte der ein- fachen Aether liegen immer erheblich tiefer, als die der entsprechenden Alkohole und zeigen in emer ansteigenden homologen Reihe für jede CHo-Gruppe eine ziemhch regel- mäßige Erhöhung: ci T^-M ° ° Sdp. Differenz Aethyl-methyläther 11" „ -Aethvläther 35« ^"^ 29 „ -n-Propyläther .... 64" „ -n-Butyläther 92» " „ -n-Amyläther (unbekannt) '' „ -n-Hexyläther .... 137« ^^'^ „ -n-Heptyläther .... 167» „ -n-Octyläther 189» Auch die Molekularvolumina wachsen ziemhch regelmäßig um etwa 22 für eine CHj-Gruppe. Bei der Berechnung dieser Konstanten behält man für das Atomvolumen des äther artig gebundenen Sauerstoffs den besonderen Wert 7,8 im Gegensatz zum Carbonyl-Sauerstoff, für den sich der Wert von 12,2 ergibt. Ganz ähnhch steigt die Molekularrefraktion in den homologen Reihen. Auch hier hat die Atomrefraktion für den ätherartig gebundenen Sauerstoff einen be- sonderen Wert, nämlicli 1,683, während sich für Hydroxyl-Sauc.stoff 1,521, für Carbonyl- Sauerstoff 2,287 ergibt. Die Aether zeigen normale Dampfdichte. Ihre Oberflächenspan- nung ist klein und immer kleiner als die der zugehörigen Alkohole. Der Temperatur- koeffizient der molekularen Oberflächenener- gie hat sehr allgemein den normalen Wert 2,1, eine Tatsache, welche darauf deutet, daß die Aether keine assoziierten Flüssigkeiten sind im Gegensatz zu den Alkoholen und dem Wasser, deren Temperaturkoeffizienten 1,0 bis 1,6 resp. 0,9 bis 1,2 betragen. Die Fluidi- tät der Aether ist groß imd stets größer als bei den entsprechenden Alkoholen, (jleiche Verhältnisse zeigt die Kompressibihtät. Die Dielektrizitätskonstante ist sehr klein, etwas größer zwar als die der Kohlenwasserstoffe, jedoch beträchthch geringer als die der Al- kohole und des Wassers. Dementsprechend ist das lonisations vermögen kaum merklicli, das Leitungsvermögen im Aether gelöster Elektrolyte sehr klein. Die Bildungs- wärmen der Aether endhch sind nicht viel ver- schieden von denen der Alkohole, aus denen sie entstanden sind. Bei der Ausscheidung des Hydro xyls und des Wasserstoffs wird der Wärmeverbrauch annähernd aufgewogen durch die Wärmeentwickelung, die durch die Vereinigung der beiden Reste und des Hydro- xyls mit dem Wasserstoff zu Wasser erfolgt. I c) Chemische Eigenschaften. Die Aether zeigen gegen viele Reagentien ein indifferentes Verhalten und weisen da- durch eine ziemhche Beständigkeit auf. Verdünnte Säuren, Alkalien und metallisches Natrium wirken bei gewölmhcher Temperatur nicht ein. Mit besonderer Leichtigkeit re- agiert jedoch der Jodwasserstoff mit den Aethern, weshalb er als spezifisches Reagens zur Erkennung und Spaltung von Aethern angesehen werden kann. Es entstehen bei dieser Reaktion Alkyljodide und Alkohole C2H5.O.C3H7 = C2H3. J + C3H7.OH. Bei gemischten Aethern verbindet sich gewöhnhch das kleinere Radikal mit dem Jod. wenn beide Kohlenwasserstoffreste primäre Radikale sind. Ist aber ein Radikal tertiär, so verbindet sich das Jod mit diesem. Bei sekundären Radikalen treten im allgemeinen Gemische auf. Die Jodwasserstoffreaktion vollzieht sich bei gewölmhcher Temperatur und am leichtesten bei Aethern, welche Me- thylgruppen enthalten. In der Hitze wirken auch andere Mineralsäuren spaltend auf den Aether ein. Sehr verdünnte Schwefelsäure oder Wasser zerlegen viele Aether bei etwa 150». Im allgemeinen sind die Aether mit sekundären und tertiären Alkylen unbestän- diger als die, die primäre Kohlenwasserstoff- radikale enthalten. Konzentrierte Schwefel- säure läßt in der Hitze aus den Aethern Alkylschwefelsäuren entstehen, durch Ein- wirkung von Phosphorpentachlorid oder Jod- wasserstoffsäure bei höherer Temperatur erhält man Alkylcliloride oder Jodide. Bei der Oxydation (mit Salpetersäure oder Aether 69 Chromsäure) werden die Aether in dieselben Verbindungen übergeführt wie die ent- sprechenden Alkohole. Chlor und Brom wirken substituierend ein. Besondere Beachtung verdienen lockere Additionsverbindungen der Aether mit Säu- ren und Salzen, die früher als „Molekülver- bindungen" angesprochen wurden und neuer- dings als „Oxoniumverbindungen" angesehen werden. Als Molekülverbindungen bezeichnet man die lose Vereinigung zweier Moleküle, in denen selbst die atomistische Valenzver- teilung nicht verändert sein soll. Oxonium- verbindungen dagegen denkt man sich da- durch zustande gekommen, daß der Sauer- stoff vierwertig fungiert und dadurch basische Eigenschaften erlangt. Die entstehenden Verbindungen erscheinen so als Analoga der Ammoniumverbindungen, bei denen der drei- wertige Stickstoff in den fünfwertigen über- geht H\III H— N II H\V H— N und CH, CH, H \C1 IV ;0— ^ CH3\^/H CH, \C1 Da ja auch der dem Sauerstoff verwandte Schwefel in vierwertiger Form auftreten kann, ist eine solche Vierwertigkeit des Sauer- stoffs nicht unwahrscheinlich. Oxoniumver- binaungen sind von F r i e d e 1 (1875) bei der Addition von Chlorwasserstoff an Di- methyläther, von Collie und T i c k 1 e (1899) bei einem cykhschen Aether, dem Dimethylpyronl CO(^^jj~^Ljj'j^O, von Kehr m a n n (1900) und von B a e y e r und V i 1 1 i g e r (1902) noch bei einer Reihe anderer sauerstoffhaltiger Substanzen beobachtet worden. Auch die Additions- verbindungen von Magnesiumalkylhaloiden mit Aethyläther, welche unter beträchtlicher Wärmeentwickelung entstehen und erst bei höherer Temperatur wieder gespalten werden, werden als Oxoniumverbindungen angesehen. J.Mg.CÄ + 0<^^^J^^ _ C^H^.MgX /C,H3 J/^\CA 2. Spezielle Aether. 2a) Aliphatische Aether. a) Aether der einwertigen Alkohole. 1, Gesättigte Aether. D i m e t hy lät her (CH3)20, erhält man durch Erhitzen von Methylallcohol mit Schwefelsäure. Der Aether ist ein ätherisch riechendes Gas, Sdp. — 23o, das sich in Wasser beträchthch löst (1 Vol. Wasser löst 37 Vol. des Gases bei 18°). Mengt man den Aether mit Chlorwasserstoff- ' gas, so beobachtet man eine Kontraktion. Es [ bildet sich eine bei —1" siedende Flüssigkeit, die das Additionsprodukt .,j/ /0(f p, vor- ' stellt (s. I c). ; Diäthyläther (Aether schlechthin, früher Schwefeläther genannt) (C2H5)20 ist der wichtigste Repräsentant dieser Körper- klasse und schon früh bekannt gewesen (16. Jahrhundert). Die Ermittelung seiner Kon- stitution bedeutete einen wichtigen Schritt in der Geschichte der Chemie. 1842 hatte Gerhardt aus theoretischen Erwägungen gefolgert, daß der Aether doppelt so viel Kohlenstoffatome im Molekül habe wie der Allvohol, während man damals diese beiden Substanzen für isomer hielt. 1850 gelang es W i 1 1 i a m s 0 n und unabhängig davon C h a n c e 1 die Gerhardt sehe Ansicht durch Synthese zu beweisen und zugleich den Aetherbildungsprozeß zu erklären. Der Aether wird technisch gewonnen durch Einwirkung von Alliohol auf kon- zentrierte Schwefelsäure bei 140". Statt der Schwefelsäure läßt sich auch Benzol- sulfosäure CßHs.SOgH verwenden. Nach dem zweiten Verfahren wird die Bildung von schwefliger Säure vermieden, die der Aether stets als Verunreinigung enthält, wenn er nach dem ersten Verfahren bereitet ist. Man hielt den Aether wegen dieser Beimen- gung früher für einen schwefelhaltigen Kör- per und nannte ihn deshalb Schwefeläther. Um den rohen Aether von der schwefhgen Säure zu befreien, wäscht man ihn mit Soda- lösung und entfernt dann AUcoholund Wasser durch Chlorcalcii.m. Völlig wasserfrei wird der Aether schheßhch erhalten durch Destil- lation über Natriumdraht. Einen Wassergehalt des Aethers erkennt man durch Vermischen einer Probe mit dem gleichen Volum Schwefelkohlenstoff: es tritt alsdann eine Trübung ein. Alkohol im Aether läßt sich nachweisen durch Schüt- tehi mit etwas Anihn violett: reiner Aether darf sich nicht färben. Der Diäthyläther ist eine wasserhelle, sehr bewegliche Flüssigkeit von charakteristi- schem Geruch. Fp. —113», Sdp. 34,6°, d i .0,7313. Bei 19° werden vom Wasser etwa 6,5 % Aether, bei 20» vom Aether etwa 1,2 % Wasser gelöst. Von konzentrierter Salzsäure wird Aether sehr reichhch aufge- nommen; wahrscheinhch entsteht dabei eme Additionsverbindung. Auch in konzentrierter Schwefelsäure löst der Aether sich leicht. Älit Allvohol ist er in allen Verhältnissen misch- bar. Ueberhaupt ist er ein ausgezeichnetes Lösungsmittel für eine sehr große Zahl or- ganischer Stoffe, weshalb er in der präpara- tiven Chemie sehr vielfach zum Ausschütteln (Ausäthern) benutzt wird. Auch anorganische Stoffe lösen sich in Aether, z. B. Jod, Queck- 70 Aether Silberchlorid, Eisenchlorid usw. Die kritische Temperatur des Aethers beträgt 194", der kritische Druck 35,61 Atm. Der kubische Ausdehnungskoeffizient ist 0,001 656, die spezifische Wärme bei 0° 0,529. Die Ver- brennungswärme eines Grammoleküls bei konstanten Druck ergibt +651,7 Kilogramm- Kalorieen, die Bildungswärme des gasför- migen Aethers + 62,8, des flüssigen +70,5. Die Verdampfungswärme bei 34,9° beträgt für 1 g-Mol. 6,7 kg-Kalorieen. Die Siede- punktserhöhung, die 1 g-Mol. einer sich nor- mal verhaltenden Substanz in 100 g Aether. verursacht, ist zu 21,1 beobachtet worden. Die Oberflächenspannung hat den Wert 16,5 dvn/cm. Der Brechungsindex ud- beträgt 1,35 424 bei 17°, die 'Molekularrefraktion 35,82. Die Dielektrizitätskonstante beträgt 4,68 bei 0". Die Dämpfe des Aethers bewirken beim Einatmen Bewußtlosigkeit; man benutzt den Aether daher in der Chirurgie zur Hervor- rufung der Karkose (vor der Chloroform- narkose bietet diese Methode manche Vorteile). Für die Narkose darf nur reinster Aether genommen werden. Als Medikament wird der x\ether ferner m den sogenannten H o f f - mann sehen Tropfen (3 Teile Alkohol, 1 Teil Aether) verwendet. Der Aether ist sehr feuergefährhch, brennt mit leuchtender Flamme und seine Dämpfe bilden mit Luft heftig explodierende Gemenge. Deshalb ist beim Arbeiten mit Aether Vorsicht geboten. Aetherdampf kann bis 500° erhitzt werden olme Zersetzung. Beim Stehen am Licht unter Berührung mit Luft oxydiert sich der Aether und es bilden sich Wasserstoffsuperoxyd, Acetaldehyd, Aethylalkohol, Vinylalkohol, Essigsäure imd Essigsäureester. Besonders bei feuchtem Aether treten diese Verunreinigungen leicht auf. Aber auch der reinste Aether enthält nach einigen Wochen schon solche Oxy- dationsprodukte, eine Tatsache, die zur Beurteilung und Bewertung des ,, Aether pro narcosi" von großer Wichtigkeit ist. Man kann alle diese Fremdstoffe aber leicht durch Behandehi mit Kaliumhydroxyd oder metallischem Natrium wieder beseitigen. Durcli katalytisch wirksame Metalle lassen sich die Oxydationswirkungen beim Aether beschleunigen: so entzündet sich Aether, wenn man ihn mit Platinschwarz in Berüh- rung bringt. Leitet man trockenes Ozon in Aether, so entsteht das selir explosive Aethylsuperoxyd. Diese (oder eine älmhche) Substanz bildet sich mitunter auch unter bisher nicht genügend geklärten Bedingungen in Aether, der längere Zeit aufbewahrt war. Beim Verdampfen eines solclien Aethers treten zuweilen heftige Explosionen ein. Man erkennt die gefährhche Verunreinigung durch die lebhaften Oxydationswirkungen, welche diese Peroxyde ausüben z. B. gegen Vanadinsäure. Der Aether bildet mit verschiedenen Sub- stanzen eine Keihe von Additionsverbin- dungen. So entsteht mit Brom bei sehr tiefer Temperatur eine rotgelbe kristalhsierte Verbindung (C2H5)20.Bro, Fp. —40°, bei ge- wühnhcher Temperatur eine rote Substanz (CoHJaO.Brg, Fp.+ 22o. Ebenso entsteht mit Jodwasserstoff bei tiefer Temperatur eine weiße Ivristalhnische Additionsverbin- dung (C2H5)oO.HJ und älmhche Produkte mit Salpetersäure, Ferrocyanwasserstoff- säure u. a. Auch einige Metallchloride ver- einigen sich mit Aether zu Doppelverbin- dungen nach Art des Kristallwassers (Kris- talläther), so Quecksilberbromid, Zinnchlorid, Zinkjodid, Magnesiumjodid u. a. Der Aether ist z. T. sehr fest gebunden, so beim MgJ., .2C4HioO, welches erst bei ca. 190° zerfällt" Auch die Magnesiumhalogen aUvyle geben mit Aether sehr stabile Additionsprodukte, lieber die Bedeutung dieser Verbindungen für die ,,Oxoniumtheorie" s. i c. Durch Einwirkung von Chlor entstehen eine Reihe von Substitutionsprodukten: Mo- nochloräther CH,.CHC1— 0— C2H5 Sdp. 98°, Dichloräther CHXl.CHCl— 0— C„H.- Sdp. 145°, Trichloräthe-r CHCU.CHCl— 0— C^H^ Sdp.170— 175°,PerchlorätherC2Cl5— 0— C2CII Sdp. 68° unter Zersetzung, u. a. Die höheren Homologen der ge- sättigten Aether sind nach den allgemeinen Bildungsweisen zahlreich dargestellt, ent- behren aber jeder Bedeutung. Es seien ge- nannt: Einfache Aether: Dipropvläther C3H7.O.C3H7 Sdp. 90,7° do 0,763 Di-iso-propyläther C3H7.O.C3H, Sdp. 70° do 0,743 Di-n-butvläther CJ1,.0.CJ1, Sdp. 141° de 0,784 Di-iso-butvläther C4H9.O.C4H9 Sdp. 122» di5 0,762 Di-iso-amvläther CsHu.O.C^Hn Sdp. 176° di3 0,781 Di-sec-hexyläther CgH^g.O.C.His Sdp. 205° bis 208° Di-n-hepthyläther C^His.O.C.Hi,, Sdp. 262° do 0,815 Di-n-ocvtyläther CsHi^.O.CßHi- Sdp. 287° dl, 0;805 Dicetyläther C16H33.O.C16H33 Fp.57°— 58° Gemischte Aether: Methyl-äthyläther CHg.O.CH, Sdp. +11° Methyl-propyläther CH3 O.C3H, Sdp. 37° Methyl-isopropyläther CH3.O.C3H- Sdp. 32° Methvl-tertiärbutylätherCHa . 0 . C4H9 Sdp.54o Aethvl-propyläther C0H5.O.C3H7 Sdp. 64» da. 0,739 Aethvl-isopropyläther C2H5.O.C3H7 Sdp. 54° do '0,745 Aether 71 Aethyl-n-butyläther C.,H5.0.C4H9 Sdp. 92" do 0,769 Aethyl-isobutyläther C0H5.O C4H9 Sdp. 79° do 0,751 Aethyl-tertiärbiityläther C0H5.O.C4H9 Sdp. 70° d,o 0,752 x\ethvl-isoamyläther C.E^.O.C^'R^-, Sdp. 112» d,; 0,764 Aethyl-n-hexyläther CHsO.C.Hij Sdp. 134" bis 137" Aethyl-ii-heptvläther CR, . 0 . C.His Sdp. 165" d„ 0,790 Aethvl-octyläther CoHs.O.C^H^, Sdp. 184" di7 0,794 Aethyl-cetyläther C.H^.O.C.^R^^ Fp. 20" Isopropyl-tertiärbutvläther C3H7 . 0 . C.H9 Sdp. 75" 2. Ungesättigte Aether. Di-vinyläther CH2=CH — 0— CH=CH2, ist im Gegensatz zum Vinylalkohol eine beständige Verbin- dung. Er wird gewonnen aus Divinylsulfid CH.,= CH— S-CH=CH2 durch Behandehi mit Silberoxyd. Der Aether ist eine dem gewöhnlichen Aethyläther sehr ähnhch rie- chende Flüssigkeit, Sdp. 39". V i n y 1 - ä t h y 1 ä t h e r CHo-CH— 0— CoHs entsteht durch Einwir- kung von Phosphorpentoxyd auf Acetal in Chinohnlösung, wobei Alkohol abgespalten wird CH3.CH<^^^J^^^ ^ CH^^^CH.O.CÄ V'CÄ.OH. Auch der J 0 d ä t h y 1 ä t h e r CH2J.CH2.O.C2H5 liefert beim Behandehi mit alkohohschem Kali den Vinyl-äthyläther, Sdp. 35,5", di^ 0,762. Der Aether addiert leicht Chlor unter Bildung von Dichloräthyl- äther CH2CI.CHCI-O-C2H5. Durch ver- dünnte Schwefelsäure wird er im Acetaldehyd und Alkohol gespalten CHs.-CH.O.CsH, + H2O = CH3.CHO + C2H5.OH A 1 1 y 1 ä t h e r CH2=CH.CH2.0.CH2.CH=CH2 Sdp. 85". P r 0 p e n y 1 - ä t h y 1 ä t h e r CH3.CH= CH.O.C2H5, Derivat des unbe- ständigen Propenylalkohols. Flüssigkeit von scharfem Geruch, Sdp. 69, d^" 0,775. Isopropenyl-äthyläther CHo = C— 0— C2H5 Sdp. 62"— 63" do 0,790. CH3 Propargyläthvläther CH = C-CH2-O-C2H5, dargestellt aus Tribrompropan mit aUjohohschem Kali: CH2Br— CHBr— CH2Br+3KOC2H5 = CH = CH-CH2-0-CoH5 + 2C2H5OH Flüssigkeit von penetrantem Geruch, Sdp. 8P-85", d' 0,83. ß) Aether der mehrwertigen Alkohole. Acetal e. Alkohole, die zwei Hydroxylgruppen an einem Kohlen- stoffatom tragen, sind nicht existenzfähig; sie spalten Wasser ab und bilden Aldehyde CH3.CH<^^^=CH3.CH0-fH20. Die Aether dieser Alkohole können dagegen sehr wohl bestehen : es sind die sogenannten Acetale. Sie bilden sich hauptsächlich durch Einwirkung von Aldehyden auf Alkohole CH3 . CHO + 2C 2H5 . OH = CH3 . m( ^^^^'^' -f H2O. Die Acetale verhalten sich in vieler Hinsicht abweichend von den anderen Aethern; vor allem sind sie unbestän- diger wie dieselben und werden schon durch verdünnte Säuren und viele andere Reagen- tien leicht gespalten in Aldehyd und Alliohol. Sie erscheinen daher nicht als Alkohol- son- dern als Aldehydderivate. Sie reagieren auch in mancher Beziehung wie die zugrunde liegenden Aldehyde (oder Ketone) und werden deshalb in der präparativen Chemie häufig statt der Aldehyde (oder Ketone) angewendet, zumal sie gegen Alkali beständiger sind als diese. M e t h y 1 a 1 , Methylendimethyläther, Formal, CH2(0CH3)2, entsteht aus Methylen- jodid CHo J., und Natriummethylat, Sdp. 42", d^" 0,855. Findet vielfache Anwendung an Stelle des Formaldehyd?. M e t h V 1 e n d i ä t h y 1 ä t h e r CH2.(OC2H3)2, Sdp. 89", d2" 0,834. Aethyliden - dimethyläther, Dimethvlacetal CH3.CH(OCH3)2, Sdp. 64", d22 0,865. Acetal, Aethyhdendiäthyläther CH3.CH(0C2H5)o findet sich im Rohspiritus, Sdp. 164", d^" 0,8314. G 1 y c 0 1 ä t h e r und Derivate. Bei mehrwertigen Alkoholen, die die Hydro- xylgruppen an verschiedenen Kohlenstoff- atomen tragen, können verschiedene Reihen von Aethern entstehen, je nachdem eine, mehrere oder alle Hydroxylgruppen ,,ver- äthert" sind. Außerdem können noch durch intramolekularen Wasseraustritt zyklische Aether entstehen. Diese ringförmigen Aether (Alkylenoxyde) zeigen besonderes Verhalten und werden deshalb für sich besprochen. Die Glycoläther und ihre Derivate lassen sich nach den allgemeinen Bildungsweisen herstellen, außerdem durch Einwirkung von Alkohol auf die Alkylenoxyde, Glycol-dimethyläther CH3.O.CH2— CHo.O.CHg Sdp. 82"— 83" d" 0,891. Glycolmonoäthyläther C2H5 . 0 . CH2— CH2 . OH Sdp. 127" di30,926. Glycoldiäthyläther C2H5.O.CH.,— CH2.O.C2H5 Sdp. 123" d" 0,8628. 72 Aether Trimethvienglycol-monoäthyläther CjHs.b.CHs— CH„— CH,.OH Sdp. 160» bis 161» dy 0,915. Glycerin-monoäthyläther, Aethylin HO.CHo— CH(OH)— CH2.OC0H5 Sdp. 230», ist in Wasser löslich. Glycerindiäthyläther, Diäthylin HO.CHo.CH(O.C2H5-CH2.0.CoH, Sdp. 191» d^i 0,920, in Wasser wenig löslich. Glycerintriäthyläther, Triäthyhn CaHs.O.CHo-CHfO.CHÖ — CH..OC2H5 ■ Sdp. 185° dl* 0,895, in Wasser unlöshch. Glycerinmonoallylester, Allylin, HO.CH2. CH(OH)— CH2. 0 . C3H5 Sdp. 240« d» 1,116. Nebenprodukt bei der Dar- stellung des Allylalkohols. 7) Z y k 1 i s c h e A e t li e r. A 1 k y 1 e n - 0 X y d e. Die Alkylenoxyde sind innere Aether der Glycole. Bei y-, ö- und z. T. auch bei /J-Glycolen lassen sich die Aether direkt durch Wasserabspaltung (z. B. mittels Schwefelsäure) darstellen. Bei den a-Glycolen gelingt dies nicht. Es entstehen vielmehr statt der dreiglied- rigen zyklischen Aether (a-Alkylenoxyde) die isomeren Aldehyde und Ketone CH.,-OH CH„\ I " —HoO nicht- | )0 CH2-0H ' CH2/ CHO sondern = | + H„0. CW Allgemein bilden sich aber die a-Al- kylenoxyde beim Behandeln der Glycol- halogenester (Chlor- oder Bromhydrine) mit Alkalien CHo-Cl CHov I " + KOH =1 >0 + KOH + H2O CH2— OH CH./ Die fünf- und sechsghederigen ringförmi- gen Aether sind beständig und ähneln in ihren Eigenschaften den gewöhnlichen Aethern. Die dreighederigen z. T. auch die vierglicdrigen Aether haben dagegen stark ungesättigten Charakter und gleichen den isomeren Aldehyden. Die Tendenz zur Addition mannigfacher Stoffe und gleich- zeitiger Aufspaltung des Kinges ist sehr groß. CH,v Aethylenoxvd | ;0 Sdp. 12,5» " ch/ d° 0,898, ist eine neutral reagierende, äthe- rischriechende, bewegliche Flüssigkeit, welche mit Wasser mischbar ist. Der Aether ist isomer mit dem Acetaldeiiyd CH3.CHO und zeigt wie dieser große Ädditionsfähigkeit. Mit Wasser bildet er langsam Glycol, mit Halogenwasserstoff Halogenhydrine, mit Al- kohol Glycolmonoäthyläther. Aldehyde he- fern mit dem Aethylenoxyd Aethjlidenal- CH,— 0. kylidenäther vom Typus | .CH.CHo. CH2-0/ Ammoniak wird addiert zu Oxäthylamin OH CH, CH< NH , Blausäure zum Aethyliden- milchsäurenitril CH,CH' OH CN' Natriumbi- /OH sulfit zur Verbindung CH3.CH/ ^^ ^ Mit Phosphorpentachlorid entsteht Aethylen- Chlorid, mit Magnesiumalkyhden primäre Alkohole CH2\ /J OH2— 0— MgJ I )0 + Mg/ =1 CR/ ^CaHs OH,— C2H3 CHg — C2H5 — > I CH2-OH CH3-CH Propvlenoxvd | ^0 Sdp. 35» CHs^ ist mit Wasser mischbar. Dimethyläthyleno xvd CH.-CH\ I )0 Sdp. 56»— 57». CH3-CH/ T e t r a m e t h Y 1 ä t h V 1 e n 0 x V d (CH,)2.Cx I )0 Sdp. 95»— 96» vereinigt sich (CH3\ C/ mit Wasser unter starker Wärmeentwicke- lung zu Pinakon. Trimethylenoxyd CH„(^pjj'^0. Sdp. 50», mit Wasser mischbar. Tetramethylenoxyd (Tetrahvdro- CH2— CH,x furfuran) 1 )0 Sdp. 57». CH2-CH2/ P e n t a m e t h y 1 e n 0 X y d ^^-\Ch'-Ch'/^ Sdp. 82» d» 0,8800. Die beiden letztgenannten Verbindungen sind gegen Wasser auch bei höherer Tem])eratur vollständig beständig. Sie bilden den Ueber- gang zu einer Klasse von heterocyklischen Ver- bindungen, nämhch vom Furfuran (Furan) CH=CH\ /CH=CHx 1 >0 undPyronCO( >0, CH=CH/ ' \CH=CH" indem sie gewissermaßen deren Reduktions- produkte darstellen. Furan und Pyron kann man auch als Aether ungesättigter Glycole auffassen. Ihr besonderes chemisches Ver- halten, ihre Aehnhchkeit mit Benzolderi- vaten und die große Zahl ihrer Derivate be- rechtigen jedoch die Körper als Stammsub- stanzen einer besonderen Klasse von Ver- bindungen anzusehen und bei den hetero- Aether 73 D i ä t h Y 1 e n 0 xy (1 O/ ^^^ ^-rj " '0 zyklischen Verbindungen gesondert zu be handeln. A e t h V 1 e n ä t h V 1 i d e n ä t h e r CH,-0\ ■' I ' )CH.CH3 Sdp. 82»,5. CHa— 0/ h/ Fp. + 6°, Sdp. 102», d" 1,0482. G 1 y c i d , Epihvdrinalkohol, .CH— CHoOH 0\ i , ist ein Anhydrid des Glycerins, Sdp. 162», do 1.165. .CH-CH,C1 E p i c h 1 0 r li V d r i n 0 ; 1 Sdp. 117», d° 1,203, ist eine leicht beweg- liche, in Wasser unlösliche Verbindung, von süßem Geschmack, dieleicht aus Glycerin durch Einwirkung von Salzsäure erhältlich ist. Epibrom hydrin CH^-CH— CHoBr, Sdp. 130«— 140«. /o\ E p i ä t h y li n CH,-CH— CH2 . OCoH,, Sdp. 129« di2 0,92. /0\ /0\ Erythritäther CH2— CH— CH— CHg Sdp. 138«, dl« 1,113, stechend riechende Flüssigkeit. M a n n i t a n CH2— CH(CHOH)3CH2CH erstes Anhydrid des Mannits, bildet einen in Wasser und Alkohol leicht, in Aether schwer löslichen Gummi, der nur schwer zur Kristall sation gebracht werden kann. [a]n = —25«. M a n n i d /0\ /0\ CH2OH . CH— CH . CH— CH . CH2OH zweites Anhydrid des Mannits, bildet große Kristalle d:e sich in Wasser leicht lösen. Fp. 187«, [a]D= + 91.4«. 2 b) Aroni atische Aether. Die aro- matischen Aether können nach den allge- meinen Bildungsweisen der Aether herge- stellt werden. Für die große Klasse der Aether, die sich von den Phenolen herleiten, gibt es noch einige besondere Darstellungsniethoden: 1. durch Einwirkung von Diszoniethan auf Phenole bei gewöhnhcher Temperatur C6H,.0H + CHoK, - aH,,.0.CH3 + N2 2. durch Einwirkung von Alkoholen auf aromatische Diazoverbindungen, eine Re- aktion, bei der je nach Bedingungen auch Kohlenwasserstoffe entstehen. Meistens spie- len sich beide Vorgänge gleichzeitig ab: C.Hs . N -Cl + CH3 . OH = CßHj . 0 . CH3 + N, + HC1 CeHjNXl + CoH-,.OH = CA + CH3.CHO " + N, + HCl Die aromatischen Aether, namentlich die Phenoläther sind sehr beständige Verbin- dungen. Alkahen wirken häufig gar nicht, verdünnte Mineralsäuren erst bei hoher Temperatur ein. Durch Jodwasserstoff, auch durch Aluminiumchlorid werden sie je- doch leicht gespalten. Phosphorpentachlorid bewirkt keine Spaltung, sondern nur eine Chlorierung im Kern, Bemerkenswert ist das häufige Vorkommen von Phenol-Methyl- äther-Derivaten in der Natur (Anethol, Eugenol, Vanillin usw). Zur Bestimmung der Methoxyl-Gruppen ( — O.CH3) in solchen Verbindungen bedient man sich der Z e i - s e 1 sehen Methode, die auf der Spaltung der Aether durch Jodwasserstoff beruht. Das gebildete Jodmethyl wird in Jodsilber übergeführt und so gewogen (s. Methyl- alkohol in dem Artikel „Alkohol e"). An i s 0 1 , Methylphenyläther, C«H,.0.CH3, angenehm ätherisch riechende Flüssigkeit: Fp. -38«, Sdp. 154,3«, d'^^ 0.988. Phenetol. Aethvlphenyläther, CeHj.O.CaH.,, Sdp. 172«, d» 0,9822. n-P r 0 p V 1 p h e n y 1 ä t h e r CgH^ . 0 . C3H7, Sdp. 190»— 191«, d2» 0,9686. Isopropyl-phenyläther C6H5.O.C3H7, Sdp. 1770,2, d 4 0,9558. n-B u t y 1-p h e n y 1 ä t h e rCfjHä.O.C.iHg, Sdp. 210,3«, d« 0,9500. I s 0 a m y 1 - p h e n y 1 ä t h e r CJI-^ . 0 . CsHu, Sdp. 215«, d 4 0,9198. n - H e p t y 1 - p h e n y 1 ä t h e r CeHs.O.C^H,^, Sdp. 266,8«, d^ 0,9319. n - 0 c t y 1 - p h e n y 1 ä t h e r CgHs . 0 . C,H,„ Fp. + 8«, Sdp. 2*85«, d4 0,9217 Cetyl-phenyläther CeH-.O.CigHg,, Fp. + 41,8«, cfY 0,8434. A 1 1 y 1 - p h e n y 1 ä t h e r CeHs.O.C^H^, Sdp. 191,7«, d\l 0,9856. Aethylen-diphenylenäther CeHs.O.CHo-CHa.O.CßHä Fp. 98«. A e t h y 1 e n - ä t h y 1 - p h e n V 1 ä t h e I- C6H,.O.CH.-CH2.0C.,H, Sdp. 230«, d^^ 1,018 D i p h e n y 1 ä t h e r CeH., . 0 . C.U,, Fp. 28«, Sdp. 257«, riecht geraniumartig. Der Aether besitzt eine auffallend große Beständigkeit; durch Jodwasserstoff wird er auch bei 250« nicht gespalten. Starke Oxydationsmittel (Chromsäure in Eisessig) wirken nicht ein. p-Chlorphenvl- m e t h v 1 ä t h e r C].C5H4.0.CH3,'Sdp. 197,7«. o-Nitrophenyl-methyläther NO0.C6H4.O.CH3, Fp. + 9«, Sdp. 276«, dT 0,268, farblos, p - N i t r 0 p h e n y 1 - m e t h y I ä t h e r NO, . CgH, . 0 .CH,,"^ Fp. 54", d^o 1,233, farblos. 24 - D i n i t r 0 p h e n V 1 m e t h v 1 ä t h e r (N02)2C6H3 . OCH3, Fp.88«, gellgelbeNadehi. 74 Aetlier 2, 4, 6-Trinitrophenvlmethvläther, Pikrinsäuremethvlester, (NOjaCeH, . OCH,, Fp. 64«, d2o 1,408. 2, 4, 6 - T r i n i t r 0 p li c n V 1 ä t li Y 1 - ä t h e r , (N0)AH2 . 0 . CoH„ F"p. 78,5o, fast farblos. o-Amidophenvl -metlivläther, o-Anisidin, NH^.CbH^.O.CH.; Fp. +5», Sdp. 2250, dl 1,1002. p - A m i d 0 p h e n V 1 - m e t h V 1 ä t li e r , p-Anisidin, NH0.C6H4.O.CH3, Fp. 57,2«, Sdp. 243, dll 1,0866. p - A m i d 0 p h e n V 1 - ä t h y 1 ä t h e r , p-Phenetidin,NH2 . 'CB, . 0 . C.,H5,Fp. + 2,4« Sdp. 254«, d'i" 1,0613. Acetyl-p-phenetidin, Phenacetin, CH3CO.NH.aH4-O.C2H5, weiße Blätt- chen, Fp. 135«, wird al, Antipyreticum verwendet. Ebenso die beiden folgenden Aether. DiacetvI-p-phenctidin (CH3CO)2N .CaH^.Ö.CoHj, Fp. 54«. p - A e t h 0 X y - p h e n v 1 s u c c i n i m i d P\Tantin (CH2CO)3.N'.C6H4.0C2H5, Fp. 155«, soll die nachteiligen Wirkungen der Phenacetins nicht haben. G-Kresol-Methyläther, CH3.C6H4.O.CH3, Sdp. 171,3«, d\l 0,9851. m-Kresol-Methyläther, CH3.C6H4.O.CH3, Sdp. 176,6«, d}? 0,9766. p - K r e s 0 1 - M e t h y 1 ä t h e r CHs.CeH^.O.CHg, Sdp. 176,5«, dj? 0,9757. l-3-Xylenol-4-methyläther (CH3)2.C,H3.0CH3, Sdp. 192«. p - 1 s 0 p r 0 p V 1 p h e n 0 1 - m e t h y 1 - ätherC3H,.C6H4.0.CH3,Sdp.212«— 213«, • d^ 0,962. M e s i t 0 1 - m e t h y 1 ä t h e r (CH3)3.CviH„.0CH3, Sdp. 200«-203«. C a r V a c r 0 1 - ni e t h y 1 ä t h e r _^0.CH3 p„/ ^' ( "^-CHa, Sdp. 216,8«, d° ^^■./ \=/ 0,9543. T h V ni 0 1 - m e t h v 1 ä t h e r .jj CH3.0\ " CH3/ \_/ CH, CH3, Sdp. 216,2«, d^ 0,9531. A n e t h 0 1 , p - Propenvlanisol, CH3.CH=CH.CeH4.ÖCH3, findet sich im Anisöl, Sternanisöl, Fenchelöl; Fp. 22,5«, Sdp. 233«, dl^ 0,9936, nn 1,562, süß schmeckendes Oel. a-Naphtol-methyläther, CioH;.O.CH3 Sdp. 269«, d't 1,096 a-Naphtol-äthyläther, C10H-.O.C2H5, Fp. 4- 5,5«, Sdp". 276«, dt 1,0711. a-Dinaphtyläther CioH^.O.CioH,, Fp. 110«, destilliert un zersetzt. |Ö-Naphtol-methyläther (Nerolin) CiqH^ . OCH 3 Fp. 72«, Sdp. 274«. /?-Naphtol-äthyläther C10H-.O.C0H5, Fp.37«, Sdp. 282, d'^ 1,0615 /?-Dinaphtyläther CioH^.O.CiqH,, Fp. 105«, Destilliert mizersetzt. Brenzkatechin-monomethyläther, Guajacol, 1 2 C6H,,(0H)0CH3, Fp. 28,3«, Sdp. 205«, d\l 1,1395«, entsteht bei der trockenen Destil- lation des Guajakharzes. In großen Mengen im Buchenholzteeröl (Ivreosot) enthalten. Brenzkatcehin-dimethyläther, Veratrol, ' CeH4(0CH3),, Fp. + 15«, Sdp. 207,1, d}^ 1,0914. Brenzkatechin-monoäthvläther, Guaethol, CeH.iOHjOCoHs Fp."28«— 29«, Sdp. 217«. R e s 0 r c i n - m 0 n 0 m e t h y 1 ä t h e r C«H4(6h)OCH3 Sdp. 243—244«. Resorcin-dimethyläther C,H4(OCH3>2, Sdp. 217«, dj? 1,0617. H y d r 0 c h i n 0 n - m 0 n 0 m e t h y 1 - äther C8H4(0H)0CH3, Fp. "53«, Sdp. 423«. Hydrochinon-dimethyläther C6H4(OCH3)2, Fp. 55«— 56«, ' Sdp. 212,6» d^^ 1,0526. Homo brenzkatechin-monome- thyläther, Kreosol, CH3 C6H3(0H)0CH3 findet sich im Buchenholzkreosot, Sdp. 221« bis 222«, d}? 1,0956. Homobrenzkatechin-dimethyl- äther, Homoveratrol, CH3 . C6H3(0CH3)2 im Buchenholzteeröl, Sdp. 220«, d}? 1,0973. 0 r c i n - m 0 n 0 - m e t h y 1 ä t h e r 1 5 3 CH3.CeH3(0H)0CH3, Sdp. 261, d4' 1,0970. Propylbrenzkatechinmono- methyläther, Cörulignol, Blauöl, C3H,.C6H3(6h)OCH3 im Buchenholzteer- öl, Sdp. 240«~241«, d4 1,0564. E u g e n 0 1 , AUylguajacol, --O.CH3 CHo=CH.CH2-f ^-OH Hauptbe- standteil des Nelkenöls, findet sich aucli im Sassafrasöl, Zimtblätteröl, Myrrhenöl, Lorbeerblätteröl, Sdp. 235«, d\l 1,0695. Oel von Nelkengeruch und brennendem Geschmack, gibt mit Eisenchlorid in alkoholischer Lösung Blaufärbung. Das Eugenol ist das Ausgangsprodukt bei der künsthchen Darstellung des Vanillins. Durch Erhitzen mit Kah wird es zuerst in Isoeugenol (s. u.) umgelagert. Dieses wird dann oxydiert, wodurch Vanillin 4' Aether — Aetzfiguren 75 _/0CH3 OHC — <^ ^— OH neben Veratrumsäure HOOC.C6H3(HO)OCH3 entstehen. E u fi: e n 0 1 m e t h V 1 ä t h e r CH2=CH.CH2-CeH3(OCH,),, Sdp. 244« bis 2450, d^ 1 055. 0 Safrol CHo^CH.CH.-^ ^~^^ ist ein zylilischer Aether (Methylenäther), welcher im Sassafrasöl vorkommt, Fp. +8", Sdp. 232», di8 1,0956 gibt bei der Oxydation ^—4 )CH, undPi- PiperonalOHC-'^' '^-0/ peronylsäure, Betelphenol, Chavibetol, _//0H CH„=CH.CH— ^ '^— OCH3, findet , \^/ sich im Betelblätteröl. Sdp. 254"— 225». dl« 1,067. Isoeugenol _/0CH3 CH3.CH-CH— -^ "^— OH Sdp. 267«, dlä 1,0907. I s 0 e u g e n 0 1 m e t h Y 1 ä t h e r CHg.CH^CH.CsHaCOCHs),, Sdp. 263«. Isosafrol /O /=' ;CH2, Sdp. CH3.CH=CH-/ ^-^^ 246«— 248«. 5;^-Pyrogalloltrimethvläther ^-. CeH3(0CH3)3 Fp. 47«, ^Sdp. 241«, dl? x^ 1,1118. V: P h 1 0 r 0 g 1 u .c i n t r i m e t h y 1 ä t h e r t> CeH3(OCH3).„ Fp. 52«. ''N Myris ticin \ ==/^\cH ^CH, = CH.CH,— ^ \-0^ \O.CH3 Sdp.io 142«, di5 1,141 findet sich im Muskatblüten- und Petersilienöl. OCH3 \ / ^ \ CH,, Apiol CH,= CH.CH2— / \_n/ \ 0' / \ OCH3 findet sich Im Petersiliensamül, Fp. 30o Sdp. 294". B e n z V 1 m e t h y 1 ä t h e r C6H5CH,.0.CH; Sdp. 170,5" d^^ 0,9711. Benzyl-äthylätlier, CsHsCHo.O.CjHä Sdp. 185". Benzvl-n-propyläther CgHsCHo .O.CoH, Sdp. 196«. B e n z V 1 a m y 1 ä t h e r CgHsCH, . 0 . C5H1 1 Sdp. 231«— 232«, d22 0,911. B e n z Y 1 p h e n y 1 ä t h e r C«H,CH,.0.CfiH5, Fp. 38«— 39", Sdp. 286« bis 287". D i b e n z V 1 ä t h e r C.H^CH,. 0 .CHoCeH^. Sdp. 29.5"— 298" d^« 1,0359. B e n z h y d r 0 1 - ä t h Y 1 ä t h e r (CsHj), CH.0.C,H.3,"Sdp. 288" d^" 1,029. B e n z h Y d r 0 1 ä t h e r (CeH5);CH.O.CH.(CeH3), Sdp. 267«. T r i p h e n y 1 c a r b i n 0 1 m e t h Y 1 - äther (CeH5)3C.0.CH3 Fp. 82". Triphenylcarbinol-äthyl- äther (C6H5)3C.O.CoH5, Fp. 83«. Triphenvlcarbinol-propyl- äther (C6H5)3C.0.C3H: Fp. 56". Literatur. F. Ißellstein, Handbuch der orga- nischen Chemie, Hamburg 1893 bis 1906. G. Iteddelien. Aetzfignren. 1. Die Aetzfigiuen als Resultat der von der Richtung abhjiugigen Auflösungsgeschwindigkeit eines Ivristalls. 2. Die Gestalt der Aetzfiguren ist abhängig von ihrer Bildungsgeschwindigkeit. 3. Mit Hilfe der Lichtfiguren kann nachgewiesen werden, daß die Aetzflächen dem Gesetz von der Rationalität der Indices gehorchen. 4. Die Aetzflächen besitzen einen maximalen Lösungs- widerstand. 5. Die Aetzfiguren wechseln mit dem Lösungsmittel. 6. Die Aeztfiguren als wich- tiges Hilfsmittel zur Erkennung der Symmetrie- eigenschaften eines Ivristalls. 7. Anomale Aetz- figuren. fi. Die Aetzfiguren als Resultat der von der Richtung abhängigen Auf lösungs- geschwindigkeit eines Kristalls. Wie alle Eigenschaften, so hängen auch W a c h s - t u m und A u f 1 ö s u n g s g e s c h w i n - d i g k e i t bei einem Kristall von der Kich- tung ab, d. h. sie sind in verschiedenen Kichtungen im allgemeinen verschieden groß. Für die Auflösung hat das L a v i z a r r i dadurch nachgewiesen, daß er Kugehr von Aragonit, Kalzit und Dolomit der Einwir- kung von Salpetersäure aussetzte. Hierbei ging die Kugelform regelmäßig sehr bald verloren und 'es entstand aus ihr beispiels- weise beim Kalkspat eine hexagonale Pj'ra- mide — ein Resultat, das nur durch eine von der Richtung abhängige Auflösungsgeschwin- digkeit erklärt werden konnte. Schon lange 76 Aetzfiguren vor L a V i z z a r i haben Daniel und F. L e y d 0 1 1 auf ganz ähnliche Erscheinun- gen aufmerksam gemacht, wenn sie sie auch noch nicht in der angedeuteten Weise er- klärt haben. Speziell L e y d o 1 1 hat sich viel mit der Zersetzung relativ leicht lös- hcher Kristalle, wie Steinsalz, Alaun, Sal- peter usw in einer feuchten Atmosphäre be- schäftigt. Eine solche Zersetzung setzt im allgemeinen nicht etwa an allen Stellen gleich- mäßig ein, sondern sie beginnt infolge von Inhomogenitäten an der Kiistalloberfläche, oder ähnlichen Ursachen von einzelnen Punk- ten aus. Sie schreitet auch nicht nach allen Richtungen gleichmäßig fort. Es entstehen infolgedessen keine kugelförmigen, sondern gesetzmäßig von ebenen Flächen begrenzte Vertiefungen. Für sie hat man allgemein den Namen Aetzfiguren eingeführt. 2. Die Gestalt der Aetzfiguren ist abhängig von ihrer Bildungsgeschwindig- keit. Beide, Daniel und L e y d o 1 1 , haben darauf aufmerksam gemacht, daß diese Aetzfiguren einen merkwürdigen Paral- lehsmus mit den Symmetrieeigenschaften der betreffenden Mineralien aufweisen. Denn L e y d 0 1 1 fand, daß auf den Würfel- flächen des Steinsalzes regelmäßig vierseitig, auf den Oktaederflächen des Alaun dreiseitig begrenzte Vertiefungen entstehen, also all- gemein Vertiefungen, die in enger Beziehung zur äußeren Gestalt des Kristalls stehen. Ferner liegen, wenn wir als Beispiel das Stein- salz herausgreifen, die vierseitigen Aetz- figuren nicht wirr durcheinander, sondern ihre Kanten gehen einander und ebenso denen des ganzen Kristalls parallel, wie das auf Figur 1 zu sehen ist. Also auch hier herrscht eine Gesetzmäßigkeit. Weiterhin zeigt die gleiche Kristall- fläche, wenigstens wenn man dieselbe Methode der Aetzung beibehält, immer wieder die gleiche Aetzfigur. Das trifft allerdings dann meistens nicht mehr zu, wenn wir das Lösungsmittel, mit dem wir ätzen, än- dern. Hierüber hat be- V. Ebner eingehende Unter- angestellt. Er hat einmal den Kalkspat mit konzentrierter Salz- und Sal- petersäure geätzt und ferner auch mit kon- zentrierter Ameisensäure. Im ersteren Falle bildeten sich die Aetzfiguren sofort und Ebner nennt sie daher i n s t a n t a n e. Im zweiten Fall entstanden sie nur langsam; daher werden sie retardierte genannt, und wiesen auch andere Formen auf. Beide Arten bezeichnet inan auch allgemein als Lösungsgestalten. Ebner konnte nun wenigstens für den Kalkspat nachweisen, Fig. 1. sonders V. suchunaen daß die voneinander abweichenden Ausbil- dungsformen der Aetzfiguren bedingt sind durch die verschiedenen Geschwindigkeiten, unter denen sie sich bilden. Das ist auch durchaus verständlich. Wenn wir nämlich, wie wir das auf Grund zahlreicher anderer Untersuchungen tun müssen, die Auflösung als den dem Wachstum in jeder Beziehung reziproken Vorgang auffassen, so haben wir bei dem Kristallwachstum ein vollkommenes Analogon zu den eben besprochenen Er- scheinungen am Kalkspat, denn es ist ja allgemein bekannt, daß die Gestalt eines Kristalles .^ehr stark beeinflußt wird durch seine Wachstumsgeschwindigkeit, daß er andere Formen dann ausbildet, wenn er schnell, statt langsam wächst. Im ersten Fall treten V i z i n a 1 f 1 ä c h e n besonders gern auf. Wenn eine Fläche so stark geätzt wird, daß die einzelnen Aetzgrübchen dicht aneinander grenzen und infolgedessen die Reste der urspr imglichen Kristalloberflächen als Erhebungen emporragen, so bezeichnet man sie nach dem Vorgange von B e c k e als Aetzhügel. Für sie gelten natürhch auch die gleichen Gesetze wie für die Aetz- grübchen. 3. Mit Hilfe der Lichtfiguren kann nachgewiesen werden, daß die Aetz- flächen dem Gesetz von der Rationalität der Indices gehorchen. Durch die Aetzung wird nun auch noch eine andere, oft sehr schöne Eischeinung hervorgerufen, auf die schon D. Brewster aufmerksam gemacht hat, nämlich die L i c h t f i g u r e n. Bringt man eine angeätzte Kristallfläche dicht vor das Auge und zwar so, daß die von einer etwa 1 bis 2 m entfernten Lichtquelle aus- gehenden Strahlen auf ihr reflektiert in das Auge dringen, so erscheint das Gesichtsfeld nicht gleichmäßig hell, sondern man beobach- tet mehrere gerade oder gebogen verlaufende und sich durchkreuzende Lichtstrahlen. Nach Brewster haben sich vor allen Dingen L e y d 0 1 1 , v. K 0 b e 1 1 , K. H a u s - h 0 f e r , L. W u 1 f f und F. B e c k e damit beschäftigt, wie diese Lichtfiguren zustande kommen. Durch ihre Untersuchun- gen wissen wir, daß sie auf der Beugung des Lich- tes an den kleinen, durch die Aetzung gebildeten Flächen beruhen. Daß übrigens ein solch enger Zusammen- hang zwischen A e t z - und L i c h t f i g u r e n bestehen muß, ersieht man schon aus den nach- stehenden Abbildungen, wo in Figur 2 die iVetz- figuren auf der Rhomboederfläche des Kalk- Fi£. 2. Aetzfiguren 77 spates und in Figur 3 die dadurch verur- sachten Lichtfiguren dargestellt sind. Ebenso gibt Figur 4 eine starlv geätzte Würfelfläche am Svlvin wieder. Auf ihr sieht man sowohl ein- Fig. zelne, wohl ausgebildete Aetzgrübchen als auch Aetzhügel, „die sich in diesem Falle darstellen als eine, nach zwei Richtungen diagonal zur äußeren Umrandung des Grübchens ver- laufender Streifung'". Diese Fläche hefert die in Figur 5 abgebildete Lichtfigur, „welche w ^ Fis. 4. Fig. 5. diagonal zur Streif ung orientiert, einem rechtwinkhgen Ki-euze gleicht mit mehreren ausgezeichneten Kulminationspunkten". Da wir nun, wie ich schon angedeutet habe, die Aetzgrübchen sozusagen als negative Kristalle aufzufassen haben, so müssen wir auch an- nehmen, daß die sie begrenzenden Flächen dem Gesetze von der Rationahtät der Indices gehorchen. Tatsächlich ist diese Vermutung experimentell bestätigt worden von G. L i n c k am Svlvin. Indem er an der oben abgebildeten Lichtfigur (Fig. 5) auf deniGonio- meter die Abstände der einzelnen Kulmina- tionspunkte voneinander maß, konnte er nachweisen, daß die diese Lichtpunkte her- vorrufenden Flächen auf der a-Achse Ab- schnitte liefern, die in dem rationalen Ver- hältnis 2:5:6 stehen. In der gleichen Weise hat sich F. B e c k e eingehend mit diesem Gegenstand beschäftigt. Er hat ebenfalls am Goniometer Lichtfiguren ausgemessen und damit die kristallogra|)hische Lage der Aetzfläche bestimmt. Insbesondere hat er dabei seine Aufmerksamkeit den sogenannten P r ä r 0 s i 0 n s f 1 ä c h e n zugewandt, unter denen man die Aetzflächen versteht, die sich an Kanten und Ecken eines Kristalls ausbilden und diese letzteren ab.,tumpfen, so, wie man das in der Figur 6 am Kalkspat sieht. In neuester Zeit hat H. T h i e n e sehr Fig. G. schöne Lichtfiguren am Beryll von Tonker hoek in Südwestafrika beobachtet und daran wiederum das Gesetz von der Rationalität der Lidices nachgewiesen. 4. Die Aetzflächen besitzen einen maximalen Lösungswiderstand. Nachdem durch diese Arbeiten der Beweis erbracht war, daß die Aetzflächen ihrer Lage nach scharf definiert sind, kam es B e c k e darauf an, zu erforschen, welche von den kristallo- graphisch möglichen Flächen sich nun letzten Endes bei der Aetzung ausbilden. Zu seinen Versuchen verwandte er Zinkblende, Blei- glanz, Magnetit und Flußspat, alles MineraMen, die sehr scharf ausgeprägte Aetzfiguren lie- fern. An ihnen hat B e c k e einwandfrei nachweisen können, daß die die Aetzfigur begrenzenden Flächen regehnäßig eine mini- male Lösungsgeschwiudigkeit besitzen, oder was dasselbe heißt, einen maximalen Lösungs- widerstand. B e c k e kam zu diesem Resultat durch die Messung von Auflösungs- geschwindigkeiten und zwar ver- fuhr er dabei in folgender einfacher Weise. Mehrere ihrer Lage nach verschiedene, ange- schliffene Kristallflächen setzte er für gleich lange Zeiten der ätzenden Wirkung des glei- chen Lösungsmittels aus und maß dann ver- mittels einer Mikrometerschraube, wi«. tief die Aetzung gedrunß-en war, d. h. wie viele Substanz sich von der ursprünglichen Fläche abgelöst hatte. Das lieferte ihm dann sofort 78 Aetzfiguren ein relatives Maß für die Auflösiingsgeschwin- digkeit der einzelnen Kristallflächen, die, wie sich hierbei ebenfalls heransstellte, im allgemeinen von Fläche zu Fläche außer- ordentlich verschieden ist. Z, B. verhält sich die Lösungsgescliwindigkeit von Würfel: Oktaeder: Rhombendodekaeder am Fluorit in Sodalösung wie 2,75:1,00:1,17, dagegen in Salzsäure wie 1,00:1,48:1,62. 5. Die Aetzfiguren wechseln mit dem Lösungsmittel. Aus den augeführten Zahlen geht außerdem hervor, daß die Lösungs- geschwindigkeit auch in hohem Maße abhängt von dem Lösungsmittel. Denn während in Sodalösung sich die Würfeltlächc des Fluorits bei weitem am schnellsten löst, wird in Salzsäure von den drei Flächen das Rhom- bendcdekaeder am stärksten angegriffen. Andererseits gibt es aber auch hier wieder gewisse Regelmäßigkeiten, denn sowohl in Salzsäure wie in Sodalösung lösen sich Wür- fel, Oktaeder, Dodekaeder verhältnismäßig viel langsamer auf als Ikositetraeder, Triakis- oktacder und Tetrakishexaeder. Die Flächen nun mit minimaler Lösungsgeschwindigkeit, d. h. nach dem vorigen die, welche vor allen Dingen als Begrenzung der Aetzhügel und Aetzgrübchen auftreten, bezeichnet B e c k e als H a u p t ä t z f 1 ä c h e n und die Zone, der die Hauptätzflächen angehören, als Hauptätzzone. Beispielweise bilden bei Zinkblende Salzsäure gegenüber die Flächen (111) (001) die Hauptätzzone. Aber nicht nur bei Salzsäure ist das der Fall, sondern allgemein bei allen Säuren, die B e c k e angewandt hat. Dagegen wird die Zinkblende durch Alkalien in ganz anderer Weise geätzt. Hieraus hat B e c k e folgenden wichtigen Schluß gezogen: ,,Der Erfolg der Aetzung wird bei einer Aenderung des Lösungs- mittels dann ein anderer, wenn durch das neue Aetzmittel ein ganz anderer chemischer Prozeß hervorgerufen wird." Freilich voll- kommen identische Aetzfiguren liefern ver- schiedene Säuren meistens auch niclit, ja, es treten sogar oft schon merkliche Unter- schiede auf, wenn man die gleiche Säure in verschiedener Konzentration anwendet. Ein besonders lehrreiches Beispiel hierfür bieten die Versuche B a u m h a u e r s am Apatit. Wenn man diesen mit Salzsäure auf der Basis ätzt, dann entstehen Aetzfiguren, die ihrer Lage nach Pyramiden dritter Art ent- sprechen, deren Drehung aber mit der Kon- zentration der Säure variiert. Bei jeder Konzentration gibt es solche mit positivem (e) und negativem (£1) Drehungswinkel (Fig. 7). Wie nun die folgende Tabelle zeigt, hängen s und Ei sehr stark ab von der Konzentration der Säure. Drehung der Aetzfiguren am Apatit bei Ver- wendung einer mit Wasser zu verdünnenden Salzsäure vom spez. Gew. 1,130. Nach B a u m - h a u e r. Gehalt an Drehungswinkel HCl E El 100 % 27020—27010' 80% 24030— 28057' 60% 22057— 28043' (negativ) 40% 19033'— 22010' 20% I804O'— 280' 10% 18021'— 28031' 5% 1805' — 1% 1704' — 6. Die Aetzfiguren als wichtiges Hilfs- mittel zur Erkennung der Symmetrie- eigenschaften eines Kristalls. Besondere Aufmerksamkeit und Bedeutung haben aber die Aetzfiguren deswegen gewonnen, weil sie, wie schon in der Einleitung angedeutet wurde, ein ausgezeichnetes Mittel zur Be- stimmung der Symmetrieeigenschaft eines Kristalls darstellen. Sie sind in dieser Bezie- hung tatsächlich das beste Erkennungs- merkmal, das wir besitzen und sind ins- besondere den optischen Methoden weit überlegen. Aus dem Fundamentalgesetz der Kristallographie, daß jeder geometrischen Symmetrie auch eine Symmetrie in den physikalischen Eigenschaften entsprechen muß, folgt ja ohne weiteres der übrigens von B t c k e auch experimentell festge- stellte Satz, daß geometrisch gleiche Flächen auch gleiche Auflösungsgeschwindigkeiten besitzen müssen. Hieraus wiederum ergibt sich als nötige Konsequenz, daß die Aetz- figuren alle Symmetrieeigenschaften des Kristalls selbst besitzen müssen und daß umgekehrt Symmetrieeigenschaften, die die Aetzfiguren nicht besitzen, auch dem Kristall nicht zukommen. Von diesem Gesichts- punkt aus hat zuerst Brauns nachge- wiesen, daß NaCl und KCl nicht zur gleichen Klasse des regulären Systems gehören, sie also auch nicht, wie man früher meinte, isomorph sind, denn die Aetzfiguren am Stein- salz entsprechen Pyramidenwürfehi (Fig. 1), die am Sylvin (Fig. 4) rechten Gyroedern. Daraus folgt, daß das Chlornatrium regulär holoedrisch la-istalMsiert, das Chlorkahum höchstens zur gyroedrisch-hemiedrischen Aetzfiguren — Afterkristalle 79 Fig. 8. Klasse gehört. Ebenso hat luan nachge- wiesen, daß auch Kalkspat und Dolomit nicht in die gleiche Symmetrieklasse ge- hören, denn Kalkspat zeigt auf der Rhom- boederfläche monosymmetrische Aetzfiguren (Fig. 2), der Dolomit dagegen asymme- trische (Fig. 8). Infolgedessen ist der Kalk- spat hemiedrisch, der Dolomit rhonibo- edrisch-tetartoediisch. So könnte man noch eine große Reihe von Minerahen auf- zählen , wo die Aetzfiguren das Mittel zur Er- kennung ihrer Symmetrieeigen- schaften waren und damit auch zur Entscheidung der Frage, welche Ivris- talle isomorph mit- einander sind und welche nicht. Denn nach der Definition des Isomorphismus müssen wir ja erwarten, daß zwei wirklich isomorphe Körper auch gleiche, d. h. gleich symmetrische Aetz- figuren zeigen, wie das ja auch tatsächhch beispielsweise für die Reihe der Phosphate Apatit, Mimetesit, Pyromorphit und Vana- dinit zutrifft. 7. Anomale Aetzfiguren. Aber ebenso, wie es optisch anomale Kristalle gibt, gibt es auch solche, die sich in bezug auf die Aetz- figiiren anomal verhalten, d. li. danach eine geringere Symmetrie aufweisen, als ihnen tatsächhch geometrisch zukommt. Solche abnorm unsymmetrischen Aetzfiguren hat z. B. B e c k e n k a m p in neuerer Zeit am Baryt und Aragonit ausführlich beschrie- ben und E. S 0 ni m e r f e 1 d t hat auch dafür auf Struktur-theoretischer Grundlage die Erklärung zu geben versucht. Vor B e k - k e n k a m p hat schon B e c k e an gewissen Flußspatkristallen ähnhch anomale Aetz- figuren beobachtet; dabei ist ihm außerdem aufgefallen, daß mit der Aetzanomalie immer eine optische Anomahe Hand in Hand geht. Das erscheint besonders wichtig zur Er- klärung dieser ganzen Erscheinung, denn jedenfalls werden, wie auch B e c k e hervor- hebt, die beiden Anomahen die gleichen Ursachen haben. Literatur. H. Batimhauer, Die Resultate der Aetzversuche, Leipzig 1894. — Lavizzari, Nou- veaux phenomenes des corps crystaUises Lugano 1865. — V. V. Ebner, Sitzungsberichte der Wiener Akademie 1854. Ueber eine neue 31ethode, die Struktur und Zusammensetzung der Kristalle zu untersiichen mit besonderer Berücksichtigung der Varietäten des rhomboedrischen Quarzes. — Derselbe, Die Lösungsflächen des Kalkspates und des Aragonites I, Lösungsflächen und Lösungsgestalten des Kalksjmtes, Sitzungsberichte der K. K. Akad. d. Wissensch., Wien 1884, 80, II, S. 369. — Derselbe, Die Lösungsflächen des Kalkspates und Aragoniis II. Die Aetzfiguren des Kalkspates III. Die Lösungsflächen des Ära- gonits. — F. Becke, Aetzversuche an Mineralien der Magnetit gruppe, Tschermaks min. petr. ßlilteilungen, Bd. VII, 1885, S. 200. — Derselbe, Aetzversuche am Fluorit, Tschermaks min. min. petr. MitteiL, Bd. XI, 1889, S. 349. Derselbe, Aetzversuche am Pyrit, Tschermak s min. petr. ßlitteilungen, Bd. VIII, 1886, S. 239. — G. Linck, Aetzfiguren am Sylvin, Tscher- maks min. -petr. Mitteilungen XII, 1891, S. 82. — H. Thiene, Ueber Apatit und Beryll von Tonkerhoek, Neues Jahrbuch für Mineralogie 1909. S. 97. — lt. Brauns, Ein Beitrag zur Kenntnis der Strukturflächen des Sylvin. Neues Jahrbuch für Mineralogia 1886, S. 224. — E. Sommer- felclt, Anormale Aetzfiguren und ihre Erklärung durch die Strukturtheorie, Zentralblatt für ßline- ralogie 1907, S. 111. A. Ritzel. Alterkristalle. Pseudomorphosen. 1. Wesen und Bedeutung der Afterkristalle. 2. Ursachen ihrer Entstehung. 3. Nomenklatur. 4. Paramorphosen. 5. Umwandlungspseudomor- phosen. 6. Verdrängungspseudomorphosen. 7. UuihüUungspseudomorphosen. 8. Künstliche Nachbildung von AfterkristaUen. I. Wesen und Bedeutung der After- kristalle. Die Minerahen sind nach ihrem, Entstelmngsakt durch physikahsche und chemische Einflüsse fortwährenden Wandlungen unterworftn. Meist wirken diese Faktoren indessen so langsam, daß sich die Veränderungen, die sie hervorrufen, nicht direkt beobachten lassen ; oder die Vorgänge haben sich schon vor langen Zeiträumen ab- gespielt, so daß nunmehr allein die ent- standenen Umwandlungsprodukte vor- Hegen. Erfolgen die Alterationsvorgänge an mehr oder weniger gut ausgebildeten Ivristal- len derart, daß sie sich ohne wesentliche Aenderungen der ursprünghchen Kristall- begrenzung vollziehen, so entstehen Gebilde, die als A f t e r k r i s t a 1 1 e (Pseudomor- phosen) bezeichnet werden. Aeußeihchstelkn sie sich dar als polyedrische Körper, die bis- weilen noch ebene Flächen und scharfe Kan- ten besitzen. Linerhch bestehen sie indessen nicht immer aus einem einheithchen Lidi- viduum, sondern sind bisweilen aus Aggie- gaten von körniger, blättriger oder dichter Struktur gebildet. Die Substanz, die nach der Umwandlung das Kristallgebäude erfüllt, zeigt bei Untersuchung ihrer physikalischen Eigenschaften, daß die aufgeprägte Kristall- form keineswegs die ihr eigentümliche ist. Sie erweist sich bisweilen als amorph, trotz polyedrischer Begrenzung, oder die optischen Eigenschaften sind die eines doppeltbrechen- 80 Afterkristalle den Körpers, während jene reguläre Sjmi- metrie besitzt. Diese Inkongruenz zwischen der äußeren kristallographischen Begrenzung und den physikahschen Eigenschaften der Sub- stanz liefert ein Unterscheidungsmerkmal der Afterkristalle von echten Kristallen. Denn es kann noch die Substanz jener der des ursprünghchen Kristalls chemisch gleich sein. Indessen sind diese Pseudomorphosen verhältnismäßig selten. Weit mehr verbreitet sind die Arten von Pseudomorphosen, die ihre Entstehung einfachen oder kompli- zierteren physikalisch-chemischen Prozessen verdanken. Hierbei verändern sich die Kristalle in der Weise, daß ihre Bestand- teile vollständig oder nur teilweise fort- geführt, ersetzt oder umgewandelt werden. Die Bedeutung der Afterkristalle liegt nun darin, daß ihre rückständige K r i , t a 1 1 f 0 r m den Ausgangspunkt einer Reihe von Umwandhingsvorgängen festlegt, indem sie eine Bestimmung des Ursprungs- materials ermöglicht, selbst wenn dieses in der Pseudomorphose völlig verschwunden ist. Diese dagegen markiert in ihren geänder- ten physikalischen und chemischen Eigen- schaften einen zweiten Punkt der Umwand- lungserscheinung. Durch das Studium der Pseudomorphosen kann man daher häufig Vorgänge, die z. B. auf Erzlagerstätten um- bildend tätig gewesen waren, kennzeichnen, die dann wiederum zu wichtigen Schlüssen in genetischer Hinsicht führen. 2. Die Ursachen ihrer Entstehung. Treten chemische Aenderungen bei der Pseudomorphosierung nicht auf, so können nur Einwirkungen physikalischer Natur, also Druck-, Temperaturänderungen tätig gewesen sein. Derartig gebildete Afterkristalle hat man mit dem Namen Paramorp hosen belegt. Die chemische Beeinflussung er- folgt durch die Atmosphärihen Sauerstoff, Kohlensäure und Wasser oder durch wässe- rige Lösungen, die überall auf der Erdober- fläche zirkulieren und mit Salzen aller Art beladen sind. Wenn auch diese Lösungen z. T. sehr verdünnt sind, so widersteht ihnen dcch infolge der langandauernden Einwirkung kein Mineral. Es entstehen auf solche Weise, indem sich Bestandteile des Minerals mit denen der Lösung verbinden, Oxyde, Hydr- oxyde, wasserhaltige Silikate, Karbonate u. a. ; durch reduzierend wirkende Stoffe können aus Metallverbindungen kristaUi- sierte Metalle abgeschieden werden. Die Entstehung der Pseudomorphosen ist durch gleiche Ursachen bedingt, wie die Ver- witterung der Minerale an sich. J. Roth unterschied, allerdings willkürlich, einfache und komplizierte Verwitterung. Einfache Verwitte- rung bedingt, durch die Atmosphärilien, sollte zu Karbonaten, Oxyden, wasserhaltigen Pro- dukten führen, etwa wie bei der Pseudomor- phosierung von Eisenspat. Aus FeCOs bildet sich durch koldensäurereiches, sauerstoffhaltiges Was- ser Brauneisenerz 2 FeaOg.S H2O. Komplizierte Verwitterung, durch Hinzutreten von Salz- lösungen, sollte die übrigen Umwandlungserschei- nungen hervorrufen. Insbesondere sind hier zu nennen che durch doppelte Umsetzung eines reziproken Salzpaars entstehenden Produkte. Wenn z. B. Gips CaS04.2 HgO mit Lösungen von Natriumkarbonat in Berührung gelangt, so tritt ein wechselseitiger Umsatz ein. Es bildet sich lösliches Natriumsulfat, während die Kohlen- säure im neugebildeten Kalkspat oder Aragonit zurückbehalten wird. So entstehen die U m w a n d 1 u n g s - p s e u d 0 m 0 r p h 0 s e n , indem neue Ge- bilde hervorgehen, die durch Verlust oder Aufnahme von Stoffen oder durch beide Wirkungen zugleich aus dem Ursprungs- material abzuleiten sind. Der Umwandlungs- vorgang selbst wird, wenn die KristalLform erhalten blieb, langsam fortgeschritten sein. Er beginnt meist in der äußeren Rinde und dringt auf Spaltrissen weiter ins Innere, wodurch z. B. beim Olivin ein Netz von Serpentinmaterial entsteht, das noch un- veränderte Olivinkörner enthält. Das Mi- kroskop hat zahlreiche derartige Umwand- lungserscheinungen an den gesteinsbildenden Mineralien kennen gelehrt. Fast stets ist bei diesen Silikaten die Umwandlung mit einer Wasser aufnähme verbunden. Manchmal be- ginnt auch die Umwandlung im Innern eines sonst scheinbar vollkommenen Kristalls: Plagioklase zeigen bisweilen äußerlich keine Veränderung. Zerschlägt man aber einen solchen Kristall, so erscheint im Linern ein in Kaolin umgewandelter Kern. Die Lösung ist auf feinen, kapillaren Sprüngen ins Innere eingedrungen. Da nun der Kristall hier aus basischen, leichter angreifbaren Stoffen be- stand, so hat an dieser Stelle die Umwand- lung begonnen. Die Hülle ist, weil aus wider- standsfähigerem Material aufgebaut, fast nicht alteriert worden. Nicht nur die Form, sondern auch die Spaltbarkeit des ursprünglichen Minerals kann dem Afterkristall erhalten bleiben, oder es können sich gar ,, Pseudomorphosen nach der Spaltbarkeit" bilden ( J. S a m 0 j 1 0 f f , Zentralbl. f. Min. usw. 1908 6). Auf Erz- gängen des Nagolnygebirges tritt Cerussit in dünnen Tafeln auf, die, sich regelmäßig schneidend, eine Reihe von Kammern bilden. Die Richtungen dieser Tafeln entsprechen den Richtungen der Spaltbarkeit von Zink- blende. In deren Spaltrissen haben zirku- lierende bleihaltige Gewässer Bleikarbonat abgesetzt. Dann wurde die Zinkbbnde auf- gelöst, so daß als ,,Rest" nur die Spalten aus- füllungen zurückblieben. Li manchen Fällen ist der Afterkristall Afterkristalle 81 kristallographisch zum primären Kristall orientiert; man bezeichnet solche, wenn z. B. die Richtunia; der kristallographischen Haupt- achse dieselbe bheb, als horaoachse Pseudomorphosen. Von den Umwandlungspseudomorphosen hat man die Gruppe der Verdrängung;s- pseudomorphosen abf?etrennt. Hier tritt ein schwerer löshchcs Mineral (Gips) an die Stelle eines leichter löshchen (Stein- salz). Es ist bei vöUigem Verschwinden des primären Minerals schwierig zu ent- scheiden, ob nicht etwa eine Umhüllungs- p s e u d 0 m 0 r p h 0 s e (7) vorliegt. Wird nämlicli auf mechanischem Wege oder durch chemischen Niederschlag ein Kristall durch eine schwerlöshche Substanz umhüllt, und wird er nun durch irgendeinen Vorgang aufgelöst, so entsteht ein Hohlraum, der eine Form für die ihn füllende Substanz abgibt. Auch kann ein Ivrlstall aus einem Gestein herauswittern, und der freie Raum Gelegenheit zur Bildung einer Pseudo- morphose geben. Die so entstehenden Au s - f ü 1 1 u n g s 1) s e u d 0 m 0 rp hosen zeigen häufig innerlich unvoMständige Ausfüllung durch Kristall', die eine nach dem Innern zu gerichtete Stellung einnehmen. 3. Nomenklatur. Die Bezeichnung After- kristalle führte A. Werner ein ; der Aus- druck Pseudomorphose stammt von R. J. Hauy. Die Einteilung der Pseudomor- phosen nach den eben geschilderten Ent- stehungsursachen rühren von R. Bin m her, der zuerst eine systematische Bear- beitung ausführte. Ihm verdankt man auch die Ausdrucksweise ,. Pseudomorphose von A nach B'', worin B die primäre Sub- stanz bezeichnet. Andere Einteilungen schlugen noch vor C. F. Naumann, A. Kenngott und E. Geinitz (vgl. die Literaturangaben). Die chemische Um- bildung großer Massen dichter Minerahen wird im allgemeinen nicht als Pseudomor- phose betrachtet; wie ja auch durch den Namen Afterkristall ausgedrückt werden soll, ist hierzu die Erhaltung der Form wesentlich. Es ist mit Sicherheit nicht immer zu entscheiden, unter welche Rubrik ein After- kristall zu stellen ist, da man seinen Bil- dungsgang nicht eindeutig kennt. Li den folgenden Absclmitten sind einige Beispiele aus der unendlichen Fülle genannt. 4. Paramorphosen. Paramorphosen in- folge molekularer Umwandlung, hervorgeru- fen durch Temperaturänderungen, kennt man bei enantiotrop-polymorphen Stoffen, wie z. B. beim Boracit (Mg, CI2 Bj6 O30). Dieser tritt in regulären Formen auf, zeigt aber Zwilhngsbildung und Do]3pel- brechung rhombischer Kristalle. Bei Tem- peraturen über 265 ° wird er einfach brechend. Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Band I Ebenso verhält sich Leucit (K AI Sij Og), der in rege'mäßig ausgebildeten Kristallen (Ikosi- tetraeder) auftritt. Er ist eine Paramor- phose einer rhombischen Modifikation nach einer regulären, die erst über Temperaturen von ca. 700 " stabil wird. Es läßt siffi daraus der Schluß ziehen, daß Leucit über 700« ent- standen sein muß. Hierher gehören auch die verschiedenen enantiotrop-dimorphen Modifi- kationen von Si 0^: Tridymit (hexagonale Kristallform bei optisch-rhombischer Sym- metrie), Cristobaht (doppeltbrechend bei regulären Begrenzungsformen) und Quarz. Dieser zeigt bei 575 « eine enantiotrope Umwandlung, die sich durch sprungweise Aenderimg in der Stärke der Lichtbrechung und der Doppelbrechung dokumentiert. Bei höheren Temperaturen entstandener Quarz ist daher als Paramorphose (0. M ü g g e Neues Jahrb. f. Min. usw. Festband 1907 181) der gewölmhchen trapezoedrisch-tetar- toedrischen Form nach einer trapezoedrisch- hemiedrischen des hexagonalen Kristall- systems zu betrachten. Die Aenderung im Kristallgebäude und im optischen Verhalten ist gering, man kann hieran umgewandelte von nicht umgewandelten Quarzen nicht unterscheiden. Indessen werden durch die bei der Umwandlung auftretende Volum- änderung in den sich abkühlenden Kris- tallen Spannungen hervorgerufen, die sich beim Aetzen äußern. Es treten an um- gewandelten Quarzplatten beim Aetzen Sprünge auf (F. E. Wright und E. S. Larsen, Quarz als geologisches Thermo- meter. Zeitschr. f. anorg. Chem. 68 361 1910). Bei Kristallen, deren Entstehungs- temperatur tiefer lag, fehlen diese Erschei- nungen. Die Unterscheidung der Paramor- phose vom unveränderten Kristall gestattet auf die Bildungstemperaturen quarzführen- der Gesteine Schlüsse zu ziehen: Ader- und Mandelciuarze und gewisse Pegmatitquarz- massen scheinen unter 575 " gebildet zu sein, während die Quarze der Schrift- und Granit- pegmatite, sowie Granit- und Porphyr- quarze wahrscheinhch oberhalb 575 ° ent- standen sind. Schwieriger ist der Kach- weis einer reinen Paramorphose zu erbringen für die Minerahen, die m 0 n 0 t r 0 p d i - m 0 r p h sind. Von den drei bekannten Modifikationen des kristallisierten TiOo gehen durch Erhitzen auf hohe Temperatur Brookit wie Anatas in Rutil über. Rutil scheint daher die stabilste Modifikation bei nied- rigen Drucken zu sein, so daß Pseudo- morphosen von Rutil nach Brookit oder Anatas als Paramorphosen gelten können. Weim auch Beobachtungen vorhegen über Paramorphosen von Kalkspat nach Aragonit, welche durch Umwandlung infolge von Temperaturerhöhung gebil let sind, so wird doch die Mehrzahl ah Umwandlungs- 6 82 Afterkristalle pseudomorphosen oder Verdrängungspseudo- morphosen zu deuten sein. Einer Druck änderiing scheinen Para- morphosen von Sillimanit nacli Andalusit ihren Ursprung zu verdanken. F. R e i n - hold (T s c h e r m a k s Min. petr. Mitt. 26 147 1907) fand im Sillimanitgneiß des niederösterreichischen Waldviertels aus An- dalusit hervorgegangenen SiUimanit. Bis- weilen war der Andalusit völhg verdrängt durch Silhmanitfasern, die parallel zur Längserstreckung der Andalusitindividuen ge- lagert waren. Diese Paramorphose iindet vielleicht eine Erklärung als Umbildung durch Druckerhöhung. Hierbei müßten sich Produkte von größerer Dichte bilden. In der Tat beträgt die Dichte des Sillimanits 3,25, während die des Andalusits 3,15 aus- macht. Indessen muß berücksiclitigt werden, daß auch Temperaturerhöhung allein die Umwandlung Andalusit — >- Sillimanit her- vorruft. Zu Paramorphosen sind auch wohl die Afterkristalle zu rechnen, die A. Pelikan (Tschermaks Min. petr. Mitt. 21 226 1902) als Entmischungs pseudomor- phosen von Magnetit -f Rutil nach Ilmenit bezeichnet, denn es bleiben Form und chemischer Bestand unverändert. Schheßlich werden noch die Umwand- lungsprodukte einiger Minerahen der seltenen Erden hierher gereclmet. Es zeigen Gado- Hnit, Orthit, Äeschynit und andere kom- pliziert zusammengesetzte Verbindungen mit seltenen Erden Ce, La usw. bisweilen kristallographische Begrenzungen, die nicht im Einklang stehen mit ihrem isotrop- optischen Verhalten. W. Petersen (Geol. Foren Förhandl. Stockholm 12 275 1890) konnte nachweisen, daß der isotrope, wahr- scheinhch amorphe Gadolinit von Ytterby chemisch identisch war mit dem doppelt- brechenden von Hitteroe. Durch Glüiien geht jener in die kristaUisierte Modifikation über. Wie die Bildung dieser Afterkristalle zu deuten ist, ist noch nicht ermittelt. Zu nennen sind noch Chftonit — Graphit nach Diamant in Meteoreisen; Zinnober nach Metacinnabarit; rhombischer Schwefel nach monoklinem. 5. Umwandlungspseudomorphosen. Ent- stehen die Umwandlungspseudomorphosen durch Verlust von Bestandteilen , so ist damit meist eine Lockerung des Ge- füges verbunden. So ei scheinen die Pseudo- morphosen von Silberglanz nach Rotgültig- erz wohl noch in der Form des zuletzt ge- nannten, indessen ist die Schärfe der Kristalle verloren gegangen. Lösungen von Alkah- sulfiden haben Antimon- oder Arsensulfid aus den Rotgültigerzen gelöst und fortge- führt. Der übrigbleibende Silberglanz kann selbst noch Schwefel verheren, so daß schheß- lich Pseudomorphosen von gediegenem Silber nach Rotgültig übrigbleiben. Wasserverlust kann eintreten durch ein- faches Verwittern. Laumontit büßt leicht seinen Wassergehalt ein, wenn er der Luft ausgesetzt ist. Meist ist hiermit indessen auch eine Zerstörung der Kristalle verbunden, die aufgelockerte Substanz zerfällt zu Pulver. Entwässerung kann aber auch stattfinden durch Einwirkung von Lösungen auf Hy- drate. Ist die Dampfspannung eines mit Lösung in Berührung stehenden Hydrats größer als die Tension der Lösung, so gibt es Wasser ab. So können schon bei tiefen Temperaturen Pseudomorphosen von An- hydrit nach Gips entstanden sein, wenn etwa Lösungen von Magnesiumchlorid oder Natriumchlorid wirksam waren. Zu nennen sind noch folgende Umwand- lungspseudomorphosen: Kalkspat (CaCOg) nach Gaylussit CaCOa . NajCOg . 5H2O; Bleikarbonat (PbCOg) nachPhosgenit (PbC^Og PbCL); Magneteisen (Fe304) nach Eisen- glanz (FejOa). Aus den empirischen Formeln ergibt sich, welche Elemente fortgefülirt werden; daß die Menge der zurückbleibenden Bestandteile hierbei ungeändert bleibt, ist unwahrscheinlich. Seltener sind die Umwandlungspseudo- morphosen durch Aufn ahme von Be- standteilen. Hierher gehören die Oxydations- vorgänge, Hydratisierungen, Bildung von Schwefelverbindungen und Karbonaten. Die Stoffaufnahme ist meist mit Volumvermeh- rung verbunden. Bei der Umwandlung von Anhydrit in Gips liefert 1 Volum An- hydrit 1,623 Volumteile Gips. Die After- kristalle zeigen häufig noch die Spaltbarkeit des Anhydrits. Durch Oxydation in kohlen- säurehaltiger Lösung können Malachitpseudo- morphosen nach Rotkupfererz (CugOjCuCOs. CufOH),) entstehen. Die Pseudomorphosen Anglesit (PbSO,) nach Bleiglanz PbS ist auf einen langsamen Oxydationsprozeß zurück- zuführen. Die in der Erdrinde zirkuherenden Lö- sungen smd aber meist so beschaffen, daß die Umwandlungsvorgänge mit Verlust und Aufnahnre von Bestandteilen zugleich verbun- den sind. Li der Tat sind derartig gebildete Pseudomorphosen die bei weitem häufigsten. Hierher gehört dieSerpentinisierungdesOlivins in Gesteinen. Sie wird hervorgerufen durch Verlust von MgO und FeO unter Aufnahme von Wasser. Olivin ist außerdem noch man- cherlei Umwandlungen fähig. So entstehen im Olivin der Lamprophyre des Plauenschen Grundes Hornblendekriställchen, die vom Rande aus nach innen vordrängen und bis- weilen den ganzen Innenraum erfüllen (B. Dossin Tschermaks Min. Petr. Mitt. II 51 1890, vgl. auch A. U hie mann ebenda 28 436 1909). Ei füllt diese pih- Aftcrkristalle tische Hornblende den Kristall nicht voll- ständig, so treten in den Zwisclienräumen Chlorit, Biotit, Talk und Magnetit auf. Den Gang dieser Verwitterung kann man mit Sicherheit noch nicht übersehen. Es ist möghcli, daß die Minerahen der Nach- barschaft (Feldspäte) einen Einfluß aus- geübt haben, indem sie die Tonerde zur Biotitbildung Meferten; vielleicht spielen auch Druckeinflüsse eine Rolle. Weitere mit Aufnahme von HgO verbun- dene Pseudomorphosen nach kieselsäurehalti- gen Minerahen sind Analcim nach Leucit, Speckstein nach Quarz, GhmmernachTurma- lin, GMmmer nach Cordierit. Im letzten Fall geschieht wohl die Bildung des Kaliglimmers auf Kosten der beiden Hauptgemengteile des Cordieritgneißes, indem die Zersetzung des Feldspats das Kah, die des Cordierits die kieselsaure Tonerde lieferte. Eisen- oxydul und Magnesia wurden hierbei als Karbonate weggeführt. Es gehören noch hierher Speckstein nach Dolomit; Brauneisenstein nach Eisen- spat; Pyromorphit nach Cerussit. 6, Verdrängungspseudomorphosen. Zu dieser Gruppe scheinen z. T. die Pseudo- morphosen von Kalkspat nach Ai'agonit zu gehören. So fand F. S a n d b e r g e r (Neues Jahrb. f. Min. usw. 1872 529) im „Drusendolomit" der Lettenkohle von Ober- wern bei Schweinfurt Afterkristalle, bei denen Form und Zwilhngsbildung ursprünghcher Aragonitkristalle aufs schönste erhalten waren. Im Inneren waren sie angefüllt mit zahllosen fest aneinander haftenden Kalkspatkriställ- chen. Bisweilen bestand noch ein Aragonit- kern. Der Unterschied der Dichte (Aragonit 2,95; Kalkspat 2,66) müßte, wenn weder Stoffzufuhr noch Abfuhr stattgefunden hätte, eine beträchthche Volumvergrößerung be- dingen. Indessen sind die Pseudomorpiiosen bisweilen teilweise hohl. Wahrscheinhch ist daher der leichter löshche, weil instabile, Aragonit weggeführt worden und Kalk- spat an seine Stelle getreten (vgl. hierzu M. Bauer Neues Jahrb. f. Min. usw. 1886 I 62 f. 1890 I 12 f.). Interessante Verdrängungspseudomor- phosen beobachtete K. A. Redlich (Tschermaks Min. Petr. Mitt. 17 521 1898) bei Cinquevalle in Südtirol. Hier wur- den Flußspatkristalle wahrscheinhch durch Alkahkarbonate aufgeschlossen. Alkahlluorid wurde weggeführt und an Stelle von CaF, trat Calcit, der die neugebildeten Hohlräume ausfüllte. Bisweilen ist Fluß- spat auch noch teilweise erhalten. Der Kalk- spat selbst wird ebenfalls im Verlauf des weiteren Umwandlungsprozesses aufgelöst und durch Quarz ersetzt, der die Spaltbar- keit des Kalkspats nachahmt. Er füllt den Raum der ursprünglichen Kalkrinde aus und wächst weiter zu einer Kristallgruppe. Das bisweilen noch freibleibende Innere wird von Zinkblende ausgefüllt. Sehr häufig sind die Pseudomorphosen nach Kalkspat, indem schwerer lösliche Mineralien dessen Stelle einnehmen, wie Eisenspat, Bitterspat, Zhikspat u. a. Kar- bonate (vgl. hierzu M. B a u e r Neues Jahrb. f. Min. usw. 1886 I 62 f. 1890 I 12 f.). 7. Umhüllungspseudomorphosen. Ent- steht ein Icrustenförmiger Absatz einer anderen Substanz auf einem Kristall, so bezeichnet man diesen, wenn er den Kristall deutlich abbildet, als Umhüllungspseudomorphose. Meist ist diese Umkrustung auch der Anfang bei der Bildung einer Umwandlungs- oder Verdrängungspseudomorphose, wie E. G e i - n i t z bei manchen Beispielen nachwies. Li dem so umschlossenen Kristall gehen chemische Umsetzungen vor sich oder es wird die ursprünghche Substanz heraus- gelöst, so daß ein Hohlraum entsteht, der nun wiederum durch ein behebiges Mineral ausgefüllt werden kann. So bei einer Pseudo- morphose von Kalkspat nach Cerussit (Grube Kantenbach bei Bernkastei). Diese Pseudo- morphosen sind hohl, drusig, an den Kanten und Ecken abgerundet. Der Durchschnitt der Rinde zeigt in der Mitte eine papier- dünne Bleiglanzlage. Wahrscheinlich wurde diese durch Sulfidlösungen auf dem primären Cerussitkristall niedergeschlagen, darauf setzte sich Kalkspat ab, der auch, nachdem das Bleikarbonat im Lmern verschwunden war, einen Teil des Hohlraumes ausfüllte. Meist hefert Quarz das Material zu diesen Krusten, die Kalkspat, Flußspat, Eisenspat, Schwerspat u. a. überziehen. Wir haben es bei den Umhüllungspseudo- morphosen nicht mit Umwandlungen der Mineralien zu tun, sondern mit einfachen Lösungs- oder Fällungserscheinungen. Daher bieten sie weniger Interesse als die übrigen Arten von Afterkristallen. 8. Künstliche Nachbildungen von After- kristallen. Von großer Wichtigkeit für die Kenntnis der Afterkristalle sind deren kimstliche Nachbildungen, da sie unsere Schlüsse zu kontrollieren gestatten und unbe- kannte Zwischenreaktionen kennen lehren. Es hegen indessen kaum vollständige, syste- matische Untersuchungen in dieser Hinsicht vor. Es genügt nicht Anfangs- und Endzu- stand eines umgewandelten Minerals zu untersuchen, man müßte auch die Verände- rungen in der Lösung verfolgen, den Ein- fluß des Druckes und der Temperatur näher studieren. Literessante Umhüllungspseudo- mophosen stellte A. K n 0 p (Zeitschr. f. Kj-ist. 4 261 1880) dar, mdem er Kristalle des leicht löshchen Eisenaramoniakalauns in eine gesättigte Lesung von Tonerde- ammoniakalaun brachte. Es wachsen alsdann 6* 84 Afterkristalle — Agardh auf dem Impfkristall kleine Kristalle des schwerer löslichen Tonerdealauns zu einer einheitlichen festen Hülle zusammen. Dieser Vor2;ang ist wohl durch die LcsHchkeitser- niedrigung eines Salzes durch ein gleichioniges zu erklären. Li einigen Fällen wurde der Impfkristall der Berührung mit der Lö- sung durch Umkrustung nach kurzer Zeit vollständig entzogen. Häuliger wird der Eisenammoniakalaun aufgelöst, so daß nur eine Hülle von Tonerdealaun übrig bleibt. Läßt man. wie 0. Mügge (Neues Jahrb. f. Min. usw. 1892 II 92) bemerkte, Kristalle des Doppelsalzes MnCl2.KCl.2H2O an der Luft liegen, so nehmen sie AVasser auf unter Abscheidung von Chlorkahum, welches dann Pseudomorphcsen nach dem Doppelsalz bil- det. Hier liegt eine sieh inkongruent lesende Verbindung vor, die sich ähnlich wie Carnallit in Berühi'ung mit Wasser spaltet. Hierher gehören Versuche am Koe- nenit, einem wasserhaltigen Aluminium- Magnesiumoxvchlorid (F. Rinne Cen- tralbl. f. Min. usw. 1902 493). Durch Be- handeln mit verschiedenen Agentien können einzelne Stoffe entfernt werden, so daß Umwandlungspseudomorphosen durch Ver- lust von Bestandteilen entstehen. Nach viel- stündigem Kochen mit H2O verlor das Mineral alles Chlor, es behielt aber seine Blättchenform. In konzentrierter Salmiak- lösung bestandnachhundertstündigeniKochen der Rückstand aus A1203.2H20. Diese AI2O3.2 HaO-Blättchen sehen äußerMch noch immer wie Koenenit aus; ein Zusammen- sturz des Kristallgebäudes hat nicht statt- gefunden, sie zeigen unter dem Polarisa- tionsmikroskop das Literferenzkreuz ein- axiger Kristalle, allerdings jetzt von nega- tivem Charakter. Diese optische Erscheinung bleibt selbst nach dem Glühen bestehen, so daß alsdann Pseudomorphosen von ALO3 nach Koenenit vorhegen würden. Zeolithe zeigen ein ähnliches Verhalten, hier ist die nach dem Behandeln mit Säuren zurück- bleibende Kieselsäure als Pseudomorphose nach einem Zcolith anzusprechen (F. Rinne Centralbl. f. Mhi. usw. 1902 594 f.). Heu- landit, Brewsterit, Desmin und Harmotom liclern selbst nach Glühen der wasser- haltigen Kieselsiiure SiO», bei dem die ursprünghche Kristallbegrenzung erhalten bleibt. Literatur. Viele vereinzelte Angaben über After- krititdile finden sich in folgenden Zeitschriften : Zeitschrift für Kristallographie und Mineralogie (Leij)zig); Neues Jahrbuch für Mineralogie, Geo- logie und Paläontologie (Stuttgart) ; Mineralo- gische itnd petrographische Mitteilungen (Wien); Zeitschrift der deutschen geologischen Gesellschaft (Berlin) ; The mineralogical Magazine and Jour- nal of Ihe ßlineralogical Society of Great Britain and Ireland (London); Bulletin de la societe fran^aise de mineralogie (Paris). — Von zu- sammenfassenden Werken sind zu nennen : R. Blum, Die Psetidomorphosen des 3Iineral- reiches, Stuttgart 1843, nebst vier Nachträgen I847, 1852, 186S und 1879. — G. Bischof, Lehr- buch der chemischen und physikalischen Geologie, 2. Aufl., Bonn 1 1863, II IS64. — E. Geinitz, Neues Jahrb. f. Min. usw., 1876, 449. — Der- selbe, Tschermaks Min. Petr. Mitt., 1879, 489. — J. Botli, Allgemeine und chemische Geologie, I, Berlin 1879. — B. Brauns, Che- mische Mineralogie, Leipzig 1896. — Vgl. auch die Abschnitte über Afterkristalle und Pseudo- morphosen in den Lehrbüchern der ßfineralogie und Petrographie. B. Nacken. Agardh Jakob Georg. Botaniker. Geboren als Solm des Botanikers Karl Adolph Agf, rdh am 8. Dezember 1813 in Lund. Er wurde dort 1854 Professor der Botanik. Im Jahre 1879 trat er in den Ruhestand. Er starb in Lund am 30. Januar 1901. Unter seinen Arbeiten sind die über Algen die bemerkenswertesten, in denen er die Studien seines Vaters fortführte. Genannt seien nur die Algae maris mediterranei et adriatici (Paris 1842) und vor allem die Species, genera et ordines Algarum, von denen Band I die Fucoideen (Lund 1848) und Band II die Florideen (Eben- dort 1851 bis 1863) behandelt. W. Buhland. Agardh Karl Adolph. Botaniker. Geboren am 23. Januar 1785 zu Bädstad in Schonen als Sohn eines Kaufmannes. Er studierte in Lund und wurde 1807 da- selbst Dozent der Mathematik. 1812 erfolgte seine Ernennung zum Professor der Botanik und Oeko- nomie. 1816 wurde er auch Pfarrer im St. Peters- kloster zu Lund. Er erwarb sich, besonders als Mitghed des 1826 bis 1828 tagenden Erzie- hungskomites, um die Neugestaltung des schwe- dischen Erziehungswesens hohe Verdienste. In späteren Jahren, besonders seit er Abgeordneter zum Reichstage geworden war, beschäftigte er sich hauptsächlich mit Staatswirtschaft. 1834 wurde er zum Bischof von Karlstad erwählt, wo er am 28. Januar 1859 starb. Er stand in seinen ahgemeinen Anschauungen ganz unter dem Einfluß der Naturphilosophie, hat sich aber durch seine Schriften über Algen um den Ausbau des Algensystems sehr verdient gemacht. Hier seien genannt seine Synopsis Algarum Scan- dinaviae (Lund 1817), die Species Algarum (Greifswald 1823 bis 1828 2 Bände), das Systema Algarum (Lund 1828), die Icones Algarum euro- Agardh — Aggregatzustände 85 paearum (Leipzig 1828 bis 1835) und der Con- spectus criticus Diatomaceaium (Lund 1830 bis 1832). W. linhland. Agassiz Alexander. Geboren am 17. Dezember 1835 in Xeuf- chatel in der Schweiz; gestorben am 28. März 1910 in Cambridge (Mass.). Sohn von Louis A g a s s i z. War von 1860 bis 1865 Assistent am Museum of Comparative Zoology in Harvard. Wandte sich dann aber industriellen Unter- nehmungen zu, und beteiligte sich an einer Kupfermine am Lake Superior, ohne aber je sein Hauptinteresse, die Zoologie, aus dem Auge zu lassen. Durch diese seine Nebenbeschäftigung erwarb er großes Vermögen, das er, als er später, 1874, wieder als Kurator in das Museum of Com- parative Zoology eintrat, diesem in hochherziger Weise zugute kommen ließ. Seit 1902 war er Direktor des Museums, das er durch zoologische Sammlungen aus fast allen Erdteilen bereicherte. A g a s s i z hat an einer großen Reihe von Ex- peditionen teilgenommen; so unternahm er 1876 bis 1881 eine Tiefseeexpedition nach West- Indien. Außerdem war er Leiter von Expedi- tionen nach den Sandwich-Inseln, den Fiji- Inseln. dem Great Basin Reef von Australien, zur Landenge von Panama usw. Ein besonderes Verdienst erwarb er sich durch die Gründung der zoologischen Station in Newport (Rhode- Island). Seine wissenschaftlichen Arbeiten lagen auf dem Gebiete der Echinodermen, Quallen und Fische Amerikas; er bearbeitete ferner die Entwickelung einiger Fische, Würmer und Echinodermen und gab auch eine Reihe von Ab- handlungen über die Tiefseefauna heraus. Seine hauptsächlichsten Arbeiten sind: Embryology of starfishes Boston 1865; North American acalephae Cambridge 1865; Marine animals of Massa- chusetts Bay 1879; Revision of the echini 1872 2 Bde; North American starfishes 1877; On the development of the flounders 1878; Young stages of osseous fishes 1878; Embryology of the Aenophora 1874; Three cruises of the U. S. coast and geodetic survey steamer Blake 1877 bis 1880, 1888 2 Bde. Mit seiner Mutter Elisa- beth C. Agassiz schrieb er Seaside studies in natural history 1865 Neue Ausgabe Boston 1882. Literatur. Who's Who in America Vol. VI 1910. — Memoirs of the 3Iuseum oj Comparativ Zoology of Harvard College Cambridge (ßfass.) WUi. W. Haruns. Agassiz Loui s. Geboren am 28. Mai 1807 zu Mottier in der Schweiz; gestorben am 14. Dezember 1873 in ?Jew»Cambridge. Er studierte in Zürich, Heidelberg und München vergleichende Ana- tomie, wurde 1831 Professor der Naturgeschichte in Neufchatel und siedelte 1846 nach Nordamerika über, wo er Professuren in Boston, Charlestone und zuletzt in IHew Candjridge für Zoologie und Geologie innehatte. Hier gründete er auch das Museum of Comparative Zoology und regte durch Popularisation der Naturgeschichte mit großem Geschick die Tradition an, große Suramen für naturgeschichtliclie Zwecke flüssig zu machen. Mit ebenso großem Erfolge sorgte er für die Or- ganisation des Unterrichts und der wissenschaft- lichen Arbeit. Seine wissenschaftlichen Arbeiten betrafen außer Echinodermen, Mollusken und (iletsehern zunächst die fossilen Fische , ein Werk, das die klassischen Cu vier sehen Ar- beiten nach der Seite der Paläontologie der Wirbeltiere hin erweiterte. So ist Agassiz in gewisser Weise als Nachfolger C u v i e r s zu betrachten, wenn er sich auch wesentlich von ihm durch eine noch stärkere theosophische Färbung der Fassung der Konstanztheorie unter- scheidet. Diese seine allgemeinen Ansichten legte er später hauptsächlich im Essay on Classi- fication nieder. Für ihn war jede Art durchaus konstant und der Ausfluß einer Idee des Schöpfers, was um so merkwürdiger erscheint, als er sehr wohl de'.i Parallelismus zwischen geologischer und embryologischer Reihenfolge der Tiere kannte. Durch seine schroffe Ablehnung des Darwinis- mus hat er dann auch dazu beigetragen, den Widerstand gegen die Entwiekelungslehre zu verstärken. Von seinen Schriften sind hervor- zuheben Recherches sur les poissons fossiles 5 Bde Neuchatel 1833/42; Etudes sur les glaciers Neuchatel 1840; Systeme glaciaire Paris 1847; Essay on Classification Lond)n 1859; The struc- ture "of animal life New York 1866 Neue Auflage 1874. Literatur. Louis Agassiz, His Ufe and corre- sponderice edited by Elisabeth C. Agassiz, Boston 1S85. Deutsch von jflettenius , Berlin 1886. — Marcon, Life letters and works of Louis Agassiz, London 1896, 2 Bde. W. Hanns. Aggregatznstände. 1. Einleitung. 2. Allgemeine Eigenschaften der Gase. 3. AUgeraeine Eigenschaften der Flüssigkeiten. 4. Allgemeine Eigenschaften der festen Stoffe. 5. Uebergang aus dem gasförmigen in den flüssigen und aus dem flüssigen in den festen Zustand. 6. Der Molekularzustand der gasförmigen, flüssigen und festen Stoffe. 7. Ivritische Erscheinungen: a) Entdeckung und Erklärung der kritischen Erscheinungen: b) Theoretische Folgerungen. Zustandsgieichung. Theorie der übereinstimmenden Zustände; c) Gasverflüssigung. I. Einleitung. Die Einteilung der Materie in Aggregatzustände entspricht der grob- sinnlichen Wahrnehmung. Wir finden diese Einteilung bereits bei den Philosophen der Alten. Ihre Elemente Feuer, Wasser und Erde waren nichts anderes wie Repräsen- tanten des gasförmigen, flüssigen und festen Zustandes. Auch heute noch ist diese Drei- teilung allgemein üblich, doch hat die neugre 86 Aggregatzustände chemische und physikalische Erkenntnis es notwendig gemacht, den Begriff des Aggre- gatzustandes an sich zu erweitern imd den des festen und flüssigen Zustandes schärfer zu i^räzisieren als das durch den allgemeinen Sprachgebrauch geschieht. Die Gründe werden weiter unten eingehend dargelegt werden. 2. Allgemeine Eigenschaften des gas- förmigen Aggregatzustandes. Die auffällig- ste Eigenschaft der Gase ist ihre Fähigkeit jeden ihnen dargebotenen Raum auszufüllen. Bringen wir verschiedene Gasmengen in gleic-he evakuierte Gefäße, so werden sämt- liche Gefäße von dem Gase vollständig aus- gefüllt sein. Wie man sich leicht überzeugen kann, wird selbst bei einem sehr ausgedehnten Gefäß in außerordenthch kurzer Frist überall die gleiche Gaskonzentration herrschen. Dies zeigt uns, daß die Gase eine sehr große Be- weglichkeit besitzen. Daß immerhin der Konzentrationsausgleich in Gasmassen eine gewisse Zeit in Anspruch nimmt, ist daraus zu ersehen, daß lokale Gasverdichtungen in einer freien Gasmasse möglich sind. Auf diesen Gasverdichtungen beruht die Möglich- keit des Fliegens. Wenn verschiedene Gasmassen gleiche Räume stets vollständig ausfüllen, so ist notwendigerweise ihre Dichte in den ein- zelnen Gefäßen verschieden. Gleichzeitig können wir eine Verschiedenheit des von dem Gase ausgeübten Druckes beobachten. Es besteht demnach zwischen Gasdichte und Druck eine ganz bestimmte Beziehung. Diese Beziehung ist von B o y 1 e (1662) und von M a r i o 1 1 e (1679) ermittelt worden und lautet: Das Volum, d. i. also das Reziproke der Dichte, ist dem Druck umgekehrt proportional, oder was dasselbe besagt: das Produkt aus Druck und Volum eines Gases ist konstant. Außer durch Druck kann das Volum eines Gases auch durch Temperaturänderung be- einflußt werden. Das Gesetz von D a 1 1 o n (1801) und Gay-Lussac (1802) lehrt, daß die Ausdehnung, die ein Gas durch eine be- stimmte Temperaturänderung erfälirt, un- abhängig von seiner Temperatur und von der Natur des Gases ist; sie beträgt stets pro Grad Temueratursteigerung V273 seines Vo- lumens bei 0 °. Die Ausdehnung ist also recht beträchtlich. Bei der Temperatur — 273° (genaier —273.09 nach Berthelot Z. f. Elektroch. 10 621 1904) würden daher alle Gase, wenn sie hier überhaupt noch als Gase existenzfähig wären, das Volum 0 haben. Diese Temperatur wird in der Physik zweck- mäßig als N u 1 1 p u n k t einer Temperatur- skala benutzt, die als die absolute Skala bezeichnet wird. Die Beziehung zwischen Druck-Volum und Temperatur läßt sich nunmehr durch folgende einfache Formel ausdrücken pv = RT wo p den Druck, v das Volum, T die abso- lute Temperatur bedeuten. R ist eine Kon- stante, die für alle Gase den gleichen Wert besitzt. Befinden sich mehrere Gase in einem Raum, so verhalten sie sich genau so, wie wenn jedes für sich allein in demselben ent- halten wäre. Jedes von ihnen füllt den Raum vollständig gleichmäßig aus, nirgends be- steht eine Scheidungsfläche zwischen den einzelnen Gasen, sie bilden ein homogenes Gebilde, d. h. also, alle Gase sind unterein- ander in allen Verhältnissen vollkommen mischbar. Die Geschwindigkeit mit der die Mischung stattfindet, mit der also ein Gas einen bereits von einem anderen Gase ausgefüllten Raum einnimmt, ist wesentlich germger als die, mit der es sich im Vakuum verteilt. 3. Allgemeine Eigenschaften des flüssigen Aggregatzustandes. Die Flüs- sigkeiten haben nicht mehr die Fähig- keit jeden ihnen dargebotenen Raum auszu- füllen, ihre Dichte ist von dem Raum, der ihnen zur Verfügung steht, unabhängig. Wohl aber lassen sich die einzebien Teile der Flüssigkeiten gegeneinander unter der Wirkung irgend einer Kraft, z. B. der Schwer- kraft, verschieben. Der Widerstand, den eine Flüssigkeit dieser Verschiebung ent gegensetzt, wird als innere Reibung bezeich- net (über Innere Reibung vgl. Hagen Pogg. Ann. 76 437 1839; P 0 i s e u i 1 1 e ebenda 58 424 1843; ferner Neu m an n Arch. f. Anat. u. Phys. 1860 80). Je nach dem Grade der inneren Reibung können wir dünnflüssige, dickflüssige, tropfbar flüssige und zäh- flüssige Stoffe unterscheiden. Während die ursprüngliche Definition Newtons für den flüssigen Zustand an- führt, daß bei demselben die einzelnen Teil- chen jeder Kraft weichen und sich dabei leicht aneinander vorbeibewegen, eine Defi- nition, die auch dem gewöhnlichen Sprach- gebrauch entspricht, erweist sich eine wissen- schaftlich strenge Definierung des flüssigen Zustandes auf Grund des Grades der inneren Reibung als nicht durchführbar, und Newton selbst hat auch seinen Standpunkt später aufgegeben. Besonders charakteristisch für Flüssig- keiten im Gegensatz zu den Gasen ist ihre Tendenz, frei in einem anderen Medium schwebend, eine besondere Form, nämlich Kugelgestalt anzunehmen (Oel in Wasser, Regentropfen). Diese Erscheinung beruht auf ihrem Bestreben ihre Oberfläche mög- lichst zu verringern. Man nennt diese Eigenschaft die Oberflächenspan- nung der Flüssigkeiten (vgl. Freund- lich Capillarchemie Academ. Verlag Leipzig Aggregatzustände 87 1909 S. 3 ff. ; ferner 0 s t w a 1 d Lehrbuch ! der Allgem. ( hemie I 514 ff . ; W i n c k e 1 - m a n n Handb. d. Phys. Bd. P 1119). Sie ist verschieden für die verschiedenen Flüs- ; sigkeiten und für ein und dieselbe Flüssig- 1 keit wiederum verschieden je nach der Natur des angrenzenden Mediums z. B. für Oel anders gegen Luft wie gegen Wasser. Im Gegensatz zu den Gasen sind die Flüssigkeiten nicht stets in allen Verhält- nissen löshch, sondern wir finden neben Löshchkeit in allen Verhältnissen, z. B. Wasser und Alkohol, Wasser und Schwefel- säure, Alkohol und Aether usw., teilweise Löshchkeit z. B. Wasser und Aether, Wasser und Phenol bis zu nahezu vollständiger Nichtmischbarkeit z. B. Wasser und Oel, Wasser und Quecksilber (vgl. R o t h - m u n d Löshchkeit und Löshchkeitsbeein- flussung in Bredigs Handb. d. angew. phys. Chemie Leipzig Joh. Ambros. Barth). Schüt- telt man zwei solche teilweise mischbare Flüssigkeiten durcheinander, so trennen sie sich nach einiger Zeit wieder in zwei Schichten nach Maßgabe ihres spezifischen Gewichtes. Im Gegensatz zu einer wahren Lösung, die in allen ihren Teilen homogen ist, bilden also solche nichtmischbare Flüssig- keiten ein heterogenes Gebilde. Bisweilen kann eine Mischung äußerst innig sein, so daß sie dem bloßen Auge unter Umständen als homogen erscheint in Wahrheit aber dennoch heterogen ist (Emulsionen und bei noch weitgehenderer Verteilung Kolloide Lösungen). Im Gegensatz zu den Gasen ist das Volum der Flüssigkeiten vom Druck nur wenig abhängig, die Flüssigkeiten sind nur äußerst wenig komprimierbar so wenig, daß eine Komprimierbarkeit anfänghch überhaupt ge- leugnet wurde. Erst Oerstedt (Pogg. Ann. 9 603 1827) vermochte eine solche mit Sicherheit nachzuweisen. Eine sichere Ge- setzmäßigkeit zwischen Druck und Kom- pression honnte nicht aufgefunden werden (C 0 1 1 a d 0 n und Sturm Ann. der ehem. phys. 36 113 1827; Aniagat C. v. 103 29 1886; P a g 1 i a n i und V i c e n t i n i Beibl. 879 1884; R i t z e 1 Z. phys. Ch. 60 320 1907). Der Grad der Komprimierbarkeit ist für die ver- schiedenen Flüssigkeiten verschieden (über Beziehung zwischen Komprimierbarkeit und Natur der Flüssigkeit vgl. Amagat Ann. ch. phys. 5 11 520 1877; Pagliani und P a 1 a z z 0 Beibl. 9 149 1885. lieber Kom- primierbarkeit und Oberflächenspannung vgl. Röntgen und Schneider Wied. Ann. 29 165 1886; van der Waals Over de continuiteit usw. S. 99; Ritzel 1. c). Auch von der Temperatur ist das Volum der Flüssigkeiten wesenthch weniger abhän- gig als das der Gase, wenn auch fast durchgehends im gleichen Sinne. Eine Aus- nahme macht bekanntlich das Wasser, dessen Volum bei + 4" ein Minimum besitzt, bei weiterer Abkühlung aber wieder zunimmt. Auch hier besteht keinerlei strenge Gesetz- mäßigkeit für die verschiedenen Flüssig- keiten (über Wärmeausdelmung von Flüssig- keiten vgl. A. W i n k e 1 m a n n Handbuch der Physik Bd. III Wärme S. 81 ff.). Die Eigenschaften der Flüssigkeiten und ganz ebenso die der Gase sind davon voll- ständig unabhängig, welchen Teil derselben man der Betrachtung unterzieht, vollkommen unabhängig ferner davon, in welcher Richtung man die Betrachtungen anstellt. Die opti- schen Eigenschaften (Lichtbrechung, Licht- absorption) sowie die mechanischen Eigen- schaften (Oberflächenspannung, innere Rei- bung, Ausdehnungskoeffizient, Elastizität, Wärmeleitfähigkeit) und schließlich die che- mischen Eigenschaften (Reaktionsfähigkeit, Löshchkeit) einer Flüssigkeit sind unter allen Umständen die gleichen. Denken wir uns z. B. einen Würfel von Wasser (etwa durch Einfüllen in ein entsprechend geform- tes Glasgefäß erhalten) so werden wir kemer- lei Unterschied der optischen Eigenschaften beobachten können, gleichgültig in welcher Richtung wir hindurchsehen. Man bezeichnet diese Eigenschaft als Isotropie. Gase und Flüssigkeiten sind isotrop. Wir kennen aber auch zahlreiche feste Stoffe die iso- trop sind. Ein Stück Glas z. B. hat in allen Richtungen in jeder Beziehung die gleichen Eigenschaften. Schneiden wir aus einem Glasklotz ein behebig geformtes Stück in einer behebigen Richtung, so werden die sämtlichen oben genannten Eigenschaften in allen Richtungen die gleichen sein. Die Ent- stehung solcher isotrop fester Stoffe wie z. B. des Glases ist im allgemeinen derselben Art. Wenn eine Flüssigkeit ziemhch rasch abge- kühlt wird, so ändern sich ihre Eigenschaften stetig, die Viscosität oder innere Rei- bung nimmt dauernd zu, die Flüssigkeit wird allmählich zähe, syrupös, dehnbar und schheß- lich fest, ohne daß es möglich wäre, an der Aenderung irgend einer Eigenschaft festzu- stellen, wo der flüssige Zustand aufhört und wo der feste anfängt. Diese isotrop festen Stoffe dürfen daher nach ihrer ganzen Natur nicht zu den festen Stoffen gerechnet werden, sie sind Flüssigkeiten, haben alle für diese charakteristischen Eigenschaften und unter- scheiden sich von diesen nur graduell durch eine wesenthch höhere innere Reibung, nicht aber prmzipiell. Wegen ihres Hauptrepräsentanten des Glases pflegt man solche isotrope unter- kühlte Flüssigkeiten auch allgemein als Gläser zu bezeichnen. Man erhält sie, wie bereits erwähnt, im aUgemeiuen durch rasche Abkühlung der Flüssigkeit (Schmelze), wo- 88 Aggregatzustände durch eine Kristallisation vermieden wird, doch gibt es auch zahlreiche Flüssigkeiten, die selbst bei recht langsamer Abkühlung isotrop glasig erstarren (vgl. hierzu T a m - mann Kristallisieren urd Schmelzen S. 148 Leipzig Joh. Ambr. Barth 1903). Außer durcii Abkühlung von Flüssig- keiten kann man auch nocii durch Fällung, also auf chemischem Wege, unter Umständen zu isotrop-festen Produlcten gelangen, man pflegt solcheKiederschläge meist als ,, amorph" zu bezeichnen. Da hier die Darstellung auf einem Umwege durch den gelösten Zustand hindurch erzielt wird, so ist es natürlich schwer, etwas näheres darüber auszusagen, ob der so erhaltene, istotrop feste Stoff die Fortsetzung einer unter Umständen nicht be- ständigen Schmelze darstellt oder nicht. Doch ist bisher kein Fall bekannt geworden, wo mit Sicherheit der identische Zustand durch Fällung und durch Abkühlung einer Schmelze erhalten wurde. Es ist übrigens zu bemerken, daß die Anzahl der mit Sicherheit bekannten, durch Fällung erhaltenen amorphen Stoffe sehr gering ist. In den meisten Fällen handelt es sich bei den als amorph bezeiclmeten Niederschlägen nur um äußerst feinkristal- linische Niederschläge, deren kristallinische Natur durch die Verbesserung der mikros kopischen Hilfsmittel in den meisten Fallen sichergestellt werden konnte. Von den hier angeführten amorphen Niederschlägen sind streng zu trennen die gelatinösen (gallertigen) und kolloidalen Fällungen wie z. B. die Gallerten der Kieselsäure, des Eisen- un ! Tonerdehydrates u, a. m. Bei diesen ist der niederfallende Stoff zweifellos auch isotrop, doch ist er mit großen Mengen des Lösungsmittels beladen, das er durch bisher noch wenig bekannte Kräfte und in keineswegs irgendwie stöchiometrischem Verhältnis gebunden enthält. Ueber die Natur dieser Gallerten (Gele, Kol- loide) ist noch zu wenig bekannt, als daß sie unter die Rubrik eines der drei Aggregat- zustände mit irgendwelcher Berechtigung registriert werden könnten. 4. Allgemeine Eigenschaften der festen Stoffe. Die festen Stoffe besitzen ebensowenig wie die Flüssigkeiten die Fähis;- keit einen ihnen dargebotenen Raum voll- ständig auszufüllen. Von den Flüssig- keiten unterscheiden sie sich dadurch, daß sie einer Formänderung d. h. einer Ver- schiebung der Teilchen gegeneinander einen wesentlich größeren Widerstand entgegen- setzen. Im allgememen wird nur eine mehr oder weniger bedeutende Kraft imstande sein, überhaupt eine Formänderung hervorzurufen. Vielfach wird eine Trennung der Teilchen leichter herbeizuführen sein als eine Verschie- bung derselben gegeneinander. In diesem Fallnennt man den Stoff spröde, im ersteren weich oder plastisch. Wie weiter oben dargetan wurde, sind die isotrop-festen Stoffe, die Gläser, ihrem ganzen Wesen nach dem flüssigen Aggre- gatzustand zuzurechnen. Dementsprecliend werden dem festen Aggregatzustand ihrem Wesen nach nur anisotrope d. i. kri- stallisierte Stoffe angehören. Bei diesen sind im Gegensatz zu den isotropen Stoffen sämtüche Eigenschaften in verschiedenen Richtungen verschieden. Schleift man Prismen in verschiedenen Richtungen aus einem solchen anisotropen Stoff, so werden dieselben im allgemeinen verschiedene Doppelbrechung, verschie- dene Lichtbrechung, verschiedene Licht- absorption usw. aufweisen. Auch die Härte, die Elastizität und die chemischen Eigen- schaften z. B. die Löslichkeit und Auflösungs- geschwindigkeit können in verschiedenen Richtungen merklich verschieden sein. Letz- teres ersieht man am einfachsten daraus, daß eine aus einem solchen Kristall ge- schliffene Kugel bei der Behandlung mit einem Lösungsmittel ihre Kugelgestalt nicht beibehält. Die Kristalle sind also ani- sotrop und sind hierdurch prinzipiell von den isotropen Flüssigkeiten unterschieden. Anisotrope Flüssigkeiten. Wir hatten bei den Flüssigkeiten gesehen, daß diejenige Eigenschaft, durch welche die- selben meist definiert werden, nämlich die innere Reibung, gerade zu einer Definition wenig geeignet ist, da diese alle Grade von höchster Dünnflüssigkeit bis zur Festigkeit des Glases annehmen kann, und daß vielmehr die Eigenschaft der Isotropie es ist, die uns ein präzises Charakteristikum bietet. Umgekehrt ist auch kein logischer Grund dafür vorhanden, warum der anisotrope Zu- stand unbedingt an eine sehr hohe Viskosität geknüpft sein soUe d. h. dem landläufigen Begriff ,,fest" entsprechen soll. Auch der Grsd der Festigkeit oder der inneren Reibung sogenannter fester Stoffe kann weit- gehenden Schwankungen unterworfen sein. Zwischen der inneren Reibung des metalh- schen Natriums oder des Bleis, die man mit dem Messer schneiden, oder durch eine Form pressen kann, und eines Diamanten, bei dem eine Verschiebung der einzelnen Teilchen fast ausgeschlossen erscheint, bestehen außer- ordenthch weitgehende Unterschiede. So ist es denn natürlich auch keineswegs un- denkbar, daß sich eine noch viel geringere Widerstandsfähigkeit gegen Verschiebungs- einflüsse, also eine noch wesentlich geringere Zähigkeit bei dem anisotropen Zustand vor- finden könnte. Dies trifft auch zweifellos zu; die sicher anisotropen Kristalle vieler Wachsarten sowie mancher Ölsäuren Salze Aggregatziistände 89 sind vollständig weich, entspreciien also keineswegs dem landläufigen Begriffe von „fest". Iramerliin müssen sie, da sie sich in keiner prinzipiellen Beziehung von den an- deren anisotrop-festen Stoffen unterscheiden, dem ,, festen" Aggregatzustand zugerechnet werden. Es ist nun neuerdings auch eine bereits ziemhch große Anzahl von Stoffen bekannt geworden, die nach dem Grade der inneren Reibung ohne allen Zweifel zu den Flüssig- keiten gestellt werden müßten, da sie teil- weise dünnflüssiger als Wasser sind, die aber in optischer Hinsicht zweifellos den Charak- ter anisotroper Stoffe zeigen. Diese Sub- stanzen sind von 0. L e h m a n n als flüs- sige oder fließende Kristalle be- zeichnet und gedeutet worden. Ob diese Deutung zutrifft, scheint zwar noch nicht einwandfrei entschieden zu sein, einer ent- sprechenden Deutung sind schwerwiegende theoretische Bedenken entgegengesetzt wor- den (vgl. hierzu die Diskussionen zwischen N e r n s t und 0. L e h m a n n , Ztschr. f. phvs. Ch. 71 355 1910 und Z. f. Elektrochemie 16 "702 1910). Der Möghchkeit aber, daß es anisotrope d. i. also kristaUinische Stoffe geben solle, deren innere Reibung so gering ist, daß sie nicht mehr imstande sind, dem Einfluß irgendeiner Kraft z. B. der Schwer- kraft unterworfen, die ihnen eigentümhche Form anzunehmen, d. h. uns als Kristalle zu erscheinen, können Bedenken prinzipieller Art nicht entgegengehalten werden. Jedenfalls aber müssen diese Stoffe, wenn die Lehmann sehe Deutung zu Recht besteht, dem festen Aggregatzustand zu- gerechnet werden. Aus dem Gesagten mag hervorgehen, was schon eingangs betont wurde, daß die Trennung in „feste" und ,, flüssige" Aggregat- zustände eigenthch unrichtig ist und zweck- mäßiger durch die Begriffe ,, anisotrop" und ,, isotrop" ersetzt würde. T a m m a n n (Kristallisieren und Schmelzen Leipzig 1903 S. 5) empfiehlt die übliche Einteilung in Aggregatzustände durch folgende Einteilung zu ersetzen: Zustände isotrop anisotrop 1. gasförmig Kristallzustand, ver- 2. flüssig schiedene polymorphe 3. amorph Kristallarten in die letzte Rubrik kämen dann noch die ,, flüssigen Kristalle". Physikalische und optische Isotropie und Anisotropie. Die bisher geschilderte Art der Isotropie und Anisotropie wird auch vielfach als physikahsche Isotropie und Aniso- tropie bezeiclmet, weil hier sämthche physi- kalischen (und chemischen) Eigenschaften in verschiedenen Richtungen verschieden sind. Von dieser physikalischen Isotropie und Anisotropie streng zu unterscheiden ist die sogenannte optische Isotropie und Aniso- tropie. Als optisch-isotrop werden die Kristalle des regulären Systems bezeichnet, bei denen die drei Elastizitätsachsen gleich sind und in denen daher eine Doppelbrechung des Liclites nicht stattfinden kann, während die optisch einachsigen und zweiachsigen Kristalle, bei denen Doppelbrechung statt- findet, als optisch anisotrop bezeichnet wer- den. Wie die Flüssigkeiten so sind auch die festen Stoffe im Vergleich zu den Gasen nur wenig durch Druck komprimierbar, und auch hier sind keine für alle festen Stoffe geltenden Gesetzmäßigkeiten bekannt geworden. Auch die thermische Ausdehnung der Stoffe ist relativ gering; sie ist für die meisten festen Stoffe der Temperatur annähernd propor- tional, ohne daß jedoch diese Proportionahtät Anspruch auf strenge Gesetzmäßigkeit er- heben könnte (F i z e a u C. r. 58 923 1864 62 1101 1133 1866; Du long und Petit Ann. d. ehem. phys. 2 240 1816). Gesetz- mäßige Beziehungen irgendwelcher Art zwischen dem Grade der thermischen Aus- dehnung und der Natur des festen Stoffes sind nicht bekannt geworden. Während bei den Gasen Mischbarkeit in allen Verhältnissen allgemein, bei den Flüssigkeiten häufig ist, ist die vollständige Mischbarkeit in festem Zustande relativ selten. Als solche in allen Verhältnissen mischbare feste Stoffe sind zumal die iso- morphen und eutro})ischen Stoffe bekannt geworden. Partielle Mischbarkeit ist häufig; in den weitaus meisten Fällen ist aber die IMisch- barkeit praktisch gleich Null (van 't Hoff Ztsclu-. f. phys. Ch. 5 323; Bruni Ueber feste Lösungen Stuttgart 1901 ; B o d - 1 ä n d e r N. Jahrb. f. Min. Beil. B. 12 52 1899; Roozeboom Z. f. phys. Cli. 30 385 und 413). Manche Stoffe besitzen die Eigenschaft, mit anderen zwar keine Mischkristalle zu bilden, aber ]>arallel auf denselben sich abzuscheiden. Diese Fähigkeit der Parallel- verwachsung dürfte aber wohl stets eine wenn auch unter Umständen nicht nachweisbare Mischbarkeit zur Voraussetzung haben. Diese Eigenschaft der Parallelverwachsung wird von 0. Lehmann als H e t e r o t r o p i e bezeichnet. Ueber die Oberflächenspannung der festen Stoffe ist z. Zt. nur wenig Sicheres bekannt, da sie infolge der Starrheit der Materie auf deren Ausbildung nur unter ganz bestimmten Bedingungen von wesenthchem Einfluß sein kann. Zweifellos aber ist wohl, daß sie wie alle anderen Eigenschaften in verschie- 90 Aggregatzustände denen Richtungen verschiedene "Werte be- sitzen dürfte; es würde deslialb der feste Stoff niemals das Bestreben haben unter dem Ein- fluß der Oberflächenspannung Kugelgestalt anzunehmen, sondern es dürfte hier eine beliebige polyedrische Form als Gleich- gewichtsform in Betracht kommen (Curie Bull. Soc. Acad. Fr. 8 145 1885; W. G i b b s Thermodvii. Studien. Uebers. v, W. 0 s t - w a 1 d Leipzig 1892). 5. Uebergang aus dem gasförmigen in den flüssigen und aus dem flüssigen in den festen Zustand. Die Uebergänge aus ehiem Aggregatzustand in den anderen er- folgen im allgemeinen diskontinuierhch unter sprungweiser Acnderung aller Eigenschaften. Komprimiert man ein Gas z. B. Kohlen- säure, so tritt bei einem ganz bestimmten Druck plützhch Verflüssigung unter starker Kontraktion ein und von diesem Augenblick ab sind alle Eigenschaften des Stoffes deut- lich verändert. Dennoch ist bei dem Ueber- gang vom gasförmigen in den flüssigen Zu- stand auch eine kontinuierliche Ueberfülu-ung möglich (s. Abschnitt 7). Erhitzt man in einem Kolben ein Gas über seine kritische Temperatur und kom- primiert es hierauf über seinen kiitischen Druck, so bleibt alles gasförmig. Kühlt man nun aber unter die kritische Temperatur ab, so erweist sich der ganze Kolbeninhalt als flüssig, ohne daß in einem bestimmten Punkte eine diskontinuierhche Aenderung der Eigenschaften eingetreten wiire. Aber auch unterhalb der kritischen Tem- peratur besteht ein isothermer kontinuier- licher Uebergang vom gasförmigen zum flüssigen Aggregatzustand, wenn auch prak- tisch eine solche kontinuierhche Ueberfüh- rung nicht möghch erscheint. Die Konti- nuität ist von van der Waals durch seine berühmte Z u s t a n d s g 1 e i c h u n g dargetan worden. Diese Gleiclumg, die sich auf molekular- kinetische Betrachtungen gründet, war ur- sprünglich dazu bestimmt, die bedeutenden Abweichungen von dem Gesetz von B 0 y 1 e - Mariotte zu erklären, die die Gase bei sehr hohen Drucken zeigen. Sie genügte aber nicht nur dieser Anforderung aufs beste, sondern es gelang auch mit Hilfe derselben direkte Beziehungen zwischen dem gas- förmigen und flüssigen Zustand aufzu- decken. Die Druck-Volumknrve besitzt unterhalb der kritischen Temperatur nach van der Waals die beistehende Form (Fig. 1). Die Linie aa entspricht der Aenderung, des Gasvolumens mit dem Druck bei konstant gehaltener Temperatur. Bei rascher Druck- steigerung läßt sich diese Linie noch über den Punkt a hinaus etwa bis zum Punkte x verfolgen. Im allgemeinen aber tritt im Punkte a partielle Verflüssigung ein und das Volumen nimmt bei konstantem Druck längs der gestrichelten Linie a-ß-y bis y ab, wo alles flüssig ist. Bei weiterer Druck- Volumen Fig. L Steigerung ändert sich das Volumen des nun- mehr flüssigen Stoffes längs der Linie yd. Auch die Linie dy läßt sich unter Umständen über y hinaus, etwa bis zum Punkte y ver- folgen. Der übrige Teil der Kurve y-c-/5-b-x läßt sich dagegen nicht realisieren. Bei höheren Temperaturen rücken die drei Punkte y. ß, a immer näher aneinander und fallen bei der kritischen Temperatur in einen Punkt z zusammen. Oberhalb dieser Temperatur sind daher Gas- und Flüssigkeitszustand identisch geworden (Linie ezf). Für den Uebergang aus dem flüssigen in den festen Zustand existiert bisher keine der van der Waals sehen analoge Gleichung, so daß wir zunächst auf Vermutungen ange- wiesen sind darüber, ob auch hier ein kon- tinuierhcher Uebergang möghch sei. Aus- gesprochen worden ist diese Vermutung von einer Reihe namhafter Forscher, unter denen in erster Linie Planck und P 0 y n t i n g (Poynting Phil. Mag. [5] 12 *32 1881; P 1 an c k Wied. Ann. 15 446 1882; derselbe, Vorles. über Thermod\ni. S. 18 u. 152 1897; 0 s t w a 1 d Lehrb. d. Allgem. Ch. II 2 389), sowie W. 0 s t w a 1 d zu nennen sind fZtschr. f. phys. Ch. 21 17 1896; Wied. Ann. 62 280 1897; 66 473 1898; 68 553 und 629 1899; Ann. Phys. 1 275, 2 1 u.3 161 1900). Anderer- seits hat T am mann darauf hingewiesen, daß die Existenz eines solchen kontinuier- lichen Ueberganges auch einen kritischen Punkt flüssig-fest postulieren würde. T a m - manns experimentelle Untersuchungen, die sich bis zu recht erhebhchen Drucken erstrecken, lassen aber die Existenz eines Aggregatzustände 91 solchen kritischen Punktes sehr unwahr- scheinhch erscheinen. Praktisch ist der Uebergang aus dem flüssigen in den festen Zustand, wenn wir unter letzterem, stets nur den anisotrop- festen verstehen wollen, stets spontan und mit einer plötzlichen Aenderung aller Eigen- schaften, zumal auch des Eiiergieinhaltes, verknüpft. Der Uebergang aus dem flüssigen in den isotrop -festen Zustand da- gegen, d. h. also das glasige Erstarren einer Schmelze, erfolgt stets ganz kontinuierlich, woraus ebenfalls hervorgeht, daß der isotrop- feste Zustand vom isotrop-flüssigen nur graduell, vom anisotropen dagegen prinzipiell unterschieden und mithin dem ersteren zu- zurechnen ist. Auch die, als flüssige Kristalle gedeuteten, anisotropen Flüssigkeiten erfahren eine spontane Aenderung. indem sie bei einer ganz bestimmten Temperatur plötzlich isotrop werden. Dieser Punkt wird als der Schmelzpunkt der flüssigen Kristalle bezeichnet. 6. Ueber den Molekularzustand der gasförmigen, flüssigen und festen Materie. Die kinetische Molekulartheorie (vgl. hier- zu 0. E. Meyer Kinetische Theorie der Gase Breslau 1895 2. Aufl. ; B o 1 1 z m a n n Gastheorie I und II Leipzig 1895 und 1898; C 1 a u s i u s Mechanische Wärmetheorie III Braunschweig 1899 — 1891) nimmt den gasförmigen Zustand als bedingt an durch eine rasche geradlinige Bewegung der Mole- küle. Die Geradlinigkeit ihrer Bewegung wird nur geändert durch den Zusammenstoß mit anderen Molekülen oder mit der Wand des Gefäßes. Auf Grund einfacher Bewe- gungsgleichungen lassen sich aus dieser Auf- fassung die Gesetze von Boyle-Mariotte, Gay-Lussac und die Regel von Avogadro ableiten. Diese letztere besagt bekannthch, daß in gleichen Räumen eines Gases gleich viele Moleküle enthalten seien. Dadurch ist es möghch, einfach durch Messung der Dampfdichte (des spezifischen Gewichtes eines Gases) bei gegebenem Druck und gege- bener Temperatur sich Klarheit über die rela- tive Größe der Moleküle in Dampfzustand zu verschaffen. Es hat sich nun ergeben, daß weitaus die meisten Gase aus sehr einfachen Molekülen bestehen. Die Moleküle der elemen- taren Gase sind fast ausnahmslos aus zwei Atomen zusammengesetzt (H2,02,N2, usw.), während die chemisch komplexeren Gase im allgemeinen der einfachsten chemischenFormel entsprechen (CO2, CO, NH3, CH4USW). Immer- hin sind auch Fälle komplexerer Moleküle bekannt geworden. So enthält das Stick- stoff dioxydgas NO 2 bei tieferen Tempera- turen zunehmende Mengen von Tetroxyd (N02)2 beigemengt und das Sauerstoff- atom bildet außer dem Sauerstoff molekül auch das komplexere Ozonmolekül (O3). In allen den Fällen, wo ,, Assoziation" bei Temperaturänderung in Gasen statt- findet, erfolgt diese albnähhch d. h. es ent- spricht jeder T( mperatur ein ganz bestimmtes Gleichgewicht zwischen assoziierten und nicht assoziierten Molekülen. Die van der Waals sehe Gleichung, die sich, wie bereits erwähnt, ja gleichfalls auf die molekularkinetische Auffassung grün- det, zeigte uns, daß zwischen dem flüssigen und gasförmigen Zustand ein kontinuierücher Uebergang besteht. Es ist daher ohne weiteres berechtigt, die molekularkinetische Auf- fassung auch auf den flüssigen Aggregat- zustand zu übertragen, nur überwiegen hier die zwischen den Molekülen bestehenden anziehenden Kräfte gegenüber der freien Bewegungsenergie, so daß die Flüssigkeits- moleküle sich nicht freiwilhg voneinander zu entfernen vermögen. Es wäre aber un- richtig, olme weiteres lediglich aus dem kontinuierlichen Uebergang zwischen dem gasförmigen und fltissigen Zustand nun auch auf eine gleiche Molekulargröße in denselben schließen zu wollen. Es findet sich eine Anzahl von Stoffen, die bereits im gasförmigen Zustand mehr oder weniger ausgesprochene Polymerisation zeigen und in einzelnen dieser Fälle wächst die Polymerisation mit zuneh- mender Dichte. Ja es erscheint keineswegs unberechtigt in weitaus den meisten oder sogar in allen Gasen neben überwiegend normalen auch vereinzelte komplexe Mole- küle anzunehmen. Die Zahl derselben könnte natürlich bei zunehmendem Druck wachsen und längs dem nicht realisierbaren Kurvenstück aßy recht beträchtMche Werte annehmen und dann im flüssigen Zustand bei weiter gesteigertem Druck noch mehr wachsen. Es ist aber zu bedenken, daß die van der Waals sehe Formel nur dann Gültigkeit beanspruchen kann, wenn eine Aenderung der Molekulargröße des Mediums nicht statthat. Das Zutreffen dieser Formel nun für die meisten hoch kom- primierten Gase läßt den Schluß zu, daß bei denselben eine merkhche Polymerisation durch Druck nicht erfolgt. ' Gibt die van der Waals sehe Formel nun auch das Verhalten des verflüssigten Stoffes be- friedigend wieder, so müssen wir auch für den Molekularzustand der betreffenden Flüssig- keit einen analogen Schluß ziehen. Wir sind also berechtigt mit ziemlicher Sicherheit die Frage zu beantworten, ob ein bestimmter Stoff im flüssigen Zustand sich polymerisiert oder nicht. Eine auf theoretischer Grund- lage beruhende Methode zur Ermittelung des Grades der Assoziation im flüssigen Zu- stand ist dagegen nicht bekannt. Es ist aber von Eötvös (Wied. Ann. 27 452 1886) und später von R a m s a v und S h i e 1 d s (Ztschr. f. phys. Ch. 12 433 1893) auf empi- 92 Aggregatzustände rischem Wege eine Beziehung zwischen der Aenderung der Oberflächensjiannung mit der Temperatur und der Molekulargröße ermittelt worden. Danach besitzen die meisten Flüssigkeiten normales Molekular- gewicht wie die entsprechenden Gase, wäh- rend gewisse Körperklassen namentlich orga- nische Säuren, Alkohole, das Wasser und zahlreiche anorganische Salze in geschmol- zenem Zustande (W a 1 d e n Ztschr. f. Elek- trochemie 14 713 1908) aus komplexen Molekülen bestehen dürften. Die empirische Natur der Gleichung bringt es mit sich, daß die Deutung der auf Grund derselben erhaltenen Resultate nicht absolut einwand- frei ist. Für den Molekularzustand der anisotrop- festen Materie sind wir fast ganz auf Vermu- tungen angewiesen. Die kinetische Molekular- theorie stellt sich die Moleküle im festen Zustand als um bestimmte Zentren in be- stimmten Richtungen schwingend vor, durch die Art dieser Schwingungen wären die kris- tallinischen Eigentümlichkeiten des betref- fenden Stoffes bedingt (B o 1 1 z m a n n). lieber die Molekulargröße im festen Zustand ist nichts Sicheres bekannt. Es ist wohl denkbar, daß mit der weiteren Abnahme der inneren Energie gegenüber dem flüssigen Zustand noch ein weitaus stäikeres Ueber- wiegen komplexer, teilM^eise vielleicht hoch- komplexer Moleküle verknüpft ist. Einen gewissen Anhalt für die Richtigkeit dieser Annahme bietet uns die bei den festen Stoffen häufige Erscheinung der Polymor- phie. Während nämlich bei den Gasen und den Flüssigkeiten die Tatsache, daß chemisch gleich zusammengesetzte Stoffe charakte- ristisch verschieden sind, bei chemisch ein- facheren Molekülen relativ stlten angetroffen wird (Ozon, Stickstofftetroxyd, flüssiger Schwefel) und hier stets durch Polymeri- sation (Assoziation von Molekülen) erklärt werden kann, und nur bei den komplizierteren organischen Molekülen häufig ist und hier entweder durch Polymerie oder durch Isomerie (verschiedene Anordnung der Atome im Molekül) bedingt ist. ist bei den anisotrop- festen Stoffen diese Erscheinung fast die Regel (Polymorphie), und selbst die che- misch einfachsten Stoffe, die Elemente, sind fast durchweg in mehreren polymorphen, oder wie man es bei Elementen auch nennt allotropen Formen bekannt. Die Polymorphie ist prinzipiell von der oben genannten Isomerie und Polymerie nicht verschieden (vgh 0. Lehmann Molekularphysik 1889 II 405 ff.; K. Schaum T)ie Arten der Isomerie. Habi- litationsschrift Marburg 1897); wir können sie nur erklären durch eine verschiedene Größe der Moleküle, oder durch eine ver- schiedene räumliche Anordnung der Einzel- moleküle im Komplexmolekül. Ob es sich bei festen polymorphen Stoffen um Isomerie oder Polymerie handelt, kann unter Um- ständen entschieden werden (vgl. H e y d - rieh Ztschr. f. Krystallogr, 48 243 1910). Die Tatsache, daß bei Gasen und bei Flüssigkeiten die assoziierten Moleküle neben den einfachen oder zwei isomere Formen nebeneinander über ein größeres Tempe- raturintervall bestehen können, während die polymorphen Formen eines Stoffes im all- gemeinen nur in einem einzigen Punkte, dem Umwandlungspunkt, nebeneinander be- stehen, ist kein Widerspruch gegen die Behauptung, daß hier verwandte Erschei- nungen vorliegen. Sie erklärt sich einfach auf Grund der Phasenregel aus der Tatsache, daß in den beiden ersten Fällen vollständige oder teilweise gegenseitige Löshchkeit der beiden Formen besteht, während die poly- morphen Formen eines festen Stoffe-; im all- gemeincn ineinander praktisch unlöslich sind. Doch sind auch beim festen Zustand ver- einzelte Fälle bekannt geworden, wo zwei polymorphe Formen miteinander mischbar sind (Selen, vermutlich auch Tellur) und in diesen Fällen fehlt der Umwandlungs- punkt und die beiden Formen sind über ein größeres Gebiet nebeneinander im Gleich- gewicht. Ueber das Molekulargewicht der Stoffe in verdünnter fester Lösung läßt sich eher etwas Positives aussagen ; auf diese scheinen die V a n ' t H 0 f f sehen osmotischen Gesetze der verdünnten Lösungen mit gewissen Bescln-änkungen anwendbar zu sein (vgl. hierzu van 't Hoff Ztschr. phys. Ch. 5 322 1890; van Bijlert Ztschr. phys. Ch. 8 343 1891 ; B e c k m a n n Ztschr. phys. Ch. 22 609 1897; B o d l ä n d e r N. Jalirb'. f. Min. Beil. Bd. 12 25 1898). Literatur, van der Waals, Kontinuität des gasförmigen und flüssigen Zustandes. Deutsch von F. Roth, IL Aufl., Leipzig 1899. — O. ie/i- inann, ßfolekularphysik, Leipzig 1888. — G. Tammann, Kristallisieren und Schmelzen, Leipzig 1903. — JT. H. van't Hoff, Vorlesungen über theoretische und physikalische Chemie, Braunschweig 1903. — W. Kernst, Theore- tische Chemie, 6. Aufl., Stuttgart 1909. H. Ma^'c. 7. Kritische Erscheinungen. 7a) Ent- d e c k u n g u n d E r k 1 ä r u n g d e r k r i - tischen Erscheinung e"n. C a g - niard de la Tour erhitzte in einer zugeschmolzenen Glasröhre eine Flüssigkeit, die die Röhre nur zum Teil anfüllte, über der sich also gesättigter Dampf unter dem der jeweiligen Temperatur entsprechenden Dampfdruck befand. An dem Flüssigkeits- Aggregatzustände Spiegel konnte man die Grenze zwischen Flüssiiilveit und Dampf erkennen. Beim Steigern der Erliitzung wurde der Meniskus flacher und mit einem Male verschwand die Grenze zwischen Flüssigkeit und Dampf völhg. Die Röhre war mit einer homos;enen Masse erfüllt. Beim Abkühlen der Röhre trat der Meniskus bei der gleichen Temperatur wieder in Erscheinung, bei der er verschwun- den war. Der plötzliche Uebergang von Flüs- sigkeit und Dampf in eine homogene Masse stellt einen neuen Zustand der Materie dar, den man den C a g n i a r d de 1 a T o u r - sehen Zustand nennt. Eine Klärung dieser Erscheinung erzielte zuerst T h. Andre w s im Jahre 1857 und zwar durch Versuche mit Kohlensäure. Er scliloß Kohlensäure in einer oben zuge- schmolzenen Kapillare unten durch Queck- silber ab, und brachte dieses Rohr in einen Preß/ylhider, in dem er durch Einschrauben eines Stempels den Druck behebig erhöhen und dadurch das Quecksilber in der Kapillare liin auftreiben konnte. Die Temperatur hielt er während seines Versuches durch ein Wasserbad konstant; den Druck maß er durch ein Luftmanometer, das Volumen durch vorheriges Kahbrieren der Kapillare. Seine Ergebnisse stellten das Verhalten der flüssigen und der gasförmigen Kohlensäure bei konstanter Temperatur fest und zeigen die Abhängigkeit des Volumens vom Druck. Beistehende Figur 1 gibt das Andrews- sche Diagramm wieder. Bei Druckerhöhung nimmt also das Volumen des Gases rasch ab. bis der durch die Ver- suchstemperatur bestimmte Dampfdruck des gesättigten Kohlensäuredampfes erreicht ist. Bei weiterem Verringern des Volumens be- ginnt ein Teil des Dampfes sich zu konden- sieren und der Druck nimmt nicht mehr weiter zu, bis aller Dampf verflüssigt ist; von da al) kann durch sehr starke Erhöhung des Druckes nur noch eine ganz geringe Volumen- verringerung der Flüssigkeit erzielt werden. Der Teil dieser Isothermen, der im Sät- tigungsgebiet hegt, nimmt mit steigender Temperatur immer mehr ab, bis er endhch ganz verschwindet. Dort findet ein kon- tinuierlicher Uebergang des gesättigten Dam- pfes in Flüssigkeit statt. Diese Erscheinung fand A n d r e w s für Kohlensäure bei der 30,9 "-Isotherme, die er deshalb die k r i t i - s c h e I s 0 t h e r m e nannte. Die zugehörige Temperatur ist die kritische Temperatur, die Andrews als jene definiert, bei der ein Unterschied zwischen Gas und Dampf auf- tritt: denn oberhalb dieser Temperatur ist ein gesättigter Dampf und eine Verflüssi- gung aucli bei noch so hohen Drucken nicht möglich. Verbindet man die Punkte im Andrews- schen Diagramm, bei denen die Kondensation beginnt und bei welchen sie vöUig beendet ist, so ergibt sich eine in Figur 1 gestrichelte geschlossene Kurve, die sogenannte Grenz- kurve, die an der Berührungsstelle mit der kritischen Isotherme ein Maximum hat. &tm ^ >V Fi- 1. Diesen Berührungspunkt nennt man den kritischen Punkt; er ist offenbar derselbe, bei dem die oben beschriebene C a g n i a r d de 1 a T o u r sehe Erscheinung auftrat. Dort herrscht die kritische Tem- peratur, oberhalb deren eine Flüssigl eit nicht mehr existenzfähig ist. Der dieser Tem- peratur entsprecliende Sättigungsdruck heißt der kritische Druck. Er ist der größte Druck, unter dem gesättigter Dampf möghch ist. Das Volumen, das der kritischen Temperatur und dem kritischen Druck zu- geordnet ist, heißt das k r i t i s c h e V o 1 u - men; Flüssigkeitsvohnnen und Dampf- volumen sind beim kritischen Punkt iden- tisch. Das Andrews sehe Diagramm gfe- stattet eine präzise Differenzierung der Be- griffe Dampf und Gas. Das Zustandsgebiet rechts von der kritischen Kurve reprä- sentiert den Gaszustand; überschreiten wir die kritische Kurve oberhalb des Be- rührungspunktes mit der Grenzkurve, so führen wir das Gas direkt, ohne Heterogeni- 94 Aggregatzustände tätserscheinungen, in die Flüssigkeit über und umgekehrt. Das Gebiet zwischen dem rechten Ast der Grenzkurve und der liiiti- schen Kurve stellt den Zustand des unge- sättigten Dampfes dar. Die Grenzkurve umschließt das Gebiet für die Koexistenz von gesättigtem Dampf und Flüssigkeit. Links von der kritisclien Kurve und der linken Hälfte der Grenzkurve schließhch liegt das Gebiet der Flüssigkeit. Hier sei noch einer Erscheinung Erwäh- nung getan, die im kritischen Punkt auftritt, der sogenannten kritischen Trübung. Schon Andrews bemerkte in der Nähe des kritischen Punktes eine Schlieren bildung, die auch von anderen Forschern erkannt und teilweise als Beweis gegen die Gültigkeit der Kontinuität des gasförmigen und flüssigen Zustandes angesehen wurde. Neuere Unter- suchungen haben jedoch ergeben, daß diese Erscheinung mit der Andrews sehen Theorie wohl vereinbar ist und S m o 1 u - c h 0 w s k i hat auf Grund von Wahrschein- lichkeitsrechnungen gezeigt, daß in der Nähe des kritischen Punktes die Wahrschein- hchkeit von Diehtigkeitsunterschieden sehr groß ist, so daß hierdurch die Erklärung der kritischen Trübung, die schon A n d r e w s gab, bestätigt wird. Aus Andrews Kurven ersieht man, daß unterhalb des kritischen Punktes zu einem Druck zwei Volumen, das des gesättig- ten Dampfes und das der Flüssigkeit gehören. James Thomson stellte bei Er- wägung dieser Resultate die Hypothese auf, daß sich die Isothermen durch kontinuier- liche Kurven dritter Ordnung darstellen lassen müßten, die unterhalb des kritischen Punktes 3 reelle, oberhalb nur 1 reelle Wurzel hätten. Im Sättigungsgebiet ersetzt also die Thomson sehe Anschauung die Gerade durch eine wellenförmige Linie, die in Figur 1 punktiert eingetragen ist. Zu gleichen Ergebnissen kommt, wie nachher gezeigt wird, van der Waals auf Grund molekulartheoretischer Erwägungen bei der Aufstellung der nach ihm benannten Zustandsgieichung. 7 b) T h e 0 r e t i s c li e Folgerungen. Zustandsgieichung. Tlieorie der übereinstimmenden Zu- stände. Da das Boyle-Mariotte- sche Gesetz unterhalb und in der Nähe des kritischen Punktes keine Gültigkeit besitzt, war man vielfach bemüht, eine Gleichung der Gase zu finden, die dem wirklichen Ver- halten derselben mehr entspricht. Eine solche Gleichung, die noch den Vorzug be- sitzt, daß sie sowohl für Gase als auch für Flüssigkeiten Geltung hat, wurde von van der Waals 187B aufgestellt. Sie unter- scheidet sich von der Gleichung der sogenann- ten idealen Gase durch zwei Konstanten, die den Einfluß des Volumens und der sogenann- ten Molekularattraktion berücksichtigen sollen. Wie nämlich leicht einzusehen ist, kann die Gleichung pv = RT für sehr hohe Drucke keine Gültigkeit mehr haben, denn dies würde bedeuten, daß sich das Volumen mit steigendem Druck dem Nullwert nähert, eine Annahme, die unseren Auffassungen von der Erhaltung des Stoffes widerspricht. Durch Einführung einer Konstanten ,,b" trug van der Waals dem unzusammen- drückbaren Eigen volumen der Moleküle Rech- nung und zwar in der Form p (v — b) = RT, Andererseits lassen sich bei mittleren Drucken die Gase leichter komprimieren als das Boy lösche Gesetz angibt; diese Erschei- nung erklärt man sich durch die Hypothese von einer gegenseitigen Attraktion der Mole- küle, durch die ein Molekulardruck ent- steht, der den äußeren Druck unterstützt. Da diese molekulare Anziehung der Dichte der anziehenden und der angezogenen Gas- teilchen also dem Quadrat der Dichte direkt und dem Quadrat des Volumens entgegen- gesetzt proportinal ist, so trägt van der Waals dieser Erchseinung Rechnung durch den Ausdruck p + a g» ^o daß seine Zu- standsgleichung die Form erhält (P + (v— b) = RT Die Gleichung enthält also drei Kon- stanten a, b und R, die für jedes Gas ver- schieden sind und experimentell z. B. durch Beobachtung einer Reihe von Isothermen bestimmt werden müssen. Vergleicht man nun die Werte, die sich aus der Gleichung von van der Waals ergeben mit den Beobachtungen von An- drews, so finden wir sie mit denselben in voller quahtativer Uebereinstimmung, mit Ausnahme ihresVerhaltens im Sättigungs- gebiet. Hier ergibt die Gleichung für die Isothermen die wellenförmige Linie, die schon J. Thomson erwartet hat, während Andrews' Isothermen sich von der Sätti- gungslinie an bis zur völligen Verflüssigung als eine Gerade parallel zur Abscissen-Achse darstellen. M a x w c 1 1 und C 1 a u s i u s haben thermodjmamisch bewiesen, daß sich die Kurve dritter Ordnung im Kondensa- tionsgebiet durch eine der x-Achse parallele Gerade ersetzen läßt, welche mit der Iso- therme zwei gleiche Flächenstücke bild t. Von dem Thomson sclien wellenförmigen Kurvenstück abcde sind nun die den Stücken ab und ed entsprechenden Zustände tat- sächlich realisierbar. Man kann nämlich einen Dampf über seinen Sättigungspunkt hinaus komprimieren, ohne daß Konden- sation eintritt, d. h. den Dampf übersättigen; Aggregatzustände 95 das würde dem Kurvenstück a b entsprechen. Analog gelingt es, eine Flüssigkeit unter einem Druck zu erhalten, der unterhalb ihres der betreffenden Temperatur ent- sprechenden Dampfdruckes liegt, d. h. die Flüssigkeit überhitzen. Derartige homogene metastabile Zustände („Ueberschrei- tungserscheinungen") sind nur bei Ab- wesenheit der anderen Phase möglich; wird diese zugeführt, so stellt sich sofort ein der horizontalen Linie ace angehörendes heterogenes Geoilde her. Die dem Kurven- stück b c d entsprechenden Zustände können überhaujit nicht hergestellt werden ; es müßte ja im Gebiet d c b mit steigendem Druck das Volum zunehmen, also der Druck selbst unbegrenzt weiter wachsen. Die van der Waals' sehe Gleichung entspricht nun zwar nicht vollkommen dem wirklichen Verlauf der Zustandsände- rung von Gas und Flüssigkeit, sondern stellt nur eine Annäherung dar. Besonders ist b keine Konstante, sondern von Druck und Temperatur abhängig, wie C 1 au s i u s und andere gezeigt haben. Doch ist die Ueberein- stimmung hauptsächlich auch im Flüssig- keitsgebiet so weitgehend und der Bau der Gleichung so einfach, daß dieselbe eine weite Anwendung gefunden hat. Nimmt man diese Gleichung als richtig an, dann lassen sich mit ihrer Hilfe die kritischen Stücke einer Materie bestimmen, wenn man die Konstan- ten a und b kennt, oder es lassen sich diese Konstanten aus den kritischen Stücken be- rechnen. Dies geschieht durch die Bedingung, daß diese Gleichung vom dritten Grade ist und im kritischen Punkt drei gleiche Wurzeln haben muß. Man erhält dann für die drei ki-itischen Daten Vk, pk, und Tk folgende a Beziehungen: Vk = 3b; pk = .2^ h^ RTk Die dritte Konstante Bläßt sich aus der Annahme berechnen, daß das B o y 1 e- M a r i 0 1 1 e sehe Gesetz pv = RT bei sehr großen Volumen richtig ist; R ist also die Gaskonstante des idealen Gases. Eine interessante Umformung hat van der Waals mit seiner Gleichung vorge- nommen, indem er Druck, Volumen und Temperatur in Bruchteilen des lo-itischen Drucks, des kritischen Volumens, der kriti- schen Temperatur ausdrückte. Bezeichnen wir mit van der Waals das Verhältnis Pk als reduzierten Druck, Vk = cp als reduziertes Volumen, TS— = T als reduzierte Temperatur, so geht die Gleichung über in die sogenannte redu- zierte Zustandsgieichung; Da diese Gleichung keine Konstante enthält, die von der jeweiligen Substanz ab- hängig ist, so gilt sie in unveränderter Form für alle Substanzen, sowohl Gase als auch Flüssigkeiten. Bei graphischer Darstellung kann daher das Verhalten aller Substanzen durch ein einziges Diagramm zum Ausdruck gebracht werden. Entsprechend den ver- schiedenen Werten, welche die kritisciien Daten für verschiedene Substanzen besitzen, entsprechen natürlich gleiche Werte der reduzierten Koordinaten verschiedenen Ab- solutwerten von V, p und T (vgl. unten Figur 2). A m a g a t hat das Verhalten einer Reihe von Gasen untersucht und in pv — p Dia- grammen dargestellt, die er durch optische Aenderung der Diagramm-Maßstäbe zur Uebereinstimmung bringen konnte. Da- durch hat die Theorie der überehistimmen- den Zustände eine vortreffliche Bestätigung gefunden. Unser Diagramm 2 zeigt die vorzügliche Uebereinstimmung der pv — p Diagramme von Luft, CO, und Aether, wie sie A ra a g a t gefunden hat. ^.0----^ PAtm^CÖ, 100 200 300 Lüff. Wrrim, uniD ^onl-e-'>lsw^u^^-. Fig. 2. Die Darstellung der Zustandgleichung in einem zweiachsigen Diagramm ist allgemein üblich geworden. Diese Diagramme, sei es nun ein Druck -Volumen -Diagramm, das sogenannte Arbeitsdiagramm oder ein 96 Aggregatzustände Entropie-Temperatur-Diagramm, das soge- nannte "Wärmediagramm, dienen in hohem Grade zur Verai.schauHchung der Zi; Stands- änderungen einer Substanz; doch haben sie den Nachteil, daß immer nur die Aenderung von zwei der drei, im allgemeinen unab- hängigen Variabein p, v und T zu erkennen ist. Dies hat Gibbs dazu geführt, ein drei- achsiges Koordinatensystem anzunehmen, die sogenannte thermodynamische Fläche, in welcher Entropie («), Energie (e) und Volumen (v) als Koordmaten auftreten und worin ein Punkt der Fläche einen bestimmten Zustand einer Substanz nach p, v und T vollständig präzisiert. Druck und Tempe- ratur ergeben sich, wie Gibbs gezeigt hat, als Tangenten des Neigungswinkels der Fläche gegen die rj-v Ebene, gemessen in zur 7-j- und v-Achse senkrechten Ebenen. Am einfachsten führt man wieder reduzierte Größen ein und erhält dadurch ein drei- achsiges Diagramm der übereinstimmenden Zustände. 7 c) Gasverflüssigung. Die Fest- steilungen von Andrews über die kritische Temperatur, obprhalb welcher eine Verflüssi- gung selbst bei noch so h hem Druck rieht möghch ist, haben auf die Versuche zur Ver- flüssigung der sogenannten permanenten Gase einen großen Einfluß gehabt. Kurz seien die vor Andrews, also ohne Kenntnis seines Diagramms, vorgenom- menen Versuche erwähnt. F a r a d a y gelang es 1823 mittels eines zugeschmolzenen gebogenen Rohres, in dem sich das Gas befand, und dessen einer Schenkel zur Druck- erhöhung erhitzt wurde, während der andere Schenkel in einer Kältemischung stand, Chlor, Kohlensäure usw. flüssig zu erhalten. Nachdem 1830 T h i 1 0 r i e r das F a r a - d a y sehe Vei fahren verbessert und damit Kohlensäure auch in freier Luft siedend in größeren Mengen erhalten hatte, gelang es wieder F a r a d a y durch Ver- dampfen einer COo-Aethermischung unter vermindertem Druck Temperaturen bis ca. — 110 " C zu erzielen. Statt durch Erwär- mung vermehrte er den Druck durch eine Kompressionspumpe; dadurch gelang es ihm bis zum Jahre 1845 alle Gase bis auf 6 zu vei flüssigen. Diese sechs Gase, die seinen Verflüssigungsversuchen widerstanden, nannte er permanente Gase, es waren dies Wasserstoff. Stickstoff, Sauerstoff, Methan, Kohlenoxyd und Stickoxyd. Lange bheben nun alle Versuche diesen sechs Gasen beizu- kommen resultatlos, obwohl z. B. Nat- ter e r bis zu Drucken von 3G00 Atm. ging und durch Verwendung von Stickoxydul als Kühlmittel Temperaturen von — 115 " er- reichte, also nur wenige Grade von der kriti- schen Temperatur des Sauerstoffs entfernt war. Erst als Andrews zeigte, daß nicht die Höhe des Druckes, sondern die Erzielung einer genügend tiefen Temperatur das Be- stimmende bei der Gasverflüssigung sei, ging man daran, weitere Temperaturernied- rigungen zu erzielen. Am gleichen Tage, dem 24. Dezember 1877, gelangte an die Pariser Akademie die Mitteilung, daß es R a 0 u 1 P i c t e t in Genf und Louis Cailletet in Paris gelungen sei, Sauerstoff zu ver- flüssigen. Beide waren auf ganz verschiedene Weise vorgegangen. P i c t e t arbeitete nach der Methode der stufenweisen Abküh- lung. Er verwendete zwei Systeme von je zwei ineinanderliegenden Röhren. In dem ersten System der sogenannten ersten Stufe verdampfte sehwefhge Säure unter nied- rigem Druck im äußeren Rohr; hierdurch erzielte er eine so tiefe Temperatur, daß im inneren Rohr Kohlensäure unter hohem Druck flüssig wurde. Diese Kohlensäure hc ß er wie- der in der zweiten Stufe unter niedrigem Druck verdampfen, wodurch das im inneren Rohr dieser Stufe liegende Rohr mit Sauer- stoff unter hohem Druck sehr tief abge- kühlt wurde. Als er nun einen Hahn öffnete, wobei sich das Gas plötzhch entspannte, erhielt er einen Strahl flüssigen Sauerstoffs. Cailletet arbeitete mit adiabatischer Expansion, indem er in einem mit Sauer- stoff gefüllten Kapillarrohr, das in einen Preßzylinder eintauchte, durch eine Preß- pumpe Drucke bis 300 Atm. herstellte und das Gas plötzhch sich entspannen Meß. Die Kapillare war durch ein Kältebad vor- gekühlt. Nach der Entspannung zeigte sich das verflüssigte Gas als Nebel in der Kapillare. Geht nämlich die Entspannung so rasch vor sich, daß keine Wärme dem Gas zugeführt werden kann, so muß die j ganze äußere Arbeit, welche durch das Ausströmen gegen den Atmosphärendruck geleistet wird, aus dem Wärmevorrat des Gases gedeckt werden, d. h. es muß sich sehr stark abkühlen, und zwar erfolgt die Temperatursenkung, falls wir das B 0 y - 1 e sehe Gesetz als gültig annehmen wollen, nach der Formel T,= Ti Ist }c für Luft = 1,4, so ist z. B. beim Ent- spannen von 50 auf 1 Atm. von + 20 " Anfangstemperatur an die Temperatursen- kung = 2030 C (vgl. den Artikel „Gase"). Durch diese beiden Versuche war zwar der Beweis erbracht, daß es möglich war, die permanenten Gase bis auf Wasser- stoff, der erst 1884 durch Olszewski verflüssigt wurde, zu kondensieren; aber größere Mengen konnten erst durch weitere Ausbildung deir Stufenmethode erzielt werden. Hieran haben sich vor allem Olszewski in Krakau, De war in London und Ka- Aggregatzustände 97 111 e r 1 i n g h 0 n n e s in Leiden hervor- getan, die Aethylen oder Chlonnethyl als erste, feste Kohlensäure als zweite und flüssigen Sauerstoff als dritte Stufe verwen- deten. Diese Stufeninethode ist zwar in der Anlage kompliziert, aber sie arbeitet dadurch wirtschaftlich, daß die verwendeten Stoffe einen Kreislauf beschreiben und immer wieder verwendet werden. Doch läßt sich Wasserstoff, dessen kritische Temperatur bei — 242 " C liegt nicht mittels dieser Methode flüssig erhalten, da die tiefste Temperatur, die man durch Verdampfen von Sauerstoff unter vermindertem Druck er- halten kann, nur —220*' C ist; dies gelang zuerst nur durch adiabatische Expansion bei vorheriger möglichst tiefer Abkühlung. Vor- läufig war jedoch dieses Prinzip auch nur für geringe Mengen anwendbar, da es nicht gelang, eine Maschine bei diesen tiefen Temperaturen in Gang zu erhalten. Durch Einführung eines bis jetzt noch nicht angewandten Prinzips gelang es, ver- flüssigte Gase in großer Menge herzustellen, nämlich durch Einführung der Abkühlung infolge innerer Arbeit. Da dies Verfahren nicht nur für die technische Verwendung der tiefen Temperaturen, sondern auch für die wissenschaftliche Forschung von ein- schneidender Bedeutung wurde, so sei dieser Vorgang etwas ausführhcher erörtert, und sein Unterschied gegen die vorher verwendeten Verfahren hervorgehoben. Sowohl bei der Stufenmethode als auch bei der adiabatischen Expansion haben wir ein abgeschlossenes Gasquantum das sich ausdehnt, dabei einen Kolben oder den Gegendruck fortschiebt und infolge dieser Leistung einer äußeren Arbeit, da keine Wärme zugeführt wird, sich abkühlt. Dabei ist es augenscheinhch gleichgültig, ob die Expansion gegen den äußeren Atmosphären- druck, oder liei der Stufeninethode, wo durch die Pumpen ein niedriger Druck hergestellt wird, gegen diesen niedrigeren Druck er- folgt. Die Hauptsache ist, daß wir ein abge- schlossenes Gasquantum haben, welches sich gegen einen Druck ausdehnen kann, und auf welches von außen keine Kraft ausgeübt wird. Nehmen wir z. B. ein Gas, das in einen Zylinder eingeschlossen ist, der auf der einen Seite einen beweglichen Kolben, auf der anderen Seite eine feste Wand besitzt, die nur eine kleine, jedoch verschließbare Oeffnung hat; denken wir die Wand des Zylinders aus völhg wärmeundurchlässigem Material und öffnen die Oeffnung in der Wand, ohne den Kolben zu bewegen; das Gas wird durch die Oeffnung ausströmen, den Luftdruck wegschieben, äußere Arbeit leisten, sich stark abkühlen. Wiederholen wir nun den Vorgang, setzen aber in dem Augen bhck, in dem wir die kleine Oeffnung aufmachen, Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Band I den Kolben in Bewegung und zwar so rasch, daß der Druck in dem Zylinder während des ganzen Ausströmens weder steigt noch fällt. Augenscheinhch wird auch hier der äußere Luftdruck fortgeschoben, aber nicht durch das Gas sondern, mittelbar durch das Gas hindurch, durch die Kraft, die den Kolben bewegt. Das Gas leistet also keine äußere Arbeit, es wird sich nicht abkühlen, solange das B 0 y 1 e sehe Gesetz gilt. Es sei mit Uj und Uj die innere, mit PiVi und P2V2 die äußere Arbeit vor und hinter dem Zylinder dargestellt. So haben wir die Gleichung Ui + Pi Vi = U2 + P2V2 Ist Pl Vi = P2 V2 so folgt Ui = U2 d. h. es kann keine Temperaturänderung eingetreten sein. Wie nun oben gezeigt wurde, ist jedoch pv nicht konstant, sondern von p und v abhängig, so daß also PiVi^ P2V2 ist und daher u, ^ u^ wird. Es tritt also eine Er- wärmung oder Abkühlung ein. Dies hatten nun W. Thomson und Joule schon im Jahre 1845 festgestellt und näher erforscht mittels ihrer berühmten ,,W a 1 1 e p f r 0 p f e n e X p e r i m e n t e ". Sie ließen durch ein Buchsbaumrohr, in dem sich zwischen zwei durchlöcherten Schei- ben der Wattepfropfen befand, Luft ohne äußere Arbeit entspannen und maßen mittels fein geteilter Quecksilberthermometer die Temperatur vor und hinter dem Pfropfen. Sie fanden dabei, daß bei Luft und anderen Gasen Abkühlung, bei Wasserstoff Erwär- mung eintrat. Die Abkühlung der Luft war um so größer, mit je tieferer Temperatur die Luft in den Durchströmapparat eintrat, Sie stellten die empirische Formel auf dT = 0,267, (Yj -dp d. h. der Kühleffekt pro 1 Atm. Druckdiffe- renz ist umgekehrt proportional dem Qua- drat der Temperatur. Die Versuche von Thomson und Joule wurden von anderen später wieder- holt, und es wurde auch die Abhängigkeit des Kühleffekts d. h. die Temperatursenkung pro 1 Atm. Druckabfall vom Druck erforscht. Wie durch die Versuche von D a 1 1 0 n , B r a d 1 e y und Haie, und Vogel fest- gestellt würde, ist der Kühleffekt abhängig vom Druck und zwar nimmt derselbe mit wachsendem Druck ab. Da Vogel im Gegensatz zu den anderen Experimentatoren, die von verschiedenen Anfangsdrucken auf 1 Atm. ausströmen ließen, immer mit kon- stantem Druckabfall von 6 Atmosphären arbeitete, war es ihm möghch, aus seinen Versuchen die Abhängigkeit des Kühleffektes vom Druck abzuleiten, und zwar fand er, 7 98 Aggregatzustände daß der Kübleffekt linear mit dem Druck 1 abnimmt. Die oben behandelten Erschei- nungen der Abkühlung durch innere Arbeit wurden nun erst von C. v. Linde und kurz darauf von H a m p s o n zur Her- stellung tiefer Temperaturen und zur Ver- flüssigung der Gase benützt. Die Linde sehe Maschine hat folgenden Arbeitsvorgang. In einem zweistufigen Kom- pressor wird die Luft z. B. auf 16 bezw. 200 Atm. isotherm komprimiert. Die hochgespannte Luft durchströmt zuerst eine Eohrschlange, die in einer Kältemischung liegt, und tritt sodann in die innerste von 3 ineinanderliegenden Kupfer- spiralen ein, die den eigentlichen Verflüssigungs- apparat bilden. Dieser Apparat arbeitet nach dem Regenerativverfahren, d. h. die schon abgekühlte Luft läuft im Gegenstrom an der an- kommenden vorbei und entzieht dieser dadurch Wärme. Die in das innerste Rohr eintretende Luft wird diuxh ein erstes Regulierventil ohne Leistung äußerer Arbeit auf 16 Atmosphären entspannt; sie kühlt sich ab und strömt durch das mittlere Rohr zur Hochdruckseite des Kom- pressors zurück, wo sie wieder auf 200 Atmo- sphären verdichtet wird und, wie oben geschildert, wieder in den Apparat eintritt. Dabei gibt sie ihre Kälte an die durch das innerste Rohr zu- strömende Luft ab, so daß cUese Luft bedeutend kälter vor das Reguherventil tritt, wo sie sich durch die Entspannung weiter abkühlt. So sum- mieren sich die durch die Entspannung auf- tretenden kleinen Abkühlungen, bis nach einiger Zeit die Abkühlung der Luft hinter dem ersten Ventil soweit fortgeschritten ist, daß durch weitere Entspannung von 16 auf 1 Atmosphäre Verflüssigung eintreten kann. Diese Entspannung geschieht durch das zweite Ventü, das so einge- stellt wird, daß ca. 2U % der aus dem ersten Ventil austretenden Luft sich hier weiter ent- spannen, während die übrigen 80 % durch das mittlere Rohr des Gegenstromapparates zum Kompressor zurückfließen. Von diesen durch das zweite Ventil ausströmenden 20 % der vom Kompressor verdichteten Luftmenge wird ca. 14, also 5 % der ganzen Menge, verflüssigt und tritt in ein D e w a r sches Gefäß, d. i. ein doppel- wandiges, evakuiertes und zur Abhaltung der Strahlung versilbertes Glasgefäß, ein; der nicht verflüssigte Rest strömt durch das äußere Rohr des Apparates in die Atmosphäre, nachdem er vorher noch zur Verbesserung der Kühlwirkung im mittleren Rohr gedient hat. Die Einführung des Gegenstrom Verfahrens zur Summierung der Abkühlung sowie die zweistufige Kompression, die gestattet, daß der größte Teil der Luft nicht von 1 Atmosphäre auf 200 Atmosphären, sondern von 16 auf 200 komprimiert werden muß, ver- bürgen der Linde- Maschine eine relativ hohe Wirtschaftlichkeit. Die Arbeitsleistung ist nämlich dem (^luotient aus End- und Anfangs- druck, dagegen der Kühleffekt der Differenz derselben proportional. Doch eignet sich die Linde-]\laschine für kleinere Versuche im Labo- ratorium weniger gut, da es ziemlich lange dauert, bis die Verflüssigung eintritt; hierin besteht nun der Vorteil des von H a m p s 0 n konstruierten Apparates, der etwas einfacher ist und schon nach ca. 10 Minuten flüssige Luft hefert. H a m p s 0 n expandiert nur einstufig von 200 auf 1 Atmosphäre und läßt die abgekühlte Luft nach Abgabe ihrer Kälte nicht zum Kom- pressor zurück, sondern in die Atmosphäre aus- treten. Die Entspannung erfolgt durch eine Reihe von drei oder mehr beim Ein- und Austritt mit- einander verbundenen, engen, in vielen konzen- trischen Spiralen aufgewundenen Kupferröhrchen; die Expansion erfolgt ebenfalls durch ein Ventil und die entspannte Luft strömt durch die Zwi- schenräume der eng zusammenliegenden Kupfer- rohre hindurch und gibt ihre Kälte an die vom Kompressor kommende Luft ab. Sämtliche Kupferröhrchen liegen in einem gut gegen Wärme isolierten Kasten, bei manchen Apparaten in einem D e w a r sehen Gefäß. Die gewonnene flüssige Luft wird in einem D e w a r - sehen Gefäß aufgefangen. Es sei kurz eine erst im letzten Jahrzehnt ausgebildete Luftverflüssigungsmaschine erwähnt, die nicht nur mit innerer Arbeit arbeitet, son- dern die Luft in einem Zylinder unter Abgabe äußerer Arbeit expandieren läßt, nämlich die Maschine von Claude. Der Arbeitsvorgang ist folgender: Luft von — 100" C und 40 Atmosphären Druck entspannt sich, äußere Arbeit leistend, in einem Expansions- zylinder und kühlt sich dabei unter — 140" C ab! Diese Luft strömt im Gegenstrom an Röhren vorbei, die Luft von — 100" und 40 Atmosphären Druck enthalten und kühlt dieselbe auf etwa — 140" ab. Bei dieser Temperatur ist bei 40 Atmosphären der Gaszustand nicht mehr möglich, und es tritt Verflüssigung ein. Die vom Zylinder kommende Luft, die sich im ersten Gegenstrom- apparat auf etwa — 130" erwärmt hat, wird nun dazu verwendet, die auf 40 Atmosphären ver- dichtete, zum Expansionszylinder strömende Luft auf — 100" vorzukühlen. Da entgegengesetzt wie bei der inneren Arbeit bei der Abkühlung durch äußere Arbeit der Kühleffekt mit sinkender Temperatur abnimmt, ist eine Verflüssigung im Expansionszylinder selbst unwirtschaftlich. Nachdem durch die Möglichkeit der maschinellen Herstellung flüssige Luft in großen Mengen zur Verfügung stand, gelang es die beiden noch der Verflüssigung wider- stehendon Gase Wasserstoff und Helium in größeren Mengen zu kondensieren. "Wie schon oben erwähnt, wurde ersteres Gas zwar von 0 1 s z e w s k i durch Ent- spannung als Nebel erhalten und es gelang D e w a r sogar durch Entspannung von stark vorgekühltem Wasserstoft etwa 250 ccm zu verflüssigen. Li bequemer und relativ einfacher Weise ließ sich aber dieses Gas flüssig erst herstellen als sein Verhalten be- züglich des T h 0 m s 0 n - J 0 u 1 e -Effekts näher erforscht war. Thomson und Joule stellten fest, daß Wasserstoff sich bei gewöhnlicher Tem- peratur bei Drosselung erwärmt, wälu-end alle anderen Gase sich abkühlen. Dies ent- spricht auch der Abweichung, die Wasser- stoff vom B 0 y le sehen Gesetz zeigt; denn während bei allen anderen Gasen pv mit wachsendem Druck abnimmt, nimmt dieses Aggregatzustände 99 Produkt bei Wasserstoff zu. Betrachten experimentell gefundenen Werten noch nicht wir nun vvneder das pv-p-Diagramm(Fig. 2) für ihren ganz^.i Verlauf festgeTteUt z. B. lur Luft, so sehen wir, daß pv zuerst F 1 i e iFn e r leitot für X fnul" i • mit wachsendem Druck sinkt, dlirch ein fache Bezfelmngefzwischen dem Minimum hindurchgeht und dann wieder [ Druck und deflZz^Z?^^^^^^ ansteigt. Da die mnere Arbeit aber bei adia- tz = 19 1 19 r-_ 19 97 batischem Verlauf der Drosseluna- nur von DieseKurvo iti n fI-,.. 9 '^•"7 , pv abhängt, so muß zuerst Abkühlung, beim an ihr las n siHi d^? 1? wiedergegeben; Minimum Nullwirkung, später Erwärmung! ^'' ^'"^ ^^''^ besprochenen eintreten. Dies stimmt auch, qualitativ wenigstens, mit den Resultaten der vorge- nannten Forscher überein, die bei Luft eine Verringerung des Külileffekts mit steigendem Druck fanden. Da nun Wasserstoff auch dem Gesetz der übereinstimmenden Zustände folgt, so müssen für dieses Gas gleiche Er- scheinungen auftreten, d. h. bei "sinkendem Druck muß die Wärmewirkung kleiner, dann Null werden und schließlich in Kühlwirkung übergehen. Ferner ist aus den Feststellungen T h 0 m - ' sons und Joules zu entnehmen, daß | es möghch sein muß, die „Liversion", | d. h. jene Stelle, an der weder Wärme- noch Kühlwirkung beim Drosseln auftritt, zu er- 0.,,. ,,„„., ^ , , „, . reichen, wenn man die Ausgangstemperatur Si ', n''"' ^^ sagt aus, daß bei emer un- ändert. Da ihre Formel sagt: je tiefer die ^ *' kleinen Drucksenkung innerhalb Temperatur, desto größer die Abkühlung, so muß man durch Erniedrigen der Aus^angs- temperatur der Drosselung von Wärme - Wirkung zu Kühlwirkung übergehen können. Von dieser Ueberlegung Gebrauch machend, fand 0 1 s z e w s k i , daß bei Wasserstoff bei einer Temperatur von — 80,5 " weder Abkühlung noch Erwärmung auftritt. Nachdem festgestellt ist, daß die Größe des Kühleffekts vom Druck und von der Temperatur abhängt, kann man weder von einem Inversionspunkt, noch von einer Inversions kurve. Abhängigkeiten des T h 0 m s 0 n - J 0 u I e - Effekts von Druck und Temperatur sehr gut erkennen. Sie sagt aus, daß bei einer un- des von der Kurve umschlossenen Gebietes Abkühlung, außerhalb Erwärmung ein- tritt, während auf der Kurve selbst die so- genannte Nullwirkung herrscht. Nehmen wir z. B. Wasserstoff mit d^m kritischen Druck 20 Atm. und der kritischen Temperatur — 242 0 C an, so zeigt uns dies Diagramm, da ja P 1 T pi."^^^=Tk ist, daß bei einer Temperatur die höher hegt als — 64° C keine Abkühlung stattfinden kann, während z. B. bei —70° bei genügend kleinen yr = Inversionstemperatur an sich sprechen, son- 1 Y l ^ ,• '^^ . ,. , ,- o dern nur noch von einer Inversionstemne- f"^'^^™^*^"^ ®"^^ Kühlwirkung möghch ■ ■ • ■ • - ' erscheint. Nehmen wir ferner an, daß auch bei Wasserstoff der T h 0 m s 0 n - J 0 u 1 e - Effekt hnear mit dem Druck abnimmt, so ratur bei einem bestimmten Druck. Wir haben es also mit einer Inversions kurve zutun. Ro se-Inn es imd Lo ve haben •. , t^- v — ^" diese Linie als eine im pt-Diao-ramm zur L • ^ "^^ Diagramm zu entnehmen, daß p-Achse parallele Gerade dargestellt, die das I fi Entspannung von ca. 100 Atm. auf Gebiet der Kühlwirkune und'WärmPwirlnmo- i ^.^^5;^ *^ei —80,5 die Nullwirkung eintritt, die 0 1 s z e w s k 1 gefunden hat. Denn es Gebiet der Kühlwirkung und'Wärmewirkung scheidet. Dies ist jedoch nur eine erste An"^ näherung, wie Vogel nachgewiesen hat, der zeigte, daß bei Heranziehen von Ghedern höherer Ordnung der van der Waals- schen Gleichung diese Gerade in eine Parabel übergeht. Eine größere Uebereinstimmung mit den Versuchs werten zeigt dagegen jene Inver- sionskurve, die P 0 r t e r angegeben hat, der liegt bei diesen Verhältnissen ein gleich- großes Stück der Entspannung im Erwär- mungs- und im Abkühhmgsgebiet, diese bei- den Wirkungen ergeben also zusammen die Nullwirkung. Zu der P 0 r t e r sehen Kurve sei noch erwähnt, daß wie F 1 i e g n e r ge- zeigt hat, die Inversionskurve nur bis zum Schnittpunkt mit der Sättigungslinie Gel- tung hat und von da ab dieser folgen muß, zuerst den Begriff der Inversionskurve oder ; da die Gültigkeit der van der W a a 1 s - Wie er^sie nannte „Nullkurve" aufstellte. Diese Kurve, die von der reduzierten van der Wa als sehen Zustandsgieichung ausgeht, ist von V 0 g e 1 und F 1 i e g n e r behandelt worden, doch ist ihre Uebereinstimmung mit sehen Gleichung im Sättigungsgebiet auf- hört. Nach diesen Erörterungen, die jedoch notwendig erschienen, da über den Begriff des sogenannten Inversionspunktes noch ICO Aggregatzustände — Agricola große Unklarheit herrscht, sei in der Be- sclireibung der Versuche zur Wasserstoff- verflüssigung fortgefahren. Nachdem durch die Feststellung von Olszewski bekannt war, daß dieses Gas unter — 80,5 ° einen Kühleffekt zeigt, ge- lang es Travers zuerst, dieses Gas in be- liebiger Menge zu verflüssigen, indem, er es durch einen zu diesem Zweck umgestalteten und verbesserten H a m p s o n -Apparat, der mit flüssiger Luft gekühlt wurde, unter Leistung innerer Arbeit ausströmen ließ. Dieser Apparat, sowie ein ähnlicher von Olszewski, der kurz nach Travers ebenfalls den Wasserstoff in großen Mengen verflüssigt hat, sind in dem Buch von Travers (vgl. ,,L i t e r a t u r") aus- fülu-hch beschrieben. Beide Forscher arbei- teten bei Temperaturen von etwa — 190 ° und Drucken von 150 — 200 Atm.; wir ent- nehmen dem Porter sehen Diagramm, daß sich die Entspannung fast völüg im Gebiet der Kühlwirkung vollzog, also ein hoher Effekt erzielt wurde. Nun bheb noch ein Gas übrig, das HeHum. Zuerst als Bestandteil des Sonnenspektrums festgestellt, wurde es 1895 auch auf der Erde gefunden und zwar in der atmosphärischen Luft. Nachdem es Kamerlingh Onnes, dem verdienten Vorstand des Kryogenen Laboratoriums der Universität Leiden, unter unendhchem Aufwand von Energie und Er- findungsgabe gelungen war, festzustellen, daß auch bei Hehum, das sich in dieser Hin- sicht ähnlich wie Wasserstoff verhält, die Wärmewirkung in Kühlwirkung übergeht, bei Temperaturen, die unterhalb • — 252 ° liegen, gelang es diesem Forscher am 10. Juh 1908 dieses Gas zu verflüssigen, indem er es durch festen Wasserstoff auf — 258 " vorkühlte und im Gegenstromapparat ent- spannen ließ. Es sei hier erwähnt, daß es bis heute noch nicht gelungen ist, HeMuni in den festen Zustand überzuführen, obwohl Kamer- lingh Onnes den Druck, unter dem er flüssiges Helium verdampfen heß, auf Y5 mm Quecksilber erniedrigte. Hierbei wurde eine Temperatur erreicht, die nur 2 " über dem absoluten Nullpunkt liegt. Es ist dies die tiefste bisher erzeugte Temperatur. Tabelle der kritischen Daten Ivritische liritischer Temperatur Druck « C Atm. Methan — 81,8 54,9 Stickoxyd — 93,5 71,2 Sauerstoff —118,8 50,8 Luft —140,0 39,0 Kohlenoxyd .... —141,0 36,0 Stickstoff —146,0 35,0 Wasserstoff —242,0 20,0 Hehum —268,0 2,3 Literatur. Cagniard de la Tour, Ann. Chim. Phys. (2) 21, 127, 178, 1822; 22, I40, 1823. — Th. Andrews, Phil. Trans. E. S. L. 159, 575, 1869 und Ostwalds Klassiker Nr. 132, Leipzig 1902. — M. v. Snioluchowslci, Pogg. Ann. IV, 23, 205, 1908. — James Thomson, Proc. R. S. L. 20, 1, 1871. — J. D. van der Waals, Dissert., Leiden 1873. — Der seihe. Die Kontinuität des gasförmigen und flüssigen Zu- Standes, I, Leipzig 1899. — E. H, Aniagat, Compt. rend., 123, 30, 83, 1896. — J. W. Gibhs, Thermodynamische Studien. Uebersetzt v. W. Ostwald, Leipzig 1892. — J, Faraday, Phil. Trans. R. S. L., lis, 160, 1823; 135, 155, 1845. — li. rietet, C. R., S3, 1270, 1879. — l,. Cailletet, C. R., So, 1210, 1879. — Thomson-Joule, Phil. Trans. R. S. L., HS, 357, 1854; i^^, 321, 1854; 152, 579, 1862. — C. Linde, Wied. Ann., 57, 829, 1896. — E. Vogel, lieber die Temperaturver- änderung von Luft 7md Sauerstoff^ beim Strömen durch eine Drosselstelle, Dissert., München 1910. — A. Fiiegner, Die Kurven konstanter Erzeugungs- tcärme, Vierteljahrsch. Naturf. Ges. Zürich, 55, 1910. — A. W. Porter, Phil. Mag. (6) 11, 554, 1906. — K. Olszewski, DrudesAnn. 7, 818, 1902. — Katnerlingh Onnes, Comm. from the Phys. Lab. Leiden Nr. 108. — Travers, Experimentelle Untersuchung von Gasen. Uebersetzt von Est- reicher, Braunschweig 1905. — Kueuen, Die Zustandsgieichung der Gase, Braimschweig 1907. — Verseihe, Theorie der Verdampfung und Verflüssigung von Gemischen, Leipzig 1906. — G.Claude, Air liquide O.rygene Azote, Paris 1909. F. Noell. Agricola Georg. Geboren am 24. März 1490 zu Glauchau i. Sa., gestorben am 21. November 1555 zu Chemnitz. Agricola, der eigentlich Bauer hieß, \\-urde mit 20 Jahren Rector extraordinarius der griechischen Sprache an der sogenannten Großen Schule in Zwickau , studierte 2 Jahre später in Leipzig Philologie, Medizin mit Physik und Chemie. Darauf reiste er nach Italien und erlangte dort nach zweijähri- gem Aufenthalt den medizinischen Doktorgrad. Nach der Rückkehr (1527) ließ er sich als Arzt in Joachimstal nieder, wo die günstige Gelegenheit zum Studium der Erzgewinnung und -Verarbeitung ihn bald zu Veröffentlichungen auf diesem Gebiete anregte. 1530 vom Kurfürsten Moritz zum Historiographen ernannt, siedelte er nach Chemnitz über. Dort wurde er bald zum Stadtphysikus und 1546 zum Bürgermeister ge- wählt. Mißhelligkeiten, che sich aus seinem zähen Festhalten am katholischen Glauben ergaben, führten 1552 zu seiner Absetzung und waren auch die Ursache, daß sein Begräbnis in Chem- nitz verweigert wurde, so daß er erst 5 Tage nach seinem Tode in Zeitz beigesetzt wurde. Seine wesentlichsten Schriften, durch die er der erste systematische Mineralog Deutschlands, der ,, Vater der Mineralogie" wurde, sind: 1528 Bermannus sive de re metallica dialogus (liber I); 1544 De ortu et causis subterraneorum (libri V); 1545 De natura eorum, quae effluunt e terra (libri IV); 1546 De natura fossilium (libri Agricola — Akridingruppe 101 X); 1546 De veteribus et novis metallis (libri II); 1548 De animantibus subterraneis (liber I); sein Hauptwerk, 1550 vollendet, erschien 1556 unter dem Titel De re metallica (libri XII). Eine lateinische Gesamtausgabe seiner Werke erschien 1550 und 1558 in Basel. Seine mineralogischen Schriften sind übersetzt von E. J. T. L e h - mann (4 Bde Freiberg 1806 bis 1813). Literatur. A. D. Richter, Vita Georgii Agri- colae, Annaberg 1755. — J'V. Aug. Sclimid, Georg Agricolas Bermannus mit einer Einleihmg, Freiberg 1806. — F. L. Becher, Die 31ineralogen G. Agricola im 16. und Werner im 18. Jahr- hundert, Freiberg 1819. — G. H. Jahobl, Der Mineralog Georgius Agricola und sein Verhältnis zur Wissenschaft seiner Zeit, Werdaii 1889. — Hoffnann, Dr. Georgius Agricola aus Glauchau, Glauchau 1898. K. Spangenberg, Airy Sir George Biddell. Geboren am 27. Juli 1801 zu Alnwäck in Northumberland ; gestorben am 4. Januar 1892 in London. Er studierte Mathematik und Physik in Cambridge, wurde 1828 Professor und Direktor der Sternwarte daselbst. 1836 königlicher Astronom und Direktor der Sternwarte in Greenwich, war 1871 bis 1873 Präsident der Royal Society in London, wurde 1872 in den Adelsstand erhoben, 1873 legte er das Direktorium der Greenwicher Sternwarte nieder. Zur Beobachtung totaler Sonnenfinster- nisse ging Airy 1842 nach Turin, 1851 nach Gotenburg, 1860 nach Pobes in Spanien. 1839 erfand er den Kompensationskompaß. Zahl- reiche Arbeiten auf dem Gebiete der Optik; 1846 erster Versuch einer Theorie der magnetischen Drehung der Polarisationsebene des Lichts. Literatur. Autobiographie. Herausgegeben von seinem Sohn Wüfrid Airy 1896. E. Drude. Akridingruppe. 1. Definition. 2. Konstitution und Bezeichnungs- weise. 3. Vorkommen und synthetische Methoden. 4. Charakteristische physikalische und chemische Gruppeneigenschaften. 5. Spezielle Beschreibung wichtiger Verbindungen. I. Definition. Unter der Bezeichnung Akridingruppe wird eine Anzahl fast ausschließlich synthetisch gewonnener Sub- stanzen zusammengefaßt, die zur Klasse der stickstoffhaltigen, aromatischen, heterozj^- klischen Verbindungen gehören. Die Gruppe hat den Namen von ihrem einfachsten Ver- treter übernommen, dem zuerst im Stein- kohlenteer aufgefundenen A k r i d i n , das seinerseits von den Entdeckern so bezeichnet wurde, weil es die Eigenschaft besitzt, auf Epidermis und Schleimhäute stark reizend zu wirken (Annalen der Chemie und Phar- mazie 158. 265). 2. Konstitution und Bezeichnungs- weise. Bezüglich der cliemischen Kon- stitution des Akridins hat sich ergeben, daß es als ein AbköminUng des Pyridins auf- gefaßt werden kann, insofern als es dessen sechsgliedrigen, stickstoffhaltigen Ring sym- metrisch zwischen zwei Benzolkerne ein- gelagert enthält. Das Akridin stellt also das strukturelle Analogon zum Anthracen dar und ist durch nachstehende Konstitu- tionsformel charakterisiert H H C C CH HC, Hd CH CH C H N C H die von manchen Forschern auch in der folgenden „orthochinoiden" Form geschrieben wird H TT H C ^ C HC^\y NKVh c ^^ c H H Bewiesen wurde diese Konstitution durch zahlreiche Synthesen des Akridins, vor allem aber durch seinen sukzessiven Abbau zu Chinolin a, ySdicarbon säure und Pyridin a, a', ß, ß' t e t r a c a r b o n - säure, sowie auch durch die Ueberführung in a, ß D i m e t h y 1 c h i n 0 1 i n bei der Reduktion nach S a b a t i e r mit fein ver- teiltem Nickel und Wasserstoff (Atti R. Accad. dei Lincei (5) 161. 922). Das Akridin kann demnach auch als a, /5 B e n z o c h i - n 0 1 i n betrachtet werden und ist isomer mit den N a p h t 0 c h i n 0 1 i n e n und dem ein /?, 7 Benzochinolin darstellenden Phen- anthridin. Werden nacheinander beide Benzolkerne durch Naphtahnreste ersetzt, so entstehen P h e n o n a p h t a k r i d i n e und Naphtakridine. Auch der A n - thrachinonkomplex kann die Rolle der Benzolringe übernehmen, desgleichen der Rest des P h e n a n t li r e n s. So hat man z. B., von diesem Kohlenwasser- stoff ausgehend, ein P h e n a n t h r a k r i d i n folgender Konstitution aufbauen können: 102 Akridingruppe Schließlich sind noch Verbindungen ge- wonnen worden, bei denen ein Benzolkern des Aridinds durch den Rest eines zweiten Moleküls Akridin ersetzt worden ist. Der- artige Substanzen werden Chinakridine genannt. Die Abkömmhnge des Akridins zerfallen in zwei Gruppen, je nachdem die Benzol- kerne substituiert sind oder das einzige, im Pyridinring verfügbare Wasserstoffatom er- setzt ist. Die auf die letztgenannte Weise entstehenden Verbindungen, die sich von den anderen meist durch besondere Reak- tionen unterscheiden, werden als M e s o - d e r i V a t e bezeichnet. Zur Feststellung des genauen Ortes der einzelnen Substitu- enten verwendet man jetzt allgemein fol- gendes Schema H H H Ci H,C, CgH C3H C5 H N C4 H Von Akridin leiten sich zwei weitere Typen ab, auf welche die betreffenden Derivate der Einfachheit halber bei der systematischen Bezeichnung stets bezogen werden. Es sind dies die Dihydroakridine, auch Akridane genannt, und die A kr i d 0 n e. Bei beiden Verbindungsklassen ist die Para- bindung des Akridins aufgespalten. Während sie bei den ersteren durch Wasserstoff abge- sättigt ist, enthalten die Akridone als wesent- lichen Bestandteil eine Ketogruppe 0 H Dihydroakridine = Akridane R Akridone 3. Vorkommen und synthetische Me- thoden. Akridinderivate hat man bis jetzt weder im Pflanzen- noch im Tierreich auf- gefunden. Das Akridin selbst ist zuerst von G r a e b e und C a r 0 in geringer Menge im Steinkohlenteer entdeckt worden, in welchen es offenbar durch eine pyrogene Reaktion gekommen ist. Es findet sich in der Anthra- cenfraktion und ist begleitet von Spuren seiner Dihydroverbindung (Ber. 42 1178). Alle übrigen Akridinderivate sind nur durch künstlichen Aufbau zu gewinnen. Im nachstehenden sollen die wichtigsten der zahlreichen uns hierfür zur Verfügung stehenden synthetischen Metho- d e n aufgeführt werden. 1. A k r i d i n e entstehen durch Einwir- kung von Karbonsäuren auf Di- p h e n y 1 a m i n und dessen Derivate bei Gegenwart von Chlorzink. Hierbei bilden sich primär N-Acidylverbindungen, aus denen sich H2O abspaltet (Bernthsen Ann. 224 1). ^^y^ H H ->► N N' Mit höheren Fettsäuren oder aromatischen Säuren entstehen demnach Mesoderivate. An Stelle der Säuren können die entsprechenden Trihalogen Verbindungen (Ber. 17 1), z. B. Chloroform oder Benzotri- chlorid, verwendet werden. 2. Eine andere, sehr allgemeine, in der speziellen Ausführung nach verschiedenen Richtungen hin modifizierte Synthese, bei welcher primär D i h y d r 0 a k r i d i n d e - r i V a t e entstehen, beruht auf der inneren Kondensation gewisser o-Aminoderi- vate von Di- und Triarylme- thanverbin düngen. So liefert z. B, 0 - A m i n 0 d i p h e n y 1 m e t h a n beim Erhitzen mit Bleioxyd Akridin (Ber. 26 3086) .CHo— . C6H4\ /CgH^ + 0; \NHoH/ H = CrH^x i /CgH^ 2H5,0 Diese Aminodi- und -triphenylmethan Ver- bindungen brauchen nicht immer gesondert hergestellt zu werden, sondern lassen sich gleich in statu nascendi in Akridine überführen, wenn man die zweite Komponente so wählt, daß sich eine Kondensations-Re- aktion abspielen kann. Man kann dies auf mehrfache Weise erreichen: a) Aldehyde werden mit 'M e t a - D i a m i n e n zur Umsetzung gebracht (DRP. 52324 59179). Hierbei bilden sich Di- bezw. Triaryhnethan Verbindungen mit freien Amido- gruppen, zwischen welchen Abspaltung von Ammoniak erfolgt. Die so entstehenden Dihydroakridine oxydieren sich dann meis- tens von selbst an der Luft zu Akridinen: Akridingruppe 103 CH, CH3)N2 H II 0 H NH2 H N H /\/\N(CH3), 2 Mol. Dimethylphenylendiamin + 1 Mol. Formaldehyd (CH3)2N N(CH3 Eine Abänderuns; dieser Synthese, bei welcher durch Wasserabspaltung der Ringschluß herbeigeführt wird, und die be- sonders zur Gewinnung von P h e n 0 - naphtakridinen geeignet ist, geht von einem Gemenge von ß-'N a p h t 0 1 mit m-Amino])henolen aus, das mit A 1 - d e h y d e n umgesetzt wird (Ber. 38 3787) C„H. b) Napht akridine können besonders leicht durch Einwirkung von T r i 0 x y m e - t h y 1 e n (Ber. 36 1027) oder von M e t h y - lenjodid oder -chlorid auf a- und /3-NapV thylamine erzeugt werden (Journ. Chem. Soc. 89 1387). Beim Erhitzen dieser Kompo- nenten entstehen Dinaphtylmethanderivate, die zunächst innere Kondensation und später Oxydation erleiden, z. B. 1, 2, 2', 1' D i n a p h t a k r i d i n. c)o-Aminobenzylalkohol setzt sich mit Aminen und Phenolen der Naphtha- Hnreihe glatt zu Phenonaphtakridinen um (Ullraann Ber. 35 2670) Von B a e z n e r (Ber. 37 3077) ist gezeigt worden, daß man hierbei mit Vorteil n a s - zierenden o-iVminobenzylalkohol ver- wendet. Die Ausführung der Synthese ge- staltet sich dann so, daß man o-Nitrobenzyl- chlorid mit Naphtolen oder Naphtylaminen bei Gegenwart von Zinnchlcrür erhitzt. 3. Phenonaphtakridine werden auch aus o-Tolylnaphtylaminen durch Erhitzen mit Schwefel gewonnen (Ber. 37 2923) HN<; ^CHs -> 1^~ CH CioHg— H CioHs^ 4. Eine neuerdings von B 0 r s c h e auf- gefundene Synthese liefert zunächst T e - trahydroakridinderivate, bei denen der Wasserstoff an einen Benzolkern angelagert ist (Ber. 41 2203). Solche Verbindungen entstehen leicht auf zweierlei Weise, nämlich a) durch Kondensation aromatischer 0 r - tho-Am i n 0 a Id e h y d e und -k e t 0 n e mit ß-Hexam ethylenketonen, z.B. R CH2 ; ö= c H^c/XcHa = + H2C\//C=0 H2 - 104 Akridingruppe H, H2C C N oder b) durch sinngemäße Anwendung der Pfitzinger sehen Cinchoninsäure - Syn- these, d. h. man erhitzt Cyklohexa- nonderivate mit I s a t i n s a u r e n Alkalien und spaltet aus den gebildeten Tetrah yd roakrid in carbon säu- ren Kohlendioxvd ab CO. OK Die Tetrahydroverbindungen lassen sich durch Destillation mit Bleioxyd leicht in die Akridine selbst überführen. 5. Akridone bilden sich glatt a) durcli innere Wasser abspaltung mittels konzen- trierter Schwefelsäure aus A r y 1 a n t h r a - nilsäuren (Ann. Chem. Pharm. 276 45), die ihrerseits durch das Verfahren von U 1 1 - mann — Einwirkung von Halogenbenzolen auf Anthranilsäure bei Gegenwart von fein verteiltem metaUisclien Kupfer oder Kupfer- iodür — leicht zugänglich geworden sind 0 COH H '\ N H Phenylantliranilsäure 0 -> N H Akridon b) durch Ammoniak-Austritt aus 0 - D i - aminobenzophenonen (Ber. 27 3362): c) durch Kondensation von Anthra- nilsäure mit R-Hexamethylen- k e t 0 n e n und Oxydation der hierbei primär entstehenden Tetra hvdroakri- done (Ber. 42 021): d) aus ortho-Nitrodiphenyl- ra e t h a n e n durch einfaches Erhitzen, wo bei sich zunächst Phenylanthroxane bilden, die nachher Umlagerung erleiden (Ber. 42 591) CH, NO2 o-Nitrodiphenylmethan Cc 0 •N- Phenylanthroxan 0 Akridon 4. Charakteristische physikalische und chemische Gruppeneigenschaften. Bezüghch der allgemeinen physikahschen und chemischen Eigenschaften der Akri- dine ist zu sagen, daß sie durchweg außerordenthch beständige Verbindungen darstellen, denn sie werden weder durch Erhitzen mit Mineralsäuren, noch durch Schmelzen mit Kah, noch durch Destilla- tion über Zinkstaub verändert. Sie sind ver- hältnismäßig schwache Basen, da sie hinter Pyridin und Chinolin rangieren. Der Akridin- komplex besitzt c h r 0 m 0 p h 0 r e Eigen- schaften, denn Farbe tritt schon bei der Salz- bildung deutlich hervor (H a 1 0 c li r 0 m i e). Sie wird durch auxochrome Gruppen sehr gesteigert. Noch ausgeprägter ist das bis- weilen sogar enorm starke Fluoreszenz- vermögen, das beinahe allen Akridin- derivaten eigentümhch ist. Beide Erscheinungen stehen im Zusammen- hang mit dem Vorhandensein freier Affini- tätsbeträge am N und CH des Pyridinrings. Dementsprechend bilden die Akridine auch ziemlich beständige Salze und Addi- tionsprodukte mit Halogenen. Besonders charakteristisch ist ferner in diesem Sinne die Anlagerung von H a 1 0 - Akridingruppe 105 g e n a 1 k y I e n , wobei die sogenannten A k r i d i n i n m s a 1 z e entstehen. Man hat diese Substanzen bisher meist analog den entsprechenden Pyridinium- nndChino- liniuniverbindnngen als Abkömmlinge des fünf- wertigen Stickstoffs aufgefaßt. Neuerdings bricht sich jedoch immer mehr die Ueberzeugung Bahn, daß die "W e r n e r sehen Anschauungen über Ammoniumsalze (vgl. A. Werner Neuere Anschauungen auf dem Gebiete der Anorgan. Chemie I. Aufl. S. 115 fg.) auch auf solche zy- klischen Verbindungen ausgedehnt werden müssen. Hiernach sind z.B. A k r i cl i n h y d r o c h 1 o r i d und A k r i d i n j o d m e t h y 1 a t folgender- maßen zu formulieren HCl N' CH.-J d. h. Säureraolekül und Halogenalkyl stehen durch eine Nebenvalenz in Bindung mit dem an und für sich dreiwertigen N, dessen 4. Ko- ordinationsstelle sie besetzen. Mit Hilfe dieser Anschauung läßt sich eine Erklärung für die Tatsache geben, daß Akri- diniumsalze in verschieden gefärbten, deshalb nach H a n t z s c h als c h r o m o i s o m e r zu bezeichnenden Formen auftreten. Es handelt sich hierbei offenbar um eine verschiedenartige Betätigung der Haupt- und Nebenvalenzen des Stickstoffs (Valenzisomerie). Die ionisierbaren, also im Sinne von W e r n e r in der 2. Sphäre in bezug auf das N-Atom befindlichen Säureradi- kale vermögen nämlich in die 2. Sphäre des Mesokohlenstoffatoms zu wandern, so daß für diese — tiefer gefärbten — Modifikationen der Akridininm salze die Formeln H J N 1 H CH3 Aki-idinjodhydrat Akridinjodmethylat von Hantzsch (Ber. 44 1783) aufgestellt worden sind. Die Möglichkeit der Entstehung solcher chromoisomerer Formen, die übrigens — in Analogie zu v. B a e y e r s Darlegungen in der Triphenylmethanreihe — als ,, C a r - b 0 n i u m v e r b i n d u n g e n" aufgefaßt wer- den könnten, wirft auch Licht auf die längst ber kannte Tatsache, daß Akridiniumsalze durch Alkalien in sogenannte Pseudobasen über- geführt werden, die man auch als A k r i d 0 1 e bezeichnet. Sie sind Abkömmlinge von Dihydro- akridinen mit am Kohlenstoff fixiertem Hydroxyl. Dies geht zur Evidenz aus dem Vergleich der bis ins Ultraviolett verfolgten Spektra derartiger Verbindungen mit denen analoger Dihydroakridinderivate hervor. So haben z. B. D 0 b b i e und T i n k 1 e r ( Journ. Chem. Society 87 269) gezeigt, daß die Ab- sorptionskurve der aus dem Mesophenyl- a k r i d i n i u m m e t h y 1 j 0 d i d entstehenden Pseudobase nahezu vollkommen identisch ist mit der des D i h y d r 0 - m e s 0 p h e n y 1 - n-methylakridins. Dem Akridanol kommt also unzweifelhaft folgende Konstitution zu Aehnliches gilt für die von Akridiniumver- bindungen derivierenden P s e u d 0 c y a n i d e. Uebrigens kann man noch einen weiteren Beweis für die Existenzmöglichkeit der „Car- boniumform" der Akridiniumsalze darin er- blicken, daß sie sich mit G r i g n a r d schem Reagens (Alkyl- und Arylmag- n e s i n m h a 1 0 g e n i d e n) zu Dihydroakridin- derivaten vom allgemeinen Typus umsetzen (Ber. 42 1746). Zur Kennzeichnung der D i li y d r 0 - a k r i d i n e sei bemerkt, daß sie farblose gut kristallisierende Substanzen darstellen, die gar keinen basischen Charakter mehr besitzen, dagegen die Tendenz zeigen, wieder rückwärts in Akridine überzugehen. Man könnte dies so erklären, daß das N-Atom mit seiner Nebenvalenz einen Koordinations- punkt des Meso-C-Atoms besetzt, wodurch ein H-Atom nach der 2. Sphäre zu abgedrängt werden muß. Der Stickstoff könnte dann in der Tat keine Fähigkeit mehr haben, Säuremoleküle zu addieren, während andererseits das Vorhandensein labiler, also leicht oxydierbarer Wasserstoff- atome, erklärt wäre. lieber die allgemeinen Eigenschaften der A k r i d 0 n e ist zu sagen, daß sie sehr be- ständige, gelb gefärbte, unzersetzt destil- lierbare, mit ausnehmend starker Fluoreszenz besrabte Substanzen darstellen. In chemischer 106 Akridingruppe Hinsicht verlialten sie sich meistens wie wahre Ketone. Sie Ijondersieren sich beispiels- weise mit D i m e t h y a n i 1 i n bei Gegen- wart von Phosphoroxychlorid zu meso-Plienylakridinderivaten (Ber. 40 4795) z. B. N(CH Ferner hefern sie mit Magnesi umor- ganisch enVerbin düngen dieselben Akridanole, die aus Akridiniumsalzen mit Alkahen entstehen (Ber. 37 575), z. B. 0 C^ + CsH.MgBr /CgHi N/ + HBr CsHj^ y C6H4 R HO CeH^ ^C/ +MgBr2 = C8H4. , C6H4 R Akridone lassen sich auch in A k r i - d i n i u m s a 1 z e verwandehi, wenn man sie erst durch Reduktion mit Natrium und Amylalkohol in Dihydroakridine überführt, denen man nachher durch Jod wieder Wr sser- stoff entzieht. Auf diesem Wege sind sogar die sonst nicht zugänghchen N-Aryl- akridiniumsalze zu gewinnen. So liefert N-Phenylakridon (zu erhalten aus Triphenylamin-o-carbonsäure) leicht Phenylakridiniumperjodid (Ber. 40 2515) 0 N I C«H. C.H,-J3 5. Spezielle Beschreibung wichtiger Verbindungen. Im folgenden sollen einige wenige, besonderes Interesse erregende Akri- dinderivate einzebi kurz besprochen werden. 1. A k r i d i n C13 H^N, von G r a e b e und Caro (Ann. 158 265, Ber. 3 746. Ber. 13 99) aus der zwischen 300" bis 360" siedenden Fraktion des Steinkohlenteers in Gestalt des Chromats erhalten, ist leicht synthetisch nach den oben sub 3 1 und 2 angegebenen Methoden zu gewinnen. Es bildet fast farblose Blättchen oder Nadeln vom Fp. 111". Sein Dampf reizt die Schleimhäute sehr stark. Die Lösungen — ins- besondere die ätherische — zeigen intensiv blaue Fluoreszenz. Die gelb gefärbten Salze sind teilweise hydrolysierbar. Charakteristisch ist das Sulfit (Ci3H9N)2H2S03, das sich beim Einleiten von SO2 in eine salzsaure Lösung der Base als gelblich- roter Niederschlag ausscheidet. Durch Licht er- leidet Akridin eine merkwürdige, durch Wärme rückläufig zu gestaltende Polymerisierung zu einer gelben Substanz vom Fp. 276" (Analogie mit Anthracen). 2. Pheno 1, 2naphthakridin bildet gelbliche Kristalle vom Fp. 131", darstellbar nach Synthese 32 c. 3. Pheno 2, 1 naphtakridin wird ebenfalls in schwach gelben Nadeln vom Fp. 108" erhalten nach Synthese 3 3. 4. 1, 2, 1', 2' D i n a p h t a k r i d i n , gelbe Nadeln vom Fp. 216" und 5. 1, 2, 2', 1' D i n a p h t a k r i d i n , eben- falls gelbe Kristalle vom Fp. 228", können beide nach Synthese 32b dargestellt werden und zeichnen sich durch intensive, tiefblaue Fluoreszenz sowie besonders durch schöne T r i - b 0 1 u m i n e s z e n z aus (Morgan Chem. News 92 219). Die bernsteinfarbenen Kristalle Akridingruppe 107 emittieren nämlich beim Pulverisieren ein leb- haftes, gelbliches Licht. Akriclin selbst zeigt diese Erscheinung nicht. 6. m s - P h e n y 1 a k r i d i n , Fp. ISl", aus Diphenylamin und Benzoesäure, siedet un- zersetzt bei 408" und bildet farblose aus Benzol mit Kristallbenzol sich abscheidende Blättchen. 7. Technische Bedeutung haben im wesentlichen nur A m i n o d e r i v a t e des Akridins erlangt, da sie als basische, gelbe bis gelbrote Nuancen erzeugende Farbstoffe in der Textilindustrie und teilweise auch in der photo- graphischen Industrie zum Sensibilisieren der Platten Verwendung finden. Da die Farbstoffe anderweitig genauer beschrieben werden (vgl. den Artikel ,,F a r b s t o f f e"). sollen hier nur die Konstitutionsformeln der wichtigsten dieser Produkte nebeneinander gestellt werden. a) H3C N(CH3), Diaminodimethylakridin = Akridingelb. b) CH (CH3),N' ^' N ^^ ^N(CH3), Tetramethyldiaminoakridin = A k r i d i n 0 r a n g e. c) NH, NH, ms-4'-Aminophenyl-3-aminoakridin = C h r y s - a n i 1 i n oder P h 0 s p h i n (Nebenprodukt der Fuchsindarstellung). d) HX H,N Diaminodimethylphenylakridin = B e n z 0 f 1 a V i n. H,N N(CH3 Tetramethyltriamino-ms-phenylakridin = R h e 0 n i n. COOH (H5C2),N NCC^Hs Tetraäthyldiamino - ms - phenylakridin - 0 - carbon- säure = Flaveosin. Alle diese Farbstoffe bilden leicht wasser- lösliche, gelbe bis gelbrote Salze. Die freien Basen lösen sich in Aether mit gelbgrüner Fluoreszenz, die auch für die Ausfärbungen auf Seide charak- teristisch ist. 8. Dihydroakridin, CisHuN ent- steht leicht durch Reduktion des Akridins und bildet farblose Säulen vom Fp. 169" ohne irgend- welche basischen Eigenschaften. 9. A k r i d 0 n , darstellbar nach Synthese 3 5, bildet gelbe Nadeln vom Fp. 354», die sich in Alkoliol mit äußerst intensiver, blauer Fluoreszenz lösen. Verwandelt sich bei der Einwirkung von PCI5 in ms-Chlorakridin Fp. 119», mit labilem Chloratom. 10. n - M e t h y 1 a k r i d 0 n , Fp. 203», ent- steht leicht durch Oxydation des zugehörigen, aus Akridiniummethyljodid mit Alkalien ent- stehenden Akridanols. Literatur. Die grundlegenden Fo r - schungen auf dem Gebiete der Akridinchemie finden sich voriviegend in den Originalarbeiten der drei folgenden Autoren : Graebe, Bernth- sen und UUrnann. Nächstdem haben Decker, O. Fischer und Senier wichtige Beiträge ge- liefert. — Zusammenfas sende Ueb er- blicke über die Akridingruppe, die allerdings nicht mehr den modernsten Stand der Wissen- schaft repräsentieren, finden sich bei Richter, Organische Chemie II. Bd., Bonn 1905 und bei Brühl, Chemie der sechsgliedrigen heterocykli- sehen Systeme, Braunschweig 1S99. — Eine Zu- sammenstellung der technisch wichtigen Akridin- derivate gibt Winther, Patente der organischen Chemie, Gießen 1908, Bd. II S. 233 ff. W. König. 108 Akkumulatoren — Aldehyde Akkumulatoren („Sammler") sind Vorriclitungen. in denen elektrische Energie aufgespeichert werden kann, die nur ein System im Bedarfsfall wieder als elektrische Energie zu entnehmen vermag. Das Nähere ist im Artikel „Galvanische Ketten" besprochen. Albertus Mai^nus Graf von Bollstädt. Geboren 1193 zu Lauingen in Schwaben; ge- storben 1280 zu Köln. Einer der gelehrtesten und kenntnisreichsten Männer des 13. Jahr- hunderts. Er gehörte dem geistlichen Stande an. Neben seinen theologischen und morali- schen Schriften hat er Bedeutendes auf dem Gebiete der Naturwissenschaft geschaffen. Als besonderes Verdienst muß es ihm angerechnet werden, die aristotelischen Schriften in eine nicht nur formelle Uebereinstimmung mit dem Ivirchen- glauben gebracht zu haben, wodurch sie, was Albertus Magnus klar erkannte, einen bedeutenden Einfluß auf das Denken der da- maUgen Zeit ausüben mußten. Die Schriften naturwissenschaftlichen, speziell zoologischen In- halts gehen in der Hauptsache kaum über Ari- stoteles, den er zu kommentieren unter- nommen hatte, hinaus. Der Einfluß von A 1 - bertus Magnus auf die Nachwelt ist nicht so stark gewesen, wie man erwarten sollte; das liegt aber hauptsächlich an der theologi- sierenden Richtung bei der Abfassung seiner naturwissenschaftlichen Werke. Gesammelt sind die Werke Alberts zuerst (leider nicht voll- ständig) von Saming (21 BdeLyon 1651). Der 6. Band dieses Gesamtwerkes betrifft die Tiere und ist in 26 Bücher geteilt, wovon 19 dem Aristoteles zugeschrieben werden müssen. Literatur. Sighart, Albertus 31agnus, Regeins- burg 1857. — von Herlling, Albertus ßlagnus, Festschrift, Köln 1881. — van Weddingen, Etüde critique sur la phüosophie d'' Albertus le Grand, Brüssel 1881. W. Harms. Albumine und Albuminoide werden unter ,,E i w e i ß k ö r p e r " (und „ T i e r s t 0 f f e ") behandelt. Aldehyde. 1. Allgemeines. 2. Bildungsweisen. 3. Physi- kalische Eigenschaften. 4. Chenüsches Verhalten. 5. Spezielle Aldehyde: a) Gesättigte Aldehyde der Fettreihe; b) Ungesättigte Aldehyde der Fettreihe; c) Dialdehyde; d)Oxyaldehyde; e) Aro- matische Aldehyde; f) Heterozyklische Aldehyde. I. Allgemeines. Die Aldehyde sind organische Verbindungen, die die Atom- xO gruppe — Cx' enthalten. Sie bestehen also H aus einer Carbonylgruppe (CO), die einer- seits mit einem Wasserstoffatom, anderer- seits mit einem Kohlenwasserstoffrest ver- knüpft ist. Tritt statt des Wasserstoffatoms ein Alkyl-Radikal ein, so entstehen Ketone, die demnach eigentlich als sekundäre Alde- hyde zu bezeichnen sird in Analogie zu den sekundären Alkoholen CH3.HC (OH) - H CH3.CO - H primärer x\lkohol Aldehvd CH3 . CH (OH) — CH3 CH3 . CO - CH3 sekundärer Alkohol Keton (sekundärer Aldehyd) Man kann die Aldehyde und auch die Ketone als Anhydride unbeständiger zweiwertiger Alkohole betrachten, bei denen die beiden Hydroxylgruppen an einem Kohlenstoff- atom stehen (1,1-Glycole) /OH .0 CH3.C< =CH3.Cf + HoO. 1 ^OH ^H H In vereinzelten Fällen kann man solche Alkohole isoHeren. In Form ihrer Aether (Acetale) sind sie jedoch durchaus be- ständig CH,.C< OC2H3 ^OCÄ. Der allgemeine Name ,, Aldehyd" wurde von L i e b i g gebildet und ist aus ,, Alkohol dehydrogenatus" zusammengezogen; er soll andeuten, daß diese Substanz aus einem Al- kohol durch Wasserstoffentziehung ent- standen ist. Da die Aldehyde die Zwischen- glieder zwischen den Alkoholen und den entsprechenden Säuren bilden CH3.CH2OH CHg.Cf CH3.CC ^H ^OH Alkohol Aldehyd Säure kann man dieeinzehien Aldehyde so benennen, daß sie als Derivate des entsprechenden Alkohols oder der Säure erscheinen. So heißen die Aldehvde CHg.Cf Aethylaldehyd oder Acetaldehyd CH3 . CH,.C\ PropvlaldehvdoderPropion- - \jj ^ aldehyd. Beide Namen sind in Gebrauch, doch ist der von den Säuren abgeleitete vorzuziehen. Denn der Aldehyd CHs.C^^ enthält wohl H eine Acetylgruppe (CH3 . C = 0) dagegen keine Aethylgruppe (C2H5). Darum erschemt der Name ,,Acetaldehyd" korrekter als „Aethyl- aldehyd". Nach den Beschlüssen des Genfer Nomenklaturkongresses sollen die Aldehyd- Namen so gebildet werden, daß man an den Namen des Kohlenwasserstoffes, von dem die Aldehyde stammen, die Silben al anhängt: CH2O Methanal, CH-.CHO Aethanal, C2H5. CHO Propanal usw. Beachtenswert ist, daß die Aldehyde isomer sind mit den Ketonen, den Olefinalkoholen und den zy- Aldehyde 109 kuschen Aethern von gleicher Kohlenstoff- zahl. Es sind z. B. isomer CH3. CHg. C r CH^.CO.CH, Popion aldehyd CHa^CH.CHaOH CU^^ Aceton CH, )0 Allylalkohol Trimethylenoxyd 2. Bildungsweisen. Da die Aldehyde zu den reaktionsfähigsten Substanzen gehören und mit das wichtigste Baumaterial zur organischen Synthese bilden, sind Methoden zu ihrer Darstellung besonders fleißig aus- gearbeitet worden und man ist immer noch bemüht, neue "Wege zu finden. Aldehyde entstehen: 1. Durch Oxydation primärer Alkohole. Als Oxydationsmittel dient Schwefelsäure und Chromsäure oder Braunstein, oder der Luftsauerstoff bei Gegenwart von Kontakt- Substanzen (Platinschwamm, glühendes Kup- fer). Auch Halogene können oxydierend wirken. Die Ausbeuten sind nur bei solchen Aldehyden gut, welche dem Reaktionsge- misch durch ihre Flüchtigkeit leicht entzogen werden können; im anderen Fall oxydieren sich die Aldehyde leicht weiter zu den Carbonsäuren und diese verbinden sich mit dem unverbrauchten Alkohol zu Estern. 2. Durch einfaches Glühen von Alkohol- dämpfen , wobei Wasserstoff frei wird R.CH2.0H= R.Cf + H, Diese Dehydrogenation der Alkohole wird durch pulverförmiges reduziertes Kupfer sehr begünstigt, doch gelingt die Reaktion nur in einzelnen Fällen. 3. Durch Erhitzen der Calciumsalze orga- nischer Säuren mit ameisensaurem Calcium CHg.COO. H.COO. >Ca + )Ca = 2CaC03 + CHa.COO^ H.COO^ 2CH3.Cf ^H Bei hochmolekularen Aldeliyden nimmt man besser die Bariumsalze und führt die Destil- lation im Vakuum aus. Die Reaktion geht meistens nicht sehr glatt vor sich; es ent- stehen immer eine Reihe von Nebenprodukten, So bildet sich durch Reduktionswirkung des Formiates stets auch der zugehörige AUvohol. Verwendet man statt des ameisensauren Calciums das entsprechende Salz einer ande- ren Fettsäure, so entstehen Ketone. 4. Durch Reduktion von Säuren und Säurederivaten (Säurechloride, Säureanhy- dride) mit naszierendem Wasserstoff. Doch gehngt die Reaktion schwer, da sich der Aldehyd leicht weiter reduziert. Man hilft sich hier durch Zusatz einer Base, z, B. Phenylhydrazin, die mit dem Aldehyd leicht ein Kondensationsprodukt bildet und ihn so vor weiteren chemischen Angriffen schützt. 5. Durch Hydrolyse aus einer Reihe von Aldehydederivaten, ein Prozeß, der zur Rein- darstellung von Aldehyden oft sehr wichtig ist. So spalten die Hydrazone und Oxime, die Aldehydammoniak- und Aldehydbisulfit- verbindungen sich durch Behandehi mit ver- dünnten Säuren leicht in ihre Komponenten R.CH2.CH:N.NH.C«H5+H20 = R.CH2.C^-|^+ NH^.NH.CÄ Ebenso geben die Acetale leicht mittels verdünnter Alkalien oder Säuren Aldehyde Nicht existeiiz- fähises l.l-Glvcol Ferner liefern die Alkyhdendichloride beim Erhitzen mit Wasser (am besten bei Gegenwart von Bleioxyd) leicht die ent- sprechenden Aldehyde R.CHCI2 + H2O = R.CHO -I- 2 HCl Auch hier muß man als Zwischenprodukt unbeständige 1,1-Glycole annehmen. 6. Durch Behandeln von 1,2-Glycolen und ihren Derivaten (Aether. Allcylenoxyde) mit Chlorzink, Phosphorpentoxyd, Schwefelsäure u. a. bei höherer Temperatur. Es findet wahrscheinhch hierbei zunächst Wasserent- ziehung und dann Umlagerung statt CH , — OH CHo\ CHO I - — > I >0 — > I CH., - OH CH/ CH3 7. Magnesiumhalogenalkyl -Verbindungen lassen sich auch zum synthetischen Aufl3au von Aldehj^den verwenden. So vereinigt sich Orthoameisensäureäthylester mit ihnen zu Acetalen, die sich leicht verseifen lassen: CH3.Mg.Br + HC(OC2H5)3 = H.C(CH3).(OC2H3), + Br.Mg.OCÄ H2O + H C(CH3).(0CA)2 = H.C(CH3)0 + äC.HsOH. Auch gewölmhcher Ameisensäureester (im Ueberschuß angewendet) läßt Aldehyde ent- stehen H C^^ ^•^XOC^H," H.C //O \CH, - CHs.MgBr = MgBr.OCoHs Mitunter kann man Ameisensäure selbst oder ihre Salze anwenden. Auch die Dialkvl- TT p-<^ P formamide Xiy/ geben diese Reaktion. ^^R 8. Eine eigentümhche Metliode zur Ge- winnung von Aldehyden bietet die Oxydation primärer Amine in wässeriger Lösung durch den Luftsauerstoff bei Gegenwart von Kup- ferpulver 110 Aldehyde CH,.CH,.NHo + Oo + Cu CH3.<^ + CuO + NH3 9. Durch Reduktion von unsesättigten Nitro-Verbindungen (R)oC = CH':N0, ent- stehen Aldoxime i'R)^CB. - CH - NOH, welche bei der hydrolytischen Spaltung (s.2 5) Aldehyde hefern. 10. Aus a-Oxycarbonsäuren R.CH(OH) — COOH lassen sich Aldehyde erhalten durch Abspaltung von Kohlenoxyd und Wasser oder Ameisensäure /OH R.CH<^^Q Qjj = R.CHO + CO + H2O Die Spaltung wird bei niederen Gliedern durch Schwefelsäure, bei den höheren Homo- logen durch ehiaches Erhitzen bewirkt. Die Reaktion ist sehr wichtig, da man die a-Oxysäuren leicht aus den Fettsäuren durch Bromieren und darauf folgendes Behandeln mit Alkali erhalten kenn. Es entsteht also aus drr Fettsärre der AlJehyd von nächst- niederer Kohlenstoff zahl und da man den letzteren wieder leicht zu einer Carbon- säure oxydieren kann, bietet die Methode eine Möghchkeit, Carbonsäuren und Alde- hyde schrittweise immer um ein Kohlenstoff- atom abzubauen. 11. Aelmhch liefern die Glycidcarbon- säuren (Alkylenoxydcarbonsäuren) beim Er- hitzen Aldehyde R ;>' Rs CH - COOH- CH — CHO + CO, R/ 12. Weiterhin lassen sich Aldehyde dar- stellen durch Abbau-Reaktion aus den Ozoniden, die sich bei Einwirkung von ozoni- siertem Sauerstoff auf Olefine liilden. Die Ozonide zerfallen bei der Behandlung mit Wasser in zwei Mol Aldehyde R.CH = CH.R-> R.CH-CH.R R ^\H + 0. Ozonid >C-R H^ 13. Theoretisch wichtig, praktisch aller- dings bisher von geringer Bedeutung ist die Entstehung von Aldehyd aus den Acetylen- kohlenwasserstoffen durch Wasseranlagerung CH OH CHO lil -f I =1 CH H CH3. Die Hydratation wird bewirkt durch Schwefel- säure oder durch direktes Erhitzen mit Wasser auf ca. 320 ». Auch die Verbindungen der Acetylenkohlenwasserstoffe mit Salzen werden durch verdünnte Säuren unter Hydra- tation d. i. Aldehydbildung zerlegt. 3. Physikalische Eigenschaften. Der Formaldehyd ist ein Gas, die nächsten Gheder der Aldehydreihe flüssig, die höheren Homo- logen fest. Die Aldehyde smd Substanzen von obstähnlichem oder blumenartigem charakteristischen Geruch. Die niederen Glieder lösen sich in Wasser, die höheren nicht. Die Siedepunkte zeigen ein regel- mäßiges Ansteigen, die Siedepunktsdifferenz für eine CH 2- Gruppe ist aber bemerkens- werter Weise größer als gewöhnlich, nämlich ca. 26 statt 19. Sdp. 20.8 Diff. CH3.CHO CH3.CH2.CHO 48.8 CH3(CH.2)2CHO 74 CH3(CH,)3CHO 102 CH3(CH2),CH0 128 CH3(CH2)oCHO 155 Die Molekularvolumina steigen 28 25.2 28 26 27 lieh regelmäßig um ca. 21 für eine CHj- Gruppe bei den Siedepunkten. Bei der Berechnung der Mo lekular volumin a aus dem Atomvolumen erhält der Carbonylsauerstoff der Aldehyde (und auch der Ketcne) einen besonderen Wert (12,2) im Gegensatz zum Hydro xylsauerstoff (7,8). Aelmhche Ver- hältnisse ergeben sich bei der Molekular- refraktion. Die Atomrefraktion für den Sauer- stoff in den Aldehyden hat den Wert 2,328, wälu-end dem Hydroxylsauerstoff 1,506, dem Aethersauerstoff 1,655 zugesclu'ieben wird. Die Zähigkeit der Aldehyde (ebenso wie die der Ketone) ist geringe»- als die der ent- sprechenden Alkohole, die Oberflächenspan- nung nicht viel von der jener verschieden. Die Verbrennungswärme zeigt wie andere homologe Reihen regelmäßiges Ansteigen um ca. 157 Kg. Cal. für "eine CHa-Gruppe. Beim Uebergang der Alkohole in die Aldehyde findet eine ziemhch konstante Wärme- entwickelung statt. Der Unterschied der Bildungswärmen für entsprechende Aldehyd- Alkohol-Paare beträgt im Mittel 9,4 Cal. Die Oxydationswärme ergibt sich nach Abzug dieses Wertes von 57,6Cal. (der Bildungswärme des gleichzeitig entstandenen Wassers) also im Mittel 48,2 Cal. (Thomsen). Die Dielek- trizitätskonstanten für die Aldehyde sind etwas kleiner wie die der entsprechenden Al- kohole, bedeutend größer als die der zuge- hörigen Säuren. In Übereinstimmung hierzu sind die Aldehyde ziemhch beträchthch disso- zierende Lösungsmittel. Die äquivalenten Leitfähigkeiten weisen aber mit steigender Verdünnung kein Anwachsen, sondern regel- mäßige Abnahme oder periodischen Gang auf, eine Tatsache, die sich vielleicht durch chemi- sche Wechselwirkung infolge der enormen Reaktionsfähigkeit der Aldehyde (s. 4) er Aldehyde 111 klären läßt. Die Aldehyde der Fettreihe zeigen in Dampfforni Leuchteffekte unter dem Einfluß von Tesla-Strömen, eine Eigen- schaft, die den übrigen Verbindungen der Fettreihe abgeht, und die sonst nur bei aro- matischen und heterozyklischen Verbindungen häiifiger beobaclitet wird (K a u f f m a n n). 4. Chemisches Verhalten. Die Alde- hyde sind, wenigstens im gewöhnhchen Sinne, indifferente Substanzen, die nicht auf Lidikatoren reagieren. Genauere elektro- chemische Messungen haben gezeigt, daß sie in wässeriger Lösung Wasser stoffionen bilden, also als schwache Säuren fungieren. Dem- gegenüber können die Aldehyde wieder mit einigen Säuren und Salzen lockere Additions- verbindungen bilden, in denen sie anscheinend basische Eigenschaften haben (vgl. den Ar- tikel ,, Sauerstoff •'). 1. Die Aldehyde sind außerordenthch leicht oxydierbar und gehen dabei in die Carbon- säuren von gleicher Kohlenstoff zahl über. Manche Aldehyd j nshmen den Sauerstoff direkt aus der Luft auf und bilden super- oxydälmhche Gebilde, die schheßhch in die Säuren übergehe.i. Infolge der leichten Oxy- dierbarkeit sind die Aldehyde kräftige Re- duktionsmittel. Sehr charakteristisch ist diese Reduktionsfähigkeit gegenüber aUvali- schen Silbersalzlösungen, w^obei sich das Silber in Form eines glänzenden üeberzugs (Silberspiegel) abscheidat (Unterschied von den Ketonen). Von anderen charakteristi- schen Reaktionen ist die Rotfärbung von Fuchsin -Schwefhge- Säure- Lösung bemer- kenswert. Ferner kann mm Aldehyde, welche gegen AlkaMen beständig sind, auch mittels Dir.zobenzoluüfosäure und etwas Na- triumamalgam in alkahscher Lösung nach- weisen: es tritt hierbei eine rotviolette Färbung auf. Eine sehr allgemeine und empfindliche Reaktion ist die Bildung von //NOH Hydro xamsäuren U.Ct aus den Alde- ^ OH hyden und Nitrohvdroxvlaminsäuresalzen z. B. HON = NOONä. Die Hydrnxamsäuren sind durch ihre Rotfärbung mit Eisenchlorid leicht nachzuweisen. 2. Eine ganze Reihe von Aldehyd-Re- aktionen ist auf den ungesättigten Charakter der Carbonyl-Gruppe zurückzuführen. So zeigen die Aldehyde eine starke Additions- fähigkeit. Durch Addition von Wasserstoff entstehen primäre Alkohole CH3.C<^ + Ho - CH3.CH2.OH, Manche, besonders halogensubstituierte Aldehyde addieren Wasser unter Bildung von Hydraten /yO /OH CCl3.C<;^ + H,0^CCl3.CH<(^^ Chloral Chloralhvdrat Durch Vereinigung mit Säureanhydriden entstehen Ester von i,l-Glycolen CAOv ' /O.C2H3O CH3.CH0 + ^' J'^>0 = CH3.CH< G2H3O/ \O.C2H3O Mit Alkahbisulfiten vereinigen sich die Aldehyde leicht zu kiistallinischen Additions- verbindungen, die in Wasser gut, in kon- zentrieiter Sulfitlauge und in Alkohol schwer löshch sind /OH . CH3.CHO + SOgNaH = CH3.CHc( ' ^O.SO^Na Diese Reaktion ist für Aldehyde und auch für die meisten Ketone sehr charakteristisch und man kann sie zu ihrer Isoherung und Reinigung sehr gut verwenden, da die ent- standenen Produkte durch Erwärmen mit verdünnten Minei alsäuren leicht wieder in ihre Komponenten gespalten werden. . Durch Addition von Blausäure an die Alde- hyde entstehen sogenannte ,,Cyanhydrine", d. s. Nitrile von a-Oxysäuren, welche sich leicht zu den Oxvsäuren selbst verseifen lassen ^CN CH3.CHO + CNH = CH3.CH X' CH,.CH \0H Cy an hydrin COOH \0H Milchsäure Die Reaktion iühit vom Aldehyd zu einer Säure von nächst höherer Kohlenstoffzahl und stellt somit ein wichtiges S}Titlietisches Hilfsmittel dar. Magnesiumhalogenalkylverbindungen ver- einigen sich mit den Aldehyden zu Additions- produkten, welche beim Behandehi mit Wasser sekundäre Alkohole hefern CoH. CH, ^ 0 / C9H, .Cf +Mg\ \h *= \Br = CH, ^CoH. .C-O.MgBr ^H — > CH3.CH(0H) Häufig sind die Additionsreaktionen an die Carbonylgruppe von einer Wasserab- spaltung gefolgt, so daß der Prozeß schließ- hch auf den Austausch des Carbonylsauer- stoffes gegen eine zweiwertige oder zwei ein- wertige Gruppen hinausläuft; Ammoniak addiert sich direkt mit den Aldehyden zu Aldehyd-Ammoniaken. ■ .0 Z^^' CHj.cr +NH. = CH3.C-OH • \H ' \jj Bei substituierten Ammoniaken (Aminen) wird jedoch bei dieser Reaktion Wasser ab- gespalten und es entstehen Aldehydimide CH3.CHO + NH2.R = CH3.CH = N.R Von diesen Verbindungen sind die be- 112 Aldehyde sonders wichtig, die sich von Hydroxylamin und Phenylhydrazin ableiten und die Oxime (Aldoxime) und Phenyliiydrazone genannt werden CH3.CHO + NH,.OH = CH3.CH:N.0H + HgO Aldoxime CH3.CHO + NHo.NHCcH, = CH3 . CH: N . NH . CeH^ + HgO Phenylhydrazon Es sind dies gut krystaUisierende Ver- bindungen, die man zur Charakterisierung oder Isoherung der Aldehyde gern verwendet, und welche durch Säuren leicht wieder in die Komponenten zerlegt werden können. Auch viele andere Basen (Semicarbazid, Amido- phenole, p-Amido-dimetliylaniliu) liefern ähnliche charakteristische Kondensations- produkte. Mit Alkoholen treten die Aldehyde zu Acetalen zusammen OCH-, Aldehyden wird. 2 Mol Aldehyd verbinden sich zu einem Aldehyd-Alkohol (Aldol) OH 2CH,.CH0 = CH,.C./- CH2.CHO OC^Hj CH3 . CHO + 2C,H5 . OH = CH3 . CH<^ + H2O, mit Merkaptanen ebenso zu Merkaptalen .SCÄ CH3 . CH< SCoH., Phosphorpentachlorid bewirkt Ersatz der Carbonyl-Sauerstoffs durch 2 Gl CH3.CH0'+ PCI, = CH3.CH.CU+POCI3. Durch freie Halogene dagegen werden nur die Wasserstoffatome der Alkyjgruppe in den Aldehyden substituiert. Die Aldehyde, namentlich die niederen Homologen, zeigen eine große Neigung sich zu polymerisieren, eine Eigenschaft die auf die starke Additionsfähigkeit der Substanzen zurückzuführen ist o-ch( 3R.CH0 — >-R.CH( )0. ^0-CH^ Die entstandenen Verbindungen heißen Paraldehyde und Metaldehyde. Ihre Bil- dung wird häufig durch geringe Mengen katalytisch wirkender Agentien (HCl, H^S04, ZnClg) sehr begünstigt. Die Carbonylgruppe hat außer der Additionsfähigkeit noch che Eigenschaft, die Wasserstoffatome in der benachbarten Me- thylengruppe reaktionsfähiger (beweghcher) zu machen. Diese „auflockernde" Wirkung zeigt sich besonders deutlich, wenn die Methylen^iruppe zwischen zwei Carbonyl- gruppen steht: — CO— CHg— CO— . Aber auch bei einer Carbonylgruppe ist die Reak- tionsfähigkeit der Methylengruppe so groß, daß sie Veranlassung zu einer Reihe bedeu- tungsvoller Kondensationsvorgänge bei den ^H Als kondensierende Älittel dienen Mineral- säuren, Chlorzink und besonders alkalische Agentien wie Natriumäthylat, Alkalilauge, Cyankalium u. a. Natriumacetat-, Natri- umkarbonatlösung. Häufig wirken bei dieser Reaktion (,,Aldo]kondensation") die genannten Agentien noch Wasser abspaltend und es entstehen ungesättigte Aldehyde OH / CH3.CH— CH,— CHO = CH3.CH:CH.CH0 + H.O ÄhnUch führt die Einwirkung der Alde- hyde auf Ketone zu a-/5 ungesättigten Ketonen CßH , . CHO + CH3 . CO . CH3 = CÄ.CHrCH.CO.CHj Die Aldolbildung findet nicht statt, wenn die CO-Gruppe mit einem tertiären Kohlen- stoffatom verbunden ist. Mitunter führt die Einwirkung von konzentrierten Allcalilaugen noch zu anderen Produkten. So Meiert der Acetaldehvd und einige Homologe sogenanntes „Aldehydharz", gelbbraune harzige Massen von noch ungeklärter Konstitution. Andere Aldehyde, besonders die aromatischen und solche die zur Aldol-Bildung nicht befähigt sind, zerfallen in Säure und Alkohol 2 CßHg.CHO + KOH = CeH.-CHa Benzaldehyd Benzylalkohol + CeH5.C00K Benzoesäures Kalium Von weiteren Aldehydreaktionen ver- dient noch das Verhalten gegen Diazomethan Erwähnung, das zu Ketonen führt R . C < 4- CHoNo = R . CO-CH3 + N2. ^ H Die vorstehend geschilderte Reaktions- fähigkeit der Aldehyde zeigt ihre große Be- deutung für ihre Synthese. Da viele von den Reaktionen bei gewöhnlicher Temperatur glatt verlaufen, ist ihre Bedeutung für die physiologische Chemie nicht zu verkennen. Vielleicht beruht ein großer Teil der für den Lebensprozeß wichtigen chemischen Vorgänge in den Organismen auf dem Vorhandensein von Aldehyd-Gruppen in denPlasmaproteinen. 5. Spezielle Aldehyde. 5 a) Gesättigte Aldehyde der Fettreihe. Formaldehvd, Me- ;o thylaldehyd , Methan al H.C^ wurde ^H 1868 von A. W. Hof m a n n entdeckt und war zunächst nur in Dampfform bekannt. 1892 lernte man durch Kekule reinen Aldehyde 113 flüssigen Formaldehyd kennen. Zu seiner Darstellung leitet man Methylalkoholdämpfe mit Luft gemischt über glühende Platin- oder Kupferdrähte, In der Technik ver- wendet man als Kontaktsubstanzen auch Holzkohle, Graphit, Thonerde oder dgl. (Apparat von Trillat). Bei den sogenannten Formaldehydlampen wird Methylallvohol vergast und der Dampf an einer dünnen vorher zum Glühen gebrachten Platin- spirale vorbeistreichen lassen. Hierdurch wird eine konstante kleine Entwicklung von Formaldehyddampf hervorgerufen, der zur Desinfektion dient. Auch Methan, das bei der Holzdestillation gewonnen wird, hefert im Gemisch mit Luft über glühendes Kupfer geleitet Formaldehyd. Ferner entsteht der Aldrhvd beim Erwärmen von Methylal CH2(OCH3)3 ndt Schwefel- säure und von Methylendibromid CHgBra mit Wasser. Die anderen Aldehyddarstellungs- methoden, insbesondere die Destillation des Calciumformiates ergeben hier nur schlechte Ausbeuten. Doch bilden sich kleine Mengen Formaldehyd bei der unvollständigen Ver- brennung der verschiedensten organischen Materialien. Theoretisches Literesse, viel- leicht in Zukunft auch praktische Bedeutung, hat die Bildung des Formaldehyds aus Kohlenosyd und Wasserstoff bei Gegenwart geeigneter Kontaktsubstanzen (Palladium, Platin). Die Reaktion ist umkehrbar^ H.C< TZtCO + H, xl Bei Temperaturen oberhalb 500" ist der For- mald( hyddampf fast vollständig in Kohlen- oxyd und Wasserstoff gespalten. Form- aldehyd wird in großem Maßstabe in der Tech- nik hergestellt. Die Jahresproduktion be- trägt ca. 1 Milhon kg, wovon auf Deutsch- land etwa die Hälfte fällt. Der Formaldehyd ist bei gewöhnhcher Temperatur ein Gas, das sich bei starker Abkühlung zu einer wasserhellen Flüssigkeit verdichten läßt, Sdp. —21« d^^i 0,8153. Durch stärkere Abkühlung (mittels flüssiger Luft) erstarrt die Flüssigkeit zu festem Formaldehyd, Fp. — 92«. Der flüssige Formaldehyd ist nicht lange haltbar. Beim Siedepunkt verwandelt er sich langsam, bei gewöhnlicher Temperatur sehr rasch in eine polymere feste Modifikation: Trioxy- methylen (CH.O)^. Der Formaldehyd besitzt einen stechenden, durchdringenden Geruch. In reiner Form gewinnt man ihn am besten durch Erhitzen seiner festen Polymeren und Abkühlen des Dampfes (zweckmäßig arbeitet man hierbei im Stickstoffstrom). Im Wasser ist er reichlich lödich (Maximum | etwa 55%). Der Formaldehyd des Handels (Formalin, Formol) ist gewöhnlich ein ca. ' Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Band T. \ 40 % wässerige Lösung des Aldehyds. Kryo- skopischen Untersuchungen zufolge enthält die wässerige Lösung monomolekularen und trimeren Aldehyd im Gleichgewicht, Sehr verdünnte Lösungen enthalten fast nur mo- nomolekularen Aldehyd und zwar wahr- scheinhch in Hydratform /OH CH2O + H2O = ch/ ^OH denn der Partialdruck einer kalten wässeri- gen Lösung ist nur sehr gering. Auch enthält bei der Destillation das Destillat prozentisch stets weniger Aldehyd als der Rückstand. t)er Formaldehyd ist eine ganz außer- ordenthch reaktionsfähige Substanz. Einige quantitativ verlaufende Reaktionen werden zur Bestimmung des Aldehyds verwendet. So Hefert Wasserstoffsuperoxyd in alkah- scher Lösung ameisensaures Natrium und AV0 \0— CHa^ Durch Erhitzen oder durch Berührung mit Superoxyden (BaOa) und Wasser werden die polymeren Formen des Aldehyds wieder ent- polymerisiert, worauf ihre technische Ver- wendung beruht. Acetaldehyd, Aethylaldehyd, Ae- thanal, auch ,, Aldehyd" schlechtweg ge- nannt, CH3.CHO, läßt sich nach den oben geschilderten allgemeinen Darstellungsmetho- den herstellen. Gewöhnlich wird er durch Oxydation von Aethylalkohol mittels Kahuni- bichromat und Schwefelsäure dargestellt. Li erheblichen Mengen findet sich der Aldehyd im Verlauf der SpiritusrektiHkation. Zur Reinigung wird der Aldehyd in Aether ge- löst und dann Ammoniak eingeleiiet, wo- durch Aldehydammoniak ausfallt, aus dem man durch verdünnte Schwe elsäuie den Aldehyd wieder regenerieren kann. Der Aldehyd ist eine schon 1774 von Scheele entdeckte Verbindung. Eingehend wurde er durch L i e b i g 1835 charakterisiert. Der Acetaldehyd ist eine farblose sehr bewegliche Flüssigkeit von eigenartigem in- tensiven Geruch. Fp. — 120», Sdp. 20,8», d« 0,8009. Er ist in Wasser, Alkohol und Aether lösHch. Mol. Verbrennungswärme 275,5 Cal.; Brechungdndex n'^„° = 1,330. Der Acetaldehyd zeigt die allgemeinen oben angeführten Reaktionen der Aldehyde. Charakteristisch ist die Harzbildung mit Al- kahlauge. Die technische Bedeutung des Acetaldehvds im Vergleich zu der des For- Aldehyde 115 maldehyds ist nur gering. Man verarbeitet iim auf Paraldeliyd und auf Chinaldin, dem Ausgangsmaterial für Chinolingelb. Polymere Modifikationen des Acetaldehyds. Der Aldehyd polymerisiert sich außerordentlich leiclit, und zwar wirken Spuren von Verunreinigungen oft stark katalysierend auf die Polymeri- sationsprozesse ein, so daß es nur selten ge- lingt, Aldehyd in reinem Zustand aufzube- wahren. P a r a 1 d e h y d (CH3CH0)3 ent- steht aus dem Aldehyd bei gewöhnhcher Tem- peratur durch geringe Mengen verschiedener Agentien (HCl, ZnCl^, SOo,"(CN), u. a.), be- sonders leicht durch einen Tropfen konzen- trierte Schwefelsäure. Paraldehyd ist eine wasserhelle angenehm riechende Flüssigkeit, Fp. + 12,50 Sdp. 1240, d2o 0,9943. In Wasser ist er etwas löshch: 100 Vol. HoO lösen 12 Vol. Paraldehyd l)ei 13''; in kaltem Wasser ist die Lö.slichkeit größer als in heißem, was auf die Existenz eines Hydrats deutet. Dampfdichte- bestimmung und kryoskopische Messungen er- gaben dreifache Molekularformel des Acetalde- hyds. Die gewöhnlichen Aldehydreaktionen (Silberspiegelbildung, Vereinigung mit Ammo- niak oder Alkahbisulfit, Phenylhydrazon- bildung) zeigt der Paraldehyd niclit. Man darf deshalb annehmen, daß er die Gruppe C\ nicht enthält, und seine Konstitution . H ringförmig ist r/ 0 — CH< ^CH. CH3.CHC >0 Durch Destillation mit etwas Schwefelsäure wird er wieder zum Acetaldehyd entpolyme- risiert. Der Paraldehyd whd in der Medizin als Schlafmittel verwendet. Metaldehyd (CH3.CHO)3 bildet sich mit Hilfe derselben Agentien wie der Paraldehyd aus dem Acet- aldehyd nur bei niederer Temperatur (unter 0"), und bildet eine weiße laistallinische Sub- stanz, die bei etwa 115" subhmiert unter teil- weiser Zersetzung in gewöhnhchen Aldehyd. In Wasser ist der Metaldehyd unlöslich, seme übrigen Eigenschaften und Reaktionen sind denen des Paraldehyds sehr ähnlich. Die höheren Homologen der Aldehyde in der Methanreihe haben nur zum Teil spe- zielleres Interesse. Die Aldehyde von 7 und mehr Kohlenstoffatonien zeichnen sich dui-ch schönen blumenartigen Geruch aus und finden deshalb Verwendung zur Hei Stellung künsthcher Riechstoffe. Einige Aldehyde finden sich auch in den ätherischen Oelen verschiedener Pflanzen Propionaldehyd C2H5.CHO, Sdp. 490, d2o 0,807 n - B u t y r.a 1 d e h y d C3H7.CHO Sdp. 75°, d^o 0,817 CH, I s 0 b u t y r a 1 d e h y d CH3 CH.CHO Sdp. 63°, d^o 0,794 n - V a 1 e r a 1 d e h y d CH.CHO Sdp. 103« Iso-valeraldehyd CH '^CH.CH,.CHO Sdp. 92°, d^» 0.798 CH3^ Trimethylacetaldehvd (CH3)3,.C.CHO, Fp + 30," Sdp. 74«, d'« 0,793 n - Ca p r 0 n a 1 d e h y d C H^.CHO, Sdp. 128», d'O 0.834 n-Oenanthaldehyd Oenanthol CßH^.CHO, Sdp. 15o°, d^o 0,850 ist ver- hältnismäßig leicht zugänglich, da er aus Ricinusölsäure CiaHgiO;^ durch DestiDation unter vermindertem Druck neben Unde- cvlensäure CiiHaoO, entsteht CH3(CH2)5.CHOH.CH2CH: CH.(CH2),.C00H = C.Hi3.CH0 + CHo: CH.(CH2),.C00H n-Caprylaldehvd C,Hi5.CH0, Sdp.32 81«, cV^ Ö.827 findet sich im Citronenöl n-Pelargonaldehyd C^ün . CHO Sdp.i3 8'C«— 82«, di5 0,828. Findet sich im deutschen Rosenöl, Citronenöl, Manda- rinenöl, Ceylonzimmtöl. n - C a p r i n a 1 d e h y d C9H19 CHO, Sdp.j.^ 93«— 94«, d^^ 0.828. Findet sich im Pome- ranzenschalenöl. Lemongrasöl. U n d e c an a 1 Ci„H,i.CHÖ, Fp. — 4«, Sdp,« 116—117, -1" 0,825. L a u r i n a 1 d e h v d Ci,H.,3 . CHO, Fp, 44,5 0, Sdp. 04 147«, d 0,838"8. Findet sich im Edeltannenöl. T r i d e c a n a 1 Ci,H25.CHO,Fp. 14«, Selp..4 152«. M y r i s t i n a 1 d e h y d C^^'E^i CHO, Fp. 52,5«, Sdp. 24 166«. Pentadecanal Ci,H,, CHO, Fp. 24°— 25«, Sdp.. 5 185«. P a 1 m i t i n a 1 d e h y d C^^Rsi CHO, Fp. 58.5«, Sdp.2o 192«. Margarinaldehyd C,6H33.CHO, Fp. 36«, Sdp. 06 204«. S t e ar i n a 1 d ehydC,7H35.CHO,Fp63,5«, Sdp. 00 212«. C h 1 0 r a 1 , Trichloracetaldehyd CCI3.CHO, von Lieb ig entdeckt, wird hergestellt durch Einwirkung von Chlor auf Alkohol, wobei das Halogen gleichzeit'g substitu- ierend und oxydierend wirkt. Chloral ist eine scharf riechende ölige Flüssigkeit, welche sich leicht polymerisiert. Sdp. 97«, d« 1.541. Das Chloral zeigt die typischen Aldehydreaktionen, besonders aber große Additionsfähigkeit. Durch Vereinigung mit Wasser entsteht das /OH Chloralhydrat CCl3.HC<^ , große 116 Aldehyde monokline lü-istalle, Fp. 57", Sdp. 96" bis 98", in Wasser leicht löslich. Es findet medizinische Verwendung als Schlafmittel und wird zu diesem Zwecke technisch in großem Maßstabe fabriziert. Chloral und sein Hydrat werden durch Alkali in Chloro- form und ameisensaures Salz gespalten CCI3.CHO + KOH = H.CCI3 + H.COOK Durch Oxydation mit Salpetersäure ent- steht Trichloressigsäure. Bromal. CB3.CHO, Sdp. 172"— 173" und Bromalhydrat CBrg.CHfOH), Fp. 53" sind dem Chloral und Chloralhydrat ganz analoge Verbindungen. 5b)UngesättigteAldehydeder F e 1 1 r e i h e. Die ungesättigten Aldehyde können nach den meisten allgemeinen Alde- hyd-Darstellungsmethoden erhalten werden. An speziellen Bildungsweisen sind zu nennen ihre Ent tehung: 1, Durch Wasserentzichung aus den AI- dolen, welche aus den gesättigten Aldehyden durch Kondensation hervorgehen OH / 2CH3.CHO — > CH3.CH — CHo.CHO —> CH3.CH=CH.CH0. Crotonaldehyd 2. Aus Glycerin und substituierten Glyce- rinen durch Wasser abspaltung CH2(0H).CH(0H).CH,(0H) = CH^: CH.CHO + 2H2O. Acr olein Weitaus die meisten bekannten ungesättig- ten Aldehyde sind a-/?-01efinaldehyde, d. h. die Doppelbindung befindet sich zwischen dem eisten und zweiten Nachbarkohlenstoff atom der CO- Gruppe. Die imgesättigten Aldehyde zeigen dieselben Reaktionen wie die Grenz- aldehyde. Außerdem verleiht die Doppel- bindung ihnen noch die Additionsfähigkeit ungesättigter Kohlenwasserstoffe, die aber häufig, wenn die CO-Gruppe in der Nähe steht, noch besonders gesteigeit ist. Acrolein CH^ : CH.CHO bildet sich durch Oxydation des AUylalkohols und durch Erhitzen von Glycerin mit Kahumbisul- fat, Phosphorsäure oder Borsäure. Gly- cerinhaltige Substanzen wie Fette und fette Oele lassen beim Erhitzen kleine Mengen des Aldehyds ent tehen, wovon auch der scharfe Geruch d(r Dämpfe dieser Sub- stanzen herrührt. Acrolein ist eine wasser- helle, bewegliche Flüssigkeit, von uner- träglichem Geruch, besonders die Augen stark angreifend. Sdp. 52,4", d^" 0,8410. In Wasser ist es ziemlich löshch, in reinem Zustande aber kaum haltbar, da es sich außerordenthch leicht polymerisiert. Die Additionsfähigkeit ist sehr groß und kann sich an der CO-Gruppe oder an der Doppel- bindung betätigen; häufig wirkt sie an beiden Stellen gleichzeitig. So bildet sich mit Natriumbisulfit die Verbindung ^OH CH^rSOgNaO.CHo.CH/ ^SOjNa Mit Hydrazin oder Phenylhydrazin bildet sich Pyrazolin, oder 1-Phenylpyrazohn CH — CHO NH2 CH — CH = N II + I = II I CH2 NH2 CH NH Hydrazin Pyrazolin Ammoniak gibt mit Acrolein Acrolein- ammoniak 2CH2:CH.CHO+ NH3 = CßH^NO + H2O eine amorphe Masse, welche beim Destil- heren Wasser abspaltet und in PicoHn, eine Base der Pyridinreihe, übergeht CeH^NO = CsH.N + H.O. Polymere des Acroleins sind: Disacryl, eine weiße amorphe Substanz. Metacro- lein (C3H40)3 entsteht aus der Ver- bindung von Acrolein mit HCl durch Be- handeln mit Kah. Lange farblose Nadeln, Fp. 45", die durch Mineralsäuren leicht wieder entpolymerisiert werden. Crotonaldehyd CH3.CH:CH.CH0, entsteht aus Aldol durch Wasser abspaltung (K e k u 1 e). Stechend riechende, in Wasser ziemhch lösliche Flüssigkeit. Sdp. 104" di/ 0,8593. Durcli Stehen mit verdünnter HCl wird sie zu Aldol hydratisiert. Der Crotonaldehyd- ammoniak hefert beim Destillieren CoUidin, Tiglinaldehyd, Guajol CH3.CH:C(CH)3.CHO entsteht durch Kondensation von Acetaldehyd mit Pro- pionaldehyd, und findet sich auch in den Destillationsprodukten des Guajak- Harzes. Sdp. 118", d^^ 0.871. Zu den höheren Homologen der Olefin- aldehyde gehören das Citronellal CH3- y C.CH2.CH2.CH2CH.CH..CH0 ^^^3 CH3 Sdp. 205"— 206", d^" 0.855 n^^ 1.448, das Rhodinal (CH3)i,C:CH-CH2.CH2.CH.CH2.CHO CH3 und das Citral (Geranial) (CH3)2.C:CH.CH2.CH2.C:CH.CH0 Sdp. CH3 224—226", d-" 0.8844, n d^ 1.4931. Sie kommen in vielen ätherischen Oelen vor und gehören nach ihren ganzen Eigen- schaften zu den (olefinischen) Terpenen. Sie werden deshalb bei den „Terpenen" gesondeit abgehandelt. Propiolaldehyd, Propargylaldehyd, CH"= C.CHO, entsteht aus Acroltinacetal durch Bromierung und darauf folgende Behandlung mit alkohohschem Kali. Aldehyde 117 CHaiCH.CHO —> Acr olein CHgiCRCH^ — »-CHaBr.CHBr /OCH^ " /OC2H5 .CR/ " — >-CH=C.CH/ — >-CHeiC.CHO Bewegliche, in Wa.ser leicht lösliche Flüssigkeit, welche Augen und Nasen- schleimhaut sehr heftig reizt. Sdp. 59°. Gibt wie alle Acetylenverbindungen ex- plosive Kupfer- und Silbersalze und ist außerordenthch additionsfähig. Es ent- steht z. B. mit Hydrazin Pyrazol C.CHO H,N CH.CH.N III + "I =H20+ II I CH H2N CH NH Pyrazol. 5c) D i aldehyde. Glyoxal, Oxalafdehyd, Aethandial CHO. CHO, entsteht neben anderen Produkten bei der Oxydation von Aethylalkohol oder Aethylenglycol mit Salpetersäure; ferner bei der Spaltung von a-/?-01efinaldehyden mit Ozon. Goldgelbe I ^ ' \OC2H5 CHoOH.CHOH.CHO Nadehi, Fp. 138^ welche süß schmecken, in Wasser gut löshch, in Alkohol und Äther schwer löshch sind und Fehling- sche Lösung reduzieren. Ein Gemisch von Glycerinaldehyd und Dioxyaceton CH2OH .CO.CHoOH," in welchem letzteres vor- waltet, wird durch gelinde Oxydation von Glycerin mit verdünnter Salpeter- säure, Brom oder Wasserstoffsuperoxyd bei Gegenwart von Ferro salz erhalten und „Glycerose" genannt. Durch Natronlauge entsteht aus ihr Acrose. 50) Aromatische Aldehyde. Die aromatischen Aldehyde entstehen nach den oben angefülirten Bildungsweisen. Außerdem lassen sie sich darstellen 1. durch Oxydation des zugehörigen Kohlenwasserstoffs durch Chromylchlorid Cr02Cl2 (Etardsche Reak- tion); 2. durch Einwirkung von Kohlenoxyd 118 Aldehyde oxyaldehydimide CeH4\' und Chlorwasserstoff auf die Benzol-Kohlen- wasserstoffe bei Gegenwart von Kupfer- chlor ür und Aluminiumchlorid oder -bromid (G a 1 1 e r ra a n n). Die Reaktion ist ein Spezialfall der Fr iedel-Craft sehen Syn- these, denn das Gemisch von CO + HCl ver- hält sich wie das Chlorid der Ameisensäure H.CO.ClCeHe+H.CO.Cl-CeHs.CHO+HCl Bei Phenoläthern versagt die Reaktion, sie gelingt jedoch, wenn man statt CO Blausäure anwendet. Es entstehen Alkyl- OR die durch NH Behandeln mit Mineralsäuren leicht in die Aldehyde übergehen; 3. durch Umsetzung von Dihalogenverbindungen mit Wasser und ebenso auch von Monohalogenver- bindungen. In diesem Falle müssen aber Oxydationsmittel zugegen sem (Blei- nitrat, Kupfernitrat); 4. Aus den leicht zu- gänghchen aromatischen a - Ketonsäuren R.CgHi.CO.COOH, welche durch Erhitzen mit Anilin leicht die Anile der Aldehyde geben CßHs.NHa + R.C6H4.CO.COOH = R.C6H4.CH : WCeHs + CO 2 Die Anile sind wieder leicht spaltbar. Die aromatischen Aldehyde zeigen im allgemeinen dieselben Eigenschaften wie die ahphatischen, nur sind sie ziemhch viel be- ständiger. Sie polvmerisieren sich nicht wie die Änfangsglieder der Fettreihe. Allcali erzeugt aus ihnen den zugehörigen Alkohol und die zugehörige Säure (Cannizzoro). Nascierender Wasserstoff reduziert zu den Alkoholen. Gleichzeitig treten dabei zwei Aldehydreste zusammen unter Bildung von sogenannten Hvdrobenzoinen 2Ce H5.CHO + H, = C.Hs.CHOH.CHOH.CeHs AUvohoUsche Cyankaliumlösung bewirkt Kon- densation zu Ketonalkoholen, sogenannten Benzoinen (Z i n c k e) 2C6H5.CHO = CeH5.CH(OH).CO.C6H5 Benzoin Ammoniak addiert sich nicht in der Weise wie bei den ahphatischen Aldehyden. Es entstehen vielmehr unter Wasseraustritt so- genannte Hydramide 3 CßHs.CHO + 2 NH3 = C«H..CH = N CH.CfiHp CeH5.CH= W Mit Anilin en entstehen sogenannte Sc h if f sehe Basen C^H-.CHrN.CeHj, je nach den Bedin- gungen aber auch Triphenylmethanderivate CeH,.CH< AldoUvondensationen treten bei den aroma- tischen Aldehyden sehr leicht ein. Nur wirdge- wöhnhch Wasser abgespalten und es entstehen ungesättigte Verbindungen. So entstehen CeH^.CHO + CH3.CHO = Acetaldehyd CsHs.CH.CHrCHO + HsO Zimmtaldehyd CpHs.CHO + CH3.COOH = Essigsäure CßHs.CHrCH.COOH + H,0 Zimmtsäure (P e r k i n sehe Zimmtsäure-Synthese) CeHj.CHO + CH3.CO.C6H5 = Acetophenon C6H5.CH:CH.CO.CeH5 Benzalacetophenon B e n z a 1 d e h y d , Bittermandelöl CßHj . CHO, kommt in den bitteren Mandehi und auch in den Kernen mancher Früchte (Kirschen, Pfirsiche, Aprikosen) als Gly- cosid Amygdalin vor. Das Amygdalin C20H27NO11 wird durch Kochen mit ver- dünnten Säuren oder durch Einwirkung eines in den bitteren Mandeln enthaltenen Enzyms (Emulsin) in Glucose, Bitter- mandelöl und Blausäure zerlegt (Liebig und W ö h 1 e r 1831). Technisch wird der Benzaldehyd hergestellt aus Toluol, welches durch Chlorieren in Benzalchlorid CgHg.CHCla verwandelt wird Dieses wird durch Kochen mit Kalkmilch in den Aldehyd übergeführt. Auch durch Oxydation von Benzylchlorid CßHj.CHaCl mit Bleinitrat wird Bittermandelöl er- zeugt. Der Benzaldehyd ist von allen Aldehyden am leichtesten in reinem Zu- stande zugänghch und infolge seiner großen Reaktionsfähigkeit ein außer- ordenthch viel gebrauchtes Reagens. Tech- nischen Benzaldehyd kann man sehr oft von natürhchem Bittermandelöl dadurch unterscheiden, daß er von der Darstellung her (allerdings nicht immer) noch etwas Chlor enthält. Benzaldehyd ist eine farblose, stark hcht- brechende, nach bitteren Mandeln rie- chende, öhge Flüssigkeit, welche in Wasser nur wenig lösHch ist. Fp. — 13,5", Sdp. 180«, diM,050,nfjj, 1,57749. Benzaldehyd oxydiert sich an der Luft all- mähhch zu Benzoesäure, wobei als Zwischenprodukte wahrscheinMch super- oxydähnhche Gebilde auftreten. Die che- mischen Eigenschaften sind oben schon angeführt. In der Technik wird das Bittermandelöl zur Herstellung verschie- dener Farbstoffe (Malachitgrün), zur Zimmtsäuredarstellung und auch in der Parfümerie verwendet. Das Phenylhydra- zon schmilzt bei 155", das Semicarbazon bei 214». o-Toluylaldehyd CH3.C6H4.CHO, Sdp. 1^90, m-Toluylaldehyd CH3.C6H4.CHO, Sdp. 199", do 1,037. Aldehyde 119 p-Toluylaldehyd CH3.CeH4.CHO, Sdp. 2Ö4", riecht pfefferartig. Plienylacetaldehyd CßHs.CH^.CHO, Sdp. 206°, d 1,085. Hvdrozimmtaldehyd ■CeH,,.CH,.CH,.CHO, Sdp. 228«-224«. 3,5 - D i ra e t h y 1 b e n z a 1 d e h y d (CH3)2.CeH3.CH0, Sdp. 221». C u m i n 0 1 , p-Isopropylbeiizaldehyd (CH3)2CH.C6H4.CH0, kommt in misch-Kümmelöl vor und riecht Kümmel. Sdp. 235», d" 0,973. G-Nitrobenzaldehyd NO^-CgH^-CHO, F|.. 46", wird durch Belichtung in o-Nitrosobenzoesäure um- gelagert. Behandelt man den Aldehyd mit Aceton und Natronlauge, entsteht Lidigo /HO, 2C6H4/ " + 2CH3.CO.CH Rö- nach + CHO /NO, 2C6H/ /oh ^CH— CHo.CO, NR CH, /NH^ CeHiV /C:C ^CO^ ^CeH^ + ^CO Indigo 2CH3.COOH+ 2H2O. o-Amidobenzaldehyd NH.,.C6H4.CH0, Fp. 39», kondensiert sich bei Gegenwart verdünnter NaOH mit Acetaldehyd und dessen Derivaten zu Chinolin bzw. Chinohnabkömmlingen /NH2 CHO /N -CH CßH/ + I = CeH/ I XHO CH3 ^HC = CH Chinolin p-Amidobenzaldehyd NHo.CeH^.CHO, Fp. 70». T e r e p h t a I a 1 d e h V d CgHiCHO),, Fp. 116», Sdp. 245—248». Z i m m t a 1 d e h y d , ^Ö-Phenylacrolein CeHs.CHiCH.CHO ist der Hauptbestand teil (75—80%) des Zimmtöls (Cassiaöls) und wird synthetisch durch Kondensation von Benzaidehyd mit Acetaldehyd mittels verdünnter Natronlauge gewonnen. Aro- matisches mit Wasserdampf flüchtiges, stark lichtbrechendes Oel, Sdp. 247», d^» 1,050, ng 1,6195. Der Aldehyd findet Verwendung in der Parfümerie, Likör- und Gewürzextraktfabrikation. Oxyaldehyde. Die aromatischen Oxyaldehyde, zu denen mehrere technisch wertvolle Substanzen zählen, besitzen einige besondere Bildungsweisen. Sie entstehen 1. durch Einwirkung von Chloroform auf Phenole bei Gegenwart von überschüssigem Alkali (Reimer-Tiemann sehe Syn- these^ CeH^.OK + HCCI3 + 3 KOH = C6H4.(0K)CH0 + 3 KCl + 2 H^O Die Aldehydgruppe tritt in Ortho- oder Para- steUung ein ; 2. durch Oxydacion ungesättigter Phenoläther. Es bilden sich so Aether der Oxyaldehyde CH3.O.C6H4.CH.CH.CH3 — > CH3.0.CeH4.CH0 3. nach der Gattermann sehen Aldehydsyn- these dm"ch die Einwirkung von wasserfreier Blausäure anstatt Kohlenoxyd auf Phenol- äther bei Gegenwart von Kupferchlorür und Aluminiumchlorid (s. 0.). Die Oxyaldehyde zeigen neben dem Aldehydcharakter noch die Eigenschaften von Phenolen, indem sie zur Bildung von Salzen und von Aethern befähigt sind. Salicylaldehyd, 0- Oxybenzaldehyd (OH) . CgHi . CHO, findet sich im flüchtigen Oel von Spiräarten. Er entsteht durch Oxydation von Sahgenin (o-Oxybenzyl- alkohol), welches aus dem Glycosid Sali- cin durch Emulsin,Ptyalinodei verdünnte Säuren erhalten wird. Am besten wird er aus Phenol mittels Chloroform und Alkali dargestellt (s. 0.). Angenehm riechendes Oel, in Wasser ziemlich lösHch und mit Wasserdampf flüchtig. Fp. —20», Sdp. 196,5», d^^ 1,172. Die wässerige Lösung wird durch Eisenchlorid intensiv violett gefärbt. Alkalicarbonate werden durch den Aldehyd zersetzt, dagegen Fehlingsche Lösung nicht reduziert. Die Haut wird durch den Sahcylaldehyd gelb gefärbt. m-Oxvbenzaldehyd (0H)C6H4.CH0, Fp. 104», Sdp. 240». ' p -Oxybenzaldehyd (0H)C6H4.CH0, Fp. 116», löst sich beträchtlich in kaltem Wasser und riecht schwach aromatisch. Anisaldehyd, p-Methoxvbenzaldehvd CH3O.C6H4.CHO, wird durch Oxvdation des Anethols CHj.O.CeH^.CHrCH.CHa, dem Hauptbestandteil des Anisöls, ge- wonnen. Wie blühender Weißdorn riechen- des Oel. Fp. —4», Sdp. 245»— 246», d^^ 1,126. Der Aldehyd ist im Handel unter dem Namen „Aubepine" bekannt und wird zu , Parfümeriezwecken verwendet. P r 0 t 0 c a t e c h u a 1 d e h y d , 3,4 Di- oxy benzaidehyd HO — \_/ — CHO, /~ HO Fp. 153» bis 154», in Wasser ziemlich lös- lich, gibt mit Eisenchlorid Grünfärbung. Vanillin, 3- Methoxy - 4 - oxybenz- aldehyd HO —^ ^ — CHO, ist der /" CH3O für den Geschmack und den Geruch wirksame Bestandteil der Vanilleschoten und scheidet sich bei ihnen an der Außenfläche oft in kleinen weißen glän- . zenden Nädelchen ab. Gute Vanillesorten 120 Aldehyde — Aldrovandi enthalten 1,5— 2,75% Vanillin. Der Alde- hyd wird technisch hergestellt durch Oxydation von Isoeu^enol, das wiederum aus Eugenol durch Einwirkung von alko- holischem Kah e;ewonnen wird (H0)(CH30)C;H3 . CHo. CH: CH„ Eugenol — > (H0)(CH30)C6H3.CH: CH.CH3 Iso eugenol — > (H0)(CH30)C6H3.CH0. Vanillin Vanillin bildet weiße Nadehi, Fp.80«— 81», die intensiv nach Vanille riechen und schmecken und in Wasser wenig löshch sind. Die wässerige Lösung wird durch Eisenchlorid schwach violett gefärbt. Beim Kochen dieser Lösung scheidet sich Dehydrodivanillin in weißen Nadeln ab. Durch Erhitzen des Vanilhns mit ver- dünnter Salzsäure auf 200° wird Proto- catechualdehyd gebildet. Das Vanillin wird in der Parfümerie, in der Konditorei und Schokoladenfabrikation als Ersatz für Vanille verwendet und hat letztere fast vollständig verdrängt. Piperonal, Hehotropin, Protocatechu- aldehydmethylenäther 0 -^ V CHO CH2— 0 kommt im Heliotrop und in den Vanille- schoten vor.' Es entsteht durch Oxydation .0 vonPiperinsäure CHay / ^ ^am.CHiCH ^0' .CH:CH.COOH. Technisch whd es herge- stellt durch Oxydation des Safrols (aus Kampferöl)CH ^\ )aH..CH..CH:CH, 0' bezw. Isosafrols. Piperonal kiistallisiert aus Wasser in großen, glänzend weißen Kristallen, Fp. 37«, Sdp. 263«, welche angenehm nach den Blüten des Heliotrops riechen. Beim Erhitzen mit verdünnter Salzsäure bildet sich Protocatechualdehyd. Piperonal wird in dei Parfümerie und in dei Seifenfabrikation verwendet zur Er- zeugung des Heliotropgeruchs. 5!) Heterozyklische Aldehyde. CHO F u r f u r 0 1 , Furol 9^ "" ^\o entsteht, CH = CH durch Destillation von Kleie (Furfur), Zucker, Holz und vieler Kohlehydrate mit verdünnter Schwefelsäure. Quantitativ verläuft der Prozeß beim Erhitzen der Pentosen mit verdünnter HCl, und dient zur Bestimmung dieser Substanzen CH20H.(CH0H)3.CH0 = 3 HgO + CsH.Og Furfurol Furfurol ist eine aromatisch riechende farblose Flüssigkeit, die sich bald an der Luft dunkel färbt. Sdp. 162°, d-^ 1,1594. Der Aldehyd zeigt in seinen chemischen Eigenschaften die größte Ähnlichkeit mit Benzaldehyd und gibt ganz analoge Derivate. Er kann in klehaen Mengen nachgewiesen werden durch Anilin oder Xylidin, mit denen er eine charakteristische Rotfärbung erzeugt. Durch Oxydation entsteht aus dem Fur- furol die Brenzschleimsäure (a-Furfuran- carbonsäure) C4H3O.COOH, durch Re- duktion Furfuralkohol C4H3O.CH2OH. ^CHO a-Methylfurfurol | ~ ^0 ^^ ^ ^\eH3 Sdp. 1840—186« entsteht durch Des- tillation der Rhamnose mit verdünnter Schwefelsäure. Literatur. -F. Beilstein, Handbuch der organi- scheii Chemie, Hamburg und Leipzig 1898 bis 1906. — J. E. Orloff, Formaldehyd, Leipzig 1909. — li. Bouveault , Bull. soc. chin. [3] 81, 1806 (1904). G. Reddelien, Aldrovandi Ulisse. Geboren am 11. September 1522 in Bo- logna; gestorben am 1. April 1605 daselbst. Er war zuerst Jurist, wandte sich dann aber medizinischen und philosophischen Studien zu. Er fiel 1549 in den Verdacht, ein Häretiker zu sein, und wurde in Rom gefangen gesetzt. Seit dem Tode des Papstes Paul III. wieder frei[-, |j^ geworden, widmete er sich nun in Rom der "".^ Naturwissenschaft und begann mit großem Talent i.^ und Fleiß Pflanzen und Fische zu sammeln. • 1568 siedelte er wieder nach Bologna über, um dem dort neu gegründeten Botanischen Garten bis fast an sein Lebensende vorzustehen. Erst in seinem 72. Lebensjahre begann er die Heraus- gabe seiner umfassenden zoologischen Werke, von denen er jedoch selbst nur noch die Vögel, Insekten und die niederen Tiere herausgeben konnte. Die übrigen Bände gaben Uterveri- nus, Dempster und Barth olomaeus Ambrosinus heraus. Die Arbeiten A 1 - drovandis zeichnen sich besonders dadurch i aus, daß sie ein für damalige Zeit großes Material umfaßten, das einer gewissen syste- 1 matischen Durcharbeitung, und einer wenn auch I nur beschränkten Berücksichtigung der Anatomie, ' nicht entbehrt. Mit einem außerordentlichen Apparat von Gelehrsamkeit sucht er alles Wis- senswerte über jedes einzelne Tier zusammen- zutragen, wodmch allerdings die Uebersichtlich- keit leidet. Die zoologische Sammlung A 1 d r o - v a n d i s gehört zu den ältesten und ist insofern I erwähnenswert. Literatur. Fantuszi, Memorie della vita di Ulisse Aldrovandi, Bologna 1774- W. Harms. d'Alembert — Algen 121 d'Alembert j Jean le Rond. Geboren am 16. November 1717 in Paris; ge- storben am 29. Oktober 1783 ebenda. Er war ein natürliches Kind der Frau von T e n c i n und des Ingenieuroffiziers Destouches, eines Bruders des Dichters. Er wurde von seinen Eltern ausgesetzt und an den Stufen der Kirche Jean le Rond in Paris aufgefunden. Zu schwach befunden um in ein Findelhaus gebracht zu wer- . den, wurde er von der Polizei einer armen Glaser- frau übergeben. Mit 4 Jahren fand d'Alem- bert in einer Erziehungsanstalt, mit 12 im College Mazarin Aufnahme. Er studierte zunächst Theo- logie, dann Rechte, wendete sich aber bald mit Leidenschaft mathematischen und physikali- schen Studien zu. 1741 wurde er Mitglied der Pariser Akademie und gewann durch seine Arbeit Reflexions sur la cause generale des vents den Preis und die Mitgliedschaft der Berliner Akade- mie (1747). Streitigkeiten veranlaßten ihn, sich von den physikalischen und mathematischen Studien ab und philosophischen und literari- schen zuzuwenden. Als Freidenker von den Theologen verfolgt, ging er des Akademie- gehalts verlustig; trotzdem folgte er weder dem Ruf Friedrich II. noch der Kaiserin K a - tharina IL, die ihm die Erziehung ihres Sohnes Paul antrug; von jenem bezog er ein Jahresgehalt. 1755 wurde er auf Empfehlung des Papstes Benedikt Mitglied des Instituts von Bologna, d' A 1 e m b e r t war ein liebens- würdiger Mensch und lebte mehr als 40 Jahre in höchst bescheidenen Verhältnissen bei seiner Pflegemutter. Die große Selbstlosigkeit seines Charakters trat in dem unglücklichen Liebesver- hältnis zu der liebenswürdigen und geistreichen aber unbeständigen Madame L'Espinasse zutage. Literatur. J. Hertrand, Les grands emvaiv.i Jrangais, Paris 1899. — Rosenberger, Geschichte der Physik IT S. 289, Braunschweig 1882. E. Drude. Algen. Umgrenzung. Seit langer Zeit schon faßt man zahlreiche niedere Pflanzen unter dem Namen der T h a 1 1 o p h y t e n zusammen. Sie sind einzellig oder vielzellig, ihr Vegeta- tionskörper ist verhältnismäßig einfach ge- staltet; auch bei den vielzelligen Formen ist eine weitgehende Differenzierung der Ge- webe, vor allen Dingen eine Ausbildung von Gefäßbündeln und dergleichen nicht vor- handen. Das schließt nicht aus, daß in dem Gewebe eine Arbeitsteilung vorhanden ist. Der Vegetationskörper wird durch den sogenannten Thallus gebildet, der nach einer aus dem Jahre 1828 von Acharius stammenden Definition nichts anderes ist, als ein Sproß, der noch keine Gliederung in Achse und Blatt erfahren hat. Unter obigem Namen sind nun zahlreiche größere und kleinere Pflanzengruppen ver- einigt, die phylogenetisch nicht oder kaum miteinander in Zusammenhang stehen. Als Hauptgruppen unter den Thallophyten heben sich ab die Bakterien, die Algen, die Pilze. Die Algen besitzen in ihren Zellen stets Chromatophoren, die auf Grund ihrer Farbstoffe zur Photosynthese befähigt sind. Nur einige wenige Algen haben auf Grund parasitischer oder saprophytischer Lebens- weise ihre Farbe eingebüßt. Die Algen sind deshalb autotroph, Pilze und Bakterien da- gegen haben noch niemals eine Spur von Chromatophoren erkennen lassen, sie sind deswegen heterotroph. An sich würde die Färbung noch nicht das Recht zu einer Scheidung dieser Gruppen bedingen. Die Trennung basiert natürlich auch auf Unterschieden in der Fortpflanzung, und im allgemeinen kann man festhalten, daß die Algen bewegliche Fortpflanzungs- zellen haben, während die der Pilze für gewöhnlich unbeweglich sind. Das basiert zum großen Teil auf der Lebensweise : denn die Algen sind in weitaus überwiegender Menge Bewohner des Wassers, die Pilze sind dagegen in der Hauptsache Bewohner des festen Landes, die Bakterien nehmen eine Mittelstellung ein. Wo einmal Algen auf das Land übergehen (Chroolepideen) neigen sie zur Bildung unbeweglicher Fortpflanzungs- zellen, wo Pilze ins Wasser geraten, pro- duzieren sie bewegliche Schwärmer. Bei allen Thallophyten entstehen die Fortpflanzungszellen in Ein- oder Mehrzahl, aus einer einzigen Zelle, sie sind bei ihrer Reife immer nur von einer Zellhaut umschlos- sen, nicht aber von einem Gewebekomplex, wie das bei den Moosen, Farnen usw. der FaU ist. Wie weit Algen, Pilze und Bakterien untereinander verwandt seien, läßt sich kaum sagen. Mir scheint, es handelt sich um eine Anzahl von Gruppen, die selbst- ständig aus dem Reiche der Protisten empor- steigen. Ziemlich zweifellos ist mir das für die Algen. Unter ihnen lassen sich jedenfalls die grünen Formen ohne Schwierigkeiten auf farbige Flagellaten zurückführen. Die Bakterien gehen zweifellos auch selbständig auf niedere Protisten zurück. Wie es mit den Pilzen zumal mit den Eumyceten (vgl. den Artikel ,. Pilze") sei, ist schon schwieriger zu sagen. Anzunehmen, daß die Pilze farblos gewordene Algen seien, liegt für manche Forscher nahe , und besonders häufig ist diese Auffassung vertreten worden für die- jenigen Ascomyceten (vgl. den Artikel ,,Pilze"), welche eine den Florideen ähn- liche Trichogyne führen. Bewiesen ist aber in dieser Richtung nichts und noch weniger kann man sonst den Ursprung der Pilze hinreichend klar erkennen. 122 Aken System. Nach nimgsweise umfassen Gruppen: I. Cyanophyceae II. Zys'opbyceae (Aconta?) a) Conjugatae b) Bac'illariaceae III. Chlorophyceae a) Volvo cales 1. Polyblepharida- ceae 2. Chlorodendraceae 3. Chlamydomona- daceae 4 Phacotaceae 5. Volvo caceae 6. Tetrasporaceae b) Protocoocales 1. Protococcaceae 2. Protosiphonaceae 3. Halosphaeraceae 4. Scenedesmaceae 5. Hydrodictyaceae c) Ulotrichales 1. Ulotrichaceae 2. Ulvaceae 3. Prasiolaceae 4. Cylindrocapsa- ceae 5. Oedogoniaceae 6. Chaetophoraceae 7. Pleurococcaceae 8. Aphanochaeta- ceae 9. Coleochaetaceae 10. Chroolepidaceae (1) Siphonooladiales 1. Cladophoraceae 2. Siphonocladia- ceae der üblichen Bezeich- die Algen folgende 3. Valoniaceae 4. Dasydadaceae 5. Sphaeropleaceae e) Siphonales 1. Codiaceae 2. Bryopsidaceae 3. Caulerpaceae 4. Vaucheriaceae J) Charales IV. Heterocontae 1. Chloromonada- ceae 2. Confervaceae 3. Botrydiaceae 4. Chlorotheciaceae V. Phaeophyceae a) Phaeosporeae 1. Ectocarpaceae 2. Cutleriaceae 3. Sphaecslariaceae 4. Laminariaceae b) Akinetosporeae j I. Tilopteridaceae 2. Choristocarpaceae c) Cyclosporeae 1. Dictyotaceae 2. Fucaceae VI. Rhodophyceae a) Bangiales b) Florideae 1. Nemalionales 2. Cryptonemiaies 3. Ceramiales 4. Gigartinales 5. Rhodymeniales Die soeben wiedergegebene Uebersicht ist natürlich nur eine von den vielen, welche als das System der Algen bezeichnet werden, sie ist aber heute wohl die geläufigste. Immer- hin enthält auch sie noch Gruppen, welche phylogenetisch vielleicht sehr wenig mit dem eigentlichen Kern der ganzen Algengruppe zu tun haben. Die oben unter I erwähuten Cyano- phyceen stellen nach meinem persönlichen Empfinden eine vollkommen isolierte Gruppe dar. Sie gehören als Spaltpflanzen mit ge- wissen Formen zusammen, die man heute immer noch mit einem geradezu bewunde- rungswürdigen Beharrungsvermögen unter die Bakterien (Trichobakterien) zählt. L'eide werden in dm Artikel „Spaltpflanzen" behandelt. Etwas isoliert unter den Algen stehen auch die Zygophyceen (II), die man häufig in Conjugaten uiid Diatomeen gliedert. Ob sie zusammen gehören, ist keineswegs sicher; über ihren Ursprung herrschen mannigfache Ansichten und mannigfache Zweifel. Viel- leicht beseitigt sie der Bearbeiter dieser Pflanzengruppe, welche wir auch aus rein äußeren Gründen von den Algen trennen und in den Artikeln .,Coniugaten" und „Diatomeen' ahhaKdeln. Was nach Abzug dieser Gruppe übrig bleibt, ist relativ ein- heitlich, aber auch keineswegs unumstritten. III. Chlorophyceae. Nicht alle Algologen verstehen unter diesem Namen genau das gleiche. Wir fassen den Begriff etwas enger als andere Forscher, und beschränken ihn auf dieje- nigen Algen, welche durch folgende Merk- male gekennzeichnet sind: Die Farbe der Chromatophoren ist rein grün, und so entsteht eine Gesamtfärbung, die der unserer heimischen Gräser am ehesten gleicht. Die Chromatophoren produzieren als Assimilations- und Keserve-Stoff Stärke. Diese wird in erster Linie an den Pyrenoiden (Stärkeherden) gebildet. Solche Organe fehlen nur wenigen Vertretern dieser Gruppe, und dann erscheint die Stärke regellos über den Chromatophor verteilt. In pyrenoid- losen Zehen kann auch Oel an Stelle der Stärke gebildet werden. Charakteristisch für die Chlorophyceen ist auch die Form der beweghchen Zellen, der „Schwärmer". Diese sind birnförmig und tragen am spitzen Vorderende zwei oder j vier völlig gleiche Geißeln. Im breiten Hinter- ende führen sie einen Chromatophor, der eine mehr oder minder gebogene Platte oder aber einen Becher darstellt. Dem Chroma- tophor angeheftet ist ein roter Körper, den man als Augenfleck bezeichnet. Die Schwär- mer besitzen an ihrem Vorderende eine pul- sierende Vakuole. Die Geißeln sind meistens einem zäpfchenartigen Fortsatz seitMch an- geheftet (vgl. Fig. 2). Die so skizzierten Gruppen kann man in die fünf nebenstehend genannten Unter- abteilungen zerlegen. Diese Gliederung basiert in erster Linie auf vegetativen Merkmalen. Die Fortpflan- zungserscheinungen sind für die getroffene Unterscheidung nicht in dem Umfange maß- gebend gewesen, wie das sonst wohl der Fall zu sein pflegt. Allein wir werden zu zeigen haben, daß gerade hier eine Anzahl parallel gehender Gruppen gegeben ist, die alle mit isogamen Vertretern beginnen und mit oogamen ihren Höhepunkt erreichen. Die Chlorophyceen leiten sich her von grünen FlageUaten. Zoosporen und bewegliche Gameten dürften Kückschläge auf eben jene Vorfahren sein. Die niedersten Vertreter der hier zunächst zu behandelnden Keihe stehen den Ursprungsformen sehr nahe. a) Volvocales. Das Anfangsghed dieser Algen 123 außerordentlich interessanten Reihe bilden Organismen, welche zeitlebens die Form der oben skizzierten Schwärmer ungefähr beibehalten. Wir erwähnen zunächst die I. Polyblepharidaceae und unter diesen die Gattung P y r a m i m o n a s (Fig. 1). Das sind, wie schon der Name sagt, pyra- midale Formen, welche insofern von dem Typus abweichen, als die Spitze der Pyramide das Hinterende, die Basis das Vorderende darstellt. Das Vorderende der Zelle trägt vier lange Geißeln und ist außerdem mit vier flügelartigen Fortsätzen versehen. Der 3. Chlamydomonadaceae. Die für diese Famihe typische Gattung ist Chlamy- d 0 m 0 n a s. Sie unterscheidet sich, wie alle Vertr ter unserer Gruppe, von der vor- hergehenden dadurch, daß die Zellen von einer festen Haut umgeben sind, welclie natür- hch nunmehr Umrißänderungen ausschließt. Das hindert nicht, daß Geißeln vorhanden sind. Diese treten neben einer am Vorder- ende von der Membran gebildeten Warze hervor (Fig. 2). Dicht unter der Geißel- basis hegen 1 oder 2 pulsierende Vakuolen. Der Chromatophor ist becherförmig und hat an seiner Basis mindestens ein Pyrenoid. Die Becher können am Rande geschlitzt, gelappt usw. sein. Der Augenfleck hegt immer dem Chromatophorbecher außen auf (Fig. 2). Der Kern hat den üblichen Platz. ehr 'i Fig. 1. Pyramimonas. 1 Vegetative Zelle 2, 3 Teilungsstufen, k Kern, clir Chroma- tophor, py PjTenoid, a Augenfleck, v Vakuole. Chromatophor liegt am spitzen Hinterende und entsendet paarige Lappen gegen das Vorderende. Augenfleck und Pyrenoid sind weit gegen das Hinterende verschoben. Der Kern liegt in dem durch den Chroma- tophor und dessen Lappen gebildeten Becher. Eine Zellhaut ist nicht vorhanden, und des- wegen ist es der ganzen Zelle möghch, Form- änderungen zu vollziehen. Die Fortpflanzung geschieht durch Längs- teilungen. Vom Hinterende her wird (Fig. 1) die ganze Zelle gleichsam der Länge nach durchschnitten. Schon vor dieser Längs- teilung hat sich die Zahl der Geißeln ver- mehrt, so daß nachher auf jede Tochterzelle wiederum vier Geißeln kommen. Zwei davon rühren von der Mutterzelle her, zwei sind neu gebildet. Eine geschlechtliche Fortpflanzung von Pyramimonas ist nicht bekannt. Unter ungünstigen Bedingungen können aber die beweglichen Zellen sich abrunden und sich mit einer derben Haut umgeben. Unter gün- stigen Bedingungen schlüpfen aus diesen wieder bewegliche Zellen aus. 2. Die Chlorodendraceae haben Zellen, welche dniien der vorigen Familie sehr ähnlich gebaut sind, diese aber umgeben sich mit einer Zellhaut und vereinigen sich zu bäumchenför- migen Kolonien in sehr eigenartiger Weise. Die Zellen, welche auch in der Hülle ihren Augenfleck zu behalten pflegen, schlüpfen zur Vermehrung in toto aus; nachdem sie Geißeln erhalten haben, setzen sich fest und bilden neue Kolonien. Fig. 2. 1 — 0 Chlamydomonas angulosa Dill. 4 — 6 Chlamydomonas longistigma Dill. Teilungsstufen, g Geißeln, v Vakuolen, k Kern, ehr Chromatophoren, py Pj^renoid. Chlamydomonas hat zwei, Carteria hat vier Geißeln. Die Gattung Ha e m atococcus fällt dadurch auf, daß die Wandung sich von dem ZeUinhalt weit abhebt. Letzterer aber entsendet zahlreiche Plasmafortsätze bis an die Peripherie. Haematococcus erhielt seinen Namen von dem roten Farbstoff, der in die Zellen unabhängig vom Chlorophyll eingelagert ist. Die Gattung P 0 1 y t 0 m a ist farblos. Die Vermehrung der Chlamydomonaden erfolgt zunächst durch Zoosporen. In jeder Zelle entstehen 2 bis 8 solcher Gebilde. Der Inhalt der beweghchen Zeilen mit aUen Organen des Plasmaleibes wird durch eine Längsteilung zunächst in zwei, dann eventuell in mehrere Portionen zerlegt (Fig. 2). Jede i so entstandene Plasmamasse bildet selbständig 124 Algen neue Geißeln aus, und wenn dies geschehen iht, reißt die alte Haut auf, und die jungen Schwärmer schlüpfen heraus. Hier haben also die Geißeln der Tochterzelle mit denen der Mutterzelle gar nichts zu tun. Längs- teilungen sind ganz vorzugsweise den Flagel- laten eigen, und wenn man auch unsere Familien daraufhin noch zu diesen rechnen will, mag man das tun. Interessant ist es nun aber, daß gewisse Arten der Gattung Chlamydomonas ihre Schwärmer durch Quer- teilung der Zelle bilden und endhch, daß es einzelne Spezies gibt, welche zunächst eine Längsteilung vollziehen, dann aber ihren ge- samten Inhalt in der alten Hülle um 90*^ drehen, um nun die Teilungen fortzusetzen. Das sind natürlich Uebergänge von der primi- tiveren Teilungsart zu derjenigen, welche all- mählich bei den Algen übhch geworden ist. Die Zoosporen schlüpfen aus der MutterzeUe aus und wachsen ohne besondere Formalität zu der normalen Größe der Mutterzellen heran. Manche Arten der Gattung Chlamy- domonas verheren unter gewissen Bedin- gungen ihre Geißeln. Die nunmehr ruhenden Zellen teilen sich trotzdem weiter, die Zell- wände bleiben erhalten, quellen aber stark auf und so entstehen Gruppen grüner Zellen, welche durch die alten verquollenen Wände zusammengehalten werden — Palmella- stadien. Unter geeigneten Bedingungen werden die Zellen wieder beweglich. Die geschlechtliche Fortpflanzung erfolgt durch Gameten. Diese werden wie die Zoosporen gebildet, sind aber meist kleiner als diese; entstehen sie doch in etwas größerer Zahl in den Mutterzellen. Im Bau unterscheiden sie sich von den Zoosporen nicht oder kaum; in manchen Fällen sind sie von einer Zellulosehaut umgeben. Alle Gameten sind untereinander an- nähernd oder völlig gleich gestaltet — I s o - gameten. Sie vereinigen sich paarweise, gegebenenfalls unter Sprengung ihrer Haut (Fig. 3) und bilden unter Verlust der Geißeln eine Zygote, die sich vollends abrundet und sich mit einer derben Haut umgibt. Der Zygoteninhalt färbt sich meist ziegelrot. Allgemeines über diese Vorgänge ist in dem Artikel ., Fortpflanzung der Pflarzeir' zu finden. Die Zygoten können in diesem Zustande sogar das Austrocknen vertragen, auch sonst ungünstige Zeiten überstehen. Sie keimen unter Zoosporenbildung oft sehr rasch. Die alte Haut wird aufgerissen. Die Chlamydomonaden leben in Süß- wassertümpeln usw. Trocknen diese aus, so erhalten sie sich durch die Zygoten. Nähr- stoffreiche Gewässer, auch solche, die orga- nische Substanzen führen, werden bevor- zugt (Dorfteiche). Doch kommen die hier- hergehörigen Hämatokokken auch in nur periodisch wasserhaltigen Felslöchern vor und färben sie zuweilen blutrot. Nach dem Austrocknen färben die Zygoten deren Boden gelb (goldene Schüsselsteine). 4. Die Phacotaceae sind Chlamydomonaden mit 2-klappiger Haut. 5. Volvocaceae. In dieser Famihe haben sich Zellen vom Bau der Chlamvdomo- Fig. 3. Copulation der Gameten. 1 — 3 bei Chlamydomonas Braunnii Gor. Nach Gorechankin. 4. und 5. bei Chlamydomonas media. Nach Klebs. nas zu Kolonien oder Individuen vereinigt. In den unteren Gliedern der Genossen- schaft sind alle Zellen gleich und mit den gleichen Funktionen betraut, in den höheren tritt Arbeitsteilung ein zwischen somatischen und Fortpflanzungs-Zellen; in den unteren herrscht Isogamie, in den oberen Oogamie in der ausgeprägtesten Form. Drei Typen illu- strieren das aUes. P a n d 0 ri n a (Fig. 4) bildet kugel- förmige oder auch eUipsoidische Körper. In eine Gallertmasse eingebettet liegen meist 16 Zellen. An der Peripherie breit, verjüngen sie sich naturgemäß gegen die Kugelmitte. Bau der Einzelzelle wie bei Chlamydomonas, also Becherchromatophor, mit Pyrenoid usw., Augenfleck fehlt an keiner Zelle, und von jeder derselben werden 2 Geißeln durch die gemeinsame Gallerthülle nach außen ge- streckt. Zwecks ungeschlechtlicher Fortpflanzung teilt sich jede ZeUe einer Kugel nach einem unten zu erörternden Gesetz mehrfach derart, daß aus ihr eine neue Kugel Aleen 125 entsteht (Fig. 4). Die Tochterkugeln ver- lassen dann die gemeinsame Hülle und können nach einiger Zeit wiederum in Tochter- kolnuien aufgelöst werden. Die geschlechtliche Fortpflanzung vonPandorina geschieht dadurch, daß in einer Kugel sämtliche 16 Zellen in 16 Tochter- kugeln geteilt werden. Die Zellen dieser letzteren schlüpfen aus der sie umgebenden E doch finden wir hier in einer Kugel 32 Zellen vereinigt, welche ziemlich weit voneinander entfernt liegen, aber durch eine Gallerthülle zusammengehalten werden. Die Bildung von Tochterkugcln erfolgt in der gleichen Weise wie bei Pandorina. Dagegen ist die geschlecht- liche Fortpflanzung ganz wesentlich ver- schieden. Man kann ohne Schwierigkeiten männliche und weibliche Kolonien unter- scheiden. In den weiblichen Kolonien wird jede einzelne Zelle dadurch, daß sie sich noch stärker als vorher abrundet, zu einem Ei. In den männlichen Kugeln teilt sich jede grüne Zelle zunächst genau so, als ob es Tochterkolonien geben sollte. Aber späterhin Fig. 4. Pandorina Moium. I vegetative Fa- milie, II Bildung von Tochterfamilien, III Aus- schlüpfen der Gameten, IV — VI Kopulation derselben. Gallerthaut hinaus und stellen Gameten dar, welche mit zwei Geißeln versehen sind, und sich von den Gameten der Chlamydomonas kaum unterscheiden. Es vereinigen sich je zwei Gameten, welche aus verschiedenen Kugeln stammen. Dabei sieht man danr, daß sich in einem Gametenpaar eine größere und eine etwas kleinere Zelle deuthch unter- scheiden lassen. Außer diesen Größenunter- schieden sind aber Differenzen nicht gegeben. Die entstehenden Zygoten sind wiederum augenfällig rot gefärbt und natürlich mit einer derben Membran umgeben. Die Gattung E u d o r i n a (Fig. 5) ist im wesentlichen so gebaut wie Pandorina; Eudorina elegans. Weibliche Familie umgeben von Spermatozoiden, Sp Spermato- zoiden, M Bündel von solchen. wird die Ertwickelung eine etwas andere. Durch vielfach wiederholte Teilungen ent- steht eine Platte, die aus zahlreichen kleinen Zellen aufgebaut wird, welche Stäbchen- oder palisadenartig aneinander liegen. Das sind die Spermatozoiden. Jedes derselben erhält einen Teil des Chromatophors. A'^er diese kleinen Teilchen bleiben nicht mehr grün, sondern erscheinen gelb. Jedes Sperma- tozoid erhält an dem spitzen Ende ein Paar Geißeln. Wenn diese entwickelt sind, schlüpft die ganze Stäbchenplatte aus der Mutterzelle aus und bewegt sich mit Hilfe der Geißeln, welche alle nach einer Seite gerichtet sind, gegen die weiblichen Kolonien hin. Dort angekommen, zerfällt 126 Alsen die Platte (Fig. 5) in die einzelnen Spernia- tozoiden. Je eines derselben befruchtet eine Eizelle, und nun entstehen wiederum die eigenartig gefärbten Zygoten. Keimen dieselben unter günstigen Bedingungen, so wandelt sich der Inhalt durch gesetzmäßig aufeinander folgende "Wände in eine neue Kugel um, die im gegebenen Moment die alte Zygotenhaut verläßt. V 0 1 V 0 X hat in unserer Familie die höchste Ausbildung erfahren, und zwar deswegen, weil wir hier eine Trennung in vegetative oder somatische Zellen und in generative zu verzeichnen haben. Die Pflanze bildet Kugeln, welche bis zu 1 mm im Durch- messer erreichen. Die Volvoxkugeln sind im Innern von einer dünnflüssigen, wohl schleimähnlichen Masse ausgefüllt. An der Oberfläche tragen sie eine Schicht von grün gefärbten Zellen. Die Mehrzahl dieser Zellen ist von nur geringer Größe, hat aber alle die Eigenschaften, welche auch den größeren Einzelzellen der Chlamydomonas zukommen. Wir sehen zwei Geißeln, die nach außen gestreckt sind, eine pulsierende Vakuole, einen nur schwach gebogenen Chromatophor und einen Augen- fleck. Auffallend ist, daß diese Augenflecke an der Vorderseite der Volvoxkolonien größer sind als am Hinterende. Schon daraus ergibt sich, daß die Vertreter dieser Gattung eigenthch keine Kugeln darstellen, sondern EUipsoide, an denen man Vorder- und Hinter- ende unterscheiden kann. Das Vorderende geht bei der durch die Geißeln hervorgeru- fenen Bewegung voran. Die Polarität zeigt sich auch darin, \\ v! \\ )) K{ (( [\ U J^ )l Jt ^>t^ Fig. 6. 1 Volvox globator. o Oogonien, sp Spermatozoiden. daß die Fortpflanzungszellen fast immer an durch ein Spermatozoid befruchtet. Die Eizellen (Fig. 6), welche nur in mäßiger Zahl (selten über 30) vorhanden sind, fallen nicht bloß durch ihre dunkelgrüne Färbung, sondern auch durch ihre erhebliche Größe auf. Sie ragen mit dem Hinterende in das Kugehnnere hinein. Die Spermatozoiden (Fig. 6 sp) sind wie bei Eudorina. Die ent- stehenden Zygoten sind wiederum intensiv rot gefärbt. Bei der Keimung derselben schlüpft, nach vorausgegangener Teilung des Inhalts, eine Kugel aus ihnen heraus. Die ungeschlechtliche Ver- mehrung erfolgt aus den sogenannten Parthenogonidien. Am Hinterende des EUipsoids bemerkt man schon an recht jungen Individuen 5 bis 20 gerundete Zellen, welche größer sind, als die vegeta- tiven. Aus diesen wird durch einen eigen- artigen Teilungsprozeß eine neue Kugel ge- bildet. Die Mutterzelle wird zunächst durch zwei aufeinander senkrechte Wände in eine vierzellige Platte zerlegt. Diese Platte teilt Fig. 7. 1 Eudorina. Eine Kugel mit den ersten Teilungsstufen zur Bildung neuer Kugeln, 2, ' 3 junge Kugeln von Volvox globator. Nach Klein. ^ _ _„ sich weiter, so daß Kreuzformen entstehen, dem Hinterende des EUipsoids gelegen sind. Erst wenn eine verhältnismäßig große Zahl Bei der geschlechtlichen Fortpflanzung von Zellen gebildet worden ist, krümmt die wird genau wie bei Eudorina eine Eizelle Platte sich ein und gestaltet sich aUmähhch Algen 127 zu einer hohlen Kugel, an welcher aber noch lange (Fig. 7) eine Oeffnung sichtbar ist. { Auch aus dieser Entwiclielung geht hervor, daß der Ausdruck „Kugel" eigentlich nicht exakt ist, aber der Bequemlichkeit halber wird er immer noch angewendet. Die eben geschilderte Entwickelung der Tochterindividuen kommt allen kugeligen Vertretern der Famihe der Volvocaceen zu (Fig. 7). Man kann vielleicht daraus schheßen, daß alle diese Gebilde von plattenförmigen Kolonien abzuleiten sind. Und tatsächlich gibt es tafelförmige Gattungen in unserer Famüie. Altbekannt ist die Gattung G 0 n i u m , bei welcher 16 chlamydo- monasähnliche Zellen eine einfache Platte bilden. Neu entdeckte ich Pleodoriiia, mit schwach schraubig gewundener Platte. Die Volvocaceae sind wohl in allen Welt- teilen Planl£tonten des Süßwassers. Sie schweben in Stagnierenden Gewässern aller Art und treten gelegentlich so massenhaft auf, daß größere und kleinere Tümpel allein von ihnen grün gefärbt werden. Die Entwickelung des Volvox erfolgt im allgemeinen so, daß vom ersten Frühjahr an nur geschlechtliche Vermehrung statt- i findet. Je wärmer aber die Gewässer werden, in denen die Pflanze lebt, um so mehr ge- schlechthche Individuen treten auf und im Juni sind in den meisten Gegenden Deutsch- lands nur noch geschlechtliche Individuen zu finden. J)ann pflegt die Pflanze auf Grund ihrer Zygotenbildung zu verschwinden. Im Herbst keimen die Zygoten und etwa vom September bis Oktober an findet man dann, bis tief in den Winter hinein, auch meist noch unter dem Eise, lebende Indivi- duen des Volvox; viele erhalten sich durch den ganzen Winter. Die andeien Gattungen verhalten sich ähnlich. 6. Tetrasporaceae. Schon bei den Chlamydo- monaden sahen wir gelegentlich Ruhestadien auf- treten, bei den Tetrasporeen aber haben die Zellen eine dauernde Einbettung in Gallerte er- fahren. Damit haben sie natüi-lich ihre BewegMch- keit eingebüßt und erlangen sie nur bei der Fort- pflanzung wieder. Apiocystis stellt birnförmige Körper dar, welche mit verschmälertem Fuß dem Substrat aufsitzen. Die Birne ist innen mit einer Flüssig- keit gefüllt, hat außen eine Gallertwand und in diese eingeschlossen Hegen die grünen Zellen, häufig in Gruppen von 4 oder 8 beisammen. Diese Lagerung weist deutüch auf die Ent- stehung durch succedane Zweiteilung hin. Auffallend sind die Pseudocilien der Apio- cystis. Von den Zellen treten je zwei Proto- plasmafortsätze durch die Plasmawand hindurch und ragen auch über diese weit hinaus. Sie sind aber unbeweglich, weU sie bis an ihr äußerstes Ende von einer Gallertscheibe umhüllt sind. Tetraspora bildet in der Jugend ebenfalls hohle festgewachsene Gallertschläuche, später aber lösen sich diese los und schweben als un- regelmäßige Massen im Wasser. Auch hier sind grüne Zellen in eine farblose Masse eingebettet und wieder mit Fortsätzen von der oben be- schriebenen Form versehen. Zur ungeschlechtlichen Vermehrung er- halten die grünen Zellen ganz unabhängig von den Pseudocüien zwei echte Geißeln und schlüpfen aus der Gallerte aus. Nun erkennt man noch deutlicher als zuvor, daß sie den Chlamydomo- naden ün Bau eminent ähnlich sind. Melirero Tage lang können sie sich wie diese benehmen, indem sie sich frei bewegen. Später kommen sie dann zur Ruhe und bdden unter Teilung neue Pflänzchen. Die geschlechtliche Fortpflanzung erfolgt durch gleich gestaltete Gameten, welche in niclits von anderweit bekanntem abweichen. b) Protococc'iles. Diese Gruppe ist ausgezeichnet dadurch, daß ihre vegetativen Zellen unbeweglich sind. Fadenbildung ist selten. Wir finden vielmehr meistens Einzel- zellen oder eine Kombination solcher zu Kugel- und Netzverbänden. Die Chromato- phoren pflegen becher- oder plattenförmig zu sein. Die untersten Glieder dieser Keihe sind nichts ande es wie dauernd zur Euhe gekommene Chlamydononaden. I. Protococaceae. Als einfachster Ver- treter derselben mag Chlorococcu m (Chlorosphaera limicola Fig. 8) betrachtet "^T^ ' J "^' %■? Fig. 8. Chlorosphaera limicola (= Chlor o- coccum). 1 vegetative Zellen, eine davon nüt Aplanosporen, 2 3 Zoosporen noch von einer Blase umhüllt, 4 Zoosporen frei, 5 dieselben nach Umhüllung mit j\lembran. werden. Diese Alge bildet kugelrunde Zellen, welche mit einer ZeUulosemembran umgeben sind. Der Chromatophor ist eine Hohlkugel mit einer ziemlich weiten Oeffnung. Der Oeffnung gegenüber liegt ein Pyrenoid, unge- fähr so, wie das auch in Figur 8 wiedergegeben ist. Der Zellkern liegt ziemlich genau m der Mitte der Zelle. Es ist somit deuthch, daß es sich hier um nichts anderes handelt, 128 Algen wie um eine Clilamydomonas, welche sich abgerundet und ihre Geißeln eingebüßt hat. Die Fortpflanzung erinnert ebenfaUs stark an die genannte Gattung. Wir finden niemals Zweiteilungen, sondern nur die Bildung von Zoosporen (Fig. 8) mit zwei Geißeln. Diese werden unter Wachstum und Abrundung sofort wieder zu einer kugeKörmigcn um- häuteten Zelle. Unter ungünstigen Bedin- gungen, z. B. in konzentrierten Nährlösungen, können auch sogenannte Aplanosporen ge- bildet werden; das sind Zoosporen, welche keine Geißeln bilden, und welche infolge- dessen in unbeweglichem Zustande durch Platzen der Wand aus den Mutterzellen entleert werden. Weitere Fortpflanzungs- zellen sind nicht bekannt. AnChlorococcumkann man das eigenartige Chlorochytrium Lemnae anschheßen; das sind grüne Kugeln, welche in den Inter- zellularräumen der Wasserhnse leben. Auch diese Zellen erfahren keine Zweiteilung; sie bilden Schwärmer mit zwei Geißeln, welche, zunächst in eine große Blase eingehüllt, aus der Mutterkugel hervortreten. Die Schwärmer erweisen sich als Gameten. Nachdem sie sich paarweise zu einer Zygote vereinigt haben, dringt diese letztere wieder in das Lemna- gewebe ein. Ein Unterschied von Chloro- coccum besteht nur insofern, als die Schwär- mer hier tatsächhch Gameten sind, was bei der ersten Gattung zum mindesten nicht zu erweisen ist. Vielleicht gehört in die Verwandtschaft von Chlorosphaera auch noch das eigenartige Phyllobium dimorphum, welches in dem Gewebe von Sumpfpflanzen lebt. Die Ga;ne- tenbildung ist die gleiche wie bei der früheren Gattung, aber es darf nicht verschwiegen werden, daß kurze Fäden an gewissen Stellen entstehen. 2. Protosiphonaceae. Die Gruppe ist vertreten durch die viel besprochene Gattung Protosiphon, welche zeitweihg mit Botrydium verwechselt wurde. Es handelt sich "um eine Erdalge. Dieselbe stellt eine einzige, relativ große, schlauchförmige Zelle dar (Fig. 9). Bei den typischen Formen finden wir eine grüne Blase oberhalb des Bodens und von ihr ausgehend einen farb- losen Schlauch, welcher in den letzteren ein- dringt. In der Kultur zeigen sich mancherlei Abweichungen. Die Kugelzelle beherbergt einen Netzchromatophor mit vielen Pyrenoi- den. Auf der Innenseite des ersteren liegen dann zahlreiche Zellkerne. Die Vermehrung kann dadurch erfolgen, daß die Blase seitwärts eine kugelige Aus- sprossung treibt (Fig. 9), welche nach unten eine farblose Wurzel entsendet und sich dann von der Mutterzelle loslöst. Beim Austroci nen des Bodens zerfäUt das Plasma in eine Anzahl von Portionen, welche sich kugehg abrunden, mit einer derben Haut umgeben und schheßhch rot färben. Wir bezeichnen die Kugeln als Cysten; sie ent- halten ein Stück Chromatophor und mehrere Kerne. Unter günstigen Bedingungen können diese Cysten direkt wieder auskeimen, oder aber es können auch, besonders nach längerer Kuhezeit, aus ihnen Gameten hervorgehen. Diese Gameten entstehen aber auch, und zwar häufiger und zahlreicher, aus den in der Erde wurzelnden Pflanzen, wenn diese unter Wasser gesetzt werden (Fig. 9). Der Plg. 9. Protosiphon. I.Zellen, welche isoliert wachsen, in Verzweigung bsgriffen, 2 3 Schwär- merbildimg in verschieden alten Zellen, 5 Cysten z. T. entleert, 6 Parthenospore 7 Keimling aus derselben, 8 9 Zygoten, g Gameten; bl junge Blasen; v Vakuolen. Prozeß kann unter Umständen in 3 Stunden vor sich gehen. Die Gameten sind Isogameten, sie bilden sternförmige Zygoten, welche län- gere Zeit ruhen. Unter gewissen äußeren Bedingungen, die Klebs auch in der Kultur nachahmen konnte, werden die Gameten ohne Verschmelzung zu Parthenosporen. Diese sind grünkugehge Zellen, welche mei- stens bald und direkt zu neuen Pflanzen aus- wachsen. Algen 129 3. Halosphaeraceae. Halosphaera viridis (Fig. 10) stellt große grüne Kugeln von Yo mm Durchmesser dar, welche zumal im Plankton der wärmeren Meere sehr auffallen. Die Mitte der Zelle nimmt eine riesige Vakuole ein. Der Plasmawandbelag beherbergt einen Kern und zahlreiche kleine Plättchen-Chromatophoren. Die Wand der Zelle ist dünn. Wenn letztere wächst, werden die äußersten Membranschichten gesprengt und abgestreift (Fig. 10, 2). Die Zoosporenbildung beginnt mit netziger Anordnung des Plasmas und vielfacher Kern- wieder den gleichen Fortpflanzungsmodus zeigen, nämlich die Bildung von unbeweg- lichen Tochterzellen. Wir können hier nur Scenedesmus erwähnen. Es handelt sich um ovale oder ähnlich gestaltete Zellen, welche an den beiden Enden ausgezogen sind, oder anderweitig Fortsätze tragen. Vier bis acht Zellen werden zu einem kurzen Bande ver- einigt (Fig. 11. 5. 6). Jede Zelle bildet ein neues Band, welches unter Platzen der Mutter- membran austritt (Fig. 11, 6). Unter ge- wissen Bedingungen können sich die Zellen In dieser Fa- Bewegungsorgane. Fig. 10. Halosphaera. 1 junge Kugel, 2 etwas ältere Zelle in der Häutung, 3 Plasma- Wand- belag in der Zoosporenbildung, 4 Scli wärmer. teilung. Diese Kerne ordnen sich in gleichen Ab- ständen, um sie sammeln sich Chromatophoren und Plasma (Fig. 10, 3). Die so entstehenden lüumpen bilden nach nochmaliger Kernteilung Schwärmer, die dann endlich durch Aufreißen der Kugel ins Wasser gelangen. Die Schwärmer erinnern mit den umgekehrt kegelförmigen Um- rissen an P}Tamimonas. 4. Scenedesmaceae. milie fehlen sämtliche Einfachster Vertreter ist Chlorella. Der Bau ihrer ZeUe ist derselbe wie bei Chloro- sphaera, die Vermehrung erfolgt durch vier und mehr kugelförmige, mit Membran um- hüllte Zellen, welche durch wiederholte Teilung aus der Mutterzelle gebildet werden (Fig. 11). Diese Zellen entsprechen genau den Aplanosporen von Chlorosphaera. Wei- tere Fortpflanzungsorgane sind nicht be- kannt, höchstens werden Akineten gebildet. Bei Trockenheit nämlich umgeben >ich die normalen grünen Zellen mit einer dicken Haut und in diesem Zustande können sie längere Zeit ruhen. Von dieser Chlorella leiten sich nun viele Gattungen her, deren Zellen selir ver- schieden gestaltet sind, die aber doch immer Handwörterbuch der Naturwissenschatten. Band I. Fig. 11. 1 Zelle von Coelastrum probosci- deum, 2 Chlorella conglomerata, 3 Chlo- rella miniata (Pleurococcus, Palmellococcus m.) in verschiedenen Stadien der Aplanosporen- bildung, ehr Chromatophor, py Pyrenoid, k Kern. 4 Scenedesmus acutus, Kugelzellen, 5 der- selbe, normale Kolonie. 6 derselbe, in Ver- mehrung begriffen. von Scenedesmus abrunden und dann vier bis acht kugelförmige Zellen in ihrem Innern erzeugen. Das ist offenbar ein Rückschlag auf die Stammform (Fig. 11, 4). Als dritter Vertreter mag Coelastrum erwähnt sein. Bei dieser Clattung sind 16 und mehr Zellen zu einer netzigen, hohlen Kugel in ganz charakteristischer Weise ver- einigt (Fig. 12). Jede Zelle dieser Kugel kann wieder eine neue Kugel produzieren. Einen anderen Fortpflanzungsmodus gibt es aber auch hier nicht. Diese und ähnliche Gattungen sind Plankton-Organismen des Süßwassers. Chlo- rella u. a. Formen kommen in Tümpeln und Gräben vor, gehen aber auch mit Vorhebe eine Symbiose mit Tieren (Hydra) oder mit Pilzen zur Bildung von Flechten ein. 5. Hydrodictyaceae. Der bekannteste Vertreter dieser Gattung ist das Wassernetz 9 130 Algen Hydrcdictyon (Fig. 13), schon den Bota- nikern des 17. Jalirhunderts bekannt. Die 10 bis 20 cm langen Netze kommen in stag- nierenden Gewässern vor, sie werden aufge- baut aus zahlreichen großen zylindrischen Zellen, die an ihren Enden jeweils zu dritt Fig. 12. C 0 e 1 a s t r n ui p r 0 b 0 s c i d e ii m Bohl. aneinander stoßen, so daß, in der Regel wenigstens, sechseckige Maschen entstehen. Die Einzelzellen haben wieder einen Ketz- chromatophor m.t zahlreichen Pyrenoiden, welcher cler Wand anliegt. Der Innenseite des Farbstoffträgers sind dann wieder zahl- reiche Kerne angelagert. Die Mitte des Ganzen füllt eine einzige Vakuole aus. Ungeschlechtliche Vermehrung erfolgt da- durch, daß in jeder Zelle ein neues Netz gebildet w'rd, und zwar unter Vermittlung von Zoosporen. Solche werden nach den übhchen Regeln in einer Schlauchzelle ge- bildet, sie bewegen sich auch mit Hilfe von Geißeln in derselben, aber sie treten nicht aus, gruppieren sich vielmehr sofort zu einem neuen Netz. Dieses wächst dann heran und verläßt die Haut cier Mutterzelle. Daneben gibt es eine geschlechthche Vermehrung durch Isogameten, welche in der üblichen Weise zu Dauerzygoten werden. Diese beginnen nach einer Ruhezeit langsam zu wachsen und teilen sich dann in einige wenige große Zoosporen. Zur Ruhe ge- kommen werden letztere unregelmäßig stern- förmig und umgeben sich mit einer derben Haut — Polyeder. Aus diesen geht dann wieaerum ein neues Netz hervor. In dieselbe Familie gehört auch das scheibenförmige Pedi astrum. c) Ulothrichales. Diese Gruppe bil- det Fäden, welche in gewissen Verwandt- schaftskreisen unverzweigt sind, in anderen sich aber reich verästeln, ja gelegentlich in Flächen und Scheiben übergehen. Die Zellen sind stets einkernig, ebenso ist ein Chromatophor vorhanden, welcher platten- förmig gebogen und vielfach mit Pyrenoiden versehen ist. Stellt man sich vor, daß sich grüne Plagellaten mit Haut umgäben und dann Teilungen stets in einer Richtung voll- zögen, so kommt man auf die einfachsten Ulothricheen. a) Ulothricheen-Reihe. I. Ulotrichaceae. Der Hauptrepräsen- tant dieser Familie ist die Gattung Ulothrix selber. Rasch fließende Bäche, Brunnen usw. beherbergen diese Algen, auch in Seen und im Meere kommen sie vor, immer aber an Plätzen, wo reichliche Wasserbewegung ge- nügend Luft zuführt. An relativ niedere Temperaturen gebunden, erscheinen die Algen mit besonderer Vorliebe im Frühling und im Herbst. Viel beschrieben ist Ulothrix zonata; sie bildet unverzweigte Fäden. Die unterste Zelle ist als Haftorgan ausgebildet und greift vielfach mit lappigen Fortsätzen um das Substrat herum. In den zylindrischen Fadenzellen liegt der Chromatophor (Fig. 14) bandförmig an der Peripherie, da er aber erheblich kürzer ist als die Zelle, entsteht die Bänderung, welche der Pflanze den Namen verschafft hat. Als Fortpflanzungsorgane sind bekannt: Fig. 13. Hydrodictyon, junges Netz noch in 1- Makrozoosporen (Fig. 14), welche in der Mutterzelle liegend, az alte ZeUe, ik junge 'jeder Zelle durch sukzessive Zweiteilung Kolonie, im innere, am äußere Wandschicht, entstehen. Sie gleichen den Zoosporen der am- Algen 131 Chlaniydomonaden derart, daß eine weitere Beschreibung unnötig ist. Die fraglichen Schwärmer werden zu zwei bis acht in jeder Zelle gebildet und treten, zunächst noch in eine Blase eingeschlossen, aus einer seit- lichen Oeffnung der Mutterzelle heraus. Die Makrozoosporen haben vier Geißeln, Fig.'14. Ulothrix z o n a t a. A vegetativer Faden, B Zoosporenbildiing, C Makrozoospore, D dieselbe, keimend, E Mikrozoospore, F dieselbe, keimend, o Augenfleck, c Vakuole. bewegen sich mit diesen bis zu 24 Stunden, dann legen sie sich mit einer Flanke dem Sub- strat an, saugen sich unter Abflachung fest und bilden neue Fäden. 2. Die Mikrozoosporen entstehen wie die Makrozoosporen, sind kleiner und werden demgemäß zahlreicher in einer Zelle gebildet; sie keimen unter Festsetzung mit dem Mund- ende. Zwischen beiden Schwärmerformen dürften mancherlei Uebergänge vorhanden sein. 3. Die kleineren Zoosporen mögen wieder den Uebergang zu den Gameten bilden. Diese sind alle gleich gestaltet. Zur paarweisen Vereinigung müssen sich Zellen aus verschiedenen Fäden treffen. Die Art der Verschmelzung ist die übliche (Fig. 15), die Form der Zygoten ebenfalls. Die Ver- schmelzung der Gameten kann künstlich gehemmt werden, z. B. durch Zusatz einer Salzlösung. Dann entstehen unter Abrundung Parthenosporen. Zygoten wie Parthenosporen wachsen direkt zu Fäden aus, indem sie ihre Haut sprengen (Fig. 15). Sehr bekannt geworden sind die Ulothrix- arten deswegen, weil bei ihnen häufig die Zoosporen zwar angelegt, aber nicht voll entwickelt werden. Die Geißelbildung bleibt aus; stattdessen wird eine eigene Membran gebildet, und so erhalten wir unbewegliche Aplanosporen. Diese treten in mannig- fachen Modifikationen, oft noch von der verschleimten Wand der Mutterzelle um- geben, auf. Gelegentlich sogar werden sie mit derber Haut umgeben, und stellen dann Hypnosporen dar. Alle diese Gebilde können aber schließlich wieder in den Schwärmer- zustand übergehen. Außerdem bilden die Ulothrixarten unbe- wegliche Zellen anderer Art; diese entstehen dadurch, daß die Zellwände ver(|uellen, die Fig. 15. Clüthrix zonata. A Gametenbildung. B Gamet. G bis E Kopulation. F Zygote oder Paithenospore und deren Keimung. ursprünghch zylindrischen Gliederzellen aber sich abrunden und dann Teilungen eingehen. Die so entstehenden Haufen grüner, von Gallerte umgebener Zellen führen den Namen Palmellen. Sie wurden früher häufig als eine besondere Algengattung angesehen. End- lich können noch Akineten entstehen. Die Fadenzellen speichern Reservestoffe, erhal- ten dicke Häute und ruhen zeitweihg, oft unter Zerfall des Fadens. Als ein primitiverer Vertreter unserer Famihe kann noch Hormidium (Sticho- coccus) betrachtet werden. Er bildet zarte grüne Fäden, welche frei im Wasser treiben. Von Fortpflanzungsorganen sind nur Schwär- mer mit Geißeln bekannt. Eine Vermehrung der Fäden kann dadurch erfolgen, daß diese in ihre einzelnen Zellen zerfallen. Jede Zelle gibt wieder einen Faden. Die Alge kommt besonders vor auf Baumrinden, feuchten Steinen (alten Bauwerken), feuch- tem Boden usw. Sie tritt in allen möglichen Kulturen nicht selten auf. Erwähnt haben wir sie hauptsäclilich deswegen, weil mit ihr vielfach ernährungsphysiologische Versuche angestellt wurden. 9* 132 Algen 2. Ulvaceae. Die Gattung U 1 v a stellt große grüne Flächen dar, welche bis zu 20 oder gar 30 cm Länge und Breite erreichen können. Die sehr weichen blatt- artigen Gebilde bewegen sich leicht im Wasser; sie sind in der Jugend mit Hilfe eines verschmälerten Stieles und einer Haft- scheibe an das Substrat gekettet, lösen sich später aber mit Vorliebe von ihm los. Die Ulva ist ein charakteristischer Bewohner von Brack- wie auch von unsauberen Küsten- und Hafen- Gewässern — Orten, die von anderen Algen längst gemieden werden. Das Laub besteht aus zwei Lagen von Zellen, welche fest auf- und aneinander schließen. Ihnen gegenüber steht die viel zartere Monostroma mit einer Schicht von Zellen, und an diese reiht sich Enteromorpha. Der Thallus derselben stellt darmähnliche Schläuche oder Säcke dar, deren Wand aus einer Zellschicht besteht. Enteromorpha ist in Brackwässern und stagnierenden Süß- wässern namentlich in den Küstengebieten sehr häufig. Fortpflanzung im wesentlichen wie bei Ulothrix. Von dieser Gattung ist auch die Familie herzuleiten, unter der Annahme von Teilungen in mindestens zwei Richtungen. 3. Prasiolaceae. S c h i z 0 g 0 n i u m und Prasiola sind zum großen Teil Luftalgen, welche an Baumrinden, unter Dachtraufen und ähnlichen Orten leben. Schizogonium stellt Fäden aus einer oder mehreren Zellreihen dar. Prasiola ist in der ersten Jugend auch fädig, geht aber früher oder später in breite grüne Flächen über, die ein- schichtig zu bleiben pflegen. Vermelinmg durcli losgelöste Thallusstücke, durcli Freiwerden der Einzelzellen oder durch unbeweglicjie Zellen (Aplanosporen), welche in Mehrzahl in einer Zelle entstehen. Chromatophor sternförmig. 4. Cylindrocapsaceae. Cylindrocapsa, die einzige Gattung dieser Familie, ist eine seltene Süßwasseralge. Die unverzweigten Fäden sitzen in der Jugend fest, sie gleichen im Bau wie auch in der Fähigkeit Palmellen, Akineten usw. zu bilden ganz der Ulothrix. Ungeschlechtliche Fortpflanzung un- sicher, geschlechtliche oogam. Durch wiederholte Teilungen der Gliederzellen des Fadens entstehen Spermatozoid-Mutterzellen fspm Fig. 16). Jede derselben liefert zwei Spermatozoiden von Spindelform und eigen- artiger Färbung. Zwecks Bildung derOogonien schwillt eine beliebige Fadenzelle stark auf (Fig. 16), der Inhalt rundet sich unter Kon- traktion ab nnd die Wand erhält durch lokale Verquellung eine Oeffnung. Nun schlüpfen die männlichen Zellchen ein (Fig. 16) und das Resultat ist eine Hypnoz3'gote. Viel- leicht greift hier auch Partnenogenesis Platz. 5. Oedogoniaceae. In diese Gruppe gehört Oedogonium mit unverzweigten, Bul- bochaete mit verzweigten Fäden und sehr eigenartigen Haarbildungen, endlich Oedocla- dium, eine kriechende verzweigte Pflanze feuchter Standorte. Oedogonium stellt den Typus dar. Alle Formen dieser Gattung sind zum mindesten Fig. 16. Cylindrocapsa. 1 Faden mit geöff- netem Oogon. 2 mit Spermatozoid-Mutterzellen und Oogon; e Eizelle; sp Spermatozoiden. spm Spermatozoid-Mutterzelle. in der Jugend festgewachsen und zwar meistens mit Hilfe von farblosen, lappig- kralligen Fortsätzen der basalen Zellen. Die einzelnen Gliederzellen der Fäden zeich- nen sich aus durch einen oft sehr zierlichen, netzförmig durchbrochenen Chromatophor, der ziemlich zahlreiche Pyrenoide trägt und der natürlich der Zellwand ringsherum angelagert ist. Im Innern der Zelle findet sich ein großer Zellkern. Sehr eigenartig sind bei allen Oedogonia- ceen Ringe oder Kappen, welche (Fig. 18, 1) am Oberende zahlreicher Zellen liegen. Schon an ihnen kann man auch die nicht fruk- tifizierenden Fäden der Oedogonien sofort erkennen. Die Kappen entstehen im engsten Zusammenhang mit den Zellteilungen. SoU eine solche beginnen, so wird am oberen Ende der Zelle auf der Innenseite der Zell- wand ein dicker Ringwulst sichtbar (Fig. 17, 1). Dieser reißt später auf und unter Streckung des Ringes wird scheinbar ein neues Wand- stück zwischen die Kappe und den unteren Teil eingeschoben (Fig. 17, 3). In Wirkhchkeit verläuft die Sache so: Der Ringwulst ri (tig. 17, 4) wird von der alten Wand aus unter Aken 133 partieller Verquellung gebildet. Hat er eine gewisse Dicke erreicht, so bildet das Proto- plasma der zu teilenden Zelle auf seiner ganzen Oberfläche eine neue, vollkommen zusammen- hängende Haut (nh). Diese liegt der alten Zellwand natürlich innen an. Dort wo sie den vorgebildeten Ring überzieht, ist sie mächtiger als an irgend einer anderen Stelle. Ist die neue Haut innen hergestellt, dann quillt der primäre Ring (ri) auf (Fig. 17) Hand in Hand mit der Vergrößerung der wachsenden Zelle geht eine Teilung der Kerne und endlich die Bildung einer Querwand (qu), welche anfänglich in der Mitte der alten Zelle sitzt (Fig. 17), dann aber an die Stelle geschoben wird, wo der Riß entstand (Fig. 17). Es kann sich jede Fadenzelle unter Ringbildung teilen. Wo aber einmal eine Kappe gebildet ist, wiederholt sich dieser Prozeß häufiger und ebenso sind die Teilungen dort häufiger, wo die ältesten Scheiden liegen, wie das aus Figur 17.6 leicht ersichtlich ist. Die Fortpflanzung von Oedogoninm er- folgt zunächst auf ungeschlecht- lichem Wege, dadurch, daß eine ein- zige große Zoospore in jeder Zelle gebildet wird. Zu diesem Zweck sammelt sich sehr reichlich farbloses Protoplasma"[an einer Stelle in der Mitte der Längswand an (Fig. 18). Diese Stelle ist das zukünftige Fig. 17. Zellteilung bei Oedogoninm. 1 — 3 nach der Xatur, 4 — 6 Schemata, 4 und 5 Teilung der Kappenzellen, 6 Teilung einer Scheidenzelle, ri Ring, kaj ka.> usw. Kappen, schi schg usw. Scheiden, qu Querwand. und trennt ein oberes kürzeres Stück der Zellwand die Kappe (ka Fig. 17) von dem größeren unteren (Scheide) ab. Nun streckt sich der Teil der Wandung, welche den Ring dick überzog, ganz gewaltig und auf diesem Wege werden dann die beiden älteren Teile der Zelle weit auseinander gezogen (Fig. 17). Sie umfassen aber die neue Wand natürlich oben und unten. Fig. 18. 1 Zoosporonbildung bei Oedogoninm gemelliparuni, 2 Zoosporenentleerung bei (_) e d 0 g 0 n i u m c o n c a t e n a t u m , 3 Keimling von Oedogonium concatenatum, 4 von Oedo- gonium rufescens, hb llüllblase, ka Kappe, seh Scheide. Vorderende der Zoospore, weitmaschige Pro- toplasmastränge, in welche zahlreiche Chloro- phyllkörper eingebettet liegen, bilden das Hinterende, das einstweilen die ganze Zelle füUt. Am Uebergang zwischen beiden Teilen werden schon in der Mutterzelle zahlreiche Geißeln sichtbar (Fig. 18). Die Zoospore wird schließhch (Fig. 18) durch Aufreißen der Mutterzelle unter der jüngsten Kappe frei. In eine Blase eingehüllt, tritt die Zoo- 134 Aken spore heraus (Fig. 18) und eilt nach Spren- gung der ersteren etwas scliwerfällig davon. Bei den Bewegungen sieht man dann auch, daß ein roter Augenfleck vorhanden ist. Die Zoosporen keimen sehr bald. Bei vielen Arten setzen sie sich mit dem ]\lundende fest (Fig. 18), bei anderen mit einer Flanke und bilden einen halbkugeligen Fuß (Fig. 18). aus welchem der neue Faden hervorwächst. In der geschlechtlichen Fort- pflanzung werden Oogonien und An- theridien gebildet. Soll ein 0 gonium ent- stehen, so wird zunächst ein Ring und eine neue Innenwand gebildet, genau wie bei einer gewöhnlichen Zellteilung. Wenn aber die Kappe abgesprengt ist, quillt der Inhalt, von der neuen Haut umgeben, bauchig Fig.l9. 1. Oedngoiiiiim ciliatum, ganzes Pflänzchen. 2 Oedogonium Braunil, Piildung des Oogoniums. 3 Oedogonium Boscii. Oeffnung de> Oogons. 4 Oedogonium Hns- cii, Fadenstück mit Antheridien, 5 Spermatozoid von Oedogoninm Boscii. (> Oedogonium Braunii, Fadenstück mit Androspciren. a Anthe- ridinm. o Oognnium. st Stützzelle, em Fmp- fiMignisfleck. p Schleimpapille. auf. In den alten Häuten bleibt ein Teil des alten Zellinhaltes stecken und wird durch eine Querwand abgeghedert. Das letztere ist die sogenannte Stützzelle (st Fig. 19), die über ihr liegende angeschwollene Zelle ist das Oogon. In diesem ist ein großer Zell- kern zu sehen. In dem jungen Oogon liegt das Plasma der Wandung vollständig an. Später aber zieht sich das gesamte Plasma zu einem kugeligen oder eiförmigen Körper zusammen (Fig. 19. 3). In der kontrahierten Masse wird, ziemlich weit nach oben gerückt, ein heller, aus körnigem Plasma bestehender Fleck sichtbar. Das ist der Empfängnis- fleck, der übrigens schon vorher angedeutet war. Hand in Hand mit diesen Veränderungen geht eine papillenförmige Vorwölbung der Oogonhaut, und die Anlagerung von Zellu- loselamellen auf der Innenseite eben jener Vorwölbung. Ist dann der Empfängnis fleck gebildet und damit das Ei formiert, dann ver- schleimt die Papille mitsamt den unter ihr liegenden Schichten, und so entsteht eine Oeffnung mit zurückgebogenen Rändern (Fig. 19). Das ist der Oeffnungsmechanismus bei vielen Oedogoniumarten. Bei anderen reißt das Oogon am oberen Rande auf, das obere Ende des Fadens biegt sich knieförmig zurück, und schafft damit, wie auch mit kleinen nebenher gehenden Veränderungen, die Oeffnung für den Eintritt der Spermato- zoiden (Fig. 19, 1). Die Antheridien werden bei einer mäßigen Zahl von Arten unserer Gattung direkt in den normalen Fäden gebildet. Eine oder mehrere längere Fadenzellen werden durch wiederholte Teilungen, die im einzelnen etwas verschieden verlaufen können, in kurze scheibenförmige Stücke zerlegt. Jede Scheibe teilt sich durch eine Längswand in zwei Zellen und aus diesen schlüpfen Sper- matozoiden hervor (Fig. 19, 4. 6). Das sind Gebilde, welche in ihren Umrissen, ihrer Bewimperung, wie auch in der Form ihres farblosen Vorderendes den Zoosporen gleichen. Sie sind indessen viel kleiner und fallen vor allen Dingen durch eine Reduktion der Chromatophoren auf; diese sind sehr klein und nicht mehr grün, sondern meist gelb- lich gefärbt. Natürlich dringt mindestens ein solches Spermatozoid durch die vorhin beschriebene Oeffnung in das Oogonium ein, vereinigt sich am Empfängnisfleck mit der Eizelle und nun entsteht durch Undiüllung mit derber Haut und durch Aufspeicherung von Reserve- substanz eine Hypnozygote. Nicht bei allen Oedogonien gestalten sich die Fortpflanzungsverhältnisse so ein- fach. Vielmehr sind bei ihnen die berühmten Zwergmännchen in den Entwickelungsgang eingeschaltet. Zwecks Bildung derselben entstehen Scheibenzellen, als ob es Sper- matozoiden geben sollte. Die Scheibenzellen werden aber nicht längs geteilt, sondern sie lassen ihren Inhalt in toto als sogenannte Aken 335 Androspore ausschlüpfen. Diese Gebilde sind klein, aber im übrigen kaum anders gebaut, als die Zoosporen; man kann sie wohl als ein Mittelding zwischen diesen und den Spermatozoiden bezeichnen. Die Androsporen setzen sich nun in der Nähe der Oogonien fest, im einfachsten Falle umgeben sie sich mit Membran und bilden dann in der so entstehenden Zelle je zwei Spermatozoiden von der oben geschilderten Form. Bei anderen Arten teilt sicli die umhäutete Andro- spore mehrfach und bildet eine oder einige sterile Zellen, welche dann auf ihrem Scheitel ein Antheridium entwickeln (Fig. 19, 1). Dies besteht aus wenigen, meist zwei Zellen, welche dann ihrerseits Spermatozoiden liefern. Die Befruchtung ist natürlich die gleiche. Die Keimung der Zygote erfolgt bei allen Oedogoniaceen in gleicher Weise. Der Inhalt schlüpft unter Sprengung der Membran heraus, bildet meist vier Zoosporen und diese verhalten sich wie die aus vegetativen Zellen gebildeten Schwärmer. Die Oedogoniaceen sind fortgeschrittene Ulothrichaceen; wo sie im einzelnen anzu- schließen seien, ist um so schwerer zu sagen, als die Schwärmerform eine etwas abwei- chende ist. Anzunehmen, daß die ursprüng- lichen Geißeln an Zahl vermehrt sind, scheint mir keine Schwierigkeiten zu haben. b) Chaetophoreen-Reihe. 6. Chaetophoraceae. Die Familie führt, wie leicht ersichtlich, ihren Namen von den recht verschiedenartigen Haarbildungen, welche den meisten Vertretern derselben zu- kommen. Sie ist fast über alle Weltteile verbreitet und findet sich hauptsächlich im Süßwasser, ohne freilich in gewissen Gattungen und Arten das Salzwasser zu meiden. Die Fäden sind reich verzweigt, im übrigen aber in Anpassung an verschieden- artige Lebensweisen sehr mannigfaltig ge- staltet. Die Fortpflanzung erfolgt durch Zoosporen und Isogameten. Es handelt sich offenbar um verzweigte Ulothricheen. Als markanteste Vertreterin unserer Fa- milie hebt sich zunächst die Unterabteilung der Chaetophoreae ab; in dieser ist die Gattung S t i g e 0 c 1 0 n i u m wohl die ein- fachste. Sie bildet zunächst eine sogenannte Sohle (Fig. 20 2), das ist ein Komplex reich verzweigter, dem Substrat fest angeschmieg- ter Fäden. Von ihnen erheben sich auf- rechte oder im Wasser flutende Sprosse (Fig. 20 1), welche reich verzweigt sind. Die Enden der letzten Auszweigungen sind viel- fach lang ausgezogen und fast farblos. Bei der Gattung C h a e t o p h o r a haben wir wiederum eine Sohle, von welcher sich Fäden erheben, die in ihrem Bau nicht wesentlich von dem des Stigeoclonium abweichen. Jedoch entstehen diese Fäden so massen- haft, daß sie sich zu dichten, meist lialbkugeligen Polstern in strahliger Anord- nung zusammendrängen. Die Festigkeit der letzteren wird durch melir oder minder derbe Gallerte, welche die Zwischenräume Fig. 20. Stigeoclonium. 1 Stigeoclonium tenue Rabh. (schwach vergrößert). 2 Stigeo- clonium lubricum, Sohle (asp aufrechte Sprosse). 3 Stigeoclonium protensum, Zoosporenbildimg. 4 Zoosporeii. 5 Palmella- stadieii. 6 ApIanos.poren. zwischen den Fäden ausfüllt, wesentlich erhöht. Die Polster können bis zu 1 cm im Durchmesser erreichen, sie sitzen dann mei- stens anderen Wasserpflanzen auf. D r a p a r n a 1 d i a endlich hat eine langgestreckte Hauptachse, welche sich mehr- fach verzweigt. Die Zellen der letzteren sind ziemlich hell, weil der bandförmige Chromatophor in ihnen verhältnismäßig schmal ist. Die Hauptachsen tragen dann reich verzweigte Büschel intensiv grün ge- färbter Aeste. Die Acrochaeteae leben vorzugs- weise im Schutze anderer Algen. Wenn diese lose nebeneinander stehende oder leicht verschlungene Fäden bilden, pflegen die Acrochaeten zwischen ihnen hindurch zu kriechen. So schlängelt Acrochaete repens 136 Algen sich zwischen den Paraphysen von Larainaria > neuer Zeit ein wahres Chaos von Formen. Viele hindurch ( Fiff 21 1 > '^on ihnen sind mit Recht heute den ( hlorellen Die E n d 0 d e'r in e a e sind einen Schritt zugeordnet. 'Was übrig blieb ist eine mäßig weiter gegangen, sie leben in der Zellwand g^oße Zahl von Arten, die vielfach annähernd anderer Algen, haben die Fähigkeit die Cuticula abzuheben und sich zwischen diese und die Zellwand einzuzwängen. Das ge- 2 o o o onoF^rRO'O Fig. 21. 1 Acrochaete (a), zwischen den Para- physen (p) von Laminaria kriechend. 2 und 3 Pringsheimia auf Polysiphonia, 2 junge Scheibe von oben, 3 ältere im Querschnitt. Fig 22. Verscliiedene Endo derma und deren Keimung. Arten schiebt mit Hilfe von Keimschläuchen und in einer Weise, welche an das Eindringen von Pilzen erinnert (Fig. 22, 2. 3. 4.). Die Chaetojieltideae endlich be- stehen fast nur aus der Sohle, alle auf- rechten Fäden sind reduziert und so resul- tieren schließlich einfache Scheiben, welche sich dem Thallus anderer Algen eng an- schmiegen (Fig. 21, 2. 3). Die ungeschlechtliche Fort- pflanzung geschieht durch Makrozoosporen, welche in der Regel mit vier (Fig. 20), bei einigen Gattungen auch nur mit zwei Geißeln versehen sind. Diese keimen direkt. Außerdem gibt es Mikrozoosporen. Sie haben immer vier Geißeln, bilden nach kurzer Zeit Ruhezellen, oder aber sie kopu- lieren und bilden Dauerzygoten. Das gilt für die bestuntersuchten Formen. In vielen anderen Fällen sind die Dinge noch ziemlich unklar. Indem zumal die Zellen der Sohle (Fig. 20) sich abrunden und ihre Außen- wandschichten verschleimen lassen, bilden sich Palmellen wie bei Ulothrix. Aplano- sporen entstehen (Fig. 20, 6), indem die Zoosporen unbeweglich bleiben. Sie werden frei durch Membranverschleimung. 7. Pleurococcaceae. Um sie irgendwo unter- zubringen, erwähnen wir hier die Gattung Ple uro - coccus. Unter diesem Namen ging in alter und kugelige ZeUen darstellen, bisweilen aber auch in wenigzelligen Verbänden (Fig. 28) oder in Fäden (Fig. 23) auftreten. In den ganz normal gebauten Zellen liegt ein Plattenchromatophor der Wand an; gewisse Ai'ten dürften ein Pyi-enoid Fig. 23. Pleurococcus. 1 Pleurococcus Simplex, 2 Pleurococcus Naegelii, 3 Pleu- rococcus vulgaris, 4 Pleurococcus Naege- lii, fadenbildend, chrChromatophor, pyPyrenoid. führen. Die Vermehrung erfolgt massenhaft durch einfache Zweiteilung, oft in zwei aufein- ander senkrechten Richtungen. Außerdem wurden von einem Beobachter Zoosporen, Aplanosporen und Gameten nachgewiesen. Die Gattung Pleuro- Algen 137 coccus repräsentiert größtenteils Luftalgen. Die grüne Färbung der Baumrinden, die Färbung beschatteter Mauerwerke und manches Aehnliche geht zum großen Teil auf Pleurococcaceen zurück, die ihrerseits das Austrocknen für eine gewisse Zeit vertragen können. 8. Aphanochaetaceae. Die Familie ist vertreten dure]i die Gattung Aphano- chaete. Diese bildet auf anderen Algen krie- chende Fäden mit den üblichen Haarbil- dungen. Danach brauchte man sie nicht von der vorhergehenden Familie zu trennen, auch nicht wegen der Zoosporenbildung, w^elche die übliche ist. Ein scharfer Unter- schied aber besteht in der geschlechtlichen Fortpflanzung. Es sind nämlich Oogonien und Antheridien leicht unterscheidbar. Die letzteren sind (a Fig. 24) fast farblose besonderen Gallertscheibe umgei;en sind. Diese haben der Pflanze den Namen ge- geben. Ungeschlechtliche Fortpflan- zung durch Zoosporen (mit 2 Geißeln aber ohne Augenfleck), welche einzeln in jeder Zelle gebildet werden Die geschlechtliche Fortpflanzung ist seit P r i n g s h e i m s grundlegenden Unter- suchungen berühmt geworden. Die Antheri- dien entstehen (Fig. 25, i) als völhg farblose Fig. 24. Aphanochaete repens. 1 Pflänzcheu mit Sexualorganen auf einem Algenfaden. 2 Spermatozoiden. 3 Ei nach dem Aus- schlüpfen aus dem Oogon. 4 Befruchtung des Eies, a Antheridium. b Oogonium. Zellen an den Fadenenden, welche kleine blasse Schwärmer mit vier Geißeln entlassen, — die Spermatozoiden. Die Oogonien sind intensiv grün gefärbt (o Fig. 24) ; aus ihnen tritt ein großer grüner Schwärmer hervor (Fig. 24, 3), der sich mit seinen vier Geißeln kurze Zeit bewegt. Er kommt aber rasch zur Ruhe und wird unter Abrundiing zum Ei, welches dann durch die erwähnten männ- lichen Schwärmer befruchtet wird (Fig. 24, 4). Resultat eine Hypnozygote. 3. Coleochaetaceae. In ihren Vege tationsorganen erinnert auch diese Fa- mihe weitgehend an die Chaetophoraceae. Be- sonders Coleochaete pulvinata hat eine Sohle, von welcher dann zahlreiche verzweigte Fäden abstehen, die durch Gallerte zu einem Polster vereinigt sind. Bei den meisten übri- gen Formen sind die aufrechten Fäden redu- ziert; am meistenbeiColeochaete scutata , welche eine kreisrunde Scheibe darstellt. Chromatophoren und Kerne wie bei Chae- tophora. Auffallend ist, daß die langen glas- hellen Haare an ihrer Basis noch von einer Fig. 25. Coleochaete pulvinata. 1 Anthe- ridienstand und junges Oogon. 2 Oogoinum kurz vor der Oeffnung. 3 dasselbe nach der Oeffnung, oben befruchtet. 4 Zygote, durch Umwachsung zur ,, Frucht" entwickelt. 5 Keimende Hypno- zygote. a Antheridium. 0 Oogonium. sk Sper- makern, ek Eikern. ehr Chromatophor. py Pyrenoid. k Kern. Aussprossungen am Oberende grüner Zellen. Sie entlassen je ein Spermatozoid mit zwei Geißeln. Abgesehen von ihrer Farblosigkeit sehen diese aus wie normale Algenschwärmer. Die Oogonien sind die Endzellen kurzer Zweiglein, die aber durch ihre eigenen Seiten- sprosse später überholt werden. Anfangs eiförmige Gebilde (Fig. 25, 1) strecken sie sich langsam zu flaschenförmigen Gestalten mit langem Hals. Kern und Chromatophor bleiben an der Basis des Oogoniums liegen, der Hals ist farblos (Fig. 25, 2). Bei der Reife öffnet sich das Oogon an der Spitze, das Plasma ballt sich in seinem Bauch zu einem Ei. Die Spermatozoiden dringen durch den Hals zur Eizelle vor. Befruchtungs Vorgang nor- mal (Fig. 25, 3), Die Zygote oder die Oospore 138 Alj:en erhält die übliche Haut. Nun aber beginnt ein eigenartiger Prozeß, (ileich nach voll- zogener Befruchtung entspringen von den benachbarten grünen i^'äden Seitenzweige, wachsen auf die Zygote zu und umspinnen diese vollständig, während sie selber noch erheblich wächst. In der Zygote werden Keservestoffe gespeichert, die Hüllzellen ster- ben ab, nicht ohne verlier alle der Oospore zugekehrten Häute gebräunt und verholzt zu haben. Die so entstandene Sporenfrucht (Hypno- zygote) ruht über Winter, keimt dann im Frühjahr, und zwar wird sie zunächst durch eine Querwand, dann durch ziemlich zahl- reiche Längswände in Zellen zerlegt (Fig. 25, 5). Durch deren Druck wird die Hülle gesprengt, und nun schlüpft aus jeder Zelle ein ziemlich großer Schwärmer, welcher dann einer neuen Pflanze den Ursprung gibt. 10. Chroolepidaceae. Diese Familie ist wohl nicht direkt mit den Coleochaeten verwandt, gehört aber trotz mancher Abweichungen zu den Ulothrichales. Jene sind in erster Linie bedingt dnrcli ihre Lebensweise. Die Chroolepideen sind nämlich Luftalgen. Bei uns bilden sie an feuchten Felsen und Wegböschungen gelbe Pölsterchen, oder treten im Gebirg als braunroter Ueberzug auf Steinen auf, der wegen seines Wohlgeruches den Namen Veilchenstein erhalten hat. Viel massenhafter sind die Chroolepideen in den Tropen vorhanden: dort leben sie mit besonderer Vorliebe auf ilen derben Bliittein im Regenwalde, und rufen vielfacli ganz auffallende Zeichnungen an diesen hervor, so auffallend, daß manche dort lebende Tiere entsprechende Zeichnungen angenommen haben. Auch bei den Chroolepideen haben wir voll- ständige Parallelreihen zu den Chaetoplioreen. Die europäische Trentepholia aurea mitihren nächsten Verwandten betrachten wir als Typus. Sie hat die übliche Sohle und verzweigte auf- rechte Fäden (Fig. 26, 5). Zu glatten, einschich- tigen Seheiben mit wenigen aufrechten Aesten ist di? meist tropische Pliycopeltis reduziert. Mehrschichtige Scheiben, welche auch Fortsätze in die Wirtspflanze entsenden, aber auch frucht- tragende Aeste über das Substrat hervortreten lassen, bildet endlich der ebenfalls tropische Cephaleuros. Der Zellenbau bei unserer Gruppe erinnert in vieler Beziehung an den der vorigen Familien, aber in zwei Punkten sind Unterschiede : Die Zellen werden im Alter meist mehrkernig, und außerdem enthalten dieselben einen ölartigen, gelben bis gelbroten Körper, der in Tropfenform auftritt: (las Hämatrochrom. Dieses dürfte ein Schutz- körper gegen intensive Besonnung sein: denn er tritt bei hellem Licht reichlich auf, schwindet aber bei Beschattung. Die ungeschlechtli che Vermehrung ist in augenfälliger Weise dem Luftleben angepaßt, wie die des Pilzes Peronospora. Die Zoosporangien erheben sich auf kurzen, oft scharf geki'ümmten Stielen (dalier Hakensporangien) über das Sub- strat (Fig. 26). Oft mit einem seitlichen Schnabel usw. versehen, werden sie in toto mit Hilfe eines besonders geformten Ringes (Fig. 26) abge- stoßen. Das erfolgt bei Trockenheit, der Wind treibt sie fort. Bei Kegen oder anderer Benetzung treten die Zoosporen in kürzester Frist aus und setzen sich in Vertiefungen aller Art fest, um zu keimen. Die Gametangien nannte man früher Kugel- sporangien. Die ziemlich stark aufgeschwollenen Zellen sitzen am Ende der freien Fäden (Fig. 26), Fig. 26. 1 — 4 Trentepholia umbrina. 1 Fäden in Einzelzellen aufgelöst, 2 eine Zelle in ein Gamotangium verwandelt, 3, 4 Sporangien, 5 Trentepohlia aurea, Sproß mit Gametan- gien (g), 6 Cephaleuros mit Gametangien (g). oder sie erscheinen in die Scheiben eingesenkt (Fig. 26), auch hier allerdings das Ende eiiier Fadenreihe bildend, oder bilden sich aus belie- bigen Zellen, wenn eine Auflösung in Einzel- zellen stattgefunden hat (Fig. 26, 2). Bei Benet- zung treten aus den fraglichen Zellen in 5 bis 10 Minuten Schwärmer aus, die offenliar vorgebildet sind. Ihre Verschmelzung wurde mehrfach angegeben, ihre direkte Keimung aher auch wiederholt beobaclitet. Es sind nicht alle Zweifel behoben. d) Siphonocladiales. Der in der Regel reich verzweigte Thallus besteht aus großen, stets vielkernigen Zellen. Der Chroma- tophor ist netzig oder in zahlreiche Plätt- chen aufgelöst. Ableitung von den Ulothri- chales unter der Annahme, daß die Zellen vergrößert wurden und deshalb mit mehreren Kernen ausgestattet werden mußten. Die Anfangsglieder der Reihen sind isogam, die höheren oogam. Alffen 139 a) Isogame Siphoiiocladialen. I. Cladophoraceae. Dio einfachste Gattung ist C h a e t o m o r p h a ans dem Brackwasser. Die dick borstenförmigen und völlig nnverzweigten Fäden sitzen, zum mindesten in der Jugend, mit dem üb- lichen Haftorgane (Fig. 27) fest. Die oft tonnenförmigen und recht großen Glieder- zellen des Fadens haben einen Netzclu-oma- tophor (Fig. 27, 3) mit vielen Pyrenoiden. Die Kerne liegen in einer besonderen Plasma- Fig. 27. 1 Chae toniorpha aerea, Basalteil einer jungen Pflanze, 2 dieselbe, Stück eines Zoospdren bildenden Fadens, 3 Zelle von Uro- spora mit Netzchromatophor. 4 Zweig einer Cladophora mit Sporangien. Schicht auf der Lmenseite der Chromato- phoren. Die Verlängerung der Fäden ge- schieht durch Teilung beliebiger Zellen. Große Büschel reich verzweigter Fäden, die im strömenden Süßwasser, oder auch in der Brandung fluten, bildet Cladophora (Fig. 27, 4). Anheftung durch eine Sohle, weitere Verankerung eventuell durch helle Fäden (Hyphen), welche an den Sprossen ent- springen und gegen das Substrat hinwachsen. Die grünen Fäden wachsen durch Teilungen in den Endzellen, die als Scheitelzellen fun- gieren, interkalare Teilungen sind aber nicht immer a;anz ausgeschlossen. Verzweigung durch Vorwölbung einer Warze am Oberende einer Ghederzelle, dann Abgliedcrung dieser durch eine Querwand. Zellbau wie bei Chaeto- morpha. Zellteilungen werden eingeleitet durch mitotische Vermehrung der Kerne. Dann entsteht in der Mitte der Zelle ein Zellulosering, welclier sich nach innen immer mehr verbreitert und irisähnhch das Plasma durchschnürt. Mikrodiktyon, Anadymoneu. a. ver- zweigen sich vorzugsweise in einer Ebene und verketten dann ihre Zweige zu Netzen, Flächen usw. Zoosporen (meist mit vier Wimpern), wurden bei den wichtigsten Gattungen ge- funden, bei Chaetomorpha kann jede Zelle zum Sporangium werden (Fig. 27, 2), bei Cladophora kommt diese Fähigkeit vorzugs- weise den Fadenonden zu (Fig. 27, 4). Isogameten mit zwei Geißeln mehrfach als normal funktionierend beschrieben. Akineten. Einzelne Glieder zellen, aber auch Gruppen von Zellen aus der Sohle, den Hyphen usw. können Reservestoffe speichern uiid dicke Häute bilden. Da diese Gebilde dem Substrat fest anzuliegen pflegen, möchte man fast von Rhizomen reden, mit deren Hilfe nicht wenige Cladophoren den Winter, überstehen. Eine besondere Art der Akineten- bildung hat die, von Cladophora kaum zu trennende Pitophora. Das Plasma rückt mit Reservestoffen usw. in das eine Ende der langen Gliederzellen und wird dort abgekapselt. Berühmt sind die ,,Seeknöder', Ballen von Cladophoraästen, welche durch die Wasserbewegung gewisser flacher Seen zu Kugehi gerollt werden. 2. Siphonocladiaceae. Den Typus dieser Gruppe bildet die Gattung S i p h o n o c 1 a d u s , eine Alge des Mittelmeers. Diese bildet in der Jugend einen Schlauch von 1 mm Dicke und 2 bis 3 cm Länge, welcher mit einem reich verzweigten System von Rhizoiden am Substrat festsitzt. Erst sehr spät wird der aufrechte Sproß (Fig. 28, 1) durch mehrere Querwände in eine große Endzelle und in mehrere Gliederzellen zerlegt. Außerdem aber entstehen schräge Wände, von denen manche uhrglasförmig gebogen, linsenähnliche Zellen an der Peripherie der ursprüngHchen Sproßzelle herausschälen. Alle diese Zellen können dann zu sehr langen Zweigen auswachsen, die aber nicht durch Querwände abgegliedert werden. In dieselbe Familie gehört neben einigen anderen Gattungen die S t r u v e a. Junge Pflanzen dieser "australischen und amerika- nischen Meeresalge stellen zunächst einfache Keulen dar. Später aber wird auf deren Scheitel ein federartiges Gebilde entwickelt, welches durch die sehr regelmäßig fiederig verzweigten Seitenäste entsteht. Diese 140 Algen werden noch durch besondere Haftorgane anehiander verankert. Für Siphonocladus sind Zoosporen beschrieben, sonst nichts. 3. Valoniaceae. Die Gattung Valonia ist allbekannt wegen der großen 1 cm und mein im Durchmesser haltenden grünen Blasen, die uns das Schleppnetz aus dem Grunde wärmerer Meere heraufbe- fördert; diese Blasen sind meistens sehr un- regelmäßig miteinander verkettet. Ihren Zusammenhang ergibt die vielleicht ein wenig schematisierte Figur 28, 2. Wir haben eine große etwas langgestreckte Primärblase vor uns, diese hat an den verschiedensten Stellen durch uhrglasförmis;e Wände Zellen Fig. 28. 1 Siphonocladus pusillus, 2 Va- lonia utricularis, u ,,rhrglaszellen", 3 die- selbe, Brandungsform. abgegliedert, welche wie Linsen an der Innen- seite der Blasenwandung kleben. Am Ober- ende der Hauptblase ist eine Anzahl Ulnglas- zellen wiederum zu aufgetriebenen Schläuchen ausgewachsen, und an diesen kann sich even- tuell dasselbe Spiel noch einmal wiederholen. In der Mitte des primären Schlauches ruhen die Linsenzellen in der Regel. An der Basis wachsen sie zu Haftorganen aus, die in der gleichen Weise sich mehrfach verzweigen können und natürlich die Pflanze am Sub- strat festheften. In ähnlicher Weise wachsen alle Valonien, nur ist die äußere Ausbildung vielfach recht verschieden ; wie z. B. Figur 28, 3 zeigt, welche eine Brandungsform von Va- lonia utricularis darstellt. Die einzelnen Blasen enthalten in einer einzigen großen Vakuole riesige Zellsaft- mengen. Der plasmatische Wandbelag ent- hält ganz nahe an der Wand zalih-eiclie scheibenförmige Chromatophoren, von denen einige größer sind und ein Pyrenoid führen. Aeußerst zahlreiche, kleine Kerne liegen innerhalb der Clnomatophorenschicht. Von Fortpflanzungsorganen sind nur Zoosporen bekannt. Zur Bildung derselben wird das ganze Protoplasma einer Blase aufgeteilt. Die Zoosporen schlüpfen dann durch zahlreiche Oeffnungen in der Haut heraus. Sie haben vier Geißeln, mehrere CInomatophoren und einen Augenfleck. Siphonocladiaceen und Valoniaceen kön- nen als Cladophoren betrachtet werden, bei welchen einzehie Zellen auf Kosten anderer fast ins Ungemessene vergrößert sind. 4. Dasycladaceae. Diese in wär- meren Meeren lebende Famihe ist ausge- zeichnet durch eine große, ungegUederte Stamm zeUe, welche zahlreiche, meist viel- zeUige Wirteläste trägt. Den Typus reprä- sentiert Dasycladus. Die ungefähr kleinfingerlangen, Yo cm im Durchmesser haltenden Pflänzchen (Fig. 29) stehen scharenweis auf Gestein u. ä. beisammen. Natürlich werden sie durch Hafter auf diesem festgehalten. Die vertikale Hauptachse hat eine sehr derbe Membran, ist außen sogar verkalkt. In Wirtein übereinander gestellte Fig. 29. Dasycladus clavaef ormis. 1 fertile Pflanze (natürliche Größe), 2 Stück eines Zweig- wirtels, stz Stammzelle, m Haut derselben, w, w", w'" Wirteläste verschiedener Ordnung, g Gametangium, 3 Gamet, 4 5 Kopulation.j Tüpfelkanäle t durchsetzen sie, und vor jedem solchen Tüpfel ist dann ein Wirtelast inse- riert (Fig. 29). Letztere 10 bis 15 an Zahl. Jeder Wirtelast verzweigt sich wiederum wirtelig. Während der Hauptstamm keine Querwände aufweist, sind alle Aeste durch solche voneinander abgeghedert. Zur ge- schlechtHcher Fortpflanzung werden in der oberen Hälfte oder in den oberen Vs 'ler Algen 141 Pflanze tiefgrün gefärbte Gametangien ge- bildet. Diese entstehen als terminale An- schwellungen der primären Wirteläste (g Fig. 29). Fast alles Material aus der Pflanze wandert in sie ein. Die normal gebildeten ( Jameten werden aus allen Gametangien eines Individuums gleichzeitig entleert. Es kopu- lieren nur Abkömmlinge verschiedener Indivi- duen. Gameten abgeflacht, vorn sehr breit. Im übrigen Isogamie (Fig. 29, 4. 5). Zygoten keimen sofort. Zoosporen unbekannt, wohl auch unnötig wegen der massenhaft gebil- deten Gameten. An Dasycladus schheßen u. a. Neomeris und C y m o p o 1 i a. Im Prinzip wie jene ge- baut, zeichnen sie sich durch ein dichtes Zu- sammenschließen der blasig aufgeschwollenen Wirteläste 2. Ordnung aus, welche danach die sogenannte Fazettenrinde bilden. Außerdem tritt Verkalkung ganz bestimmter Partien zwischen den Wirtelästen ein (vgl. die spe- zielle Literatur). Botryophora stellt sodann das Anfangs- glied der Bornetellenreihe dar. Gebaut wie Dasycladus, unterscheidet sie sich scharf durch die nicht terminal, sondern seitlich an Fig. 30. Bor- ne teil a. 1 ganze Pflanze teils von aus- sen, teils von innen gesehen a Achse, zw' Zweigel. Ord- nung, f Fa- cetten, kr Kalkring, sp sogenanntes Sporangium, 2Facetteniso- ^^liert, 3 Spor- angium oder Gametan- eium. den Wirtelästen inserierten Gametangien. Born p teil a hat (Fig. 30) eine etwas aufge- schwollene Hauptachse (a), die Wirtcläste 1. Ordi I ng ( w') si d dilnn, die zveite. Ord- nung seh . eUen blasig auf und schließen zu einer Facettenrinde (f) dicht zusammen. Eine bestimmte Zone (kr) der Facetten verkalkt. Die wiederum seitlicJi inserierten Gametan- gien (sp) bilden Cysten (Fig. 30), wie sie uns noch bei den Acetabularien beschäf- tigen werden. Aus diesen Gruppen sind fossile Formen — die Kalkinlanistationen erleichtern ja die Konservierung — melu'fach bekannt. Etwas abweichend ist die nur fossile Triploporella, die ihre Gameten in den aufgetriebenen Wirtelästen erster Ordnung entwickelt. Die merkwürdigste Alge dieses Verwandt- schaftskreises ist aber unstreitig die A c e t a - b u 1 ar i a (,,Ombrelli" der Neapler Fischer). Auf langem Stiel erhebt sich ein strahliger Schirm. Die Schirmstrahlen sind als Gamet- angien anzusprechen, sie bilden aber nicht direkt Gameten, sondern es ballt sich das Plasma zu Cysten, welche von einer sehr derben Haut umgeben werden. Cysten zahl- reich in jedem Schirmstrahl (Fig. 31. 4). Die Cysten enthalten viele Kerne, Chromato- phoren usw. und werden durch Zerl)rechen des Schirmes frei. Das erfolgt im Mittel- meer im Juli bis August. Ruhe bis zum Fe- bruar bis Warz. Dann entstehen in jeder Cyste zahh'eiche Gameten und werden frei unter Absprengung eines vorgebildeten Deckels (Fig. 31, 5. 6). Isogameten. Zygote keimt alsljald. Die Acetabularia erscheint in ihrer eben geschilderten Ausbildung fast paradox. For- men wieHalicoryne, Polyphysa u.a., über welche die besondere Literatur nachzusehen wäre, vermittehi indes schon den Uebergang von den vertiziUierten Formen, welche wir eingangs erwähnten. Die Ontogenie aber gibt nicht minder guten Aufschluß. Nicht bloß bei Acetabularia, sondern auch bei anderen Vertretern unserer Famihe keimen die Zy- goten mit einem aufrechten grünen Faden, dieser aber sendet sehr bald farblose Fort- sätze in das Substrat. Das sind die so- genannten Basalblasen. Anfangs einfach, werden sie später zu lappig verzweigten Ge- bilden (Fig. 31, 1), welche sich mit Reserve- stoffen füllen. Während das geschieht, hat sich der oberirdische Faden verzweigt. Weiter aber kommt die Pflanze im ersten Jahre nicht. Die grünen Teile sterben ab, die Basalblasen perennieren. Li der folgenden Vegetationsperiode bildet Acetabularia dann zunächst (Fig. 31, 2) grüne Wirteläste, aber zwischen diesen erscheint auch bald die erste Anlage eines Schirmes (Fig. 31, 2). Dieser, oder die Gametangien, stellen genau genommen seitliche Bildungen von Wirtel- ästen dar, welche nachher in eüie horizontale Lage einrückten. Partielle Reste der Wirtel sind Wülste (coronae ci, es Fig. 31, 3), welche an der Schirmbasis auftreten. Ln übrigen vgl. die Handbücher. 142 Aken Die Dasycladaceäe sind wohl wirtelig verzweig^te Siphonocladiaceen. b) Oogame Siphonocladialen. 5. Sphaeropleaceae. S p h a e r 0 p 1 e a annulina tauciit gelegentlicli in Tümpebi usw. auf. Ilir berühmte.ster Standort ist der Auersbergbrunnen in Graz. Die völlig un ver- zweigten Fäden haben niemals Haftorgane. Die Alge schwimmt immer frei. Die Pflanze erhielt den Namen annulina, weil in den langen zylindrischen Zellen der Fäden helle Um je ein solches und um einen Kern grup- piert sich dann das Plasma und gestaltet das Ganze zur männlichen Zelle. Von diesen können in jedem Quer band etwa 300 gebildet werden. Sie treten (Fig. 32) durch seithche Oeffnungen in der Haut aus und lassen dann zwei Geißeln erkennen. Die Eier werden durch einen eigenartigen Prozeß aus den dunklen Querbändern heraus- geschnitten. Sie liegen in größerer Zahl in jeder Faden zelle und lassen (Fig, 32) einen Fig. 31. Acetabularia. 1 Keimpflanze, 2 jugendlicher Schirm, 3 Schema des Sproßaufbaues, CS Corona superior, ci Corona inferior, g Gametangien, stw sterile Wirtel, 4 Schirm von der Fläche, mit Cysten, 5 Cyste geschlossen, 6 Cyste geöffnet, d Deckel, g Gameten, bl Blase. und dunkle Querbänder miteinander wech- seln. Die hellen Zonen enthalten nur Proto- plasma, die dunkehl führen mehrere Kerne und die eckig-plattenförmigen Clu'omato- phoren, von denen die größeren ein Pyrenoid besitzen. Nur geschlechtliche Fortpflan- zung ist beobachtet. Die Spermatozoid- bildung beginnt mit einer vielfach wieder- holten Kernteilung in den breiten Plasma- bändern. Auch die Chromatophoren werden aufgeteilt zu kleinen gelblichen Plättchen, Empfängnisfleck erkennen. Die Spermato- zoiden treten durch eine Oeffnung in der Längswand in die Gliederzellen ein und ge- langen so zum Ei. Eine Abweichung von dem Ueblichen ist insofern gegeben, als im Ei sich vielfach melu-ere Kerne finden. Doch verschmilzt nur immer ein Spermakern mit einem Eikern, die übrigen gehen verloren. Die Zygoten bilden bei der Keimung ziemlich viele zweiwimperige Schwärmer, welche vorn rot, hinten grün gefärbt sind. Diese wachsen dann zunächst zu mehrkerni- Alsen 143 gen Spindeln aus und diese gelien wieder in i in Meeren und zwar in den wärmeren, die langen Fäden über. [ Die reich verzweigten Fäden werden in sehr S p h a e r 0 p 1 e a kann als eine ooganie \ merkwürdiger Weise zu großen Thaliomen Chaetomorpha angesprochen werden. Fig. 32. Sphaeroplea annulina. 1 Spermato- zoidbildung, 2 Eizellen von Spermatozoiden (sp) umgeben, oe Üeffnung. e) Siphonales. Der Thallus ist vielfach fädig und reich verzweigt, nimmt aber in gewissen Gruppen andere, ganz abweichende Formen an. Das allgemeine Kennzeichen der Siphonales ist das Fehlen von Querwän- den. So resultieren große Zellen, oder, besser ausgedrückt, nicht zelluläre Pflanzen. "Wie üblich haben diese einen protoplasmatischen Wandbelag, welcher außen linsen- oder plattenförmige Clu'omatophoren besitzt, etwas weiter nach innen aber außerordentlich zahl- reiche Kerne fülu"t. Ich nehme an, daß die Siphonales aus den Siphonocladiales ent- standen, durch allmählichen Wegfall der Quer- wände. Das vereinzelte Auftreten derselben (s. unten) ist ein Rückschlag. I. Codiaceae. Diese Familie lebt nur von verschiedener Art kombiniert. Eine der einfachsten Formen ist A u r a i n v i 1 1 e a. Der untere Teil der Pflanze, der im Schlamm steckt, stellt einen fast rübenförmigen Körper dar, welcher aus dicht verfilzten Fäden be- steht. Der obere Teil gleicht einem Pinsel, welcher aus zahlreichen, im Wasser locker flutenden Fäden aufgebaut wird. Das Ganze kann eine Größe von 10 cm und noch mehr erreichen. U d 0 t e a (Fig. ?3) tritt uns in Form von gestielten Flächen entgegen, die, wie Laminaria, ein Blatt imitieren, nur sind dieselben weit kleiner (5 bis 15 cm hoch). Die Stiele resultieren aus einer Verflechtung von grünen Fäden. Die Flächen entstehen ^ i'^A 1^ €. Fig. 33. U d 0 t e a D 6 s f 0 n t a i n ei. 1 ganze Pflanze, 2 Stück vom Sproßrande. Längs fäden mit jungen Aesten (Querfäden). dadurch, daß sich zahlreiche Längsfäden in einer Ebene parallel nebeneinander legen; diese werden dann durch Querzweige ver- kettet, welche über sie hinwachsen und sich durch lappige Fortsätze ineinauderkeilen (Fig. 33). C 0 d i u m bildet grüne, sehr bieg- same, verzweigte Sprosse, welche bis zu 30 cm lang und fingerdick werden. Auch kommen Kugelformen von fast Faustgröße vor. Alle diese Formen entstehen ebenfalls durch Verflechtung von Fäden. In der Mitte der fraglichen Körper ziehen dünne, schwach- 144 Algen gefärbte Fäden ungefähr der Längsrichtung des Ganzen parallel, werden aber auch von schräg und quer verlaufenden durchsetzt. Nach außen hin entsenden jene dünnen Fäden Seitenzweige, welche zu großen Blasen (Rindenschläuchen) anschwellen. Diese sind intensiv dunkel gefärbt, pressen sich gegen- seitig aneinander und stellen so eine Fazetten- rinde dar, welche mit dem Pahsadenparen- cliym der höheren Pflanzen verglichen wer- den kann und auch zweifellos wie dieses funk- tioniert. Figur 34 gibt eine ungefähre Vorstellung davon. -bl [f Fig. 34. Pseudocodium de Vriesei. Längs- schnitt durch den Scheitel. If Längsfäden, bl Rindenblasen. H a 1 i m e d a (Fig. 35) besteht aus einer Anzahl abgeflachter Glieder, welche un- gefähr so wie die Sproßketten der Opuntia aneinander gereiht sind. Die einzelnen Glieder sind infolge von Kalkeinlagerung hart. Diese unterbleibt aber in den Einschnürungen, und deswegen kön- nen sich die einzelnen Glie- der gegenein- ander sehr wohl bewegen. Der Bau ist im wesentlichen derselbe wie bei Codium ; der eben erwähnte Kalk liegt zwi- schen den ein- zelnen Blasen. Fortpflan- zung vielfach unzureichend bekannt. BeiHalimeda brechen blasige Sporan- gien, welche zu vielen auf einem gemeinsamen Stiele vereinigt sind, an den Rändern der Glieder hervor und produzieren zahlreiche Schwärmer, deren Schicksal nicht genügend bekannt ist. Nur über Codium ist man voll- ständig orientiert. Zum Zweck der Fortpflan- zung werden an den Blasen seitliche Ausstül- Fig. 36. Codium. 1 RindenscWauch mit Haaren (h), deren Nar- ben (n) und Gamet- angien (g). 2, 3 Kopu- lation der Gameten. Fig. 35. Halimeda Tuna. Etwas verkleinert. pungen gebildet, welche ungefähr Eiform er- halten und an ihrer Basis durch eigenartige Querwände abgegliedert werden (Fig. 36). Das sind die Gametangien. Aus einem Teil der- selben entstehen große weibliche Schwärmer, aus einem anderen kleine männliche. Beide treten unter Quellung der Gamet- angienmembran an der Spitze aus. Die weiblichen Gameten sind intensiv grün ge- färbt, die männhchen sehr hell, fast gelbbch. Kopulation durch Ver- einigung zweier un- gleichartiger Gameten (Fig. 36. 2). Die ent- stehende Zygote keimt sehr rasch , bildet einen oder einige auf- rechte Fäden, von welchen dann seit- wärts andere ent- springen, die schon wieder die charakte- ristischen grünen Rin- denblasen erzeugen. 2. Bryopsidaceae. Den Typus dieser Familie bildet die besonders in wärme- ren Meeren vorkommende Gattung Bryop- s i s. Von kriechenden, rhizomähnlichen Fäden erheben sich vertikale Achsen, welche sich wiederholt und sehr regelmäßig fiederig verzweigen. So resultieren dann Bilder wie Figur 37, welche eines der letzten Fieder- zweiglein wiedergibt. Die Vermehrung erfolgt ausschließlich durch Gameten. Diese werden in den jeweils ältesten Fiederästen gebildet. Das Proto- plasma wird langsam zerschnitten, und kurz vor Fertigstellung der Gameten werden sehr eigenartig netzige Anordnungen desselben wahrgenommen. Die fertilen Fiedern werden durch eine Iriäwand von der Hauptachse abgegliedert, nach ihrer Entleerung fallen sie ab. Die Gameten sind ungleich. Schon die verschiedenartigen Gametangien sind an ihrer Färbung leicht erkennbar; die männ- lichen sind gelblich und besitzen einen roten Zellsaft in der Vakuole, die weibhchen sind grün. Nach der Entleerung vereinigen sich männliche und weibliche Schwärmer (Fig. 37). Die Zygoten keimen direkt aus. Unge- schlechtliche Fortpflanzung ist nicht be- kannt. 3. Caulerpaceae. Die Caulerpen sind am reichsten entwickelt in tropischen Meeren. Am weitesten nach Norden bis ins Mittelmeer usw. vorgeschoben ist C a u - Algen 14B mM ^'1 m lerpa prolifera, und diese hat auch immer die Basis für Untersuchungen über die Caulerpen abgegeben. Ein farbloser Stamm kriecht durch den sandigen oder muddigen Meeresboden. Er entsendet nach unten farblose Rhizoiden, nach oben er- heben sich von ihm grüne Flächen, die man für gewöhnlich als Blätter bezeichnet. Diese ent- stehen akropetal am Vegetationspunkt. Sie können, zumal auf ihrer breiten Fläche, mancher- lei Sprossungen treiben (Fig. 38). Die einzelnen Arten der Gattung sind sehr mannigfaltig gestal- tet, und die erwähnte Caulerpa prolifera stellt nur eine Form unter vielen dar. Sie sind eben teils an das Leben in der Brandung, teils an das in der Tiefe an- gepaßt. Wir müssen uns hier mit der Darstellung der Caulerpa prolifera begnügen und konsta- tieren, daß im Wurzel- stock von der geschich- teten Zellulosewandung nach innen hin Balken ausgehen , welche den ganzen Hohlraum der Zelle unter vielfachem • Anastomosieren durch- setzen. Eben solche Zellu- losebalken finden sich in den sogenannten Blät- tern; sie durchsetzen das Innere derselben un- regelmäßig von einer Fläche zur anderen. Offenbar haben alle diese Bildungen den Sinn, der Zelle eine gewisse Form zu wahren. Alle diese Balken usw. überzieht das Protoplasma. Dasselbe ist in eigenartigen Strängen angeordnet und in diesen finden mannigfaltige Strömungen statt. Von diesen werden die Kerne und gelegentlich auch die Chromatophoren mitgerissen, obgleich diese letzteren mit Vorhebe in einer dünnen Schicht der Wand fest anliegen. Jedes losgerissene Stück einer Caulerpa kann glatt zu einer neuen Pflanze auswachsen. Das ist alles, was man von ihrer Fortpflanzung weiß. Die außerordentliche Regenerations- fähigkeit einzelner losgetrennter Stücke war die Veranlassung für vielfache Untersuchun- gen, die gezeigt haben, daß jedes einzelne Handwörterbuch der Natur Wissens ehaften. Band I, Stück eine Polarität besitzt, die nur sehr schwer umkehrbar erscheint. Die Caulerpen mögen in Ermangelung einer sicheren Ableitung als ein Seitenstück zu den Valoniaceen betrachtet werden. Fig. 37. Bry op sis c u p r e s s 0 i d e s. Gefiedeiter Seiten- sproß, welcher am Hauptsproß (h) ei- nige Rhizoiden ge- bildet hat, rg reife Gametangien, lg leere Gametangien. g kopulierende Ga- meten. Fig. .38. Caulerpa prolifera. 4. Vaucheriaceae. Die Hauptgattung der Familie ist Vaucheria. Sie ist wohl über die ganze Welt verbreitet und zwar kommt sie meistens in Süßwassern vor. Nur einige wenige Arten finden sich im Meere. Einige von den ersteren können als Landformen wachsen. Die Pflanzen bestehen aus borstenartigen, zylindrischen Schläuchen, welche vielfach seitlich verzweigt sind und bald lockere, bald auch etwas dichtere Massen bilden. Die Befestigung am Substrat erfolgt durch farb- lose, krallenähnhche Rhizoiden, welche aber nicht von den übrigen Fäden durch eine Wand abgegliedert werden. Auch sonst bildet ja Vaucheria niemals Querwände, es sei denn bei der Fortpflanzung. Ziemhch viele Vaucheriaarten bilden Zoo- sporen, die freihch wesentlich anders aus- schauen, als die sonst bei grünen Algen üblichen. Sollein Schwärmer gebildet werden, so sammelt sich dichtes Protoplasma an den keulenförmigen Enden der Fäden an. Dieses wird dann durch eine Querwand ab- geghedert und nach kurzer Zeit schlüpft (Fig. 39) die ganze Masse durch einen Riß am Scheitel des Fadens heraus. Das ist die Zoospore, welche mit einem dichten Wimperpelz bekleidet ist und sich mit dessen Hilfe bewegt. Genaueres Studium ergibt, daß inmitten des fraghchen Körpers sich eine Vacuole befindet; in dem Plasma, welches diese umgibt, lagern die Chi'oma- tophoren (Fig. 39) und außerhalb derselben befindet sich eine breite helle Plasmaschicht. Li diese sind Kerne (k. Fig. 39) eingelagert und vor jedem Kern findet sich ein Geißel- paar. Nach kurzer Bewegung umgeben sich 10 146 Algen die Schwärmer mit einer Haut, die Kerne zurückwandern, bis auf einen einzigen, treten nach innen, die Cliromatophoren Erst wenn dies geschehen, wird die weibliche nach außen, und wenn so die übliche Lagerung Zelle vom Tragfaden durch eine Wand ab- der beiden Elemente hergestellt ist, wird ein gegliedert. Das Oogon besitzt schon ziemhch Schlauch getrieben, der wiederum zur Bildung einer normalen Pflanze führt. Bei einigen Arten unserer Gattung haben die Zoosporen ihre Geißeln eingebüßt und Fig. 39. 1 Aus- tritt der Zoospore von Vauche- ria repens. 2 Stück aus dem peripheren Teil einer Zoospore, k Kern. ehr Chromatophoren. werden als unbewegliche Körper (Aplano- i Sporen) aus ihren Behältern entleert. Gelegenthch findet auch Abkapsehmg des Protoplasmas in Cysten usw. statt. Die geschlechtliche Fortpflan- zung erfolgt oogam. In einem der einfachsten Fälle (Vaucheria sessilis) entstehen die Sexualorgane als seitliche Ausstülpungen der vegetativen Fäden. Die Antheridien stellen (Fig. 40) hornartig gekrümmte Körper dar, welche einem ebenfalls gekrümmten Stiele aufsitzen. Ihre Bildung beginnt mit der Einwanderung dichter Plasmamassen und zahlreicher Kerne in das Hörn. Chromato- phoren dringen wenig ein. Durch eine Quer- wand wird das Hörnchen dann abgegliedert. In dem so gebildeten Raum entstehen die Spermatozoiden, welche einen großen Kern, wenig Protoplasmaund keine Clnomatophoren enthalten; diese bleiben im Antheridium zurück. Die Spermatozoiden treten aus der Spitze des Antheridiums (Fig. 40, 2) und bewegen sich mit zwei seitlichen Geißeln. Die Oogonien (Fig. 40) entstehen eben- falls durch Einwandern von Protoplasma, von Kernen und zahlreichen Oeltropfen in eine seithche kugelförmige Anschwellung des Fadens. Mit diesem besteht noch lange offene Verbindung, und merkwürdig ist es nun, daß von den zahlreichen Kernen, welche in das junge Oogon eingewandert sind, alle Fig. 40. Vaucheria sessilis. Sexualorgane in 2 geöffnet, in 1 geschlossen, a Antheridien, 0 Oogonien, sp Spermatozoiden, pl ausge- stoßenes Plasma. früh einen schnabelartigen Fortsatz, in diesem sammelt sich nach Bildung der Querwand farbloses Plasma, während sich die Chroma- tophoren und das Oel nach rückwärts zurück- ziehen (Fig. 40, 1). Plötzhch öffnet sich etwa um 3 Uhr nachts der Schnabel des Cogens und läßt einen Ballen Protoplasma heraustreten (Fig. 40), während der übrige Inhalt sich unter Ab- rundung ein wenig zurückzieht. Gleich- zeitig platzt das Antheridium und die Spermatozoiden schießen durch die Oeffnung des Oogoniums gegen das Ei. Ein Spernia- tozoid dringt ein und die Kern Verschmelzung erfolgt normal. Eine dicke Haut hüllt nachher die entstandene Oospore ein; diese keimt unter Bildung eines grünen Schlauches, nach- dem die Haut gesprengt ist. Die Sexual- organe anderer Vaucheriaarten sind in ihrer Stellung wie auch in ilu-er Form vielfach von dem abweichend, was wir eben beschrie- ben haben, prinzipielle Unterschiede in den Befruchtungsvorgängen sind aber nicht vor- handen. f) Charales. Die Hauptvertreter dieser Gruppe sind die Gattungen Nitella und Chara. Dieselben sind am Boden der Ge- wässer, in Sand und Schlamm, festgewurzelt, und immer auf das Süßwasser beschränkt. In diesem bilden sie gelegenthch, besonders Algen 147 in größeren Seen ausgedelmte Bestände, können aber auch in jedem kleinen Tümpel sich zeigen. Da sie wenig sauerstoffbedürftig sind, begnügen sie sich auch mit unsauberem Wasser. Alle Characeen fallen sofort auf durch die aufrechten mehrfach verzweigten Sprosse, (Fig. 41, 1), welche in erhebhchen Abständen wirtelig gestellte Organe tragen, die man gemeinhin als Blätter bezeichnet. Ein Wirtel enthält 6 l)is 8 Blätter. Internodien und Knoten sind sonacji leicht zu unterscheiden. Bei der am einfachsten gebauten Nitella stellen die Internodien eine einzige schlauch- artige Zelle dar, welche y^hh 1 mm im Durch- messer und 2 bis 15 cm in der Länge mißt. Die luioten sind scheibenförmig (Fig. 41), und bestehen aus wenigen zentralen und 6 bis 8 peripheren Zellen. Jede der letzteren gibt einem Blatt den Ursprung. Die Blätter haben im wesenthchen den Bau der Haupt- achse, jedoch erscheint das Ganze verein- facht. Am leichtesten verstanden wnd der Aufbau, wenn wir uns einen Vegetations- punkt ansehen (Fig. 41, 2). Wir erkennen Fig. 41. Nitella. 1 kleiner Sproß, 2 Längs- schnitt der Sproßspitze, 3 Längfschnitt eines Knotens, 4 älterer Knoten quer. Erklärung der Buchstaben im Text. leicht eine ScheitelzeUe (sz),von welcher durch Querwände Segmente abgegliedert werden. Jedes Segment zerfällt durch eine weitere Querwand in je eine lüioten- und eine Internodialzelle (kn, i). Die Liternodialzelle streckt sich einfach in die Länge, die Knotenzelle erfährt Längsteilungen in die zentralen Zellen (ck) und die peripheren (b). Letztere wölben sich vor, bilden einen neuen Vegetationspunkt (vb) und liefern damit den Anfang zu den Blättern (b bl Fig. 41). Seitensprosse entstehen an der Blattbasis durch Teilung der mit g" bezeichneten Knoten- zellen, welche die Verbindung zwischen Blatt und Knoten herstellen. Die von g" nach oben abgegliederte Zelle (vsp) stellt die Scheitelzelle des Seitensprosses dar. Chara unterscheidet sich von Nitella da- durch, daß die Internodien von einer Hülle umrindet sind. Die Rinde entsteht dadurch, daß die untersten Knoten der Blätter sowohl nach oben als nach unten Lappen entsenden, welche sich den Internodien anschmiegen und in dem Maße wachsen, als die Inter- nodien sich strecken. Sonach müssen sich in der Mitte eines jeden Internodiums der Chara Rindenlappen begegnen, welche teils von den oberen Kjioten herab- teils von den Fig. 42. Chara -Keimlinge. 1 junges Stadium. 2 oberes Ende eines Vorkeimes. 3 junges Pflänzchen. sp Oosporenfrucht. w Wurzel, vk Vorkeim, vku unterer, vko oberer Teil des- selben, i Internodium. sk Sproßknoten, wk Wurzelknoten, bk Bafalknoten der Wurzel, bl Blätter, vp Vegetationspunkt des Sprosses, 10* 148 Algen unteren heraufwachsen. Auch in diesen ] nodien und Knoten abgliedern. Erstere Rindenlappen sind noch Knoten und Inter- 1 strecken sich selu" bald, letztere bilden nodien zu erkennen. Der Bau einer Chara | Seitenorgane. Aber es gehen nicht aus allen ist also recht kompliziert. Wir gehen j Knoten des Vorkeims Blätter hervor, sondern aber auf diese Dinge nicht ein; es gibt die untern führen die Bezeichnung Wurzel- Algologen, welche sämtliche Zellen der i knoten, weil sie (Fig. 42, 3) aus ihren periphe- Charen numeriert haben, und auf diese will I ren Zellen Wurzeln bilden, welche nach ich verweisen. Aus den untersten Inter- abwärts in den Boden wachsend, wiederum nodien der Pflanzen werden noch Rhizoiden Internodien und Ivnoten bilden, von denen in den Boden hinabgesandt. letztere dann noclimals Seitenwurzehi liefern Der Aufbau einer Chara oder Nitella (Fig. 42, 3). Die oberen Kjioten und Inter- wird noch durch die Keimlinge illustriert nodien des Vorkeims entwickeln sich normal (Fig. 42). Aus dem Scheitel der Oospore brechen bei der Keimung mindestens 2 Fäden hervor (Fig. 42, 1), von denen der eine, nach abwärts wachsend, die junge Wurzel, der Fig. 43. Chara fragilis. A Blattstück mit Antheridium (a) und Üogonium (S) im erwachsenen Zustande; B das- selbe im Jugendstadium. SK Oogon. c Blatt, ß, ß' Blätt- chen, ß" Brakteolen. c Krönchen. 1 w Internodium. u Blattknotenzelle, br Berindungslappen. C Manubrium mit spermatogenen Fäden. D dieselben stärker vergrößert und reife Sperniatozoiden. andere, nach aufwärts wachsend, den jungen Sproß darstellt. Letzterer ist grün gefärbt und stellt den Vorkeim dar. An diesem sind schon Querwände zu erkennen, welche Liter- zu Sprossen. Doch sind bei ihnen alle Ver- hältnisse noch relativ einfach; z. B. imter- bleibt auch bei den Charen an den unteren Internodien des Vorkeims die Berindung. Solange die Zellen der Cliara- ceen klein sind, bieten sie nichts besonderes. Sie enthalten dann auch nur einen Kern. In den langgestreckten Internodien und in den Berindungsfäden der Charen sind später mehrere Kerne vorhanden. Diese ent- stehen aus dem ursprünglichen Kern durch Fragmentation, nicht durch Mitose. Die linsenförmigen Clu'omatophoren liegen der ZeU- wand in einer dünnen Plasma- schicht sehr fest an. Sie werden auch nicht in die Protoplasma- strömungen hineingezogen, die seit C 0 r t i für die Characeen bekannt sind. Mancherlei Ivnöllchenbildungen u. ä. besorgen bei gewissen Formen die ungeschlechtliche Fortpflan- zung der Characeen. Zoosporen oder irgend etwas ähnliches ist nicht bekannt. Die Geschlechtsorgane sind sehr komphzierte Gebilde. Sie entstehen an Stelle von Blät- tern aus einem Ivnoten, ungefähr wie das Figur 43 A zeigt. In vielen Fällen sitzt ein Oogon oben, ein Antheridium unten. Doch ist auch die Verteilung der Ge- schlecliter auf verscliiedene Pflan- zen niclit selten. Die Antheridien sind leuchtend braunrote, kugel- förmige Gebilde, deren Wand aus acht sogenannten Schildclien auf- gebaut wird. Jedes Schildchen entspricht einem Oktanten. Von der Mitte eines jeden Schildes ragen Stiele (Manubrien) in den Hohlraum des Antheridiums und produzieren, nicht ohne man- cherlei Komplikationen, lange, peitschen- förmige Fäden, die als spermatogene be- zeichnet werden; denn sie bestehen aus lauter kurzen scheibenförmigen Zellen (Fig. 43, C), Algen 14S deren jede ein Spermatozoid produziert. Letztere werden frei durch Auseinanderfallen der Schildchen. Sie sind schraubig gewunden und am Vorderende mit zwei Geißehi ver- sehen (Fig. 43, Dj. Die Oogonien sind ziemhcli große, eiför- mige Körper, gefüllt mit großen Mengen von Reservesubstanzen. Sie werden hier als Eiknospen bezeichnet, weil sie umhüllt sind von schraubig gewundenen grünen Schläu- chen, welche aus der TragzeUe des Oogons hervorgehen (Fig. 43, B). Die Hüllschläuche enden in einem Krönchen (c). Die Zellen des- selben schließen nicht völlig zusammen; zwischen ihnen hindurch schlüpfen die Sper- raatozoiden zum Ei. Nach der Befruchtung die übliche Hautbildung um das letztere, außerdem aber Verholzung und Bräunung der HüUschlauchwände. So fällt die Oospore ab und keimt in der geschilderten Weise nach längerer Ruheperiode. Die Verwandtschaft der Charen ist viel- umstritten. Manche bringen sie sogar in die Verwandtschaft der Moose. lY. Heterocontae. Zum Kummer ; mancher Fachgenossen, aber nicht zu dem des Verfassers, haben verschiedene Algologen aus der Gruppe der grünen Algen eine Anzahl von Formen herausgenommen und unter dem obigen Namen vereinigt. Es sind Algen, welche alle durch eine grüngelbe Färbung ihrer Platten- oder Linsen-Chromatophoren aus- gezeichnet sind. Diese ist bedingt durch die Anwesenheit eines gelben Farbstoffes, der sich mit Salzsäure blau färbt. Charak- teristisch ist bei den Heterocontae auch die Form der beweglichen Zellen, die eine lange, und eine relativ kurze Geißel, ferner min- destens zwei seitlich gestellte Chromato- phoren besitzen (Fig. 45, 6). Assimilations- produkt oder Reservestoff ist fast immer ein fettes Oel. Die niederste Form dieser Gruppe ist Chloramoeba (Fig. 44), ein Flagellat, dessen Zellen zu amöboider Bewegung be- soll auch in farblosen Formen auftreten können. Teilung wurde nicht beobachtet, dagegen Einkapselung (Fig. 44, 2). C h 1 0 r 0 s a c c u s ist eine Chloramoeba, bei welcher die Zellen in eine leicht flüssige Schleimmasse eingebettet sind. In diesem Zustande sind sie unbeweghch, können aber zwei ungleiche Geißehi bilden, und dann die Schleimmassen verlassen . Die wichtigste Abteilung in unserer Gruppe ist die der Confervaceae. Conferva hießen in alter Zeit fast alle Fadenalgen, die man ungenügend untersucht hatte. Jetzt bezeicluiet man als Conferva fadenförmige Gebilde, welche einer Ulothrix ähnlich sehen. Sie unterscheiden sich aber alsbald durch die Fig. 44. Chloramoeba heteromorpha Bohl. 1 Flagellat, 2 Eingekapselte Form, v Vakuole, k Kern fähigt sind Sie tragen die vorgenannten ungleichen Geißeln und enthalten einen Kern und einige Chromatophoren. Chloramoeba P'ig. 45. 1 Vegetativer Faden von Conferva bombycina (Ag.)Lagerli., 2 — 4 Zellwandbildung von derselben (q Querwand), 5 Schwärmer von Conferva bombycina, 6 desgleichen von Botrydiopsis. linsenförmigen Clu-omatophoren, welche in Melurzal gegeben sind und die vorerwälmte Färbung haben. Außerdem ist die Wand sein* eigenartig gebaut (Fig. 45). Sie besteht fast wie bei den Desmidiaceen aus zwei mit ihren Rändern ineinandergeschobenen Hälf- ten. Bei der Teilung rücken diese ausein- ander, nachdem ein neues im Längssclmitt ungefähr H-förmiges Stück zwischenge- schaltet wurde, wie das Figur 45, 2 bis 4 angibt. Die Vermehrung erfolgt durch Zoosporen, welche (Fig. 45) melu-ere Chromatophoren 150 Aken und etwas seitlich inserierte, ungleiche Geißehi haben. Aplanosporen, Akineten usw. werden ebenfalls angegeben. Geschlechtliche Fortpflanzung zum mindesten unsicher. In unsere Gruppe rechnen wir auch die Botrydiaceae mit der Gattung Botry- dium (Fig. 46). Sie ist früher mit Protosi- phon (vgl. Seite 128) verwechselt worden. Die manchmal sogar zu den Siphoneen ge- rechnete Alge besitzt 2 mm große, grüne, birnförmige Blasen, welche zahlreiche farb- lose Fortsätze in den Boden hinabsenden (Fig. 46). Die Alge bewohnt nämlich im | Fig. 46. 1 — 3 Botrydium granulatum Rost. etWor., 1 Vegetative Pflanze, 2 Zoosporenbildung derselben, 3 Cystenbildung, 4 Einzelne Zoospore. allgemeinen nicht das Wasser, sondern feuchten Boden, die Ränder von Gewässern usw. Die oberirdische grüne Blase enthält eine riesige Vakuole, einen ziemlich derben Plasmawandbelag, in diesem zahlreiche Lin- sen-Chromatophoren und noch zahh'eichere Kerne. Bei Benetzung mit Wasser bildet die Alge zahlreiche Zoosporen, welche in großeii Menden aus einer Oeffnung am Scheitel ausschlüpfen (Fig. 46, 2). Bislang wurde an ihnen nur eine Geißel nachgewiesen. Ge- schlechtliche Fortpflanzung unbekannt. Bei starker Besonnung und Austrocknung des Bodens wandert das gesamte Proto- plasma in die farblosen Wurzelfortsätze, die ja durch keine Querwand abgegliedert sind. Es zerfällt in eine größere Zahl von Plasma- portionen, die sich mit derber Haut umgeben und nun ruhen können. Bei stärkerer Benetzung wachsen diese Cysten entweder direkt zu neuen Pflanzen aus, oder aber sie bilden Schwärmer, je nach der Behandlung, die ihnen zuteil wird. V. Phaeophyceae. Die Form der Vegetationsorgane ist in dieser großen Gruppe der Braunalgen ganz außerordentlich verschieden. Von den zier- lichsten Fadenformen steigt die Differen- zierung an zu großen, WO m und mehr langen Gebilden. Gemeinsam aber ist allen die Zellform. Wir finden braune bis gelbe Chromatophoren, welche teils linsenförmig, teils plattenartig erscheinen. Die Zellen haben fast immer einen einzigen Kern. Sehr charakteristisch sind die beweg- lichen Zellen; mögen sie Zoosporen oder Ga- meten heißen, immer haben sie birn- oder spindelförmige Umrisse und immer tragen sie die Geißehi seitlich inseriert, eine Geißel nach vorn gerichtet (Fig. 47, 7), eine nach rückwärts. Die Geißeln sitzen immer in unmittelbarer Nähe des Augenflecks und dieser ist wieder dem Chromatophor oder, wo mehrere solche vorhanden sind, einem derselben angeheftet. Die Braunalgen sind mit ganz wenigen Ausnahmen Meeresbewohner. Li den wärme- ren Meeren nicht übermäßig reich vertreten, entfalten sie große Mannigfaltigkeit in den Meeren der gemäßigten Zonen und in den. den beiden Polen benachbarten. Die Phaeophyceen wurzeln wohl in braunen Flagellaten. Doch sind die Ueber- gängc von diesen zu den typischen Phaeo- sporen nicht so zahlreich und einleuchtend wie bei den grünen Algen. a) Phaeosporeae. Die Fortpflanzung erfolgt durch Zoosporen und durch Gameten. Auch letztere sind beweglich. I. Ectocarpaceae. Den Typus dieser äußerst interessanten Famihe repräsentiert die Gattung Ectocarpus. Auch diese Algen sitzen mit einer mehr oder minder lockeren Sohle dem Substrat auf. Von dieser erheben sich in den typischen Fällen reich verzweigte Fäden (Fig. 47, 1), welche immer aus einer Zellenreihe bestehen. Die Zweige enden häufig mit farblosen langen Zellen (Haare). Manche Arten wachsen durch Teilung beliebiger Fadenzellen, andere haben Aloen 151 bestimmt umschriebene Teilungszonen und diese liegen meistens dort, wo die schwach gefärbten Haare in die farbigen Zweige über- gehen. In unseren Breiten entwickehi sich die Ectocarpen im ersten Frühjahr, gehen über Sommer sehr stark zurück, um im Herbst noch einmal aufzutauchen. Ungeschlechtliche Fortpflanzung durch Zoosporen. Die Zoosporangien, früher auch unilokuläre Sporangien genannt, sind (Fig. 47, 6l keulige oder eiförmige Gebilde, welche Fig. 47. Ectocarpus. 1 Zweigsystem schwach vergrößert. 2 Gametangium die Gameten ent- leerend. 3, 4 Sexualakt. 5 Zygote. 6 Zoospo- rangium. 7 Zoosporen. meistens auf kurzen Seitenzweiglein stehen. In ihnen werden unter mannigfaltigen Teilungen der Kerne wie auch der Chromato- phoren zahlreiche Zoosporen gebildet, ohne daß ZeUulosewände zwischen ilmen be- ständen. Die Zoosporen treten aus, sie haben ganz die typische Form, und keimen, indem sie sich mit der vorderen Geißel festsetzen. Die geschlechtliche Fortpflanzung erfolgt durch Isogameten. Diese werden in den socrenannten plurilokulären Sporangien (Fig. 47, 2) gebildet; das ist eine Game- tangienform, welche in der Regel auch auf kurzen Aesten entsteht und sich häufig durch ilu-e schlanken Umrisse auszeiclmet. Von den Zoosporangien unterscheiden sie sich sofort dadurch, daß sie durch zahlreiche Quer- und Längswände in eine große Zahl von kleinen Zellen zerlegt werden. Jede dieser Zellen wandelt sich zu einem Gameten um, und diese schlüpfen entweder vereinzelt aus besonderen Oeffnungen aus, oder es verquellen die inneren Wände der Mutterzellen, und die Schwärmer treten dann durch eine einzige Oeffnung aus den Gametangien hervor. Die Gameten sind äußerhch gleich gestaltet, Fig. 48. Giffordia secunda (Ectocarpus s.) Batters. 1 Zweig mit Antheridien (a) und Oogonien (o). 2 — 7 Befruchtung. physiologisch aber verschieden, denn es setzen sich nun einige von ihnen (Fig. 47, 3j mit der vorderen Geißel fest, das sind die Weibchen, andere wieder heften sich zu mehreren mit ihrer Vordergeißel dem Weib- chen an, das sind die Männchen. Nun ver- schmilzt sehr- bald ein männlicher Schwär- 152 Algen mer mit einem weiblichen (Fig. 47, 4, 5), wähi'end die übrigen verschwinden. Die Zygote keimt sofort. Dieser höchst interessante Geschlechts- akt ist nur von wenigen Beobachtern ge- sehen worden , weil die Gameten unserer Pflanzen weit häufiger parthenogenetisch keimen. Und zwar können sich sowohl die männlichen als auch die weiblichen Schwär- mer zu normalen Pflanzen entwickeln. Gametangien (a) dagegen werden in zahl- reiche kleine Zellen zerlegt; die aus ihnen hervortretenden männlichen Gameten sind schwach gefärbt. Sie sammeln sich (Fig. 48, 2) in größeren Mengen um die weibliche Zelle, mit welcher 'dann einer die Zygote bildet. Diese keimt sofort. Von den oben erwähnten einfachen Ecto- carpeen leitet sich nun eine große Schar von Gattungen her, die in ihren Fortpflanzungs- organen alle mit Ectocarpus selber überein- stimmen, in ihrem vegetativen Aufbau aber eine vielfach höhere Differenzierung erfahren. Da sind nun zunächst zwei Reihen unter- scheidbar und zwar: a) Die Mesogloeo-Chordarienreihe. Durch Aneinanderlegen oder komplizierte Verflechtung verzweigter Fäden entstehen Vege- Fig. 49. Elaehistea. 1 Polster auf den Riemen von Himanthalia, 2 Längsschnitt durch ein Polster, w Gewebe der Wirtspflanze, m Mark, a a' Assimilatoren. Fig. 50. Castagiiea(Eudesrae). A Habitusbikl. B Spitze einer jungen Pflanze. G Büschel von Assimilatoren mit Sporangien. k Zentralfaden, h dessen Seiten.äste (Längsfäden), a auswärts ^richtete Seitenäste, v Wachstumszonen. Die bei Ectocarpus nur angedeuteten Unterschiede zwischen den Gameten treten bei Giffordia mit absoluter Schärfe hervor. Die Pflanze an sich wächst (Fig. 48) wie ein Ectocarpus, aber wir unterscheiden männliche und weibliche Gametangien. In den weiblichen (Fig. 48, 1 o) fmden relativ wenige Teilungen statt, daher sind die ent- tehenden Schwärmer groß und mit mehreren Chromatophoren versehen. Die männlichen tationskörper, die an Chaetophoreen und Coleo- chaeten einer-, an Siphoneen andererseits an- klingen. Die in der Mitte der Sprosse liegenden Fäden pflegen wenig gefärbt zu sein, die gegen 1 die Peripherie ausstrahlenden aber beherbergen eine reiche Fülle von Chromatophoren und werden deshalb auch als Assimilatoren bezeichnet. Die Sporangien und auch die Gametangien sitzen dann mit Vorliebe an der Basis der Assimila- toren (Fig. 60). Einige Beispiele mögen das erläutern. Algeu 153 Elachistea bildet auf größeren Tangen hervorgehen. Beispiele: Dcsmotrichum stellt Polster von 5 bis 10 mm Durchmesser (Fig. 49). ziemlich sclimale Bänder dar, die durch L.ängs- Diese bestehen aus dichtgedrcängten Fäden, die und QuerteUungen von kaum verzweigten Fäden eine Art Mark (m) und eine aus Assimilatoren (a) entstehen. Punctaria ist auf dem gleichen gebildete Rinde untersclieiden lassen. Ein Teil Wege zu einer breiten Thallusfläche (einer brau- der AssimUatoren ragt in Form langer flutender nen Ulva) geworden, die aus wenigen nicht Fäden (a') über das Polster her- vor. Die Fortpflanzungsorgane liegen an der Grenze der farbigen und der farblosen Schicht. Die Arten der Gattung Leathesia sind ähnlich gebaut wie die vorerwähnten Formen, nur sind die die Polster über- ragenden Fäden farblos. Die Leathesien werden oft zu un- regelmäßigen Blasen von erheb- licher Größe. Die Myrionemen sind dann wieder flache Scheiben, welche dem Substrat angepreßt, aus parallel gerichteten Assimi- latoren gebildet werden. Wieder im scharfen Gegen- satz dazu steht Castagnea (Eudesme). Die Alge bildet (Fig. .50) reich verzweigte Sproß- systeme von 10 bis 20 cm Länge und wenigen Millimetern Dicke, das Ganze ist aber weich und gallertreich. Der Körper besteht (vergleiche auch Codium) aus locker miteinander verschlungenen Fäden. Es ist ein Hauptfaden vorhanden (k) mit zalilreichon Seiten ästen (h). Sie alle legen sich der Länge nach aneinander, werden auch tanartig gewuuden und entsenden dann in radialer Richtung Seitenzweiglein, die zu Assimilatoren werden und mehr oder weniger paliss adenartig an- einander schließen. Letztere tra- gen auch (Fig. 50, 2) die Sporangien. An ganz jungen Pflanzen kann man (Fig. .50, 3) die übliche Ecto- carpeen- Verzweigung erkennen. Die einzelnen Fäden haben inter- calare Wachstumszonen (v). Von diesen geht die Bildung der Seitenzweige aus und letztere legen sich bald dem prhnären sogenannten Zentralfaden parallel. Später erst zeigen sich dann die auswärts gekehrten Zweige. Recht kompliziert gebaut sind endlich die Chordarien. Hier haben wir nur einen oder einige wenige aber recht ki'äftige Zentral- fäden. Diese büden ausgiebige (oft wirtelige) Verzweigungen und von ihnen geht die Bildung einer mehr oder weniger dichten und kompHzierten Rinde aus. Noch bunter sind differenzierten Zellagen (Fig. 51, 4) besteht die Sporochnideae (Nereia, Sporochnus u. a.), I über diese muß die SpezialHteratur nach- gesehen werden. Fig. 51. 1 — 3 Stichyosiphon. 1 -Junger Zweig, 2 Längs-, 3 Querschnitt, c Zentralk Jrper; r Rinde; i AVachstumszone. 4 Desmotrichum. Habitus. 5 Punctaria. Thallusfläche, quer, h Hcare; u Sporangien; p Gametangien. b) Punctario-Scytosiphoneenreihe. Diese Gruppe büdet kompakte Gewebe, welche durch Teilung aus relativ einfachen Fäden Die Gametangien (g) und Sporangien (u) sind in die Fläche eingesenkt. Auf reich verzweigte Fäden geht Stichyosi- phon zurück. Fig. 51, 1 zeigt zur Genüge, daß in den Hauptästen reichlichere ^ in den Nebenästen spärUchere Teilungen einsetzen. Diese führen in den größeren Sprossen zur Bildung längerer, 154 Algen schwach gefärbter Zellen in der Mitte und zur Entstehung dunkelfarbiger Assimilationszellen an der Peripherie (Fig. 51, 2). Fast jede Zelle der Oberfläche kann zu einem Sporangium (pp) werden (Fig. 51, 3). In anderen Gattungen oder Ai-ten stehen dieselben etwas regelmäßiger und gruppenweise zusammen. Mancherlei Verbindungsglieder führen hinüber zur Chorda, der Meersaite. Das sind bis zu 3 oder gar 4 m Länge und 2 bis 4 mm Durchmesser erreichende seltsame braune unverzweigte Ge- bilde, die tatsächlich am ersten mit einer Saite verglichen werden können. Mit Krallen am Boden festgeheftet, erheben sich die federkieldicken Schnüre fast vertikal im Wasser und lassen ihre obere Hälfte auf der Oberfläche fluten. Das geht, weil die Saiten liohl werden und dann Luft füluen. Die Keimlinge haben nur eine Reihe von Zellen, später entsteht ein" ziemlich kompliziertes Gewebe (Fig. 52). An Fig. 52. Chorda F i 1 u m. Längsschnitt des Sprosses, r Rinde, c Zentralkörper, If Längs- fasern, h Hyphen. den mittleren Hohlraum angrenzend finden sich stark gestreckte, straff gespannte, ziemlich dünne Längsfäden (if), wohl mechanische Elemente. Dann folgen lange aber auch weite Zellen mit einer geringen Zahl von Chromatophoren. Die innerste Schicht dieser Langzellen sendet nach innen hin annähernd horizontale, verzweigte Zellfäden, sogenannte Hyphen (h) aus, welclie die Längsfäden durchwuchern und mit ihnen ein ziemlich festes Gewebe herstellen. Alle gestreck- ten Zellen bilden den Zentralkörper. An der Peripherie (Rinde) werden die Zellen wieder kleiner und produzieren keulenförmige assimi- lierende Elemente (Paraphysen). Dieselbe Rinden- zelle, welche eine Paraphyse liefert, produziert daneben auch ein Sporangium und nur solche sind bekannt, niclit aber Gametangien. 2. Cutleriaceae. Der wichtigste Ver- treter dieser Familie ist die Gattung Cutleria. Sie ist besonders dadurch aus- gezeichnet, daß geschlechtliche und ungeschlechtliche Fortpflanzungs- organe auf ganz verschieden gestalteten Vege- tationskörpern gebildet werden, so daß tat- sächlich zwei Generationen entstehen. Die ungeschlechtliche Generation wird gebildet von braunen Scheiben oder Krus- ten (Fig, 53), welche dem Gestein am Meeres- boden fest angepreßt sind. Diese führten f r ülier den Namen A g 1 a o z o n i a. Sie pro- duzieren auf ihrer Oberseite dicht gedrängt zahh'eiche Zoosporangien, welche recht große Zoosporen entlassen. Aus diesen geht bei der Keimung die geschlechtliche Generation die eigentHche Cutleria hervor. Sie Fig. 53. Aglaozonia- Scheiben der Cutleria im Längsschnitt, sp Sporangien. stellt entweder einfache flache Scheiben dar, oder aber Vegetationskörper, welche durch vielfache Risse in zahlreiche bandförmige Abschnitte zerlegt sind. Besagte Thallome besitzen ein sogenanntes trichothallisches Wachstum, d. h. ihr Rand ist aufgelöst in zahlreiche Haare und dort wo diese in die festen Gewebemassen übergehen, finden Teilungen statt, welche einerseits die Haare nach außen hinausschieben, andererseits neue Elemente an den festen Thallus anbauen. Die Cutlerien besitzen im Innern ihrer Sprosse ein großzelliges Gewebe (Fig. 54, 1), dieses wird gedeckt durch eine kleinzellige Epidermis und aus dieser entspringen dann Büschel farbiger Fäden, welche die Gametan- gien tragen (Fig. 54, 1). Die männlichen Gametangien (Fig. 54, 2) produzieren wieder zahlreiche, fast farblose Spermatozoiden. Die weibhchen werden nur in wenige Zellen auf- geteilt (Fig. 54, 1), und diese entlassen große Gameten, welche sich mit ihren zwei Geißehi nur kurze Zeit bewegen, dann aber rasch unter Abrundung zur Ruhe kommen. Das helle Vorderende der Schwärmer bleibt erhalten und stellt den Empfängnisfleck des Eies dar. In ihn dringt dann em Spermatozoid ein (Fig. 54,5). Aus der sofort keimenden Zygote entsteht ein w^enigzelliges Säulchen, und aus diesem wächst dann an der Basis die Kruste hervor, w^elche wir oben als Aglaozonia, d. h. als ungeschlechtliche Generation be- zeichneten. Notwendig ist indessen ein solcher Wechsel der Generationen nicht. Die ungeschlecht- liche Generation kann wieder eine unge- schlechtliche erzeugen, aus der ge- schlechtlichen kann wieder eine Ge- schlechtsgeneration produziert werden, je nach den Bedingungen, unter Algen 155 welchen die Pflanze lebt. Diese kommt im Mittelmeer und an den Küsten des atlanti- schen Ozeans bis nach Norwegen hinauf vor. An den nordischen Standorten ist fast nur die A g 1 a o z o n i a vertreten, in den südlichen Standorten mögen beide Genera- tionen regelmäßig miteinander abwechsehi. Dio Komplikation dieser Erscheinung wird noch vermehrt durch den Umstand, daß nur in südlichen Meeren, z. B. im Mittelmeer, Normalbefruchtung einsetzt. An den eng- auch später noch ilu'e Herkunft aus den Seg- menten in der Anordnung verraten. Quer- schnitte ergeben, daß eine wenigzellige, zentrale Gruppe von mäßig vielen peripheren Zellen umgeben wird. Bei der Aufteilung der Segmente bleiben einige größere Zellen übrig, sie werden nicht so weitgehend zerlegt wie die übhchen Sproß- zellen. Das sind (zwi Fig. 55, 1, 2) die Initialen für die Seitensprosse. Sie wölben sich im s;egebenen Moment vor. liefern Fig. 54. Cutleiia multifida. 1 weibliche Gametangien (Oogonien), 2 männliche Gametangien (Antheridien), 3 Spermatozoiden. 4 bewegliches, 5 abgerundetes Ei, im Moment der Befruchtung. lischen Küsten keimen die weiblichen Game- ten fast alle parthenogenetisch, kommen doch dort im günstigsten Falle auf viele weibliche Exemplare einige wenige männliche. 3. Sphacelariaceae. Ganz auffallend große Scheitelzellen mit dunkel ge- färbtem Inhalt gaben den Sphacelariaceen den Namen; sie sind auch tatsächlich das Merkzeichen dieser Gruppe. Greifen wir auch hier ein Beispiel heraus, z. B. S p h a - c e 1 a r i a p 1 u m i g e r a , so hat diese Alge wieder die unvermeidliche Sohle, von der sich regelmäßig verzweigte, verhältnis- mäßig derbe Sprosse erheben. Haupt- und Nebenäste tragen zylindrische, oben gerun- dete Scheitelzellen (Fig. 55, 1). Querwände gliedern von diesen Segmente ab (Fig. 55, 1) und diese werden dann erst durch eine Quer- wand, später durch Längswände in sehr regelmäßig gestellte Zellen zerlegt, die eine neue Scheitelzelle imd damit auch die Anlage zu einem Zweig. Eine ungeschlechtliche Fortpflanzung kann durch Brutlaiospen erfolgen. Kurze Seitenzweiglein bilden 2 bis 3 kurze Arme (Fig. 55, 4) und lösen sich alsdann von der Mutterpflanze los, indem der Stiel bricht. Der geschilderte Aufbau erfährt im ein- zehien bei verschiedenen Formen mancherlei Modifikationen. Komplikationen treten ein durch Berindung der Hauptsprosse usw.. Vereinfachungen durch Reduktion der auf- rechten Triebe und Ausgestaltung der Soh- len usw. Die Gattungen Stypocaulon und H a 1 0 p t e r i s sind die Vertreter emes etwas anderen Typus. Die Scheitelzellen ' sind hier noch auffallender als sonst (Fig. 56). Die Seitensprosse werden nicht wie oben. aus Derivaten der Segmente gebildet, son- 156 Algen dern aus der Scheitelzelle selber. In dieser ensteht eine schräge, uhrglasförmige Wand und schneidet eine etwa linsenförmige Zelle (zwi) heraus. x\nfangs nahe dem Scheitel gelegen, wird sie durch das weitere Wachstum der Scheitelzelle auf die Seite geschoben und An den älteren Sprossen kommen sekun- däre Rindenbildungen usw. vor. Noch komphzierter ist Ciados tephus. Die Hauptachsen tragen zahlreiche primäre Wirteläste in gleichmäßigen Abständen, zwi- schen, diese werden sekundäre eingeschaltet. Diese sind die fruktifizierenden. Auch sonst noch Komplikationen (vgl. ,, Literatur"). Fortpflanzung aller Sphacelariaceen wie bei den Ectocarpeen. Sporangien und Gamet- angien meist etwas kürzer als bei den Ecto- carpeen, dafür wenig breiter (Fig. 55). Fig.55. 1 Sphacelaiia plumigera. 1 Sproß- spitze, V Scheitelzelle, s Segment, os oberes, us unteres Segment. 2 Sphacelaria bracteata. I 3 Sphacelaria Reinkei; Sproß mit Zweig- initialen zwi Zweiginitialen und Fruchtast." 4 Zweig mit Gametangien. wächst dann zum neuen Sproß aus. Die Zweiginitialen geben schon sehr zeitig durch Uhrglaswand eine Zelle (ax) ab, welche dem Muttersproß zugekehrt ist. Diese rückt bald I ganz in die Achsel; sie kann, verschiedenen! Gebilden — auch Sporangien und Gamet- angien • — den Ursprung geben. Alle diese Gebilde nennt man dann pseudoaxillär. In unserer Figur 56 entstanden so die Haare (h). Die auf dem beschriebenen Wege ge- ' bildeten Zweiginitialen wandeln sich natür- lich zu normalen Scheitelzellen um und können dann unter andauernder Betätigung Langtriebe (Itr) bilden. Vielfach aber stellen sie ihr Wachstum zeitig ein, dann gibt es Kurztriebe (ktr). Fig. 56. Stypocaulon. v Scheitelzelie. zwi Zweiginitialen, ax pseudoaxilläre Zellen, li Haare Itr Langtriebe, ktr Kurztriebe. 4. Laminanaceae. Die Laminarien sind die größten unter allen Algen. Formen von Yo m Höhe sind Zwerge unter iimen. Nereocystis und M a c r 0 c y s t i s er- reichen eine Länge von 80 bis 100 m. Die Laminarien finden sich in großen Mengen in den Meeren um den Nord- und Südpol, und von dort aus erstreckt sich ihr Verbreitungs- gebiet nach Südafrika und Südamerika einer- seits, an die Küsten des atlantischen und stillen Ozeans andererseits. So sind au eng- lischen und französischen Küsten Laminarien noch recht häufig. In den wärmeren Meeren aber treten sie stark zurück. Wir gehen aus von einfachen Formen wie Laminaria saccharina (Fig. 57). Diese gleicht einem gestielten Blatt, Die Pflanze wird mit derben Krallen, welche das Algen 157 Gestein umklammern, festgehalten ; von ihnen erhebt sich ein runder Stiel, und dieser trägt Fig. 57. Laminaria saccharina. 1 Pflanze im Laubwechsel, 2 Sporangien mit Paraphysen. dann eine mehr oder minder breite Spreite. Letztere ist bei der genannten Form zungen- f örmig. Bei Laminaria d i g i t a t a und bei nicht wenigen anderen Arten ist das Blatt breiter, wird aber durch zahlreiche Längsrisse zerschlitzt. Eine Eigenart der Laminaria ist es, ihr Laub abzuwerfen. In den nördlichen Meeren beginnt etwa im Februar eine Zone rapide zu wachsen, welche an der Uebergangsstelle des Stiels in die Spreite liegt. Durch das hier gebildete Meristem entsteht zunächst (Fig. 57, 1 rechts) eine kleine scheibenförmige Erwei- terung. Diese wächst aber im Laufe weniger Wochen zu einem neuen Laminariablatt heran (Fig. 57. 1 hnks). Die alte Spreite wird, wie aus der Figur ersichthch ist, noch lange Zeit auf der Spitze der jungen getragen, schließlich aber fällt sie der Zerstörung durch die Wellen anheim. Das mag im Mai vor sich gehen. Im Laufe des Sommers oder gegen den Herl)st hin, an manchen Orten sogar noch im Winter, werden dann auf dem Laub die Sporangien gebildet, von denen wir gleich reden wollen. An die ei^^entlichen Laminarien schließen sicli die Lessonien an. Das sind Algen des Feuer- landes, welche Baumform annehmen. Bis zu avms- Fig. 58. Lessonia. Kleine, junge Pflanze. dicke aufrechte Stämme verzweigen sich reich- lich, und aUe Zweige gehen an ihren Enden in flache Triebe über. Auch hier hegt an der Grenze zwischen Stiel und Spreite eine wachstumsfähige Zone. In dieser vollzieht sich die eigenartige 158 Algen Verzweigung der Pflanzen. In dem basalen Meristem entstehen nämlich Längsrisse, und diese dehnen sich nach oben hin so lange aus, bis die ursprünglich einheitliche Fläche in annähernd gleiche Hälften zerlegt ist. Der Spaltung des Blattes folgt auch die des Stieles bis zu einem gewissen Grade. Die Abbildung Figur 58 zeigt das ohne weiteres. Hierher gehört dann auch die seltsame Macrocystis von der Südspitze Südamerikas. Tief unten am Meeresgrunde festgekrallt, ent- sendet sie aufrechte Sprosse viele Meter weit bis an die Oberfläche des Wassers. Hier biegen dieselben um und schwimmen nun wie lange Peitsclienäste auf dem Wasser. Die Sprosse tragen seitwärts eine große Anzahl blattähnUcher Gebilde. Diese hängen im Wasser von den Hauptsprossen herab. Große Blasen, welche die Blätter nahe an ihrem Insertionspunkte führen, sorgen dafür, daß das Ganze an der Oberfläche scliwimmend erhalten bleibt (Fig. 59). Das Spitzenwachstum von Macrocystis ist sehr seltsam. Am Ende der Sprosse sitzt eine große Fahne. An der in Figur 59 mit v be- in ständiger Teilung begriffen und fügen von außen her immer neue Elemente an die alten Die älteren Zellen strecken sich in dem an Maße, als sie weiter nach innen zu liegen Fig. 60. Längsschnitt durch den Stil eines Laminaria-Keimlings. r Rinde, c Zentralkörper, m Mark. Fig. 59. Macrocystis pyrifera. 1 Habitusbild ungeheuer verkleinert, 2 Endstück des Sprosses, v Wachstumszone. zeichneten Stelle spalten Risse von der Endfahne immer neue Riemen ab und diese formen sich dann zu „Blättern" um. Eine kleine Gruppe von Laminarien, zu denen Alaria gehört, ist ausgezeichnet durch eine derbe Mittelrippe, welche durch die ganze Spreite verläuft, und dieser die nötige Festig- keit verleiht. Alle Laminariaceen sind entweder in ihren Stielen oder in ihren Spreiten ganz außer- ordentlich biegsam und können infolge dessen auch dem Wellengang den nötigen Widerstand entgegensetzen. Der anatomische Aufbau wird am besten durch die Figur 60 illustriert. In den Stielen findet sich außen ein ziemhch kleinzelliges Rindengewebe (r). Die peripheren Zellen sind kommen. Die innersten lösen sich außerdem noch mit ihren Längswänden voneinander los und rücken weit auseinander. Zwischen die entstehenden Lücken wachsen dann viel- 1 verschlungene Fäden, sogenannte Hyphen ■ ein, und bilden hier das sogenannte Mark (m). Alle langgestreckten Zellen nennt man Zentral- ' körper (c). Die Spreiten sind ähnlich gebaut. Die Auflockerung der Zellen in der Mitte geht weiter, Hyphen pflegen zu fehlen. Bei manchen Laminariaceen kommen in den Stielen noch siebrölu-enähnliche Gebilde vor ; aucli werden bei manchen Formen eigcn- , artige Schleimhöhlen gefunden. Zum Zwecke der Fortpflanzung bildet die Algen 159 äußerste Zellschicht pallisadenähnliche Zellen aus (Fig. 57, 2), die sogenannten Paraphysen, und zwischen diese sciiicben sicli dann Sporan- gien ein. Die aus ihnen hervorgehenden Schwärmer liefern wieder neue Laminaria- pflänzchen. Nach einer Angabe sollen sie vorher paarweise miteinander verschmelzen, jedoch ist das nicht ganz klar. b) Akinetosporeae. Allen Angehörigen dieser kleinen Gruppe gemeinsam ist der Besitz unbeweglicher Fortpflanzungsorgane neben den üblichen Sporangien und Gametangien. I. Tilopteridaceae. Hierher gehören Akinetospora, Haplospora (= Scaphospora), Tilopteris. Kenntnisse noch lückenhaft, weil die Ai-ten nicht häufig sind. Die genannten Gattungen besitzen den Habi- tus mittlerer Ectocarpeen. Zumal bei Tilopteris werden die älteren Sprosse durch Längs- und Querteilung der Fadenzellen vielzellig. Die Zellen haben annähernd den bei Phaeophy- ceen üblichen Bau. An Fortpflanzungsorganen sind bekannt: 1. Uniloculäre Sporangien, ähnhch wie bei Ectocarpeen. 2. Plurüoculäre Sporangien, mit großen Fächern, die großen aus ihnen austretenden Schwärmer keimen dhekt. Vielleicht sind es parthenogenetisch keimende Eier. 3. Pluriloculäre Sporangien mit zahlreichen kleinen Fächern und kleinen Schwärmern, wohl Fig. 61. Haplospora. m Monosporangien, pl plurilokuläre Sporangien. Antheridien oder Spermatozoiden. Sie hegen in lau'zen Seitenzweiglein (Fig. 61, pl). Die kleinen Zellen umschließen mantelartig einen Hohlraum. Diese eben genannten Organe sind bislang nicht alle, bei allen Gattungen und Arten nachge- wiesen. Ueberall gefunden sind aber die 4. Monosporangien, sehr große gestielte oder in den Fäden liegende Zellen (m Fig. 61), welche in der Regel einen, bei Haplospora aber unter gewissen Bedingungen, 4 Kerne führen. Bei der Reife tritt aus den in Rede stehenden Ge- bilden eine große Monospore aus. In einigen Fällen ward die Keimung beobachtet, in anderen rasches Zugrundegehen angegeben. Die verschiedenen Fortpflanzungsorgane kön- nen wohl vielfach nebeneinander vorkommen, doch gibt es auch Fillle, in welchen nur eine Sporangienform allein beobachtet wird. 2. Choristocarpaceae. Fädige Formen im Wachstum den Sphacela- riaceen nahestehend. Sie besitzen Sporangien und wohl auch Gametangien, daneben kommen keulige Brutknospen vor, die nur aus wenigen sehr großen Zellen bestehen. c) Cyclosporeae. Die geschlechthche Fortpflanzung geschieht durch große, unbe- wegliche, nackte Eier und kleine, leicht bewegliche Spermatozoiden. Soweit eine ungeschlechtliche Fortpflanzung vorhanden ist, erfolgt sie durch unbeweghche Sporen. I. Dictyotaceae. Dictyota dicho- toma hat bandförmige Sprosse, welche alle in einer Ebene diciiotom verzweigt sind. Dieselben werden aus einer mittleren Schicht großer, schwach gefärbter Zellen aufgebaut, die beiderseits von einer kleinzelligen, stark gefärbten Epidermis überzogen sind (Fig. 62). Die Sprosse wachsen mit einer Scheitelzelle, welche durch gebogene Wände Segmente abgliedert. Die Dichotomierung erfolgt durch Längsteilung einer Scheitelzelle. Von der Epidermis entspringen Gruppen langer, farbiger Haare (Fig. 62). Die ungeschlechtliche Fortpflanzung' erfolgt durch sogenannte Tetrasporen, die ich wohl als Aplanosporen auffassen möchte. Zur Bildung derselben wölbt sich eine Epidermiszelle zu einer großen Kugel vor, und in dieser wird dann der Inhalt in vier Teile zerlegt, von denen jeder eine Tetraspore darstellt (Fig. 62, 1). Diese schlüpfen aus, in- dem sie die Wand durchbrechen, und er- scheinen nunmehr als nackte Kugehi, welche sofort keimen. Bei Beginn der geschlechtlichen Fort- pflanzung wölben sich auf gewissen Indivi- duen Gruppen von Epidermiszellen vor und bilden große, intensiv eefärbte Zellkomplexe^ die Oogonien (Fig. 62.2). Aus jedem Oogon schlüpft ein großi'S Ei heraus. Auch die Antheridien (Fig. 62, 3) gehen aus Epidermis- zellen hervor, welche sich weit vorwölben. Die vorgetriebenen Zollen werden nun aber durch zahlreiche Wände geteilt, und aus jeder der so entstellenden kleinen Zellen schlüpft ein fast farbloses Spermatozoid aus. Die Spermatozoiden verschmelzen mit dem Ei, und die Zygote keimt sofort. Man kann bei Dic'tyota dreierlei verschie- dene Individuen imterscheiden: solche mit Tetrasporen, mit Oogonien und mit Antheri- 160 Algen dien, und es wurde der Nachweis erbracht, daß die Tetrasporen pflanzen bei Kern- teihmgen 32 Clnomosomen erkennen lassen, und zwar bis zu dem Zeitpunkt, wo die Tetra- sporen gebildet werden. In den Tetra- sporangien wird dann die Chromosomenzahl auf 16 reduziert, und diese wird durch alle geschlechthchen Pflanzen beibehalten. Infolge der Befruchtung bekommt der Zygoten- kern dann wieder 32 Chromosomen. Durch die Kultur ist nachgewiesen, daß aus den Auftreibungen des Thallus. Der Thallus hat eine ziemhch derbe Mittelrippe und ist mit einer sehr starken Haftscheibe am Substrat befestigt. Wir verstehen den Aufbau der Pflanze am besten, wenn wir vom Keim ausgehen. Die kugelige Zygote wird bei der Keimung birnförmig, durch eine Querwand wird sehr bald die Wurzel vom Sproß geschieden (Fig. 63,1). Der Sproß liegt auf der Licht-, die Wurzel auf der Schattenseite. Die Wurzeln Fig. 62. Dictyota dichotoma. Nach Thuret. Thallusquerschnitte, 1 mit Sporangien, 2 mit weiblichem, 3 mit männlichem Sorus, 4 Spermatoid. Nach Williams. Tetrasporen immer Geschlechtspflanzen, und aus den Zygoten immer ungeschlechtliche Individuen hervorgehen. In die Familie gehört noch Taonia Atomaria, mit ähnhchem aber unregel- mäßigerem Wuchs als Dictyota. Ferner Padina Pavonia, die „Orechio di mare" der Italiener, mit blattartigen, fächerförmigen Sprossen, die meist zusammengerollt sind. Endlich Haliseris mit fucusähnlichem Ha- bitus. 2. Fucaceae. Von den Fucaceen leben F u c u s und seine nächsten Verwandten vorzugsweise in nordischen Meeren und suchen mit Vorliebe diejenigen Regionen auf, welche zwischen Hoch- und Niedrigwasser liegen. Sargassum, Cysto sira und andere bevorzugen die wärnif ren Meere und wachsen meistens ein wenig tiefer. a) Die F u c u s r e i h e beginnt mit der Gattung Fucus. Das sind in einer Ebene gabelförmig verzweigte, breit riemenförmige Gebilde, welche vielfach mit Schwimmblasen versehen sind. Letztere entstehen einfach als heften den Keimling unter mehrfacher Verzweigung am Substrat fest. Die Sproß- zelle wird durch vielfache Wände zerlegt und geht dann bald in ein keulig abgeflachtes Gebilde über (Fig. 63, 2). Schon . früh er- scheint auf dem Scheitel ein Spalt mit lippenförmigen Rändern. Aus dem Grunde desselben brechen Haare hervor, und zwischen diesen erkennt man auf Längssclmitten die Scheitelzelle, welche anfangs dreiseitig, später aber vierseitig ist. Ihre sehr eigenartigen Teilungsfolgen mögen in den Handbüchern nachgesehen werden. Figur 63, 3 gibt einige Andeutungen. Das durch die Aufteilung der Scheitel- zellsegmente entwickelte Gewebe ist an der Oberfläche eine fest geschlossene Rinde. Diese gibt, wie bei Laminaria, nach innen Zellen ab, die sich erheblich strecken, und unter Schleimbildung mit ihren Längs- wänden voneinander lösen (Fig. 63, 3). Querverbindungen bleiben natürlich erhal- ten. In der Mittelrippe produzieren jene Längswände zahlreiche Auswüchse — Algen 161 Hyphen. Sie zeichnen sich durch stark ver- dickte Wände aus, schlängehi sich zwischen den primären Gewebeelementen der Mittel- rippe hindurch nach abwärts und bedingen die außerordenthche Zugfestiakeit der Rippe von Fucus. Die untersten Hyphen brechen wächst in und über der Brandung, verträgt auch das Austrocknen auf kurze Zeit. Himanthalia bildet lange, schmale gabelig verzweigte Riemen, die in der Bran- dung fluten. Die ganzen Riemen tragen Fort- pflanzungsorgane. Die Pflanze ist mit einer starken Haftscheibe am Substrat befestigt, über derselben besitzt sie eine auffallende scheibenförmige Verbreiterung. Diese er- nährt die Pflanze, bis sie völlig verankert ist, dann erst werden die Riemen gebildet. Fig. 63. Fucus. 1 junger Keimling, 2 älterer Keimling, 3 Längsschnitt senkrecht zur Fläche einer älteren Keimpflanze, 4 Sproßspitze einer alten Pflanze. dann an der Basis der Pflanze hervor und bauen die Haftscheibe mit auf, indem sie, dem Substrat angeschmiegt, nach allen Richtun- gen hin durcheinander wachsen. Der ganze Thallus ist mit Haargruben bedeckt, d. h. mit flaschenförmigen Vertie- fungen, welche nur mit einem engen Porus nach außen münden. Sie entstehen dadurch, daß eine Epidermiszelle durch vielfache Teilungen ihrer Nachbarn in das Gewebe versenlit wird. Die die Gruben innen aus- kleidenden Zellen wachsen zu Haaren aus und diese ragen aus der Mündung des ganzen Gebildes weit hervor, zumal wenn die Pflanzen längere Zeit intensiv belichtet werden. An Fucus schließt sich A s c o p h y 1 1 u m mit schmalen bandförmigen und schwach dichotom verzweigten Hauptsprossen. Die Pflanze ist vor allem dadurch ausgezeiclmet, daß sie aus eigenartigen Gruben am Rande des Thallus Astbüschel entsendet, welche einer seitlichen Verzweigung ihr Dasein verdanken. Pclvetia ist eine recht kleine Form, sie Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Band I. Fig. 64. Längsschnitt durch das Conceptakiilum von Fucus. a Antheridien, o Oogonien. Eine ungeschlechtliche Fort- pflanzung gibt es bei Fucus nicht, die ge- schlechtliche ist dafür um so aus- giebiger. Die Sexualorgane stehen in soge- nannten Konzeptakehi. Diese gleichen in ilu-er Entstehung vollkommen den Haar- gruben, nur tragen sie (Fig. 64) auf ilu-er Innenseite neben mancherlei Haarbildungen die Oogonien und Antheridien. Beide Organe können, je nach der Spezies, in demselben Konzeptakulum vereinigt sein, oder aber sich auf verschiedenen Individuen der Fucus- pflanze vorfinden. Die Oogonien sind kugel- bis eiförmige Zellen (Fig. 65), die mit emem Stiel der Konzeptakelwandung ansitzen. Ursprünghch enthalten sie einen Kern ; er teilt sich aber später in acht und um jeden ballt sich ein Ei. Die Eier sind zunächst noch gegenemander 11 162 Algen abgeplattet. Sind sie annähernd reif, dann lösen sie sich, von der innersten Wandschicht des Oogons nmgeben, von dem Stiel los (Fig. 65, 4), schlüpfen durch die Höhlung des Konzeptakulnms und werden durch die an dessien Miüidung befindlichen Fäden liinaus- geleitet. Liegen die Pflanzen bei Ebbe frei, wie das ja vermöge des oben erwähnten Stand- I ijr 65 Fucus. 1 Antheridienstand, 2 Anthe- ridien in der Entleerung, 3 reifes Oogon noch auf dem Stiel, 4 dass'elbe losgelöst, 5 Befreiung der Eier, 6 Ei im Moment der Befruchtung, sp Spermatozoiden, st Stiel. ortes häufig ist, so sammehi sich die ausge- tretenen Oogonmassen vor der Konzcptakel- mündung in Form von Häufchen an, die noch von Schleim umgeben sind. Tritt dann bei steigendem Wasser die Wiederbenetzung ein, so wird die umhüllende Oogonmembran gesprengt (Fig. 65, 5), und die Eier gelangen, völlig zur Kugel gerundet, ins Wasser. Hier schweben sie, weil sie annähernd das spezifische Gewicht des Wassers haben. Die Antlieridien stehen in großer Zahl auf verzweigten Fäden (Fig. 65,1), welche der Konzeptakelwand angeheftet sind. Sie sind kleine, birnförmige Körper, welche sich ebenfalls von ihren Mutterfäden loslösen und aus der Konzeptakelöffnung herausgeführt werden. Nach der Benetzung entlassen sie zahh^eiche kleine Spermatozoiclen (Fig. 65,2), welche noch die Form der Phaeosporeen- schwärmer besitzen, aber ihren Chroma- tophor eingebüßt haben. Erhalten ist der Augenfleck, und an diesem sitzen die Geißehi. Bei den zweihäusigen Formen kann man Eier und Spermatozoiden zunächst getrennt sammehi. Vereinigt man sie später in einem Uhrglas oder etwas Aelmhchem, so stürzen die Spermatozoiden in ungeheueren Mengen auf die Eizellen ein und bringen diese gelegent- lich in rollende Bewegung. Bald aber di'ingt ein Spermatozoid in die Eizelle ein ; dann wird die Zygote sehr rasch von den noch anhängen- den Spermatozoiden gesäubert. Die Zygote keimt sofort in der oben geschilderten Weise. Ascophyllum bildet im Oogon nur vier Eier aus; trotzdem werden zunächst acht Kerne gebildet, aber vier von ilmen degene- rieren. Die im vegetativen Aufbau dem Fucus sehr ähnhche Pelvetia hat zwei Eier und sechs, Himanthalia ein Ei und sieben über- zählige Kerne. S a r g a s s u m - R e i h e. Alle Vertreter dieser Gruppe sind ausgezeiclmet durch den Besitz einer dreiseitigen Scheitelzfille. Die Haldrys siliquosa ist in einer Ebene ver- zweigt, hat nur wenig abgeflachte Haupt- und Seitensprosse und erhielt ihren Namen von den schotenähnlichen, gekammerten Luftblasen. DieCystosiren fallen besonders dadurch in die Augen, daß sie einen relativ kurzen und dicken Hauptsproß besitzen, von welchem dann lange, reich verzweigte Aeste ausgehen (Fig. 6b. 1). Diese sind sehr mannigfaltig gestaltet und tragen die Kon- zeptakeln in fast alle Endverzweigungen ein- gesenkt (Fig. 66, 2). Die Sargassumarten sind dadurch be- rühmt geworden, daß sie an relativ wenigen aber langen Hauptachsen zahlreiche kurze Seitentriebe entwickehi. Jeder derselben bildet (Fig. 66, 3) zunächst einen blattähn- lichen flachen Sproß (bsp), dann ein oder zwei kugelige gestielte Schwimmblasen (Ibl) und endlich Sprosse mit Konzeptakehi (fspr). Die Oogonien und Antlieridien sind im wesentlichen dieselben wie bei Fucus. Jedoch wird in jedem Oogon immer nur ein Ei entwickelt; trotzdem sind auch hier in dem- selben ursprünglich acht Kerne vorhanden. Neben den beiden genannten Gattungen gibt es noch viele andere, sehr mannigfaltig Algen 16c differenzierte, die hier keine Erwähnung finden können. Sargassum wächst besonders reichlich an den Küsten Westindiens, der Bahama- Insehi usw. Losgerissene Sprosse führt der Golfstrom in Mengen mit und häuft sie an Orten auf, w'o mehrere Arme desselben sieh Fig. 66. 1 junge Pflanze von Cystosira bar- bata, 2 Fmchtsproß von Cystosira crinita, 3 Sargassum, Langtrieb, bsp Basalsproß, fspr Fruchtsproß, Ibl Luftblase. begegnen. Das ist dann die Sargassosee, welche zwischen Westindien und Nordafrika etwa das Gebiet zwischen dem 10. und 50. Grrd nördlicher Breite und dem 20. und 90, Grad westlicher Länge einnimmt. Seit Kolumbus ist sie viel umfabelt, in Wirk- lichkeit ist sie unendlich harmlos. VI. Rhodophyceae. Diese große Gruppe, die man auch als Florideen bezeichnet, ist durch alle Meere aller Zonen verbreitet. Es hat den Anschein, als ob sie in den wärmeren Meeren etwas reichlicher vertreten seien, aber auch die kälteren beherbergen der Formen genug. Florideen meiden salzärmere Meere wie z. B. die Ostsee keineswegs. Einige von ilmen sind sogar in das Süßwasser eine;ewandert. Dahin gehört z.B. Batrachospermum, das stehende wie auch fließende Süßwässer be- wolmt. Ferner wären zu nennen Lemanea-, Tuomcya-, Chantransia-, Delesseriaarten, die in kalten rasch fließenden Bächen ver- schiedener Weltgegenden sich angesiedelt haben. Die Zellen der Florideen beherbergen in den meisten Fällen einen einzigen Zell- kern. Dort aber, wo die ersteren sich erheb- lich vergrößern, wird aucji die Zahl der Kerne vermeint. Die Chromatophoren sind platten- förmig mit vielfach sehr unregelmäßigen Um- rissen, aber auch Linsenformen usw. sind nicht selten. Allbekannt ist, daß die typische Farbe der Florideen ein intensives Rot ist. Sie wird hervorgerufen durch das Phycoerythrin, einen kristaUisier baren Ei- weißkörper. Dieser ist aber nicht allein vor- handen, sondern neben demselben ist Chloro- phyll gegeben. Der rote Farbstoff überdeckt den grtmen. Zerreibt man die Algen in Wasser, so werden die Zellen mehr oder minder grün, der rote Farbstoff geht in Lösung. Neben jenem roten kommen aber auch noch vielfach blaue und andere Farb- stoffe vor und diese bedingen es, daß die Farbe unserer Algen von dem typischen Eot vielfach abweicht. Das ist besonders der Fall bei Formen, welche an der Meeres- oberfläche leben und regelmäßig auch bei den Süßwasserformen, z. B. erscheint Batra- chospermum blaugrün . Die Rhodophyceae bilden in der geschlecht- lichen Fortpflanzung Carpogone, das sind flaschenförmige Zellen mit mehr oder weniger langem Fortsatz — der Trichogyne. Diese wird durch unbewegliche, nackte männliche Zellen — Spermatien — befruchtet. Nackt und unbeweglich sind die nach der Befruch- tung entstehenden Carposporen, ebenso wie die ungeschlechtlichen Fortpflanzungszellen, die Mono- und Tetra- Sporen. a) Bangiales. Diese Gruppe enthält nur eine kleine Familie, die Bangiaceae. Die Carpogone besitzen so kurze Fortsätze, daß man kaum noch von einem Trichogyn reden kann. Thallusbau sehr einfach. Bei E r y t h r 0 t r i c h 1 a haben wir Soh- len, von welchen sich meist unverzweigte Fäden erheben. Diese bestehen aus eüier einzigen Zellreihe, doch sind einige Längs- teilungen in ihnen nicht selten. B a n g i a stellt ebenfalls unverzweigte Fäden oder Borsten dar, die aber durch Längs- und Querteilungen vielzellig werden (Fig. 67, 1). Porphyra endlich entwickelt in der Jugend auch einfache Fäden, sehr zeitig aber ver- breitert sie sich zu ein- oder zweischichtigen Flächen, welche Handgröße erreichen können. Die einzehie Zelle besitzt ein Stern- chromatophor mit einem zentralen Pyrenoid. Das Chlorophyll wird überdeckt durch wasser- n* 164 Alsen lösliche rote, blaue usw. Farbstoffe; je nach der Mischung dieser wechselt dann die Farb- nuance der ganzen Pflanze. Die ungeschlechtliche Fortpflan- zung erfolgt durch nackte . Monosporen. Inhaltsreiche Zellen der Fäden oder Flächen werden durch feste Wände ein oder zweimal geteilt, dann schlüpft der Inlialt heraus. Im allgemeinen sind die Monosporen kugeUg gerundet bei Berührung mit einem Substrat aber können sie auch ziemlich ausgiebige amöboide Bewegungen ausführen. Sie keimen nach kurzer Zeit zu neuen Pflanzen aus. In der geschlechtlichen Fort- pflanzung werden als männliche Organe Spermatien gebildet. Das sind nackte kugelige, fast farblose Zellen, die aber jeghcher Eigen bewegung entbehren. Sie entstehen durch vielfache Teilungen aus fast allen ZeUen des Thallus (Fi?. 67, 2). Die weibhchen Zellen, wir wollen sie Oogonien nennen (andere Autoren sprechen Fig. 67. 1 Bangia atropurpurea. Quer- schnitt des Thallus. 2 Er ythrotrichia obscura mit Antheridieu (a). 3 Dieselbe mit Carpogouen (cpg), welche durch Spermatien (sp) befruchtet sind. 4 Dieselbe; Carpogon (cpg) mit anhaftendem Spermatium (sp). 5 Dieselbe im Moment der Befruchtung. 6 Porphyra leucosticta; befruchtete und unbefruchtete Carpogone. von Carpogonen), entstehen dadurch, daß eine Anzahl von ThaUuszellen sich etwas ver- größert, Keservestoffe speichert und dann kurze papillenartige Fortsätze, welche schwach gefärbt erscheinen, nach auswärts treibt (Fig. 67j4). An jede Papille werden Spermatien durch die Wasserströmung getrieben, kleben dort fest, umhüllen sich mit einer Membran und verschmelzen dann unter Auflösung der trennenden Häute mit der Papillenspitze (Fig. 67, 5). Die Befruchtung dürfte m der üblichen Weise erfolgen. Nach derselben teilt sich die Zygote in mehrere Zellen und aus jeder einzelnen schlüpfen nackte Zellen — Carposporen — aus, welche unter amö- boider Bewegung keimen. Die Bangiales werden von vielen aber nicht von allen Autoren als die Vorläufer der Florideen betrachtet. b) Florideae. Die Carpogone haben eine lange, wohlentwickelte Trychogyne. Die Formenmannigfaltigkeit der Florideen ist ganz außerordentlich, sie alle zu be- schreiben ist ganz unmöghch. Deswegen greifen wir einige charakteristische Gruppen und Typen heraus. Die Vegetationsorgane treten uns in drei Typen entgegen, die freilich auch Ueber- gänge zeigen. I. Von einer Sohle, die natürlich dem Substrat aufliegt, erheben sich unregelmäßig aber reich verzweigte Fäden, die wie Ecto- Fig. 68. Gloeosiphonia. Sohle mit jungen Sprossen. carpus im Wasser fluten. Vielfach ist nur eine Reihe von Zellen in den Sprossen vor- handen, ausgeprägte Scheitelzellen fehlen (vgl. Fig. 80 Callithamnion). IL Eine Sohle trägt aufrechte, verzweigte oder unverzweigte Fäden (Fig. 68). Von diesen Algen 165 oder zwischen ihnen erheben sich derbere Aeste, welche mit Hilfe einer Scheitelzelle ein ans- giebiges Längenwachstum erfahren, und auch eine größere Zahl gleichgestalteter Seitenäste produzieren, das sind die Zentralfäden (Zen- tralachsen), welche aus einer Reihe derber Zellen bestehen (Fig. (38). Jede von diesen so- genannten Gliederzellen entsendet dann meist vier Wirteläste (Fig. 69). Die unterste und älteste Zelle jedes der letzteren, die Basalzelle (bz), trägt dann wieder eine außerordentlich große Zahl vonAuszweigungen, welche alle an- nähernd auf gleicher Höhe endigen, und auch seitwärts aneinander schließen (Fig. 69, 3). Auf diesem Wege entstehen Ringe um die Zentralachsen, welche von den vier Basal- Fig. 69. 1 Längsschnitt durch den Sproß von Calosiphonia, 2 Querschnitt durch den Sproß von Gloeos iph onia, 3 Dasselbe von Thure- tella. ca Zentralachse, bz Basalzelle der Wirteläste, r Rinde, liy Hyphen. diese legen sich fest aneinander und werden durch Gallerte verbunden. Indem sie sich verlängern, treiben sie nach allen Seiten aus- wärts gekehrte Aeste, die wiederum fest zu- sammen schließen. Aeltere Sprosse solcher Florideen zeigen dann naturgemäß in ihrem Scheitel die An- ordnung der Fäf'en, wie sie ungefähr Figur 72, 1 wieder- gibt, sie wurde mit einem Springbrun- nen verglichen. Die zentral gelegenen Fäden wachsen immer annähernd in der Richtung des Sprosses, geben aber seitwärts ständig Zweige ab, die sich nach aus- wärts biegen und schließlich eine horizontale Rich- tung erhalten. Da alle Elemente fest durch Gallerte ver- kittet werden, ent- stehen derise Sprosse , an wel- chen man einen Zentralkörper (ck) eine Innen- (ir)und eine Außenrinde (ar) unterscheiden kann. Letztere ist am dunkelsten gefärbt und assimiliert. Diese Unterschiede treten besonders auf Quer- schnitten hervor (Fig. 72, 2). Die Festigkeit Fig. 70. Batrachosper- mum. Habitusbild. Zellen gehalten werden. Sind die Glieder- zellen der zentralen Achsen lang, so bleiben die Ringe in vertikaler Richtung getrennt und die Algensprosse erhalten dadurch ein perlschnurförmiges Aussehen (Fig. 70). Da meistens ein dünner Schleim solche Florideen überzieht und deren Aeste leicht zusammen- hält, ähneln sie dem Froschlaich (Ratracho- spermum). In vielen Fällen (Fig. 69, 2) wird der Schleim fester, die Enden der Wirteläste schließen nicht bloß seitlich fest aneinander, sondern die Ringe rücken auch in vertikaler Richtung zusammen, und so entsteht dann eine feste Rinae (r), die den Wirtelaufbau äußerlich nicht mehr erkennen läßt. Die Festigkeit solcher Formen wird dann oft noch erhöht durch Fäden (Hyphen hy), welche aus den Basalzellen entspringen und an den Achsenfäden entlang wuchern usw. Von den Basalzellen können auch Berin düngen der Hauptachsen ausgehen usw. III. Die Sohle treibt unmittelbar neben- einander eine Anzahl derber Fäden (Fig. 71) Fi 1. Platoma. Sohle mit jungem Sproß. 166 Algen wird auch hier noch durch Hyphen (h) er- höht, die zumal im Zentralkörper reichlich vorhanden sind. Diesem Typus gehören die derberen Florideen an, z. B. Chondrus, Gigartina, die ja auch den Namen Knorpeltange führen. Der Bau des Thallus beweist im allge- meinen nichts für die Verwandtschaft d.er Fl )rideen untereinander — alle 3 Typen können Fig. 72. Fiircellaria. 1 Längs-, 2 Querschnitt durch den Scheitel, ar Außen-, ir Innenrinde, ck Zentralkörper, h Hyphen. in derselben Familie vertreten sein. Die phylo- genetische Zusammengehörigkeit beurteilen wir fast allein nach der Bildung der Carpo- sporen. In einzelnen Gruppen, die wir sjiäter behandeln, gibt freilich auch der anatomische Bau schon Anhaltspunkte. Wir unterscheiden folgende Haupt- gruppen : I. Nemalionales. Die sporogenen Fäden gehen niemals Verbindungen mit Zellen des Vegetationskörpers ein. Die einfachste Floridee dürfte Chan- transia sein (Fig. 73). Sie gehört dem Typus I an (S. 164). Die ungeschlechtliche (Fig. 73, 2) Fortpflanzung erfolgt durch Monosporen. Ein- zelhge Seitenäste tragen eine eiförmige Zelle, welche dicht mit Protoplasma gefüllt ist. Ihr Inhalt schlüpft aus und rundet sich kugehg ab. Ohne Zellulosemembran treibt er eine Zeitlang im Wasser. Kommt die Monospore mit einem festen Gegenstand in Berührung, so setzt sie sich auf diesem fest, umgibt sich mit Membran und wächst zu einer neuen Pflanze heran. Das scheint dann eine Ge- schlechtspflanze zu sein. Diese hat dieselbe Form wie die Monosporen tragende, läßt aber entweder Antheridien oder Carpogone entstehen. Die Sexualzellen sind auf verschiedene Lidividuen verteilt. Die Antheridien bilden Gruppen von auffallend kleinen Zellen — die Antheridien- stände (Fig. 73, 1). Das sind nichts anderes wie vielfach verzweigte Sproßsysteme mit csp. Chantransia corymbifera Thur. 1 Antheridienstände, 2 Zweig der Alge mit Monosporen (m), 3 Dasselbe mit Carpogonen (cpg), 4—6 Nemalion multif iduni, 4 Zweig mit Antheridienstandast und Carpogon; letzteres mit Spermatien, 5, 6 Entwickelung der Carpo- sporen (csp). gestauchten Achsen. Am Ende jedes Zweig- leins sitzt eine kugelförmige Zelle. Dieselbe ist ungefärbt und entläßt bei der Reife aus einem Riß ihren Lihalt, das Spermatium. Dasselbe ist ohne Geißehi auch ohne Zell- haut, es schwebt im Wasser. Die Carpogone (Fig. 73, 3) sind un- gefähr flaschenförmige Zellen mit recht langem Halse, Dieser Hals ist die Tiicho- Algen 167 gyne. Diese ist farblos. Chrom atophore { letztere eintreten, aber einer von ihnen geht liegen im Bauch des Ganzen. Wasser- ! zugrunde, der andere wandert in den Bauch Strömungen treiben von den in großer Zahl j des Carpogons und verschmilzt hier mit dem gebildeten Spermatien mindestens eines an I einzig vorhandenen Kern des ganzen Organs, die Trichogyne, dort klebt es mit Hilfe dem Eikern. Nach der Vereinigung Bildung von Schleim an der Spitze fest. Nun erhält ; von sporogenen Fäden (sf Fig. 74, 4j und auch das Spermatium eine Haut. Durch Auflösung der Wandungen zwischen der männlichen Zelle und dem Trichogjm ent- steht ein Kanal, und durch diesen schlüpft der Inhalt aus dem Spermatium in die Trichogyne hinüber, um hier in normaler Weise die Befruchtung zu vollziehen. Nach derselben wird der Bauch des Carpogons durch einen Zellulosepfropf von der Tricho- g\iic abgegliedert, und letztere geht zugrunde. Aus der Zygote, d. h. aus dem Bauch des Carpogons, sprossen Fäden hervor, die wir als s p 0 r 0 g e n e bezeichnen wollen, und diese gliedern nun unter starker Anschwellung an ihren Enden inhaltsreiche Zellen ab. Das sind die Carposporen. Diese entlassen ihren Inhalt, der wiederum zunächst ohne Membran im Wasser schwebt, dann aber irgendwo strandet und zu einer neuen Pflanze aus- keimt. Diese trägt wahrscheinlich wieder Monosporen. N e m a 1 i 0 n gehört dem Typus III an. Die Pflanzen sind so weich, daß man ihren fädigen Aufbau oft durch einfaches Zer- drüclien erkennen kann. Monosporen oder irgend etwas Aehnlichos sind nicht vor- handen. Geschlechtsorgane (Fig. 73, 4) sind dieselben wie bei Chantransia, jedoch stehen Antheridien und Carpogone an derselben Pflanze auf benachbarten Aesten beisammen. Wieder anders bezüglich der Fortpflan- zunc'sorgane verhält sich B a t r a c h o - s p e r m u m. Die aufrechten, verzweigten Fäden der Sohle (Fig. 74, 1) tragen auf kurzen Seitenzweiglein Monosporangien, aus welchen dann natürlich Monosporen ent- leert werden. Das ist das sogenannte Chan- transiastadium. Aus diesem entsteht erst das eigenthche Batrachospermum. Seiten- äste der sogenannten Chantransien werden zu ziemlich derben Flächen, welche schon im frühen Jugendstadium eine Scheitelzelle erhalten und dann zu Sprossen mit Wirtel- ästen nach dem Typus II werden (Fig. 74, 2). Die Wirteläste sind dann auch die Träger der Geschlechtsorgane. Die Antheridien smd kugelige farblose Ausstülpungen an den äußer- sten Verzweigungen der Wirteläste (Fig. 74,3). Ursprünglich einkernig, werden sie kurz vor ihrer Reife durch Mitose zweikernig. Sie entlassen dann Spermatien, die natürlich auch die beiden Kerne behalten. Wasser- strömungen treiben sie wie immer an das Carpogon, welches einem wenigzeUigen Ast (Carpogonast) aufsitzt (Fig. 74, 4). Die Ver- einigung mit der TrichogjTie ist die übhche. Beide Kerne des Spermatiums können in die Fig. 74. Batrachospermum. 1 Jugendform mit Monosporen, 2 Jugendform mit den ersten wirtelig verzweigten Langtrieben, 3 Zweig mit Antheridien (a), 4 Carpogonast, sf sporogene Fäden, hf Hüllfäden derselben. von Carposporen. Um letztere werden einige wenige Hüllfäden (hf) gebildet. D e r m 0 n e a hat einen ähnlichen Bau wie Nemalion. Es unterscheidet sich aber von allen hier bisher erwähnten Formen da- durch, daß die sporogenen Fäden nicht kurz bleiben, sondern (Fig. 75) lang auswachsen, OOOOOOQOOOOOOOQQQOOOl o,%oooooo 2 ^J 00 Fig. 75. Dermonea. Hell gehalten das Ge- webe der Pflanze, dunkel die von dem be- fruchteten Carpogon (oo) ausgehenden sporo- genen Fäden (sf). 168 Algen A zwischen den Gewebezellen der Geschlechts- pflanzen hmdurchkriechen und erst weit von dem Carpogon oder der Zygote die Carpo- sporen entwickehi. 2.Cryptonemiales. Die sporogenen Fäden, meist stark entwickelt, werden in gewissen Nährzellen (Auxiliarzellen) des Vegetations- körpers verankert.. Dermonema bildet den willkommenen Uebergang zu der hochberühmt gewordenen D u d r e s n a y a (zu Typus II gehörig). Sie besitzt keine ungeschlechtliche Fort- pflanzung. Die Antheridien bieten nichts Neues. Die Carpogone sitzen wie bei Batrachospermum auf kurzen Carpogonästen (Fig. 76) und diese ihrerseits sind wieder an Wirteläste, welche der Hauptachse (ha) ent- springen, angeheftet. Befruchtung wie üblich^ Nach derselben brechen aus der Zygote sporogene Fäden (sf) hervor; aber diese bilden nun nicht wie sonst üblich sofort Carposporen, sondern sie verlängern sich ganz außerordentlich, und gehen Ver- schmelzungen mit Zellen ein, die wir als Auxiliarzellen bezeichnen. Das sind sehr inhaltsreiche, zumal mit Reservestoffen gefüllte Zellen, die dem Beobachter ohne wei- Fig. 76. Dudresnaya coccinea. Vegetative Sprosse hell, sporogene Fäden (sf) dunkel, s Spermatium, t Trichogyiie, aj ag usw. Auxiliar- zellen, ha Hauptachse. teres auffallen. Zunächst veremigen sich die sporogenen Fäden mit 1 bis 2 Zellen, welche im Verband des Carpogonastes (a^ a^ Fig. 76) liegen. Dann aber wachsen sie weiter hinaus zwischen den Wirtelästen hindurcli, finden wiederum Auxiharzellen (a^ oder a4), gehen wieder mit diesen Verbindungen ein und können, nachdem diese erfolgt ist, immer noch weiter wachsen auf andere Auxiliarzellen hin (ag, ae). Die sporogenen Fäden legen sich an die Auxihare an; an der Berührungs- stelle wird die Wand aufgelöst, das Proto- plasma fließt durcheinander, vollkommen getrennt aber bleiben die Kerne und niemals tritt eine Vereinigung des Auxiliarkernes, wie wir ilm kurz nennen wollen, mit einem sporogenen ein. Dieser bleibt immer in dem vom sporogenen Faden stammenden Teil der Fusionszelle liegen (bei ag, ae usw). Das Ganze stellt sich dar als eine Verankerung der sporogenen Fäden in den Auxiliarzellen zur Ernälu-ung , nicht aber als ein Sexualakt, wie man früher wohl glaubte. Sind die sporogenen Fäden mit den Auxiharzellen verbunden, dann werden aus ilnien in unmittelbarer Nähe der ersteren (bei a4) kurze Fäden getrieben, welche dann ihrerseits die Sporen bilden. Schon in der Gattung Dudresnaya sind die sporogenen Fäden verschieden, nicht minder ist es die Lage der Auxiliarzellen. Das wiederholt sich natürlich in verwandten Gattungen und Familien. Darüber soll hier nicht weiter berichtet werden. Dagegen wollen wir eine Familie her- vorheben, die man einigermaßen, wenn auch nicht ohne Bedenken, der eben behandelten Gruppe an- schließen kann, das sind die Corallinaceae , ausgezeichnet durch ihre Kalkinki-ustationen, die ihre Erhaltung im fossilen Zustande un- schwer ermöglichen. Daher ist ihre Rückverfol- gung bis ins Tertiär möglich. |Bei der Gattung Gorallina erheben sich von einer Sohle zahlreiche aufrechte Sprosse, welche fiederig verzweigt sind, mit ungleicher Ausbil- dung der Fiederäste (Fig. 77, 1). Stämme und Aeste der Corallina zeigen auf dem Scheitel ungefähr den Bau des Tjqjus III, den wir auf Seite 165 schilderten, und dem entspricht es, daß wir in den älteren Regionen den Zentralkörper mit den längslaufenden Fäden von den radialen Rindenelementen leicht unter- scheiden. Diese lagern in allen ihren Zell- wänden kohlensauren Kalk ein, und so resultiert nicht bloß ein Kalkmantel, der den Zentral- körper umgibt, sondern auch eine eigenartig rosenrote Färbung, welche — allen Gorallineen eigen — aus der Eigenfarbe der Zellen und deren Ueberlagerung durch den Kalk hervorgeht. Haupt- und Seitensprosse bilden an gewissen Stellen und in gewissen Abständen keine Rinde, sondern nur Längsfäden. Diese verkalken nicht und so entstehen nicht inki-ustrierte, beweghche Regionen — Gelenke, die schon äußerlich ohne weiteres hervortreten. Die Fortpflanzungsor- gane sitzen an den Enden der Zweige (Fig. 77, 2) in besonders geformten flaschenförmigen Gebilden — Konzeptakeln — (Fig. 77, 3) und zwar sind Antheridien und Carpogone jeweils in getrennten Organen dieser Ai-t zu finden. Antheridien und Spermatien sind eigenartig aber hier nicht zu Algen 169 behandeln. Die Carpogone stehen zahkeich und" dicht gedrängt auf dem Boden des Concepta- culums. In unmittelbarer Nähe eines jeden von ihnen findet sich die zugehörige Auxiliarzelle. Befruchtet werden nur einige wenige der mittleren Trichogyne und dann vereinigen sich die sehr kurzen sporogenen Fäden — man kann sie kaum noch so nennen — mit den nächsten Auxüiar- zellen. Dieser Prozeß aber greift weiter um sich, die sporogenen Zellen entsenden Lappen nach allen Richtungen und vereinigen sich allmählich Organe der Corallinaceae in den einzelnen Gattungen sehr verschieden, und auch die Ai'ten variieren derart, daß sie den Systematikern viel Kummer machen. Lithotliamnion besitzt zunächst Sohlen, die derb krustenförmig werden und aus diesen erheben sich dann um'egelmäßig knorrige, hü'schge weihähnliche usw Sprosse (Fig. 78) von verschiedener Länge. Da sie meist Fig. 77. 1 — 3 Corallina, 1 ganzer Sproß, 2 männliche Koiizeptakeln, schwach vergrößert, 3 weibliches Conceptaculum im Längsschnitt, stärker vergrößert, 4 Melobesia auf einem Algenfaden, csp Carposporen* mit allen im Conceptaculum vorhandenen Auxi- liaren. So entsteht dann ein Fusionskuchen, der den Grund des Conceptaculums bedeckt. Aus dem Rande desselben sprossen die Carpo- sporen aus (Fig. 77, 3 csp), sporogene Kerne werden eben bis an den Rand jenes Gebildes vorgeschoben. Bei vielfacher Uebereinstimmung im Verhalten der Fortpflanzungs Zellen sind die vegetativen Fig. 7b. Litli othamnion. Jüngere Kruste (i) auf einer älteren Knolle (a). auf annähernd gleicher Höhe endigen, ergeben sich oft korallenähnliche Körper. Jüngere Lithothamnien siedeln sich gern auf älteren, durch Wasserbewegung abgerollten lüiollen an. Handgroße Platten bildet Lithophyllum, in kleinen Krusten (Fig. 77, 4) überzieht Melobesia Pflanzen, Steine usw. Die Corallinaceae sind in wärmeren und käl- teren Meeren vertreten, Corallina selber geht in die Brandung. Melobesia überzieht in dieser Algen und Gestein, geht aber auch ziemlich tief auf den Meeresboden hinab. Die Lithophyllen und Lithothamnien sind Algen der Tiefe, sie sammeln sich oft in großen Massen an und bilden dann ausgedehnte Bänke, so z. B. die altbe- kannten Secchen im Golf von Neapel. Als letztes Beispiel aus der Gruppe der Cryptonemiales wählen wir Gloeosiphonia. Die Pflanze hat typische Zentralfäden mit "Wirtelästen. An den Zentralachsen sitzen die Procarpien (Fig. 79, 1). Darunter versteht man besondere Zweigsysteme, in welchen ein Carpogonast mit einer Auxiliare in charakteristischer Weise kombiniert ist. Die Sache ist hier besonders übersichtlich. Ein Seitenzweig des Zentralfadens trägt als erstes Zweiglein den Carpogonast, an dem sich hier (aber nicht überall) die hypogyne Zelle (hz) unter dem Carpogon abhebt, ohne daß man ihre Funktion erkannt hätte. Der Procarpzweig trägt einige sterile Seitenäste und biegt kurz unter der Spitze um. Die in der Biegung gelegene Zelle schwillt gewaltig auf und stellt die Auxiliar- zelle dar. Nach der Befruchtung entsendet (Fig. 79, 2) die Oospore (oosp) einen sporo- genen Faden (sf) gegen die Auxiliarzelle, be- fördert einen Kern (sk) in diese und nun be- 170 Algen ainnt dasselbe Spiel wie bei Dudresnaya. Der Auxiliarkern wird verdrängt, der sporogene bildet oie Carpospore. Fig. 79. Glneosiplioiiia. 1 Procarpium im Mo- ment der Befruchtung, 2 Dasselbe nach Eintritt eines sporogenen Kerns in die Auxiliarzelle. tr Trichogyne, h^ hypogj^ne Zelle, cpa Carpo- gonast, az Auxiliarzelle, ak Auxiliarkern, sk sporogener Kern, sf sporogener Faden. 3. Ceramiales. Carpogonäste und Auxi- liarzellen stehen paarweise beisammen, zu einem Procarpium vereinigt. Sporogene Fäden auf ein oder wenige Zellen reduziert. Gloeosiplionia leitet von der vorigen Gruppe leicht hinüber zu Callithamnion corymbosum (Fig. 80). Die Wachstumsweise desselben ist keine wesentlich andere wie die von Chantransia, nur sind die ganzen Pflan- zen erheblich größer. Antheridien normal. An den großen GHederzellen der Aeste treten seitlich zwei Ausstülpungen hervor, die wir gleich als Auxiharmutterzellen be- zeiclmen wollen (amz Fig. 80, 1). An einer derselben bildet sich ein Carpogonast (cpa), der aus drei sterilen Zellen besteht, welche ihrerseits das Carpogon (cpg) mit seiner langen Trichogyne auf ihrem Scheitel tragen. Der Carpogonast aber ist nicht aufgerichtet, sondern er legt sich quer über die große Gliederzelle, welche die Auxiliarmutterzellen trägt, gleich als ob er diese miteinander ver- binden wollte (Fig. 80, 1, 2). Diese Kombi- nation von Carpogonast und Auxiharzellen nennen wir das Procarpium. Aus dem normal befruchteten Carpogon entstehen wieder sporo- gene Fäden. Diese aber sind hier (Fig. 80, 2) nicht mehr langgestreckt, sondern relativ kurz; es fällt sofort auf, daß dieselben nach zwei Richtungen hin divergierend auf je eine Auxiharmutterzelle zuwachsen. Diese sind inzwischen in je eine Basalzelle (bz) und in die eigentliche Auxiliarzelle (az) ge- gliedert worden. Letztere treiben kurze nasenartige Vor- stülpungen, die gegeneinander gekehrt smd und an diese legen sich kleine sporogene Zellen, die letzten Enden der sporogenen Fäden. Figur 80, 2 zeigt das; in ihr ist aber Fig. 80. Fruchtentwickelung bei Callitham- nion corymbosum. 1 Zweig mit unbefruch- tetem Procarp. 2 Prokarp nach der Befruch- tung; Carpogonast mit sporogenen Zellchen (sz) durch Druck losgelöst. 3 Dasselbe nach Eintritt des sporogenen Kernes und nach dessen Teilung. 4 Dasselbe; Wanderung des einen sporogenen Kernes. 5 Dasselbe nach Bildung der Fußzelle, cpa Carpogonast. amz Auxiliarmutterzelle. az Auxiliarzelle. bz Basalzelle, fz Fußzelle, cz Zentralzelle, sf sporogener Faden, sz spo- rogene Zelle, sk sporogener Kern, ak Auxi- liarkern. der Carpogonast ein wenig zurückgerückt, um die ganzen Zusammenhänge erkennen zu lassen. Nachdem sich die sporogenen Zellen an die Nasen der Auxiharzellen angelegt haben, wird die Wandung zwischen beiden auf- gelöst und nun tritt eine seltsame Erschei- nung auf. Der Lihalt der sporogenen Zellen, vor allen Dingen deren Kerne treten in die Nasen der Auxiharzellen eki und dann Algen 171 werden diese wieder geschlossen. Der ein- gedrungene sporogene Kern (sk Fig. 80, 3) teilt sich in zwei und gleichzeitig rückt der Kern der Auxiliarzelle aus der dominierenden Stellung, die er im Zentrum seiner Zelle inne hatte, heraus in die untere Ecke. Seinen Platz nimmt einer der sporogenen Kerne ein (sk Fig. 80, 4 und 5), der unter bedeutender Vergrößerung die Dimensionen des ursprüng- lichen Auxiliarkernes annimmt. Der zweite sporogene Kern bleibt an der Basis der Auxi- liarzelle hegen und vergrößert sich nicht. Später entsteht in der Auxiliarzelle ziemlich nah an deren Basis eme Querwand und glie- dert eine schmale Fußzelle (fz) ab, welche den Auxiharkern und den zweiten sporogenen Kern beherbergt. Die obere große Zelle, die Zentralzelle (cz Fig. 80, 5), welche auf diesem Wege entstand, enthält somit nur den zweiten sporo- genen Kern. Der hat gewiß auch etwas Plasma mitgebracht, aber die Hauptmasse der ihn umgebenden Zellsubstanz ent- stammt der Auxiliar- zelle. So haben wir liier die seltsame Er- schemung, daß der sporogene Kern eine Herrschaft über ein ihm ursjnnmglich fremdes Plasma aus- übt. Man kann das auch als Parasitieren bezeiclmen. Aus der Zentralzelle gehen dann durch weitere Teilungen die Carpo- sporen hervor. Hierher gehören dann weiter die Plu- maria-,Antithamnion- und Ptilota-Arten, die alle durch eine sehr zierliche fiedrige Ver- zweigung auffallen und endlich die Gat- tung C e r a m i u m selbst, die in zahl- reichen Formen auf tritt und oft schon mit bloßem Auge an den Querbin'len er- kannt wird, die ihre Sprosse zeigen. Die Zellen der Hauptsprosse sind außerordent- lich groß (ca Fig. 81). Wo zwei Glieder- zellen derselben zusammenstoßen, sind sie von einer kleinzelligen Binde aus dunkel gefärbten Zellen umgeben, die nichts anderes ist, als eine Gruppe von Wirtelästen, deren Glieder nicht gestreckt werden. Bei gewissen Ceramiumarten sind die Gliederzellen so kurz, daß die Binden sich berühren. Die Verkürzung der sporogeiien Fäden und die Kombhiierung der Carpogonäste mit den Au xiliar Zellen ist noch viel weiter getrieben in der Famihe der Polysiphoniaceae. Diese Pflanzen bilden ziemHch große, reich verzweigte Büsche, welche an ihren Sprossen seithch zahlreiche verzweigte Haare tragen (Fig. 83), die man vielleicht nicht ganz mit Unrecht als Blätter bezeichnet hat. Ihren Namen hat die Pflanze deshalb erhalten, weil ihre Sprosse bei schwacher Vergrößerung ausschauen, als ob sie aus zahlreichen Röhren zusammengesetzt wären. Li Wirklichkeit handelt es sich etwa um folgendes. Die Polj'siphonien wachsen mit einer Scheitel- zelle, und diese gliedert, wie aus der Figur 83,1 ersichthch ist, annähernd scheibenförmige Seg- mente ab. Diese Segmente werden durch gesetzmäßig aufeinander folgende Längs- wände aufgeteilt, und wir erhalten nun (Fig. 82) eine zentrale Zelle (ca) und eine Fig. 81. Stück eines Cerami um Sprosses. ca Zentralachse. Fig. 82. Polysiphonia, 1 schematisclier Längsschnitt. 2 Dasselbe Sproßstück, diircli- sichtig gemacht. 3 Quer-, 4 Längsschnitt einer sogenannten berindeteii Polysiphoniacee. ca Zentralachse, pc Perizentralen. Anzahl von sogenannten Perizentralzellen (pc). In den einfachsten Fällen sind deren nur vier vorhanden (Fig. 82,2), in anderen sind es melu'ere, ja viele in mehreren Lagen über- emander, dann spricht man von Bermdnng (Fig. 82,3,4). Wenn man nun die Lage der Tüpfel unter- sucht, welche die einzehien Zellen verbinden, so ergeben sich die in Figur 82 schematisch dargelegten Beziehungen. Tupf elver bin dün- gen sind immer vorhanden zwischen der Achse und den sie umgebenden Perizentral- zellen, soweit sie ein und demselben Segment entstammen. Perizentralzellen aus verschie- denen Segmenten smd nicht mitemander verbunden. Und dort, wo melu-ere Lagen von peripheren Zellen gegeben sind, sind immer nur gewisse radial von der Achse ausstrahlende Zellen miteinander verkettet, 172 Algen mit anderen Nachbarn aber fehlt die Ver- bindung ganz. Offenbar sind die genetisch zusammengehörenden Zellen durch Tüpfel verkettet. Das bedeutet aber nichts anderes, als daß die Perizentralen gestauchte Wirtel- äste sind. Die zwischen heterogenen Zellen und Wir- tein naturgemäß zunächst fehlende Tüpfel- verbindung wird später noch hergestellt, besonders zwischen den übereinander stehen- den Perizentralen, w^elche aus zwei benach- barten Segmenten hervorgingen. Zu dem Zweck wefden von den oberen Perizentralen Fig. 83. 1 Polysiphonia iiigrescens, Sproß- spitze mit jungen Cystocarpien, 2 und 3 Cysto- carpien von Rhodomela im Längsschnitt, 4 Procarp von Dasya nach der Befruchtung, cy Cystocarpien, ca Carpogonast, cpg Carpogon, amz Auxiliarmutterzelle, az Auxiliarzelle, bz Basalzelle, tr Trichogyne, sz sporogene Zelle, stz sterile Zelle. an der Basis kleine Zellen abgegliedert, welche dann mit den unter ihnen liegenden verschmelzen. Ueber Einzelheiten sind die Handbücher nachzusehen, allwo auch zu lesen steht, daß die Familie der Rhodomeleen bezüglich der Haar- urd der Blattbildung, bezüghch der Differenzierung ihrer Achsen usw. eine ungeheuere Mannigfaltigkeit auf- weist. Durch Verwachsung der oben ge- schilderten Sprosse , durch Reduktion ge- wisser Teile usw. kommen die seltsamsten und interessantesten Formen zustande. Die Antheridienstände sind bei den Poly- siphonien etwas schärfer ausgeprägt, sie stellen keulige oder zylindrische Körper dar, welche durch sehr regelmäßige Verzweigung außerordentlich kleiner Aeste gebildet werden. Die Endzellen dieser Aestchen sind auch hier wieder die Antheridien. Der ganze Stand ist an der Basis eines haarälmlichen Blattes angeheftet. Das alles ist nichts Besonderes. Sehr eigenartig aber sind die Prokarpien in dieser Gruppe. Wiederum an der Basis der Haarblätter (Fig. 83, 1) finden wir eine mehr oder minder starke Anschwellung, aus welcher dann die Trichogyne nach oben lang heraus- ragt. Ein solches Gebilde zeigt (Fig. 83, 2) im Zentrum des Ganzen eine Auxiharmutter- zelle (amz) und an dieser inseriert, einen drei-, zelligen Carpogon ast (ca), welcher auf seinem Scheitel das Carpogon mit der Trichogyne trägt. Die Auxiliarmutterzelle sitzt einer Zentralzelle seitlich an. Dieser ganze Zell- komplex aber wird nun umhüUt von einem Becher, welcher durch Wachstum und Teilung aus den benachbarten Perizentralzellen her- vorgeht. Nach der Befruchtung ist die Weiter- entwickelung dieses Prokarpiums im Prinzip dieselbe wie bei CaUithamion. Die Auxihar- zelle wird genau wie dort durch eine Querwand abgeghedert (Fig. 83, 3). Und mit der Auxiliar- zelle veremigt sich dann eine kleine sporogene Zelle (sz Fig. 83, 4), welche von der Basis des befruchteten Carpogoniums ihren Ur- sprung nimmt. Der sporogene Faden ist also hier auf ein einziges Zellchen reduziert. Wir schildern nicht alle Einzelheiten, ist doch die Einwanderung des sporogenen Kerns, die Abghederung der Fußzelle, die Ent- wickdung der Zentralzellen usw. völlig die gleiche wie bei Callithamnion. Die aus den Perizentralen gebildete Hülle um das Procarpium wächst nach der Be- fruchtung weiter und umhüllt auch die Carposporen. Dann spricht man hier wie in anderen Familien von einem Cystocarpium. Delesseriaceae. Diese Famüie wird re- prcäsentiert durch sehr zierliche Formen. Der Thallus ist fast immer flächenförmig entwickelt und vielfach gerade in dieser Familie durch seine schöne rote Färbung ausgezeichnet. N i 1 0 p h y 1 1 u m bildet zarte bre ite Flächen ohne Rippen. D e les s e r i a ün weitesten Sinnestellt viel- fach laubähnliche Gebilde dar (Fig. 94), an denen man Mittel- und Seitenrippen ohne Schwierig- keiten erkennt. Die Sprosse wachsen mit einer Scheitelzelle (Fig. 85), die aus dieser gebildeteii Segmente zerfallen in eine mittlere und zwei Seitenzellen. Dann folgen weitere Teilungen, Algen 173 die am leichtesten aus Figur 85 zu ersehen sind, und bei genauerer Betrachtung ergil)t sicli, daß auch diese scheinbar abweichenden Formen auf- gefaßt werden können oder gar müssen als Sprosse mit einer zentralen Achse, welche an jedem Glied zwei einander opponierte Wirtel trägt. Die Procarpien sind in das Laub eingesenkt, aus ihnen entstehen Cystocarpien mit einer ^ " V ^ ,!: " «,- "'^-'^^■^' -^ -/ Fig. 84. Delesseria sanguinea lapathum). (Hydro- Fig. 85. Scheitel von Caloglossa (Delesseria). Oeffnung, welche vielfach erheblich anschwellen und über das LaAib als Pusteln hervorragen. Delesseria sanguinea besitzt besondere kleine Fruchtäste mit zahlreichen Procarpien, nur eines von diesen entwickelt sicli weiter und liefert ein stark aufgescliwollenes Cystocarp, das einem ziemlich dünnen Stiele aufsitzt. 4. Gigartinales. Die Procarpien erinnern in mancher Bezieliung an die der Ceramiales, aber von der AuxUiarzelle gehen nach der Auf- nahme der sporogenen Zellen meist ziemlich lange sporogene Fäden aus, welche in das Gewebe des Vegetationskörpers eindringen und Haufen von Carposporen bilden. Hierher gehören meist derbe Knorpeltange, z. B. Gigartina, Chondrus usw. Formen, welche auch die in der Technik bekannten Carrageen liefern. Bei Chondrus sitzen die Carposporen in Pusteln über die oberen Teile des Thallus zerstreut. Bei Gigartina werden derbe Zotten auf der Oberfläche des hirschgeweihartigen Thallus gebildet und in diesem entstehen die Carposporen. Die Verteilung derselben wie auch der Verlauf der sporogenen Fäden ist aus der Figur 86, 1 ohne ^oosp Fig. 86. Gigartina, Querschnitt des fertilen Sproßstückes. 1 Schema der Verzweigung der sporogenen Fäden (sf) in der Jugend. 2 Mit eif^n Carposporen (csp). weiteres ersichtlich. Im übrigen bietet diese Gruppe nicht soviel Interesse und ist auch nicht so gut untersucht, daß man sie hier noch weiter zu besprechen brauchte. Vielleiclit darf noch be- tont werden, daß in diese Abteüung auch Har- veyella gehört, eine parasitische farblose Floridee. 5. Rhodymeniales haben an dieser Stelle fast noch weniger Interesse als die vorige Gruppe. Carpogone und Auxüiarzellen stehen nahe bei- sammen, sind aber nicht immer zu typischen Procarpien vereinigt. Die Auxiliarzelle wild erst nach der Befruchtung des Carpogones gebildet. Die sporogenen Fäden bilden in Verbindung mit anderen Zellen in einem derbwandigen Cystocarpium einen eigenartigen Fruchtkern. Dieser ist gewöhnlich dem Grunde der Höhlung angeheftet. Hierher gehört Gracilaria eine derbe Form mit reich verzweigten gerundeten Sprossen, welchen die Cystocarpien als derbe Warzen auf- gesetzt sind. "Hierher gehört ferner unter vielen 174 Algen anderen Chylocladia wiederum eine ziemlich ^roße Form mit reich verzweigten durch Dia- fragmen gegliederte Sprosse. Auffallend ist hier die Fusionierung der sporogenen Zellen, nicht bloß mit den Auxiliarzellen, sondern auch mit zahlreichen Nachbarn derselben, so daß auch hier eine Ai't Kuchen gebildet wird, aus dem dann die Carposporen hervorgehen. Tetrasporen. Wir müssen nun auf die ungeschlechtliche Fort- pflanzung der Florideen eingehen. Diese geschieht durch Tetrasporen. Bei Callithamnion sehen wir an dem oberen Ende der Zweige inhaltsreiche dunkle Zollen sich vorwölben, sich fast kugelig abrunden und dann durch eine Querwand abgegliedert werden, das sind die Tetrasporangien (Fig. 87, 1). Innerhalb der großen Zelle 5PC Fig. 87. Tetrasporenbildung. 1 Callitham- nion corymbosum. 2 Polysiphonia, Zweige mit Tetrasporen. 3 und 4 Längs- und Quer- schnitt durch ein sporenbildendes Sproßstück einer Polysiphonia. ca zentrale Achse, pc Pericentrale, te Tetrasporangien. d Deckzelle, spc Tragzelle. teilt sich der Kern sukzessive zweimal; um die vier Kerne gruppieren und sondern sich die Plasmamassen (Fig. 87, 1), und dann schlüpfen vier große membranlose Tetra- sporen aus der Mutterzelle heraus. Diese sinken nach einiger Zeit im Wasser nieder, um sich mit Membran zu umgeben und zu keimen. Bei Polysiphonia liegen die Tetraspor- angien im Gewebe der Sprosse (Fig. 87, 2). Sie werden durch eigenartige Teilungen, die am besten aus der Figur 87, 3 und 4 zu er- sehen sind, aus den Perizentralzellen heraus- geschnitten, bleiben aber bis zu ihrer Reife durch eine Deckschicht geschützt. Diese wird abgehoben, wenn die Tetrasporen her- vortreten. Mit Ausnahme der zuerst genannten Gattungen, z. B. Dudresnaya, hat die große Mehrzahl der Florideen Tetrasporen, die sich im Prinzip alle gleich entwickeln, mag auch ihre Stellung an den Sprossen usw. in den verschiedenen Gruppen ganz verschieden sein. Bei fast allen Formen, die Tetrasporen besitzen, sind auch die Sexiialorgane auf verschiedene Pflanzen verteilt, so daß wir bei ilmen dreierlei verschiedene Individuen haben, ungeschlechtliche, männliche und weibliche. Einige Wahrscheinlich- keit besteht, daß die Tetrasporen ungefähr zu gleichen Teilen bei der Keimung männ- liche und weibliche Lidividuen liefern, und daß aus den Carposporen dann gleichmäßig Tetrasporen hervorgehen. Experimentell bewiesen ist das aber nicht. Auch die Kerne geben keine volle Auskunft. Die Geschlechts- pflanzen w^eisen die einfache Chromosomen- zalil durch alle Teilungen hindurch auf. Durch den Sexualakt erhalten die Zygote, die aus ilu* hervorgehenden sporogenen Fäden, wie auch die Carposporen die doppelte Chromosomenzahl. Und diese wird auch festgehalten durch die Tetrasporenexemplare hindurch bis in das Tetrasporangium hinein. In diesem findet dann wieder die Reduktion auf die einfache Zahl statt. Daraus wurde geschlossen, daß die männlichen und weib- lichen Exemplare den Gametophyten dar- stellen, daß aber sporogene Fäden, mit den Corposporen und die Tetrasporen- exemplare als Sporophyten müßten auf- gefaßt werden. Diese Auffassung ist keines- wegs unbestritten. Etwas zu entscheiden ist momentan um so weniger möglich, als die Kernverhältnisse der zuerst abgehan- delten Gattungen, denen ungeschlechtliche Fortpflanzungsorgane fehlen, noch keines- wegs genügend untersucht sind. Mir selber scheint es auch jetzt noch besser, die Antheridien und Carpogonien tragenden Pflanzen als Gametophyten aufzufassen und die sporogenen Fäden mit den Carpogonen als den Sporophyten. Die Pflanzen mit Tetrasporen w^iiren dann Gametophyten mit unterdrückten Sexualorganen. Bei der Be- urteilung solcher Fragen kommt es eben wesentlich darauf an, ob man der Reduktion der Chromosomenzahlen eine entscheidende Algen — Alipliatische Kohlenwasserstoffe 175 Bedeutung für den Generationswechsel bei- messen will. Literatur, a) Allgemeines. Fr. Oltmanns, Morphologie und Biologie der Algen, Jena 1904/05. — I. JP. Lotsy, Vorträge über botanische Stammesgeschichte I. Algen und Pilze, Jena 1907. — G. Klebs, Die Bedingungen der Fort- pflanzung bei einigen Algen und Pilzen, Jena 1896. — Thuret et Bornet, Etudes phycologiques Paris 1S7S. — Ed. Bornet, Notes Algologiques, Paris 1876. — b) Spezielles. Engler und Prantl, Natürl. PflanzenJamiUeyi I, 2, Jeipzig 1897, Nachtruge 1909 ti. 1910. — de Toni, Sylloge Algarum 1889 bis 1903. — T. F. Kützing, Ta- btdae phycologicae, Nordhausen 1S45 bis 1869. — Li. JRabenhorst, Flora europaea algarum aquae dulcis et submarinae, Lipsiae 1864- — -R- Chodat, Algues vertes de la Suisse, Bern 1902. — Hans- girg, Algenflora von Böhmen. — F. Hauck, Die Meeresalgen Deutschlands und Oesterreichs. Rabenhorst Kryptogamenflora II, Leipzig 1885. — J. Reinke, Atlas deutscher SIeeresalgen, Kiel 1889 bis 1892. — Derselbe, Algevflora der westl. Ostsee, Ber. der Komm, zur Erforschung deutscher Meere in Kiel 1888. — P. Kuckuck, Beiträge zur Kenntnis der 3Ieerescdgen. Wiss. ßleeresunter- suchungen herausgeg. v. d. Komm, zur Unters, der deutschen 3Ieere usw., N. F. 2 u. 3 1897 u. 1899. — Derselbe, Bemerkungen zur marinen Algen flora v. Helgoland, Ebenda 1 u. 2 1894 w. 1897. — Jean Chalon, Liste des algues marines observees . . entre l'embouchure de l'Escaut et la Corogne incl. 7les anglo-normandes, Anvers 1905. — H. van Heurck, Prodrome de la flore des lies Anglo-Normandes, Jersay 1908. — Berthold, Algen des Golfs von Neapel, Blittlg. d. zool. Stat., Neapel 1882. — W. H. Harvey, Phycologia Britannica, London 1846 bis 1851. — K. L. Hosenvinge, Marine Algae of Denmark, Kgl. D. Videnskchbs Selskabs Skrifter 1909, 7. R. Afd. 7. — F. R. Kjellman, Handbok in Skandinavien Hafsalgflora, Stockholm 1890ff. — Derselbe, Algenregionen und Algenformationen im östlichen Skagerrack. K. Svenska Vet. Akad. Handl. 1878, 5. — H. Kylin, Studien über die Algenflora der schwedischen Westküste. Akadem. Abhandl., Up- sala 1907. — F. Börgesen, Marine Algae of the Faeröes, Botccny of the Faeröes 2, 1902. — Derselbe , The Algae , Vegetation of the Faeröese Coasts. Ebenda 3, 1905. — L. K. Rosen- vinge, Grönlands Hafalger. Medeeeelder om Grönland 1895 ff. — F. R. Kjcllniann, Algae of the arctic sea. Kgl. Sv. Vet., Akad. Handl. 1883, 20. — Derselbe, Beringhafvcts Algflora, Ebenda 1889, 23. — C. Skotsberg, Zur Ke7intnis der subantarktischen Meeresalgen. Wiss. Er- gebnisse der Schwed. Südpolarexpedition. 4: 1907. — Farlow, The marine algae of New-England 1880. — W. H. Harvey, Nereis boreali-ameri- cana. — F. S. Collins, The green Algae of North America. Tufts College Stiidies 2, 1905 bis 1909. — Svedelius, Nils. Report of the marine Algae of Ceylon. Reports from the marine biological Labor. 2, 1906. — K. Okamura, Illu- strations of the marine Algae of Japan. Tokio 1900 ff. — Derselbe, Icoiies of Japanese Algae. Tokyo 1909. — W. H. Harvey, Phycologia australica 1858 bis 63. — Die AbbiUhmgen sind dem zuerst genannten Werk ent- nommen. Dort sind auch die Quellen für dieselben angegeben. F. Oltmanns. Algonkium siehe P i- a e c a m h r i u ni. Aliphatische Kohlenwasserstoffe. 1. Definition und Einteilung. 2. Gesättijite Kohlenwasserstoffe oder Paraffine: a) Systematik, Konstitution und Isonierie; b) Physikalische und chemische Eigenschaften ; c) Vorkommen imd Ver- wendiuig (Petroleum, Vaselin, Paraffin usw.); d) Darstelhmg. 3. Die luigesättigten Kohlen- wasserstoffe: a) Ulefine: Systematik, Konsti- tution und Isomerie. Physikalische imd che- mische Eigenschaften. Darstelhmg, Addition s- und Abspaltungsreaktionen; b) Diolefine: Ver- halten und Darstelhmg; c) Acetylene: Ver- halten und Darstellmig; d) Kohlenwasserstoffe CnH2n-4 usw. ' 1. Definition und Einteilung. Die Kohlenwasserstoffe der aliphatischen Reihe umfassen die Verl)indungen von C und H. in deren Molekül man ihrem chemischen Verhalten nach eine kettenförmige Anein- anderreihung der C- Atome annimmt. Die nähere Begründung dieser Annahme erfolgt weiter unten. Sie stehen als ,, offene" Ketten in Gegensatz zu den ,, geschlossenen" oder zyklischen Kohlenwasserstoffen, den aroma- tischen Kohlenwassei Stoffen und den Poly- methylenen. bei denen angenommen wird, daß die C-Atome im Molekül eine ge- schlossene Kette oder einen Ring bilden. Von der aromatischen Reihe unterscheiden sie sich sehr deutlich, viel weniger von den Polymethylenen. Man pflegt die aliphatischen Kohlenwasserstoffe einzu- teilen in Paraffine, Olefine und Acetylene, die sich zunächst durch den relativen Wasser- stoffgehalt unterscheiden. 2. Gesättigte aliphatische Kohlen- wasserstoffe oder Paraffine. 2a) Syste- matik, Konstitution und Isonierie. Die Paraffine^) umfassen die Wasser- stoff reichsten Kohlenwasserstoffe, die wir kennen und die darum auch ,, Grenz- kohlenwasserstoffe" genannt werden. Ihre Zusammensetzung entspricht der allge- meinen Formel C„Hin + rf z- B. CsHs, C7H1S usw. Die Glieder dieser Reihe sind — mit teilweisen Lücken — bekannt bis C35. Der höchste bekannte paraffine Kohlenwasserstoff hat 60 C-Atome, doch ist 1) Der Name Paraffine soll die mangehule Reaktionsfähigkeit (parum affinis) zum Ausdruck bringen. Die im täglichen Leben scUechthhi als Paraffin bezeichnete weiße wachsartige Masse besteht aus hochmolekularen Paraffinen. 176 Aliphatische Kohlenwasserstoffe wohl anzunehmen daß ihre Reihe, wenn Interesse dafür bestiinde, sich noch bis zu bedeutend höherer C-Zahl aufbauen ließe. Die Analysenzahlen liegen bei den höheren Gliedern einander so nahe, daß sie die ein- zelnen nicht voneinander unterscheiden, und daher auch, ob reine Verbindungen oder Ge- mische vorliegen, nicht ersehen lassen. Mit immer größer werdendem n nähert sich die Zusammensetzung der der Wasserstoff är- meren Kohlenwasserstoffe mit der typischen Formel C,iHo„ immer mehr, so zeigt C35H72 85,36% C, 14,64% H, während alle Kohlen- wasserstoffe der Formel G„H:iu 85,71 % und 14,29 ')o H enthalten. An Stelle der Ana- lyse zur Charakterisierung benutzbar sind Bestimmung des Molekulargewichts^) Fest- stellung physikalischer Konstanten (Siede- punkt, Schmelzpunkt), schließlich Auf- und Abbaumethoden. Die Namen der paraffinen Kohlenwasserstoffe sind Methan CH4, Aethan CoHg, Propan CgHs, Butan C4H10, Pentan C5H12, Hexan, Heptan usw. (Bildung der Namen aus dem griechischen Zahlwort durch Anhängung der Silbe -an). Die ersten 3 existieren nur in Einzahl, Butan in 2, Pentan ^) in 3, Hexan in 5 isomeren Formen und mit wachsendem C- Gehalt steigt die Zahl der Isomeren außerordentlich schnell; eine Tat- sache die in der verschiedenen Anordnung oder Bindung der C-Atome untereinander, der Gestalt des „C-Gerippes" oder „Skeletts" ihre einleuchtende Erklärung findet. Die Formel des einfachsten Kohlenwasserstoffes, des Methans CH4 läßt keine Mehrdeutungen zu. Die aus ihr erschlossene Yierwertigkeit des C-Atoms wird als konstant in allen or- ganischen Verbindungen angenommen. (Nur in wenigen Fällen (CO und HCN) pflegt man nach herrschender Ansicht zweiwertigen, ganz vereinzelt auch dreiwertigen Kohlenstoff an- zunehmen). Läßt man auf Jodmethyl, eine der Formel CH3J entsprechende Verbindung, die also als ein Methan aufgefaßt werden kann, dessen einer Wasserstoff durch das ebenfalls einwertige Jod ersetzt ist, Natrium einwirken, so bildet sich Jodnatrium, während von den entjodeteuResten sich 2 zu einem höhe- ren Kohlenwasserstoff 2CH3 oder CoHg (Dirne thyl oder Aethan) zusammenfügen. Diesem Kohlenwasserstoff, der sich andererseits aus Jodäthyl C2H5J auf hier nicht zu erörternde "Weise hei Ersatz von Jod durch H dar- stellen läßt, wird demgemäß die Formel H\ /H H— C— C— H zuerkannt, denn der Zu- H/ \H 1) D. h. zur Unterscheidung zweier Paraffine, nicht etwa aber der von Paraffin luid Ulefin gleicher C-Zahl, deren Molekulargewichte einander viel zu nahe liegen. 2) Ueber ein weiteres viertes Pentan imbe- kannter Struktur vgl. Beiist. Erg. I, 12. sammenhang des Moleküls muß durch die C-Atome bedingt sein, da H als einwertiges Element ihn nicht bewirken kann. Die C-Atome werden daher hier und in allen höheren, auf analoge Weise herstellbaren Kohlenwasserstoffen gleichsam kettenförmig verbunden angenommen. Der aus Jodäthyl C2H5J analog mit Natrium gewinnbare Kohlenwasserstoff muß folgerichtig H H TT /TT C2H5--C2H5 oder H— C-C-C— C— H formu- H H H H liert werden; aus JCHgund JC2H5 dagegen^) H\ H /H muß mit Natrium entstehen H— C— C— C— H H H H oder CgHg Propan. Auf diese Weise läßt sich eine ,, homologe Reihe", die der sogenannten normalen Paraffine aufbauen als Gebilde bestehend aus einer ,,graden" d. h. un- verzweigten Kette aus lauter CHa-Gliedern (mit „sekundären" C-Atomen), mit je einem CH3 mit „primärem" C-Atom am Anfang und Ende, entsprechend der Formel CH3 — (CHa),! — CH3 oder CnH.n + 2. Der Aus- druck ,, gerade" Kette ist dabei nicht wört- lich zu nehmen. Er soll nur den Gegensatz zur Verzweigung betonen. Es ist sehr un- wahrscheinlich, daß die Aneinanderreihung der C-Atome in der Tat etwa im Sinne einer geraden Linie stattfindet. Vielmehr neigt man der Annahme zu, daß die Kette die Form einer Spirale hat. Dafür spricht z. B. die Tatsache, daß die Beziehungen zwischen den C-Atomen der Kette, bei intramolekularen Abspaltungen z. B., nicht ihrer Entfernung bei Annahme einer völlig geraden Kette entsprechen, sondern zwischen scheinbar ent- fernteren engere Beziehungen obwalten, als zwischen solchen, die einander näher sind. 2) Aus jedem Paraffin kann das nächst höhere entstanden gedacht werden durch Ersatz eines H-Atoms durch die Methylgruppe CH3. Daraus ergibt sich die geometrische und durch die Tatsachen bestätigte Folgening, daß der niederste gesättigte Kohlenwasser- stoff, der zweierlei isomere Derivate — also auch 2 nächsthöhere Kohlenwasserstoffe — Hefern kann, das Propan ist, weil es 2 ver- schiedene Gruppen, nämlich 2CH3und ICH2 enthält. Den bekannten Pro pyl- Jodiden werden z. B. die Formeln zukommen müssen CH2J — CH2— CH3 und CH3— CHJ-CH3, wobei Formel 1 dem aus normalem Propyl- alkohol, Formel 2 dem aus sogenanntem 1) Als Nebenprodukte treten erklärlicher- weise bei dieser Reaktion die Kohlenwasser- stoffe CsHß luid C4H10 'luf. 2) Nach Michael (B. 39, 2139) drückt folgende Zahlenreihe jene Beziehungen aus 1—2— 3— 5— 6— 4— 7— (9— 10— 11)— 8, d. h. es steht z. B. das fünfte und sechste C-Atom dem ersten näher als das vierte. Aliphatische Kohlenwasserstoffe 177 iso-Propylalkohol darstellbaren zukommt. Die Konstitution der beiden Alkohole hin- wiederum ist durch die Art ihrer Oxydations- produkte (Aldehyd resp. Keton vgl". S. 199) festgelegt. Einwirkung von Natrium auf das „sekundäre" Jodid (Formel 2) muß offenbar erzeugen eine Verbindung CH3— CH-CH3 I CH3-CH-CH3 ein Hexan, Di-iso-propyl genannt; Natrium mit einem Gemisch von Methyl- und iso- Propyljodid dagegen Butan CH3-CH- I CH, muß ergeben ein -CH3 iso-Butan genannt, also ein Isomeres des aus CoHäJ mit Natrium gewinnbaren nor- malen ^ Butans CH3 — CH2 — GH., — CH3. In der Tat zeigt das Experiment in allen diesen Fällen das Entstehen von Kohlen- wasserstoffen, deren Zusammensetzung und Verhalten die gemachten Annahmen be- stätigt. Auf analoge Weise kann auch CH3 — CH — CII2 — CH3 CH3 erhalten werden, in dem also dr ei verschiedene C-Atome vorhanden sind, -drei primäre, und und je ein sekundäres und tertiäres. Dieser Kohlenwasserstoff vermag aber nicht nur dreierlei Derivate zu liefern je nachdem Wasserstoff in CH3, in CHj oder in CH ersetzt wird, sondern es ergibt sich eine vierte Möglichkeit aus derUeberlegung, daß nur zwei der vorhandenen Methylgruppen stellungs- äquivalent (symmetrisch) sind, die dritte aber von beiden verschieden ist. Im Jodid des vorerwähnten iso-Butans CH3. >CJ — CH3 CH3/ kann man endlich Jod wieder gegen Methyl austauschen und gelangt so zu der letzten geometrisch denkbaren Konfiguration mit quartärem oder quaternärem C-Atom, CH3 CH3 LH3 ^Hs einem als Tetramethylmethan bezeichneten Pentan. Ein besonderer Isomeriefall tritt ein bei den tertiären und quartären Kohlen- gegenüber unendlich viel größer, wie einfache Wasserstoffen, die an Kohlenstoff gebunden Ueberlegung lehrt. Es ergibt sich daraus vier verschiedene Bestandteile enthalten. Um die Verkehrtheit des Versuchs die typischen ein solches ,. asymmetrisches" C-Atom herum j Reaktionen paraffiner Kohlenwasserstoffe können sich die Radikale im Raum in [ lediglich aus der geringen Zahl derer mit zwei Weisen gnippieren, die sich wie linke normaler Kette ableiten zu wollen, wie man und rechte Hand zueinander verhalten (vgl. wohl früher getan hat, während sich später näheres in den Artikeln „Isomerie" und das Verhalten der Isoparaffine als von dem ,.Drehung der Polarisationsebene"). der normalen wesentlich verschieden heraus- Alle Kohlenwasserstoffe mit verzweigter gestellt hat (vgl. S. 180). Die Gesamtzahl Kette, die eine CH-Gruppe enthalten, wer- 1 möglicher Isomerer berechnet sich für C9 den durch Vorstellung der Silbe iso- (abge- kürzt i-) gekennzeichnet, während die mit kreuzweis verzweigter Kette, wie das Tetra- methylmethan, mit einem allerdings nicht sehr gebräuchlichen Namen als Neoparaf- fine bezeichnet werden. Ein einfacher qualitativer Nachweis für Vorhandensein der verschiedenen Gruppen eines Kohlenwasserstoffes existiert nicht, be- sonders nicht für das von CH3 oder CH,. Er kann nur so geführt werden, daß jede CH3-Gruppe eines Kohlenwasserstoffes (ohne Aenderung seiner C-Atorazahl) über die Halogenderivate (vgl. S. 199) in die Aldehyd- gruppe, jede CHa-Gruppe in die Keton- gruppe, und nur ein CH enthaltender Kohlen- wasserstoff in einen tertiären Alkohol ver- wandelt werden kann, so daß also drei leicht identifizierbare Derivate entstehen, während quartär gebundenes C bei der Festigkeit der C-C-Bindung und bei dem Fehlen von Kom- plementärvalenzen des Kohlenstoffs (über vier hinaus) naturgemäß keine Reaktionen zeigt. Die Erschließung der unbekannten Konsti- tution eines höheren Paraffins kann meist erst mit Sicherheit aus seinem Aufbau geschehen. Legt man die gewonnenen Vorstellungen von der ,, Verzweigung der C-Ketten" als heuristisches Prinzip zugrunde, so kann man die Zahl der überhaupt möglichen Isomeren berechnen, als die der möglichen geometrischen Gebilde. Dazu kommt bei manchen Tri- und Tetraalkylmethanen jene weitere mög- liche Isomerie, die nur auf Grund stereome- trischer Vorstellungen ihre Erkläning findet (vgl. oben). Die so berechnete Zahl deckt sich bei den niederen Gliedern (bis Cg) mit der wirklich bekannten; andererseits über- steigt die Zahl bekannter Kohlenwasser- stofle nicht dieZahl der nach den gewonnenen Vorstellungen denkbaren Isomeren; für die höheren steht die Zahl dargestellter Kohlen- wasserstoffe beträchtlich hinter der der be- rechneten zurück. Von neun möglichen Heptanen z. B. sind bislang nur fünf bekannt. Doch liegt der Grund dafür ohne Zweifel nur darin, daß ihre Darstellung zwar keine besonderen Schwierigkeiten, aber zur Zeit keinerlei Interesse bietet. Von den meisten höheren Gliedern ist nur ein Isomeres be- kannt, und zwar in der Regel das mit normaler Kette. Die Zahl der verzweigten ist dem- Handwörterbuch der Naturwissenschaften Band I. 12 178 Aliphatische Kohlenwasserstoffe auf 20, für d, auf 355, für C^^ auf 1855 und höher hinauf steigt die Zahl ganz gewaltig. 2b) Physikalische und chemische Eigenschaften. Dem Fortschreiten von den niederen zu den höheren Gliedern parallel geht eine fast kontinuierliche Aende- rung der physikalischen Eigenschaften — die chemischen unterliegen dabei überhaupt so gut wie keiner Aenderung — und zwar derart, daß die einer Differenz um ein C-Atom entsprechende Aenderung um so kleiner wird, je höher man in der Reihe aufsteigt. Dicht bei oder neben einander liegende Glieder sind nur bei den niedersten stärker unter- schieden, in den höheren Gliedern sind sie überaus ähnlich. Ihre physikalischen Kon- stanten rücken einander immer näher. Bei gewöhnlicher Temperatur und Druck sind flüssig die Paraffine von Cj (Sdp der drei Isomeren 37°, 30«, 9,5o) bis C15 (Sdp des normalen Kohlenwasserstoffs 270", Fp. 10«), die niedrigeren Glieder sind Gase, die höheren feste, kristallisierbare Substanzen (Fp. für C16 18"; Cr, 22,5"; G,, 28". . .C^o 102"). Die normalen Kohlenwasserstoffe haben regelmäßig den höchsten Siedepunkt (Sdp); je verzweigter die Kette, je größer die Zahl ihrer Methylgnippen, um so niedriger wird derselbe. Jedoch liegt der höchste Sdp eines Kohlenwasserstoffes Cn immer noch tiefer als der des niedrigst siedenden Isomeren Cn + 1. Legt man die längste mögliche Kette zugnmde und betrachtet die anderen als Seitenketten, so erniedrigt nach Men- schutkin die Seitenkette den Siedepunkt um so mehr, je näher sie dem Ende der Kette steht. Der niedrigste Sdp tritt auf, wenn z. B. zwei Seitenketten an die beiden vorletzten C-Atome gebunden sind. Beispiele: n-Heptan 98,5"; i-Heptan 90,2"; n-Oktan 124,7"; Methylheptan 116"; 117,6"; 118" je nach Stellung der CHj-Gruppe an Cn^), Cm oderCiv; Dimethylhexan je nach Stellung der CHj-Gruppe, benachbart anCiiundCiiill3,9"; an Cm und Civ 116,5°; nicht benachbart an Cii und Civ HO"; an Cn und Cy 108,3". Die höheren Glieder sieden nur unter vermin- dertem Druck unzersetzt. Die Neigung zur Zersetzung, deren Produkte später be- sprochen werden, wächst mit derC-Atomzahl. Ebenfalls eine Funktion der C-Atomzahl ist die Löslichkeit, z. B. die in Alkohol, der die ersten Glieder leicht, die mittleren schwieriger, die höheren gar nicht mehr aufnimmt. Ün- löslichkeit in Wasser ist allen gemein, den ersten 30 ungefähr außerdem die Löslichkeit in Aether. C35 löst sich nur noch schwer in kochendem Aether. Die spezifischen Ge- wichte der flüssigen oder verflüssigten Kohlen- wasserstoffe steigen ebenfalls anfangs schnell ^) Cii, Cm usw. bedeutet zweites, drittes usw. C-Atom in der Kette. (C2 0,446; C3 0,536; C4 0,600 bei 0"), bei den höheren langsam (C23 0,7785; C24 0,7786 beim ^. -Es bestimmt) und nähern sich asymptotisch einem bei etwa 0,785 liegenden Maximum. Bei diesen letzten sind daher die Molekularvolumina den Molekularge- wichten fast proportional. Die spezifische Wärme zeigt ein Abnehmen mit steigendem Molekulargewicht (C. 02 II 682), umgekehrt zeigt zugleich damit die Verdampfungswärme ein rapides Fallen. Bei Einwirkung von Radiumstrahlen und Anwendung hochge- spannter Ströme (3000 Volt) ist angeblich (C. 09 II 1112 und 1521) eine Leitfähigkeit hochmolekularer Paraffine nachgewiesen wor- den, die auf Ionisation zurückgeführt wird. Bei festen soll dieselbe mehrere Stunden be- stehen bleiben, bei flüssigen verschwindet sie nach einigen Minuten. Vielen eigentümlich ist der sogenannte Kohlenwasserstoffgeruch^) — reines Methan riecht nach Moissan an- genehm lauchartig, nach anderer Angabe ist es genichlos. Bei den höheren Kohlen- wasserstoffen tritt der Genich erst bei er- höhter Temperatur, z. B. nach dem Schmelzen auf. Die Paraffine sind wie fast alle Kohlen- wasserstoffe farblos und geschmacklos. Phy- siologisch sind sie, wenn auch nicht indifferent, so doch nicht eigentlich giftig, am ehesten noch die Dämpfe der niederen Glieder als Atemgifte. Ihren chemischen Eigenschaften nach zeigen die Paraffine großen Mangel an Reaktionsfähigkeit, und sind beständig allen möglichen, chemisch noch so aktiven Stoffen gegenüber, wie Alkalien, Alkalimetallen, konzentrierten Säuren usw. Sie sind darum auch zur Ausführung von Synthesen wenig geeignetes Rohmaterial. Dazu kommt die beträchtliche Schwierigkeit, wohl defi- nierte Einzelkohlenwasserstoffe aus dem komplizierten Gemisch, in dem sie uns die Natur im Petroleum, allerdings in überreich- licher Menge bietet, zu isolieren. Umgekehrt sind die Kohlenwasserstoffe aus ihren Sub- stitutions- und Oxydationsprodukten relativ leicht und rein erhältlich. Zur Darstellung der Derivate der Paraffinreihe dienen daher vor allem die leicht zugänglichen und stark reaktiven Alkohole. Von Reaktionen paraffiner Kohlenwasser- stoffe sind nur zu erwähnen: 1. Verände- rungen bei hoher Temperatur, 2. Verände- rungen durch freie Halogene. 3. Verände- rungen durch Salpetersäure und konzentrierte Schwefelsäure. 1. Die Paraffine sind wie alle organischen Substanzen unbeständig gegen hohe Tempe- raturen. a) Sie sind brennbar. Die Reaktion, ^) C5 — C7 nach V. Meyer-Jakobson I 175 von schwachem angenehm ätherischem Geruch. Vgl. auch die Anmerkung S. 182. ft I ^ ^ Aliphatische Kohlenwasserstoffe 179 deren Endprodukte bekanntlich CO2 und HoO^) sind, führt zweifellos über sehr mannig- fache Zwischenprodukte, vor allem über die nach b) entstehenden ungesättigten Kohlen- wasserstoffe, die dann weiter Sauerstoff in irgendeiner Form anlagern, worauf die x\n- lagemngsprodukte weiter zerfallen. Dabei wird angenommen und ist zum Teil nach- gewiesen Bildung von Glykolen, Aldehyden, Peroxyden u. a. Der Sauerstoff lagert sich entweder in Form von, vorübergehend unter Mitwirkung der Feuchtigkeit gebildetem, H2O2 oder vielleicht auch von Ozon an. Die Verbrennung stellt damit gewissermaßen eine Umkehrung des in der Pflanze vor sich gehenden Prozesses dar, bei dem die Luft- kohlensäure höchstwahrscheinlich über die Aldehydstufe durch Reduktionen und Kon- densationen zu Kohlehydraten (Zucker, Stärke, Zellulose) umgewandelt wird und weiterhin zu sekundären Produkten, unter denen auch Kohlenwasserstoffe auftreten können, vor allem die sogenannten Terpene (vgl. S. 193). b) Die Wirkung hoher Temperatur auf Kolilenwasserstoffe äußert sich, auch bei Abwesenheit oxydierenden Sauerstoffs, in einem Zerfall gesättigter Kohlenwasserstoffe mit höherem, in solche mit niederem Siede- punkt und Kohlenstoffgehalt, bei sehr hohen Temperaturen auch von Wasserstoff. So zerfällt Aethan im glühenden Rohr in Aethylen und Wasserstoff; aromatisch sub- stituierte Aethane noch leichter z. B. Dibenzyl CeHsCHaCH^CeHä in Stilben CsHsCH: CHG^Hj und Wasserstoff; Hexan bei 1200" aber direkt in Kohlenstoff und Wasserstoff (C. 96,377). Im übrigen verläuft jener Zerfall bei allen Paraffinen ziemlich im gleichen Sinne, nämlich unter Absprengung kleiner gesättigter Teilstücke, vornehmlich Methan. Dieses bildet sich bei allen möglichen pyro- genen Zersetzungen; auch aus Aethylen, aber nicht umgekehrt. Es entstehtauf thennischem Wege aus Paraffinen, Aethylenen und Acety- lenen. Katalysatoren vermögen die ther- mische Zersetzung in ihrer Richtung und Geschwmdigkeit mannigfach zn beeinflussen. So geht bei Gegenwart von Mg oder AI die Zersetzung von CH4, CaHg, C2H4 (Aethylen) undC2H2(Acetvlen) direkt bis zu Kohlenstoff und Wasserstoff (B. 40, 2871). Bei Absprengung emes kleineren Paraffm- moleküls von emem Paraffin muß der über- bleibende Rest wasserstoffärmer, „unge- sättigt" sein entsprechend der Gleichung V^m + n -H- 2m + 2 n + 2 ^ ^ m-tl 2m "r ^ii-H- 2n + 2- Bei hochmolekularen Kohlenwasserstoffen ge- nügt dazu die Erhitzung unter gewöhnlichem Druck, sie sieden nicht unzersetzt. Ueber- ^) Dieselben Produkte entstehen durch Ein- wirkung faäftiger Oxydationsmittel wie HoCr04, MnO., + H2SO4 usw. hitzung der Dämpfe oder Anwendung er- höhten Dnickes begünstigt indes die Zer- splitterung in hohem Maße (Cracking-Prozeß vgl. S. 191). In sekundärer Reaktion können sich die entstandenen ungesättigten ,,01efine" in mannigfacher Weise weiter umbilden nach Reaktionen, die in dem sie behandehiden Kapitel zu erwähnen sehr werden. Der analoge Zerfall der Paraffine tritt eüi bei ihren Derivaten z. B. den Sauerstoff- und Halogen-Substitutionsprodukten, nur ent- sprechend leichter. 2. Halogen in freier Form wirkt auf Paraf- fme schon bei gewöhnlicher Temperatur sub- stituierend ein, Chlor am leichtesten, bei den niederen Gliedern im Sonnenlicht mit explosiver Heftigkeit. Halogen tritt dabei mit abgespaltenem Wasserstoff als Halogen- wasserstoff aus, während der übrig bleibende organische Rest Halogen an Wasserstoffs Stelle bindet CnHo„''+'^+ CI2 -> C„H,n + lCl+ HCl. Bei den Jodderivaten ist die Reaktion so leicht umkehrbar, daß Substitutionen mit freiem Jod nur unter Zusatz HJ-bmdender Mittel (HgO, HJO3 u. a.) ausführbar sind, während der umgekehrte Verlauf, Reduktion emes Jodides zum Kohlenwasserstoff mit Jodwasserstoff durch jodbindende Mittel wie roten Phos, »hör begünstigt wird (vgl. S. 183). Die Substitution durch Halogen ist positiv katalytischen Einflüssen sehr zugänglich (Halogenüberträger z. B. Eisen, Jod, SbClä), femer wird sie, entsprechend der besclileu- nigten Bildung von HCl aus den Elementen im Sonnenlicht, durch dieses stark gefördert. Praktische Bedeutung hat die Reaktion wenig, da sie bei der Monosubstituienmg nicht stehen bleibt, vielmehr schlecht trenn- bare Gemische höher halogenisierter Pro- dukte entstehen läßt. Um so größer ist ihre theoretische Bedeutung als, schembar wenig- stens, einfachste organische Reaktion. Es erhebt sich die Frage, welchen Platz im Molekül das oder die emtretenden Halogen- atome einnehmen und wodurch die Reaktion eigentlich zustande kommt. Bei nonnalen Ketten wird zuerst vorwiegend ein Endglied CH3, bei höheren Kohlenwasserstoffen gleich- zeitig m anderen Molekülen das vorletzte C- Atom chloriert, bei tertiären dagegen die CH- Gruppe. Die Art der weiteren Einwirkung des Halogens unterliegt kehier einfachen Gesetzmäßigkeit. Die "Bromienmg verläuft nach anderen einfacheren Regeln, als die Chlorienmg, und zwar so. daß die entstehen- den Polybromvtrbmdungen lauter monob.o- mierte C-Atome enthalten. Die Chlorierung verläuft dagegen verschieden je nach den Bedingungen (Temperatur, Anwesenheit von Katalysatoren usw.). Die ersten beiden em- tretenden Cl-Atome verteilen sich auf zwei C-Atome an einem Ende der Kette, die ent- 12* 180 Aliphatische Kohlenwasserstoffe stehenden höherwertigen Derivate dagegen enthalten die Cl-Atome bald gehäuft an einem Kohlenstoff, bald an verschiedenen. Den Reaktion s verlauf kann man sich bei Temperaturen, wo eine Dissoziation der Paraffine statthat, vorstellen entsprechend den Gleichungen R CH2-CH3 -> R CH=CH, + B, H2 + CI2 -> 2 HCl. Bei der Umbildung des entstandenen Ole- fins würde dann konkurrieren die Einwirkung von Halogenwasserstoff mit der des freien Halogens, beide unterAddition, so daß neben- einander entstehen müßten RCH, — CH/Jl, RCHCl — CH3 und RCHCl — CH.Cl. Eine Addition im Sinne der zweiten Formel findet, wie einwandfrei nachgewiesen ist, bei der Halogensubstitution statt, wenn auch in geringem Betrage, wie dies bei der Halogen- wasserstoffaddition an Olefine allgemein die Regel ist (vgl. S 188); auch die von anderer Seite bezweifelte Bildung symme- trisch disul)stituierter Halogenderivate ist durch Victor Meyer sichergestellt worden. Durchgreifende Chlorienmg führt schließ- lich zur Zertrümmerung des Moleküls und teilweisem Wiederaufbau in anderem Sinne. Wenigstens läßt sich das Auftreten von CgCle Perchlorbenzol neben CCI4 Perchlormethan und geringen Mengen G^Gls Perchloräthan und C4CI6 Perchlormesol die bei allen er- schöpfenden Chlorierungen, nicht nur der Kohlenwasserstoffe, sondern auch ihrer Derivate auftreten, wohl nur in dem Sinne deuten, daß unter Abspaltung von CCI4 chlorsubstituierte Aethylene und auch Ace- tylene entstehen, welch letztere sich in be- kannter Weise zum Benzolderivat konden- sieren können (vgl. S. 194). Krafft setzt die Einwirkung von Chlor als Verbrennungsreaktion 1) der des Sauer- stoffs an die Seite (Endprodukte CCI4 und HCl; COaundHsO), wobei ,,der spaltenden Tendenz durch Cl andere Reaktionen im Wege stehen, z. B. die der Kondensation des C-Kerns zu Perchlorbenzol". Die C-Halogen- verbindungen zeigen schon bei mäßig langer ' Kette Neigung " zur Zersplitterung, enie Eigenschaft, die den C-H-Ketten auch, aber in viel geringerem Grade zukommt. 1 3. Rauchende Schwefelsäure führt mittlere ! und höhere Paraffine in Sulfosäuren RSO3H über und löst die niederen. Chlorsulfonsäure. auf normale Kohlenwasserstoffe in der Kälte kaum einwirkend, reagiert schnell mit den ; Isoparaffinen z. B. dem im russischen Erdöl enthaltenen Diisopropyl. Einwirkung verdünnter Salpetersäure unter Dnick (im Einschlußrohr) „nitriert" die ^) Auch Sauerste ff verbin düngen (Bienen- wachs) liefern bei Chlorierung dieselben End- produkte. Paraffine. In den entstehenden ,,Kitrover- bindungeil" ist Wasserstoff durch die Nitro- gmppe NO2 ersetzt. Diese von Konowalow entdeckte und hauptsächlich von russischen Chemikern studierte Reaktion beseitigt einen der früher für die Unterscheidung aUpha- tischer und aromatischer Reihe als typisch angesehenen, prinzipiellen Unterschiede. Die Angaben der Literatur über die ver- schieden leichte Angreifbarkeit der Paraf- fine durch Salpetersäure weichen etwas von- einander ab, lassen aber erkennen, daß die Reaktion sehr abhängig ist von den Be- dingungen (Temperatur, Druck, Zeit) und von der Art des Paraffins. Mit der C- Atomzahl steigt die Leichtigkeit der Einwirkung. Es wurden z. B. nitriert erhalten aus Hexan 10 Oq, aus Heptan 40%, aus Nonan 70%. Alle Isoparaffine reagieren ferner mit großer Leichtigkeit, so daß z. B. oft schon "durch einfaches Lösen in konzentrierter Salpeter- säure und Verdünnen mit Wasser die Nitro- verbindung erhältlich ist (also genau wie beim Nitrieren aromatischer Kohlenwasser- stoffe) und daß die Heftigkeit der Reaktion oft durch Kühlung gemildert werden muß, während bei den normalenKohlenwasserstoffen tagelanges Erhitzen mit verdünnter Säure notwendig ist. Die Endprodukte der Reak- tion sind bald primäre (Gruppe — CH2NO2), bald sekundäre (Gruppe =CHN02), bald tertiäreNitro Verbindungen (Gruppe ^CNO,), bald ein-, bald mehrwertige, d. h. mehrere Nitrogruppen gleichzeitig enthaltende Pro- dukte. Infolge nebenher verlaufender Oxy- dation pflegen sich Säuren zu bilden wie CÖo, Essigsäure, Bernsteinsäure. Nach Nametkiii (C. 08 II 1, 5.37) kann man die gleichen Pro- dukte erhalten durch Arljeiten mit Säuren ganz verschiedener Konzentration, wenn man nur Druck und Temperatur entsprechend wählt. Durch diese wird der Prozeß nur hin- sichtlich der Geschwindigkeit beeinflußt. Außerdem muß der gleichzeitig einhergehen- den Oxydationswirkung der Säure durch Ver- meidung zu starker Ueberschüsse vorgebeugt werden. Sehr bemerkenswert erscheint, daß. während norm aleParaffinegegenKMn04reclit beständig sind, die tertiäre CH-Gruppe, ähn- lich wie bei ungesättigten Verbindungen, da- durch angegriffenwerden kann, wie aniMethyl- diäthylmethan nachgewiesen worden ist (B. 34, 2865). Demgegenüber hebt Willst ätt er hervor, daß Phytan C20H42, ein von ihm aus Chlorophyll gewonnener Kohlenwasserstoff, der nach seiner Formulierung gleich 9 ter- tiäre Gruppen enthält: CH,,— CH— vCH, CH3 /9 äußerst langsam auf KMnOi einwirke. Vgl. auch Lellmann (Organische Synthese): „durch Oxydation geht die CH-Gnippe in Aliphatische Kohlenwasserstoffe 181 COH über. Diese Reaktion ist bei allen Methen]vlgruppen fetter Substanzen leicht ausführbar ... bei Substanzen der Fett- reihe verwendet man KMnÜ4 in alkalischer Lösung" (vgl. Abschnitt 3 a „Olefine"). Nach dem Grade ihrer Reaktionsfähigkeit stehen sich danach gegenüber 1. normale und Neoparaffine. 2. Isoparaffine, welch letztere die Mehrzahl aller denkbaren Paraffinen Kohlenwasserstoffe umfassen. Warum ein nur in Einzahl am Kohlenstoff haftendes H-Atom größere Reaktivität zeigt, als wenn ihrer 2 oder 3 nebeneinander stehen, ist nicht bekannt. Die Reaktionsfähigkeit des tertiären C-Atoms ist übrigens bei allen Derivaten 1) ebenso gesteigert den Isomeren gegenüber. Man vergleiche z. B. die er- leichterte Addition und Abspaltung von Halogenwasserstoff und von Wasser bei den tertiären Derivaten (den primären und sekundären gegenüber) und zwar intramole- kular sowohl, wie in Reaktion mit Sub- stanzen, die reaktiven Wasserstoff enthalten (vgl. Abschnitt 3 a ,,01efine"). 2c) Vorkommen und Verwendung. Paraffine finden sich verbreitet und, zum Teil in großer Menge, in der Natur fertig ge- bildet. Am häufigsten Methan, das durch gärende Zersetzung bei Luftabschluß aus CeUulose und überhaupt beim — nicht oxy- dativen — Abbau organischen Materials entstehen kann. Es bildet sich daher in stehenden Gewässern und Sümpfen (,, Sumpf- gas"), findet sich in der Luft der Kohlen- bergwerke (Gnibengas, schlagende Wetter) und tritt als Bestandteil gasführender Quellen auf. Physiologisch bemerkenswert ist seine Bildung in den Darmgasen der Pflanzen- fresser. Die wichtigste Quelle für Paraffine ist das Petroleum oder Erdöl; das aus Penn- sylvania und Kanada in Nordamerika stam- mende bestellt zum weitaus größten Teil aus Paraffinen Kohlenwasserstoffen, von den niedersten — Methan enthält es gelöst — bis zu den höchsten, darunter die meisten mit normaler, einige wenige mit verzweigter Kette. Isoliert sind daraus C4 bis Cjg und einige höhersiedende bis Gas- Olefine enthält es nur sehr wenig, ebenso Naphtene und aromatische Kohlenwasserstoffe. Als Ver- unreinigung enthält Petroleum immer ge- ringe Mengen 0-, N- und S-haltiger Sub- stanzen, das von Pennsylvania z. B. bis 3%. Alle Rohöle absorbieren aus der Luft Sauer- stoff, \\obei harzige, saure, Metall angrei- fende Produkte entstehen. Auch ., Paraffin" (siehe weiter unten) verhält sich in der Hitze ähnlich, es nimmt dabei braune Farbe an. Die Reindarstellung der ein- zelnen Kohlenwasserstoffe aus Petroleum ist schwierig, sie geschieht durch immer und immer wiederholte Fraktionierung. Es ver- dient Interesse, daß eine solche Fraktionierung bis zu gewissem Grade merkwürdigerweise auch erreichbar ist auf dem Wege der Fil- tration durch manche Sorten Tone, z. B. sogenannte FuUererde. In ähnlicher Weise hält Filtration durch Erdschichten die riechenden Bestandteile des Leuchtgases zurück. Eine rohe Fraktionieiung hefeit die technisch wichtigen Produkte Petrol- äther, ^) Gasolin (C5 und Cg), Benzin (Cg und C7), Ligroin (C^ und C^), Brennpetroleum (von 150 bis 300° siedende Kohlenwasser- stoffe; 55 bis 75 °o amerikanischen Erdöls), paraffinhaltige Schmieröle und schheß- lich die Vaseline, jene bekannte gelbe, oder nach dem Bleichen weiße salbige Masse. In derselben ist ein buntes Gemisch teils fester, teils öliger, zum Teil auch ungesättigter Kohlenwasserstoffe oder vonPolymerisations- produkten derselben anzunehmen. Nach Ab- destillieren des Leuchtöls destiUiert man zur Gewinnung der Schmieröle mit Wasser- dampf. Als Rückstand bleiben sehr wasser- stoffarme Verbindungen und Coke. Die letzten leicht erstarrenden gelb oder grün- braun gefärbten schweren, zähen Destillate bilden das ,, Erdölharz". Die ersten Roh- destiUate werden raffiniert durch saure oder auch alkalische Waschungen und Behandeln mit Entfärbungs- und Bleichmitteln (Sonnen- licht). Die Gewinnung des ,, Paraffins" ge- schieht durch Abkühlen und Abpressen, lieber mutmaßliche Entstehung des Petro- leums wird an anderer Stelle berichtet. Auch die anderen Erdölsorten enthalten Grenzkohlenwasserstoffe, aber wesentlich weniger als das amerikanische Oel. Das galizische enthält beträchtliche Mengen hochsiedender Paraffine neben aromatischen Kohlenwasserstoffen, das russische haupt- sächlich Naphtene, d. h. den Olefinen isomere zyklische Kohlenwasserstoffe (vgl. S. 184). 'Englers Untersuchungen haben es wahrscheinlich gemacht, daß die scheinbar große Verschiedenheit der Petrolsorten^) sich dadurch erklärt, daß der Petrolbildungs- prozeß aus tierisch - pflanzlichen Resten an den verschiedenen Fundorten verschieden weit fortgeschritten ist, und daß das meiste Erdöl „noch im Ausgleich begriffen" ist. Andererseits ist wohl das erdölbildende Roh- ^) Vgl. auch das Verhalten z. B. der Bromide. S. 199. 1) Als Rhigolen oder Zymogen findet man bisweilen ein Produkt im Handel, das noch flüchtiger ist als Petroläther. 2) Die Verschiedenheiten der Petrolsorten — auch die von Rumänien, Elsaß, Hannover, Texas, Kalifornien, Japan, Sundamsehi seien noch genannt — süid so groß, daß kerne 2 Oele auch nur ähnlich zusammengesetzt smd, selbst wenn ihre Ursprungorte nahe beieinander liegen. Fast alle Oele zeigen optische Rechtsdrehung. 182 Aliphatische Kohlenwasserstoffe material, ebenso wie die ßildungsbedingungen, als sehr verschieden anzunehmen. In Süd- osteuropa findet sich ein Ozokerit genanntes Erdwachs, das ebenfalls aus hochmoleku- laren Paraffinen besteht. Nach künstlicher Bleichung führt es den Handelsnamen Ceresin. Sein Molekulargewicht ist viel höher als das des gewöhnlichen, aus Braunkohlen stammenden ,, Paraffins". Das sogenannte weiße Vaselin (ünguentum Paraffini) ist ein Ozokeritparaffin, gelöst in Paraffinöl (Paraffinum liquidum), einer Petroleum- fraktion. AV eitere Quellen, aus denen paraffine Kohlenwasserstoffe erst durch mehr oder weniger komplizierte Prozesse gewonnen werden müssen, sind gewisse Sorten Kohlen, aus denen sie bei trockener Destillation (Schwelerei) erhalten \\ erden, so die englische Cannel-, Boghead-, und vorallem diesächsische Braunkohle. Auch Destillation von bitumi- nösen Schiefern, von Holz und Torf liefert etwas Paraffin. Im Steinkohlenteer findet sich das normale Dekan (B. 42, 3609). Der Braunkohlenteer ergibt bei der Fraktionie- rung unter Zuhilfenahme von alkalischen und sauren Waschungen und Bleichungen Braunkohlenbenzin, Solaröl (Sdp 175 — 260°; als Brennöl verwandt), schweres Paraffinöl, Weichparaffin, Hartparaffin. Nach B. 40, 4780 gelang es aus einem Braunkohlen- paraffin 35 Homologe der Reihe Cig bis Cgg zu isolieren. Physiologisch von Interesse, wenn auch nicht reichliche Mengen liefernd, ist das Vorkommen von Paraffinen in tie- rischen und pflanzlichen Produkten, so im Bienenwachs (Ca,, C29, C31) und der wachs- haltigen Cuticula der Pflanzen, in manchen Harzen und Balsamen, schließlich in Blüten (C27— C3, C. 1910 II 1934) und anderen Pflanzen teilen; C7 in den sogenannten Petroleumnüssen von Pinus Sabiniana.^) Cii im Ameisenöl, Cjs im Rosenöl, C20 in Bryoniablättern, G„ im Neroliöl usw. Verwendung finden die Paraffine zur Beleuchtung, Heizung, speziell neuerdings als Motorspeismittel, die flüssigen als Lösungs- mittel für Harze u. a. Stoffe, als Entstäu- bungsmittel beim Straßenbau, als Schmier- material lind als Salbengrundlage. Beleuchtung (vgl. auch den Artikel ,,L e u c h tg a s"). Das durch Destillation der Steinkohle gewonnene gewöhnliche Gas, zu Leu cht- und Heizzwecken verwendet, enthält Methan als eini-igen paraffinen Be- standteil zu 30 bis 40%. Bei der Verbrennung in gewöhnlichen Lampen alten Stils, die im wesentlichen einfache linienförmige Oeff- nungen der Rohrleitung darstellen, wird es weder für Leucht-, noch für Heizzwecke in günstiger Weise ausgenutzt, da eine ^) C,Hi6 riecht nach Bernthsen stark nach Orangen (vgl. Aiim. S. 178) und bewirkt beim Einatmen Gefühllosiojkeit. derartige Flamme Licht und Wärme zu gleicher Zeit, in einem nicht nach Belieben veränderlichen Verhältnis gibt. Das Me- than, mit farbloser Flamme glatt zu CO 2 und H2O verbrennend, kommt ausschließlich für die Wärmelief ernng in Betracht, die anderen beigemengten nicht paraffinen und schwereren Kohlenwasserstoffe da- gegen verbrennen, indem sie dabei interme- diär reichlich Kohle abscheiden, die zur Gelbglut erhitzt, die Leuchtkraft erzeugt, wodurch aber gleichzeitig der Wärme- wert der Verbrennung herabgedrückt wird. Nach beiden Richtungen ist es gehingen, Ab- hilfe zu schaffen. Die Vollständigkeit der Verbrennung wird in idealer, sehr einfacher Weise herbeigeführt durch Beimischung ge- nügenden Luftsauerstoffs im sogenannten Bunsenbrenner, dadurch, daß das aus einer Düse in ein Brennerrohr unter genügendem Druck ausströmende Gas aus seitlichen Oeffnungen desselben atmosphärische Luft ansaugt und mitreißt. Für Verbesserung der Lichtausnützung kommen zwei Älittel in Betracht. Da das Leuchtgas nicht durch destruktive Vorgänge analog dem Cracking- prozeß (vgl. S. l9l) in besser leuchtende Gase überführbar ist, so kann man ihm durch den sogenannten Carburierungsprozeß Verbin- dungen mit hohem Kohlenstoffgehalt (z. B. Benzol) einverleiben, die bei der Verbren- nung viel leuchtende Kohle ergeben. Ganz anders ist der Effekt, nämlich in- direkt Licht erzeugend, in der sogenannten Gasglühlichtlampe, wo die hohe Verbren- nungswärme des Methans und, infolge der Beimischung von Luft nach dem Bunsen- brennerprinzip, auch der anderen Kohlen- wasserstoffe ausgenutzt wnrd zur Erhitzung bei hoher Temperatur Licht ausstrahlender anorganischer Stoffe (Oxyde der seltenen Erden). Aehnliches wie für Leuchtgas gilt auch füi Petroleum, nur daß hier die Ver- hältnisse für die Lichtausnutzung in der ge- wöhnlichen Lampe, und für Benzine, wo sie. für die nicht als Licht auftretende Energie günstiger liegen. Die Ausnützung dieser letzteren mit großem Nutzeffekt ist in den Petroleum- und Benzinmotoren der heutigen Automobil- und Luftfahrzeuge gelungen. Für Carburierang des Petroleums werden im Handel sogenannte Leuchtkugeln, meist aus Naphtalin bestehend, angeboten; für Ver- wendung nach dem Glühlichtprinzip hat man Lampen konstruiert, die aber, wohl wegen noch anhaftender Mängel (Kohleabscheidung und dadurch Vernichtung der Glüh- strümpfe), keine starke Verbreitung besitzen. Die öligen Kohlenw^asserstoffe oder salben- artigen Kohlenwasserstoffgemische bilden überall da, wo Fette nur wiegen ihrer physi- kalischen Eigenschaften Verwendung finden, deren natürlichen, vorteilhaften Ersatz. Ein- mal, weil sie den Nachteil der Fette, ihre Aliphatische Kohlenwasserstoffe 183 leichte Zersetzbarkeit (Ranzigwerden) nicht zeigen und als Schniiermaterial gebraucht Metalle in keiner Weise angreifen. Ihr Schmierwert steht übrigens nach C. 1908 II 734 hinter dem der Wasserstoff ärmeren Kohlenwasserstoffe zurück. Weiterhin aber sprechen wirtschafthche Gründe für ihre weit- gehende Verwendung in genanntem Sinne, weil der Bedarf an Fetten animahschen, wie vegetabilischen Ursprungs für die mensch- liche Ernähnmg (Margarine), wie für die Seifenfabrikation gegenwärtig fast die ganze Produktion in Anspruch nimmt. Unter solchen Gesichtspunkten erscheint das gewiß nicht unlösbare Problem außerordentlich wichtig, direkt die relativ bilhgen Kohlen- wasserstoffe in Fettsäuren zu überführen. Als Lösungsmittel für Harze und Verdün- nungsmittel für Lacke finden Benzine die- selbe Verwendung wie Terpentinöl, sie sind aber ein minderwertiges Surrogat, insofern als ihnen die Fähigkeit des Terpentins er- mangelt, durch Sauerstoffübertragung den Trockenprozeß zu beschleunigen. Als Fett- extraktionsmittel und in chemischen Wäsche- reien wird Benzin in großer Menge verbraucht, wobei nur seine Feuergefährhchkeit von Nachteil ist (vgl. S. 197). — Paraffin und Ceresin finden zur Kerzenfabrikation in der- selben Weise wie Stearin, oder besonders gern auch gemischt mit diesem Verwendung. 2d) Darstellung der Paraffine. 1. Eigentüche Synthesen, bei denen Neu- knüpf ung einer C — C-Bindung eintritt, also Darstellung aus Verbindungen mit niedrigerer C-Atomzahl. a) An erster Stelle zu nennen ist hier die bereits oben berührte Reaktion nach Würtz, Behandlung der Halogenverbindungen beson- ders der Jodide (oder Bromide) der Kohlen- wasserstoffe mit Na-Metall in ätherischer Lösung. Werden Jodide zweier verschiedener Radikale R^ und R., ver^vandt, so können sich natürlich die drei Produkte R^ — R^, Ro — R2, Ri — Ro bilden. Die Bedingungen der Reaktion müssen so gewählt werden, daß die Entstehung der ersten beiden mög- lichst hintangehalten wird. Dem Na analog wirkt Mg und Alkohol, doch entstehen hier bei den niederen Güedern (kleiner als Cg) Kohlenwasserstoffe durch einfachen Ersatz des Halogens mit Wasserstoff (vgl. unten). Zink wirkt beim Erhitzen im geschlossenen Rohr; intermediär werden wohl immer metall- haltige Zwischenprodukte anzunehmen sein so bei Zink solche der Formel Zn(j und Zu [[, die sich dann unter Bildung von ZnJa und R — R zersetzen, indem Zinkalkyl und Jodalkyl aufeinander einwirken. Dem entspricht die Einwirkung fertiger Zink- alkyle auf Halogenalkyl K> Zn + :]Zr = ZnJa + 2 R-R Auch Mg wirkt zum Teil 2;emäß der Gleichung 2RJ -f Mg ^ MgJa + R-R die Hauptreaktion verläuft indes nach 2. b) Elektrolyse der Carbonsäuren liefert Kohlenwasserstoff nach der Gleichung 2CH3 COOH ^ H2 + 2CO2 -f C2H6 Die beiden letzten Stoffe werden an der Anode abgeschieden. c) Quartäre Kohlenwasserstoffe entstehen mit Zinkallvvl aus Ketonchloriden oder ter- tiären Jodiden, aus letzteren auch mit Zink- alkyljodid nach den Gleichungen oder Formeln r' , R R R >C! Cl2+Zn \( >^Q( + Zn CL ; W ' '\R R/ \r R R T? R^CJ + J Zn R ^^C'-' + Zn J^; R^ R^ \R RV 2. Darstellungen von Kohlenwasserstoff aus Derivaten gleicher C- Anzahl durch Re- duktion, Als Derivate kommen in Betracht Halogen- und Sauerstoffverbindungen, ferner wasserstoffärmere Kohlenwasserstoffe (Ole- fine und Acetyleue). Als Reduktionsmittel können dienen naszierender Wasserstoff, Zink und H.^0, Jodwasserstoffe) (mit oder ohne Zusatz roten Phosphors), verkupfertes Zink (Kupfer-Zinkpaar), AI oder Mg-Amal- gam, KaMumhydrid, elektrolytische Reduk- tion u. a. So lassen sich die Halogenide (am besten Jodide) reduzieren entsprechend den Gleichungen RJ+H2-^RH+HJ; RJ+HJ^RH+Ja RJ + KH = RH + K J 2RJ+ 2Zn -^ ZnR2+ ZnJa ZnRa + H2O -> R2H2 -f ZnO RJ + Mg(+ Aether) = MgRJ \ nach MgRJ+ H2O = Mg(OH)J+ RHfGrignard Man kann auch ausgehen von den Alkoholen, die direkt mit Wasserstoff nicht reduzierbar sind, und ihre leichte Ueberführbarkeit in die Halogenverbindungen benutzen. Bei Anwendung von Jodwasserstoff verläuft diese Ueberfühmng und die Reduktion zum Kohlenwasserstoff in einer Reaktion, wenn durch Zusatz von rotem Phosphor das ent- standene Jod in der wässerigen Lösung wieder in H J verwandelt und so einer Hemmung der Reaktion infolge Umkehrbarkeit vorge- beugt wird ROH + 2H J -> RH + J2 + H2O Mit dieser Abänderung gelingt übrigens auch Reduktion von Säuren und Ketonen 1) Jodwasserstoff ist eiii besonders ^del angewandtes energisches Reduktionsmittel für oreanisclie Verbindiuigen. 184 Aliphatische Kohlenwasserstoffe (letztere nach Ueberführung in die Keton- chloride durch PCI,). Infolge einer Nebenreaktion können, bei hoher Temperatur und katalytisch beein- flußt durch fein verteilte Substanzen wie Tonerde u. a., gesättigte Kohlenwasserstoffe auch aus den Alkoholen direkt entstehen. Der Alkohol spaltet nämlich nach zwei Rich- tungen: 1. in Olef in und Wasser, 2. inAldehyd und Wasserstoff. Aus Olefin und Wasser- stoff kann dann Paraffin entstehen. Eine solche Hydrierung der olefinischen Kohlenwasserstoffe CnHon erfolgt allgemein bei Gegenwart von Nickel in geeigneter, fein verteilter Form schon bei etwa 300° leicht (Sabatier). Bei höheren Olefinen auch ohne Katalysatoren mit HJ im Einschlußrohr. Indirekt sind Kohlenwasserstoffe aus Aminen zu erhalten, nach vorheriger Ueberfühnmg derselben in Alkohole mit salpetriger Säure. Durch Oxydation mit Ferricyanid in alka- lischer Lösung sind sie auch aus Hydrazinen RNH^NHo zu gewinnen. Acetessigester und seine Homologen sind durch elektroly- tische Reduktion in die entsprechenden Butane übergeführt worden. Die Hydrierung von Polymethylenen unter Ringsprengung ist nur bei Cyklobutan gelungen (B. 40, 3980). 3. Entstehung von Kohlenwasserstoff durch Abbau von Verbindungen mit höherer C-Atomzahl. a) Die einzige wichtige in Betracht kommende Gewinnungsart ist die auch für die Kohlenwasserstoffe anderer Reihen ge- bräuchliche unter Abspaltung des Carboxyls von Säuren, nämlich durch Erhitzen ihrer Salze mit Basen (in der Regel Natronkalk), wobei deren kohlensaure Salze gebildet wer- den unter Entstehung von Kohlenwasserstoff. RCOONa + NaOH -> Na2C03 + RH Man gelangt so zum Kohlenwasserstoff der nächst niederen Reihe, oder, da die Zahl der Carboxylgnippen keine Rolle spielt, von Dicarbonsäuren aus zu einer um 2 C ärmeren Reihe. b) Zu erwähnen ist hier auch die Zer- splitterung höherer Paraffine bei anhalten- dem Sieden oder bei Ueberhitzung in ein niederes Paraffin und ein Olefin. Dieselbe Wirkung hat Erhitzen mit AlCL; Zersetzung gasförmiger Kohlenwasserstoffe durch glühen- des Mg oder AI (B. 40, 2871). Eine Vereini- gung der Reaktion nach a und b findet statt beim Erhitzen fettsaurer Erdalkalien. Bei 270° entstehen Paraffin, Ceresin und viscoses Oel (C. 1909, I 871). Eine Sprengung einer längeren Kette etwa einfach unter Addition von Wasserstoff RCH2-CH,R2 -> RCH3+ R2CH3 ist nicht ausführbar. Allerdings erhält man aus Aethylen und Wasserstoff bei hoher Temperatur fast ausschließlich Methan. c) Von Interesse ist die Beobachtung, daß die Hydrolyse von Ketonen durch Licht zur Spaltung in Säure und Kohlenwasser- stoff führen kann CHsCOCHs + HoO -> C2H6 + CH3COOH (Ch. Z. 1910 Rep. 531). 3. Wasserstoffärmere , ungesättigte, aliphatische Kohlenwasserstoffe. 3 a) Die Olef ine CnH,„ (Synonyma Aethylene, Aethene, Alkylene, Ene). Systematik, Konstitution undlsomerie. Wie anfangs erwähnt, haben alle hierher gehörigen Kohlen- wasserstoffe dieselbe prozentige Zusammen- setzung, sie können daher nicht durch Ana- lyse, sondern nur durch die ihrer Derivate, z. B. der Bibromide unterschieden werden oder durch das Molekulargewicht. Der Name Olefine (Oelerzeuger) ist sehr alt und wurde ihnen gegeben am Ende des 18. Jahrhunderts als das erste Derivat der Reihe Aethylen- chlorid, das „Oel der holländischen Che- miker" entdeckt worden war. Während die der Formel CnH2n + 2 entsprechenden Kohlenwasserstoffe zwar, wie oben erwähnt, zwei Unterabteilungen umfassen, die durch die Leichtigkeit der Einwirkung von Reagen- tien unterschieden sind, während sie aber doch andererseits eine deutlich zusammen- gehörige, von den anderen Wasserstoff ärmeren Kohlenwasserstoffen deutlich verschiedene Klasse bilden, zeigen sich, der Formel dHon entsprechend zusammengesetzt, zwei große Reihen, die nach ihrem ganzen Verhalten, Bildungsweisen und Zersetzungen, man möchte sagen, nicht das geringste mitein- ander zu tun haben. Die eine, an anderer Stelle dieses Werkes behandelte Gruppe zeigt größte Aehnlichkeit mit Paraffinen, und wird darum auch diesen analog formuliert als eine Aneinanderreihung von CH^-Gruppen, der aber Anfang und Ende und somit die CH3- Gruppen der Paraffine fehlen. Sie werden also formuliert als in sich geschlossene Ketten oder Ringe und führen den Namen Cyklo- paraffine, wodurch ihre Beziehungen einer- seits zu den Paraffinen, andererseits zu den aromatischen Ringkohlenwasserstoffen zum Ausdmck kommen (vgl. den Artikel ,,Iso- zyklische Systeme"). Die andere Reihe, die der Olefine, ist durch sehr ausgesprochene Eigentümlichkeiten vor jenen beiden Kohlen- wasserstoffreihen ausgezeichnet, vor allem durch ihre Fähigkeit andere Atome oder Atomgruppen, und zwar zwei einwertige Atome, oder ein in zwei einwertige Reste zerfallendes Molekül zu addieren. Wie der Vergleich der Formeln lehrt, gehen sie damit in Verbindungen über, die in der Zusammen- setzung den Paraffinen oder ihren Derivaten entsprechen müssen und sich in der Tat als mit ihnen identisch erweisen: C2H4+H2 =C2He C2He + Br2 ^ HBr + CaH^Br \ ■^.^,,^;,^^ C2H4 + BrH = CaHsBr / 't^^'"'^^" Aliphatische Kohlenwasserstoffe 185 Daraus ergibt sich die Mögliclilveit die Konstitution der Olefine fest::u stellen, wenn die ihrer durch Addition entstehenden paraf- finischen Derivate bekannt ist. Man be- zeichnet Verbindungen, die erst durch x\d- dition weiterer Bestandteile in ,, gesättigte" keinerlei Additionseigenschaften mehr zei- gende Stoffe übergehen, als ,, ungesättigt". Ungesättigt in diesem ^^ eiteren Sinne sind dann auch alle Stoffe, die eine Gruppe enthalten, bei der zur Bindung zweier Elemente mehr wie eine ihrer Valenzen als beanspnicht anzunehmen ist (z. B. die Gruppe C = 0), soweit sie zu Additions- reaktionen befähigt sind (vgl. den Artikel ,, Aldehyde"). Bei den ungesättigten Koh- lenwasserstoffen, den Olefinen, ist dies Be- streben sich durch Addition zu sättigen, meist sehr ausgeprägt. Sie addieren z. B. Wasserstoff,!) Halogen, Halogenwasserstoff sowohl wie auch Sauerstoff (in Form von H2O2, Ozon), Wasser, HOCl u. a., wobei manche Sauerstoffadditionsprodukte leicht weiter gespalten werden in mehrere Produkte mit niedrigerer C-Atomzahl. Bei Abwesen- heit addierbarer Substanzen besitzen ihre Moleküle die Fälligkeit miteinander zu rea- gieren durch Selbstaddition, sie ,,polymeri- sieren" sich. Als wichtigste Reaktion, zur Er- kennung des ungesättigten Charakters und zum Unterschied von Paraffinen, Cyklo- paraffinen und aromatischen Kohlenwasser- stoffen, dient die momentan eintretende Ent- färbung von Brom (ohne gleichzeitigen Aus- tritt von HBr) in Chloroformlüsung, sowie die von sodaalkalischer Permanganatlösung unter gleichzeitiger Bildung von Braun- stein (v. Baeyersches Reagens). Zunächst entstehen dabei nachweislich Glykole, weiterhin tritt Spaltung am Ort der Doppelbindung ein. Beide Reagentien sind zwar auch auf andere Kohlenwasserstoffe nicht ganz ohne Einwirkung, so Brom z. B. auf Paraffine (aber durch Substitution), Permanganat auf Alkohole usw.; die Ein- wirkung findet aber dort unvergleichlich viel langsamer statt. Die Einwirkung freien Halogens ist ferner bei Paraffinen immer von HBr-Entwickeluug begleitet und da- durch deutlich von der bloßen Halogen- addition der Olefine unterschieden. Die Permanganatentfärbung beweist Anwesen- heit ungesättigten Kohlenwasserstoffs natür- lich nur für den Fall der Abwesenheit anderer reduzierender Gruppen wie z. B. der Aldehyd - gmppe — C^o- Das geschilderte Verhalten der Olefine hat zu Vorstellungen über die Konstitution ge- führt, die in dem Formelsymbol der doppelten Bindung C = C ihren Ausdruck finden, d. h. 1) Ueber Schwierigkeit der Addition von Wasserstoff gegenüber der von Halogen vgl. S. 189. zu der Annahme, daß zwei benachbarte C- AtomewenigerWasserstoff gebunden enthalten als ihrer Vierwertigkeit entspricht, und sich statt dessen durch zwei ihrer Valenzen gegen- seitig absättigen und binden. Diese Annahme stößt auf Schwierigkeiten der Vorstellbark eit, insofern als nach gewöhnlichen Begriffen eine doppelte Bindung die einfache an Festig- keit übertreffen müßte, während die un- gesättigten Verbindungen gerade das ent- gegengesetzte Verhalten zeigen. Der Wider- spiiich erklärt sich dadurch, daß die Bindung zwischen zwei Atomen nicht als starr zu be- trachten ist, sondern daß die gebundenen Atome Bewegungen um eine Gleichgewichts- ^ läge ausführend gedacht werden. Es läßt sich verstehen, daß durch eine zweite ,, Bin- dung" die Atome in der ihnen natürlichen Beweglichkeit gehindert werden, und daß davon Spannungen oder Zerrungen die Folge sind. Faßt man das C-Atom als Tetraeder auf, in dem die Valenzen durch die Verbin- dungslinien des Zentmms mit den Ecken dargestellt werden, so kann das Bild der ein- fachen Bindung dargestellt werden durch zwei sich mit den Spitzen berührende, frei um einander drehbare Tetraeder, das der doppelten Bindung dagegen durch zwei mit der Kante aneinander gelagerte derartige Körper, die nur nach einer Richtung noch drehbar, also in ihrer Beweglichkeit gehemmt sind. Baeyer macht die i\nuahme. ,,daß die Richtung der Valenzen des C-Tetraeders eine Ablenkung erfahren kann, die jedoch ein mit der Größe der letzteren wachsende Spannung zur Folge hat. Bei einfacher Bindung bilden die Valenzen zweier aneinander gebundener C-Atome eine gerade Verbindungs- linie, bei mehrfacher müssen die Valenzen so weit abgebogen werden, bis sie der Ver- bindungshnie zwischen den Schwerpunkten der tetraedrischen Atome parallel sind. (Spannungstheorie v. Baeyers; zur Anwen- dung derselben auf Ringsysteme vgl. den Artikel ,, Benzolgruppe"). Es bleibt noch die Frage zu beantworten, warum nicht andere naheliegende Möglichkeiten zur Formulierung herangezogen werden, so die mit drei- oder zweiwertigem Kohlenstoff oder mit freien Valenzen^) z. B. CH3-CH-CH-CH3 oder CH3— CH— CH-CH3 Beide finden Analogien in zahllosen Bei- spielen der anorganischen Chemie und in den für Kohlenoxyd und Blausäure (C = NH) angenommenen Formehi, und beide würden die Additionsreaktionen in geeigneter Weise zu erklären vermögen. Gegen die Wahr- 1) Beides läuft im Grimde auf dasselbe hinaus. Man kann Ferro sulfat eben so gut Fe = SO« wie Fe= SO. formulieren. 186 Aliphatische Kohlenwasserstoffe scheinliehkeit der Existenz dreiwertigen Koh- lenstoffs oder freier Valenzen spricht schon das Gesetz der „paaren Atomzahl", d. h. der Nichtexistenz von Kohlenwasserstoffen der Formel C„H2n+i, CnH2n-i usw. oder der freien Radikale, d. h die Tatsache, daß solche wasserstoffärmere C-Atome nur paar- weise, zu zweien auftreten und nie einzeln; auch die nachweisliche Unmöglichkeit, trotz vieler angestellter Versuche ein Methylen CHo darzustellen (Letzter derartiger Ver- such B. 44, 2194 Stau ding er). Das Gesetz der paaren Atomzahl ließe noch zu, daß an zwei voneinander getrennten Stellen des Moleküls oder gehäuft an einer Stelle C-Atome mit weniger als vier Valenzen, oder solche mit freien Valenzen wären, entsprechend Formeln wie CH3-CH— CHo CH— CH3 oder CH3— CH- oder CH3— C— CH3. II Allein abgesehen davon, daß die Zahl der hiernach sich berechnenden Isomeren un- endlich viel größer sein müßte, als sie in der Tat ist — es gibt z. B. nur einen Kohlen- wasserstoff Aethylen C2H4; das Aethyliden CH3 — CH= ist nicht bekannt, es existiert nicht frei, sondern nur als Radikal — ist für die bekannten ungesättigten Kohlen- wasserstoffe das Gegenteil streng beweisbar, nämlich daß die Ungesättigtheit oder der Wasserstoffmangel immer an zwei benach- barten C-Atomen des Moleküls gleichmäßig konzentriert ist. Beweisbar, weil über die Konstitution der Additionsprodukte, als Deri- vate der Paraffine, die auch auf anderem Wege zugänglich sind, kein Zweifel ist, und weil als einfachste die Annahme gemacht wird, daß die Addenden an den Ort der Wasserstofflücken treten, ohne weitere Atom- verschiebung. Es zeigt sich nun, daß die beiden Addenden immer an zwei benach- barte C-Atome treten. Andererseits zeigt sich, daß umgekehrt Abspaltungen wie z. B. die von HBr nur an zwei benachbarten C-Atomen vor sich gehen können und daher z. B. an Verbindungen wie CH3X CHa^C— CHgEif nicht ausführbar sind. CR/ In Gegensatz zu diesen Einwänden ist nun andererseits die Annahme der doppel- ten Bindung imstande, die Zahl der ge- fundenen Isomeren richtig zu erklären und voraus zu berechnen. Will man aber unter Verzicht auf eine Erklänmg an- nehmen, daß „aus irgendeinem Grunde'- ungesättigte Kohlenwasserstoffe nur mit zwei benachbarten, wasserstoffärmeren C-Atomen oder einem als Ganzes reagieren- den C-Atompaar existieren, so ist klar, daß dann die Formulierung CH., — CH„ mit ,, Lückenbindung" (Werner) dieselbe Be- a rechtigung hat, wie die mit doppelter Bin- dung, womit die Formulierung der organisch ungesättigten Verbindungen sich ganz der der anorganischen niederen Oxydationstufen an die Seite stellt. Allgemein neigen neuere theoretische Anschauungen, auf Grund unten geschilderter Tatsachen dazu, die Valenzen nicht mehr als gerichtete Einzelkräfte auf- zufassen, wie dies die klassische Auffassung der Doppelbindung voraussetzt, und eine Formulierung durchzuführen, die zwischen beiden obigen die Mitte hält; man nimmt an, daß die zweite Valenz bei der Doppel- bindung nur zum Teil verbraucht wird, und daß freie „Partialvalenzen" übrig bleiben (Thiele, Annal. 306; Ausdehnung dieser Ansicht auf mehrere sich beein- flussende Doppelbindungen; konjugierte, gekreuzte, Zwillings-, Benzoldoppelbindung). Diese Ansicht ist geeignet, zu erklären, wanim hinsichtlich der Addition zwischen verschiedenen, oft sehr ähnlichen unge- sättigten Verbindungen, wie beobachtet, starke Unterschiede obwalten, ferner auch warum bei mehreren Doppelbindungen im Molekül, die Wirkung sich bisweilen nicht einfach addiert, sondern, je nach der Lage, abschwächen oder verstärken kann. Dazu kommt, daß Forschungen neuster Zeit die wenigstens vorübergehende Existenz freier Radikale mit zwei- und dreiwertigem Kohlen- stoff experimentell wahrscheinlich gemacht haben, wodurch gewisse zur Erklärung von komplizierteren Reaktionen schon früher z. B. von Nef gemachte Annahme gestützt worden sind (vgl. dazu den Artikel „Va- lenzlehre"). Auf Grund der gewonnenen Vorstellung über die Formel der ungesättigten Kohlen- wasserstoffe läßt sich nun die Zahl der mög- lichen Isomeren berechnen. Sie hat sich mit der der wirklich darstellbaren überein- stimmend gezeigt, worin eine starke Stütze für die Richtigkeit der Formulienmg er- blickt werden kann. Die Zahl ist erheblich größer als bei den Paraffinen, denn außer allen dort möglichen Isomerien kommt hier noch hinzu die durch verschiedene Lage der Doppelbindungen vemrsachte, sowie die durch verschiedene Anordnung im Raum bedingte Stereoisomerie. Diese räumliche, sogenannte cis-trans-Isomerie tritt ein, wenn jedes der beiden C-Atome mit zwei ver- schiedenen Substituenten verbunden ist ent- sprechend dem Schema Ca p, a p a II oder II oder || c^ c: C^, Jedes davon kann zwei Stereoisomere bilden z. B. a .r- b a b a Aliphatische Kohlenwasserstoffe 187 Bei Ueberführuiiö- in Paraffin durch Ad- dition verschwindet diese Isomerie, wenn die Addenden gleich sind; sind sie dagegen ver- schieden, so entstehen zwei asymmetrische C-Atome und die Stereo isomerie bleibt auch in den Paraffinderivaten erhalten. Die Ent- scheidung, welches Isomere der eis- und welches der trans-Form entspricht ist meist nicht leicht. Sie gründet sich auf dieAnnahme, daß Abspaltungen (z. B. Anhydridbildung) besonders leicht bei Derivaten der cis-Formen eintreten werden. Den 2 Bntanen entspreclien 3 Butylene PtT PTT PTT PTT —> t^Ha = CH CHoCHs bJrlsLMaOMabMa -^ CH3— CH = CH — CH3 (2 stereomere Formen) CH.— CH-^CH, -^ CH,=C CH, CH3 CH3 Den ;■) Pentanen entsprechen 5 Amylene (Pentene), den 5 Hexanen 13 Hexylene usw. Bis C12 sind mehrere der möglichen Iso- meren wirklich bekannt, weiter hinauf kennt man meist nur ein Glied, und oberhalb C20 sind nnsere Kenntnisse gegenüber der großen Zahl der bei Olefinen möglichen isomeren sehr lückenhaft. Die Feststellung der Lage der Doppel- bindung gründet sich auf die der Konstitu- tion bekannter paraffiner Ansgangsstoffe zur Gewinnung der Olefine^) oder die bekannter Reaktionsprodukte bei Abbau durch Oxy- dation oder bei Derivaten durch Addition. Z. B. liefert von Hexenen bei der Oxydation CH3CHoCH.2CH=CHCH3: ^Essigsäure nnd Buttersäure CH3CH2CH=CHCH2CH3: 2 Moleküle Pro- pionsäure Cga Q^c [<§3: 2 Moleküle Aceton. Die Namen der Olefine werden gebildet nach alter Weise durch Ersatz der Paraffin- endung an mit ylen; nach den Genfer Be- schlüssen dagegen einfach mit en; sonst in derfürParaff ine erläuterten Weise-) (Aethylen oder Aethen, Propylen oder Propen, Pentylen oder Penten, gewöhnlich Amylen genannt usw.). Nach der Lage der doppelten Bindung unterscheidet man die Isomeren z. B. als Normal- oder a-Butylen, Pseudo- oder /3-Butylen, Iso- oder }^-Butylen (vgl. die obigen dieselbe Reihenfolge einhaltenden Formeln). Die Genfer Nomenklatur kenn- zeichnet den Ort der Doppelbindung durch beigesetzte Ziffer ihres ersten C-iVtoms; Zähl- beginn an dem der Doppelbindung nächsten Ende der Kette ^) In Ausnahmefällen treten indes Ver- schiebungen der Doppelbindung ein. 2) Vgl. den Artikel ,, Systematik und Nomenklatur der organischen Verbin- dungen". CH3-CH = CH -CH2- CH3 2-Penten CH2 = CH-CH = CH2 1 3-Butadien außer wenn das allgemeine Prinzip der Be- nennung des C-Skeletts wegen vorhandener Seitenketten vorschreibt, am anderen Ende mit dem Zählen zu beginnen, z. B. CH3— CH— CH2— CH = CH3 2 Methylpenten4 CH3 . . . . Häufig ergibt sich eine einfache Be- nennung dadurch, daß man den Kohlen- wasserstoff als aus zwei geeignet scheinenden Resten (Radikalen) zusammengesetzt denkt, z. B. Di-iso-bntylen, Triamylen usw., oder indem man alles auf Aethylen als Stamm- substanz zurückführt, z. B. ^^^ C=CH2 as-Methyläthyläthylen Das Radikal CH=CH2 führt den alten Namen Vinyl (= Aethenyl). Namen wie Propenyl usw. bedürfen keiner Erklärung. Physikalische und chemische Eigenschaften. In den physikahschen Eigenschaften sind die Olefine nicht sehr verschieden von den Paraffinen. Von C5 bis C18 hat man es unter den Bedingungen unseres Klimas mit Flüssigkeiten zu tun. Die Siedepunkte der Kohlenwasserstoffe gleicher C-iVtomzahl, gesättigter wie unge- sättigter, liegen meist ziemlich dicht bei- einander. Das spezifische Gewicht der Ole- fine ist höher als das der Paraffine gleicher C-Zahl. Im Unterschied von Paraffinen brennen die kohlenstoffreicheren Olefine mit leuchtender, rußender Flamme. Ihre Ent- zündungstemperatur liegt tiefer als die der Paraffine. Die Unterschiede zwischen Paraf- fin und Olefin verwischen sich, je höher die C-Zahlsteigt, mehr und mehr. Der Einfluß der Doppelbindung auf das Ganze des Moleküls tritt zurück. Was das chemische Verhalten anlangt, so ist der paraffine Teil der C-Kette genau in derselben Weise veränderlich wie die Paraffine selbst. Indessen sind Reaktionen zu seiner Umbildung, die gleichzeitig die Doppelbin- dung intakt lassen, wenig bekannt. Chlor- propylen CH3-CC1=CH2 wird durch Chlor im Dunkeln substituiert, im Licht tritt Addition ein. Darstellung, Abspaltungs- und Additionsreaktionen. Von Synthesen oder Bildungsweisen können hier einige ge- nannt werden, die völlig den entsprechenden der Paraffine analog sind, so die Gewinnung a) aus den Salzen der gesättigten Dicarbon säuren durch Elektrolyse COOH CH. CH2 CHg COOH CH. + 2CO2 + 2H b) durch gemäßigte H-Addition an wasser- stoffärmere Kohlenwasserstoffe (Acetylene) ; 188 Aliphatische Kohlenwasserstoffe c) aus Halogenverbindungen gemäß der Wurtzschen Reaktion, wenn in der Reaktion RiJ + R2J + 2Na = 2Na J + R1-R2 das eine R eine C=C -Gruppe getrennt von dem Halogen enthält j CH2=CHCH, J + CH3J + 2Na -> CH2=CHCH2CH3+ 2NaJ x\llyliodid Handelt es sich um zwei derartige unge- sättigte Halogenverbindungen, sind die beiden R einander z. B. gleich, so entsteht ein Kohlenwasserstoff der nächst niederen Reihe CnHo„->, ein Dien z.B. 2CH2=CH-CH2J + 2 Na = 2NaJ + Diallyl; d) aus gesättigten Dihalogenverbindungen durch einfache Weg- j nähme des Halogens und zwar aus symme- trischen mit Zni); mit Na aus unsymme- trischen z. B. CH3-CHCI. + 2Na = 2NaCl + CH2=CHo. Bei ungesättigten} Halogenverbindungen, wo das Halogen selbst an olefinischem Kohlenstoff ge- bunden, ist es schwerer in Reaktion zu bringen z. B. mit Na; sie reagieren aber mit Zinkalkyl : CHa^CHBr + ZnR, -> CH2-CHR+ Zn Br > J. Diese Neigung ist bei Jod so gering, das s-CoH.iJo und CgHeJs sehr unbeständig sind, und daß Acetylene nur zwei Atome Jod aufnehmen. H J dagegen addiert sich äußerst leicht, und ebenso leicht erfolgt seine Abspaltung, so daß diese die beste DarsteUungsweise für Olefine bildet. Der Ein- fluß der organischen Komponente bei der Re- aktion zeigt sich darin, daß dieReaktionsfähig- keit mit der H-Armut der C-Atome zunimmt, daß daher wie auch bei den Paraffinen be- merkt wurde, verzweigte Ketten leichter als gerade reagieren. Verbindungen vom Tvpus CH,=CRo und CHR^CR. ad- dieren HCl schon in der Kälte, RCH = CHR schwerer, CH2 = CHR erst bei höheren Tem- peraturen, und am schwersten das wasser- stoffreiche Aethylen selber. Bei der Addition von HJ ist die Verschiedenheit so groß^) daß man isomere Kohlenwasserstoffe auf diesem Wege trennen kann, wenn das durch die Reaktion gebildete tertiäre Halogenderivat und das ursprüngliche nicht angegriffene Isomere des Kohlenwasserstoffs große Siede- punktdifferenzen zeigen. Das x\dditions ver- mögen läßt sich messen durch die Geschwin- digkeit der Auflösung in konzentrierter H2SO4, ein Vorgang, der auch zu einer, aller- dings nicht ganz streng quantitativen Tren- nung von Paraffinen benutzbar ist. So ge- messen ergibt sich das Verhältnis von x\mylen: 1-Buten wie 5 : 7, das von 2-Penten : Tri- methyläthylen wie 1 : etwa 100 (C, 1911, II 122). Sind die Addenden gleich wie bei freien Halogenen, z. B. Cl— Cl, so kann Addition und Abspaltung offenbar nur in einem Sinne erfolgen. Sind die Addenden ungleich, so ist a) bei primären Derivaten Abspaltung wieder nur in einem Sinne möglich CH2X-CH2-CH2R -> CH2 = CH2 -CH2R Die Addition dagegen kann zu den beiden Produkten CH3-CHX-CH2R undCH^X-CHo-CHaR führen. In der Tat finden zwar nachweislich beide Reaktionen statt, aber in sehr viel größerem Betrage die, bei der das X eines Addenden HX an das wasserstoffärmere C-Atom wandert, gleichgültig welchen Platz es vor der Abspaltung aus der paraffinen i Verbindung eingenommen hat, z. B : CH3J-CH,-CH3 -> CH2-CH-CH3 -^ CH3-CHJ-CH3 i Auf diese Weise ist ein wichtiger Uebergang möglich von primären zu sekundären Deri- vaten. Je ähnlicher die beiden Bestandteile 1 eines Addenden, um so gleicher sind die ge- bildeten Mengen der beiden Isomeren. Ein ' analoger Uebergang findet bei manchen Halogenderivaten durch einfache Umlageruug statt (vgl. S. 199), HCl addiert sich mehr in einem Sinne, HBr liefert zwei Isomere gleichzeitig, nämlich bei Verwendung nicht zu starker Säure das reguläre Reaktions- produkt CH3— CHBr— R, während mit sein- konzentrierter Säure CHoBr— CH,— R er- zeugt werden kann, b) Bei sekundären Derivaten kann sowohl Abspaltung wie I Addition in zweierlei Sinn verlaufen und ' zwar gemäß dem Schema 1) Aus symmeti-ischen Dibromiden mit Na erst bei den höheren Gliedern leicht. CH,Br— CH^Br wird bei 200—300» von Na kaum angegriffen. 1) An Kohlenwasserstoff mit H-freiem C- Atom addiert sich HJ noch bei — 20». Die Ab- spaltung andererseits erfolgt bei tertiären Jodiden schon mit alkoholischem Ammoniak. Aliphatische Kohlenwasserstoffe 189 CH-jCHXCHoCHoR CH,CH = CHCH,R >^ ^ CH2=CHCH,CH,R CH3CH2CHXCH2 R ^ CH3CHXCH2CH2R -> CH,XCH2CH2CH.,R Die punktierten Pfeile deuten dabei die Nebenreaktion, die anderen die Hauptreak- tion an. Von Wichtigkeit sind folgende umkehr- baren Reaktionen: a) Olefin + Xa:;^ Disubstituiertes Paraf- finderivat. b) Alkohole ^ Olefin + H2O. c) Halogenalkyl ^ Olefin + Halogen- wasserstoff. d) Andere Additionen und Abspaltungen. e) Einfaches Olefin ^ polymerisiertes Olefin. Die der schon mehrfach erwähnten Ha- logenaddition als Umkehrung entsprechende Dissoziation von Dihalogeniden in Olefin und freies Halogen erfolgt leicht bei Jodiden. CHoJ— CH2J spaltet schon bei 80«. Bei Chloriden ist sie, auch bei Gegenwart von Katalysatoren, schwerer oder nicht ausführ- bar. Dagegen läßt sich die Halogenent- ziehung mit Reagentien, am besten mit Zink- staub und Alkohol, ausführen. Bei Ein- wirkung von Chlor auf Olefine können nebenher Monosubstitutionsprodukte von Olefinen und Paraffinen entstehen, letztere weil die gesättigten Dihalogenverbindungen auch HCl abspalten, und dieses sich an intaktes Olefin addieren kann. Auch höher chlorierte Verbindungen können sich leicht unter den Produkten der Reaktion finden, während dies bei der Bromiening nicht der Fall ist. Während die pyrogen erfolgende Ab- spaltung von Wasserstoff als glatte Reaktion wegen mannigfacher Komplikationen durch andereReaktionensich anscheinend überhaupt nicht verfolgen läßt, findet die umgekehrte Reaktion, Anlagerung von H2, allerdings nur unter richtigen Bedingungen und nicht ent- fernt mit der Leichtigkeit, wie Halogen- oder Halogenwasserstoffaddition, statt. Mittel zu einer solchen Hydrogenisation der C = C- Gmppe sind Jodwasserstoff, Natrium und Amylalkohol, elektrolytische Reduktion, vor- nehmlich aber Gegenwart besonderer die Wasserstoffaufnahme begünstigender Kata- lysatoren (Ueberleiten des mit H, gemischten Dampfes über fein verteiltes Nickel (Sab a- tier) langes Einleiten vonHjin diemit feinem Katalysatormetall (Pt oder Pd) gemischte erhitzte Substanz (Willstätter), Schütteln des Kohlenwasserstoffs in Ho-Atmosphäre mit einer Adsorptionsverbindung aus kolloi- dalem Palladium und Protalbinsäure u. a.). Abspaltung und Addition von H2O und Halogenwasserstoff. Anwendung der ersteren zur Olefingewinnung. Bei bloßem Erhitzen tritt die Reaktion der Abspaltung vor allem ein bei Tertiärderivaten, besonders Alkoholen; von sekundären spaltet Butylalkohol bei 240° Wasser ab. In anderen Fällen bleibt die Reaktion leicht unvollständig; das Gleich- gewicht wird aber schneller erreicht durch Zusatz von Katalysatoren, oder von Mitteln, die eines der Reaktionsprodukte binden, so von konzentrierter H2SO4 oder H3PO4, von ZnCla, KHSO4, wasserfreier Oxalsäure, Essigsäure und Na-acetat (auch COCI2 für tertiäre Alkohole) zur Bindung des Wassers; von KOH in Alkohol gelöst (= KOC2H5) auch wohl von anderen Basen wie Chinolin zur Bindung von Halogenwasserstoff. In der Wahl der Katalysatoren, über die man gewöhnlieh den Alkoholdampf bei erhöhter Temperatur streichen läßt, herrscht die größte Mannigfaltigkeit. Man findet erw^ähnt Zinkstaub, Quarzsand, Kaolin, Birastein usw. Bei manchen derselben erfolgt auch ein Zer- fall des Alkoholmoleküls in ganz anderer Richtung, nämlich in Aldehyd und Wasser- stoff. Diese leicht erfolgende Spaltung ist das völlige Analogen zu der schwer durch- führbaren Dissoziation des Paraffins in Olefin + H,. Vgl. — C— 0 ^ C=0 + H2 H, H H " und — C— C -^ C=C + H2. H2 H3 H H2 Je nach Wahl der Katalysatoren geht die Abspaltung bald mehr im einen, bald mehr im anderen Sinne. Schließlich kann auch unter dem Einfluß von Katalysatoren ein Zerfall eintreten, der zur Äetherbildung unter Wasserabspaltung führt. Bei der wichtigsten Darstellung der Olefine, der aus Alkohol mit konzentrierter H2SO4 wird als Nebenreaktion bei primären, weniger bei sekundären, gar nicht bei ter- tiären Allvoholen Aether gebildet. Zwischen- produkt ist bei beiden Reaktionen Aether- schwefelsäure, die nach zwei Richtungen zerfallen kann rH3-CH20H -^ CH3-CH2OSO3H CH3CH2OSO3H -> CH2=CH2 + H2S04 + CH3CH2OH -> (CH3CH2)20 -f H2SO4 Von beiden Reaktionen ist nur die ersteleicht umkehrbar: Die Alkylene lösen sich in kon- zentrierter H2SO4; bei Zusatz von Wasser und Erwärmen entstehen dann Paraffinalko- hole. Dies ist die stufenweise Umkehrung 190 Aliphatische Kohlenwasserstoffe der obigen Reaktion. Za dieser Hydratation der Alkylene genügt bei solchen vom Typus CR2 = CH« schon verdünnte Schwefel- oder sogar Salpeter- oder Oxalsäure. Bei Ver- wendung konzentrierter H2SO4 können Kom- plikationen eintreten bei den Kohlenwasser- stoffen von Ci an durch Polymerisation der gebildeten Olefine (Butylen zu Di- und Tri- butylen). Weiterkönnen dabei Umlagerungen unter Verschiebung der Doppelbindung und Isomerisierung der C-Kette (verzweigte ^ normale) eintreten. Alkylene neben Wasser entstehen als Nebenprodukte statt der Alkohole auch bei sonstigen Reaktionen, so bei Gewinnung aus primären Aminen mit HNO.^ Das Diamin NHo(CH.,)3NH, liefert alle drei möglichen Produkte nebeneinander nämhch CH2=CH- -CH2- CH^CH^; CH2=CH-CH2-CH,OH und CHaOH^ CH,- CH,- CH2— CH^OH. Von Halogenderivaten eignen sich am besten die jodhaltigen zur Olefindarstellung, und wie bei den Alkoholen speziell die ter- tiären oder auch sekundären. Bei Chloriden und primären Derivaten treten auch hier Aether als Nebenprodukte auf: CH3 - CH J— CH3 + KOC2H5 ^ CH3-CH = CH2+KJ+C2H50H CH2CI- CH2- CH3 + KOC2H5 -> (CH3 -CH2-CH2)0(CH2CH3) + KCl Eine dritte Abspaltungsreaktion, beson- ders zur Darstellung höherer Alkylene ver- wendbar, ist die von Säure aus ihren Estern bei Destillation unter vermindertem Druck. Man pflegt Palmitate oder Stearate zu ver- wenden. Auch diese Reaktion ist umkehr- bar, insofern als Ester durch Addition or- ganischer Säuren (resp. ihrer Chloride oder Anhydride) an iVlkylene entstehen können. Die gewöhnliche Aethylendarstellung stellt sich danach als eine einfache Dissoziation des Aethylsulfates oder Aethylphosphates dar. Aus manchen Säuren lassen sich Olefine gewinnen auch beim Erhitzen mit trockenem Zn-Staub bei 4000 (c. 09, I 736) CH3 CH2 COOK -^ CH2=CH2 + CO2 + H2. (Die Verwirkhchung der umgekehrten Re- aktion würde eine Lösung des oben be- rührten Problems der künstlichen Dar- stellung von Fettsäuren bedeuten.) Von sonstigen Additionen, deren Um- kehrungen durch Dissoziation sämtlich sehr leicht erfolgen, seien genannt die von N2O3 und N2O4 (als NO.—NO und NO3— NO gibt Nitrosite und Nitrosate); von NOCl, von HOCl (als OH— Cl gibt Chlorhydrine); von H2O2 (als OH— OH gibt Glykole); von Ozon (gibt hei Abwesenheit von Wasser Ozonide -CH— CH— 0 )0 0^ die mit Wasser Spaltung am Ort der Doppel- bindung in i\ldehyd oder Keton und HoOo er- leiden). CH3 J addiert sich an /i-iso-Amvlen zu (CH3)2CJ-CH(CH3)2^). Nur ganz kürz er- wähnt seien die Additionen von Merkaptanen RSH, von Aldehyden, Ketonen (allmähhch im Licht C. 09 II 195) Ketenen, CuCl, PtClj, ZnCla, Hg-Salzen u. a. Verbindungen mit Eisen können im gewöhnlichen Handelseisen angenommen werden, wenigstens enthalten die beim Uebergießen mit Säure entweichen- den stark riechenden Gase auch Aethylen- kohlenwasserstoffe. Kohlenwasserstoffe mit Doppelbindungen, darunter aber auch solche der aromatischen Reihe, besitzen die Fähig- keit mit Polynitroverbindungen, besonders Tetranitromethan farbige Additionsprodukte zu geben (B. 42, 4324). Manche der letzt- genannten Verbindungen sind wohl mehr koordinativer Natur im Sinne Werners. Addition wieder anderer Art, vielleicht nur physikalische Adsorptionsverbindungen wird man annehmen müssen zur Er- klärung der Tatsache, daß aus einem Kohlenwasserstoffgemisch gewisse Tone (Rohland Z. f. anorg. 65, 108) nur unge- sättigte Kohlenwasserstoffe beim Filtrieren zurückhalten. Diese Beobachtung ist für mögliche sekundäre Veränderungen der Zu- sammensetzung des Erdöls im Boden wichtig. Auch untereinander können sich unge- sättigte C-Systeme addieren. Aethylen und Acetylen zusammen durch ein glühendes Rohr geleitet vereinigen sich zum Teil zu Divinyl oder Butadien CH2=CHCH=CH2. Bei Abwesenheit aller anderen Rea- gentien kann Selbstaddition oder Poly- merisation besonders bei den iso-Olefinen eintreten, bei langem Aufbewahren oder schneller unter dem Einfluß von H2SO4, ZnCl2, AlBrg u. a. als Kondensationsmitteln. Dabei entstehen Di- und Trimere von der Formel (Cn H2n)2 oders- Je konzentrierter die Säure, umso stärker ist die Polymeri- sation. In den Reaktionsprodukten ist das Verhältnis CnHan unverändert, sie sind daher, wenn sie noch additionsfähig sind, ebenfalls als Aethylenverbindungen, wenn auch als weniger stark ungesättigte dem Monoolefin gegenüber aufzufassen. Der Einfluß der Doppelbindung auf das Ganze des Mole- küls tritt wieder mit steigendem Mole- kulargewicht zurück. lieber Beeinflussung der Reaktionen der doppelten Bindung durch benachbarte Gruppen vgl. Seite 200. Diamylen addiert z. B. zwar noch 2Br bei — 170, bei höherer Temperatur dagegen erfolgt HBr-Entwickelung, es findet also Substitution statt (B. 8, 434; 11, 991). Die Polymerisation mit konzentrierter 1) Durch Abspaltung mit PbO läßt sich daraus Tetramethyläthylen gewinnen. Aliphatische Kohlenwasserstoffe 191 H2SO4 stellt man sich z. B. beim i-Butylen 80 vor, daß über intermediär entstehendes (0113)30. SO4H dnrch Reaktion mit einem zweiten i-Butylen (OHgJsO— CH=0(0H3), oder OgHis entsteht. Aethylen nnd die niedri- geren Glieder bis einschheßhch O3 sind nicht polymerisierbar. Von großer prinzipieller Wichtigkeit erscheint eine vereinzelte Be- obachtnng von Aschan (Oh. Z. 02, 726), durch die die Möglichkeit auch eines Ueber- gangs von Olefin in Oykloparaffin nachge- wiesen wurde, eine Reaktion, die ein Analogon bilden würde zum üebergang der Acetylene in aromatische Ringe durch Polymerisation.^) Aschan erhielt bei Kondensation von Amylen mit AICI3 bei gewöhnlicher Temperatur ge- sättigte Kohlenwasserstoffe, in denen er Naphtene oder Oykloparaffine nachweisen konnte, lieber Möglichkeit und Bedingungen der Depolymerisierung von Olefinen finden sich in der Literatur nur vereinzelte Angaben. Eng 1er nimmt in Polyolefinen besonders labilen Wasserstoff an, vermöge dessen sie leicht in Paraffine und Naphtene und wasser- stoffärmere sogenannte Schmieröle zerfallen (B. 43, 388). Bei Diolefinen ist die Depoly- merisation leicht durchführbar durch bloßes Erhitzen z. B. die Reaktion Kautschuk :!j Isopren, deren Umkehrung erst in neuster Zeit gelungen ist und bei genügend leichter Be- schaffbarkeit des Isoprens die künstliche Her- stellung des Kautschuks in praxi ermöglichen wird. Derartige Beziehungen zwischen Ole- finen, besonders den höheren Diolefinen und : den in der Natur vorkommenden Terpenen (vgl. S. 193) sind in großer Zahl bekannt. ^) Die hier berührte Analogie in der Poly- merisierbarkeit der Olefine zu zyklischen Ge- bilden der Paraffinreihe, der Acetylene zu solchen der Benzolreihe findet während des Druckes dieser Zeilen ihre Bestätigung durch Ipatiew (B. 44, 29 78 ff.). Seine Versuche be- treffen die Veränderung von a) Aetliylen und i- Butylen, b) Hexan, c) Cyklohexan bei hohen Temperaturen und Drucken mit und ohne Katalysatoren (z. B. AI2O3). Das sehr kom- plexe Reaktion-produkt enthielt Gase (Hg; CnH2n+ 2; CnHan), Flüssigkeiten von sehr weiten Siedegrenzen und sehr wenig feste Stoffe. Es bestand aus Anen (C5 bis C9), Enen (C5 und Cg oder deren Polymere), Cyklanen (Haupt- produkt der Reaktion, besonders in den hoch- siedenden Anteilen), oberhalb 250" auch weiteren sehr H- armen Kohlenwasserstoffen, (wohl mit kondensierten Kernen). Aromatsiche Kohlen- wasserstoffe waren nur bei c entstanden. Bei Hexan verlief die Zersetzung unter Druck im Gegensatz zu Cyklohexan so heftig, daß Ex- plosion eintrat. "^Auch die gleichzeitig (B. 44, 3121 Zelinski) ausgeführte sehr glatte Spal- tung von Cyklohexan in Benzol nud Wasserstoff (Katalysator Palladium, Temp. 200 bis 300") sei hier der Vollständigkeit wegen erwähnt. Die oben erwähnten Abspaltungen unter Bildung von Olefin machen dessen Auftreten bei unvollständiger Verbrennung und über- haupt bei zahlreichen pyrogenen Prozessen, sowohl in den Gasen, wie in den Teeren der Trockendestillationen (z. B. bei der Leucht- gasfabrikation) erklärlich. Die Fähigkeit der Olefine andererseits zu weiteren Konden- sationen, Abspaltungen, Polymerisationen usw. macht es verständlich, daß bei Er- hitzen von Paraffinkohlenwasserstoff unter geeigneten Bedingungen Umwandlung in Gemische aller möglichen Kohlenwasserstoffe eintreten kann. Aus höheren Paraffinen entstehen dabei niedere, gleichzeitig aber Olefine, Cyklane und schließlich auch aro- matische Kohlenwasserstoffe, diese wohl aus intermediär entstehenden Acetylenen. Bei dem sogenannten Orackingprozeß wird diese sehr komplexe Reaktion ausgenützt, um aus den Petroleum- Rückständen, die nur als Sclmiieröl verwendbar sind, Brennöle zu er- halten, die höher im Werte stehen. Die Er- hitzung findet in Gefäßen statt, deren aus Eisen bestehende heiße Wand möglicherweise als Katalysator bei der Reaktion beteiligt ist. Anfänglich war man der Ansicht, daß hierbei starke Ueberhitzung der Dämpfe 1 nötig und wirksam sei, später hat sich gezeigt, daß sehr lange anhaltendes Sieden unter i Wiederkondensation (also am Rückfluß- kühler) und langsame Steigemng der Tem- peratur zur Spaltung genügt und insofern vorteilhafter ist, als die bei höherer Tempe- ratur stattfindende Abscheidung von Coke, und Verluste durch Verflüchtigung von Gasen vermieden werden. Der Beginn der Zersetzung erfolgt schon bei 200"; je höher die Temperatur, um so kleiner werden die Spaltstücke. Eng 1er, der derartige Zer- setzungen analytisch verfolgt hat, erhielt dabei 40% ungesättigte (bei höherer Tempe- ratur mehr) und 60% gesättigte Produkte (0. 98 I, 191). Im leichten Crackingöl fand er alle Kohlenwasserstoffklassen an und zwar von Cg bis O^o, von aromatischen Benzol, Toluol, Xylol, Mesitylen und \p- Cuniol. Der Verlauf der Reaktion ist dann auch an einheitlichem Material (Hexan bis Oktan) von ihm verfolgt worden (B. 30, 2908) und schließlich wurden die dabei ge- wonnenen Ansichten angewendet, um die vermutliche Bildung des Erdöls aufzuklären. Eng 1er gibt die möglichen Umwandlungen bei pyrogener Reaktion durch das auf der folgenden Seite dargestellte Schema wieder. Anhangsweise sei bemerkt, daß im un- gesättigten System ROH = OHR die Wasser- stoffe auch insofern reaktiv sind, als sie bei intakt bleibender Doppelbindung mit reak- tivem OH oder Halogen, z.B. dem tertiärer Al- kohole oder Halogenderivate, als Wasser oder Halogenwasserstoff austreten können (Kon- 192 Aliphatische Kohlenwasserstoffe Orsianisches Material CnHan + a gasig und flüssig Olefine CnH2n Polyolefine CnHon + 2 fest CiiH2n + : flüssig CiiH2n Olefine und Naphtene CnH^n + a gasig und flüssig Naphtene CiiHin — X Schmieröle CnHon + -i <- gasig und flüssig Naphtene densationsmittel ZnCla, H2SO4, PbO) z. B. {m,\ C=CH2 + GOH(CH3)3 -> (CH3)3 C-CH=C(CH3)2 d. i. Bildung von i-Dibutj^len aus i-Butyl- alkohol und i-Butylen (A. 189, 65). Auch die Entstehung von Isopren CH2 = G — CH= CH2 CH3 aus Butadien und Chloroform kann hier er- wähnt werden. Geringe Mengen Olefine werden im Harzöl gefunden, auch im kanadischen Petroleum; in der Cuticula der Gräser soll ein Olefin C27, Ceroten genannt, beobachtet worden sein. Vielleicht gehört in diese Kohlenwasserstoff- klasse auch der Farbstoff der gelben Rübe Caroten C40H56 = (C5H7)8 (Willstätter). Es ist auch sonst unter den gelben Pflanzen- farbstoffen verbreitet. Aliphatische Kohlenwasserstoffe CnHan— 2- Der Formel CnH2n entsprechen, wie erwähnt, zweierlei im Verhalten ganz verschiedene Kohlenwasserstoffreihen, von deren Konstitution wir uns darum ein ganz verschiedenes, durch die Formel symboli- siertes Bild machten, für die eine Reihe das der doppelten Bindung, für die andere das des Ringschlusses. Ein jedes weitere Manko zweier Wasserstoffatome der gesättigten Formel der Paraffine gegenüber wird danach immer Ausdmck finden entweder in einer Doppelbindung oder in einem Ringschluß im Molekül. So können Ivohlenwasserstoffe der Formel CHan— 2 enthalten a) 2 Doppelbindungen: Diolefine oder Diene b) 2 Ringschlüsse: kon- l werden densierte Cyklane [ an anderer c) 1 Ringschluß und 1 [ Stelle be- Doppelbindung: Cyklene | sprochen. Dazu kommt nun noch eine weitere Abart von Kohlenwasserstoffen, deren Reaktionen und Bildungsweisen nicht durch eines der Symbole a bis c plausibel gemacht werden können und in denen d) eine dreifache Bindung C C angenommen wird. Nach ihrem niedrigsten Repräsentanten CgHo oder CH = CH wird die Reihe als die der Ace- tylene benannt. Schmieröle (wasserstoffärmer) 3 b) Diolefine. Verhalten und Dar- stellung. Kohlenwasserstoffe CnH^n—. sind allgemein gewinnbar aus di- (OH oder Halogen) substituierten Paraffinen durch Abspaltung von 2H0H oder 2HC1, oder aus tetrasubstituierten mit zwei Paaren benachbarter Substituenten (z. B. Butadien CH, = CH-CH=CH2 aus Erythrit CH2OH-CHOH-CHOH— CHoOH). Diolefine zeigen im allgemeinen additiv die Reaktionen zweier Doppelbindungen, d. h. sie addieren vier Atome Brom usw. Daneben kann sich ein Einfluß der einen Doppelbindung auf die andere geltend machen, der von der Lage beider zueinander abhängt. Er kann in einer Abschwächung des ungesättigten Charakters bestehen, wie bei den sogenannten konjugierten Doppelbindungen RC=C— C=CR. Von doppelt ungesättigten Isomeren ist diese Form die begünstigtste (A. 306, 121), weil sie einen Zustand größerer Sättigung oder geringerer freier Energie darstellt als z. B. ein System C^C— C— C=C. Die kon- jugierten Systeme haben geringere Ver- brennungswärme als ihre Isomeren. In man- chen Fällen werden von dem konjugierten System nur zwei Bromatome, diese aller- dings mit Begierde addiert, während die zwei weiteren Bromatome erheblich schwerer einwirken. Es hat sich dabei herausge- stellt, daß das konjugierte System als eine ungesättigte Einheit höheren Grades reagie- ren kann, indem es an den endständigen C-Atomen zunächst addiert, derart daß dabei die zwei ursprünglichen Doppelbin- dungen verschwinden, und eine mittlere anstatt ihrer entsteht. Von einer solchen ,,1,4 x\ddition", und zwar beobachtet am Butadien CH2=CH-CH=CH2 geht die Thielesche Theorie der Partial- valenzen aus vgl. S. 186. Eine Beeinflussung im entgegengesetzten Sinne, nämlich eine Steigerung der Reaktivi- tät und des ungesättigten Charakters zeigen die sogenannten kumulierten oder Zwillings- doppelbindungen C=C=C (Typus des Aliphatische Kohlenwasserstoffe 193 Aliens CH2=C=CH2). Die Kenntnis all dieser Verbindungen steht wieder weit zurück hinter der der Ölefine und noch mehr der Paraffine, immerhin ist ihre Zahl in der letzten Zeit erheblich oewachsen. Sie haben neuerdings erhöhte Wichtigkeit bekommen, nachdem ihre Verwandtschaft mit in der Natur vorkommenden Substanzen erkannt worden ist. Hier sind l)esonders zu nennen die der Formel CsHg entsprechenden Diene, die durch mannigfache Reaktionen mit den Terpenen CioHjg des Pflanzenreichs verknüpft sind und darum Hemit'^rpene genannt werden. So sind zwei Moleküle Isopren CsHg konden- sabel zu Limonen CioHis einem Körper von Zitronengeruch, der in vielen ätherischen Oelen enthalten ist 2 CH2 = C(CH3)-CH=CH2 -> Isopren oder 2-Methylbutadien CHg CH, C CH/ chJ!_ CH, \ CH2 CH, •CH/ >, CH., CH< CH's CH, C ^CH- vCH2 JcH, ^CH,: Noch viel wichtiger, weil voraussichtlich von großer praktischer Bedeutung für die Zukunft, ist die Möglichkeit, eben dasselbe Isopren zu Kautschuk zu polymerisieren, in dem man nach Harri es (Ann. 383, 175) ein Dimethylcyklooktadien zu er])licken hat CH3 CH3 c ^CHa pH CH^X CH3 ycH "C CH3 CH3 Uebrigens sind nach Harri es (a. a. 0.) auch andere isomere Butadiene, zu kaut- schukähnlichen Produkten polymerisierbar. Die Polymerisierung kann auf verschiedene Weisen (mit Eisessig, Natrium u. a.) am ein- fachsten durch lang anhaltendes Erhitzen bewirkt werden. Die bisher nicht über- wundene Hauptschwierigkeit ist bei der Reaktion die Gewinnung des Isoprens aus wohlfeilen Rohprodukten auf möglichst ein- fache Weise. Isopren wurde schon vor langer Zeit in den Produkten der Trockendestilla- tion des Parakautschuks — einer depolymeri- sierenden Umkehrung obiger Reaktion — aufgefunden, ebenso beim Leiten von Terpen- tinöldampf über glühende Platinspiralen oder Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Band I. durch glühendes Eisenrohr. Für die heutige Gewinnung kommt das p-Kresol (Pat. d. Elberfelder Farbwerke) und die Stärke (Harri es) in Frage, aus denen es auf wenig einfache Weise gewonnen werden soll. Außer jenen Gewinnungsarten der Diole- fine, die nur Kombinationen solcher bereits früher für die einfachen Olefine genannter darstellen, sei hier erwähnt die aus zyklischen Aminen durch Abbau nach Ho f mann - Ladenbu'g. Auch diese Reaktion spielt bei dem Problem der Darstellung künstliclien Kautschuks eine Rolle. Man erhält nach dieser Methode z. B. Piperylen oder 1- Methylbutadien aus Piperidin auf einem Wege, bestehend in abwechselnder Methy- lierung und Sj)altung durch KOH, mit folgender Destillation; die Zwischenstufen sind gekennzeichnet durch folgende Formeln: NH N N -f HÖH CH3 I J CH3 I OH CH3 CH, CH3 CH3 '\ N— J N-OH N+HOH CH3 I CH3 CH3 I CH3 CH3 I CH3 CH3 CH3 CH3 Ebenso gelangt man vom Pyrrolidin NH zum Butadien ^ \ oder vom ^-Methyl- pyrrolidin zum Isopren. Diolefine entstehen auch häufig bei pyrogenen Zersetzungen von Derivaten der Paraffine und Olefine; so entsteht Butadien beim Leiten von Amylalkoholdampf durch ein glühendes Eisenrohr und findet sich auch im Leuchtgase. Synonyme für Bu- tadien sind Divinyl, Crotonylen, Butin, Erythren, Pyrrolylen. Der Kohlenwasser- stoff siedet schon bei — 4" unter 713 mm Dnick. Von höheren Kohlenwasserstoffen dieser Reihe verdienen Erwähnung Geraniolen CyHis und Linaloolen CipHig, deren Alkohole in ätherischen Oelen vieler Pflanzen anzu- treffen sind, und die in engster Beziehung zu den Terpenen stehend als aliphatische Terpene bezeichnet werden können. Beide enthalten sogenannte isolierte Doppelbindungen, d. h. zwischen denselben liegt eine Anzahl von CHo-Gruppen. Durch die Möglichkeit des Wechsels in der Lage der Doppelbindung 13 194 Aliphatische Kohlenwasserstoffe ist die Zahl möglicher Isomerien namentlich bei den höheren Gliedern sehr erheblich. Sie beträgt z. B. allein für den normalen Kohlen- wasserstoff CgHio schon 7 Isomere, gegen 3 bei CßHia mit normaler Kette. Dem Nach- weis der verschiedenen Konstitutionsarten dienen genau wie bei den einfachen Olefinen wieder die paraffinen Verbindungen, von denen ausgehend man die Kohlenwasserstoffe GnR■in—■^ darstellt, und zu denen man bei der Addition oder bei der Sprengung der Doppelbindung (z. B. durch Oxydation) ge- langt. Daß man dabei Täuschungen ausge- setzt sein kann infolge von Verschiebungen der doppelten Bindung, sei auch hier wieder- holt. Von Kohlenwasserstoffen mit Zwillings- doppelbindung sei das gasförmige (schon bei —320 siedende) Allen (Propadien, Dimethylen- methan) CHa^C^CHo erwähnt, das durch Abspaltung von Halogenwasserstoff mit Kali, oder von Halogen mit Zinkstaub aus ge- eigneten Halogenverbindungen gewonnen wird. Durch Anlagerung von Wasser geht es in Aceton, mit Na erhitzt in die Acetylen- verbindung dieses Metalles über. Die Kenntnis derartiger Verbindungen ist sehr beschränkt. Ein allgemein gangbarer Weg. zu immer ungesättigteren Kchlenwasserstoffen zu ge- langen, ist der abwechselnder Bromierung und Wiederabspaltung von HBr. Das aus dem Monobromderivat durch HBr-Ent- Ziehung mit alkoholischem Kali gewinnbare Aethylen gibt bei Br-Addition ein Dibromid, dem man wieder 2 HBr entziehen kann nach dem Schema Cn H2n + 2 ~^ C n Han + l Br -> ü n Hgn -> CnHanBra -^ CnH2n-2 USW. 3c) Acetylene. Verhalten und Darstellung. "^ Nach denselben Prinzipien wie bei den Olefinen ergibt sich die Formel der Acetylene in eindeutiger Weise aus Synthesen und Zersetzungen, wenn man dem einfachsten, Acetylen schlechthin ge- nannten Kohlenwasserstoff der Reihe von der Bruttoformel GM. die Konstitution CH=CH zu erteilt. Die Bevorzugung dieser Formel gegenüber anderen mit freien Va- lenzen u". a. stützt sich auf genau dieselben Gründe, die bei dem Kapitel Olefine erörtert wurden. Was das chemische Verhalten be- trifft, so zeigen sie den ungesättigten Cha- rakter eines C-Atompaares in doppeltem Maße wie die Olefine, addieren also 4 Atome Wasserstoff oder Brom oder 2 Mole- küle HBr. Die ersten beiden Br werden dabei schwerer aufgenommen als die an- deren; von Jod werden überhaupt nicht mehr als zwei Atome addiert. Von HCl wird dagegen das erste leichter als das zweite addiert. Die Addition könnte bei Ungleichheit der Substituenten natürlich zu zwei Produkten führen CHX,— CHYa oder CHXY-CHXY. In der Tat ist die Bildung des ersten, des Aethylidenderivats bevorzugt; so führt die Addition von Wasser bei Gegenwart geeigneter Katalysatoren zu Aldehyd und Keton CH^CH -> CH3— CHO CH3C-CH -> CH3-CO-CH3 Individuelle Reaktionen der Ace- tylene. 1. Bildung von unlöslichen explo- siven Cu- und Ag-Verbindungen beim Ein- leiten des Gases in ammoniakalische Kupfer- oder Silberlösung, jedoch nur bei Kohlen- wasserstoffen, die die reaktive CH=Gruppe enthalten, also außer iVcetylen selbst bei monosubstituierten Homologen, nicht aber bei solchen vom Typus RC=CR. Durch Salzsäure lassen sich die Kohlenwasser- stoffe aus jenen Verbindungen wieder in Frei- heit setzen. Acetylennatrium ist gewinnbar durch Erhitzen von Na-Metall in Acetylengas. 2. Polymerisierbarkeit zu aromatischen Koh- lenwasserstoffen SCHz-^CßHe (Benzol) SCHgC^CH ^ Mesitylen die erstgenannte Reaktion ist umkehrbar. — Chromsäure oxydiert Acetylen zu Essigsäure, KMnOi zu Oxalsäure. B il du ngs weisen. In pyrogenen Reak- tionen bildet sich Acetylen, genau wie dies für Aethylen erwähnt wurde (Vorkommen im Leuchtgas). Acetylene entstehen aus zweiwer- tigen Halogenverbindungen der Paraffine nach demselben Prinzip wie Olefine aus den Mono- derivaten, und zwar s- aus den Halogen-Addi- tionsprodukten der Olefine, und as- aus den chlorierten Aldehyden und Ketonen durch Entziehung von zwei Molekülen Halogen- wasserstoff. Die Abspaltung verläuft dabei erfahrungsgemäß immer in dem Sinne, daß eine dreifache und nicht zwei doppelte Bindungen entstehen CH^Br — CH^Br -> CH=CH + 2HBr; CH3CCI2CH3 ^ CHsC^CH + 2HC1. Unter dem Einfluß alkoholischer Lauge kann die Reaktion der Abspaltung auch stufen- weise vollzogen werden. Natürlich können auch direkt olefinische Monohalogenverbin- dungen verwandt werden.^) Individuelle Bildungsweisen: 1.) Aus Calciumkarbid mit Wasser; 2.) bei unvoll- ständiger Verbrennung des Leuchtgases (im zurückgeschlagenen Bunsenbrenner); 3.) aus C und^ H in^ elektrischen Flammenbogen zwischen Kohleelektroden in Wasserstoff- Atmosphäre; 4) bei Elektrolyse ungesättigter 1) Merkwürdig ist eine bisweilen dabei statt- findende Verschiebung der Bindung, wobeiimmer statt des asymmetrischen (as-) das symmetrische (s-) Acetylen gebildet wird so z. B. statt C2H5. C=CH -> CH,C=CCH.,. Aliphatische Kohlenwasserstoffe 195 Dicarbonsäuren z B. Fumar- und Maleinsäure COOHCH=CHCOOH. Nomenklatur. Nach den Genfer Regeln wird der Name aus dem des Paraffins ge- bildet, indem man die Endung an durch in ersetzt: CH3 GH, C^CH 3 Eutin. Nach alter Art bezeichnet man alle als Substitu- tionsprodukte des Acetylens z. B. CH3 C=C CII3 Dimetliylacetylen. Daneben existieren be- sondere nicht systematisch gebildete Namen z. B. für den letztgenannten Kohlenwasser- stoff Crotonylen, für CH3C-CH AUylen; Valerylen = 2 Pentin usw. Auch vom Namen der Säuren hat man Bezeichnungen abgeleitet durch Anhängen der Silbe -iden: CgHiaC-CH Capryliden. Acetylen ist ein farbloses, unangenehm riechendes, giftiges Gas, etwas löslich in Wasser, ebenso in Aceton. Brennt mit stark leuchtender Flamme, außer in besonders konstruierten Brennern (mit sehr feiner Oeffnung) stark rußend. Endotherme Ver- bindung, mit Luft gemischt explosiv. Ver- wendung zur Beleuchtung, auch zur Ruß- fabrikation. Die Acetylene C4 bis Gig sind flüssig, äußerlich von Paraffinen und Olefinen nicht unterschieden; auch die physikalischen Kon- stanten liegen nahe bei denen der anderen. Sie sind etwas schwerer als jene. Ein lauch- artiger Geruch ist für alle charakteristisch. 3 d) Kohlenwasserstoffe GnH,n--4; GnH,n— 6 1 sw. Die Möglichkeiten der For- mulierung für diese noch wasserstoffärmeren Kohlenwasserstoffe (Zahl der doppelten oder dreifachen Bindungen eventuell der Ring- schlüsse) ergeben sich nach dem Obigen von selbst. Die Vieldeutigkeit nimmt mit der Wasserstoff armut zu. Theoretisches Inter- esse verdient ein Hexatrien CgHy oder CH2=CH-CH=GH-GH-GH-2 eine bei 79" siedende Flüssigkeit vom spez. Gew. 0,74, die Brom zunächst an der mittleren Doppelbindung aufnimmt (!). Vgl. Benzol GeH« £dp. 80,4» spez. Gew. 0,87; Gyklohexan GgHi. Sdp. 81«; spez. Gew. 0,79. Eine gewisse Wichtigkeit besitzen Kohlen- wasserstoffe dieser Reihe mit 10 G-Atomen, die den Terpenen isomer sind. Ein solches „offenes oder aliphatisches Terpen" GioHjs ist das z. B. auch im Hopfen gefundene Myrcen, in dem wegen seines optischen Ver- haltens drei Doppelbindungen und kein Ringschluß angenommen werden. Theo- retisches Interesse beanspruchen auch die „höheren" Acetylene Butadiin (=Diacetylen) CH^G— C^CH und dessen drei, dem Ben- zol CgHg isomere Derivate die Hexadiine 2,4; 1,4 und 1,5 z. B. GH3 C=G-C-G— CH^ Hexadiin 2,4 oder Dimethyldiacetylen. Auch in manchen Petrolsorten finden sich Kohlenwasserstoffe der Reihen CnH2n-4 bis CnH2n-8, ja solchc mit noch weit weniger Wasserstoff. Wir finden für sie Formeln angegeben wie G32H22, Cojis, ja sogar Ci^H.. Jedoch ist sicheres über Konstitution usw. derselben nicht bekannt. Wahrscheinlich werden sie erst beim DestiUationsprozeß gebildet. Zu nennen sind schließlich dann noch Kohlenwasserstoffe, die zwar nicht als solche, aber in Form von Derivaten im Pflanzen- körper auftreten und danim Interesse be- anspnichen, so vor allem dievon Willstätter bei seinen Forschungen über Chlorophyll isolierten Kohlenwasserstoffe Phytan G20H42, Phyten G20H40 und Phytadien GaoHaj,. Will- stätter formuliert das erstgenannte als GH3,-GH-.CH3 ' GH3 '0 Alle drei sind farblose, leicht bewegliche Flüssigkeiten. Es könnten dann weiter ge- nannt werden die Kohlenwasserstoffe, die Muttersubstanzen der zahlreichen Terpen- alkohole, Aldehyde und Ketone sind (Gera- niol, Linalool, Gitral. Methylheptenon usw.). Einzelne Glieder aliphatischer Kohlenwasserstoffe. Eine Aufzählung der einzelnen Glieder bietet insofern weniger Interesse, als, wie erwähnt, die Aenderung der Eigenschaften in den einzelnen Reihen nahezu kontinuierhch stattfindet und nur die niederen Gheder, wo noch mehr Sprung- haftigkeit herrscht, Einzelerwähnung ver- dienen, wenn dieser Abschnitt nicht hinaus- laufen soll auf eine Aufzähhmg von Siede- punkten und anderen physikahschen Kon- stanten. Außer bei den niederen Gliedern finden sich qualitativ merkliche Verschieden- heiten nur bei Isomeren verschiedener Kon- stitution, und natürlich bei den Gliedern von Reihen verschiedenen Wasserstoffgehalts. Erwähnung verdienen weiterhin in der Natur — als solche, oder in einfachen Derivaten — • vorkommende, technisch oder wissenschaft- lich bemerkenswerte Kohlenwasserstoffe, so- weit nicht das Nötige schon angegeben wor- den ist. Methan GH4. Farbloses, mit fast farb- loser Flamme brennendes Gas, fast ohne Geruch (vgl. S. 178) in flüssiger Luft zu glas- artiger Masse oder farblosen Nadeln erstar- rend. Verbrennungswärme pro Mol. 214 Gal., Bildungswärme 21,5 Gal. Eei niederen Temperaturen bildet es ebenso wie die nächst höheren Homologen mit Wasser ein Hydrat. — An vielen Stellen der Erdoberfläche ent- weicht es, wird z. B. von sehr vielen Quellen mit heraufgebracht, besonders von den Petrolqu eilen, die es immer gelöst enthalten. Was im Erdinnern sein Entstehen bewirkt, ist nicht in jedem Fall bekannt. Seine Bildung 13* 196 Aliphatische Kohlenwasserstoffe aus organischer Materie (speziell Cellulose) durch Zersetzung unter Einfluß von Mikro- organismen, macht sein Auftreten als Sumpf- gas, wie in den Kohlenbergwerken (mit Luft gemischt: schlagende Wetter) und in den Darm-, Blut- und Atemgasen der Pflanzen- fresser erklärlich. Die sogenannten heiligen Feuer von Baku am kaspischen Meer, seit unvordenldichen Zeiten brennend, werden von Methan gespeist. Große Ansammlungen von Methan bewirken das Entstehen soge- nannter Schlammvullcane. Das ,, Knister- salz" von Wieliczka enthält Methan in Kristallhohlräumen eingeschlossen. Methan entsteht bei zahlreichen Trockendestillationen organischer Substanzen und findet sich so als „pyrogenes" Produkt im Leuchtgas (bis 40%). Für seine praktische Darstellung kommt in Betracht das Erhitzen von Salzen der Methancarbon- oder Essigsäure mit Aetz- basen (essigsaures Na + Natronkalk); eine langsame gleichmäßige Entwickelung erhält man auch bei Reduktion von CH3 J in AUrohol mit verkupfertem Zink, eine auch für die nächst höheren Homologen anwendbare Methode. Auch die Zersetzung des nach Grignard erhaltenen Methylmagnesium- jodides durch Wasser, in Methan und basisches Magnesiumjodid kann zur Darstellung be- nutzt werden. Weitere Bildungsweisen von Interesse sind folgende: Leiten von H2S und CS2 über glühendes Kupfer; Zersetzung von Aluminiumkarbid mit Wasser AI4C3 + 12H0H -> 3CH4 + 4A1(0H)3; Bildung aus den Elementen (einziger direkt so gewinnbarer Kohlenwasserstoff), bei 1200°; ferner indirekt durch Reduktion des im elektrischen Flammenbogen aus den Elementen entstehenden Acetylens. Dabei entsteht Aethan, welches weiter in Methan, Kohlenstoff und Wasserstoff zerfällt. Entstehung durch mannigfache Reduk- tionsreaktionen z. B. aus CO und COg mit Wasserstoff nach Senderens (Gegenwart von Ni), aus Chloroform oder Tetrachlor- kohlenstoff mit Na-Amalgam und Wasser. Methan ist von allen Paraffinen am be- ständigsten und am schwersten angreifbar. Von anderen Kohlenwasserstoffen kommt ihm bei hohen Temperaturen darin nur Ace- tylen gleich. Im Gemisch mit Luft wird Methan in Gegensatz zu anderen Kohlenwasser- stoffen und zu Wasserstoff, bei Gegenwart von Palladium bei 450° praktisch nicht ver- brannt. Von kalter rauchender Schwefel- säure wird es deutlich gelöst, aber sehr lang- sam (Verwertung beider Reaktionen in der Gasanalyse). Aethan. Vorkommen in der Natur als Hauptbestandteil der den Petroleum quellen in Pittsburg in Amerika entweichenden Gase. Außer nach den allgemeinen Bildungsweisen erhältlich aus Essigsäureanhydrid mit BaOg, wobei CaHg, Ba-acetat und CO2 entstehen soll. Löslicher in Wasser und Alkohol als Methan, auch leichter oxydierbar Sdp. — 90°. Pro p an. In den in Petroleum gelösten Gasen. Leicht erhältlich aus Glyzerin mit Jodwasserstoff. 1 Vol. Alkohol löst 6 Vol. Propan. Sdp. —37°. n-Butan Sdp.l°. IVol. Alkohol löst 18 Vol. Die wenig über 0° siedenden Petroldestil- late fanden als Rhigolen oder Cymogen zur Eisbereitung oder als Anästhetikum Verwen- dung. Olefine. CHg Methylen nicht darstell- bar. C2H4 bis CiHg sind Gase. Aethylen (Aethen, Elayl) schwach süß- lich riechendes Gas. Sdp. etwa — 100°, brennt mit leuchtender Flamme, zerfällt dabei zuerst in CH4 + C. Darstellung aus AUvohol mit konzentrierter H2SO4 oder besser Phosphor- säure unter Zusatz von Sand, um das Schäu- men zu hindern. Pyrogene Entstehung bei vielen Trockendestillationen, daher in Leucht- gas (bis 5%). Oberhalb 350° zerfällt es in Methan + Acetylen; bei höherer Erhitzung zerfällt Methan in Acetylen und Wasserstoff, schließlich auch Acetylen in Kohlenstoff (Ruß) und Wasserstoff. Von rauchender H2SO4 stark absorbiert (Gasanalyse), von kalter konzentrierter H2SO4 nur sehr lang- sam absorbiert, heiß viel schneller. Bei 60 Atmosphären Druck und 10° leicht zu ver- flüssigen; früher zur Erzielung niedriger Temperaturen benützt, wie heute flüssige Luft. Propylen. Durch Destillation von Gly- zerin mit viel Zinkstaub. 1 Vol. Alkohol löst 12 Vol. Propylen, gegenüber 6 Vol. Propan. Von den Amylenen ist das Trimethyl- äthylen leicht zugänglich als Hauptprodukt bei Behandlung des Fuselöls mit ZnCl2 (,,Rohamylen" aus Fuselöl). Früher als An- ästhetikum gebraucht unter dem Namen Pental. Rohmaterial für Darstellung des offizineilen Amylenhydrats. Sehr leicht poly- merisierbar (durch Schwefelsäure 1:1) zu obstartig riechenden Diamylen. Von Hexylenen ist T e t r a m e t h y 1 - äthylen CH,. CH3 C=C^ CH3 CH3 leicht vom Pinakon aus zugänglich. Die Darstellung höherer Olefine kom- pliziert sich durch Eintreten von Umlage- rungen aller Art. Neben Wandemngen der Doppelbindungen können auch Isomerisie- rungen des C-Skeletts stattfinden wie C C p/C — C=C — > p p/C=C Derartige Vorgänge, deren Erklärung mit Hilfe der üblichen Strukturlehre gewissen Schwierigkeiten begegnet, bilden hier gerade- Aliphatische Kohlenwasserstoffe 197 zu die Regel. Meist sucht man sie durch die Annahme abwechselnd stattfindender Ab- spaltung und Anlagerung im anderen Siime zu erklären. Scheinbar am meisten begünstigt hinsichtlich der Bildung sind die symme- trischen Formen wie CH3CH=CHCH3. Acetylene. AcetylenCaHa. Darstellung aus Calciumkarbid CaCa mit Wasser; CaC, ent- steht durchGlühen vonKohle mit Kalk im elek- trischen Ofen. Giftiges Gas von üblem Ge- ruch, der am „zurückgeschlagenen" Bunsen- brenner konstatierbar ist. iJer Geruch des Produktes aus CaCz entstammt größeren Teils Verunreinigungen. Brennt mit blendend weißer Flamme; nur in besonders konstniierten Brennern (mit sehr enger Oeffnung, also relativ starkem Luftzutritt) ohne Rußabscheidung. Bildet sich als einziger Kohlenwasserstoff direkt aus den Elementen im elektrischen Flammenbogen, Produkt unvollständiger Verbrennung von allen möglichen Alkoholen, Aethernusw.ImLeuchtgaseenthalten(0,06%). Bei 18° wird 1 Vol. Acetylen gelöst durch 1 Vol. Wasser, durch Ye Vol. Alkohol oder Eisessig. Beim Einleiten in die ammoniaka- lischen Lösungen von Kupfer- und Silber- salzen entstehen Acetylenkupfer C2HCU2OH als gelber oder roter, Acetylensilber als weißer Niederschlag. Beide explosiv durch Schlag und beim Erhitzen. Salzsäure setzt den Koh- lenwasserstoff daraus wieder in Freiheit (Methode der Reinigung), Silbernitrat wird auch in wässeriger Lösung gefällt: CaHiVg. AgNOa. Die Fähigkeit zur Bildung solcher Metall- verbindungen ist mir vorhanden bei Acetylen und seinen monosubstituierten Derivaten, sie verschwindet daher nach dem Erhitzen mit alkoholischem Kali, weil dadurch eine Uni- lagerung unter Wanderung der dreifachen Bindung stattfindet. Die umgekehrte Um- lagenmg kann Erhitzen mit metallischem Natrium bewirken. Es existieren die beiden Verbindungen CoHNa und CaNaa. In Form der Kupferverbindung sind noch Zentimilli- gramme Acetylen nachweisbar. Die Acetylene, besonders das sehr wohl- feile einfache Acetylen aus Karbid, reizen bei ihrer großen Reaktivität zur Benutzung als Ausgangsmaterial für Synthesen im großen. In der Tat werden auch z. B. die höher chlorierten Aethane heute so dargestellt und finden als vorzügliche Solventien bei völlig mangelnder Feuergefährlichkeit statt der Benzine schon viel Verwendung. Ein anderes lohnendes Problem dagegen die Ueberführung in Alkohol, hat trotz ihrer Ausführbarkeit im Laboratorium gemäß den Gleichungen C2H2+H -^C2H4;C2H4-fH20 —> Alkohol über Aether- schwef Ölsäure oder Aldehyd eine technische Lösung bis jetzt nicht ge- funden. Bei Gegenwart von Quecksilbersalz und Wasser ist Acetylen überführbar in Aldehyd. Die höheren Acetylene sind ohne jedwede Bedeutung. H a 1 0 g e n V e r b i n d u n g e n. Bild u ngs weisen 1. aus freiem Halogen und Kohlenwasserstoff durch Substitution, 2. durch Addition von Halogenwasserstoff an ungesättigten Kohlenwasserstoff, 3. aus Alkoholen mit Halogenwasserstoff ROH + HCl ^ RCl + HÖH, 4. aus Aminen mit Halogenwasserstoff d. h. durch Zersetzung der halogenwasser- stoffsauren Salze der Amine, 5. aus Sauerstoffverbindungen mit Phos- phorhalogenverbindungen, 6. durch Addition von freiem Halogen an ungesättigten Kohlenwasserstoff. ad 1 und 2 vgl. die Bemerkungen auf S. 179 und 188. ad 3. Als Esterbildung verläuft die Reak- tion nur bis zu einem, von den äußeren Be- dingungen der Reaktion und den angewandten Mengen abhängigen Gleichgewicht; man setzt daher wasserbindende Mittel (ZnCU; H2SO4) zu. ad 4. In verschieden hohen Temperaturen zersetzen sich die Salze der Amine ent- sprechend den Gleichungen R4NCI -> RCl + R3N 1 l'mkehrung des R3NHC1 -. rci + r^nhI^ii^Y^Y"'''' R.^H3C1 ^ RCl + NH3 J ^ 1860, 343) Technische Darstellung von CH3CI durch Destillation der Trimethylamin-haltigen Zuk- kerschlempe und Erhitzen mit HCl. ad 5. Bei Verwendung von Aldehyden und Ketonen entstehen die entsprechenden Di- H 'H Chloride: RCq -^ RCx' rii . Aus Säuren entstehen deren Chloride RCOOH^ RCOCl. ad 6. Hierbei entstehen naturgemäß mehr- wertige Verbindungen, die an benachbarten C-Atomen halogenisiert sind. Mehi-wertige Verbindungen können auch entstehen nach 1 (vgl. S. 179), nach 2 bei doppelt ungesättigten Kohlenwasserstoffen, bei 3 aus mehrwertigen Alkoholen. Hoch halogenisierte Produkte werden durch ab- wechselnde Abspaltung von Halogenwasser- stoff und Addition von freiem Halogen ge- wonnen: RCH2-CH3 -> RCHa-CHoX -> RCH=CH2 -> RCHX-CH2X -^ RCX=CH2 ^ RCX2-CH2X -^ RCX=CHX -> RCX2-CHX2 usw. Im wesentlichen nach dengleichenMethoden wie bei Paraffinen entstehen auch die Halo- genderivate der anderen Kohlenwasserstoffe. Bei Olefinen wird naturgemäß eine Substi- 198 Aliphatische Kohlenwasserstoffe tuierung nach 1 wegen der sofortigen Addi- tion (6) nicht möglich sein. Ungesättigte Halogenverbindungen sind aber erhältlich a) aus olefinischen Sauerstoffverbindungen nach 3 und 5, oder b) aus den Kohlenwasser- stoffen einer noch H-ärmeren Reihe durch ge- mäßigte Addition nach 2 oder 6, oder c) aus den halogenreicheren Derivaten der gesättig- ten Reihe durch nur teilweise Abspaltung. Bisweilen unterliegen die zunächst ent- stehenden gesättigten Halogenverbindungen mehr oder weniger leicht gleich wieder Ab- spaltungen, so wenn beim Behandeln von Glycerin mit J und Phosphor Allyljodid CHaJ — CH=CH2 entsteht. Der Additions- vorgang mit naclifolgender Abspaltung kann dadurch das Aussehen einer Substitution gewinnen: RCH=CHR -> RCHCI-CHCIR ^ RCC1=CHR (vgl. die analoge Kernsubstitution durch Halogen in der aromatischen Reihe). Nach a entstehen „sogenannte" ungesättigte Halo- genverbindungen, die halogenisiert sind an einem bei der Doppelbindung nicht be- teiligten C-Atom. Nach b entstehen Ver- bindungen mit direkt an ungesättigtem C gebundenem Halogen. Beide Ai'ten zeigen deutliche Unterschiede. Manche a-Verbin- dungen zeigen scharfen, z. B. senfartigen Geruch, manche b-Verbindungen riechen angenehm. Vorwiegend letztere sind poly- merisierbar. Gegenüber dem normalen Ver- halten der Klasse a, die additiv die Reak- tionen des Halogens und der Doppelbindung zeigt, findet man bei b eine stark geminderte Reaktionsfähigkeit des Halogens. Doppelten Austausches ist es so gut wie unfähig; mit KOH bildet es keinen Alkohol, mit HOC2H5 keinen Aether. ^) Dasselbe Verhalten zeigen die aroma- tischen Halogenverbindungen, die nach der Kekuleschen Formel die Gruppe =CX ent- halten. In der Seitenkette halogenisierte aro- matische Verbindungen dagegen zeigen das typische Verhalten der Klasse a; auch in- bezug auf den Geruch. Bei Einwirkung von freiem Halogen auf aromatische Substanzen mit aliphatischer Seitenkette wird im Licht und in der "Wärme die letztere substituiert, in der Kälte und im Dunkel tritt Halogen in den Kern. Außerdem wird jeder Vorgang durch spezifisch wirkende Halogeniiberträger be- günstigt. Halogensubstitutionsprodukte der Acetylene nach b, ebenfalls viel leichter polymerisierbar als die Acetylene selbst, zeigen starke Tendenz zur Zersetzung unter C-Ab- 1) Eine eintretende Reaktion führt unter Halogenwasserstoffabspaltung zum ungesättigten Kohlenwasserstoff der nächst niederen Reihe RCH=CXR -> RC^CR Scheidung: CBr=CH ist selbst entzündlich, CC1=CH selbst bei größter Vorsicht leicht heftig explodierend. Physikalische und chemische Eigen- schaften. Die erstenHalogenatome treten am leichtesten ein, die weiteren immer schwerer, u]iterstützt durch Katalysatoren (Halogen- überträger: Jod, Eisen, SbClj", bei Einfüh- rung von Jod HgO, H JO3 um austretenden J zu binden). Die Schwierigkeit der Einführung steigt mit wachsendem Molekulargewicht des Kohlenwasserstoffs. Zeisphtterung hochha- logenisierter C-Ketten (vgl. S. 180). Chlor vermag Brom, letzteres wieder Jod aus den Verbindungen zu verdrängen. Bromide und Jodide sind auch durch HgCl2 in Chloride überführbar; umgekehrt werden die Chloride zersetzt durch Jodid und Bromid von Aluminium oder Calcium. Alle Jodide werden im Licht unter Jodabscheidung all- mählich zersetzt. Die reinen Halogenver- bindungen sind meist farblos. Die stark halogenhaltigen und hochmolekularen Ver- bindungen sind fest, die niedersten Gase. Für die Siedepunkte gelten ungefähr die gleichen Regehnäßigkeiten wie bei Kohlen- wasserstoffen (vgl. S. 178). Die der Jodver- bindungen liegen am höchsten, die der Fluor- verbindungen am niedrigsten. Alle Halogen- derivate sieden niedriger als die entsprechen- den Sauerstoffderivate. Die spezifischen Ge- wichte der F-, Cl-, Br-, J-Derivate eines und desselben Kohlenwasserstoffs stehen ganz ungefähr im Verhältnis des der freien Ele- mente. Das der niedersten ist bemerkenswert hoch (C2H5CI 0,9; CHgBr 1,7; C2H5J 2,0; CH2J2 2,5; CHCI3 1,5 alles in abgerundeten Zahlen) mit dem Molekulargewicht des Koh- lenwasserstoffs sinkend, wird es allmählich kleiner als das des Wassers. Der Einfluß des Halogens auf das Ganze des Moleküls tritt mit steigendem Molekulargewicht zurück. Alle sind unlöshch in Wasser, löslich dagegen in den gebräuchlichen organischen Lösungsmitteln. Die niedersten wasserstoffreichen breimenmit schwach grüner Flamme, liaben süßlich ätherischen Geruch und finden als Betäu- bungsmittel oder Anästhetika Verwendung; C2Cle riecht kampferartig. Ihrem chemischen Charakter nach zeigen sie verhältnismäßig große Reaktivität und tauschen das Ha- logen mit oft großer Leichtigkeit aus, beson- ders die Jodide. Den anorganischen Ha^ogen- salzen gegenül)er ist dagegen ihre Reaktivität gering, sie geben nicht wie diese mit Silber- salz Niedersclüäge, weil das Halogen nicht ionisierbar ist. Eine Reaktion erfolgt um so schneller, je weniger Halogen in der Verbindung, und je mehr die Halogenatome verteilt sind. Von wesentlichem Einfluß ist die Art der an das Halogen gebundenen Gruppe; nach Michael (A. 1911) werden teitiäre Bromide schon durch Wasser in Aliphatische Kohlenwasserstoffe 199 Alkohol + HBr zerlegt (durch Schütteln mit Wasser bei ge.vöhnlicher Temperatur nach 10 Minuten quantitativ), sekundäre nicht durch Wasser, aber durch Schütteln mit AgNOg-Lösung (drei Stunden) zersetzt, primäre weder durch Wasser, noch (kaum) durch Sir )ersalz /ersetzt. Mit Silbernitrat tritt sonst meist erst bei längerer Einwirkung und beim Erhitzen im Einschlußrohr Reaktion ein. Kur Jodid und Bromid des Methyls und Aethyls geben mit alkoholischer Silbernitrat- lösung direkt einen Niederschlag, die Jodide schon in der Kälte, wie ein anorganisches ionisierbares Jodid, die anderen in der Hitze. Der festen Bindung des Halogens ent- spricht, daß auch die Fluoride Glas nicht an- greifen. Sein- merkwürdig sind gewisse bei erhöhter Temperatur erfolgende Umlage- rungen der Halogenalkyle in Isomere z. B. CHaBr— CH Q^" i-Butylbromid in CHgCBr^^pu^ tertiär-Butylbromid, die man durch xVnnahme einer Abspaltung von HBr und Aiüagerung in anderem Sinne zu erklären pflegt. Vgl. dazu Michael, A. 379, 263. Die Klasse der Halogenderivate ali- phatischer Kohlenwasserstoffe ist die Brücke, über die der Weg führt zur Gewinnung nahezu aller anderen wichtigen aliphatischen Ver- bindungen. Man betritt indessen diese Brücke aus oben erörterten Gründen — schwere Isolierbarkeit reiner Einzelglieder der Kohlenwasserstoffe und Nichteinheit- lichkeit ihrer Halogenisienmgsprodukte ■ — meist nicht von der Seite der Kohlenwasser- stoffe, sondern von der der Alkohole (vgl. S. 179). Trotz ihres massenhaften Vorkommens in den Erdölen sind die Kohlenwasserstoffe in präparativer Hinsicht wenig von Bedeu- tung, an Bildsamkeit stehen sie weit hinter den Kohlenwasserstoffen der aromatischen Reihe zurück. In Kürze seien hier einige der wichtigsten Körperklassen aufgeführt, die aus den Halogenverbindungen gewonnen werden können, und deren weitere nächste wichtige Derivate. 1. Alkohole durch Behandhing der Ha- logenalkyle als Ester der Halogenwasserstoff- säuren mit verseifenden Mitteln RCl + KOH -^ ROH + KCl Oxydierbarkeit der primären Alkohole zu H Aldehyden RC^ und Säuren RCOOH; ^0 der sekundären zu Ketonen R — CO — R. Bildung von Aethern (aus Alkohol mit kon- zentrierter Schwefelsäure) R — 0 — R. 2. Amine gemäß der Formel RCl + HNHj ^RNH^.HCJl. 3. Säuren durch Verseifung der nach der Gleichung RCl + KCN = KCl + RCN ent- stehenden Nitrile. 4. Durch Behandeln mit allen möglichen Silberverbindungen unter geeigneten Um- ständen gelingt es, unter Jlalogensilber-Bil- dung vorher an Ag gebundene Reste mit dem organischen Radikal zu vereinigen z. B. Nitroverbindungen nach der (jleichung RCl + AgNO,^ AgCl + RNOo. 5. Gewinnung der Kohlenwasserstoffe (ge- sättigter und ungesättigter) aus den Halogen- verbindungen mit Metallen vgl. oben S. 17ö. Aus o) — (0 Dihalogenverbindungen mit Na können ringförmige Kohlenwasserstoffe ge- wonnen werden. 6. Durch Behandeln mit reaktiven or- ganischen Na-Verbindungen kann unter Ha- logen-Na-Bildung eine Vereinigung der Reste erzielt werden z. B. RCl + NaOR-> ROR + NaCl (Aetherbildung). 7. Metallorganische Verbindungen, Me- tallalkyle, Metallalkyljodide. Die Einwirkung von Na auf Halogenalkyl führt direkt zum höheren Kohlenwasserstoff (Wurtzsche Re- aktion). Bei zweiwertigen Metallen sind inter- R ,R mediär Produkte Me^ und Me^ er- ^J ^R hältlich. Die schon sehr lange bekannten Zinkverbindungen sind unangenehm stark zersetzlich, entzünden sich z. B. von selbst an der Luft, die von Grignard eingeführten Mg-Verbindungen dagegen, durch Löslich- keit in Aether ausgezeichnet, sind ein be- quemes viel angewandtes Ausgangsmaterial für zahlreiche Synthesen geworden. Darstellung der Halogenderivate anderer Körperklassen. Gemäß dem allgemeinen Prinzip des additiven Verhaltens der einzelnen Gruppen im organischen Mole- kül, sind die oben genannten Methoden auch geeignet zur Halogenisierung der Kolilen- wasserstoffreste in allen möghchen Derivaten. Natürhch unter der sinngemäßen Einschrän- kung, daß bei der betreffenden Reaktion keine andere Gruppe als der Kohlenwasser- stoffrest vorher oder zugleich angegriffen werde. Vor allem bei Chlor kommt dabei seine stark oxydierende Wirkung in Betracht, so daß z. B. bei iVlkoholen erst Oxydation zu Aldehyd eintritt^) und erst sekundär dieser chloriert wird (Darstellung von Chloral CCI3CQ aus Alkohol und Chlor). Gechlorte Al- kohole die CCl neben COH im Molekül enthaj- ten, sind daher nur gewinnbar nach 3 (S. 197) aus den entsprechenden mehrwertigen Alko- holen. Verbindungen mit der Gnippe C<^oH 1) Die Oxydation geht aber nicht weiter bis zur Säure. Ganz trockenes Chlor und Aldehyd gibt Acetylchlorid CHgCj) + Cl^ -> CHaC^^} + HCl. 200 Aliphatische Kohlenwasserstoffe sind überhaupt nicht erhältlich, anstatt ihrer entsteht immer — C = 0 + HCl. Ebenso- wenig sind die Kohlenwasserstoffreste in den Aminen chlorierbar, weil Derivate des Chlor- stickstoffs entstehen (RNCl, u. a.). Wohl aber sind die Aether direkt am C chlorierbar, (so kann aus gewöhnlichem Aethyläther erhalten werden C2H5— 0-CHCl— CH3), ebenso Ketone^) und Säuren (Darstellung von CH2CICOOH; die Chlorierung geht liier sogar leichter als bei Kohlenwasserstoffen; im Son- nenlicht geht sie bis zur Trichloressigsäure). Vgl. demgegenüber oben Darstellung der Säurechloride mit PCI5. An diesen Säure- chloriden selbst ist die C-Chlorierung leichter als an der Säure selbst durchführbar, so z. B. aus Halogen, Phosphor und freier Säure. Säureanhydride spalten mit Chlor in Säure- chlorid und gechlorte Säure. CH3CO ^0 + 2C1 -> CH2CI COOH CH3CO -f CH3COCI Verhalten des Halogens in anderen Körperklassen. Beeinflussung an- derer Gruppen. Im allgemeinen wird das halogenisierte Kohlenwasserstoff-Radikal ir- gendwelcher organischer Verbindungen eben- falls der oben geschilderten Umsetzungen fähig sein unabhängig vom Vorhandensein anderer Gruppen. Im besonderen treten in- des Beeinflussungen des Halogens durch andere Gruppen und solche dieser letzteren durch Halogen in Erscheinung. Dahin gehört z. B. die Verminderung freier Beweglichkeit des Halogens durch die Doppelbindung und die Erhöhung der Poliymerisierbarkeit bei gechlorten Olefinen. Weiterhin vermindert Halogen die Stärke vorhandener basischer Gruppen, erhöht da- gegen die saurer Gruppen, es vermehrt die Beweghchkeit von Wasserstoffatomen in bestimmter Stellung, wie es seinerseits in der Reaktivität durch benachbarte Gruppen (COOH) stark beeinflußbar ist. Beispiele: Wachsen der Dissoziationskon- stante der gechlorten, gegenüber der von ein- fachen Säuren (Chloressigsäure, Essigsäure); je mehr Halogenatome, je stärker das Halogen, und je näher einander Halogen und Carboxyl stehen, desto größer ist jene. Leichte Abspaltung von Halogenwasserstoff aus /^-Halogen-substituierten Säuren RCHCl — CH2C00H->RCH = CH — COOH ß " + HCl. (a-Halogensäuren gehen dagegen leicht in 1) Aus Aceton entsteht als Endprodukt Perchloraceton CgClsÜ. Verbindungen wie das Keton CHoClCOCHs gewinnt man indessen rein aus dem entsprechenden gecldorten Alkohol oder Chlorhydrin durch Oxydation. Oxysäuren, y-Halogensäuren in Laktone über). Die zu beobachtende Erhöhung der Reak- tivität von a-Wasserstoffatomen ( — CCl — CH — ) ist besonders merkbar, wenn eine a-Methylengruppe zwischen zwei halogen- tragenden C-Atomen steht (Analogie mit der Gruppierung CO — CH2 — CO z. B. im Acetessigester). Einzelne Glieder. An dieser Stelle sind nur Halogenderivate der aliphatischen Kohlenwasserstoffe besprochen, die anderer Verbindungen finden sich in den sie behan- delnden Artikeln erwähnt. Kein einziges der erwähnten Halogen- derivate findet sich in der Natur. Alle werden nach den allgemeinen Methoden dargestellt, wenn nicht anders angegeben. C h 1 0 r m e t h y 1 CH3CI Sdp. — 22» Brommethyl CHgBr „ — 4» Früher benutzt zur Kälteerzeugung; zur Extraktion von Blumendüften und zum Methylieren in der Farbstofftechnik. Jodmethyl CH3J Sdp. + 44« Methyherungsmittel in der wissenschaftlichen Laboratoriumspraxis. Fällt direkt alkoho- lische Silbersalzlösung (Bestimmung der Methoxylgrnppe nach Zeisel). Chloräthyl C^H^Cl Sdp. + 12« Benützt als Anästheticum. Im Sonnenlicht zersetzt. Offizinell. In zugeschmolzenen Röhren gehandelt. Bromäthyl C^K.Bv Sdp. + 39« Als Aether bromatus offizinell. Anästhe- ticum. Jodäth:yl C2H5J Sdp. + 42« Aethylierungsmittel. Lichtbrechend. Früher offizinell; innerlich; das schnell resorbierte Jod erscheint in kürzester Frist im Harn wieder. Fällt Ag-Lösnng sofort. CF4 Gas. Bildet sich exotherm aus Ruß und Fluor. Tetrachlorkohlenstoff CCI4. Durch Ver- brennen von Kohle im Chlorstrom. Auch aus Chlor + CHCI3 oder CSo erhältlich. Billiges Extraktionsmittel. Greift aber bei Gegenwart von Feuchtigkeit Metallapparate energisch an! CBr4 Tafeln. CJ4 rubinrote Kristalle. M e t h y 1 e n c h 1 0 r i d , - b r 0 m i d , -Jodid CH2X2. Drei durch Reduktion der Trihalogen- Verbindungen erhältliche Flüssigkeiten. CH2 J2 seines hohen spezifischen Gewichts wegen (etwa 3,3) zur Bestimmung der Schwere von Mineralien benutzt. Aus CH3J + JH -f P. Das Jod ist durch Chlor oder Brom in ihm verdrängbar. A et hylen Chlorid CH2CI— CH2CI Liquor hollandicus oder Oel der holländischen Che- miker. Aus C2H4 mit SbClj. Riecht wie Chloroform. Aethylidenchlorid CH3— CHCI2 Aus Aldehyd mit PCI5. Angenehmer Geruch. Anas- Aliphatische Kohlenwasserstoffe — Aliphatische Reihe 201 thetikiim. Die beiden letztgenannten sind Nebenprodukte bei Bereitung des Chlorals aus Cl und Alkohol. TrimetylenbroniidCHoBr— CH2— CHaßr synthetisch häufig gebrauchte Flüssigkeit. Dichloräthylen CHC1=CHC1 Trichloräthylen CHCl=CCl2 PerchloräthVlen CHCl^CCU Tetrachloräthan CHCI2— CHCl, Pentachloräthan CHCL— CGI 3 ebenso wie die höher chlorierten aus Acetylen gewinnbar und neuerdings im großen darge- stellt. Gute Extraktionsniittel (Ersatz für den teueren Aether). Die ersten drei greifen im Gegensatz zu CCI4 Metalle nicht an. Die beiden letzten werden von wässerigem Al- kali angegriffen. Alle sind flüssig. Cg^^le ist fest und riecht nach Kampfer. Die weitaus größte Wichtigkeit besitzen die Trihalogen- verbindungen des Methans CHCI3 Chloro- form, CHBr3 Bromoform, CHJ3 Jodoform. Synthetisch wichtig, weil sie durch weite e Halogeneinwirkung in Tetraderivate, durch Reduktion in Diderivate übergehen. Alle drei offizineil, Chloroform als Anästhetikum, Jodoform als Wunddesinfiziens, dessen Wir- kung übrigens auf den sich mit den Wund- sekreten bildenden Zersetzungsprodukten beruht. Chloroform. Sdp. 61; spez. Gew. 1,527. Schwere süßlich riechende Flüssigkeit. Brennt schwer mit grüngesäumter Flamme. Unlöslich in Wasser, leicht in organischen Solventien. Ausgezeichnetes Solvens für Harze und bei organischen Synthesen er- haltene Schmieren. Wasser nimmt Ge- schmack und Geruch des Chloroforms an: Aqua Chloroformii in England sehr ge- bräuchliches Geschmackskorrigens für Medi- zinen. Hauptanwendung als Narkotisierungs- mittel. Dabei ist, um üljle Nebenwirkungen hintanzuhalten, seine Reinheit von größter Wichtigkeit. Unter der Einwirkung von Licht und Feuchtigkeit zersetzt es sich leicht unter Abspaltung von HCl, Chlor, Phosgen und anderen Produkten. Hin- derung der Zersetzung durch geringen Al- koholzusatz und Aufbewahning in braunen Gläsern, die die chemisch wirksamen violetten und ultravioletten Strahlen absorbieren. Al- kohol verbindet sich angeblich (Hollemann) mit den Zersetzungsprodukten und hindert, daß diese die Zersetzung katalytisch be- schleunigen können. Darstellung: aus Alkohol oder Aceton mit Hypochloriten (Chlorkalk). Der Alkohol geht dabei durch Oxydation in Aldehyd, dieser durch Substitution in Tri- chloraldehyd oder Chloral, letzteres durch Verseifung in Chloroform und ameisensaures Salz über. Ein reineres Chloroform direkt ge- winnbar aus dem (aus Chlor und Alkohol entstehenden) Chloral durch Verseifung mit Kali. Reinigung des Chloroforms durch Aus- frieren nach Pictet. Reaktionen des Chloro- forms. In vieler Hinsicht verhält es sich wie ein Perchlorid der Ameisensäure und wirkt bei Gegenwart von KOH wie CClg (nicht bekannt) + HCl (Nef). Mit Anilin und Kalilauge entsteht Phenyl-i-nitril von scheußlichen Geruch. Chromsäure oxydiert zu Phosgen COCU. Salpetersäure bildet Chlor- prikrin CCI3NO2 von stechendem Geruch. Jodoform CHJ3. Aus Alkohol oder Ace- ton und Jod + Alkalicarbonat oder -hydroxy d, auch durch Elektrolyse alkoholischer Jod- lösung. Die obige erstgenannte Reaktion kann zum Nachweis des Alkohols oder Ace- tons dienen. Nachweis des Acetons in Methylalkohol, der die Jodoformreaktion nicht gibt. Unlöslich in Wasser (Unterschied der äußerlich ähnlichen Pikrinsäure) mit Wasserdampf flüchtig. Der meist als safran- artig (?) bezeichnete Geruch ist in kleinen Dosen nicht unangenehm, in größerer Kon- zentration höchst widerlich. Literatur. Lehr- und Handbücher: V. Meyer iitid P. Jacobson, Lehrbuch der orga- nischen Chemie, i*. Avß. Leipzig 1906. — F. Beilsteiii, Handbuch der organischen Chemie, 3. Aufl. Hamburg 1893 bis 1906. — V.v. Richter, Chemie der Kohlensioßvcrbindungen. Bearbeitet von R. AnschUtz imd Schroeter. 10. Avfl. Bonn 1905. — A. Bernthsen und Mohr, Kurzes Lehrbuch der organischenChemie, 10. Aufl. Braunschweig 1909. — Kraft, Organische Chemie. 4- Aufl. Wien 1905. — A. F. Holletnann, Lehrbuch der organischen Chemie. 9. Aufl. Leipzig 1911. — Roscoe-Schorlemtner, Organische Chemie (Teil 1 des ausführlichen Lehrbuchs der Chemie). Braunschweig ISS4. — Sellniann, Prinzipien der organischen Synthese. Berlin 1887. — Euler, Grundlagen und Ergebnisse der Pflanzenchemie. Braunschweig 1908 und 1909. J. Hoppe. Aliphatische Reihe. Zur aliphatischen R e i h e [ciXeifa^ = Oel, Fett; „Fettreihe") rechnet man die kettenförmigen (,, azyklischen") Kohlen- stoffverbindungen, die im Gegensatz zu den ringförmigen (,, zyklischen") stehen (vgl. den Artikel ,, Systematik und Nomen- klatur der 0 r g an i s c h e n V e r b i n d u n - gen"); sie lassen sich alle auf das Methan (vgl. den Artikel „Alip hatische Ko hlen- waser Stoff e") als Stammsubstanz zurück- füliren (,,Methanderi vate"). Die Be- zeichnung ,, aliphatisch" rülu't daher, daß sehr frühzeitig die zu dieser Gruppe gehören- den Fette und Fettsäuren (vgl. die Artikel ,,Fette" und „Fettsäuren") näher bekannt wurden. Die offene Kohlenstoff ketten enthaltenden aliphatischen Verbindungen weichen in vieler Hinsicht von den ge- schlossene Kohlenstoffsysteme ent- haltenden zyklischen Verbindungen ab, und zwar ist der Unterschied um so größer, je 202 Aliphatische Reihe — Alkaloide ungesättigter die zyklischen Systeme sind (Näheres siehe im Artikel „Aromatische Reihe"); mit zunehmender Hydrierung (H-Addition an den Doppelbindungen) nähern sich dagegen die zyklischen Ver- bindungen immer mehr in ihrem Charakter den Methanderivaten. Am nächsten stehen den letzteren die aus drei, vier oder fünf C-Atomen gebildeten Ringsysteme, d. h. die Trimethylen-, Tetramethylen- und Pentamethylen- Gruppen. Die gleichen Beziehungen, welche zwi- schen nur aus C-Atomen zusammengesetzten offenen oder gesclilossenen Systemen be- stehen, gelten auch für die 0, S oder N enthaltenden azyklischen und zyklischen Verbindungen. £. Schaum, Alkali oder Alkalien heißen die stark basischen Hydroxyde von Kahum, Natrium, Lithium, Rubidium und Cäsium: diese Metalle bezeichnet man dem- entsprechend als Alkalimetalle. Zu den Alkahen rechnet man ferner das wenig lös- liche Silherhydroxyd, sodann die Hydroxyde der Erdalkalimetalle Baryum, Strontium, Calcium; außerdem die Hydroxyde des Am- monium und seiner Substitutionsderivate. Alkalische (basische) Reaktion zeigen überhaupt alle wässerigen Lösungen, in denen OH '-Ionen enthalten sind. Vgl. den Artikel „Basen"; ferner die Beschreibung einzelner Hydroxyde an den entsprechenden Stellen z. B. bei „Kalium" im Artikel ,, Lithiumgruppe" usw. Alkaloide. 1. Allgemeines. Vorkommen ; Darst?llung, Ver- halten, Konstitution der Alkaloide. 2. Solanaceen- basen. 3. Cocabasen. 4. Strychnosbasen. 5. Curare 6. Chinabasen. 7. Opiumalkaloide. 8. Leichen- alkaloide. I. Allgemeines. Vorkommen, Darstel- lung, Verhalten, Konstitution der Alka- loide. Mit dem Namen Alkaloide hat man die- jenigen in Pflanzen sich vorfindenden stick- stoffhaltigen Körper belegt, welche imstande sind, mit Säuren zu salzartigen Verbin- dungen zusammenzutreten. Dieser Aehnlichkeit mit dem Ammoniak, dem ,, flüchtigen Alkaü", verdanken sie auch ihren Namen, der von Meißner, dem Entdecker des Veratrins (1821) her- rührt. Diese Alkaloide im weiteren Sinne um- fassen Verbindungen verschiedenartigster Konstitution, von solchen sehr einfacher, wie das Methylamin, das sich in Mercurialis annua findet, bis zu so komplizierten Ge- bilden, wie sie das Berberin und das Chinin darstellen. Als Alkaloide im engeren Sinne bezeiclmet A. L a d e n b u r g solche natürlich vor- kommenden Pflanzenbasen, welche ein Stick- stoffatom (oder mehrere) in einem zykhschen Ringsystem enthalten. Allerdings ist auch diese Definition nicht ganz zutreffend, denn es sind auch einige Pflanzenbasen bekannt, die man herkömm- licherweise zu den Alkaloiden rechnet, ob- wohl sie iliren Stickstoff nicht in ring- förmiger Bindung enthalten, solche sind z. B. das Colchicin der Herbstzeitlose und das Ephedrin (aus Ephedra vulgaris = 1 Phenyl 2 methylaminopropan 1 ol), aber auch das Narcein, ein Opiumalkaloid, das in sehr naher Beziehung zum Narkotin steht, enthält seinen Stickstoff ebenfalls in einer ahphatischen Seitenkette. Aus diesem Grunde ist die Bezeichnung irgendeiner Pflanzenbase als Alkaloid immer mehr oder weniger willkürlich. Nun ist aber die Zahl der bis jetzt auf- gefundenen Pflanzenbasen eine recht be- trächthche — es sind über 250 davon be- kannt und ihre Zahl vermehrt sich noch stetig — aber nur von dem kleineren Teile ist die Konstitution so weit aufgeklärt, daß ilu'e Einreihung in das System der orga- nischen Chemie möglich ist. Deshalb wird man, wenigstens vorläufig, die Alkaloide als eine besondere Körperklasse beibehalten müssen, um so mehr, als sie bei aller Ver- schiedenheit in ihrer Konstitution doch in ihrem allgemeinen Verhalten manche Aehn- lichkeit miteinander zeigen. Was das Vorkommen der Alkaloide im Pflanzenreiche anbelangt, so liefern die Dikotyledonen weitaus die größte Anzahl der bekannten Allcaloide, während die Monokotyledonen nur verhältnismäßig wenige aufzuweisen haben; aus der Gruppe der Gymnospermen enthalten nur die Eibe, und die Ephedra- Arten Alkaloide, von den Krypto- gamen sind, wenn man vom Mutterkorn absieht, nur die Lycopodiaceen alkaloid- führend. Durch besonderen Reichtum an Alkaloiden zeichnen sich die Papaveraceen (Opium), Fumariaceen, Solanaceen, Ranun- culaceen und Rubiaceen (Chinarinde) aus. Auch in einer großen Anzahl von Papi- lionaceen und Apocynaceen finden sich Alkaloide. Ziemhch arm daran sind die Kompositen; den Labiaten und den Rosaceen fehlen sie anscheinend ganz. Von den Monokotyledonen enthält nur die Familie der Liliaceen eine größere Anzahl alkaloid- lialtiger Pflanzen. Pflanzen, die sich botanisch nahe stehen, enthalten oft dasselbe Alkaloid oder wenig- stens ein solches, das diesem auch in der Konstitution verwandt ist, dagegen ist das Alkaloide 203 Vorkommen eines und desselben Alkaloides in Pflanzen, welche verschiedenen Familien angehören, sehr selten. Nur das Berberin findet sich außer in Berberideen auch in Caesalpiniaceen, Rutaceen, Ranunculaceen und Papaveraceen. Audi das Protopin kommt außer in Papaveraceen auch in Fumariaceen vor. Dagegen enthalten viele Pflanzen mehrere Alkaloide, die meist in gene- tischer Beziehung zueinander stehen. Durch besonderen Reichtum an derartigen Alkaloiden sind P a p a V e r s o m n i f e r u m und die Cinchonaarten ausgezeichnet. Nur selten sind die Alkaloide in der Pflanze in freier Form vorhanden, meist finden sie sich an Säuren, in der Regel organische, gebunden. Fast überall verbreitet sind gerbsaure, Oxalsäure und äpfelsaure Salze, weit verbreitet ist ferner, wie neuer- dings festgestellt wurde, die Chlorogensäure. Nicht so häufig finden sich milchsaure, essigsaure und schwefelsaure Salze; ein be- schränktes Vorkommen haben dann Salze der Fumarsäure in den Erdrauchgewächsen, Akonitsäure in den Ranunculaceen, Chehdon- säure in Chehdonium majus und Veratrum album. Auf das Opium beschränkt zu sein scheint die Mekonsäure, charakteristisch für die Chinarinden ist dann die Chinasäure, die aber in Form eines komplizierten De- rivates, der Chlorogensäure, im Pflanzen- reiche weiter verbreitet ist. Die Verteilung der Alkaloide im Pflanzen- körper ist sehr ungleichmäßig. Sie können zwar in sämtlichen Teilen der Pflanze vorkommen, so in C o n i u m m a - culatum, Hyoscyamus niger und anderen Solanaceen, gewöhnlich aber finden sie sich in gewissen Organen besonders angehäuft. So finden sie sich besonders häufig in den Früchten und Samen, wie in der Arekanuß, den Sabadillsamen und den Brechnüssen, in den Blättern, z. B. in den Cocablättern, dem Taliak und den Jal^orandi- blättern, in den Wurzeln, z. B. bei Veratrum album und den Eisenhutarten, in der Rinde bei den Cinchonaarten und der Quebracho- rinde, im Holze, z. B. bei C o s c i n i u m f e n e s t r a t u m einer Menispermacee. Die Darstellung der Alkaloide aus den Pflanzen gestaltet sich, entsprechend dem sehr wechselnden Verhalten und der größeren oder geringeren Beständigkeit der zu iso- lierenden Base, so verschieden, daß sich allgemein gültige Angaben darüber nicht machen lassen. Verhältnismäßig einfach gestaltet sich die Sache, wenn der seltene Fall einer flüchtigen Base vorliegt. Li diesem Falle macht man das Untersuchungsobjekt alkahsch und destilliert mit Wasserdampf. Das Destillat fängt man in verdünnter Säure auf und gewinnt so direkt eine Lösung des betreffenden Alkaloidsalzes. Bei nicht- flüchtigen Alkaloiden wird man in der Regel die Droge mit sehr verdünnter wässeriger oder alkohohscher Mineralsäure, bei sehr empfindlichen Substanzen auch wohl orga- nischer Säure, ausziehen. Die so erhaltenen Auszüge konzentriert man dann unter ver- mindertem Druck, scheidet das mit in Lösung gegangene Chlorophyll, Harz und Fett ab, macht alkalisch und schüttelt mit einem geeigneten Lösungsmittel, gewöhnlich Aether, Chloroform oder Amylallvohol aus. Durch Abdestilheren des Lösungsmittels erhält man dann die Alkaloide, allerdings meist noch stark verunreinigt. Unter Umständen, wenn es sich um sehr leicht lösliche Verbindungen handelt, wird man aus den sauren Auszügen die Base in Form eines unlöshchen oder schwer löslichen Niederschlages, z. B. als gerbsaures Salz, oder an komplexe Säuren gebunden ausfällen. Derartige Säuren sind z. B. Wismut- jodidjodwasserstoff, Phosphormolybdän- und Phosphorwolframsäure, auch Gold- und Platinchloridchlorwasserstoff säure können unter Umständen dazu verwendet werden. Nur wenige Alkaloide und zwar haupt- sächhch jene, die nur aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff bestehen, sind flüssig, so das Coniin und einige dasselbe im Schierling begleitende Baseij, ferner das Nikotin und seine Nebenbasen und das Spartein, ein AUcaloid, das sich im Besen- ginster und in den Lupinen findet. Von wichtigeren sauerstoffhaltigen Alkaloiden sind nur das Arecolin der Betelnüsse und das Pelletierin der Granatwurzelrinde flüssig. Die meisten Alkaloide sind aber feste kri- staUisierte Körper, die meist nicht unzer- setzt destillieren, von denen einige aber sublimierbar sind. Eine kleinere Anzahl von Alkaloiden ist amorph, oder doch bisher nicht in kristallisierter Form erhalten worden, z. B. das Emetin der Brechwurzel, das Ergotoxin des Mutterkornes und einige Alkaloide der Eisenhutarten; auch das Berberin gehört zu diesen Verbindungen, welche aber meist in Form von Salzen kristalhsieren, so daß ihre Einheithchkeit feststeht. In Wasser sind die Alkaloide meist schwer oder fast nicht löslich, dagegen lösen sie sich in Alkohol, dann Chloroform, Aether, Amylalkohol, Benzol, selten Ligroin und Petroläther. Bemerkenswert ist es, daß manche A,lkaloide — z. B. das Strychnin in Aether — sich leicht in gewissen Lösungs- mitteln, von denen sie sonst schwer auf- genommen werden, lösen, wenn sie eben aus ihren Salzen frei gemacht sind, d. h. wenn sie noch nicht in die beständige kiüstallisierte Form übergegangen sind. Weitaus die Mehrzahl der Alkaloide ist ungefärbt; gelb gefärbt sind das Berberin •204 Alkaloide und eine Reihe diesem verwandter Basen, rot sind die Salze des Sanü;uinarins. Häufig dagegen zeigen die Allcaloide besonders in Form ihrer Salze Fluoreszenzerschei- nungen, so besonders deuthch das Chinin- sulfat, dessen wässerige Lösung schön blau fluoresziert. In der Regel sind die Alkaloide optisch aktiv, meist linksdreheud; manchmal unter- scheidet sich die Drehung der freien Base von der ihrer Salze auch durch das Vor- zeichen. Optisch inaktiv sind natürhch die Alkaloide ohne asymmetrisches Kohlenstoffatom, z. B. das Berberin, INI arcein, Pap averin, Piperniu.a. Eine lazemische Form stellt das Atropin dar, von dem aber zweifelhaft ist, ob es in der lebenden Pflanze vorkommt. Die basischen Eigenschaften der Allialoide variieren beträchtlich. Von ziemhch starken Basen, die sogar, wie das Chinin, imstande sind, Karbonate zu bilden, sind alle mög- lichen Übergänge vorhanden bis zum Hy- drastin und Piperin, deren Salze mit Mineral- säuren schon durch Wasser zersetzt werden. Einige besitzen gleichzeitig auch saure Eigen- schaften, am bekanntesten sind diese beim Morphin, das man deshalb aus seinen Salz- lösungen nicht durch ätzendes Alkali, wohl aber durch Ammoniak auslällen kann; aber auch andere, wie das Cephaelin, ein Brech- wurzelalkaloid, und ein dem Chinin ver- wandtes Alkaloid, das Cuprein, verhalten sich ebenso, während bei anderen, so dem Pilokarpin, die Lösung in ätzenden Alkalien von einer tiefer greifenden Veränderung be- gleitet ist. Die meisten Alkaloide sind einsäurige Basen, auch wenn sie mehr als ein Stick- stoffatom enthalten, nur wenige, so die Chinaalkaloide, sind zweisäurig, bei diesen ist aber das zweite Aequivalent Säure weniger fest gebunden als das erste. Die Alkaloidsalze kristallisieren oft gut, nament- hch die halogenwasserstoffsauren Salze. Ent- sprechend den verschiedenen Eigenschaften der Alkaloide sind die Salze der verschiedenen Alkaloide mit einer und derselben Säure nicht immer gleich löslich. Dieses Verhalten kann man benutzen, um die verschiedenen Alkaloide voneinander zu unterscheiden. Von einfachen Säuren, die mit Alkaloiden Niederschläge geben, welche man mit zur Charakterisierung der Alkaloide heranziehen kann, sind als wichtigste zu nennen die Gerbsäure, welche aber nur amorphe Nieder- schläge gibt, dann Pikrinsäure und Pikrolon- säure. Besser noch sind vielfach komplexe Säuren geeignet; diese Säuren verwendet man oft in Form ihrer Salze, die man dann zu einer Lösung des Alkaloids in einer Mineralsäure hinzugibt. Solche sind z. B. Phosphormolybdänsäure, Phosphorwolfram- säure, Silicowolframsäure, dann Jodjod- wasserstoffsäure und Jodjodkalium, ferner andere jodhaltige Säuren in Form ilirer Kaliumsalze, so Cadmiura-, Quecksilber- Zink- und Wismutjodidjodkali, endlich salz- saure Quecksilberchloridlösung, Gold- und Platinchloridchlorwasserstoff säure ; auch die komplexen Cyanverbindungen leisten zu diesem Zwecke oft gute Dienste. Die meisten Alkaloide sind tertiäre Basen, nur wenige, wie Coniin, E{)hedrin, Colchicin u. a. haben den Charakter der sekundären Amine. Nur wenige sind quateruäre Ver- bindungen, wie das zu den Betainen gehörige Trigonellin, dann aber auch das Berberin, Curare und einige künstliche Alkaloid- derivate. Primäre Amine finden sich unter den eigentlichen Alkaloiden nicht vor. Zur Ermittelung der Art der Stickstoff- bindung bedient man sich gewöhnlich der Einwirkung von Jodmethyl auf die be- treffende Base. Sekundäre Amine liefern dabei zunächst, allerdings schwierig, tertiäre, die tertiären liefern quaternäre Ammonium- basen. Auf Basen, welche an sich schon quaternär sind, wirkt Jodmethyl natürhch nicht ein. Eine große Anzahl von Alkaloiden ent- hält am Stickstoff eine Methylgruppe. Die jodwasserstoffsauren Salze solcher Verbin- dungen spalten bei der trockenen Destillation, d. h. in der Regel bei höherer Temperatur, Jodmethyl ab. Diese Spaltung führt man in einem von Herzig und Meyer angege- benen Apparate aus, leitet das Jodmethyl in alkoliohsche Silbernitratlösung und berechnet aus der Menge des dabei entstandenen Jodsilbers die Anzahl der vorhandenen Methyhmidgruppen. Viele Alkaloide sind Ester, einige wenige, wie das Colchicin, auch Säureamide. Bei der Verseifung durch Wasser bei höherer Temperatur, mit Alkalilaugen oder auch mit Säure zerfallen sie in der Regel in einen stickstoffhaltigen und einen stickstofffreien Anteil, So zerfällt das Solanin der Kartoffel- keime in zwei Zuckerarten und Solanidin, einen stickstoffhaltigen Körper; das Solanin ist also eines der seltenen Glyko-Allcaloide. Das Cocain liefert bei der Verseifung Ekgonin, einen Körper, der gleichzeitig Säure, Base und Alkohol ist, Benzoesäure und Methyl- alkohol. Das Pfefferalkaloid gibt bei der Spaltung Piperinsäure und Piperidin, in ihm liegt also ein Säureamid vor. Ein derartiger Zerfall eines Alkaloides läßt außer auf die Natur des in der Base vorhandenen Stickstoffs unter Umständen auch auf die des in der Base enthaltenen Sauerstoffs Schlüsse ziehen. Dieser Sauerstoff kann, außer wie im vorher besprochenen Falle, Alkaloide 205 auch als freier Hydroxylsauerstoff vorliegen. Hydroxyle weist man durch Acylierung nach. Aus der Analyse der so erhaltenen Ester erfährt man dann direkt die Anzahl der in dem Alkaloid vorhandenen Hydroxyl- gruppen. Sind die Hydroxylgruppen, was aber selten der Fall' ist, phenolartiger Natur, so wird man sie methyheren. Derartige Methoxylgruppen, und solche finden sich sehr häufig auch schon fertig gebildet in den Alkaloiden vor, lassen sich 2iach der Methode von Zeisel durch Kochen mit Jodwasserstoff als Jodmethyl abspalten, das mit alkoholischer Silbernitratlösung Jod- silber liefert. Am Stickstoff vorhandenes Methyl stört dabei in der Regel nicht; man kann meist in dem Rückstand von der Methoxylbestimmung durch Erhitzen auf höhere Temperatur auch das Methyhmid, das etwa vorhanden ist, bestimmen. Aus der Menge des entstandenen Jodsilbers be- rechnet man dann die Anzahl der vorhandenen Methoxylgruppen und der phenolartigen Hydroxyle. Durch wasserabspaltende Mittel läßt sich manchmal aus hydroxylhaltigen Basen "Wasser abspalten. Die dadurch entstehenden ungesättigten Verbindungen sind oft reak- tionsfähiger als die ursprünglichen Alkaloide und haben deshalb bei der Konstitutions- ermittelung derselben eine Rolle gespielt, so bei den Solanacecnbasen, den China- alkaloiden u. a. Ist der Sauerstoff der Pflanzenbase als CarbonylgTuppe vorhanden, so wird man diese durch die übhchen Ketonreagentien nachweisen können. Die Carboxylgruppe wird sich meist durch Behandehi mit Alkohol und Salzsäure esterifizieren lassen. Aller- dings kann auch die Carboxylgruppe durch Bindung im Molekül selbst festgelegt sein, so ist das Trigonellin des Bockshornsamens ein Betain, Narkotin und Hydrastin sind Laktone. Näheren Aufschluß über die Kon- stitution eines Alkaloides und über das ihm zugrunde liegende Ringsystem gewinnt man dann durch Abbaureaktfonen. Eine der ältesten ist die trockene De- tillation mit Kalk oder Aetzkali, wobei, allerdings meist unter Zertrümmerung des Moleküls, einfachere Verbindungen entstehen ; immerhin ist bei der Deutung der Ergeb- nisse eine gewisse Vorsicht notwendig, da manchmal die zunächst entstehenden Spalt- stücke bei der hohen Temperatur leicht Kondensationen eingehen. Durch Destillation mit Aetzkali erhielt z. B. Gerhardt aus Cinchonin das Chinolin. Auch hohe Temperatur allein genügt unter Umständen zum i\.bbau eines Al- kaloides, so gibt z. B. das Ekgonin beim trockenen Erhitzen Dämpfe, welche die K n 0 r r sehe Pyrrolreaktion geben. Häufiger noch hat die Destillation mit Zinkstaub gute Fingerzeige gehefert. So erliielten K n 0 r r und V o n g e r i c h t e n auf diese Weise aus ^lorphin das Phenanthren, A. W. H 0 f m a n n aus Coniin (a-Propylpiperidin) das Conyrin (;'-Propylpyridin); der Zink- staub, der gewöhnlich, auch bei der trockenen Destillation, sauerstoffziehend wirkt, kann also auch wasserstoffabspaltend wirken. In ähnlicher Weise kann auch durch sehr gelinde wirkende Oxydationsmittel manchmal ein Abbau zu bekannten Verbindungen erreicht werden, auch hat man durch ein- fache Wasserstoffabspaltung Alkaloide er- halten, welche sich neben dem Haupt- alkaloid in der Pflanze finden. Solche schwach oxydierenden Mittel sind die Salze der Edelmetalle. Koenigs erhielt z. B. durch Erhitzen von Merochinen, einem wichtigen Spaltungsprodukt des Chinins, mit salz- saurer Sublimatlösung ^-Aethyl y-methyl- pyridin, eine Beobachtung, die viel zur Konstitutionsermittelung des Chinins bei- getragen hat. Aehnlich milde wirkende Oxydationsmittel sind u. a. Schwefelsäure bei nicht zu hoher Temperatur, durch die z. B. Piperidin in Pyridin übergeführt wurde, ferner Ferricyankalium, Ferrisalze, Sauer- stoff der Luft, Jodlösung u. a. Wasserstoff- superoxyd liefert zum Teil Aminoxyde, welche die Gruppe ^N = 0 enthalten. Stärkere und oft tiefgreifende Oxydations- mittel, welche meist in verschiedenster Art wirken, sind Permanganat, Chromsäure und Salpetersäure. Eine weitere sehr wichtige Abbaureaktion ist die Methode der erschöpfenden Methyhe- rung nach A. W. Hof mann. Erhitzt man nämlich quaternäre cyklische Am- moniumbasen, solclie kommen bei Alkaloiden fast nur in Betraclit, so zerfallen sie, wie A. L a d e n b u r g nachgewiesen hat, unter Aufspaltung des Ringsystems. In dem einfachen Falle des Piperidins gestaltet sich die Spaltung folgendermaßen. Methyl- piperidiniummethyihydroxyd 1, liefert bei trockener Destillation eine ahphatische ter- tiäre Base, das sogenannte Diniethyl- piperidin, 2, dessen quaternäre Verbin- dung, das z/4-Pentenyltrimethylammonium- hydroxyd, 3, bei nochmaliger "Erhitzung in einen ungesättigten Kohlenwasserstoff, 4, Trimethylämin imd Wasser zerfällt. Der so erhaltene Kohlenwasserstoff enthält noch alle C-Atome, welche in dem unveränderten Ringsvstem vorhanden waren. 206 Aikaloide CH,.CH,OH H,C CH, / CH3CH3 1/ H2C —> HoO + CH, CH2 11 CH \CH/ ^CHo CH,fH,OH CH, CH/ N CH2 CHg CHa — > CHo CH \CH ->► II 4 1 CH CH a-Methylbutadien + (CH3)3N + H,0. Die H 0 f m a n n sehe Abbaureaktion ist mit Erfolg bei verschiedenen Alkaloiden angewendet worden, beim Coniin, Tropin, Cocain u. a. Die so erhaltenen stickstoff- freien Produkte ließen sich dann in vielen Fällen durch einfache und durchsichtige Reaktionen in bekannte Verbindungen über- führen. Vielleicht werden auch die von J. v. Brau n angegebenen Methoden der Aufspaltung cyklischer Basen mit Halogenphosphor, die bisher nur bei sekundären Basen anwendbar ist, und die Aufspaltungsmethode mit Hilfe von Bromcyan, die von demselben Autor herrührt, auch für die Alkaloidforschung allgemeinere Bedeutung gewinnen. Was die Einteilung der Aikaloide anbe- langt, so bevorzugte man früher, als die Erforschung dieser Basen noch nicht so weit vorgeschritten war, die botanische, d. h. man handelte die Aikaloide nach den Pflanzenfamilien ab, in denen sie sich fanden. Diese Einteilung benutzt man auch heute noch für die wenig gekannten Aikaloide. Für die besser bekannten von ihnen aber zieht man eine Systematik vor, welche sich auf die Ringsysteme stützt, die den Kern dieser Aikaloide bilden. Man unter- scheidet demnach die Aikaloide der Pyridin- gruppe, zu denen u. a. das Coniin, die Äreka- alkaloide und das Piperin gehören, dann die Pyrrolidingruppe mit den Solanaceen und Cocabasen, die aber gleichzeitig, wie auch das Nikotin des Tabaks als Pyridin- derivate aufgefaßt werden können. Ferner die Chinolingruppe. deren wichtigste die Chinaalkaloide und die Strychnosbasen sind, weiter die Isochinolinderivate, zu denen das Hydrastin, Berberin und der an Zahl über- wiegende Teil der Opiumbasen gehören, unci endlich die Gruppe der Phenanthren- derivatc, die das Morphin und seine Ver- wandten umfaßt. Den der Harnsäure nahe- stehenden Purinderivaten, Coffein, Theo- bromin und Theophyllin, über deren Zu- gehörigkeit zu den Alkaloiden man zweifel- haft sein kann, schließt sich dann als Imidazolderivat das Pilocarpin an. Im nachstehenden wird auf die wich- tigsten Aikaloide etwas näher eingegangen werden, für die weniger wichtigen und für ein eingehenderes Studium muß auf die unter ,,Literatur" aufgeführten Mono- graphien verwiesen werden. 2. Solanaceenbasen. Li einer Reilie von Solanaceen finden sich Aikaloide, die meist in einer nahen Bezielmng zueinander stehen. Das wichtigste von ihnen ist das Hyoscyamin CivH^sNO..,, das sich in H y 0 s c y a m u s n i g e r rmd m u t i c u s ,^ in Atropa-Arten (Belladonna und Man- dragora), in Datura-Arten, ferner in S c 0 - polia japonica und D u b 0 i s i a m y 0 p 0 r 0 i d e s vorfindet. Das Hyos- cyamin, das optisch aktiv, linksdrehend, ist, geht sehr leicht in seine Razemform das Atropin, über, so daß man bei nicht sehr vorsichtiger Verarbeitung hyoscyaminhaltiger Drogen nicht Hyoscyamin, sondern das in- aktive Atropin erhält. Natürlich ist es aber auch nicht ausgeschlossen, daß sich auch etwas Atropin in der lebenden Pflanze vorfinden kann. Wir wollen zunächst auf die Konstitu- tion des länger bekannten Atropins eingehen, das schon 1831 von Mein entdeckt wurde. Das Atropin wird durch verseifende Mittel in eine stickstofffreie Säure, die Tropasäure und ein Alkamin, das Tropin^ gespalten und läßt sich umgekelu-t aus diesen Spaltstücken wieder aufbauen; das Atropin ist demnach der Tropasäureester des Tropins. /CH2OH CeH5.CH< ^COOH Tropasäure + C,Hi5 NO Tropin Beide Spaltstücke sind synthetisch er- halten worden. Die Tropasäure, die chemisch als a-Phenylhydracrylsäure zu bezeichnen ist, haben Lade n b u r g und R ü g h e i m e r 1880 von Acetophenon aus aufgebaut. Auch das Tropin ist künsthch dargestellt worden. Auf Grund der Arbeiten zahlreicher Chemiker, von denen besonders Laden- bürg, M e r 1 i n g und Willst ätter zu nennen sind, gestaltet sich diese Sjaithese folgendermaßen: Aus dem Suberon, dem Keton, das man durch trockene Destillation des Kalksalzes der Korksäure erhält, stellte Willstätte r auf ziemlich umständlichem Wege einen Kohlenwasserstoff dar, der das Ausgangs- material für die Tropinsynthese bildet. Dieser Körper, das Tropiliden (Cyclo- heptatrien), gibt mit Bromwasserstoff ein. Ci,H23N03 + H2O Atropin Alkaloide 207 Additionsprodukt, in welchem sich das Brom mit Hilfe von Dimethylamin durch die Dimethylaminogruppe ersetzen läßt. Diese Base ist identisch mit einer beim Tropin- abbau erhaltenen und a-Methyltropidin ge- nannten Base CHg— CH2— CH2 CHg — CHg- -CH2 CH=CH-CII I II CH, HBr Suberon CH2— CHBr— CH II CH CH2-CH = CH CH2— CH=CH Tropiliden (CH3)2NH N- Mon 0 h y dr 0 br 0 m i d -(CH3)2 N- -(CH3 CH,— CH— CH CH 2H CH,— CH— CHo I CH„ 2Br CH2-CH=CH CH2— CH=CH a-Methyltropidin -/4-Methyltropan N.(CH3»2 CH2— CH — CH2 I I CH2— CHBr— CHBr Brcmid Durch Reduktion geht das a-Methyl- tropidin über in z/4-Methyltropan, das seiner- seits in der Kälte zwei Atome Brom addiert. Dieses Dibromid lagert sich in der Wärme rasch um in Bromtropanmethylammonium- bromid, wodurch eine Stickstoffbrücke ge- bildet wird. Bei der Einwirkung von Aetzkali spaltet dieses Produkt Bromwasserstoff ab und liefert Tropidinbrommethylat, das nun- mehr durch trockene Destillation in Methyl- brom id und Tropidin zerfällt CH,— CH - CH2 I/CH3I N- CH3 CH \Br ' I " I \Br li CH2— CH — CHBr CH2-CH — CH Bromtropanmethvl- rr -r . ^i 1 ^ ammnninmhrn.^niVT Tropiduibrommethylat. CH2-CH — CHo i i /CH3 I I N-CHgCHg- ammon iumbr omid . CH,-CH CH, —> I N— CH3CH I I II CH2-CH — CH Tropidin. Die Ueberfiihrung des a-Methyltropidins in Tropidin läßt sich, außer auf die eben ge- schilderte Weise, auch durch Ueberführung in ?/;-Methyltropin, Bromieren desselben und nachfolgende Reduktion des umgelagerten Produkts bewerkstelligen. Das Tropidin addiert Bromwasserstoff unter Bildung von 3-Bromtropan, das beim Erhitzen mit Schwefelsäure ein Isomeres des Tropins, das ?/,'-Tropin liefert CHp-CH — CH, CH,— CH — CH, N-CH, CHBr N-CH, CHOH 2 CH2 — CH — CH2 CH2— CH — CH 3-Bromtropan y^-Tropin. Das ^-Tropin ist stereoisomer mit dem Tropin. Es ist die dem Tropakokain zu- grunde liegende Base. Es ist auch bestän- diger als das Tropin, das leicht in Pseudo- tropin übergeht. Erst auf einem Umwege ist es gelungen die entgegengesetzte Um- wandlung zu erzielen. Bei der Oxydation liefert xf-Tro\m\ ein Keton, das Tropinon, das auch bei der gleichen Behandlung des Tropins entsteht CH2— CH — CH2 CH.2-CH — CH2 N.CH3 CO N.CH, HC— OH CH,-CH - CH, CH,-CH CH, Tropinon Tropin. Das Tropinon liefert bei der Reduktion mit Zinkstaub und Jodwasserstoffsäure Tropin, das sich als vollständig identisch erwies mit dem durch Verseifung des Atropins erhaltenen. Das Atropin besitzt daher folgende Struktur H,C — CH CH,; .CfiHg N.CH3 HCOCOCH H.C-CH CH„ ^CHoOH Das Tropin selbst ist optisch inaktiv. Durch Verestern mit der razemischen Tropa- säure entsteht das ebenfalls inaktive Atropin Verwendet man dagegen zAir Veresterung die aktiven Formen der Tropasäure, so erhält man optisch aktive Tropeine, von denen das linksdrehende identisch ist mit dem natürlichen Hyoscyamin. Atropin und Hyoscyamin sind starke einsäurige Basen, die in kaltem Wasser schwer löslich sind, in heißem lösen sie sich leichter. Die wässerigen Lösungen der freien Basen sind sehr zersetzlich, schon nach verhältnismäßig kurzer Zeit enthalten sie nicht mehr die freie Base, sondern tropa- saures Tropin. In Form der Salze sind die Basen wesentHch beständiger. Charakteristisch für Atropin und Hyos- 208 Alkaloide cyamin ist ihre Eigenschaft die Pupille zu erweitern. Nach Feddersen tritt beim Menschen noch bei 0,0002 mg Atropin Myd- riasis auf. Von chemischen Reaktionen sit die wichtigste die von D. Vitali angegebene. Trocknet man wenig (0,01) Atropin mit etwas rauchender Salpetersäure auf dem Wasser- bade ein, so nimmt der nur schwach gefärbte Rückstand beim Befeuchten mit alkoholischer Kalilauge eine violette Färbung an. Bei Behandlung mit wasserentziehenden Mitteln, wie Schwefelsäure, Säureanhydriden oder Salpetersäure verliert das Atropin ein Molekül Wasser und geht in Apoatropin über. Das Apoatropin ist der Tropinester der Atropa- ^CHa \ säure (= a-Phenvlacrvlsäure CgHsCx I Das Apoatropin, auch Atropamin genannt, findet sich in geringer Menge in der Bella- donnawurzel und ebenso sein Isomeres, das Belladonnin (CiTHoiNOa), das man auch aus dem Apoatropin durch Behandehi mit Säuren erhalten kann. Wichtiger als diese Nebenbasen des Hyoscyamins ist dann ein ebenfalls in vielen Solanaceen sich vorfindendes Alkaloid, das Scopolamin, das sich, allerdings in ge- ringerer Menge als jenes, in Hyoscyamus niger, in Duboisia myoporoides, ferner in den Wurzeln von Scopolia japonica und atropoides, in Atropa Mandragora, und schließlich in Datura Stramonium, alba, arborea und Metel findet. Die drei letzten Pflanzen, besonders die letzte, enthalten vor- wiegend Scopolamin. Das Scopolamin stellt man gewölnüich aus den Mutterlaugen der Atropinfabrikation über das gut kristaUisierende bromwasser- stoffsaure Salz dar. Das Scopolamin ist ebenfalls ein Tropa- säureester mit einem eigentümlichen Scopolin genannten Alkamin. Es zerfällt demnach bei der Verseifung in Tropasäure und Scopolin /CH^OH Ci^H^iO^N + H^O = CäCH<(^^^^ Scopolamin Tropasäure Scopolin Die Konstitution der Tropasäure ist, wie schon oben bemerkt wurde, völlig aufgeklärt, von dem Scopolin, das farblose Kristalle F. 110 " bildet, ist verhältnismäßig wenig bekannt, bei seiner Oxydation ent- steht Pyridinmethylsulfat. Das Scopolamin ist optisch aktiv, linksdrehend, durch ätzende Alkalien, auch durch Silberoxyd wird es razemisiert, es geht in inaktives Scopolamin über. Dieses Scopolamin bildet Hydrate mit 1 und 2 Mol KrisUllwasser, das letztge- nannte Hydrat hat man auch als Atroscin als besonderes Alkaloid beschrieben. Das bromwasserstoffsaure Salz des i-Scopolamins ist das Euscopol des Handels. Außer den beschriebenen Alkaloiden sind noch einige sehr wenig bekannte und teil- weise wohl auch zweifelhafte Basen aus Solanaceen isoliert worden, so das Mandra- gorin aus Atropa Mandragora, das Pseudo- hyoscyamin aus Duboisia myoporoides und das Meteloidin aus Datura Metel. Ebenso, wie man aus den Spaltungs- stücken des Atro])ins dieses wieder aufbauen kann, kann man das Tropin auch mit anderen Säuren verestern und erhält so die soge- nannten Tropeine, die zum Teil ähnlich wirken wie das Atropin. Die wichtigste dieser Verbindungen ist das aus razemischer Phenylglykolsäure (Mandelsäure) und Tropin entstehende Hom- atropin (= Oxytoluyltropein) CeHs.CHOH.COOH + CgHjsNO Mandelsäure Tropin = CieH^xOgN + H2O Ho m atropin. Auch viele andere derartige Tropeine hat man dargestellt. Sie haben deshalb besonderes Literesse erregt, weil sie die ersten synthetisch gewonnenen Allcaloide darstellen. 3. Cocabasen. In naher Beziehung zu den Alkaloiden der Solanaceen stehen dann die Basen, welche sich in Erythro xylum coca vorfinden. Besonders augenfäUig sind diese Beziehungen bei dem Tropacocain, einem Alkaloid, das sich in einer auf Java kultivierten schmalblättrigen Varietät des Kokastrauches vorfindet. Das Tropacocain ist der Benzoesäureester des t/;-Tropins eines Isomeren des Tropins. Nach W i 1 1 s t ä 1 1 e r sind Tropin und Pseudotropin geometrisch isomer; ihre Isomerie läßt sich durch folgende Formeln gut veranschauhchen, wobei es allerdings unentschieden bleiben muß, welche von den beiden Formehi dem Tropin und dem i/;-Tropin zukommt CH,-CH CH, CH,-CH CH, N.CH3 H.COHund i CHo— CH CH, N.CH, HOCH CH2— CH CH, Die Spaltung des Tropakokains in y>-Tro])in und Benzoesäure hat L i e b e r m a n n durcli Kochen mit Salzsäure ausgeführt. Der- selbe Forscher hat gleichzeitig auch durch Erhitzen von i/;-Tropin mit Benzoesäure- anhvdrid die Base wieder regeneriert (1891) CgHisON + (CsH5CO)20 = CeHsCOOH + y) Tropin Benzoesäure- Benzoesäure anhydrid Alkaloide 209 CH,-CH CH, I N.CHg HCOCOCeHs CH2 — CH ^H2 Tropacocain. Da das ^^-Tropin nach den Untersneliung'en von W i 1 1 s t ä 1 1 e r synthetisch zu er- halten ist, so gilt das gleiche auch von dem Tropacocain. Schon vor der Entdeckung des Tropa- cocains hatte Einher n einen Beweis des Zusammenhanges des Tropins mit den Cocabasen erbracht. Das Cocain, die wichtigste in den Coca- blättern enthaltene Base wird beim Erhitzen mit verdünnten Mineralsäuren, Aetzbaryt oder Alkalilaugen gespalten in Benzoesäure, Methvlalkohol und Ekgonin ■Ci,H2i04N+2H20=CÄ503N Cocain Ekgonin + CßHsCOOH + CH3OH. Benzoesäure Methylalkohol. Das Ekgonin ist eine tertiäre, am Stick- stoff methylierte Base, die gleichzeitig noch als einwertiger Alkohol und als einbasische Säure reagiert. Das Ekgonin gibt mit wasserentziehenden Mittehi ein H2O al) und liefert das Anhydro- ekgonin, aus dem Einhorn durch Erhitzen mit Salzsäure COg und Tropidin erhielt. Das Tropidin (vgl. S. 207) hatte man schon früher aus dem Tropin durch Abspaltung von einem Mol HoO erhalten. Das wies darauf hin, daß das dem Cocain zugrunde liegende Ekgonin eine Tropinkarbonsäure darstelle. In der Tat hat dann K. W i 1 1 s t ä 1 1 e r 1903 von dem Tropinon, dem ersten Oxy- dationsprodukte des Tropins, ausgehend, synthetisch ein Ekgonin erhalten, das mit dem gewöhnhchen 1-Ekgonin in den meisten Eigenschaften übereinstimmt, sich von ihm aber durch den Mangel der optischen Aktivität unterscheidet. Willst ätters Ekgonin ist zwar nicht die razemische Form des natürlichen 1-Ekgonins, sondern leitet sich von einem alkahstabilen Pseudoekgonin ab, das zu der natürhchen Base wahrscheinlich in einem ähnlichen Verhältnisse steht, wie das Tropin zum Pseudotropin. Trotzdem darf durch seinen Aufbau die Frage nach der Konstitution des Ekgonins und damit des Cocains als im wesentlichen gelöst betrachtet werden. Das Tropinon ist ein Keton, das Inan sowohl durch Oxydation des Tropins, als des t/>Tropins erhalten kann (vgl. S. 207). Ein Wasserstoffatom des Tropinons läßt sich durch Natrium ersetzen. Bei der Einwirkung von CO 2 auf dieses Natriumsalz entsteht dann ein Gemenge zweier Tropinonkarbonsäuren, das bei der Reduktion ein Gemiscli zweier Verbindungen Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Band I. von der Zusammensetzung des Ekgonins ergibt. Die eine dieser Verbindungen ist ein wahres Ekgonin, während das zweite, das in besserer Ausbeute entsteht, ein Kohlen- säureester des i/;-Tropins ist. Die Reaktion erfolgt nach Willstätter in folgender Weise CH, — CH CHo N.CH, CO Na CH, — CH CH, Tropinon CO, CH, - CH~ CHa — CH ~ CH I W NCH3 CONa I I CHa CH - CH2 Na-Salz der Enolform des Tropinons CH N.CH, COCOONa CH, - CH- -CH, Tropinonkohlensaures Na Das Tropinonnatrium reagiert zunächst mit CO2 unter Bildung von tropinonkohlen- saurem Natrium, das zum Teil weiter CO, addiert, wobei unter Umlagerung das Na- triumsalz einer Dikarbonsäure entsteht CH CHg— CH^ N.CH, COCOONa ümlage- I ^ I rung CH,-CH- -CH, L2 ^J.± yy±i-2 Tropinon-o-kar bonsaures Na CH, CH CNa ■■2 CH, H' ;N-0-CO-C + CO2 II I 0 I CH CH2 COONa CH2 CH CH2 Natriumsalz der Dikarbonsäure. Bei der Reduktion in alkahscher Lösung wird dann die am Sauerstoff haftende Carboxylgruppe abgespalten, und es entsteht Ekgonin CH, CH C. COONa H, CII3. I II \n-ococ H^ II 0 CH, CH CH2 Na-Salz der Dikarbonsäure CH,— CH CH. COONa i I I + N.CH3CHOH CHa-CH^-CHg r. Ekgoninnatrium. 14 CO^ 210 Alkaloide Es ist auch nicht ausgeschlossen, daß von vornherein ein Teil des Tropinon- natriums als Ketonsalz reagiert und direkt in Tropinon-/?-karbonsäure übergeht, die bei der Reduktion dann ebenfalls in r. Ekgonin übergeht CHNa CH2— CH- N.CH3 CO CHn — CH CHa CO, Na-Salz der Ketoform des Tropinons CH,— CH— CH.COONa NCH, CO 2H CH2 — CH — CH2 |ö-Tropinonkarbons. Na CH2— CH— CH— COONa NCH3 CHOH ' I I CH2— CH— CH2 r. Ekgoninnatrium Durcli Benzoyheren und Methylieren läßt sich das r. Ekgonin leicht in r. Cocain überführen CH2— CH CH . COOCH3 N.CHgCHOCO.CeHä Cocain. CH2-CH- CH, Ebenso wie das synthetische Ekgonin läßt sich auch das natürMche Ekgonin durch Methylieren und Benzoyheren leicht in ein mit dem natürhchen Cocain identisches Alkaloid verwandeln. Diese Tatsache ist auch technisch von Bedeutung, weil be- trächthche Mengen von Ekgonin aus den sonst nicht verwertbaren Nebenbasen des Cocains gewonnen werden und auf diese Weise in das wertvolle Cocain übergeführt werden können. Die Darstellung des Cocains geschieht jetzt am Orte der Cocapflanzungen selbst, weil beim Transport der Gehalt der Blätter stark zurückgeht. Man zerkleinert die frischen Blätter und behandelt sie unter Umrühren mit einem Gemisch von Soda- lösung und Petroleum. Das Petroleum nimmt dabei die in Freiheit gesetzten Alka- loide auf. Nach dem Abtrennen der Pe- troleumschicht entzieht man ihr durch Ausschüttehi mit Salzsäure die Alkaloide. Aus der sauren Lösung fällt man durch Sodazusatz das Rohcocain aus, das abge- preßt und meist in Europa weiter verarbeitet wird. Das Cocain bildet farblose monokline Prismen von F. 98 ". Es ist linksdrehend, Beine Salze, von denen das salzsaure das wichtigste ist, kristallisieren meist gut, sie reagieren neutral. In den Cocablättern wird das Cocain von einer ganzen Reihe von anderen Alka- loiden begleitet. Diese Basen, von denen übrigens die eine oder die andere in den verschiedenen Blättersorten manchmal fehlt, zerfallen in solche, die bei der Spaltung alle ein und dasselbe 1-Ekgonin hefern und solche, die sich von einer anderen Grund- substanz ableiten. Zur ersten Gruppe ge- hören das Cinnamylcocain C19H23NO4, das bei der Hydrolyse in Ekgonin, Methyl- alkohol und Zimtsäure zerfällt, dann die Truxilline, von denen nicht weniger als vier Isomere bekannt sind. Die Truxilline sind Abkömmlinge von polymeren Zimt- säuren, denn sie liefern bei der Spaltung neben Ekgonin und Methylalkohol die Truxillsäuren, die folgende Konstitution be- sitzen CßHäCH-CH COOK I I HOOC.CH-CH.CfiHg a-TruxiUsäure C6H5CH-CH.COOH I I CeHsCH^CH.COOH CßHsCH-CH COOK jÖ-Truxillsäure Zimt säure. Ferner kommen darin vor das Benzoyl- ekgonin C16H19O4N + 4 aq und das Cinn- amylekgonin C18H21O4N. Keine Derivate des 1-Ekgonins sind das d-Cocain Ci7H2i04N, das kein optischer Antipode des gewöhn- hchen Cocains ist, sondern sich von einem alkahbeständigen Stereoisomeren des ge- wöhnhchen 1-Ekgonins, dem l-Y'-Ekgonin ableitet, dann das schon oben erwähnte Tropacocain und endhch die sogenannten Hygrine. Die Hygrine sind flüchtige flüssige Basen, die keine besondere WicJitigkeit besitzen. Es sind das a-Hygrin CgHisNO, das höchstwahrscheinlich als 1-Methyl- 2-acetonylpyrrohdin anzusprechen ist, das wenig bekannte /i-Hygrin C14H24N2O und endhch das Cuskhygrin, das in naher Be- ziehung zum a-Hys;rin steht CHo — CHo CHo \ / N CH, CH.CH2COCH3 CH2— CH Hygrin 2 CH2 — CH.^ CHa CH— CHgCO— CH2CH CHg \ / N CH, \ Cuskhygrin. N I CH, Alkaloide 2U 4. Strychnosbasen. In verschiedenen Arten der Gattung Strychnos linden sich zwei nahe verwandte Allcaloide vor, das Strychnin und das Brucin, die 1818 und 1819 von den französischen Forschern Pelle- tier und C a V e n t 0 u aufgefunden wurden. So enthalten die Samen der Ignatiusbohne von Strychnos Ignatii 1,5% Strychnin neben 0,5*^0 Brucin, die Samen von Strych- nos nux vomica 0,4 bis 1,9% Strychnin und etwa 0,7 bis 1,5 % Brucin. Audi in der Rinde dieser Pflanze, der , .falschen Angostura- rinde", finden sich beide Alkaloide. Fast nur Strychnin findet sich in den Samen und der "Wurzel von Strychnos T i e u t e und ebenfalls nur Strychnin enthält die Wurzel von Strychnos I c a j a. Auch andere Strychnos-Arten führen diese Alkaloide. In den Drogen sind die Alkaloide als chlorogen- saure Salze enthalten. Die Chlorogensäure, die Igasursäure Pelletiers, zerfällt bei der Hydrolyse in Chinasäure und Kaffesäure (= 3.4-Dioxyzimtsäure). Trotzdem die ])eiden Alkaloide sehr lange bekannt sind, ist ihre Konstitution noch recht wenig erforscht. Das Strychnin besitzt die empirische Formel C2iH22^2025 das Brucin ist nach C23H26N2O4 zusammengesetzt, enthält also 2 C-Atome, 4 H-Atome und 2 0-Atome mehr als das Strychnin. Das deutet schon darauf hin, daß sich das Brucin von dem Strychnin nur dadurch unterscheidet, daß in ihm zwei Wasserstoffatome des Strychnins durch Methoxylgruppen ersetzt sind. In der Tat hat man nach der Methode von Z e i s e 1 zwei Methoxylgruppen im Brucin nachweisen können. Mit der Auffassung des Brucins als Dimethoxystryehnin stehen aucli die sonstigen Eigenschaften des Brucins im Einklänge, so daß im allgemeinen das, was über die Konstitution des Strychnins zu sagen ist, auch für die des Brucins gilt. Durch Destillation des Strychnins mit Zinkstaub, dann mit ätzenden Alkalien und mit Kalk erhält man aus dem Strychnin eine Reihe von Produkten bekannter Kon- stitution, so hat man in geringer Menge darin /)-Methylpyridin, Skatol, Carbazol und Aethylamin nachgewiesen, ihre Menge ist aber so gering, daß man aus ihnen hinsicht- lich des dem Strychnin zugrunde liegenden Ringsystems keine sicheren Schlüsse ziehen kann. Das Strychnin ist trotz seiner zwei tertiär gebundenen Stickstoffatome nur eine ein- säurige Base. Mit Wasserstoffsuperoxyd gibt es, wie manche anderen tertiären Amine, ein Oxyd, das Strychninoxyd C21H22O3N2. Bei der Einwirkung von Schwefeldioxyd und Braunstein liefert es drei isomere Sulfo- säuren, die sich durch ihre verschiedene Löslichkeit in Wasser gut voneinander trennen lassen. Ebenso reagiert das Strychnin mit Brom und Chlor unter Bildung einer ganzen Anzahl von Mono- imd Polyhalogen- substitutionsprodukten. Wichtiger sind die Ergebnisse der Oxy- dationsversuche. Bei der OxjTlation von Strychnin mit Kaliumpermanganat in Acetonlösung entsteht eine Säure, welche L e u c h s Strychninonsäure nennt C2iH2£02N2 + 50 = H2O + C2iH2oOeN2 Strychnin Strychninonsäure Die Strychninonsäure ist eine Dikarbon- säure, deren eines Carboxyl durch das basi- sche Stickstoffatom neutralisiert wird, wäh- rend die andere den stark sauren Charakter der Verbindung verursacht. Die Säure gibt deshalb zwei Arten von Estern: neutrale Monoester und basische Diester, die mit Säuren Salze bilden. Die Strychninonsäure enthält eine Ketogruppe, denn sie gibt ein Oxim und ein Semikarbazon. Diese Keto- gruppe ist wahrscheinlich durch die Oxy- dation einer im Stryclmin vorhandenen sekun- dären Alkoholgruppe entstanden (Leuchs). Bei der Reduktion gibt die Strychninon- säure eine Alkoholsäure, die Strychninol- säure, die mit verdünntem Alkali schon in der Kälte in Glykolsäure und eine neutrale Substanz, das Strvchninolon, zerfällt CiHoANo + HoÖ = CH.Oa + CigH.gOgN + H2Ö Strychninolsäure Glykolsäure Strychninolon Die weitere Untersuchung des Strych- ninolons steht noch aus. Beim Erhitzen mit alkoholischem Kali liefert das Strychnin unter Wasseraufnahme die Strychninsäure oder ihre Salze Coi'Ho.OaNo + H2O = C2iH.,0sN2 Strychnin Strychninsäure. Die Strychninsäure ist eine sehr schwache Säure, deren saure Eigenschaften durch die Anwesenheit einer Imidogruppe im MolektU stark abgeschwächt sind. Tafel erklärt den Uebergang des Strychnins in die Strychnin- — CO säure so, daß im Strychnin eine | Gruppe vorhanden ist, die durch Wasseraufnahme —COOK in die Gruppe • ^^ übergeht. Das ^^ =NH Vorhandensein dieser Gruppe ist von Tafel durch die Darstellung einer ganzen Reihe von Derivaten bestätigt worden. Das Strychnin erscheint demnach als ein cykli- sches Säureamid. Diese Konstitution er- klärt auch die indifferenten Eigenschaften des in dieser Gruppe vorhandenen Stick- stoffatoms. Die basischen Eigenschaften des Strychnins sind lediglich dem zweiten Stickstoff atom zu verdanken. Auch die Funktion des einen Sauerstoffatomes wird durch die Bildung der Strychninsäure erklärt, 14* 212 Alkaloide das zweite Sauerstoffatom ist, wie schon oben bemerkt wurde, als sekundäre Alkohol- gruppe vorhanden. Wichtig ist auch das Verhalten des Strychnins gegen Salpetersäure, da aus den Reaktionsprodukten, die dabei entstehen, hervorzugehen scheint, daß im Strychnin ein Chinolin- oder Tetrahydrochinolinring vorhanden ist. Beim Kochen von Strychnin mit 20 % Salpetersäure entsteht nämlich neben Pilcrin- und Oxalsäure eine einba- sische Säure, die Dinitrostrycholkarbonsäure C9H,N.(K02)2(0H)2C00H. Beim Erhitzen mit Wasser zerfällt diese Säure unter 00,- Abspaltunc in das Dinitrostrychol, C9H3N. (N02)2(OH)2, das Tafel als ein Dinitrodioxy- chinolin bezeichnet. Tafel führt noch eine ganze Reihe von Gründen an, die dafür sprechen, daß im Strychnin ein Tetrahydro- cliinolinring enthalten sei. Bekannte Chino- linderivate hat man aber bisher bei der Untersuchung des Strychnins noch nicht gefunden. W. H. Perkin jun. hat vor kurzer Zeit folgende Formeln aufgestellt H Ho C CH HC // CH CH HC C C CH ^ / \ / C N %/ ' \ / CH H 1 1 1 CO2 N — CH CH2 ( Strychnin OCH3 Ho H C C" C ^ \ / \H/ ^ CH C C CH in' ' HC C 1 1 C CH ^ / \ / C N % / \ / C CH 1 1 OCH3 CO N — CH CHo CHs CH, CHOH CH, CH.2 CHo CHo Brucin CHOH Bei dem verhältnismäßig geringen Ein- blick, den wir bisher in die Konstitution der beiden Basen haben, erscheint allerdings die Aufstellung dieser Formehi etwas ver- früht. Sowohl das Strychnin als das Brucin geben charakteristische Farbenreaktionen. Uebergießt man eine Spur Strychnin mit konzentrierter Schwefelsäure, so löst es sich farblos auf. Gibt man dann in die Lösung ein Körnchen Kaliumbichromat, so entsteht vom Kristall ausgehend eine blauviolette Färbung, die sich in Schheren durch die Flüssigkeit zieht. Nach einiger Zeit geht die Färbung in Rot über. Das Brucin löst sich in konzentrierter Salpetersäure mit blut- roter Farbe, die allmählich in gelb übergeht. Beim Zusatz von Zinnchlorürlösung tritt dann eine violette Färbung auf. Das Strychnin bildet rhombische Kristalle Fp. 268 <*. Es ist linksdrehend, in Wasser fast unlöshch, leichter löslich in organischen Lösungsmitteln außer Petroläther und Aether. Der intensiv bittere Geschmack ist noch in einer Lösung 1:60 000 wahrnehmbar. Das Brucin bildet kleine Kriställchen, die gewöhnhch 4 Mol. Kristallwasser ent- halten. Wasserfrei schmilzt es bei 178 ". Es schmeckt ebenfalls intensiv bitter und ist in Wasser schwer löshch, aber immerhin etwas mehr als das Stryclmin. 5. Curare. Aus der Rinde verschiedener Strychnosarten wird in Südamerika eine als Pfeilgift benutzte Substanz, das Curare oder LTrari dargestellt. Man unterscheidet als Handelssorten das Tubocurare, das vielleicht aus Strycbnos Gubleri gewonnen wird, das Calebassen- curare von Strychnos toxifera und das Topfcurare aus St r yc hno s Castelnaea. Die Bezeichnung der Sorten rührt von ilu'er Verpackung her. Zurzeit kommt fast nur das Tubencurare in den Handel, in dem B ö h m zwei Alkaloide nachgewiesen hat. Das CurinCisHigNOa ist eine kristallisierte tertiäre Base, deren Salze linksdrehend sind. Viel giftiger ist das zweite Alkaloid, das Tubocurarin Ci^HooXOiOH, das eine Ammoniumbase darstellt. Es ist eine braun- rote amorphe Masse. Sein salzsaures Salz dürfte in cler Regel das Curarin des Handels sein. 6. Chinabasen. Eine große Anzahl von Alkaloiden findet sich in den Rinden ver- schiedener Cinclionaarten, bäum- oder strauchartiger Pflanzen, welche in Zentral- und Südamerika einheimisch sind, jetzt aber auch auf Java und in Ostindien in großem Maßstabe kultiviert werden. Einige W^ichtigkeit besitzen ferner die Pflanzungen auf Jamaika, in geringerem Maße werden Cinchonaarten auch in Deutsch-Afrika u. a. angebaut. Kultiviert wird von den ver- schiedenen Cinchonaarten hauptsächhch Cin- chona calisaya Ledgeriana How. und ihre zahlreichen Varietäten und Bastarde, welche die sogenannten Königschinarinden liefern, ferner C i n c h 0 n a s u c c i r u b r a Pavon, von der die rote offizinelle Rinde stammt. Die aus Südamerika ausgeführten Rinden stammen teils von diesen, teils von einer Reihe anderer Cinchonaarten. Auch andere denCinchonaarten verwandte Pflanzen, so solche der Gattung Remijia und Lade^^. Alkaloide 213 bergia, enthalten echte Chinaalkaloide oder diesen sehr nahe stehende Basen. In diesen Rinden sind eine recht große Anzahl (21) von Alkaloiden vorhanden, doch enthält nicht jede Cliinarinde die (lesamtzahl derselben. Auch die Quantität der Alkaloide schwankt sehr; im allgemeinen enthalten jetzt die kultivierten Arten weit mehr Alkaloide, als die aus Amerika aus- geführten wilden Arten, ein Erfolg, welcher der sorgfältigen Auslese des angebauten Materiales zu danken ist. Derartige Rinden enthalten bis zu 10 und mehr Prozent Alkaloide. Bisher sind in den verschiedenen China- rinden folgende gut charakterisierte Alkaloide aufgefunden worden : C,Ä,N,(OH) Cinchonin Cinchonidin j ^19^^21^ Hydrocinchonin = | Cinchotin ' r u w mv{\ Cinchamidin L-igMagiNolUM) Cinchonamin I Cuprein Ci9H2o^"2(OH)2 Chinamin t n' tt ivr n Conchinamin / '^i9-"24^^2'-'2 Chinidin = Conchininf CieHsoNalOHjtOCHg) Hydrochinin 20^^26^'* 2^2 C,,H.eN.,04 Hydrochinidin Chai ramin Chairamidin Conchairamin Conchairamidin Concusconin j Cusconin , C23H06N2Ö4 Aricin ) Homochinin C39H46N4O4 Dicinchonin C40H46N4O3. Außerdem finden sich nocli einige wenig bekannte und zum Teil zweifelhafte Basen vor, wie das Paricin, Javanin, Cusconidin, Cuscamin und Cuscamidin. In der Rinde sind diese Basen als Salze der Chinasäure, Chinagerbsäure und Chinova- säure enthalten. Das weitaus wichtigste der Cliinaalkaloide ist das 1820 von Pelletier und C a v e n - t 0 u entdeckte Chinin, das auch die Haupt- menge des Alkaloidgehaltes der kultivierten Rinden ausmacht, den kleineren Teil bildet das ebenfalls 1820 von den gleichen Forschern aufgefundene Cinchonin ; die übrigen Alkaloide treten in der Regel den beiden Haupt- alkaloiden gegenülDer an Menge zurück. Diese beiden wichtigsten Alkaloide sind natürlich auch am besten untersucht worden und dabei stellte es sich heraus, daß sie in ihrer Konstitution einander sehr nahe stehen, so zwar, daß man viele Resultate, die man bei der Untersuchung des einen Alkaloides erhielt, ohne weiteres auch auf das andere übertragen konnte. Die ersten hierher gehörigen Beobach- tungen rühren von Gerhard 1847 her, der bei der Kalischmelze des Cinchonins das Chinolin erliielt. Bei derselben Reaktion fanden 1879 B u 1 1 e r 0 w und W i s c h - n e g r a d s k i neben dem Chinolin das /j-Aethylpyridin auf. Weiter hat man dann noch das j'-Methylchinolin, das Lepidin, bei den Produkten der Kalischmelze gefunden. Ganz analog diesen aus Cinchonin gewonnenen Stoffen ei'hielt 1880 Skraup aus der Kali- schmelze des Chinins das p-Methoxy- chinolin und das p-Methoxy lepidin. Aehnliche Resultate ergaben sich bei der Untersuchung der Oxydationsprodukte der Chinaalkaloide. Durch Oxydation des Cinchonins mit Chromsäure hatte W e i d e 1 1879 die Cinchoninsäure C9H0NCOOH er- halten, die dann von Skraup und von K 0 e n i g s als j'-Chinolinkarbonsäure er- kannt wurde. Analog gab das Chinin p-Methoxychinolin-;'-karbonsäure, die soge- nannte Ciiininsäure. In den Mutterlaugen dieser Oxydationen hat man dann später u. a. das wichtige Merochinen und die Cincholoiponsäure aufgefunden. Durch diese Untersuchungen, besonders durch die Isolierung der Cinchoninsäure und der Chininsäure war nachgewiesen worden, daß dem Cinchonin ein Chinolinkern, dem, Chinin ein p-Methoxychinolinkern zugrunde liege. Man bezeichnet gewöhnlich den Chinolin- nnd den p-Methoxychinolinrest als die erste HäKte der Chinabasen und den mit dem 7-Kohlenstoffatom der ersten Hälfte verbundenen Rest CioHigNO, der bei beiden Basen der gleiche ist, als zweite Hälfte derselben. Danach kann man die Formeln der beiden Alkaloide folgendermaßen auf- lösen GÄN CÄlOCHgjN I Cinchonin | Chinin. C40H40NO CioHieNO Die Konstitutionsermittelung der zweiten Hälfte der Chinabasen hat wesentlich größere Schwierigkeiten gemacht, als die der ersten. Skraup und K 0 n e k haben auf einem interessanten aber verwickelten Wege fest- gestellt, daß auch das Stickstoffatom der zweiten Hälfte tertiär gebunden ist. Bei diesen Untersuchungen' hat sich ferner er- geben, daß die zweite Hälfte stärker basisch ist als der Chinolinrest, da sich bei den freien Chinabasen die Säure an die zweite Hälfte anlagert, wenn nur 1 Aequivalent Säure zur Base gegeben wird. Weiter haben dann K 0 e n i g s und auch Skraup den Nachweis geführt, daß in 214 Alkaloide der zweiten Hälfte der Chinaalkaloide eine Vinylgruppe ■ — CH=CH2 vorhanden ist. 1894 gelang es dann Koenigs, aus den Produkten der Oxydation des Cinchonins mit Chronisäure das wichtige Merochinen zu isolieren. Das Merochinen enthält noch die Vinylgruppe, bei der Oxydation geht es in die Cincholoiponsäure über, welche Skr a u p ebenfalls bei der Oxydation von Cinchonin mit Chromsäure erhalten hatte. Beide Forscher haben dann durch aus- gedehnte Untersuchungen die Konstitution der Cincholoiponsäure aufgeklärt HN / CHg— CHg CH— CHo— COOH CH2— CH-COOH Cincholoiponsäure. Für das Merochinen folgt daraus die Formel: CH9 — CHo HN CH— CH.,— COOH \ CH2 — CH — CH= CHo Merochinen. Das Merochinen ist also eine Karbon- säure des ^-Vinyl-}^-methylpiperidins. Aus dem gleichzeitigen Entstehen von Cinchoninsäure und Merochinen bei der Oxydation des Cinchonins ergibt sich, daß die beiden Kohlenstoffatome, welche in den beiden Verbindungen als Carboxyl- gruppen erscheinen, auch die Verknüpfung der beiden Hälften des Alkaloides vermitteln. Von diesen beiden C-Atomen wußte man bereits, daß das eine mit einer Hydroxyl- gruppe, wie sich später ergab, einer sekun- dären, verbunden war. Bei der Ausraittelung der Art der Ver- knüpfung der beiden Kohlenstoff atome lag eine besondere Schwierigkeit darin, daß es zunächst unklar war, wie aus einein tertiär gebundenen Stickstoffatom, wie es in der zweiten Hälfte der Chinabasen vorhegt, durch Oxydation das sekundäre Stickstoff- atom des Merochinens entstehen konnte. Diese Schwierigkeit wurde durch die Untersucliungen von v. Miller und Rhode über das Cinchotoxin überwunden. Diese fanden nämlich, daß das Cinchonin beim Kochen mit verdünnter Essigsäure ohne Aenderung der Bruttoformel eine Umlagerung erleidet. Es entsteht dabei unter Sprengung einer Stickstoffkohlenstoff- bindung eine Ketogruppe und gleichzeitig geht das tertiäre Stickstoffatom des Cin- chonins in das sekundäre des Cinchotoxins über; es wurde also bei dieser Umlagerung ein Ring aufgesprengt, der der zweiten Hälfte angehört. Wendet man die Ergebnisse dieser Unter- suchungen auf die Oxydationsprodukte des Cinchonins an, so klärt sich der Reaktions- verlauf dahin auf, daß ein Kohlenstoffatom, welches das alkohohsche Hydroxyl trägt und eines, das an den Stickstoff der zweiten Hälfte gebunden ist, zum Carboxyl der Cinchoninsäure und des Merochinens oxydiert wird. Koenigs stellte daraufhin für das Cinchonin folgende Formel auf: H HC„ -CH,— C— N— CH, CH HO I CH2 1 I CH2I H,C— CH-CH CH=CH., HC;« C CH H Cinchonin nach Koenigs. Ersetzt man das im Chinolinrest in p-Stellung befindMche Wasserstoffatom durch den Methoxylrest, so hat man die Chinin- formel von Koenigs. Diese von Koenigs aufgestellten For- meln müssen aber infolge der Arbeiten von P. Rabe etwas abgeändert werden. Durch gemäßigte Oxydation mit CrOj gelang es diesem Forscher nämlich aus dem Chinin ein Keton C20H22N2O2, das Chininon zu erhalten, das sich vom Ciiinin nur durch einen Mindergehalt von 2 H- Atomen unter- scheidet. Es mußte demnach im Chinin nicht, wie es die Formel von Koenigs verlangt, eine tertiäre, sondern eine sekun- däre Hydroxylgruppe vorhanden sein. Behandelt man das so erhaltene Keton mit salpetriger Säure, so bildet sich ein Isonitrosoderivat, dabei zerfällt aber das Molekül in zwei Stücke. Das eine Spalt- stück ist die schon lange bekannte Chinin- säure von Skraup, = p-Methoxy-j'-chinohn- karbonsäure, das andere besitzt die Formel C9H14ON2 und zeigt gleichzeitig basische und saure Eigenschaften. Es enthält das tertiäre Stickstoffatom der zweiten Hälfte der Chinabasen noch unverändert. Bei der Hydrolyse zerfällt es in Hydro xyl- amin und Merochinen CgHi.ONs _ NH2OH + C9H15O2N -f 2H2O Hydroxylamin Merochinen. Nach dieser Spaltung kommt dem Isoni- trosoderivat folgende Konstitution zu, nach der es nach dem Vorgange von Koenigs, der das eigentümliche Ringsystem C7H13N als Chinuclidin bezeichnet, als a-Oximido- /5-vinylchinuchdin zu betrachten wäre ' CH, CH— CR. CR, CH, Chinuclidin CH, CH. Alkaloide 215 CH. = CH — CH — CH — CHo a Oximido- CH2 I ß vinyl- cliinuclidin CH2— N — C NOH erfolgt im Großbetriebe nach Verfahren, deren Einzelheiten geheim gehalten werden. Meist wird man dabei wohl eine Arbeits- weise einhalten, wie sie nachstehend kurz geschildert ist. Man versetzt die gepulverten China- rinden mit Kalkl)rei, um die Basen in Freiheit Aus der glatten Bildung dieses Isonitroso- { zu setzen und zieht dann in geeigneten derivates aus dem Chininon folgt für dieses Apparaten das Gemisch mit erwärmtem nachstehende Formel: I Paraffinöl, Petroleumdestillaten oder ähn- CH,OC ^CH^/C^— CO C CH CH H.C C CH "^ch/^n^ CH, CH, Chininon CH2 — CH-CH ~ CH = CH, für das Chinin folgt daraus /CH CH3OC C CH C^- CHOH — CH H— C C CH H CH, N — CHo CH2 CH2 CH - CH CH = CH, Chinin Durch diese Arbeiten ist die Konstitution des Chinins und Cinchonins im wesentlichen aufgeklärt. Die Synthese der Chinabasen ist einer- seits durch den von K 0 e n i g s bewirkten Aufl)au von Chinuclidinderivaten, anderer- seits durch die von Rabe bewirkte Zurück- verwandlung des Cinchotoxins in Cinchonin in Angriff genommen worden. Die mit einem * versehenen C-Atome des Chinins sind asymmetrisch, es sind deshalb theoretisch 16 isomere Formen des Chinins möglich. P. Rabe ist mit der Ermittelung der Funktion dieser verschiedenen C-Atome beschäftigt. Cinchonin und Cinchonidin sind stereo- isomer; bei vorsichtiger Oxydation liefern beide Alkaloide dasselbe Keton, das Cin- choninon. Ebenso entsteht das gleiche Keton, das Chininon sowohl aus dem Chinin, als dem Chinidin ; auch diese beiden Alkaloide sind stereoisomer. Ferner steht das Cinchotin (= Hydroeinchonin) zum Cinchonin in dem einfachen Verhältnisse, daß in ihm in der zweiten Hälfte des Moleküls statt der Vinyl- gruppe eine Aethylgruppe vorhanden ist. Das Cuprein leitet sich vom Chinin dadurch ab, daß die Methoxylgruppe des Chinins in ihm durch die Hydroxylgruppe ersetzt ist, denn durch MethyUeren des Cupreins erhält mau Chmin. Die übrigen China- alkaloide sind ihrer Konstitution nach noch nicht sicher erforscht. Chinin. Die Darstellung des Chinins liehen Lösungsmittehi aus. Durch Aus- schüttehi mit verdünnter heißer Schwefel- säure entzieht man dann dem Extraktions- mittel die Alkaloide. Die Lösung der so erhaltenen Sulfate wird heiß mit Soda neutrahsiert, beim Erkalten kristallisiert dann die Hauptmenge des Chinins als neutrales (basisches) Chinin- sulfat aus. Durch mehrfaches Umkristalli- sieren wird das rohe Sulfat gereinigt, die Hauptmenge der Nebenbasen bleibt in den Mutterlaugen zurück, aus denen diese Körper eventuell gewonnen werden können. Das gereinigte Chininsulfat, auch das offizineUe Salz, enthält noch bis zu 1 % der Neben- alkaloide, besonders Hydrochinin und Cin- chonidin. Ganz reine Chininsalze stellt man über das gut kristallisierende Bisulfat C20H24O2N2.H2SO4+ 7H,0 her. Das freie Chinin bildet im wasserfreien Zustande Nadehi vom Fp. 174— 175 0, es zeigt in absolut alkohohscher Lösung [a] p — 158,2 (c = 0,2136 bei 15 »). Das Chinin bildet als zweisäurige Base zwei Reihen von Salzen, die gewöhnlichen basischen Salze, die aber neutral reagieren, und die neutralen mit zwei Aequivalenten Säure, die saure Reaktion zeigen. "Wichtig sind von den Salzen das Sulfat (C2oH,402N2)2.H2S04 + 8H20 und das salzsaure Salz CoH.^O^^.HCl + 2H,0. Das Chininsulfat bildet feine weiße leicht verwitternde Nädelchen, die sich bei 15" 216 Alkaloide in 800 Teilen Wasser lösen. Wird die wässe- rige Lösung dieses Salzes mit Scliwefelsäure oder anderen sauerstoffhaltigen Säuren ver- setzt, so tritt eine schön blaue Fluoreszenz auf, die noch bei einer Verdünnung 1 : 100 000 sichtbar ist. Halogenwasserstoffsäuren ver- hindern das Auftreten der Fluoreszenz. Das salzsaure Chinin bildet weiße nadei- förmige Kristalle, die sich bei 15 ° in 34 Teilen Wasser lösen und, ebenso wie alle löslichen Chininsalze, stark bitter schmecken. Die wässerige Lösung dieses Salzes fluoresziert nicht. Das Chinin und seine Salze zeigen eine sehr charakteristische Reaktion. Gibt man zu einer wässerigen Chininlösung etwas Chlor oder Bromwasser und übersättigt mit Ammoniak, so tritt eine schön grüne Färbung auf, die beim Schüttehi mit Chloro- form in dieses übergeht. Diese Reaktion die sogenannte Thalleiochinreaktion, ist nach F ü h n e r an die Gegenwart des p-Oxychinolin- restes geknüpft. Demgemäß geben auch das Chinidin und das Cuprein diese Probe, während sie dem Cinchonin und Cinchonidin, welche sich vom Chinolin ableiten, fehlt. Versetzt man die schwefelsaure Lösung eines Chininsalzes mit Jodjodwasserstoff, so scheidet sich der sogenannte Herapathit aus. Diese Verbindung (C2oH240,N2)4. 3H2SO4.2HJ. J4 bildet aus Alkohol um- kristaUisiert metaUglänzende Blättchen, die im durchfallenden Licht ohvgrün, im reflek- tierten kantharidengrün erscheinen und das Licht fünfmal stärker als Turmalin polari- sieren. Wegen seiner schweren Löslichkeit dient der Herapathit zuweilen zur quanti- tativen Bestimmung des Chinins. Cinchonin. Das Cinchonin ist in den Mutterlaugen der Chininfabrikation enthalten. Es wird aus diesen durch Alliahzusatz abgeschieden und durch mehrfache Kri- stallisation aus Alkohol, in dem es schwer löslich ist, rein erhalten. Das Cinchonin bildet Nadeln vom Fp. 255,4 °. Das Cinchonin ist rechtsdrehend [a]D = + 233,3 in absolut alkoholischer Lösung (0,1—0,15 g in 20 ccm). Es gibt nicht die Thalleiochinreaktion, wohl aber eine der Herapathitprobe ähnliche Re- aktion mit Jodiodwasserstoff. 7. Opiumalkaloide. Das Opium, der eingetrocknete Milchsaft der unreifen Früchte von P a p a V e r s 0 m n i f e r u m L. enthält eine große Anzahl von Alkaloiden. Bisher sind in den verschiedenen Opiumsorten folgende Basen mit einiger Sicherheit nachgewiesen worden : Hydrokotarnin C12H15NO3 (Hesse 1871) Codamin C2oH.^5N04 (Hesse 1870) Codein CigHaiNOg (Robiquet 1832) Kryptopin CaiH^gNOä (T. u. H. S m i t li 1864) Lanthopin C23H25NO4 (Hesse 1870) Laudanin C20H25NO4 (Hesse 1870) Laudanidin CgoHaö^Oi (Hesse 1894 1 Laudanosin C2iH27N04 (Hesse 1871) Mekonidin C.21H23NO4 (Hesse 1870) Morphin Ci^HiglNIOa (Sertürner 1817) NarceinC23H27N08+3H20(Pelletier 1835) Narkotin C22H23NO7 (Derosne 1803) (rac. Narkot;in = Gnoskopin). Oxydimorphin = \ C34H36N2O6 Pseudomorphin ( (Pelletier 1835) Oxynarkotin C22H23NO8 (Beckett und Wright 1875) Papaveramin C21H25NO6 (Hesse 1888) Papaverin C2oH2iN04 (Merck 1848) Macle?in^Jc2oH,,NOaHessel871, Pseudopapaverin C21H21NO4 (Hesse 1888) Rhoeadin C2iH2iN06 (Hesse 1865) Thebain C19H21NO3 (Thiboumeiy 1835) Tritopin C42H54N2O7 (K a u d e r) XanthalinC37H36N209(T. u. H. Smith 1893). Es finden sich aber nicht alle diese Basen in jeder Opiumsorte, sondern die eine oder die andere wird unter Umständen fehlen, außerdem kommen aber einige in so geringer Menge vor, daß ihre Isolierung nur dann möglich ist, wenn die Endlaugen von der Darstellung der Opiumalkaloide im Groß- betriebe zur Verfügung stehen. Die Alkaloide sind im Opium nur zum Teil in freier Form vorhanden (Narkotin), zumeist finden sie sich als schwefel-, milch- und mekonsaure Salze in der Droge vor (Mekonsäure = /i-Oxy-y-pyron-a-Oi-dikar bon- säure). Die Menge der Alkaloide im Opium ist beträchtlichen Schwankungen unterworfen. Der Morphingehalt wechselt von 3 bis 23 %, im Durchschnitt beträgt er etwa 10 bis 12 °o, der Narkotingehalt steigt von 1 bis 10 %, in der Regel sind es 4 bis 6 %. Diesen beiden Hauptalkaloiden gegenüber treten die anderen Opiumbasen an Menge stark zurück: das Papaverin findet sich zu etwa 0,5 bis 1 %, das Kodein zu 0,3 bis 0,8 %, das Thebain zu 0,2 bis 0,5 % ; die übrigen sind in noch geringerer Menge vorhanden. Nach ihrer Konstitution lassen sich die Opiumalkaloide in zwei Gruppen teilen, in solche, die in ihrer Konstitution dem Morphin nahe stehen, es sind das Kodein, Thebain und Oxydimorphin, und solche, welche sich vom Isochinolin ableiten, oder diesem nahe stehen. Von einem Teile der (3piumalkaloide liat man auch noch keine Anhaltspunkte bezüghch ihrer Konstitution. Narkotin. Von den Isochinolin- derivaten ist das wichtigste das Narkotin, das sich im Opium zu 1 bis 10 °o fhulet. Es ist eine schwache Base, deren Salze schon durch Wasser zerlegt werden. Die freie Base selbst ist hnksdrehend, ihre Salze drehen rechts. Durch die Arbeiten von Alkaloide 217 ß 0 s e r , die von Freund und Becker bestätigt wurden, ist die Konstitution des Narkotins aufs;eklärt worden OCH3 HC C - OCH. X^k HC C— C \C^ CH3 CH — 0 0 I Narkotin C N-CH. /0-C CH2 IUI" \0— C C CH2 \c/\ c / H H2 Durch Oxydation zerfällt das Narkotin in Opiansäure und Cotarnin, welch letzteres in Form seines salzsauren Salzes als Stypticin, in Form seines Phthalsäuren Salzes als Styptol Anwendung findet. C22H23NO, + 0 + H2O - C10H10O3 Narkotin Opiansäure + Ci^Hi.NO^ Cotarnin. Die Razemform des Narkotins ist nach Rabe identisch mit dem schon lange unter dem Namen Gnoskopin bekannten Opium- alkaloide. Erhitzt man das Narkotin mit Wasser, so zerfällt es unter Wasser auf nähme in Opiansäure und Hydrocotarnin, eine Base, die sich in geringer Menge auch im Opium findet. Das Hydrocotarnin entsteht auch durch Reduktion des Cotarnins OCH3 / C CHo // \ / O-C C N.CH, CHo O-C CH, Hydro- cotarnin ^ / \ / CH GH., Das Hydrocotarnin ist ein echtes Iso- chinolinderivat, es ist Methoxymethylen- dioxytetrahydroisochinolin. N a r c e i n. In naher Beziehung zum Narkotin steht das Narcein C23H27NOS + 3H2O, das zu etwa 0,1 % im Opium enthalten ist. Erhitzt man nämlich Narkotinjod- methylat mit Alkali, so erhält man das Narcein HC HC // OCH, C— OCH3 II C.COOH CH, CO 0 I Narcein 0— C /- CH, N CH, ~C c CH /CH3 CH, CH, CHo Das Narcein ist kein Isochinolind-erivat mehr, sondern enthält den Stickstoff in einer aliphatischen Seitenkette. Ein anderes wichtiges Isochinolinderivat ist weiter das Papaverin, das nächst Morphin und Narkotin das häufigste Opiumalkaloid ist, das in manchen ostindischen Opiuni- sorten allerdings fehlt. Das Papaverin bildet Prismen von Fp. 147 ». Durch die Arbeiten von G 0 1 d - s c h m i e d t ist die Konstitution des Papa- verins klar gelegt worden ; die von P i c t e t ausgeführte Synthese hat die Richtigkeit der G 0 1 d s c h m i e d t sehen Formel be- stätigt CHo HC' \ CH3OC CH II CH N // CH c c- -OCH, %. HC C c H C— OCH, C H „^ OCH, Danach ist das Papaverin ein Tetra- methoxybenzylisochinolin. Als Papaverinderivat ist dann das seltene Opiumalkaloid Laudanosin zu betrachten, das zwar im Opium nur in verschwindender Menge vorkommt, aber deshalb interessant ist, weil es das erste Opiumalkaloid war, dessen SjTithese gelungen ist (Pictet) H C CHo CH C ^ \ ' / \ / % HC CH CH.N C C-OCH CH3OC \, CH HoC C— OCH, CH,0 C Laudanosin ^ 218 Alkaloide Das Laudanosin ist d-n-Methyltetra- hydropapaverin. Nahe verwandt mit dem Laudanosin sind das Laudanin und das Laudanidin, die sich von jenem nur dadurch unterscheiden, daß in ilmen eine Methoxylgruppe des Lauda- nosins durch die Hydroxylgruppe ersetzt ist. Von wesentlich größerer praktischer Be- deutung, als die bisher behandelten Alkaloide, sind die Alkaloide der Morphingruppe, vor allem dieses selbst. Die Zahl der Arbeiten, die sich mit der Konstitution des Morphins befassen, ist sehr groß; von vielen Irrwegen abge- sehen, welche die Forschung gerade auf diesem schwierigen Gebiete eingeschlagen hat, hat sich die Konstitutionsermittelung des Morphins kurz etwa folgendermaßen gestaltet: Das M 0 r p h i n ist eine tertiäre Base, gleichzeitig ist es aber auch ein einatomiges Phenol, denn es löst sich in Aetzalkalien zu Salzen, die schon durch die Kohlensäure der Luft wieder zersetzt werden. Durch Alkvlieren geht die Phenolhydroxylgruppe leicht in die Alkoxylgruppe über (Methyl- äther = Codein, Äethyläther = Dionin). Andererseits liefert das Morphin leicht Diacetyl- imd Dibenzoylverbin düngen. Daraus geht hervor, daß in ihm außer dem Phenolhydroxyl noch ein alkoholisches vor- handen ist. Das dritte 0-Atom des Morphins ist indifferenter Natur. Als Phenol ist das Morphin gegen oxy- dierende Mittel sehr empfindlich; einen großen Teil der Untersuchungen über seine Konstitution hat man deshalb mit dem Codein ausgeführt, da dieses, weil in ihm die Phenolgruppe des Morphins durch den Methoxylrest ersetzt ist, gegen Oxydations- mittel weit resistenter ist. Eine gewisse Rolle bei der Konstitutionsermittelung_ des Morphins haben dann ein anderes Opium- allfaloid, das Thebain und weiter das Apo- morphin gespielt. Das Apomorphin ent- steht aus dem Morphin durch Erhitzen mit wasserentziehenden Mitteln bei höherer Tem- peratur C17H19NO3 = H2O + Ci^Hi.NO., Morphin Apomorphin. Das Thebain ist nach den Untersuchungen von Freund und von Knorr der Methyl- äther der Enolform des Codeinons. Das Codeinon entsteht seinerseits dadurch aus dem Codein, daß dessen sekundäre Alkohol- gruppe zur Ketongruppe oxydiert wird C18H21O3N + 0 = H„0 + CigH^gOaN Codein Codeinon C,sHis(0CH3)0,N Thebain. Den ersten tieferen Einblick in die Institution des Morphins erhielt man bei der Zinkstaubdestillation desselben. Dabei entsteht u. a. Phenanthren (V 0 n g e - richten 1881); es schien also das Alkaloid ein Derivat dieses Kohlenwasserstoffes zu sein. Auch andere Untersuchungen deuten darauf hin, daß im Morphin ein Phenantlu-en- rest vorhanden ist. So erhielten V 0 n - gerichten und Schrötter durch Erhitzen von Codeinmethylhydroxyd mit Natronlauge eine neue tertiäre Base, das a-Methylmorphimethin, das aus dem Codein- der ivat durch Aufspaltung des stickstoff- haltigen Ringes entstanden ist. Es handelt sich also um Abbau durch erschöpfende Methylierung CH, OH.(OCH3).C,7Hi,0-rN Codeinmethylhydroxyd / ^OH jN.CHaCHaOH H2O + OH.(OCH3).Ci,HieO = N.CH3 a-Methylmorpliimethin. Das a-Methylmorphimethin zerfällt seiner- seits beim Erhitzen mit Salzsäure oder Essig- säureanhydrid in Dimethyloxäthylamin und ein Methoxyoxyphenanthren >Ci,HieO=N.CH3 a-Methylmorphimethin OH^ CH3, OCHs^ CHg^ Dimethyloxaethylamin. Durch eingehende Untersuchungen von V 0 n g e r i c h t e n und von P s c h 0 r r hat sich für dieses Methylmorphol genannte Phenanthrenderivat folgende Konstitution ergeben H H C C ^(1)\/(10)\ HC (2) C (9)CH 1 II I iC(3) C C Methylmorphol ■\(4)/\ / \ = 3-Methoxy- C C (8)CH 4-oxyphenan- I I II thren. OH HC (5) (7)CH H Bei der Spaltung des a-Methylmorphi- methins mit gasförmiger Salzsäure erhält man statt des Dimethyloxäthylamins ein Gemisch desselben mit Tetramethylaethylen- diamin; beide Körper sind aber nicht die primären Produkte der Reaktion, sondern verdanken ihre Entstehung erst einer nach- CH3O Alkaloide 219 träglichen Einwirkung- von Natronlauge auf primär gebildetes Chloräthyklimethylamin CI.C.H,N< .CH. ^CH. E'erner entsteht durch Spaltung des a- und des später zu erwähnen- den /j-Metliylmorphimetliins mit Natrium- äthvlat neben Methvlmorphol Dimethyl- aminoäthyläther (CH3)2N.C2H4.0.CoH,.. " Die unter Umständen so leicht eintretende Bildung des Oxäthyldimethylamins und ähnlich nahe verwandter Verliindungen bei der Spaltung des a-Morphimethins und anderer Morphinderivate haben zeitweise zu der Annahme geführt, daß die in dem Morphin enthaltene Gruppe — CHg — CH.^ — N — CH3, aus der das Oxäthyldimethyl- amin oder dessen Sauerstoffderivate ent- stehen — man bezeichnet diese Gruppierung als den stickstoffhaltigen Nebenring der Morplim alkaloide — durch Vermittelung von Sauerstoff an den Phenanthrenring ge- knüpft sei. Aus diesen Erwägungen stellte L. K n 0 r r seine bekannte Oxazinformel für das Morphin auf. eine Formel, die lange Zeit fast unbestritten angenommen war, sich aber schließhch doch als nicht haltbar erwiesen hat. Wichtig für die Beurteihmg der Kon- stitution des Morphins ist dann noch die Spaltung eines anderen der seclis bekannten Methylmorphimethine, des ^-Methylmorphi- methins geworden, insofern, als sie über die Rolle des indifferenten Sauerstoffatoms des Morphins Rechenschaft gegeben hat. Das /j-]\Iethylmorphimethin entsteht aus der a- Ver- bindung durch Umlagerung der letzteren mit Hilfe alkohohscher Kalilauge (Knorr und S m i 1 e s) oder durch Destillation im Vakuum (P s c h 0 r r). Das ^-Methyl- morphimethin ist optisch isomer mit der a-Verbindung, ist aber nicht der optische Antipode derselben. Das Methylhydroxyd des /5-Methyl- morphimethins zerfällt durch Erhitzen auf dem Wasserbade in Aethylen, Trimethylamin, Wasser und den sogenannten Morphenol- methyläther (V 0 n g e r i c h t e n) : CiA0H(0CH3)0 C2H4N.(CH3)30H = /^-Morphimethinmethyliiydroxyd Ci4H,0(0CH3) + H2O + C2H4 + N(CH3)3 Morphenol- Aethylen Trimethyl- methyläther amin. Der Morphenolmethyläther läßt sich leicht in sein zugehöriges Phenol, das Morphenol, überführen. Durch Schmelzen des Morphenols mit Aetzkali erhielten dann Vongerichten und Dittmer das 3-4-5-Trioxyphenanthren. Dem Morphenol kommt also folgende Kon- stitution zu HC CH ^(1)\/(10)\ HC (2) C (9)CH HOC (3) C ^(4)/\ C c C (8) CH 0 C(5)(7)CH \(6)/ CH Morphenol CH CH x^(l)\/(10)\ HC (2) C (9)CH CH— CH I! II CH CH \o/ Furan HOC (3) C \(4)/\ C C ^\ C (8)CH OH HOC(5)(7)CH %(6)/ CH 3-4-5-Trioxyphenanthren Es ist sehr wahrscheinlich, daß die in dem Morphenol enthaltene eigentümhche Kombi- nation des Furanringes mit dem Phenanthren- ringe schon im Morphin selbst vorhanden ist. Durch die bis 1907 vorliegenden Unter- suchungen war festgestellt, daß das Morphin ein Phenanthrenderivat ist, das sechsfach substituiert und sechsfach hydriert ist. Die Morphinformel ließ sich demnach auflösen in : C14H14 Phenan- tlu-en- kern 6 fach substi- tuiert u. 6 fach hvdriert. OH Phenolhydroxyl in Stellung 3. /(1)\ /(10)\ >0 indifferentes Sauerstoffatom verbindet 4 und 5. / \/ ,q\ Haftstelle des C- Atoms ^'^"^ ^^^ ^ -CH2 I I CH, Nebenring I II — N-CH3 Hg an der Brücke dierter Wasserstoff. H4 an Benzolkern III addierter Wasserstoff —OH Alkoholhydroxyl in SteUe 6. noch unbestimmt, Haft- stelle des N-Atoms an der I (3) - ' Brücke des Phenanthren- \(4)/ \ / \ kernes, an 9 oder 10. ^-^ ^^ (8) des Phenanthrenkernes ad- III (5) (7) (6) R. P s c h 0 r r stellte dann mit Rücksicht I stehende Konstitution bewiesen hatte,_folgende auf das Apomorphin, für welches er die nach- „Isochinolinformel" für das Morphin auf: 220 Alkaloide CH CH2 H ^^-i ^(i)\/(io) ^N HC (2) 0 (9)C CHa I I II II I I HOC (3) C C CH2 %(4)/\ ^\ / C C (8)C I i III II OH HC(5)(7)CH CH Apomorphin nach P s c h 0 r r H Hg pTT C C H )f^ ^(i)\/(io)\, ^N ~" C (9)C CH, HC (2) (9)C I I II II I I " HOC (3) C C CR, \(4)/\ ^\ / C C (8)CH I I III I 0 — HC(5)(7)CH2 \(6)/ C HÖH Morphin nach Pschorr. Diese Formel von P s c h 0 r r läßt sich jedoch nicht mit den Resultaten vereinigen, welche die späteren Arbeiten von Knorr gehefert haben. Wie oben angeführt wurde, war die Haftstelle des sogenannten T^eben- ringes noch unbestimmt. Einen Anhalts- punkt für diese HaftsteUe hat Knorr bei der Untersuchung der Spaltungsprodukte des Pseudocodeinons erhalten. Beim Schmelzen von Codein mit Oxal- säure entsteht neben anderen Produkten eine dem Codein isomere Base, die Knorr als Pseudocodein bezeichnet. Das Pseudo- codein ist strukturisomer mit dem Codein, es enthält aber noch das gleiche Kohlenstoff- stickstoffskelett, wie das Codein, denn es läßt sich in dasselbe Desoxycodein Ci^HaiOaN überführen, das man auch aus dem Codein erhalten kann. Bei der Oxydation des Pseudocodeins erhält man ein dem oben erwähnten Codeinon strukturisomeres Keton, das Pseudo- codeinon. Erhitzt man das Jodmethylat des Pseudocodeinons mit Alkohol, so findet eine Spaltung desselben statt in Dimethyl- amidoäthyläther und ein Methoxydioxy- phenanthren, das sich durch Metlivheren in das 3-4-8-Trimethoxyphenanthren^ über- führen läßt. Codeinon zerfällt bei analoger Behandlung unter Bildung eines 3-4-6-Tri- methoxyphenanthrenderivates. Das dem Codeinon strukturisomere Pseudocodeinon enthält also den Carbonyl- sauerstoff in 8-Stellung, und bei der Um- wandlung von Codein in Pseudocodein tritt demnach eine Verschiebung des Alkohol- liydroxyls von 6 nach 8 ein, ohne daß eine weitere Veränderung des Kohlenstoffstick- stoffskeletts stattfindet. Die Kohlenstoffstickstoffkette des Keben- ringes kann also weder im Pseudocodein noch im Codein und Morphin an der Stelle 8 haften im Gegensatz zum Apomorphin. für welches Pschorr diese Haftstelle nachge- wiesen hat. Im Morphin, Codein und im Thebain ist die Stelle 8 nicht besetzt, demnach kann eine Pyridinformel (Isochinolin) für diese Alkaloide nicht in Betracht kommen: sie sind nach einem anderen Typus aufgebaut, als die übrigen Opiumalkaloide, die alle Isochinolinderivate darstellen. Ferner kann als Haftstelle die Stelle 6 des Phenanthrenkernes nicht in Frage kommen, da dort die sekundäre Alkohol- gruppe des Morphins steht, ebenso fällt Stelle 7 weg, weil sich dort eine Methylen- gruppe befindet. Aus diesen und einigen anderen Gründen kommen K n 0 r r und H ö r 1 e i n zu folgender Morphinformel, in der noch nur die Stellung des Stickstoffs in Stelle 9 oder 10 und die Lage der Doppel- l)indung im Kern III unsicher ist CH. N H Hj C C ^(1)\/(10)\/ HC (2) C (9)CH ! I. II II. I HOC (3) C C \(4)/\ /% C HC (8)CH I I III. I 0 -C(5)(7)CH., \(6)/ C CH2 CH, Morphin- formel von K n 0 r r. H OH Im Codein ist die in 3 befindhche Phenol- hydroxylgruppe des Morphins durch die Methoxylgruppe ersetzt. Im Thebain be- findet sich zwischen den Stellen 6 und 7 außerdem eine Doppelbindung, das dadurch tertiär gewordene Hydro xyl ist ebenfalls durch die Methoxylgruppe ersetzt. M 0 r p h i n. " Zur Morphingewinnung zieht man das zerschnittene Opium mit Wasser aus. Dadurch gehen alle Opium- alkaloide bis auf den größten Teil des Nar- kotins in Lösung. Diese neutralisiert man mit Natriumkarbonat und versetzt mit Chlorcalcium. Dadurch fällt die Mekonsäure als Kalksalz aus, die Alkaloide bleiben als Hydrochloride in Lösung. Durch Einengen im Vakuum erhält man einen Ki-istallbrei, dessen kristalhsierter Anteil aus salzsaurem Alkaloide 221 Morphin und Codein besteht. Die Kristalle trennt man von der Mutterlauoe und reinigt sie durch Umkristallisieren. Aus der Lösung der so erhaltenen Hydrochloride lallt man durch Ammoniak das Morphin aus, das Codein, das eine stärkere Base als Ammoniak ist, bleibt in Lösung. Aus den Mutter- laugen kann dann das Codein durch Zusatz von Aetzalkahen gewonnen werden. Das freie Morphin bildet rhombische Prismen, die 1 Mol. Kristallwasser ent- halten Fp. etwa 230 *•. Das Morphin ist eine starke Base, die mit Säuren neutral reagie- rende Salze bildet. Die Salze sind ebenso wie die freie Base linksdrehend. Durch überschüssiges Aetzalkaü läßt sich das Morphin aus seinen Salzen nicht ausfällen, da das Morphin als Phenol in diesen löslich ist, wohl aber kann man es durcli Ammoniak fällen, in dem es schwer löslich ist. Von seinen Salzen ist das salzsaure Salz am wichtigsten. Dieses bildet weiße, in Wasser ziemlich leicht lösliche Kriställchen oder würfelförmige Stücke von mikrokristalli- nischer Beschaffenheit. Wegen seiner phenol- artigen Eigenschaften ist das Morphin selir leicht oxydabel, seine Lösungen gehen schon durch Oxydation an der Luft in solche des unwirksamen Pseudomorphins (Ci7Hi503N)2 über, das auch im Opium selbst schon ent- halten ist. C 0 d e i n. Das Codein kann, wie oben bei der Darstellung des Morphins angeführt wurde, aus den Mutterlaugen der Morphin- darstellung gewonnen werden. Meist wird es jedoch durch Methylieren von Morphin gewonnen, z. B. Ci,Hi,0(OH)„X+ KOH+ S0,(0CH3)., Morphin Jlethylsulfat = CH3OSO3K + H.O + Ci,HkO(OH)(OCH3) Methylschwefels, Codein. Kalium. Das freie Codein, wasserfrei Kriställchen vom Fp. 1550, ist eine starke Base, die ebenso wie ihre Salze linksdrehend ist. Das wich- tigste Salz ist das Phosphat CjsH^iNOa. H3PO.1 + 2H,0, weiße bitter schmeckende Kristalle, die in Wasser leicht löslich sind. 8. Leichenalkaloide. Unter Leichenalkalo- iden oderPtomainen im engeren Sinne versteht man die bei der Fäuhiis menschhchcr oder tierischer Leichen entstehenden Stoffe basi- scher Natur. Diese von Mikroorganismen erzeugten Produkte können sehr verschieden- artiger Natur sein. In der Regel wird es sich dabei um Abbauprodukte des Eiweiß- körpers handeln, aber auch die Cerebroside, Protagon sowie das Lecithin und andere Phosphatide, die bei der Spaltung Cholin liefern, können zur Bildung basischer Fäuhiis- produkte Anlaß geben. So erhielt B r i e g e r z. B. bei der Unter- CH2— CH,0H suchung gefaulten Fleisches ein sehr giftiges Produkt, das Neurin = Trimethylvinylam- moniumhydroxyd, ein Produkt, das offenbar aus dem Cholin durch Wasserabspaltung entstanden ist (vgl. den Artikel ,,A m - moniakderivate") CH=CH2 N=(CH3)3 = H2O + N=(CH3)3 \ \ OH OH Cholin = Trimethyl- Neurin = Trimethyl- oxäthylammonium- vinylammonium- hydroxyd. hydroxyd. Ein weiteres mit dem Cholin in nahem Zusammenhange stehendes basisches Fäuhiis- produkt ist das Muskarin, das B r i e g e r aus faulendem Dorschfleisch isoliert hat. Dem Muskarin, das sich auch im Fliegenpilz findet, kommt wahrscheinlich folgende For- mel zu, die es als ein Oxydationsprodukt des Cholins erscheinen läßt ,0H CH„-CH< / " ^OH N=(CH3)3 Muskarin. \ OH Das Muskarin ist ebenfalls sehr giftig. Während diese Stoffe aus dem Cholin entstehen, liefern auch die Eiweißspaltungs- produkte ähnliche Körper, so entsteht aus der a-,f-Diaminocapronsäure, dem Lysin, das Pentamethylendiamin, das Cadaverin B r i e g e r s NH2 NH,.(CHJ,.CH< ^COOH Lysin = CO2 + NH/CH2)3NH2 Cadaverin. Jn naher Beziehung zu dem ungiftigen Cadaverin steht eine außerordentlich giftige Substanz, die E. St. Faust aus faulender Bierhefe isoliert hat, die sich aber auch bei der Fleischfäuhiis bilden soll. Diese Sepsin genannte Base ist nach Faust ein Dioxy- cadaverin folgender Konstitution NH., . CHo . CHOH . CHOH . CH2 . CH, . NH, Sepsin. Das Sepsin geht außerordentlich leicht in das ungiftige Cadaverin über, so schon bei wiederholtem Eindampfen seines Sulfates. Ein weiteres Diamin, das Tetrameth^'len- diamin oder Putrescin hat ebenfalls B r i e g e r aus Leichen und faulenden Fischen isoHert. Das Putrescin entsteht wahrscheinlich aus dem Argininkomplex der Eiweißstoffe. Das Arginin zerfällt dabei zunächst in Harnstoff und a-,^-Di- aminovaleriansäure, die ihrerseits wieder unter COo-Verlust in Putrescin übergeht 222 Alkaloide — Alkohole NH ,NH, NHo.C— NH.(CH2)o.CH< + H2O Aro^nin ^COOH NH, NH, - C0< + NH2.(CHo)3.CH< Harnstoff . a-,(5-Diaminovaleriansäure = Ornithin. /NH, NH2.(CH,)3.CH< Ornithin ^COOH CO, + NH2.(CH2),NH2 Putrescin. Außer den genannten Verbindungen ist noch eine beträchtMclie Zahl basischer Ver- bindungen teils giftiger, teils ungiftiger Natur aus den Produkten der Fleischfäulnis isoliert worden. Besonders von B r i e g e r und neuerdings von A c k e r m an n sind zahlreiche derartige Körper besclnieben worden, deren Konstitution aber bisher noch nicht auf- geklärt ist. Auch im normalen und besonders im pathologischen Harne finden sich ptomain- ähnMche Stoffe vor. Von gewisser praktischer Bedeutung sind diese Körper besonders deshalb geworden, weil sie als Ammoniakderivate mit vielen der allgemeinen Allcaloidreagentien Nieder- schläge geben; einige geben auch wohl, besonders im unreinen Zustande, Farben- reaktionen, die eine gewisse Aehnhchkeit mit jenen von wirklichen Alkaloiden zeigen. Infolgedessen hegte man besonders bei dem ersten Bekanntwerden dieser Stoffe die Besorgnis, daß unter Umständen ein Ptomain bei einer gerichthchen Untersuchung die Gegenwart eines Alkaloides vortäuschen könne. Indessen haben sich diese Besorgnisse als übertrieben erwiesen, denn einmal zeigt sich diese Aehnhchkeit der Ptomaine mit den Alkaloiden nur in einzelnen, niemals in allen Reaktionen, und zweitens kann durch die physiologische Prüfung immer der Nach- weis geführt werden, ob in dem fraglichen Produkte tatsächhch das betreffende Alkaloid vorhegt, oder ob dessen Gegenwart nur durch ein Ptomain vorgetäuscht wurde. Literatur. J. Guareschi, Einführung in das Studium der Alkaloide. Deutsch von Kunz- Krause. Berlin 1896. — Arne Fielet, Die Pßanzenalkaloide. Deutsch von R. Wo l/fen- stein. Berlin. 1900. — Roseoe-Schorlenmier, Lehrbuch der organischen Chemie Bd. VI. Be- arbeitet von JE. Hj ett und 0. As chan. Braun- schweig 1901. — E. Winterstein und G. Trier, Die Alkaloide. Berlin 1910. — Bio- chemisches Handlexikon. Herausgegeben von E. Abderhalden. Bd. V. Die Pflanzenalka- loide. Bearbeitet von tT. Schmidt. Berlin 1011. — üeber weitere Literatur s. Roscoe-Schor- lemmer und Abderhalden. H. Schulze. Alkohole. 1. Allgemeines: a) Nomenklatur; b) Blldimgs- weisen; c) Physikalische Eigenschaften; d) Che- misches Verhalten. 2. Spezielle Alkohole: A. Alko- hole der Fettreihe: a) Grenzalkohole; b) Unge- sättigte Alkohole; c) Zweiwertige Alkohole Gly- cole; d) Dreiwertige Alkohole Glyzerine; e) Vier- wertige Alkohole Erythrite; f) Fünfwertige Alko-. hole Pentite; g) Sechswertige Alkohole Hexite; h) Sieben- und mehrwertige Alkohole. B. Aroma- tische Alkohole : a ) Einkernige einwertige Alkohole ; b) Phenolalkohole; c) Mehrkemige einwertige Alkohole; d) Mehrwertige Alkohole, C. Hydro- aromatische Alkohole. D. Heterocyklische Alko- hole; I. Allgemeines, i a) N o m e n k 1 a t u r. Als Alkohole bezeichnet man organische Verbindungen, die sich von den Kohlen- wasserstoffen durch Ersatz eines oder mehie- rer Wasserstoff atome durch Hydro xj^lgrup- pen (0H-) herleiten. Je nach der Anzahl der Hydro xyle unterscheidet man einwertige (einatomige, einsäurige), zweiwertige, drei- wertige Alkohole usw. Die einwertigen ge- sättigten Alkohole, die sich von den Grenz- kohlenwasserstoffen ableiten, heißen auch G r e n z a 1 k 0 h 0 1 e , die einwertigen un- gesättigten Alkohole mit Aethylenbindung Olefinalkohole, mit Acetylenbindung Acetylenalkohole. Zweiwertige Alkohole nennt man G 1 y c o 1 e nach der einfachsten derartigen Verbindung, dem Glycol CH2OH.CH2OH und ebenso die dreiwertigen Alkohole G 1 y c e r i n e. Die höherwertigen Alkohole stehen in engster Beziehung zur Chemie der Zuckergruppe und sie haben daher ihre Namen von denen der Zucker erhalten, indem man statt der Silben ,,ose" die Silbe ,,it" an den Wortstamm anhängte. So leiten sich von der Erythrose, Xylose, Mannose die Alkohole Erythrit, Xyht, Mannit ab. Die Alkohole der aro- matischen Reihe, bei denen das Hydro xyl unmittelbar am Kohlenstoffkern sitzt, heißen Phenole. Sie zeigen in vieler Hinsicht ein besonderes und abweichendes Verhalten, so daß man sie eigentlich nicht zu den Alkoholen zählt. Sie werden deshalb auch für sich ab- gehandelt (vgl. den Artikel ,, P h e n 0 1 e "), Die eigenthchen Alkohole der aromatischen Reihe tragen die Hydroxylgruppen in der Seitenkette des Benzolkerns. Bei den hetero- zykhschen Verbindungen, welche Sticks-toff- Alkohole 223 atome im Ring enthalten, hat man den Al- koholen den Namen Alkine (aus Alkohol- Aminc zusammengezogen) beigelegt, um an- zudeuten, daß die Verbindungen auch ba- sische Eigenschaften neben denen der Al- kohole aufweisen (L a d e n b u r g). Eine allgemeine Nomenklatur für sämtliche Al- kohole erhält man nach den Vorschlägen des Genfer Nomenklaturkongresses (1892) durch Anhängen der Silbe „ol" an den Namen des Kohlenwasserstoffes, von dem der Alkohol entstammt. Sind mehrere Hydro xyle vor- handen, so schiebt man vor die Silbe ol noch die Silben 5,di" aber „tri" usw ein, z. B. CH,OH CH, CHoOH CH.OH CHOH CH3 CH3 CH,OH CH2OH Aethan Aethanol Aethandiol Propantriol . (Aethylalkohol) (Glycol) (Glycerin) Eine andere Bezeichnungsweise erhält man, wenn man die Alkohole als Derivate des einfachsten Alkohols, des Methylalkohols oder Carbinols CH3OH auffaßt (K 0 1 b e 1860). Es ergeben sich dann folgende Namen : CH3. CH3 CH,.CH„.CH,OH CHg^C.OH n-Propylcarbinol Trimethylcarbinol (n-Butylalkohol) (tertiärer Butylalkohol) Letztere Bezeichnungsweise eignet sich gut zur Unterscheidung von Isomeren. Alle Alkohole lassen sich in drei große Klassen teilen, je nachdem das Kohlenstoff- atom, das die Hydroyxlgruppe trägt, noch mit zwei, oder einem, oder gar keinem Wasserstoffatom verbunden ist. Man unter- scheidet danach primäre, sekundäre und tertiäre Alkohole, z .B. CH3.CH,.CH,0H primärer Alkohol (Propyl- alkohol) ^gsXcH.OH sekundärer Alkohol (Ii h/ CH. propylalkohol), Xn CHs^C.OH tertiärer Alkohol (Trimethyl- CW / carbinol) ib) Bildungsweisen. Alkohole bilden sich 1. Aus Halogen alkylen, am besten aus Jodalkylen, durch Einwirkung von feuchtem Silberoxyd oder Bleioxyd. C0H5. J + Ag(OH) = CÄ.OH + AgJ Auch Wasser allein bewirkt die Umsetzung bei höherer Temperatur (etwa. 100*-'). Die ter- tiären Alkylhaloide reagieren am leichtesten. 2. Aus Alkylschwefelsäuren durch Ver- seifung SO3H.OC2H, + H.O^CÄ.OH + SO,H,. Vermittels dieser Reaktion können die Al- kohole aus ungesättigten Kohlenwasserstoffen (Olefinen) dargestellt werden, da sich die Alkylschwefelsäuren aus den Olefinen durch Addition mit Schwefelsäure bilden. 3. Aus organischen Säureestern durch Verseifung. Die Verseifung kann durch Er- hitzen mit verdünnten Säuren oder Alkalien bewirkt werden, z. B. CH3.COOC2H5 + H.O = CH,.COOH + C0H5OH Die Reaktion wird im großen bei der Seifenfabrikation angewendet(daher der Name ,, Verseifung", vgl. den Artikel ,,F e 1 1 e , Oele, Seifen"). Man bedient sich ihrer auch gern, um besonders reine Alkohole zu gewinnen, da die Ester häufig leicht zu reinigen sind. 4. Aus primären Aminen durch salpetrige Säure C0H5.NH. + NOOH = C2H5.OH + N. + H.O. 5. Durch Reduktion von Aldehyden. Als Reduktionsmittel dienen Natrium, Na- triumamalgam, Zinkstaub oder Eisen in Wasser oder verdünnten Säuren (Essigsäure, Schwefelsäure). Man erhält so primäre Alkohole, z. B. C2H5.CHO + Ho = CHs.CH^.CHoOH Propionaldehyd Propylalkohol 6. Durch Reduktion von Ketonen. Hier entstehen sekundäre Alkohole, daneben die Pinakone (tertiäre Glycole) CH3 CH3 CO -f 2H = CHOH I 1 CH3 CH3 Aceton Isopropylalkohol, CH3 CH3 CH3 2 CO +2H = HO — C — C — OH CH3 CH3 CH3 Pinakon 7. Durch Reduktion von Säuren und Säurederivaten (Säurechloride, -anhydride, -ester, -amide). Es entstehen so primäre Alkohole, z. B. CH3.COCI + 4H = CH3.CH,0H -f HCl. Acetylchlorid 8. Aus Magnesiumhalogenalkylen. Diese schöne Reaktion (Grignard 1901) führt zu primären sowohl wie sekundären und tertiären Alkoholen und ist einer sehr allgemehien Anwendung fähig. Die Mag- nesiumalkylhalogen-Verbindungen älmehi in ihrer Reaktionsweise den schon früher be- kannten Zinkalkylen (Frankland 1849, B u 1 1 e r 0 w 1864), sind ihnen jedoch durch allgemeinere Verwendbarkeit und leich- tere Handhabung (die Zinkalkyle sind selbst- entzündhch) sehr überlegen, so daß man jetzt von den Synthesen mittels der genannten. 224 Alkohole Zinkverbindungen ganz abgekommen ist. Die Magnesiumalkylhaloide, welche sich leicht in Aether lösen, geben mit Aldehyden sekun- däre, mit Ketonen oder Säureestern tertiäre Alkohole (Formaldehyd und Ameisensäure- ester geben primäre oder sekundäre Al- kohole). CH3.CHO + C2H5.MgBr= CH,.CH Acetaldehyd ^OMgBr /OMgBr \C2H5 CH,.CH \C,H, + H,0 CH,.CH< .OH MgBrOH In \C2H5 Aethylm ethylearbinol sek. Butylalkohol fi;leicher Weise entstehen aus CH3.CO.CH3 + CaHs.MgBr Aceton CH3, CH,' .0MgBr_^CH3^^ •^3 CsHs OH. tertiärer Amylalkohol CH3.COOC0H5 + CaH^.MgBr Essigester CH3.C^ CH3. Cs .OMgBr -OC2H5 + "CoHs OMgBr OC2H5 C2H5 CH.MgBr CH. /OMgBr . .C^-CaHs C2H5 C2H5. OMgBr /OMgBr CHg.C^CÄ + H2O ^CH, ^OH CH3.C C2H5 ^C^Hs Diäthylmethylcarbinol tert. Hexylalkohol Näheres über die mannigfaltige Ver- wendbarkeit der Magnesiumalkylhaloide und die einschlägige Literatur bei J. S c h m i d t Die organischen Magnesium-Verbindungen und ihre Anwendung zu Synthesen I und II. Stuttgart 1905 und 1908. 9. Durch Zersetzung von Aldehyden mittels starker Allvalilauge (C a n n i z z a r 0). Diese Reaktion führt zu primären Alkoholen, neben den entsprechenden Säuren, und ergibt besonders bei der aromatischen Reihe, aber auch bei den höheren Homologen der Fett- reihe gute Ausbeuten. Im allgemeinen ge- lingt sie bei Aldehyden, die der Aldolkon- densation nicht fähig sind, d. h. bei Verbin- ^0 düngen, die die — C^' -Gruppe an einem tertiären Kohlenstoff atom tragen. 2C«H5.CHO + KOK - CeHs . CHoOH Benzaldehvd Benzylalkohol ^ + C^Hs.COOK Kaliumbenzoat Außer diesen allgemeinen Bildungsweisen für die Alkohole existieren noch zahlreiche spezielle. Ein wichtiger Prozeß ist die Gärung der Zuckerarten, welche primäre Alkohole der 2. bis 5. Reihe liefert. Einige Alkohole bilden sich ferner bei der trockenen Destillation von Holz, z. B. Methylalkohol. Manche Alkohole finden sich endhch in der Natur vor in Form von Estern (ätherische Oele, Fette) und können daraus durcli Ver- seifung gewonnen werden (vgl. den Artikel „Fette, Oele, Seife n). ic)PhysikalischeEigenschaf- t e n. Die Alkohole lassen eine regelmäßige Aenderung ihrer physikahschen Eigenschaften mit wachsendem Molekulargewicht erkennen. Die niedrigsten Glieder der Grenzalkohole (1. bis 3. Reihe) sind leicht bewegliche Flüssig- keiten, mit Wasser mischbar, von charak- teristischem Geruch und brennendem Ge- schmack. Die Löslichkeit in Wasser nimmt bei wachsender Kohlenstoffzahl rasch ab. Die Alkohole der 4. bis 12. Reihe sind ölige Flüssigkeiten, die folgenden Verbindungen bei gewöhnlicher Temperatur fest und kris- tallinisch, olme Geschmack und Geruch und dem Wachs ähnlich. Beim Uebergang der einwertigen Alkohole in mehrwertige ge- winnen die Substanzen einen süßen Ge- schmack, und zwar um so mehr, je mehr Hydroxylgruppen in das Molekül eintreten. Gleichzeitig nimmt die Löslichkeit in Wasser zu, dagegen vermindert sich die Löslichkeit in organischen Lösungsmittehi wie Aether und Chloroform. Die Siedepunkte der Alkohole zeigen in homologen Reihen ein regelmäßiges Ansteigen um ungefähr 190 für eine CHa-Gruppc. Normale Grenzalkohole Sdp. Diff. C H3 .OH 66« C2H5 .OH 78« C3H7 .OH 97,4« C4H9 .OH 117,5« C5H11.OH 138« C« Hl 3. OH 158« C, H15.OH 176« Co Hl,. OH 195,5" C^Hig.OH 213,5« CioHoi.OH 231« Sekundäre Alkohole Sdp. 12 19,4 20,1 20,5 20 18 19,5 18 17,5 Diff. 82,8« ^3 2 qqo -'-"5'^ 118,5« i^'g ^^^ 18,5 14,5 CH3.CHOH.C H3 CH3.CHOH.C2H5 CH3.CHOH.C3H, CH3.CHOH.C4H9 CH3.CHOH.C5H11 CH3.CH0H.C«Hi3 Bei isomeren Alkoholen liegen die Siede- punkte häufig ziemlich nahe beieinander; doch zeigt regelmäßig der normale Alkohol den höchsten Siedepunkt, den niedrigsten dagegen der Alkohol mit der verzweigtesten 164,5« 179« Alkohole 225 Kolilenstoffkette. Auch sieden die sekun- dären immer bei tieferer Temperatur als die primären Die acht isomeren Amylalkohole mösen dieses illustrieren CH3.CH2.CH2.CH2.CH2OH i!ig3>cH.CH..CH,0H tu. CH, CH, Sdp. 137,80 131,5° 128,7" CH, Die selben 112» 118,5« 112,5» 116« 102« .,u3>CH.CH.0H CH3. CHs^C.CH.OH CH3/ CH,.CH.3.CH(0H).CH3 g^3>CH.CH(OH).CH3 CH3.CH2.CH(OH).CH2.CH3 ^|3>C(OH).CH2.CH3 Olefinallcohole haben beinahe den- Siedepunkt wie die entsprechenden gesättigten Alkohole CHj.CHo.CH.OH CHo-CH.CHaOH CH"3.CH,.CH2.CH,0H CH, = CH.CH>.CH,OH CH;.CH,.CH:.CH(bH).CH CH3.CH=CH.CH(0H).CH3 Der Siedepunkt der Alkohole hegt um etwa 100« tiefer als der der zugehörigen Kohlen- wasserstoffe. Beim Uebergang eines ein- wertigen Alkohols in ein Glycol, also bei nochmahger Substitution von Wasserstoff durch Hydro xyl, fällt der Siedepunkt wieder- um um etwa 100«, und ebenso beim Ueber- gang eines zweiwertigen Allvohols in einen dreiwertigen. Die Schmelzpunkte der Alkohole steigen mit wachsendem Molekulargewicht, ohne aber besondere Regelmäßigkeiten er- kennen zu lassen. Bei Isomeren zeigen die Alkohole mit der verzweigtesten Kohlenstoff- kette meistens den höchsten Schmelzpunkt. So schmilzt von den 4 isomeren Butvlalko- 97,4« 96,6« 116,8« 117» 118,5« 116» Die Mo le ku 1 ar vo lu m in a der Alkohole beim Siedepunkt zeigen eine ziem- lich konstante Differenz von" ungefähr 21 für eine CHj-Gruppe. Grenzalk. CH3 .OH C2H5 .OH C3H, .OH C4HC, .OH C^H^.OH CeHi3.0H C7H15.OH CsHi^.OH IL Mol.-Vol. 42,6 62,3 81,3 101,8 123,4 146,0 167,9 190,3 in. IV. V. Diff. Aeth. Kw. 19,7 19,0 20,5 21,6 22,6 21,9 22,4 84,0 106,2 127,8 150,9 174,4 197,3 96,5 117,2 140,0 162,6 186,3 holen das Trimethvlcarbinol ;C.OH CH CB.7 bei 25«, während die anderen 3 Alkohole bei gewöhnlicher Temperatur flüssig sind, und ebenso schmilzt von den 8 isomeren Amylalkoholen das Tertiärbutylcarbinol am höchsten (Fp, 49»). Im allgemeinen tritt beim Uebergang eines Kohlenwasserstoffs in einen Alkohol bedeutende Schmelzpunkts- erhöhung ein, die um so größer ist, je mehr Hydroxylgruppen der Alkohol enthält. Allylalkohol Allyldimethylcarbinol Diallylcarbinol Diallylmethylcarbinol Benzylalkohol Phenylpropylalkohol Zimmtalkohol Bemerkenswert ist der Umstand, daß das Molekularvolumen der Alkohole stets be- trächtlich kleiner ist als das der isomeren Alkyläther (letztere sind in obiger Tabelle unter IV angeführt). Beim Vergleich der Alkohole mit ihren zugehörigen Kohlen- wasserstoffen ergibt sich, daß der Eintritt von Hydro xylsauerstoff die Molekularvolu- mina um 5 bis 6 erhöht. Die Molekularvolu- mina der Kohlenwasserstoffe finden sich unter V verzeichnet. Beim Eintritt weiterer Hydro xylsauerstoffatome ist die Erhöhung nicht mehr so groß. Die Molekularrefraktion nimmt für die Zusammensetzungsdifferenz von CHü um eine ziemhch konstante Größe zu. Bei Anwendung der Lorenz- L 0 r e n t z sehen Formel ergibt sich diese Größe für die rote Wasserstofflinie Ha zu 4,56. Methylalkohol CH3 .OH 8,16 Aethvlalkohol C,H-,.OH 12,71 Isopropylalkohol C3H7 . OH 17,28 IsobutvlalkoholCiHg.OH 21,96 Amylalkohol CgHu.OH 26,59 Isomere Alkohole weisen fast gleiche Mole- kularrefraktionen auf. Bei der Bereclmung der Molekularrefraktion aus den Atomrefrak- tionen erhält der Hydro xylsauerstoff einen besonderen Wert va = 1,506, während sich für den Aethersauerstoff und den Carbonyl- sauerstoff die Werte r« = 1,655 und r„ = 2,328 ergeben. Enthält der Alkohol Doppelbindungen, so wird die Molekular- refraktion größer gefunden als der berech nete Wert, und zwar um durchschnittlich 1,84 für eine Aethylenbmdung. Bei aro- matischen Alkoholen bewirken die drei Doppelbindungen des Benzolkems einen Zu- wachs von 3 X 1,84 = 5,52: . DifL 4,55 4,57 4,68 4,63 Ber. 8,22 12,78 17,34 21,90 26,46 W« Ber. DifL C3H5.0H 16.81 15,22 1,63 CeH„.OH 30,84 28,93 1,91 C^Hu.OH 34.88 31,30 3,58 = 2 X 1,70 CsHiß.OH 39.29 35,87 3,12= 2 X 1,71 CvH^.OH 32,23 26,89 5,34 = 3 X 1,80 CeHn.OH 41,75 36.03 5,72= 3 X 1,93 C9H9.0H rwissensp.halten. B 42,42 and I. 33,82 8,60 = 4 X 2,15 15 226 Alkohole Eine Reihe von Alkoholen zeigt optisches Drehungs vermögen. Besonders bei mehrwertigen Alkoholen, die sich von den Zuckern ableiten und melu-ere asymmetrisclie Kohlenstoffatome haben, z. B. CH2OH . CHOH . CHOH . CHOH . CHOH .CH2OH tritt diese Eigenschaft charakteristisch her- vor. Dadurdi werden die Isomerieerschei- nungen außerordenthch kompliziert, doch ist es in einigen Fällen gelungen, sämtliche theoretisch möglichen Isomeren zu isolieren. Näheres findet sich im speziellen Teil (S. 228 ff.). Die elektromagnetische Drehung ist für die Alkohole zuerst von Perkin ¥en. bestimmt worden. Im allgemeinen wachsen die Molekularrotationen in homologen Reihen um 1,023 für eine CHa-Gruppe CH3.OH C2H5.OH C3H7.OH C,Hi5.0H C«H,7.0H mi9 mi9 mi3 mao = 1,640 (0,617) = 2,748 0,697 = 3,768 0,699 = 7,850 0,689 = 8,880 0,696 Isomere Alkohole weisen ungleiches Drehungsveimögen auf. Die Reihenkon- stante s für die primären Alkohole ergibt sich zu 0,695, für die sekundären 0,S64, für tertiäre 0,951. Ungesättigte Alkohole drehen stärker als die gesättigten. Auch erhöht der Ersatz eines Wasserstoffatoms durch ein Hydroxyl die Drehung beträchtlich, doch sind die Differenzen meistens nicht konstant. Die Zähigkeit der Alkohole wächst in homologen Reihen ebenfalls mit dem Mole- kulargewicht, doch sind genauere Gesetz- mäßigkeiten bisher nicht ermittelt. Die ungesättigten Alkohole sind flüssiger als die entsprechenden gesättigten. Ganz be- deutend wächst die Zähigkeit beim Ueber- gang einwertiger Alkohole in melirwertige Z20 Propylalkohol CH3.CH2.CH2OH 0,0223 Propenylglycol CH3.CHOH.CH2OH 0,448 Glycerin CH2OH.CHOH.CH2OH 7,776 Beim Uebeigang der Alkohole zu Al- dehyden oder Ketonen erfährt die Zähigkeit eine bedeutende Herabminderung, noch kleiner wiid sie beim Uebergang in die entsprechenden Alkyläther. Die Oberflächenspannung der Alko- hole ist bei gewöhnlicher Temperatur be- deutend kleiner als die des Wassers, aber größer als die der zugehörigen Alkyläther. Je mehr Hydroxylgruppen der Alkohol ent- hält, desto größer wird auch die Ober- flächenspannung. Sehr bemerkenswert ist, daß der Temperaturkoeffizient der molaren Obeiflächenenergie für die Fettalkohole den Wert 1,0 bis 1.6 hat, ähnlich wie beim Wasser und wie bei den Säuren und im Gegensatz zu den sogenannten ,, normalen" Flüssigkeiten (Kohlenwasserstoffen, Aethern, Estern), bei denen diese Konstante zu 2,1 ermittelt ist. Hieraus darf man schließen, daß die Alkohole im flüssigen Zustande assoziierte Molekeln bilden, wie es auch nach einigen anderen Methoden (Molar- gewichtsbestimmungen auf kryoskopischem oder ebullioskopischem Wege, Bestimmung der Verdampfungswärmen) gefunden ist. Im Gaszustand besitzen die Alkohole aber einfache Molekeln, wie aus den normalen Dampfdichten hervorgeht, so daß sie also in ihrem Verhalten dem Wasser ähnlich sind. Die Verbrennungswärmen wachsen bei den Alkoholen wie auch in den anderen homologen Reihen ziemlich konstant um 157 Cal. (= 655 kj) für eine CH2- Gruppe. Diff. 155,1 154,6 156,4 157,2 Cal. CH3. OH 170,6 C2H5 .OH 325,7 C3H7 .OH 480,3 C4H9 .OH (ISO-) 636,7 CsHn.OH (Iso-) 793,9 Isomere Alkohole haben fast gleiche Ver- brennungswärmen; so liefert Propylalkohol 480,3 Ca)., Isopropylalkohol 478,3Cal. Beim Uebergang eines Kohlenwasserstoffs in einen einwertigen Alkohol erfährt die Verbrennungs- wärme eme Verminderung um ziemhch konstant 49 Cal. und ebenso beim Eintritt eines zweiten Hydro xylsauerstoffatoms,; da- gegen nimmt sie beim Eintritt eines dritten nur um ungefähr 34 Cal. ab: Cal. Diff. Propan CH3.CH2.CH3 529,3 Propylalkohol CH3.CH2.CH2OH 480,3 JJ'/ PropylenglycolCH3.CHOH.CH20H 431,2 ^^'^ Glycerin CHaOH.CHOH.CH^OH 397,4 ^^'^ Bei mehrwertigen Alkoholen sind also die Wasserstoffatome leichter substituierbar, eine Tatsache, die sich auch in der leichteren Bildung von Alkoholaten kund tut (s. Gly- cerin). Die elektrische Leitfähig- keit der Alkohole ist sehr gering. Sie ist in den homologen Reihen bei den ersten Gliedern am größten und vermindert sich beim Zuwachs von CHj-Gruppen, wird aber durch Einführung von OH-Gruppen erhöht. Die Dielektrizitätskonstante Alkohole 227 n-PropvIalkohol CH3.CH2.CH2.OH Isopropvialkohol CH3.CHOH.CH3 n-Butvlalkohol CH3(CH2)oCH2.0H Isobutvlalkohol (CH3)2( 'H" CH2OH sec-Butylalkohol C2H5 . CHOH . CH3 tert-Butylalkohol (CH3)3 . COH der Alkohole ist beträchthch kleiner als beim Wasser, aber größer als die der Aether, Ester und Kohlenwasserstoffe. Sie hat ungefähr gleiche Größenordnung wie bei den Aldehyden und Ketonen, In homologen Reihen nimmt sie ab; bei isomeren Alko- holen ergibt sich für den primären stets der größte Wert: DC t A = oo Methylalkohol CH3.OH 20» 34,8 Aejhylalkohol C2H5.OH 20" 25.2 20« 22,2 20° 15,4 19" 10,2 20« 20 19« 15,5 19« 11,4 Amylalkohol CjHu'.üH 20« 16 Heptylalkohol C7H15.OH 21" 6,6 Durch Eintritt von Hydroxylgruppen wird die Dielektrizitätskonstante erhöht (Glycol DC20 = 41,2, GlyceriuDCao = 56,2). In direk- tem Parallelismus zur Dissoziationskonstante steht die dissoziierende Ivi-aft der Allüohole als Lösungsmittel, wie zahlreiche Versuche er- geben haben. So beträgt der Dissoziations- grad für TetraäthvlamnioniumjodidN(C 2115)4 J bei 25« (v = 1000 1) in Wasser 98 %, in Methyl- alkohol 88 »0, in Aethylalkohol 78 %. Doch hegen die Dissoziationsverhältnisse ziemlich viel komphzierter als beim Wasser; das Verdünnungsgesetz ist meistens nicht er- füllt. I d) Chemisches Verhalten. Die Alkohole sind neutrale Substanzen von großer Reaktionsfähigkeit. Diese wird hauptsächlich durch die Anwesenheit der Hydroxylgruppe bestimmt. Einige Re- aktionen sind denen des Wassers sehr älmhch. So geben die Alkohole mit einer Reihe von organischen Salzen kristallisierte Additionsverbindungen, in denen sie die Rolle des Kristallwassers spielen, z. B. mit Calciumchlorid die Verbindungen CaCL (CHsOH)4, CaCLXC^HsOH)^. Ferner wirken Alkalimetalle unter iebhaifter Wasserstoff- entwickelung ein C2H5.OH + Na = CHj.ONa + H. Die entstehenden Verbindungen heißen Alkoholate und sind in Alkohol meistens löshch, in Aether dagegen unlöslich. Durch Wasser werden sie rasch in Alkohole und Alkahhydroxyde zerlegt CoHs.ONa + H,0 = C2H5.OH + NaOH. Die Hydroxylgruppe der Alkohole wirkt auf zahlreiche Substanzen unter Wasseraustritt ein, eine Reaktion, die ganz der Salzbildung aus Säuren und Basen in der anorganischen Chemie entspricht und bei der der AUiohol die Rolle der Base übernimmt. So treten die Säuren mit den Alkoholen zu Estern zusammen (vgl. den Artikel ,,Ester") H2SO4 + C2H5OH = SOjH.O.CH, + H2O Schwefelsäure Schwefelsäureäthylester CH3.COOH+C2H50H = Essigsäure CH3.C00C,H, + H3O Essigsäureäthylester. Durch Erhitzen mit konzentrierten Halo- genwasserstoffsäuren entstehen Halogen- alkyle (vgl. den Artikel ,, Kohlenwasser- stoffe") HCl + C2H5OH = C2H5.CI + H,0. Die Bildung der Ester und Halogenalkyle vollzieht sich langsam; meistens ist ein mehr- stündiges Erhitzen erforderhch, während die Salzbildung in der anorganischen Chemie momentan vor sich geht, eine Tatsache, die für die lonentheorie von großer Bedeutung ist. Ester entstehen auch aus den Alko- holen durch Einwirkung von Säurechloriden meistens unter heftiger Reaktion CH3.C0C1 + C2H50H= CH3.COOC2H5 + HCI Acetylchlorid Essigester. Mittels Halogenphosphor lassen sich die Hydroxylgruppen leicht gegen Halogen aus- tauschen. Es bilden sich dabei die den Al- koholen korrespondierenden Halogenalkyle 3C2H5.OH + PCI3 = SCoH.Cl + 'P(0H)3. Werden die Alkohole der Oxydation unter- worfen, so entstehen verschiedene Produkte, je nachdem ein primärer, sekundärer oder tertiärer Alkohol vorhegt. Das Oxydations- mittel greift meistens an dem Kohlenstoff- atom an, das schon eine Hydroxylgruppe trägt. Es bildet sich so aus einem primären Alkohol zunächst ein Aldehyd und aus diesem eine einwertige Carbonsäure von gleicher Kohlenstoffzahl CH3.CH0.CH0OH ^ CH3.CH,.C^ Propvlalkohol Propionaldehvd -> CH3.CH2.COOH Propionsäure Sekundäre Alkohole Hefern Ketone von ebenfalls gleicher Kohlenstoffzahl CH3.CH(ÖH).CH3 -> CH3.CO.CH3 Isopropylalkohol Aceton Unterliegt dieses Keton einer weiteren Oxy- dation, so entstehen Säuren von niederer Kohlen Stoff zahl CH3.CO.CH3 + 2O2 = Aceton ^-^^ ^qqjj + cO, + H,0. Essigsäure Bei tertiären Alkoholen endhch bewirkt das Oxydationsmittel sofort einen Zerfall der Kohlenstoff kette und die entstandenen Pro- dukte enthalten weniger Kohlenstoffatome als der Alkohol. So entsteht aus dem Trimethyl- carbinol, wenn das das Hydro xyl tragende 15* 228 Alkohole Kohlenstoff atom bei der Oxydation angegriffen wird, Aceton, Essigsäure und Kohiendioxyd. Bei den ungesättigten Alkoholen tritt neben diesen Oxydationsvorgängen leicht, wie auch sonst bei den Olefinverbindungen, eine Sprengung der Kohlenstoffkette an der Stelle der Doppelbindung ein. Im allge- meinen liefern verschiedene Oxydations- mittel häufig auch verschiedene Produkte. Chromsäure bewirkt bei hochatomigen Al- koholen meistens eine zu heftige Oxydation, so daß die Kohlenstoffkette fast immer ver- nichtet wird, und nur Produkte von niederer Kohlenstoffzahl, wie Kohlendioxyd, Oxal- säure usw. erhalten werden. Aehnhch wirkt Kaliumpermanganat in alkahscher Lösung. Dagegen erweist sich starke Salpetersäure in vielen Fällen als sehr geeignetes Oxydations- mittel. Der Reduktion sind die Alkohole sehr schwer zugänglich. Am besten wirkt noch der Jodwasserstoff ein. Meistens entstehen dabei aber gleichzeitig noch jodhaltige Sub- stitutionsprodukte. So gewinnt man aus Glycerin durch Behandlung mit Jodwasser- stoff Isopropyljodid CHoOH.CHOH.CHoOH -> CH3.CHJ.CH3 Die freien Halogene wirken auf die Alkohole ziemhch energisch ein, und zwar meistens gleichzeitig substituierend und oxydierend. Die Herstellung von Chloral CCI3.CHO aus Aethylalkohol mittels Einleiten von Chlor ist ein Beispiel hierfür. Wasser entziehend^ Mittel wirken je nach Bedingungen in ver- schiedener Weise auf die Alkohole ein. Durch Wasser abspaltung aus einem Molekül Al- kohol entstehen Olefine, aus zwei Molekülen Aether C2H5.OH — H20 = CH,:CH2 Aethylen 2C2H5.OH — H2O = C2H5.O.C2H5 Acthyläther. Die Olefinbildung vollzieht sich bei primären Alkoholen unter Verwendung von wasser- entziehenden Mitteln wie Chlorzink und Schwefelsäure erst bei hoher Temperatur. Bei den sekundären und tertiären Alkoholen verläuft die Reaktion leichter, bei den ter- tiären oft so leicht, daß die Alkolujle auch ohne Zusatz von wasserentziehenden Stoffen durch eine geringe Temperaturerhöhung allein schon Wasser abspalten. Man erhält so häufig bei der Sjmthese tertiärer Alkohole, z. B. mittels Magnesiumhalogen alkylverbin- dungen statt des gewünschten Alkohols einen ungesättigten Kohlenwasserstoff. Die Aether- bildung findet häufig gleichzeitig mit der Bildung der ungesättigten Kohlenwasser- stoffe statt. Bei einigen Alkoholen wird der Aetherbildungsprozeß aber durch Anwesen- heit von Katalysatoren so begünstigt, daß er ganz in den A^ordergrund tritt. Solche Katalysatoren sind Schwefelsäure, Benzol- sulfosäure u. a. Ihre Wirkungsweise beruht auf der Entstehung von Estern, welche mit überschüssigem Alkohol weiter reagieren und dabei wieder in den freien Katalysator zer- fallen, z. B. I. H2S04+C2H,OH=C2H,.O.S03H+H20. II. C2H5.O.SO3H + C2H5OH = C,H5.0.CoH5 + H,S04. Um die drei Alkoholklassen primäre, sekun- däre und tertiäre Alkohole voneinander zu unterscheiden, kann man sich verschiedener Reaktionen bedienen. Zunächst bietet die Oxydation hierzu einen guten Weg, indem jeweilig verschiedene Produkte entstehen, wie oben gezeigt wurde. Weiterhin eignet sich für diesen Zweck die Erhitzung mit Barium- hydroxyd, die Messung der Esterifizierungs- geschwindigkeit und die Ueberführung in die entsprechenden Nitroverbindungen. Beim Kochen mit Bariumhydroxyd geben die pri- mären und sekundären Alkohole Barium- alküholate, die tertiären nicht. Die Esterif izierungsgeschwindigkeit ist am größten bei den primären Alkoholen, am kleinsten bei den tertiären. Führt man die Esterifizierung so aus, daß man äquivalente Mengen Alkohol und Säure eine Stunde auf 150" bis 155° erhitzt und die unverbrauchte Säure zurück- titriert, so sind von einem primären AUcohol 46 bis 47 % (Metliylalkohol macht auch hier eine Ausnahme), von einem sekundären 17 bis 26 %, von einem tertiären nur 1 bis 2 % umgesetzt. Führt man endlich die Alkohole mit Jodphosphor in Alkyljodide und diese mittels Silbernitrit in die ent- sprechenden Nitroverbindungen über, so kann man mit Hilfe der letztgenannten Verbindungen die drei Alkoholklassen durch Farbenreaktionen unterscheiden. Die pri- mären Nitroverbindungen färben sich näm- lich bei Einwirkung von salpetriger Säure rot, die sekundären blau, die tertiären gar nicht, 2. Spezielle Alkohole. 2A. Alkohole der Fettreihe, a) Grenzalko- hole. 1. Methylalkohol, Methanol, Holz- geist, Carbinol CH3.OH (Boyle 1661), entsteht in reichlicher Menge bei der trocke- nen Destillation des Holzes. Li der Natur findet er sich als Salicylsäuremethylester H0.C„H,.C00CH3 in dem sogenannten Win- tergrünöl, ferner im Neroliöl als Anthranil- säuremethylester, und in einigen anderen Verbindungen. Zur teclmischen Gewinnung des Methyl- alkohols wird Holz oder Rübenmelassen- schlempe in eisernen Retorten auf etwa 500° erhitzt imd das wässerige Destillat (roher „Holzessig") gereinigt. Die Verunreini- gungen bestehen hauptsächlich aus Aceton, Essigsäure und Essigsäuremethylester, und Alkohole 229 man entfernt diese durch Kochen mit Kalk und durch Rektifizieren. Zur völlig'en Reinigung des Alkohols, besonders zur Be- seitigung des Acetons, kann man ihn mit wasserfreiem Chlorcalcium digerieren. Es bildet sich eme kristallinische Verbindung CaCl2-4CH30H, die abfiltriert und dann mit Wasser wieder zersetzt wird. Die Ent- wässerung geschieht durch Pottasche. Sehr remen Methylalkohol erhält man auch durch Verseifung einiger leicht zu reinigenden Säureester, z. B. des schön kristalhsierenden Oxalsäuredimethylesters, oder des hoch sie- denden Bonzoesäuremethylesters. Zur quantitativen Bestimmung des Me- thylalkohols im Holzgeist führt man ihn mittels Jodphosphor in Methyljodid über. Dieses erzeugt beim Einleiten m eine wäs- serig-alkoholische Silbernitratlösung einen Niederschlag von Jodsilber, der gewogen wird. Im allgemeinen kann man alle Körper, die die Gruppe CHsO (Methcxylgruppe) enthalten, durch Jodwasserstoffsäure in Methyljodid verwandchi und so bestimmen (quantitative Bestimmung der Methoxylgruppen nach Z e i s e 1). Aceton wird im Holzgeist durch Ueber- führung in Jodoform mittels Jod in alkalischer Lösung erkannt. Aethylalkohol im Holz- geist verrät sich beim Erwärmen mit kon- zentrierter H2SO4 durch Bildung von Aethy- len, während Methylalkohol hierbei neben Dimethylsulfat (SO4CH3) nur Methyläther CH3.O.CH3 entstehen läßt. Methylalkohol ist eine brennend schmek- kende, angenehm riechende, mit Wasser, Aethylalkohol und Aether in allen Verhält- nissen mischbare Flüssigkeit. Fp. — 94", Sdp. 67° bei 760 mm, sp. Gew. 0,8142 bei 0". Li verdünntem Zustand wirkt der Methyl- alkohol berauschend, in reinem giftig. Seine Verwendung findet er als Brennstoff, als Lösungsmittel, zum Denaturieren des Aethvl- alkohols und zur Bereitung vieler Methyl- verbindungen (zum „Methyheren"), besonders in der Farbstofftechnik. Der Methylalkohol unterscheidet sich von allen anderen Alkoholen dadurch, daß das mit der Hydroxylgruppe verbundene Kohlenstoffatom noch 3 Wasserstoffatome trägt. Lifolgedessen geht die Oxydation nicht nur bis zur entsprechenden einbasischen Fettsäure (der Ameisensäure), sondern bis zur Kohlensäure Xfj "^H ^H ^OH Methyl- Form- Ameisen- Kohlen- alkohol aldehyd säure säure .0 H,0) CfH = (C^ CFOH CfOH ^0 Kohlendioxyd Diese Oxydation findet sehr leicht an der Luft statt bei Gegenwart von Katalysatoren, z. B. Platinmohr, ein Vorgang, der häufig bei Taschenfeuerzeugen benutzt wird. Der Alkohol brennt mit blaßblauer kaum sicht- barer Flamme. Beim Mischen mit Wasser tritt eine Kontraktion der Flüssigkeiten ein. Der Prozentgehalt von Methylalkohol- Wasser-Ge- mischen läßt sich durch Bestimmen des spezi- fischen Gewichts ermitteln. Nachstehende Tabelle gibt den Alkoholgehalt in Gewichts- prozenten an für eine Temperatur von 15,50" bezogen auf Wasser von 4" Gew. Proz. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 95 1 15,56 d 4 0,9991 0,9826 0,9681 0,9536 0,9351 0,9186 0.8980 0,8504 0,8374 0,8240 0,8101 98 0,8016 100 0,7959 Die Dampfspannungen von —20° bis +155" sind von Regnault gemessen. Die kritische Temperatur ist 240,0", der kritische Druck 78,63 Atmosphären. Der Brechungs- exponent no bei 17,4" beträgt 1,3297. Der kubische Ausdehnungskoeffizient zwischen 0" und 61" ist zu 0,0001134 ermittelt worden, die spezifische Wärme zwischen 15" und 20" zu 0,6009, die absolute Wärmeleitungsfähig- keit zwischen 9" und 15" zu 0,000495. Die Siedepunktserhölmng, die 1 g-Mol. einer sich normal verhaltenden Substanz in 100 g Methylalkohol hervorruft, beträgt 8,4". Die Oberflächenspannung bei 20" hat sich zu 23,02 D}iien/cm ergeben (a^nini^ = 5,937). Für die absolute Zähigkeit bei 20" ist der Wert 0,00591 gefunden (spezifische Zähig- keit Z20 = 34,4). Die Verbrennimgswärme ist zu 170,6 Cal, bestimmt. Daraus berechnet sich für die Bildungswärme des gasförmigen Methylalkohols 53,5 Cal. des flüssigen 61,4 Kai. Die Verdampfungswärme beträgt 267,5 Cal. Methylalkohol verbindet sich mit Salzen und Basen nach Art des Ivi'istallwassers: CaCl2.4CH30H; Ba0.2CH30H; MgCIa .6CH3OH u. a. Kalium und Natrium lösen sich im Methylalkohol auf unter Wasserstoff- entwickelung und bilden die Alkoholate CH3.OK resp. CH3.0Na, die durch Wasser leicht zersetzt werden. Beim Erhitzen mit Natronkalk bildet Methylalkohol Natriumformiat unter Ent- bindung von Wasserstoff CH3.OH + NaOH = H.COONa + 2H2. 230 Alkohole Leitet man die Dämpfe des Methylalkohols über erhitzten Zinkstaub, so zerfallen sie glatt in Kohlenoxyd und Wasserstoff. CH3.0H = C0+ 2H,. A e t h y 1 a 1 k 0 h 0 1 , Methylcar binol, Aethar nol, Weingeist, Spiritus oder Alkohol schlecht- hin CH3.CH2.OH. Der Aethj'lalkohol kommt in der Natur nur selten vor. In den un- reifen Früchten von Heracleum gigan- t e u m und Heracleum s p 0 n d y 1 i u m findet er sich zusammen mit Buttersäure- methylester. Er tritt ferner auf im Harn der Diabetiker und im Harn des gesunden Menschen nach reichlichem Alkoholgenuß. Auch überall da, wo organische Stoffe in der Natur sich durch Gärung zersetzen, läßt sich Aethylalkohol nachweisen. Der Alkohol läßt sich nach allen oben an- geführten allgemeinen Bildungsweisen dar- stellen. Aus den Elementen läßt er sich er- halten, indem man Acetylen, das durch direkte Veremigung von Kohlenstoff in Wasserstoff vermittels elektrischer Entladung gewonnen wird, durch Keduktion in Aethylen ver- wandelt, und letzteres mit rauchender Schwefelsäure und dann mit kochendem Wasser behandelt CH CH, CH^OSO^H CHaOH CH CH2 CH3 CH3 Im großen wird der Alkohol nur durch Gärung zuckerhaltiger Flüssigkeiten darge- stellt. Man versteht unter ,, geistiger" oder „Alkoholgärung" den Zerfall des Zuckers in Alkohol und Kohlensäure CgHiaOß = 2C2H5OH+ 2 CO, unter dem Einfluß eines geformten Fer- mentes, des Hefepilzes (Saccharomyces cerevisiae seu vini). Die Gärung erfor- dert gewisse Bedingungen: die wässerige Zuckerlösung muß einige zur Ernährung des Hefepilzes notwendigen Bestandteile (anorga- nische, namenthch phosphorsaure Salze und Eiweißverbindungen) enthalten und die Tem- peratur darf nicht unter +3° und nicht über 30° betragen. Steigt der Alkoholgehalt über 14 %, so kann der Pilz nicht mehr weiter wachsen und die Gärung kommt zum Still- stand. Durch Erhitzen auf 60" oder durch Zusatz von Desinfizierungsmittehi (Sublimat, Sahcylsäure u. a.) wird der Hefepilz getötet und die Gärung kann auf diese Weise ganz unterdrückt werden. Außer dem Aethylalkohol entstehen bei der Gärung in geringerer Menge noch einige Nebenprodukte: höhere Homologe des Aethyl- alkohols, Aldehyd, Aether, Glycerin und Fett- säuren. Die Nebenprodukte, welche einen höheren Siedepunkt als der Aethj^lalkohol besitzen und demnach bei der Destillation den Nachlauf bilden, faßt man unter dem Namen ,, Fuselöle" zusammen. Li ihnen 1 ist neben n-Propylalkohol, Isopropylalkohol und Isobutylalkohol namentlich sogenannter ,, Gärungsam ylalkohol" enthalten. Die Neben- produkte entstehen meist erst gegen Ende der Gärung. Ihre Menge und ihre Zusammen- setzunghängt von der Natur des verarbeiteten Rohmaterials ab. lieber die Bedeutung, welche die Hefe für den Gärungsprozeß hat, sind verschiedene Ansichten ausgesprochen worden, Pasteur (1857) gelangte durch seine Versuche zur Ueberzeugung, daß die Gärung nur unter dem Einfluß lebender Hefezellen statt- finde, der Gärungsprozeß also ein Produkt ihrer Lebenstätigkeit sei. L i e b i g dagegen schrieb den Hefezellen nur eine sekundäre Bedeutung zu. 1897 zeigte dann E. B u c h - n e r , daß die aus getöteten Hefezellen aus- gepreßte Flüssigkeit, der Preßsaft, eine Zucker- lösung ebenfalls in Gärung zu versetzen vermag. Der Preßsaft enthält eine Eiweiß- substanz, die Z y m a s e , welche zu den Enzymen (ungefohnten Fermenten) gehört. Ihre Wirkungsweise ist vielleicht, wie bei vielen anderen Enzymen, eine katalytische. Die für die Gärung erforderhche Zucker- lösung wird in der Technik aus zuckerhal- tigen Pflanzensäften (von Trauben, Aepfehi, Johannisbeeren, Zuckerrüben usw.) oder durch Hydrolyse von Stärke gewonnen. Als stärke- mehlhaltige MateriaHen werden Getreide- samen und namentlich Kartoffehi verwendet. Die Stärke geht durch Aufnahme von Wasser in Malzzucker (Maltose) und weiterhin in Traubenzucker und Dextrin über. Die Hydrolyse kann durch warme verdünnte Schwefelsäure bewerkstelligt werden. In der Praxis wendet man aber für diese Re- aktion wieder ein Enzym an, und 'zwar die D i a s t a s e , welche sich im Malz (der kei- menden Gerste) findet. Die Operation, welche Maischen genannt wird, wird bei 57° bis 66° ausgefürht und erfordert nur kurze Zeit* Die verzuckerte Stärke (die „Maische") wird dann auf die Gärungstem- peratur gebracht und auf Zusatz von Hefe vergoren, worauf dann aus der vergorenen Maische durch Destillation der Rohspiritus gewonnen und durch wiederholte fraktionierte Destillation gereinigt wird (Näheres über die Gärungserscheinungen siehe in Artikel ,, Gärung"). Auch der beste Alkohol des Handels ist nicht ganz wasserfrei, sondern enthält noch 0,5 — 5% Wasser, Um vollständig wasser- freien (absoluten) Alkohol herzustellen, kocht man ilm mit viel gebranntem Kalk (in groben Stücken) und destilliert dann ab, wobei man Sorge trägt, daß der übergehende Alko- hol, der sehr hygroskopisch ist, nicht Wasser aus der Luft absorbiert. Als Entwässerungs- mittel lassen sich auch geglühte Pottasche, entwässertes Kupfersulfat, kleine Mengen Alkohole 231 metallischen Natriums oder wasserfreies Ba- riumoxyd verwenden. Bei letzterem Mittel kann man den Punkt, wo die vollständige Entwässerung ehigetreten ist, an der Gelb- färbung des Alkohols erkennen, da sich das Bariumhydroxyd erst in ganz absolutem Alkohol 'mit gelber Farbe (Bildung von Bariumalkoholat Ba(OC.2H5)2) löst. Den Nachweis von Wasser im Alkohol kann man demnach mit der eben genanntenBariumalkoholatreaktion ausführen (absoluter Alkohol muß Ätzbaryt mit gelber Farbe lösen). Reiner AUcohol verändert ferner entwässertes weißes Kupfersulfat nicht, wäh- rend der wasserhaltige dasselbe blau färbt. Auch wird eine Lösung von flüssigem Paraffin in Chloroform oder Benzol beim Vermischen mit Alkohol nur dann getrübt, wenn letzterer Wasser enthält. Weiterhin wirkt nur wässe- riger Alkohol auf Calciumcarbid unter Ac3tylenentwickelung, absoluter nicht. Gießt man endlich wasserfreien Alkohol auf ein Gemisch von Antrachinon und Natriumamal- gam, so entsteht eine dunkelgrüne Lösung; ist aber ein wenig Wasser zugegen, so färbt sich die Flüssigkeit rot. Physikalische Eigenschaften. Der Alkohol ist eine leicht beweghche, wasser- helle Flüssigkeit von angenehmem Geruch und brennendem Geschmack. Er ist leicht ent- zündlich und brennt mit blaßblauer, nicht leuchtender Flamme. Der Siedepunkt hegt bei 78,3° (7G0 mm) und das spezifische Ge- wicht beträgt bei 20« 0,789. Beim Abkühlen mit flüssiger Luft erstarrt er zu einer weißen Masse, die bei — 112" wieder schmilzt. Der Alkohol ist hygroskopisch und mischt sich mit Wasser in jedem Verhältnis. Hierbei tritt geringe Wärmeentwickelung und Kontrak- tion auf, deren Maximum sich ergibt, wenn auf 1 Mol. Alkohol etwa 3 Mol. Wasser kom- men (52 Vol. Alkohol und 48 Vol. Wasser geben bei 20" nur 96,3 Vol. statt 100). Der Wassergehalt des Alkohols wird im Handel meistens durch Bestimmung des spezifischen Gewichtes ermittelt. Man bedient sich hierzu sogenannter ,, Alkoholometer", d. s. Aräo- meter, auf deren Skala sich gleich die Pro- zente für eine bestimmte Temperatur (15" C) befinden und die meist noch mit einem Ther- mometer verbunden sind. Man rechnet ent- weder nach Volumprozenten (Graden nach T r a 1 1 e s) oder nach Gewichtsprozenten (Graden nach Richte r). Nachstehende Tabelle (nach Berechnung der Kaiserlichen Normal-Eichungs-Kommis- sion) gibt die Dichten wässeriger Alkohol- lösungen bei 15" (bezw. 15,56) bezogen auf Wasser von 15" (bezw. 15,56") an. Ferner kann man zur Erkennung des Wassergehaltes von Alkohol den Siedepunkt oder den Dampfdruck bestimmen. Die erste Bestimmung wird im ,,Ebullioskop" ausge- Tabelle.i) d ? für 15 15 Gew.- prozente :^für ,I5,5(i •^40,56 Vohim- prozcnte 1 o,99 8i2 2 99630 '6 99 454 4 99284 5 99 120 6 98963 7 98812 8 98 667 H 98528 10 98393 11 98 262 12 98 135 18 98 010 14 97888 15 97768 16 97648 IV 97528 18 97408 ly 97287 20 97164 21 97040 22 96913 28 96783 24 96650 25 96513 26 96373 27 96228 28 96 080 29 95927 8U 95770 81 95 608 82 95 443 88 95273 84 95099 85 94920 86 94738 87 94552 88 94 363 89 94 169 40 93 973 41 93 773 42 93570 48 93365 44 93 157 45 92947 46 92734 47 92519 48 92303 49 92 085 5(J 91 865 0,99847 99 699 99 555 99415 99279 99 147 99019 98895 98774 98657 98543 98432 98324 98 218 98 114 98 OII 97909 97 808 97 708 97 608 97507 97406 97304 97 201 97097 96991 96 883 96 772 96658 96541 96 421 96 298 96 172 96043 95 910 95 773 95632 95487 95338 95 185 95029 94868 94704 94563 94 364 94 188 94 008 93824 93636 93 445 ^Kl für jd-;- für Gew.- j Volum- prozente I Prozente 51 0,91 644 52 91 421 58 91 197 54 90972 bb 90746 56 90519 57 90 292 5S 90063 59 89834 60 89 604 61 89373 62 89 141 68 88909 64 88676 65 88443 66 88 208 67 87974 68 87738 69 87502 70 87265 71 87028 72 86789 78 86550 74 86310 75 86 070 76 85828 77 85 586 78 85342 7'9 85098 80 84852 81 84606 82 84358 88 84 108 84 83857 85 83604 86 83349 87 83 091 88 82832 89 82 569 90 82 304 91 82 036 92 81763 98 81 488 94 81 207 95 80 923 96 80 634 97 80389 98 80 040 99 79 735 lOU 79425 0,93 150 93 052 92 850 92 646 92439 92 229 92 015 91 979 91 580 91 358 91 134 90 907 90 678 90447 90 214 89978 89740 89499 89256 89 010 88 762 88 511 88257 88000 78740 87477 87 211 86943 86670 86395 86 116 85833 85547 85256 84 961 84660 84355 84 044 83726 83 400 83065 82 721 82365 81 997 81 616 81 217 80800 80 359 79 891 79 391 fülirt und beruht darauf, daß der Siedepunkt von Alkohol-Wasser-Gemischen niedriger liegt als der des Wassers. Bei der zweiten Methode wird mittels eines „Vaporimeters" die Danipf- tension gemessen. Der Dampfch-uck des Alkohols ist größer als dei des Wassers. Je 1) Siehe auch Windisch, Tafeln zur Er- mittehmg des Alkoholgehaltes von Alkoholwasser- gemischen aus dem spezifischem Gewicht. Berlin 1898 232 Alkohole alkoholreicher also die Flüssigkeit, desto höher der Dampfdruck. Weiterhin bietet die Messung der Oberflächenspannung ein Mittel zur Erkennung der „Stärke" des Alkohols, das allerdings nur bei geringem Alkoholgehalt gute Resultate ergibt. Durch Alkohol wird die Oberflächenspannung des "Wassers stark erniedrigt und man bestimmt diese Erniedri- gung mit einem „Stalagmometer", einem Apparat, durch welchen die Tropfenzahl eines konstanten Flüssigkeitsvolums gezählt wird (T raub e). Der Alkohol ist ein ausgezeichnetes Lö- sungsmittel für viele organische und anorga- nische Stoffe. Auch Gase lösen sich in ihm leicht. Die Tension des Alkohols von — 20 bis +155° ist von Regnault gemessen. Die kritische Temperatur beträgt 243,1°, der kritische Druck 62,96 Atmosphären. Der Brechungsexjjonent ud bei 17,5" ist zu 1,36946 ermittelt. Der laibische Ausdehnungs- koeffizient zwischen 0» und 30° ist 0,001101, die spezifische Wärme bei 20° 0,908, das abso- lute Wärmeleitungsvermögen zwischen 9" und 15" 0,000423. Die Siedepunktserhöhung, die 1 g-Mol. emer sich normal verhaltenden Sub- stanz in 100 g Alkohol als Lösungsmittel her- vorruft, beträgt 11,5°. Für die absolute Zähig- keit bei 20° ist 0,00192 gefunden (spezifische Zähigkeit Zg,, = 119,5). Die Oljerflächen- spannung bei 20°ergibt sich zu 22,03 D}iien/cm (a^mm- = 5,890). Die Verbrennungswärme ist zu 325,7 Cal. bestimmt worden. Daraus berechnet sich für die Bildungswärme des gasförmigen Aethylalkohols 59,8 Cal., des flüssigen 69,9 Cal. Die Verdampfungs- wärme beträgt 205 Cal. Der Alkohol wirkt berauschend, in konzentriertem Zustand ist er ein scharfes Gift. Das chemische Verhalten des Aethylalkohols ist im allgemeinen Teil schon besprochen. Es mögen noch einige spezielle Reaktionen erwähnt werden. Bei der Oxyda- tion geht der Alkohol normalerweise in Acetaldehyd und Essigsäure über CH3.CH2OH -> CHa-C^ -> CH3.COOH Oxydiert man aber mit Salpetersäure unter geeigneten Bedingungen, so wird außer der CHoOH-Gruppe auch die CHs-Gruppe in Mitleidenschaft gezogen und es entstehen Gly- oxal, Glycolsäure, Glvoxalsäure und Oxalsäure CHO CH,-OH COOH COOK I <- I CHO CHa Glyoxal -> \ -> \ CH2OH CHO ^1 1 .. , Glvoxal- Glycolsaure ^^^^^^ COOH ^ I COOH Oxalsäure. Behandelt man den Alkohol mit über- schüssiger Salpetersäure bei Gegenwart von Quecksilber, so wird Ivnallquecksilber er- halten (Queck-silberfulminat, das Queck- silbersalz der Knallsäure CNOH). Chlor und Brom wirken oxydierend und gleichzeitig substituierend ein und es bildet sich Chloral CCI3 . CHO oder Bromal CBrg.CHO. Jod bei Gegenwart von Alkah erzeugt Jodoform CHJ3. Der Alkoholdampf ist bei höherer Temperatur zienüich beständig. Leitet man ihn über glühenden Zinkstaub, so zerfällt er in Wasserstoff, Kohlenoxyd und Methan C0H5OH = H, + CO + CH, Zum Nachweis des Aethylalkohols bedient man sich meistens der Jodoformreaktion von Lieben. Durch Erwärmen mit ein wenig verdünnter Kalilauge und etwas Jod entsteht ein gelber Niederschlag von charakteristischem Geruch (Jodoform). Doch zeigen einige andere Körper diese Reaktion auch (Aceton, Isopropylalkohol, Aldehyd). Man kann den Nachweis auch so führen, daß man zur zu prüfenden Flüssigkeit unter gelindem Er- wärmen etwas Benzoylchlorid und Kalilauge oder auch Chromsäure hinzugibt. Im erst n Falle entsteht Benzoesäureester, im zweiten Acetaldehyd, beides Substanzen von charak- teristischem Geruch. Alkoholate. Natriumalkoholat Na.OCoHg ist ein weißes Pulver, das in Alkohol löslich, in Aether und Benzol unlöslich ist und von Wasser in NaOH und Alkohol zersetzt wird. Man stellt es dar durch Auf- lösen von metallischem Natrium in Alkohol, Abdestillieren der Flüssigkeit und Erhitzen des Rückstandes im Wasserstoffstrom auf 200°. Es läßt sich auch erhalten, wenn man zu einer mit berechneten Mengen Natrium versetzten Aetherlösung Alkohol hinzufügt. Natrium äthylat ist eines der wichtigsten und meist angewendeten Kondensationsmittel bei organischen Sjmthesen, da es leicht Wasser und Alkohol abspaltet. An der Luft wnrd das Alkoholat bald braun durch Oxydation. Von anderen Alkoholaten sei noch das Calcium-, Barium- und Ahiminiumalkoholat erwähnt. Letzteres ist im Vacuum unzersetzt flüchtig. Propylalkohole C3H7.OH. Es exis- tieren zwei Propylalkohole und ihre Konsti- tution ergibt sich aus ihrem Verhalten bei der Oxydation. Bei dem ehien Alkohol entsteht Propionaldehyd CH3.CH0.CHO oder Pro- pionsäure CH3.CH2.COOH, bei dem anderen Aceton CH3.CO.CH3. Demnach ist der erste ein primärer Alkohol: Normalpropylalkohol CH3.CH2.CH2.OH, der zweite ein sekun- därer: Isopropylalkohol ^^^> CH— OH. Der normale Propylalkohol ist ein Neben- produkt der Alkoholgärung und wkd aus Alkohole 233 dem Fuselöl durch fraktionierte Destillation gewonnen. Er ist eine dem Aethvlalkohol sehr ähnliche Flüssigkeit Sdp 97,4", d^» 0,8044. Man kann ihn in den isomeren Isopropyl- alkohol überführen, indem man iJin durch Schwefelsäure in Propylen verwandelt, an dieses Jodwasserstoff addiert, und aus dem Reaktionsprodukt (Isopropvljodid) durch Kochen mit Wasser den Alkohol herstellt CH3.CH2.CH2OH -> CH3 . CH=CH^ -> Proiivlen CH3.CHJ.CH3 -> CH3.CHÖH.CH3. Isopropyljodid Isopropylalkohol Der Isopropylalkohol (Dime- thylcarbinol) kommt im Fuselöl nicht vor. Er läßt sich darstellen durch Reduktion von Aceton, ferner vermittels der Grignard- schen Reaktion aus Acetaldehvd und Methyl- magnesiumjodid. Am leichtesten wird er erhalten aus Glycerin, welches man durch Jodphosphor zunächst in Isopropvljodid und dann durch Kochen mit Bleiglätte und Wasser in den Alkohol überfülu-t. Sehr be- merkenswert ist ferner die Entstehung des Isopropylalkohols neben dem primären Alko- hol bei Behandlung des n-Propvlamins mit salpetriger Säure. Der Siedepunkt des Iso- propylalkohols liegt bei 82,7«, seine Dichte bei 200 beträgt 0,7887. Butylalkohole C4Hi,0. Die vier theoretisch möghchen Butylalkohole sind alle bekannt. Es existieren zwei primäre, ein sekundärer und ein tertiärer Alkohol. 1. Normalbutylalkohol (n-Pro- pylcarbinol) CH3.CH2.CH2.CH2OH, Sdp. 0,8099, kann gewonnen wer- Reduktion von Butwaldehyd, Aethylenoxyd CH,— CH2 und \ / 0 Aethybnagnesiumbromid. Li reichlicher Menge (6—8%) whd der Alkohol auch bei der Gärung von Glycerinlösungen durch Schizomyceten erhalten. 2. Sekundärer B u t y 1 a 1 k 0 h 0 1 (Methyläthylcarbinol)CH3.CH2.CH(OH).CH3, Sdp. 99", d^o 0,8270 whd hauptsächhch dargestellt durch Reduktion des Aethyl- methylketons C2H5.CO.CH3 durch Natrium und Wasser. Er entsteht auch bei der Be- handlung des Erythrits mit Jodwasserstoff und Verseifen des gebildeten Produkts CH3.CHJ.CH2.CH3. Der Alkohol enthält em asymmetrisches Kohlenstoffatom (mit * bezeichnet) und gibt bei Behandlung mit Schwefelsäure Butylen CH3.CH = CH . CH3. 3. I s 0 b u t y 1 a 1 k 0 h 0 1 (Isopropyl- carbinol) ^^^> CH . CH2OH, Sdp. 108,4", däo 0,8020, ist der wichtigste Butvlalkohol. Er findet sich in erhebhcher Menge im 116,8", d^ö den durch ferner aus Fuselöl (besonders in dem des Kartoffel- spiritus) und wird daraus gewonnen. Durch Oxydation entsteht aus ihm Isobuttersäure (3jj^>CH.C00H, woraus sich seine Kon- 1 stitution ergibt. Er hat einen unangenehmen Geruch und geht bei der Behandlung mit Schwefelsäure in Iso butylen über ci:>™-cH,. 4. Tertiärer B u t y 1 a 1 k 0 h 0 1 (Trimethylcarbinol) (€113)3. CÖH, Fn. + 25", Sdp. 83", d^o 0,7788, ist der erste Re- präsentant der von K 0 1 b e vorausgesagten j tertiären Alkohole. Man gewinnt "Ihn aus Aceton und Methylmagnesiumjodid. Er läßt sich auch aus dem Isobutylalkohol über das ! Isobutylen durch Wasseranlagerung oder durch Addition von HJ und darauf folgende Verseifung gewinnen. Der Alkohol "zeigt anomales ^^erhalten bei der Oxvdation, indem er Isobuttersänre bildet. Dies"^ist wohl so zu erklären, daß der Alkohol Wasser abspaltet und in Isobutylen ^^3>CH=CH2 übergeht, dieses durch Wasseranlagerung sich in Isobutylallvohol verwandelt, welcher dann zur Säure oxydiert wird. Amylalkohole C5H12O. Theore- tisch sind acht Amylalkohole möglich, welche auch alle bekannt sind, nämlich vier primäre, drei sekundäre und ein tertiärer Alkohol. 1. Kormaler Amylalkohol CH3.CH2.CH. .CH2.CH2OH, Siedepunkt 137,8", d^o 0,817" 2.Isobutylcarbinol[ig3>cH.CH2.CH20H Sdp. 131,5", d^o 0,810 ' ist der Haupt- bestandteil des „G ä r u n g s a m y 1 - a_l k 0 h 0 1 s". Letzterer stellt ein Gemisch dieses Alkohols mit dem isomeren optisch aktiven Sekundärbutylcarbinol ^■^'•ch;>CH.CH20H dar und findet sich im Fuselöl. Bei der alkohohschen Gärung ist es der Alkohol, der sich neben dem Aethylalkohol in größter Menge bildet. Der Gärungsamylalkohol, auch Amylalkohol schlechthin bezeiclmet (der Name stammt vom griechischen Wort ä^ivXov Stärke), ist eine bei 129 bis 131" siedende, stark hcht- brechende, ölige Flüssigkeit. Er wirkt stärker berauschend als Aethylalkohol, erzeugt Kopf- schmerzen und starken Hustenreiz, Die Ebene des polarisierten Lichtes wird nach hnks gedreht. Der Amylalkohol wird als Lösungsmittel benutzt für Fette und Harze (Lacke). Als Ester findet er Verwendung für die Herstellung billiger Parfümeriewareu. Reiner Essigsäureamylester wird in der Photometrie als Brennmaterial für die H e f - ner-Alteneck sehen Lampen benutzt zur Erzeugung der Lichteinheit (Normal- kerze). 234 Alkohole Die Trennung der beiden im Gärungs- amylallvohol enthaltenen Alkohole gelingt nur schwierig und ist erst in letzter Zeit vollstän- dig geglückt (Marckwald 1902). 3. Sekundäres Butylcarbinol, aktiver 1-Amylalkohol CHa-CH^^ CH.CH2OH, Sdp 128,7», d^o 'o,816, Drehungs vermögen [a] 'f^ — 5,90", ist der optisch aktive Be- standteil des ,, Gärungsamylalkohols". Durch Erhitzen (mit Natriumhydroxyd) auf 200° erfolgt Razemisierung. " Die entstandene inaktive Modifikation wird durch Spaltpilze wieder in aktiven Alkohol — jetzt aber rechts drehenden — übergeführt. S}m- thetisch gewinnt man den inaktiven Alko- hol aus sekundärem Butylmagnesiumbromid und Trioxymethylen. 4. Tertiärbutylcarbinol (CH3)3.C.CH.0H, Fp + 49«, Sdp 112», entsteht durch Re- duktion von Trimethylessigsäure (0113)3 C.COOH (oder deren Chlorid) mit Natrium- amalgam. 5. Diäthylcarbinol ^^^-CH^^ (^jj _ qjj^ Sdp 116°, wird gewonnen aus Aethylmagne- siumjodid und Ameisensäureester H.C00C,H5+ 2 Mg = H.C^ .OMgJ -CA +Mg ^C,Hr H /OMgJ .CHC2H5 ^C,H.. + HOH = OH /C2H5 /OC2H3 + Mg<^ 6. Methylnorm alpropvlcarbinol CH3.CH2 .CH2.*CH(OH).CH3, Sdp 118,5° und 7. Methylisopropylcarbinol (CH;)xil>^*HOH, Sdp 112,5° werden durch Reduktion der zugehörigen Ketone (des Methylpropylketons oder des Methyhsopropylketons) gewonnen. Der erste Alkohol kann durch eine Aussaat von Penicillium gl au cum optisch aktiv gemacht werden, indem der Pilz die rechts- drehende Modifikation zerstört und die links- drehende übrig bleibt (L e Bei 1879). 8. Tertiärer Amylalkohol, Dimethyläthyl- carbinol CHav CHa^C.OH, Fp— 12°, Sdp +102,5°, CH3.CH/ ist eine Kampfer ähnlich riechende Flüssigkeit. Zur Darstellung geht man vom Gärungsamyl- alkohol aus, der durch Wasser abspaltung (mittels Chlorzink) Amylen C5H10 bildet. Letzteres besteht hauptsächhch aus Tri- CTT methyläthylen ph^>C = CH.CH3, welches durch Schüttehi mit mäßig verdünnter Schwefelsäure wieder Wasser addiert und so Dimethyläthylcarbinol liefert. Der Al- kohol wird als Schlafmittel verwendet unter der Bezeichnung ,,Amylenum hydratum", „Amylenhydrat" — ein Name, der sich auf die Darstellung aus Amylen bezieht. Bei den nun folgenden höheren Homo- logen der einwertigen Alkohole wird die An- zahl der theoretisch möglichen Isomeren immer größer. So lassen sich 17 isomere Hexylalkohole CeHi.O, 38 Heptylalkohole CjHigO voraussehen. Diese Alkohole smd aber nicht mehr alle bekannt. Je länger die Kohlenstoflkette, desto geringer wird die Anzahl der bekannten Allcohole; so sind bis jetzt nur 14 Hexylalkohole, 13 Heptyl- alkohole dargestellt. Indessen haben die höheren Alkohole nur wenig wissenschaft- liche, noch weniger ])raktische Bedeutung. Es sollen deshalb im folgenden auch nur die wichtigeren genannt werden. Meistens han- delt es sich um normale Alkohole, die im Pflanzen- oder Tierreich vorkommen. Hexylalkohole CßHis-OH. Nor- maler Hexvlalkohol ( Hexanol 1 ) CH3.CH,.CH.;.CH.,.CH,.CHoOH, Sdp 157° findet sich im ätherischen Oel des Samens von H e r a c 1 e u m g i g a n t e u m als Ester. Pinakolinalkohol(CH3)3.C.CH(OH).CH3 (2,2-Dimethylbutanol 3) Fp + 4°, Sdp 120° aus dem Piiiakolin (CH3)3.C.CO.CH3 durch Reduktion mit Natriumamalgam erhältlich. Normaler Heptvlalkohol C,Hi5.0H (Heptanol 1), Sdp 175°, läßt sich durch Re- duktion von Oenanthol CeHis.CHO darstel- len. Letzteres ist der normale Aldehyd der Heptanreihe und wird aus Ricinusöl durch Destillation gewonnen. Normaler Octylalkohol C2HnOH.(Oc- tanol 1) kommt als Ester im Oel von Hera- cl e u m s p 0 n d y 1 i u m , H e r a c 1 e u m g i - ganten m und P a s t i n a c a s a t i v a vor, und kann daraus durch Verseifung gewonnen werden. Bei der Oxydation entsteht normale Caprylsäure. Normaler N 0 n y 1 a 1 k 0 h 0 1 (Nona- nol 1) CgHi^OH, Fp —5°, Sdp 213° d« 0,842 ist als Ester in den Schalen süßer Pomeranzen enthalten. Normaler Decylalkohol (Decanol 1) CioHoiOH, Fp +7°, Sdp 231°, d„ 0,839. Normaler Undecylalkohol (Un- decanol 1) C^HosOH, Fp 19°, Sdp (15 mm) 131°. Normaler Dodecylalkohol (Dodecanol 1) Ci2H25(OH), Fp24», Sdp (15 mm) 143°. Normaler Tridecvlalkohol (Tri- decanol) Ci3H2t(0H), Fp 30,5°, Sdp (15 mm) 156°. Normaler T e t r a d e c y 1 a 1 k 0 h 0 1 Alkohole 235 (Tetradecanol 1) Ci^H^OH), Fp 38°, Sdp (15 mm) 167«. Normaler P e n t a d e c y 1 a 1 k o li o 1 (Pentadecanol 1) dsHsilOH), Fp 46«. Normaler Hexadecylalkohol Cetyl- alkohol, Fp 49,5", Aethal (Hexadecanori) Ci6H33(OH), weiße kristallinische Masse, findet sich im Wallrat als Palmitinsäure- ester CjjHai.COO.CieHaa. Durch Verseifen mit alkoholischer Kalilauge wird er daraus gewonnen (C h e v r e u 1 1818). Durch Oxydation geht er in Palmitinsäure C15H31 .CÖOH über. Von den höheren Alkoholen sind nur noch 2 bemerkenswert, die sich beide in den Wachsarten finden : C e r y 1 a 1 k 0 h 0 1 , Cerotin, C26H53OH, Fp 79", bildet teils frei, teils als Cerotin- säureester C25H51.COO.C26H53 den Haupt- bestandteil des chinesischen Wachses und läßt sich durch Verseifung desselben darstellen. In der Kalischmelze geht der Alkohol unter Wasserstoffentwickelung inCerotinsäure über C25H51.CH2OH + KOH = C05H51 . COOK + 2H2 M e 1 i s s y 1 a 1 k 0 h 0 1, Myricylalkohol C30H31OH, Fp 85«, d,5 0,807, ist im" Bienen- wachs als Palmitinsäureester enthalten. Be- sitzt wahrscheinlich normale Struktur in Analogie zu anderen in der Natur vorkom- menden hochmolekularen Verbindungen der Fettreihe, welche fast alle normale Konstitu- tion haben. b) Ungesättigte Alkohole, a) A 1 k 0 h 0 1 e mit A e t h y 1 e n b i n d u n g. Diese Alkohole zeigen außer den gewöhn- lichen Reaktionen der OH- Gruppe noch die der Doppelbindungen. V i n y 1 a 1 k 0 h 0 1 (Aethenol) CH2-CH.OH ist in reiner Form noch nicht isoliert worden. Er befindet sich aber stets in kleiner Menge im gewöhnlichen Aethyläther und kann daraus durch Schütteln mit einer al- kalischen Quecksilberoxychloridlösung (Mi- schung von Quecksilberchlorid und Kalium- bicarbonatlösung) in Form eines weißen Niederschlags von der Zusammensetzung HgaClaOsCaHa abgeschieden werden (Ber. 22. 2863). Bei dem Versuch aus dieser Queck- silberverbindung den freien Alkohol zu iso- lieren, trat immer der isomere Acetaldehyd CH3— C^" auf. \h Auch bei ähnlich konstituierten Verbin- dungen findet eine solche Atomverschiebung statt, so daß man allgemein sagen kann: die Rx /H Atomgruppe yC = C<' hat das Be- streben, in die Gruppierung y C — C^ sich umzulagern (Erlenmeyer sehe Regel). Von dieser Regel gibt es jedoch Aus- nahmen (z. B. Oxymethylenketone). Der Vinylalkohol entsteht im Aether wahrscheinlich gleichzeitig mit Wasserstoff- superoxyd unter dem Einfluß der atmosphä- rischen Luft, Ist der Alkohol selber noch nicht bekannt, so leiten sich doch eine Reihe wohlcharakterisierter Derivate von ihm ab: die Vinylhalogenide, Divin yläther CHa^CH . 0 . CH=CH,, Divinylsulfid u. a. Das wichtsigte Derivat, welches die Vinyl- Gruppe enthält, ist das Neurin CHgv /CH2=CH2, CH3^N( CH^^ ^OH eine Base, welche bei der Fäulnis des Flei- sches und anderen fermentativen Spal- tungen von Eiweißarten entsteht, und sich auch im Blut und im normalen Harn findet. A 1 1 y 1 a 1 k 0 h 0 1 (Propenol 3) CH2=CH.CH20H ist der wichtigste ungesättigte Alkohol. Er findet sich in Form von schwefelhaltigen Derivaten im Ivnoblauchöl und im Senföl, in kleiner Menge auch im Holzgeist. Man kann ihn darstellen durch Kochen des AUyl- jodids CH2 = CH . CH2J (aus Glycerin er- hältlich), mit Wasser und auch durch Re- duktion des einfachsten ungesättigten Aldehyds, des Acroleins /H ^0 Die gewöhnliche Darstellungsweise besteht im Erhitzen von Glycerin mit Oxalsäure, Bei dieser Reaktion (die auch in etwas modifi- zierter Form zur Darstellung von Ameisen- säure verwendet wird), entsteht zunächst Glycerinmonooxalsäureester, der beim Erhit- zen auf etwa 130" Kohlendioxyd verhört und in Glycerinmonoameisensäureester übergeht. CH2.OH CH2.00C.:C00:H I COOH I CH . OH + I -> CH . OH I COÖH I CH2.OH CH2.OH Glycerin Oxalsäure CH2.OOC.H -> CH . OH CH2OH Letzterer gibt bei höherem Erhitzen (über 200") Kohlendioxyd und Wasser ab und es destilliert jetzt der Amylalkohol über CH2.;0ÖC:.;Hi CHg = CH + CO2 + H2O CHoOH AUylalkohol CH . OH CH2.OH Glycerin ameisen- säureester 236 Alkohole Der AUylalkoliol ist eine farblose, beweg- liche Flüssigkeit von stechendem Geruch. Fp —50°, Sdp 96, 6», d^» 0,8540. Er brennt mit leuchtender Flamme und ist mit Wasser in jedem Verhältnis mischbar. Aus den wäs- serigen Lösungen kann man ilm wieder ab- scheiden durch Zufügen von Pottasche. Die Oxydation des AUylalkohols kann in zwei Kichtungen verlaufen. Entweder re- aoiert die CHsOH-Gruppe oder die Doppel- bindung. So entsteht bei der Oxydation mit Silberoxyd Acrolein oder Acrylsäure: CH,= CH.COOH, beim Behandehi mit Kaliumpermanganat (unter gleichzeitiger Wasser addition) Glycerin. Halogene wirken teils oxydierend, teils addierend. So hefert Chlor Acrolein und auch das Dichlorhydrin des Glycerins: CH2CI . CHCl . CH^OH. Die Reduktion führt zu n-Propylalkohol. Quecksilbersalze werden addiert und bilden schwer lösliche Niederschläge. ^-Allylalkohol CH^ = C(0H).CH3 ist ebenso wie der Vinylalkohol nicht bestän- dig. Statt seiner bildet sich stets das isomere Aceton CH3.CO.CH3. Doch scheint ein Natriumsalz (Natrium /J-AUylalkoholat) exis- tenzfähig zu sein. Es bildet sich als Haupt- bestandteil bei der Einwirkung von Natrium auf Aceton in trockenem Aetlier. Die höheren Homologen der Olefinalko- liole sind mannigfach durch Sjiithese mit Magnesiumalkylhaloiden oder durch Reduk- tion der entsprechenden Aldehyde erhalten worden. Besonders wichtig sind die Alkohole mit ein oder zwei Doppelbindungen, welche eine Kette von 10 Kohlenstoffatomen ent- halten. Sie gehören zu der großen Klasse der olefinischen Terpenkörper und w^erden bei den Terpenen abgehandelt (vgl. den Artikel „ T e r p e n e "). Zu ihnen gehört das Citronellol ^^■^^ C . CHo . CH2.CH2CH.CHo.CH2(OH), CH,^ CH, ferner das Rhodinol, Geraniol CH3\c=CH.CHo.C=CH.CH2(OH),; sowie CH3 Nerol, Linalool u. a. Von den noch höheren Homologen seien noch erwähnt: Oleinalkohol (Octadecen-9-ol 1) Ci.Hs^O, CH3.(CH2)v.CH=CH(CH2)7.CH20H aus Oel- säureester durch Reduktion gewonnen. Zähe Flüssigkeit. Sdp 200", bei 13mm Druck, d»0,862. PhytolCaoH.oO (vielleicht auch CigHssO), als Ester im Chlorophyll enthalten, W i 1 1 - s t ä 1 1 e r (Aimalen 354, 205, 1907) isoherte aus dem Blattgrün eine wachsähnliche Masse, das Phäophytin, welches bei der Verseifung mit alkohoHschem Alkali neben komplizierten sauren (stickstoffhaltigen) Bestandteilen den genannten Alkohol lieferte, und zwar in ziemlich gleicher Ausbeute aus dem Chloro- phyll der verschiedensten Pflanzen. Das Phytol ist ein farbloses dickes Oel, das bei sehr stark vermindertem Druck unzersetzt destilliert, Sdp 145" bei 0,03 mm Druck, d" 0,864. Der Alkohol zersetzt sich beim Erhitzen unter Abspaltung von Wasser und bildet einen ungesättigten Kohlenwasserstoff P h y t a d i e n. Die Doppelbindung des Alkohols verrät sich durch glatte Addition von Brom. Das Natriumsalz des Phytols ist in Aether leicht löslich. ß) Alkohole mit A c e t y 1 e n b i n - düng. P r 0 p a r g y 1 a 1 k 0 h 0 1 (Pro- pinol3) CH=C.CHoOH ist von Henry aus Glycerin hergestellt. Letzteres liefert über das Tribrompropan CHaBr . CHBr. CHjBr den Bromallylalkohol, welcher durch Kali- lauge infolge Bromwasserstoffabspaltung in den Propargylalkohol übergeht CHo-CBr— CHoOH = CHeeeC— CH,OH + HBr" Bromallylalkohol Propargylalkohol Der Propargylalkohol ist eine farblose, be- wegliche Flüssigkeit, von angenehmem Ge- ruch, Fp — 17o,^Sdp 1140 bis 115", d^\ 0,963. Er ist mit Wasser mischbar und gibt wie das Acetylen explosive Metallverbindungen (CUC3H3Ö gelb aus ammoniakaUscher Kupfer- chlorürlösung, AgCsHaO weiß aus ebensolcher Silbernitratlösung). Halogene und Halogen- wasserstoff werden von dem Alkohol leicht addiert. c) Zweiwertige Alkohole; G 1 y c 0 1 e. Zweiwertige Alkohole, welche beide Hydroxylgruppen an einem Kohlen- stoffatom tragen (1,1-Glycole), sind nicht existenzfähig. Sie spalten Wasser ab und gehen in Aldehyde (vgl. den Artikel ,, A 1 - d e h y d e ") über CH3.CH <^| = CH3.CHO + H2O. Dagegen sind äthcr- oder esterartige Derivate dieser Alkohole ganz beständig. Sie entstehen durch Addition von Alkoholen oder Säure- anhydriden an Aldehyde. Die Alkylderivate dieser Art nennt man ,, A c e t a 1 e " (vgl. den Artikel ,, A e t h e r "). Stehen die beiden Hydro xyl- Gruppen an verschiedenen Kohlenstoffatomen, erhält man die eigenthchen Glycole. Je nachdem die Hydroxylgruppen an benachbarten Koh- lenstoffatomen oder entfernter stehen, unter- scheidet man 1,2- oder 1,3-, 1,4- , 1,5-Glycole oder auch a-, ß-, 7-, 6-Glycole. Nach den Genfer Nomenklaturvorschlägen werden die Namen der zweiwertigen Alkohole durch Anhängung der Silbe -diol an den Namen des Kohlenwasserstoffs gebildet, in dem die Stellung der Hydroxylgruppen durch Zahlen angegeben wird, z. B. CH2OH.CH2.CH2OH 1,3-Propandiol. Die Bildungsweisen der Glycole sind im Alkohole 237 allgemeinen dieselben wie die der einfachen Alkohole (s.o ), nur muß man natürlich darauf achten, daß der Ausgangskörper zwei hydroxylliefernde Gruppen enthält. So ent- stehen Glycole durch Verseifung von Di- halogenalkylen, durch Behandehi von Di- aminen mit salpetriger Säure, durch Re- duktion von Oxyaldehyden, Oxyketonen, Dialdehyden, Diketonen, Oxysäuren, oder Dicarbonsäuren und deren Derivaten. Ma- gnesiumhalogenalkyle ergeben mit Diketonen, Ketonsäureestern und Dicarbonsäureestern Glycole, z. B. CH3 CH3.CO CH3— C— OH J +2CH3MgJ _> I CH3.CO CH3— C— OH / CH3 Eine besondere Bildungsweise für die zweiwertigen Alkohole ist die Addition von Wasser an die Olefine bei Gegenwart von Oxydationsmittehi (Kaliumpermanganat in alkalischer Lösung, Wasser stoffsuperoxj^d) CH2 CH,OH II + H2O + 0 - I CH2 CH2OH Ferner entstehen Glycole bei der Reduk- tion von einfachen Aldehyden oder Ketonen. Aldehyde geben mit alkohohschem Kali be- handelt unter gleichzeitiger Bildung von Säure zweifach sekundäre Glvcole 3C3H7.CHO + KOH = C3H7.COOK + C3H7 . CH(OH) C3H7 . CH(OH) Aus Ketonen erhält man durch Reduktion mit Natrium zweifach tertiäre Glvcole OHÖH 2gH3>co+H, cipc-cc-oh CH3>c_0H Pinakon CHO 1 CH3 Acet-Aldehyd CH3— CO ► CH3. I CHo-^C my Pinakolin Die Umlagerung eines zweifach tertiären Glycols (Pinakons) in ein Keton (Pinakolin) vollzieht sich außerordentlich leicht und wird Pinakolin-Umlagerung genannt. Durch" Oxydation entstehen aus den Glycolen mannigfache Produkte, Je nachdem nur eine oder beide Hydroxylgruppen angegriffen werden. Aus Äethylenglycol können z. B. folgende Substanzen entstehen CH,-OH CHO COOH CH2-OH Glycol CHO CH2OH CHoOH Glycolaldehyd Glycolsäure COOH COOH CHO CHO COOH Glyoxal Glyoxylsäure Oxalsäure. Halogenwasserstoffsäuren lassen aus den Glycolen die sogenannten ,,Halogenhydrine" hervorgehen CH,OH CHoCI I " + HCl = I " + H,0 CH2OH CHoOH Glycol Chlorhydrin Äethylenglycol, auch Glycol schlechthin, 1,2-Aethandiol CH,(OH) . CH2 (OH), wird erhalten durch Kochen von Aethylenbromid CHjBr . CHoBr mit KaUum- carbonatlösung oder besser durch Umsetzung des Aethylenbromids mit trockenem Kalium- acetatzu Glycoldiacetat, welches dann durch Verseifen mit Kali in Glycol übergeführt wird CH-aBr KOOC.CH3 I + CH,Br KOOC.CH3 CH2.OOC.CH3 CH,.OOC.CH, CH,OH + 2K0H — >► OH2OH Das Glycol ist eine farblose Flüssigkeit, Fp. —11,50, Sdp. 197,50, t|o 1 125, welche in Wasser und Alkohol leicht, in Aether jedoch wenig löslich ist. Beim Erhitzen mit Chlor- zink oder mit Wasser über 200° verwandelt es sich in Acetaldehyd (s. 0.). Die bei der Oxy- dation mit Salpetersäure entstehenden Pro- dukte sind oben angefülu-t. Auch beim Er- hitzen des Glycols mit festem Kali auf etwa 250" wird unter Wasserstoffentwickelung reichhch Oxalsäure gebildet. Erhitzen mit Salzsäure auf 160« liefert Chlorhydrin CHoCl.CHaOH, 238 Alkohole bei noch höherer Temperatur entsteht Aethylenchlorid CH2CI. CH2C], Konzentrierte Schwefelsäure gibt mit Glycol G 1 y c 0 1 - s chwe f e 1 s äu r e CH2(OH).CH2Ö.S03H. Das Salpetersäureester des Glycols CHo(ON02).CH2(ON02), Glj'coldinitrat, wird hergestellt durch Be- handeln mit Salpetersäure - Schwefelsäure- Gemisch und ist eine gelbe explosive Flüssig- keit, welche Aehnhchkeit 2nit Nitroglycerin hat. Vom Glycol leiten sich verschiedene Reihen Aether ab, je nachdem nur eine • Hydroxylgruppe in Reaktion getreten ist (z. B. CHoOH.CHoOCHa, oder alle beide, CH2OCH3.CH2OCH3, oder ein Ringschluß stattgefunden hat CH2, CHo-^O-CHs cn/ CH2— 0— CH2. Die letzteren Aether, welche auch „i n n e r e" Aether oder Alkylenoxyde genannt werden, zeichnen sich durch merkwürdiges Verhalten und große Reaktionsfähigkeit aus (vgl. den Artikel „Aether "). 1,2- P r 0 p y 1 e n g 1 y c 0 1 CH3.CH(0H).CH,0H bildet sich bei der Destillation von Glycerin mit Aetznatron. Sdp 188", do 1,015, "in Aether w^enig löshch. Durch Oxydation mittels Platinschwarz geht dieses Glycol in Milchsäure CH3.CH(0H).C00H über. 1.2 - B u t v 1 e n g y 1 c 0 1 CH3.CH2.CH(ÖH).CH,ÖH, Sdp 192°, do 1,019. 2.3 - B u t y 1 e n g 1 y c 0 1 CH3.CH(0H).CH(0H).CH3, Sdp 184». Isobutylenglycol qh' > C(0H) . CHaCOH), Sdp 177«, d» 1,013. 2,3-Amylenglycol CH3 . CHo . CH(OH) . CH(OH) . CH3, Sdp 187,5«, d" 0,9945. P i n a k 0 n , Tetramethyläthylenglycol ^h'>C(OH) . C(OH<[J^^ Fp 38°, Sdp 171« bis 172«, kristallisiert aus Wasser in quadratischen Tafehi {TrivaS Tafel), w^elche 6 Mol Ivi-istallwasser enthalten und bei 42« schmelzen. Durch Erwärmen mit verdünnter Salzsäure oder Schwofelsäure geht das Pina- kon unter Wasser abspaltung und Umlagerung in Pinakolin über (s. 0.) CH3. .CH3 >C(OH) . C(OH)/ CH/ \CH3 .CH, CH3.CO ./ ^CH3 Trimethylenglycol, 1,3-Pro- pylenglycol CH2(OH).CH2.CH2(OH) bildet sich durch Verseifung von Trimethylen- bromid CH2Br . CH, . CH2Br, ferner in be- deutender Menge bei der Schizomyceten- gärung des Glycerin. Sdp 216«, d» 1,065. Bei Erhitzen mit wasserentziehenden Mitteln entsteht unter Umlagerung gleichzeitig Pro- pionaldehyd CH3.CH2.CHO und Aceton CH3.CO.CH3. 1,3 - B u t y 1 e n g 1 V c 0 1 CH3.CH(0H).CH2.CH;(0H), Sdp 207« bis 208", d« 1,026. T e t r a m e t h V 1 e n g 1 y c 0 1 , 1,4- Butylenglvcol CHo(ÖH) . CH2 . CH2 . CHaCOH), Sdp' 202« "bis 203», d 1,011. 1,4- Pentvlenglycol CH3.CH(OH).CH2.CH2.CH(OH), Sdp 220«, d« 1,000. 2,5 - H e X y 1 e n g 1 v c 0 1 CH,.CH(OH) . CH2.CH,.CH(OH).CH3, Sdp 217», d« 0,964, entsteht durch Reduk- tion von Aceton ylaceton CH3.CO.CH2.CH2.CO.CH3. P e n t a m e t h y 1 e n g 1 y c 0 1 , 1,5 Pen- tylenglycolCH2(OH).CH,.CH,.CH,.CH2(OH), Sdp 239«, dl» 0,994. 1,5-H exylenglycol CH3.CH(OH):CH,.CH2.CHo(OH), Sdp 235«, d« 0,981. He X a m e t h y 1 e n g 1 y c 0 1 CHo(OH) . CH, . CH2 . CH2 . CH2 . CH,(OH), Fp 42«, Sdp 250». H e p t a m e t h y 1 e n g 1 y c 0 1 CH2(OH).(CH2)5.CH2(OH), bisher nur als Diäthyläther bekannt, welcher bei 225» siedet. Octomothylenglycol CH2(OH).(CH,)6.CH20H, Fp 60«, Sdp 10 162». E n n e a m e t h y 1 e n g 1 y c 0 1 CH2(OH).(CH2)7.CH,OH, Fp 45», Sdp^s 177«. D e k a m e t h y 1 e n g 1 y c 0 1 CH,OH(CH2)8.CH20H, Fp 70«, Sdp^ 179«. Höhere Homologen der Glycole finden sich in Wachsarten vor. Carnaubaw^achs ent- hält ein Glycol CH20H(CH2)23CH20H, wel- ches bei 103,5» schmilzt. Im Coccerin (Coche- nille) findet sich ein Glycol C3oH6o(OH)2, Fp 101» bis 104», welcher C 0 e c e r y 1 - a 1 k 0 h 0 1 genannt wird. H a 1 0 g e n h y d r i n e. Vom Glycol und den anderen mehrwertigen Alkoholen leiten sich durch Ersatz eines Hydro xyls durch Halogen die ,,H a 1 0 g e n h y d r i n e" ab CH2ÖH . CH2 . Hai. Sie entstehen 1. durch Erhitzen der Glycole mit Salz- säure oder Bromwasserstoffsäure, 2. durch Addition von unterchloriger Säure an un- gesättigte Kohlenwasserstoffe : CH2=CH, + ClOH = CH2CI.CH2OH. 3. Durch Addition von Halogen an unge- sättigte Alkohole CH, = CH.CH,('OH) + J2 = CH,J.CHJ.H,OH. 4. Durch Addition von Halogenwasserstoff an die Alkylenoxyde. CH^^ CH2CI I >0 + HCl = I CH2^ CH2OH 5. Aus Halogenketonen undHalogencarbon- säureestern mittels Magnesiumalkylhaloiden Alkohole 239 CH3.CO.CH2CI ■Mg< CH, J CH. = CH3— C— CH2CI O.MgJ _>. (CH3)2.C(0H)— CH2CI. Die Halogonhydrine sind selir reaktions- fähige Snbstanzen. Durch Oxydation ent- stehen aus ihnen Halogenfettsäuren CH.,.OH COOH I " -> I CHXl CH2.CI Chlorhydrin Monochloressigsäure. Bei der Reduktion wird das Halogen durch Wasserstoff ersetzt und es entstehen Alkohole von niederer Wertigkeit, aus den Halogen- hydrinen der Glycole z. B. die primären Grenzalkohole. Alkahen führen die Halogen- hydrine in Alkylenoxyde über CH,C1 ' GR.. \ ' + KOH - i >0 + KCl. CH.OH CH/ Mit Cyankalium reagieren sie unter Bil- dung der Nitrile von Oxvsäuren: CH9OH .CHoCl + KCN = CH2OH.CH2.CN + KCl. Aehnhch treten die Halogenhydrine mit Salzen organischer Säuren zu basischen Gly- colestern zusammen CH.,OH.CHoCl + KOOC.CH3 = CH,0H.CH..00C.CH3+ KCl G 1 V c 0 1 c h 1 0 r h y d r i n , Aethvlen chlor- hydrin', Chloräthylalkohol CHoOH.CH„Cl, farblose , in Wasser löshche Flüssigkeit, Sdp 128°, d« 1,223. Glvcolbrom hydrin CHoOH.CH,Br, Sdp loO", d« 1,66. G 1 y c 0 1 j 0 d h y d r i n CH^OH . CHo J wird hergestellt durch Erwärmen des Chlor- hydrins mit Jodkalium, farbloses Oel, Sdp^e 78", di9 2,165, welches durch Bleihydroxyd beim Erwärmen in Acetaldehyd übergeführt wird. T r i m e t h V 1 e n g 1 y c 0 1 c h 1 0 r h V - drin CHoCl.CHa.CHlaOH, Sdp 160«. 1,2 - P r 0 p V 1 e n g 1 V c 0 1 c h 1 0 r h y - drin CH,C1.CH(0H).CH3, Sdp 127°. I s 0 b u t y 1 e n g 1 y c 0 1 c h 1 0 r h y d r i n /CH3 CH2C1.C(0H)\ , Sdp 129«. d) Dreiwertige Alkohole. Gly- cerine. Glvcerin, Oelsüß, 1,2,3- PropantriolCHoÖH.CHOH.CHoOH, ist der einfachste dreiwertige Alkohol und wurde 1779 von Scheele bei der Verseifung des Ohvenöls durch Bleiglätte entdeckt. Chevreul zeigte in seinen klassischen Untersuchungen über die Fette, daß die- selben esterartige Verbindungen seien, in denen das Glycerin die Rolle des Alkohols spielt (1813). Die Zusammensetzung des Glycerins wurde von P e 1 0 u z e (1836) festgestellt, die Konstitution von Berthe- 1 0 t (1853) und W ü r t z (1855) ermittelt, die erste Synthese von F r i e d e 1 und Silva (1872) ins Werk gesetzt. Das Glycerin findet sich als Ester in den Fetten und fetten Oelon (Laurin, Palmitin, Myristin, Stearin, Olein), Es entsteht in kleiner Menge bei der alkoholischen Gärung des Zuckers, weshalb es in manchen vergorenen Flüssigkeiten (Wein , Bier) regelmäßig enthalten ist. Es bildet sich ferner bei der Oxydation von AUylalkohol mit Permanganat in alkalischer Lösung CH,-CH.CHoÖH + H2O + 0 = "CH0OH.CHOH.CH2OH Li großem Maßstabe wird das Glycerin als Nebenprodukt bei der Kerzen- und Seifenfabrikation erhalten. Im ersten Falle werden Fette (Rindstalg, Hammeltalg, Palmfett) durch Erhitzen mit Kalk oder Schwefelsäure oder überhitztem Wasserdampi allein verseift. Bei der Darstellung der Seifen wird die Spaltung der Fette (Talgarten, Palmfett, Kokosfett, Olivenöl) durch Kochen mit Natron- oder Kahlauge (,, Seifensieden'") bewirkt. In beiden Fällen fällt das Glycerin in Form von wässerigen Lösungen ab, die mannigfache Verunreinigungen enthalten. Die ,,Glycerinwässer" werden durch Ivnochen- kohle filtriert und dann im Vakuum einge- dampft. Zur besonderen Reinigung wird das Glycerin noch mit überhitztem Wasser- dampf destilhert. Das Glycerin ist eine farblose, geruchlose, sirupöse Flüssigkeit von rein süßem Ge- schmack. Es ist stark hygroskopisch und mischt sich mit Wasser und Alkohol in jedem Verhältnis, ist dagegen in Aether und Chloro- form unlöslich. Den Prozentgehalt wässeriger Glycerinlösungen kann man durch Bestim- mung des spezifischen Gewichts ermittehi. Nachstehende Tabelle gibt die Dichten von Glycerin-Wasser-Gemischen bei 15« bezogen auf Wasser von 15« in Gewichtsprozenten an Gew. Proz. diö Glycerin 100 1,2653 90 1,2400 80 1,2130 70 1,1850 60 1,1570 50 1,1290 40 1,1020 30 1,0750 20 1,0490 10 1,0425 5 1,0122 Das Glycerin kristalisiert sehr schwer. Wenn man es längere Zeit auf einer Tempe- ratur von 0« hält, bilden sich glänzende, durchsichtige Kristalle, welche bei 17° 240 Alkohole schmelzen; bei Temperaturen unter C er- starrt es schwerer, und bei starker Abküh- lung erhält man nur gummi- oder glasähn- hche Ma^^sen (Hemmung der Kristall.sations- geschwindigkeit durch tiefe Temperaturen). Das Glycerm siedet unter gewöhnlichem Druck fast unzersetzt bei 290». Sdpso 205°, Sdpi2 170". d^5 1,265. Das Glycerin ist ein gutes Lösungsmittel für viele organische und auch anorganische Substanzen, wie Alkahen, alkalische Erden, Metalloxyde, Salze. Durch Oxydation mittels Salpetersäure oder Quecksilberoxvd und AlkaU wird Glycerin in Glycerinsäure CHoOH.CHOH. COOK und Tartronsäure COOH.CHOH.COOH überge- führt, durch Salpeter und Wismutnitrat in Mesoxalsäure COOH.CO.COOH. Daneben entstehen je nachdenBedingungenGlycolsäure CH2OH.COOH, Glyoxvlsäure CHO.COOH und Oxalsäure COÖH.COOH. Bei Anwen- dung weniger stark wirkender Oxydations- mittel wie verdünnter Salpetersäure, Brom in Sodalösung u. a. entsteht ,,Glycerose", ein Gemisch von Glycerinaldehyd CHO .CHOH.CH2OH und Dioxyaceton CH2OH .CO.CH2OH, in dem letzteres überwiegt. Andere Oxydationsmittel bewirken eine Sprengung der Kohlenstoffkette: Silberoxyd bildet reicliMche Mengen Glycolsäure CH2ÖH .COOH, Bleisuperoxyd spaltet das Glycerin in Ameisensäure und Wasserstoff. Spalt- pilze bewirken leicht eine lebhafte Gärung des Glycerins, welche je nach der Natur des Erregers und den äußeren Bedingungen zu ganz verschiedenen Produkten führen kann. Hefepilze lassen bei 20° bis 30° Propionsäure CHs.CHo.COOHentstehen. Bacillus buty- licus bewirkt Bildung von normalem Butyl- alkohol CHs.CHo.CHo.CHoOH und Tri- methylenglycol CH2OH.CH2.CH2OH. Da- neben entstehen noch als Gärungsprodukte Aethylalkohol, Ameisensäure, Milchsäure, Bernsteinsäure u. a. m. Beim Erhitzen des Glycerins mit Aetznatron erhält man Pro- pylenglycol CH,.CHOH.CHoOH und Milch- säure CH3 . CHOH . COOH in reiclüicher Menge. Wenn man Glycerin für sich allein auf hohe Temperaturen erhitzt oder mit wasser- entziehenden Substanzen, wie Phosphor- pentoxyd, Chlorzink, Borsäure, Schwefel- säure oder Kaliumbisulfat destilliert, ent- steht unter Wasseraustritt Acrolem, ein un- gesättigter Aldehyd, welcher sehr scharf und unangenehm riecht. Diese Reaktion findet auch beim Ueberhitzen der glycerinenthal- tenden Fette und Oele statt, wovon sich der äußerst widerwärtige Geruch beim ,, An- brennen" der Fette her schreibt CHoOH CHO CHOH - CH -f 2H2O Die Halogenwasserstoffsäuren wirken auf das Glycerin bei höherer Temperatur unter Bildung von Halogenhydrinen ein. So ent- steht mittels Chlorwasserstoff a-Monochlor- hydrin CH2CI.CHOH.CH.OH und a-Di- chlorhydrin CH2CI.CHOH.CH2CI. Durch Chlor- oder Bromphosphor werden schheßhch alle drei Hydroxylgruppen des Glycerms durch Halogen ersetzt. Jodphosphor oder Jodwasserstoffsäure wirkt aber anders ein. Wahrscheinlich sind die zuerst entstehenden Jodhydrine nicht beständig und reagieren weiter und so entsteht schheßlich AUyljodid CH2=CH.CH.,J, Isopropvljodid CH,.CHJ .CH3 und Propylen CH2=CH.CH3. — Durch Erhitzen mit Oxalsäure auf 100" entsteht unter Kohlendiox}'dentwickelung aus Glycerin ein Glycerinameisensäureester CH2OH HOOC CH2.OOCH 1 1 I CHOH + HOOC = CHOH + CO, + B.ß I I CH2OH CH2OH welcher durch das Kristallwasser der Oxal- säure wieder zerlegt wird in Ameisensäure und Glycerin (Darstellungsmethode für Ameisensäure). Erhitzt man den Glycerin- ameisensäureester für sich allein auf höhere Temperatur (205" bis 210«), so zerfällt er in Allylalkohol, Kohlendioxyd und Wasser (Dar- stellungsmethode für Allylalkohol) CH2.;0bC:H: CH2 CHOH CHoOH = CH + CO2 + HoO. I CH,OH CH2OH Glycerin CH2 Acrolein Das Glycerin bildet drei Reihen von Estern, je nachdem ein oder zwei, oder alle drei Hydroxylgruppen durch organische oder an- organische Säureradikale ersetzt sind. Der wichtigste Ester ist das Glycerintrinitrat, ge- wöhnlich Nitroglycerin genannt CH2 (0 . NO2) .CH(0NÖ2) .CH2(ON02), welcher durch Zusammenbringen des Glycerins mit einem Gemisch von konzentrierter Salpeter- säure und konzentrierter Schwefelsäure ge- wonnen wird (Näheres über Nitroglycerin s. in den Artikeln „Ester" und ,, Explosion"). Mit Phosphorsäure verbindet sich das Glycerin zuGlycerinphosphorsäureC3H5(OH)20P03H2, welche sich in Verbindung mit Fettsäuren und Cholin als Lecithin CHo.OCOi.Hjs CH.OCO15H 15^^31 CH3CH3CH3 \ I / CH, . OPO(OH) . 0 . CH, . CH2-N— OH in der Gehirnsubstanz, in den Nerven, in den Blutkörperchen und im Eigelb findet. Die Fähigkeit des Glycerins, Metall- oxvde in erhebhcher Menge aufzulösen, be- ruht auf der Bildung von Alkoholaten. Mono- Alkohole 241 iiatriumglycerat CHoOH.CHOH.CHaONa + C2H3 . OH entsteht durch Vereinigung von Glycerin mit Natriunialkoholat. Mit Barium, Strontium, Calcium, Blei, Kupfer bildet das Glycerin ähnliche Glycerate. Das Glycerin findet eine mannigfache Verwendung. Es dient in der Likör- und Limonadent'abrikation als Süßmittel. Seiner öligen Beschaffenheit und gleichzeitigen Be- ständigkeit wegen wird es zum Füllen von Gasuhren, Manometern und als Schmier- mittel für Maschinen verwendet. Buch- druckerwalzen- und Hektographenmasse be- stehen aus einem Gemisch von Glycerin und Leim, dem noch etwas färbende Substanz zugesetzt ist. Auch die Kopiertinten ent- halten Glycerin. Man verwendet das Glycerin als Zusatz zur Verhinderung des Eintrock- nens feuchter Substanzen, wie ModeUierton und Druckfarben. Auch als Schlichte- und Appreturmittel in der Textilindustrie wird es so benutzt. Glycerin wird vielfach zu medi- zinischen Zwecken verwendet, da es die Haut weich und geschmeidig macht, und da Glyce- rinlösungen als Gurgelmittel zur Beseitigung von Heiserkeit mit Erfolg benutzt werden. \'iele Seifen enthalten Glycerin als Zusatz für kosmetische Zwecke, weil es die ätzende Wirkung der Seife herabmindert. Bei weitem der größte Teil des produzierten Glycerins wird aber auf Nitroglycerin verarbeitet, aus dem wieder Dynamit (Mischung von 75% Nitro- glycerin lind 25% Kieseiguhr) und Spreng- gelatine Mischung von 93 % Nitroglycerin und 7 % Nitrocellulose) hergestellt wird. B u t y 1 g 1 V c e r i n , 1, 2, 3-Butantriol, CH3.CHÖH:CH0H.CH,0H, Sdp.^^ 1270 bis 1750. 1, 2. 3-Pentantriol CH3 . CH, . CHOH . CHOH . GH., OH, Sdp.63 192", dy 1,085. 2, 3, 4 - P e n t a n t r i 0 1 CH3 . CHOH . CHOH . CHOH . CH3, Sdp..,, 180», d" 1,135. 1, 4, 5 - H e X a n t r i 0 1 CH3 . CHOH . CHOH . CHo . CH^ . CH.OH, Sdp.io 181«, d" 1,101. H a 1 0 g e n h y d r i n e des Glycerins : a - M 0 n 0 c h 1 0 r h V d r i n CHoOH.CHOH.CHoCl entsteht durch Be- handlung des Glycerins mit Salzsäuregas bei 100», und aus Epiehlorhydrin CH. .CH.'. CH.,C1 \o/ durch Addition von Wasser. Sdp.^g 139». d« 1,338. /? - M 0 n 0 c h 1 0 r h V d r i n CHoOH.CHCl.CH,OH bildet sich in kleiner Menge neben dem a-Monochlorhvdrin. Sdp.jg 146,' d" 1,328. ^ I a - D i c h 1 0 r h V d r i n CH2CI.CHOH.CH2CI, bildet sich aus Glycerin | und überschüssiger Salzsäure beim Erhitzen. ! Sdp. 176 bis 1770, d^s 1,396. Durch Kahlauge Handwörterbucli der Naturwissenschaften. Band I geht die Verbindung in Epichlorhydrin CH2 — CHo — CH.,C1 über, welches den in- \o/ neren Aether des a-Monochlorhvdrins vor- stellt (vgl. den Artikel „A e t h er"). ^ - D i c h 1 0 r ii V d r i n CH.X'l.CHoCl.CHoOH wird erhalten aus AUylalkohol und Chlor. Sdp. 183», d'-' 1,38. a - M 0 n 0 b r 0 m h v d r i n CH2OH . CH2OH . CHoBr*, Sdp. 12 180». a - D i b r 0 m h V d r i n CH2Br.CH0H.CH;Br, Sdp. 219», d'» 2,11. /j - D i b r 0 m h y d r i n CH2Br.CHBr.CH20H, Sdp. 213». e)VierwertigeAlkohole. Ery- t h r i t e. Die vier- und höherwertigen Alkohole sind meistens Naturprodukte oder entstehen durch Reduktion von Zucker- arten. Sie enthalten mehrere asymmetrische Kohlenstoff atome (z. B. CH.OH.CHOH .CHOH.CH2OH), und die Anzahl der Iso- mere nist daher ungeheuer groß. Diese Alko- hole weisen durchweg die Eigenschaft der Zucker auf, insofern sie süß schmecken, gut kristalhsieren, in Wasser sich leicht lösen, in Aether aber unlöslich sind und sich beim Erhitzen meistens zersetzen. Li ihrem che- mischen Verhalten zeigen sich gegenüber den Zuckern aber erhebliche Unterschiede. So werden sie durch Hefepilze nicht ver- goren und F e h 1 i n g sehe Lösung wird von ihnen nicht reduziert. E r y t h r i t , Erythroglucin, Erythro- mannit, Phycit, 1,2,3,4-Butantetrol, CH2OH. CHOH. CHOH. CH2OH existiert entsprechend den Weinsäuren in 4 Modifikationen. 1. i-Erythrit kommt in freier Form in dei Alge Protococcus vulgaris vor, in Form des Erythrins in vielen Flechten und Algen. Erythrin ist Orsellinsäureerythritester imd wird durch Kalkwasser leicht in seine Komponenten gespalten. [C6H,(OH)2CHo.COOjoC4Ho(OH).,+ 2H.0 = .OH 2CH. .^~\ -COOH + 2C,HoO, ^OH Orsellinsäure Ervthrit i-Erythrit bildet große tetragonale Pris- men, schmeckt süß, ist in Wasser leicht, in Alkohol wenig und in Aether gar nicht lös- lich. Fp. 126», Sdp. 330», d» 1,450. Er ist optisch inaktiv und gärt nicht mit Hefe. Durch schwache Oxydationsmittel geht der Erythrit in E r y t h r 0 s e über, eine Ver- bindung, welche wahrscheinhch wie die Glycerose ein Gemisch eines Oxvaldehvdes CH2OH. CHOH. CHOH. CHO und "eines Öxy- ketones CH2OH.CHOH.CO.CH2OH vor- 16 242 Alkohole stellt. Durch stärkere Oxydationsmittel bildet sich Erytliritsäure (Trio xy buttersäure) CH2OH.CHOH.CHOH.COOH und Meso- weinsäure (Antiweinsäure) COOH.CHOH .CHOH.COOH. Trägt man Ervthrit in ein Gemisch von konzentrierter Schwefel- säure und Salpetersäure ein, so erhält man Nitroerythrit C4He(0N02)4, welcher ähn- Uche Eigenschaften wie Nitroglycerin zeigt. Mit Benzaldehyd, Formaldehyd oder Aceton bilden sich bei Gegenwart von Salzsäure leicht acetalähnliche Verbindungen, z. B. CÄOiCCH.CeHs),, welche gut kristalli- sieren und daher zur Isoherung wohl ver- wendet werden können. Durch Erhitzen mit konzentrierter Salzsäure entsteht i-Erytlu-it- dichlorhydrin C4Hp,(OH)2Cl2. d - E r y t h r i t , entsteht durch Reduk- tion von Erythrulose, welches wiederum aus i-Erythrit durch S 0 r b 0 s e b a k t e r i u m erhalten wird. Fp. 88°, [ajo = —4,4". 1 - E r y t h r i t , bildet sich bei der Re- duktion von 1-Threose. [aJD = + 4,3°. [d + 1]- E r y t h r i t ' ist aus der Ver- einigung beider vorigen Verbindungen er- halten; ferner auch aus Divinyl CH2 = CH — CH = CH2. Fp. 72«. Pentaerythrit CH2(ÖH).p/CH2(0H) CH,(OHK^ CHo(OH) entsteht bei der Einwirkung von Kalk auf die wässerige Lösung von Formaldehyd und Acetaldehyd. Fp. 250" bis 255«. f ) F ü n f w e r t i g e A 1 k 0 h 0 1 e. P e n - t i t e. Die fünfwertigen Alkohole sind fast alle durch Reduktion der entsprechenden Zuckerarten (Pentosen) erhalten worden. Ihre Konstitution ergibt sich daher aus der Konstitution dieser Pentosen. Die einfachen Pentite CH^OH . CHOH . CHOH . CHOH . .CHoOH haben zwei asymmetrische Kohlen- stoffatome. Da dieselben noch durch ein Kohlenstoffatom getrennt sind, ergeben sich daraus fünf Modifikationen: zwei optische aktive, eine inaktive spaltbare (d + 1), und zwei inaktive nicht spaltbare, die durch Kompensation zweier im entgegengesetzten Sinne wirkender Molekülkomplexe innerhalb eines Moleküls entstellen. 1 - A r a b i t C5H7(OH)..; entsteht durch Reduktion von 1-Arabinose. schmeckt süß und dreht in wässeriger Lösung auf Zusatz von Borax nach links. Fp. 102«. d-Arabit wird erhalten durch Reduk- tion von d-Arabinose und dreht rechts. [d + 1] - A r a b i t laut sich durch Ver- einigung der beiden vorigen Substanzen her- stellen. Fp. 106«. Xylit C5H,(0H)5 entsteht durch Re- duktion von Xylose (Holzzucker); sirup artige Flüssigkeit, optisch inaktiv. i\. d 0 n i t C5H7(OH)5 kommt in der Natur vor in Adonis versalis und läßt sich auch durch Reduktion von R i b 0 s e erhalten. Fp 102«, optisch inaktiv. Rhamnit CH3.C5Ha(OH), wird her- gestellt aus Rhamnose durch Reduktion. Fp 121«, dreht rechts, [a\B'^° + 10,7«. Raumformeln der Pentite (unter dem Strich ist die dem Alkohol zugehörige Aldo- pentose, Pentonsäure und Trioxyglutarsäure angeführt): 1 2 3 CH,OH CH,OH H.C.OH HO.C.H CH2OH H.C.OH HO.C.H HO.C.H H.C.OH HO.C.H I 1 H.C.OH H.C.OH CH,OH CH,OH CHoOH 1-Arabit d-iVrabit Xvlit 1-Arabinose d-Arabinose u. d- u. 1-Xylose d Lyxose 1-Arabonsäure d-Arabonsäure 1-Xylonsäure 1-Trioxy- d-Lyxonsäure Xylotrioxy- glutarsäure u. d-Trioxy- glutarsäure glutarsäure 4 5 CH2OH H.C.OH H.C.OH H.C.OH CH2OH Adonit (d + 1)- Arabit 1-Ribose 1-Ribonsäure Ribotrioxyglutar- säure g) S e c h s w e r t i g e Alkohole H e X i t e. Die sechswertigen Alkohole stehen in ihren Eigenschaften in nächster Beziehung zu der wichtigsten Gruppe der Zuckerarten, zu den ,,Hexosen" CsHiaOg. Sie unterscheiden sich wesenthch nur darin von ihnen, daß sie Fe hl in g sehe Lösung nicht reduzieren und durch Hefe nicht ver- goren werden. Die Hexite finden sich zum Teil als Naturprodukte, die meisten werden jedoch durch Reduktion der entsprechenden Glucosen gewonnen. Durch schwache Oxy- dationsmittel lassen sie sich wieder in die Zucker überführen. Für ihre Charakteristik wichtig sind ebenso wie bei anderen mehr- wertigen Alkoholen (s. Erythrit) acetalartige gut kristallisierende Verbindungen mit Benzaldehyd, Formaldehyd oder Aceton. Die einfachsten sechswertigen Alkohole ent- Alkohole 243 halten vier asymmetrische Kohlenstoffatome CH,OH . CHOH . CHOH . CHOH . CHOH . CH2OH. Danach sind für sie 14 Modi- 1 fikationen mö^hch: 8 optisch aktive, 4 spalt- bare inaktive' und 2 nicht spaltbare durch; intramolekulare Kompensation entstandene inaktive Hexite. j d - M a n n i t , gewöluilicher Mannit, CH20H.(CHOH)4CH,OH, kommt in vielen' Pflanzen vor, besonders in der Manna-Esche (Fraxinus ornus), deren eingetrockneter Saft „Manna" heißt und 40 bis 60'},', Mannit enthält. Durch Ausziehen mit heißem Wasser oder x\lkohol läßt er sich daraus leicht gewinnen. Der Mannit findet sich auch in manchen Pilzen und Schwämmen, so im Agaricus integer (Speitäubling), ferner in den Blättern cler S\Tinga vulgaris, in den Kirschlorbeerfrüchten, im Sellerie und auch im Brot. Er bildet sich in nicht unbeträcht- lichen Mengen bei der Milchsäure- und nament- hch bei der Schleimsäuregärung des Rohr- zuckers, und bei der Reduktion der d-Man- nose mit Natriumamalgam. Auch der Frucht- zucker (d-Fructose) ergibt bei der Reduktion d-Mannit neben d-Sorbit. Mannit kristallisiert aus "Wasser in dicken rhombischen Prismen, aus Alkohol in feinen seideglänzenden Nadehi, welche in Wasser leicht, in Aether gar nicht löshch sind und süß schmecken. Fp. 166», zersetzt sich bei der Destillation. Die wässerige Lösung lenkt den polarisierten Lichtstrahl fast gar nicht ab. Durch Zusatz von Borax wird sie aber stark rechtsdrehend. Durch schwache Oxy- dationsmittel entsteht aus dem Mannit Fruchtzucker CH.,OH . (CH0H)3 . CO . CH^OH und d-MannoseCH.,OH . (CHOHjg . CHO,durch stärkere Oxydationsmittel d-Mannonsäure (oder deren^ Lakton) CH,OH . (CHOH), .COOH und d-Mannozuckersäure COOH .(CH0H)4.C00H; daneben bildet sich auch unter Sprengung der Kohlenstoffkette Ery- tlu-itsäure, Weinsäure, Oxalsäure u. a. Beim Behandeln mit Chlorwasserstoff oder Brom- wasserstoff entstehen Dichlorhydrin C^Hs- CL(0H)4 und Dibromhydrin C6H8Br2(0H)4. Jodwasserstoff reduziert den Mannit zu 2- und 3-Hexyljodid. Löst man Mannit in einem Gemenge konzentrierter Schwefel- und Sal- petersäure auf, so bildet sich Nitroniannit C6H8(0N02)6, welcher in feinen Nadehi kristallisiert und sehr explosiv ist. 1 - M a n n i t entsteht durch Reduktion von 1-Mannose. Fp.lßS" bis 164«, durch Borax- Zusatz stark linksdrehend. [1 + a] - M a n n i t bildet sich bei der Reduktion von inaktiver Mannose, Fp. 168". Die wässerige Lösung ist auch bei Gegen- wart von Borax inaktiv. Der [d +] 1-Mannit ist identisch mit dem sogenannten a-Akrit. Letzterer ist das Reduktionsprodukt von i künsthcher i-Fruktose. Diese künstliche i-Fruktose wird hergestellt durch Polymeri- sation des Formaldeliyds mittels schwacher ! Alkahen, oder durch Einwirkung von Brom auf Acrolein und Zersetzung des entstandenen Acrolein dibromids mit Baryt- wasscr (vgl. den Artikel „A 1 d e h y d e"). I Mittels dieser S\aithesen ist es gelungen, I [1 + d]-Mannit \ind seine Derivate (1- Mannit, d-Mannit, Mannonsauren, Manno- zuckersäuren) künsthch aufzubauen (Emil Fischer 1887). d - S 0 r b i t CH,0H.(CH0H)4.CH20H findet sich im Saft der Vogelbeeren (Sorbus aucuparia), außerdem im Saft vieler Früchte (Pflaumen, Aepfel, Birnen, Kirschen usw). Er entsteht durch Reduktion von Trauben- zucker (d-Glucose) sowie von Fruchtzucker (d-Fructose) neben d-Mannit. Fp. 104° bis 109", kristallisiert aus Wasser in feinen Nädel- chen, die 1 Mol Kristallwasser enthalten und dann bei 75" schmelzen. Der Sorbit ist in wässeriger Lösung linksdrehend. Durch Reduktion mit Jodwasserstoff wird normales sekundäres Hexvljodid CH3(CH2)3-CHJ.CH3 erhalten. [aJD = — 1,'73°, auf Zusatz von Borax dreht er rechts. 1 - S 0 r b i t entsteht durch Reduktion von 1-Gulose. Fp. 75". D u 1 c i t , Melampwin CHoOH.(CHOH)4.CH2ÖH, findet sich in der Dulcitmanna (Madagaskar) und in vielen Pflanzen. Er entsteht durch Reduktion von d-Galactose und von Milchzucker. Der Dulcit kristalüsiert in großen monokhnen Säulen < welche in Wasser ziemhch schwer, in Alkohol sehr wenig, in Aether gar nicht löslich sind und süß schmecken. Fp. 188", Die wässerige 1 Lösung ist inaktiv, auch auf Zusatz von Borax.' Der Alkohol ist eine nicht spaltbare durch intramolekulare Kompensation ent- 1 standene Modifikation der einfachen Hexite. ' Jodwasserstoff erzeugt 2- und 3-Hexyljodid. Durch Oxydation mit Salpetersäure ent- steht Schleimsäure COOH. (CH0H)4. COOH. d-Talit CH20H.(CH0H)4.CH20H, entsteht durch Reduktion von d-Talose. Fp. 86". [d + 1] - T a 1 i t , durch Oxydation des Dulcits mit Bleisuper oxyd und Salzsäure und nachfolgender Reduktion des Oxydations- produktes erhalten, Fp. 66". d - 1 d i t und 1 - 1 d i t CH.0H.(CH0H),.CH20H, farblose sinip- artige Flüssigkeiten, die durch Reduktion von d- bezw. 1-Idose gewonnen wurden. Rhamnohexit CH3.(CHOH)3.CH20H, ein Hexit der Heptanreihe, entsteht durch Rpduktion von Rhamnohexose CH3.(CHOH)5.CHO. Fp.l73". Die wässerige Lösung ist rechtsdrehend [aJD^" = 4- 14». Raum form ein der Hexite (unter dem Strich ist die zu dem Alkohol gehörige Aldo- 16* 244 Alkohole hexose, Hexonsäure und Zuckersäure an- geführt). 1 2 CH^OH CHoOH 1 H.C.OH I H.C.OH HO.C.H I HO.C.H I CH.OH M a n n i t -Mannose -Mannonsäure -Mannozuckersäure 3 CHoOH I HO.C.H I H.C.OH I HO.C.H I HO.C.H CH2OH -Sorbit HO.C.H HO.C.H 1 H.C.OH I H.C.OH CH,OH d - M a n n i t d-Mannose d-Mannonsäure d-Mannozuckersäure 4 CHoOH I H.C.OH I HO.C.H l H.C.OH I H.C.OH I CHoOH d-Sorbit 8 CHoOH 1 HO.C.H HO.C.H HO.C.H H.C.OH CHoOH d-Talit d-Talose d-Talonsäure d-Talo- 1-Glucose, 1-Gulose 1-Gluconsäure 1-Gulonsäure 1 -Zuckersäure d-Glucose, d-Gulose d-Gluconsüure d-Gulonsäure d-Zuckersäure o CH2OH H.C.OH 6 CHoOH HO.C.H H.C.OH HO.C.H H.C.OH CH2OH 1 - 1 d i t 1-idose 1-Idonsäure 1-Idozucker- säure CH2OH H.C.OH HO.C.H H.C.OH HO.C.H CH2OH d - 1 d i t HO.C.H HO.C.H H.C.OH CH2OH D u 1 c i t d-u.l-(ialac- tose d-u. 1-Galac- tonsäure Schleimsäure Die Fortsetzung der Formeln steht oben auf der nächsten Spalte. Die noch übrigen 4 Modifikationen sind Racemkörper, hervorgegangen aus Vereini- gung entsprechender d- und 1-Modifikationen, also 11. [d + 1]-Mannit, 12. [d + l]-Sorbit, 13. [d + 1]-Idit, 14. [d + 1]-Talit. d-ldose d-Idonsäure d-Idozucker- säure 9 CH2OH H.C— OH H.C— OH H.C— OH HO.C— H CHoOH 1-Talit 1-Talo- schleimsäure schleimsäure 10 CHoOH I HO.C.H I HO.C.H HO.C.H HO.C.H CHoOH ein noch unbekannter inaktiver Hexit h) Sieben- u n d m e h r w e r t i g e Alkohole. Perseit, d-Mannoheptit CHoOH. (CHOH),. CHoOH. findet sich in den Früchten und Blättern von Laurus persea. Künrtlich ist er aus d-Mannose hergestellt worden, indem diese erst durch Anlagerung von Blausäure in Mannose- Cyanhydrin, dann durch Verseifung in Mannosecarbonsäure und schheßlich durch Reduktion über die Mannoheptose in d- Mannoheptit übergeführt wurde- CN CHO (CHOH), I CH2OH Mannose COOH -> (CH0H)5 -3 I CHoOH Mannose-Car bonsäure CHOH _^ I -> (CHOH)^ I CHoOH Mannose-Cvanhvdrin CH2OH I (CH0H)5 I CHoOH Mannoheptit Der Perseit bildet kleine Nädelchen, ist in Wasser leicht, in Alkohol wenig löslich, und dreht in wässeriger Lösung auf Zusatz von Borax stark rechts. Fp 187". Durch Re- duktion mit Jodwasserstoff entsteht Hexa- hydrotoluol CH:..CH<^^2— CH^^qj^^ 1 - M a n n 0 h e p t i t , entsteht durch Reduktion von 1-Mannoheptose. Fp. 187". [d + 1] • M a n n 0 h e ]) t i t , entsteht durch Vereinigung der beiden vorigen Sub- stanzen. Fp.'^203«. V 0 1 e m i t CH20H(CH0H)5CH20H, findet sich im Lactarius volemus (Hutpilz). Fp. 155", rechtsdrehend. a- Glucoheptit Q.B^iOIi),, Fp. 128", inaktiv und a - G a 1 a h e p t i t C^HsCOH),, Fp. 183", Alkohole 245 wurde aus d-Glucose und d-Galactose nach demselben Verfahren wie der Perseit aus der d-Mannose hergestellt (s. o.) Li gleicher Weise wurden aus Heptosen und Octosen er- halten : d - M a n n 0 0 c t i t CH,0H(CH0H)6 CHoOH, Fp. 258". ä - G 1 u c 0 0 c t i t CH20H(CHOH)6 CHoOH, Fp. 141". ä - G 1 u c 0 n 0 n i t CH,OH(CHOH), CH2OH, Fp, 194«. — 2B. Aromatische Alkohole, a) Einkernige einwertige Alko- hole. Die aromatischen Alkohole ent- stehen nacMi denselben allgemeinen Bildungs- weisen, wie die ahphatischen Alkohole. Eine besonders bequeme Darstellungsmethode ist die Einwirkung von x\lkali auf die Aldehyde, welche in der aromatischen Reihe meistens leichter zugänghch sind als die Alkohole 2C6H5.CHO + KOH = CgHj.COOK Benzaldehyd BenzoesauresKaMum + CeHs.CH.^OH Benzylalkohol Auch das chemische Verhalten der aromati- schen Alkohole ist dem der aliphatischen vollkommen analog. Benzylalkohol, Phenylcarbinol, CeHs-CH^OH (isomer mit Kresol und x\nisol) findet sich im Peru- und Tolubalsam und im Storax als Benzoesäure- und Zimmtsäure- benzylester, außerdem in Form anderer Ester, z. T. auch frei noch in manchen äthe- rischen Oelen. Aus den Estern gewinnt man den Alkohol leicht durch Verseifen mit Kali- lauge. Zu seiner' Darstellung benutzt man meistens die Zerlegung des Benzaldehyds in Benzoesäure und Benzylalkohol durch Schütteln mit starker Kahlauge (s. 0.). Der Benzj^lalkohol ist eine farblose, schwach aromatisch riechende Fliissigkeit, die sich in Wasser schwer, in Alkohol und Aether leicht löst. Sdp. 206°, d» 1,0628, d^^ 1,050. Durch Oxydation entsteht aus dem Benzylalkohol Benzoesäure CgHs.COOH, durch Reduktion mit Jodwasserstoff Toluol CgHs-CHa, durch Behandeln mit Salzsäure oder Bromwasserstoffsäure in der Hitze ent- steht Benzvlchlorid CgHj.CHoCl und Ben- zylbromid CßHj.CH.^Br. p-Chlor benzylalkohol C1.C„H4.CH20H kristallisiert aus heißem Wasser in langen Spießen, Fp. 70,5«. p-BrombenzvIalkohol Br.CeH^.CHoOH, Fp. 770. p-Jodbenzvlalkohol J.CeH^.CHoOH, Fp. 72«. o-Nitrobenzylalkohol NOo.CeHj.CHoOH lange Nadehi, Fp. 74«. m-NitrobenzvlalkoholNOo.CeH^.CH.OH, Fp. 27«. p-Nitrobenzylalkohol NO0.C6H4.CH2OH, Fp. 930. Stoff T h i 0 c u m a z 0 n CrH. o-AminobenzyhdkoholNH2.C6H4.CH20H entsteht durch Reduktion von o-Nitrobenzyl- alkohol, Fp. 82", Sdp. 10 166«, Sdp.^so 280" unter geringer Zersetzung. Infolge der Orthostellung der beiden Substituenten am Benzolkern neigt der Alkohol zu Ring- schlüssen. So gibt er mit Schwefelkohlen- /CH,— 0 ^NH- CS usw. p-Aminobenzvlalkohol NHo.CgH^.CHoO, Fp. 95". 0 - T 0 1 y 1 c a 1' b i n 0 1 , Tolubenzylalko- hol CHs.CßH^.CH.OH, Fp. .34", Sdp. 22o«, d^" 1,023. 3 m - T 0 1 y I c a r b i n 0 1 , CH3 . C6H4 . CH2OH, flüssig, Sdp. 217", d" 1,036. p-Tolvlcarbinol, CHs.CßHi.CH.OH, Fp. 59", Sdp. 217«. 2, 4 - D i m e t h y 1 b e n z y 1 a 1 k 0 h 0 1, (CH,)2.C6H3.CH20H, Fp. 22«, Sdp. 232". 2, 5 - D i m e t h y 1 b e n z y 1 a 1 k 0 h 0 1, Mesitylalkohol, (CH3)o.a,H3.CH,0H, flüsüg, Sdp. "220". 2, 4, 5 - T r i m e t h y 1 b e n z y 1 a 1 k 0 h 0 1 , " 2,4,5 ' 1 Cumobenzvlalkohol, (CHsJg.CeHo.CHoOH, Fp. 168«. ■ 3, 4, 5 - T r i m e t h y 1 b e n z y 1 a 1 k 0 - hol, Hemimellibenzylaikohol, (CH3)3.C6H,.CH20H, Fp. 78". 4-Isopropylbenzylalkohol, Cuminalkohol, (CH3).CH.CoH,,.CH20H, flüs- sig, Sdp. 246«, dl" Ö",9775. P e n t a m e t h y 1 b e n z V 1 a 1 k 0 h 0 1 , Melhthalkohol, (1^3)5. Cs.CH^bH, Fp. 160,5«. B e n z y 1 c a r b i n 0 1 , /j - P h e n y 1 - ä t h y 1 a Ik 0 h 0 1 , C«H5.CH,.CH,0H, flüssig, kommt in ätherischem Oel der Rosen- blätter vor und besitzt schwachen aroma- tischen Geruch, Sdp 219", d^^ 1,034. P h e n V 1 m e t h V 1 c a r b i n 0 1 , a- Phenyläthylalkohol, C6H5.CHOH.CH3, ent- steht" durch Reduktion von Acetoplienon C6H5.CO.CH3. Sdp. 203«, d 1,013. H V d r 0 z i m m t a 1 k 0 h 0 1 , Phenyl- propylalkohokCeHä.CH^.CHo.CH.OH, bildet sich bei der Reduktion von St^Ton CgHä-CH = CH.CH.OH. Dickflüssig, Sdp. 235", d^^ 1,008. B e n z y 1 m e t h y 1 c a r b i n 0 1 , Phe- nvMsopropylalkohol, C6H5.CH2.CHOH.CH3, flüssig, Sdp. 215". P h e n y 1 ä t h y 1 c a r b i n 0 1 C6H5.CHOH.CH,.CH3 flüssisf, Sdp. 221". d" 1,016. 246 Alkohole P h e n y 1 d i m e t h V 1 c a r b i n o 1 C«H5.C0H.(CH,)2 flüssig, Sdpio 04°. B e n z V 1 d i m e t li V 1 <• a r b i n o 1 , C6H5.CH2.COH.(CH,)2, Fp;21", Sdp. 225». Z i m m t a 1 k 0 h 0 1 , StjTon, C6H.,;.CH = CH.CH20H, findet sich im ilüssigeii Storax als Zimmtsäureester. Lange Nadehi von hyacinthenähnlichem Geruch, Fp. 33", Sdp. 254 bis 255, dT 1,0440, d^^'" 1,0003, Bre- chungsvermögen n« = 1,57 510, molekulares Brechungsvermögen 72,64 (berechnet 60,8). Das StjTon ist in Wasser ziemlich löshch, sehr leicht in Alkohol und Aether. Schwache Oxydationsmittel (Platinmohr) führen den Zimmtalkohol über in Zimmtaldehyd CgHs .CH=CH.CHO. stärkere Oxydationsmittel lassen Zimmtsäure, Benzaldehyd und Benzoe- säure entstehen. Durch Reduktion mit Jodwasserstoff wird Toluol und Allvlbenzol CßHg.CH.CH^CH, gebildet. b) P h e n 0 1 a 1 k 0 h 0 1 e. Die Phenol- alkohole enthalten eine oder mehrere Hydro- xylgruppen im Benzolkern und haben daher gleichzeitig Phenol- und Alkoholeigenschaften Sie entstehen nach den allgemeinen Bil- dungsweisen. Eine besondere Synthese bietet die iEin Wirkung von Formaldehyd auf Plienole bei Gegenwart aUvahscher Kondensations- mittel (verdünnte Natronlauge). Es bilden sich dabei Phenolalkohole, deren CH2OH- Gruppe in Ortho- oder ParaStellung zur Hy- dro xvlgruppe des Phenols steht OTT CßHs.OH + H.CHO = CßHi/Q^^Qjj 0 - 0 X y b e n z y 1 a 1 k 0 h 0 1 , Sahcyl- alkohol, Saugen in, OH.CeH^.CH^OH, findet sich als Glycosid im S a 1 i c i n , C6H11O5.O.C6H4.CH2OH, welches in den Rinden und Blättern der "Weiden (SaHx helix) enthalten ist. Durch Kochen mit ver- dünnten Säuren oder durch die Einwirkung der Enzyme Emulsin oder Ptyalin wird das Sahein in Traubenzucker und Sali- genin gespalten C6H„05.0.CeH4.CH20H+ H^O = CeH,A + HO.C6H4.CH2OH Synthetisch kann man das Sahgenin erhalten durch längeres Erhitzen von Phenol mit Methvlenchlorid und starker Natronlauge auf 1000 ■ CßH^.OH + CHoCla + 2NaOH = OH.C.H^.CHoOH + 2NaCl + H.O. Neben p-Oxybenzylalkohol entsteht das Sah- genin bei der Einwirkung von Formaldehyd- lösung (etwa 40 %) auf Phenol mittels ver- dünnter Natronlauge bei Zimmertemperatur. Das Sahgenin bildet farblose Kristalle, Fp. 86^ welche bei_ höherer Temperatur subli- mieren, d'^^ 1,1613. Es löst sich in 15 Teilen Wasser von 22", fast in jedem Verhältnis in siedendem. Von Alkohol und Aether wird es leicht gelöst. Die wässerige Lösung wird durch Eisenchlorid tiefblau gefärbt, während die Lösung in konzentrierter Schwefelsäure rot aussieht. Durch Oxyda- tionsmittel geht das Sahgenin in Salicyl- aldehyd OH.C6H4.CHO und Sahcylsäure H0.C,H4.C00H über. Durch längeres Er- hitzen mit Mineralsäuren oder wasserent- ziehenden Mitteln entsteht Saliretin OH. C6H4 .CHo.O.C6H4.CH,OH ein gelbhcher harz- artiger Kör])er, der in Alkohol und Alkalien löslich ist. m - 0 X y b e n z y 1 a 1 k 0 h 0 1 0H.C«H4.CHo0H, entsteht bei der Reduk- tion von m-Oxybenzoesäure. Fp. 67". p - 0 X y b e n z y 1 a 1 k 0 h 0 1 0H.CeH4.CH,0H, feine weiße Nadeln, Fp. 110". A n i s a 1 k 0 h 0 1 CH3.O.C6H4.CH2OH der Methyläther des p-Oxybenz%^lalkohols, bildet sich neben. Anissäure CH3.O.C6H4 .COOH bei der Einwirkung von Kali auf Anisaldehyd CH, . 0C«H4 . CHO. Weiße glänzende Nadeln, Fp. 45", Sdp. 259", d^ß 1,1083. y - H 0 m 0 s a 1 i g e n i n CH3.CeH3(6H)CHoOH, Fp. 105", gibt mit Eisenchlorid tiefblaue Färbung. V a n i ] 1 y 1 a 1 k 0 h 0 1 CH30^_ OH-^ ^-CH,OH entsteht durch Reduktion von Vanillin CH30.C6H3.(OH)CHO. Fp. 115". P i p e r 0 n V 1 a 1 k 0 h 0 1 0' CH '\0-<^_\-CH20H, durch Reduktion von Piperonal CHaO^iCeHs.CHO erhalten, Fp. 61". Coniferylalkohol HO-^~"^-CH=CH.CH.,OH, /~ OCH3 kommt als Glucosid vor im Coniferin CeHiiOj . 0 . C,H3(0CH3) . CaH.OH, welches sich im Cambialsaft der Coniferen und in den Spargelpflanzen findet. Durch ver- dünnte Säuren oder durch Emulsin läßt sich das Coniferin in Glucose und Coniferyl- alkohol spalten. Der Alkohol bildet weiße, geruchlose Kristalle. Fp. 74". Durch Ein- wirkung von Mineralsäuren geht er leicht in einen harzartigen Körper C 0 n i f e r e t i n über. In konzentrierter Schwefelsäure löst er sich mit roter Farbe. Bei der Oxydation Alkohole 247 liefert der Conifervlalkohol Vanillin CHsOfHO .CeHs.CHO, bei der Reduktion Eugenol CH36(HO).CoH3.CH2.CH=CH2. ( " u b e b i n 0 CH, ' ^0-sv ^-CH^CH.CH^OH findet sich in den Cubeben (Cubebenpfeffer). Kleine Nadehi, Fp 125", welche in Wasser kaum löslich und für sich allein geschmacklos sind, aber in alkoholischer Lösung bitter schmecken. Der Alkohol ist optisch aktiv (linksdrehend) und gibt mit Schwefelsäure eine purpurviolette Färbung. Bei der Oxy- dation entsteht Piperonylsäure, S y r i n g e n i n , Methoxj'conif ervlalkohol ' OCH. HO ./~\. OCH, -CH-CH.CH,,OH, findet sich als Glycosid Svringin CgHiiOj.O. C6H,(OCH3)oC3H40H+ H2O in der Rinde von Syringa vulgaris und Ligustrum vulgare L. Durch Spaltung mittels verdünnter Säuren oder durch Emulsin erhält mau aus dem Glycosid Traubenzucker und Syringenin. Hellrosenrote amorphe Masse. c) ]\r e h r k e r n i g e einwertige Alkohole. Benzhvdrol, Diphenvlcarbinol, C6H5.CH(0H).C6H5, entsteht durch Reduk- tion von Benzophenon CeHg.CO.CgHs mit Natriumamalgam oder mit alkohohschem Kali bei 160". Den Essigester des Benz- hydrols (CßHslo.CH.OOC.CHs, der sich leicht wieder verseifen läßt, erhält man durch Um- setzen des Diphenylbrommethans (CgHs), .CHBr mit Natriumacetat. Feine seide- glänzende Nadehi, Fp. 68", Sdp. 298" unter teilweiser Zersetzung, indem sich Wasser und Benzhydroläther (C,H5)2CH . 0 . CH (CfiHäli bildet. Der Alkohol ist in Wasser schwer löshch, leicht löshch dagegen in Alkohol, Aether, Chloroform, Schwefelkohlen- stoff und Eisessig. Bei der Oxydation ent- steht leicht Benzophenon, bei der Reduktion erhält man Benzpin akon C.H=,c(0H)-C(OH)/C.g; D i m e t h y 1 a m i d 0 b e n z h y d r 0 1 (CHaJ.N.CfiH^— CH(OH)— CgHä wird durch Kondensation von Benzaldehyd mit Di- methylanihn mittels konzentrierter Salz- säure erhalten CÄ.C^^^+C6H3.N(CH3),= OH CeHsCx- CeH,.N(CH3)2. ^H Feine Nadeln. Fp.G9" bis 70". Beim Erwärmen mit Dimethylanilin und Chlorzhik liefert es Leukomalaciiitgrün (Tetrametliyldiamido- triphenylmethan) P„.,„/C6H,N(CH3), UHjtM c,H,N(CH3)2 T e t r a m e t h y 1 d i a m i d 0 b e n z h v - d r 0 1 (CH3),N.CA.rHOH.CeH,.N(CH;)2 entsteht durch Reduktion aus dem ent- sprechend substituierten Benzophenon (dem sogenannten Mich 1er sehen Keton). Trikline Prismen, Fp. 96", welche in Alkohol und Aether leicht löshch sind. Ditolylcarbinol CH3.CeH,.CH(0H).C6H4.CH3, Fp. 66", Sdp. etwa 360". Tr i p h e n y 1 c a r b i n 0 1 (C6H-)3. COH, entsteht bei der Oxydation von Triphenyl- methan mit Cliromsäure oder beim Erhitzen der Triphenylhalogenmethane mit Wasser. Sehr bequem erhält man das Carbinol bei der Einwirkung von Benzophenon auf Phenylmagnesiuml)romid in ätherischer Lö- sung CeH,.Mg.Br+ CO(^jj = /CgHs -C(; O.MgBr+ H2O ^CeH,3 /CeH3 /Br c; OH + Mg< \CÄ ^OH Statt des Benzophenons läßt sich auch Benzoesäureäthylester verwenden. Das Triphenylcarbinol bildet farblose Kristalle, Fp. 159", welche unzersetzt ober- halb 360" destillieren, und in Alkohol, Aether und Benzol leicht löslich sind. Bei der Ein- wirkung von Phosphorpentachlorid entsteht Triphenylchlormethan. D i p h e n y 1 - m - T 0 1 y 1 c a r b i n 0 1 (CeH.,)2.COH.C6H4.CH3, Fp. 150". Die substituierten Derivate der Triphenyl- carbinols und seiner Homologen bilden die Substanzen, die der großen Klasse der Triphenvlmethanfarbstoffe zugrunde liegen. Als Substituenten treten hauptsächlich die NH2-, N(CH3)o, NHC«H3 und OH- Gruppe auf. Die Carbinole entstehen durch Oxj^dation der entsprechenden Triphenyl- methanderivate. Wenn sie basische Sub- stituenten enthalten, erhält man sie auch aus den wässerigen Farbstofflösungen durch Zufügen von Alkali. Die Carbinole, welche auch als Leukohydrate der Farbstoffe be- zeichnet werden, sind meist farblose, in Wasser wenig, in organischen Lösungsmittehi meis- tens gut löshche Basen. Durch Zufügen von Säuren entstehen zuerst die farblosen Salze der Carbinole, welche nun aber mehr oder weniger rasch Wasser abspalten und in die Farbstoffe übergehen. Hierbei erfalu-en C«H. CsH^- 248 Alkohole sie noch eine intramolekulare Umlagerung, indem der eine Benzolkern chinoid wird. Als Beispiel sei das Malachitgrün angeführt. Das Leukohj'drat, welches aus der Farbstoff- lösung ausgefällt wird, bildet farblose Würfel, Fp. 132", welche beim Zufügen von Salz- säure wieder in den Farbstoff übergehen CH, CH, >N /CÄ.NlCHg)^ C^OH HCl Malachitgrün-Leukohydrat, Farbbase, Carbinol. Cl CH,, ^C6H4. ]N(CH3).2 CH, Malachitgrün. Ganz analog liegen die Verhältnisse bei den anderen Farbstoffen der Triphenyl- methanreihe. Als Beispiele seien angeführt: Pararosanilin, Parafuchsinleuko- hydrat, 4'-, 4"-, 4'"- Triamidotriphenvl- carbinol CCOHj^CCeH^NH^).,, farblose Kristallblättchen, deren salzsaures Salz das intensiv rote Parafuchsin (NHg . C6H4)2 = C-C6H4=NHoCl, einen Bestandteil des technischen Fuchsins bildet. Kristallviolett base, Hexa- methylpararosanihnC(OH)=[C6H4.N(CH3)2]3. rötlich violette monokline Tafeln, deren salz- saures Salz [(CH3),N.C6H4]-C = C8H4-N (CH3)2C1 das Kristallviolett vorstellt. K 0 s a n i 1 i n , Triamidodiphenyltolyl- 4 ?, carbinol, Fuchsinleukohydrat NHolC H3) . CgHa — C(0H)=(C6H4NH2)2, farblose Nadehi. Das salzsaure tief rote Salz ist das Fuchsin /CÄ.NH^ NH2(CH3).CeH,.C< T r i p h e n V 1 r 0 s a n i 1 i n C«H5.NH. XH,-C(0H)=(CeH4.NH.C6H5)2 farblos, Fp. lOO«. Das salzsaure Salz bildet das Anilin blau (vgl. den Artikel „Farb- stoffe"). P h e n V 1 b e n z V 1 c a r b i n 0 1 . To- luylenhydrat, Stilbeiihydrat, CgHs.CHo.CH (ÖHj.CeHg entsteht durch Reduktion von Benzoin CeHs.CO.CHlOHj.CßHj oder Des- oxybenzoin CeHä.CO.CHo.CeHj. Das Car- l)inol bildet lange, feine Nadehi, Fp. 62", und destilliert unzersetzt. T r i p h e n y 1 V i n y 1 a 1 k 0 h 0 1 >C = C(OH)^CeH,, scheint manchmal auch in einer isomeren Form CrHsn^ >CH-CO.CoH5 c«h/ als Phenvldesoxvbenzoin zu reagieren. Weiße Nadehi, Fp\ 136", Sdp. ,0 270—280". Die Hydroxylgruppe gibt sich durch die Acetylierbarkeiten und Benzoylierbai'keit ! der Verbindung zu erkennen. Dagegen läßt Brom in Schwefelkohlenstofflösung ein Tri- phenylbromäthanon (C6H5)CBr— CO— CgHs entstehen. Bei der Oxvdation wird Phenv'- benzoin (CeHsJXXOH)— CO.CßHs erhalten. 1,3 - D i p h e n V 1 p r 0 j) v 1 a 1 k 0 h 0 1 C6H5.CH2.CHo.CH(ÖH).C,H5: Oelige Flüs- sigkeit Sdp.,0 240". D i b e n z V 1 c a r b i n 0 1 CeH5.CH„.CFi(OH).CH,.C,H5, flüssig, Sdp. 327 ", d 16,5 1^062. a - N a p h t 0 b e n z y 1 a 1 k 0 h 0 1 CjnH^.CHaOH, aus a-Naphtobenzylamin mit salpetriger Säure er li alten. Glänzende Nadeln. Fp. 60", Sdp. 7,0 301". /j - N a p h t 0 b e n z y 1 a 1 k 0 h 0 1 CjoHT-CHaOH, aus /i-Naphtobenzylamin mit salpetriger Säure erhalten. Glänzende Blätt- chen. Fp. 80 ", mit Wasserdämpfen leicht flüchtig. P h e n V 1 n a p h t y 1 c a r b i n 0 1 C6H5.CH(ÖH).Ci,H7 entstellt durch Re- duktion von a-Phenvhiaphtvlketon. Weiße Ivristalle, Fp 86,5 ", "Sdp über 360 ". Trinaphtylcarbinol (CioH,)3.CüH, bräunhches Kristallpulver, Fp. 278 ". Fast unlöslich in Alkohol, leicht löslich da- gegen in Benzol, Chloroform und Schwefel- kohlenstoff. F 1 u 0 r e n a 1 k 0 h 0 1 /^\ CH(OH) entsteht bei der Reduktion des Diphenylen- C6H4 ketons (Fluorenons) | ^CO, und beim Er- CeHj hitzen der Diphenylenglycolsäure CeH4. /OH I ^C^ C6H4/ "^COOH mit Natronlauge auf 160", wobei Kohlendioxyd abgespalten wird. Feine weiße Nadeln, B'p. 156", welche sich beim Uebergießen mit konzentrierter Schwefelsäure blau färben. Durch Oxydationsmittel geht der Alkohol sehr leicht in Fluorenon über. R e t e n f 1 u 0 r e n alkohol l-Methyl-4 Isoprophyl-Diphenylenketon Alkohole 249 CHq — C — CH-i /'"X^/'A CH(OH) wird bei der Reduktion des Retenketons C6H4 CHg C3H/ CrH / CO gewonnen. Lange, seideglänzende Nadeln, Fp. 1330—1340. C h r y s 0 f 1 u 0 r e n a 1 k 0 h 0 1 , Naph- tofluorenol CHOH wird erhalten durch Reduktion des Clu-yso- ketons Ci,HioO. Glänzende Nadeln, Fp. I660 bis 167 0. P i e e n f 1 u 0 r e n al k 0 h 0 1 , Dinaphto- fluorenol "\ CH(OH) bildet sich bei der Reduktion des Picylen- ketons (Dinaphtylenketons) C21H12O. Weiße, schimmernde Blättchen, Fp. 230«. d) Mehrw^ertige Alkohole. 0 - X y 1 i 1 e n a 1 k 0 h 0 1 , Phtalylalkohol C6H4(CH20H)2 entsteht aus o-Xyhlenbro- mid C6H4.(CH2Br)2 durch Kochen mit Soda- lösung. Auch durch Reduktion von Phtalyl- chlorid C,;H4(C0Cl2)2 init Natriumamalgam ist es erhalten worden. Farblose Tafeln, Fp 62 0. Durch Oxydation gelit der Alkohol in Phtalsäure CgH^^COOK), über. m-Xvlilenalkohol Q^B.,{m.ßB.)^, farblose Kristalle, Fp 460-47o. d^^ 1^35, p-Xylilenalkohol CeH4(CH20H)2, farblose Nadehi. Fp. 1120— 113". Bei der Oxydation entsteht Terephtalsäure CeH4(C00H)2. P s e u d 0 c u m e n y 1 a 1 k 0 h 0 1 CH3.C6H3(CH20H)2, Fp. 77,5o. Mesitylenglycol CHg-CeHslCHaOH),, dickes Oel, Sdp. .^ 190 \ 1,3,5 M e s i c e r i n C6H3(CH20H)3, dickes Oel, in Aether unlöshch. Styrolenalkohol, Phenylglycol CeHs.CHOH.CHoOH, entsteht aus 'Styrol- dibromid CßHs.CHBr.CHaBr durch Kochen mit wässeriger Kaliumkarbonatlösung. Feine Nadeln, Fp. 67o, Sdp. 273o. Bei der Oxyda- tion mit Chromsäure wird Benzaldehyd ge- bildet; Salpetersäure oxydiert zu Benzoyl- carbinol CgHä.CO.CHaOH und Benzoyl- ameisensäure CßH^.CO.COOH. Bei der Be- handlung mit verdünnter Schwefelsäure findet eine Kondensation zweier Moleküle des Al- kohols zu ^-Phenvlnaphtalin statt. CH -CH2OH OH OH X/'HO-CHa — CH-CßHä C«H-. 4HoO Phenylmethylglycol CeHj. CHOH. CHOH. CH3, existiert in zwei Formen, welche vermutlich der Mesoweinsäure und der Traubensäure entsprechen, da das Glycol zwei asymmetrische Kohlenstoffe enthält. a-Modifikation, Fp. 53o; /i-Modifikation, Fp. 930. Phenylbutylen glycol, C^Hs. CHOH.CH2.CH2.CH,,OH, Fp.75o, Sdp. 200«. P h e n y 1 - i s 0 p r 0 p y 1 - ä t h y 1 e n - /CH3 glycol CßHs. CHOH. CHOH. CH<( Fp. 810—820, Sdp. 2860—2870. Aus Eugenol, Isoeugenol. Safrol und Iso- safrol sind durch Oxydation mit Perman- gan at in sodaalkalischer Lösung folgende Glycole erhalten 4 - 0 X y - 3 - m e t h 0 x y b e n z y 1 g 1 y c 0 1 0H(CH3 0) . CeHa . CH., . CHOH . CH.OH. Fp. 680. 4-Oxy-3 -met ho xy phenylm ethyl- gly col 0H(CH30) . C6H3 . CHOH . CHOH . CH3. Fp. 88 0. M e t h y 1 e n - 3,4 - d i 0 X y b en z y lg 1 y c 0 1 CH2<^ ^CeHg. CHo. CHOH. CH2OH, Fp. 820. M e t h y 1 e n - 3,4 - d i 0 X y ]) h e n y 1 - Methyl-glycol CH2<^ ^C6H3 . CHOH . CHOH . CH3. Fp.lOlo. Stycerin CgHs. CHOH. CHOH. CH2OH, hellgelbe, gummiartige Masse, leicht löslich in Wasser und Alkohol, nicht in Aether. Es entsteht durch Kochen von Styrondibro- mid CßHä.CHBr.CHBr.CHaOH mit Wasser, oder durch Oxydation von Zimmtalkohol C6H5.CH=CH.CH20H in sodaalkahscher Lösung mit Permangan at. 250 Alkohole H y d r 0 b e n z 0 i n . Diphenylglycol CeHs.CHOH.CHOH.CeH., und Isohydro- benzoin von gleicher Formel entstehen neben Benzylalkohol bei der Reduktion von Ben- zaldehyd in wässerig-alkoholischer Lösung mit Natriumamalgam, ffvnpv f'is Stilben- dibromid oder -chlorid CßHs.CHBr . CHBr .CßHä, wenn man diese Substanzen mit Silberacetat oder Silberbenzoat in die entsprechenden Hydrobenzoinester über- führt und diese dann verseift. Hydro- benzoin und Isohydrobenzoin sind beide optisch inaktiv, enthalten aber zwei asymme- trische Kohlenstoffatome. Das Isohydro- benzoin kristalhsiert in rechts- und links- hemiedrisch ausgebildeten Kristallen und es ist gelungen durch Auslesen entantio- morpher Kristalle zwei Hydrobenzoine von entgegengesetztem Drehungsvermögen zu er- halten (Erlenmeyer jun.). Die vier Hydro- benzoine entsprechen somit den vier theore- tisch möglichen Stereoisomeren beim Vorhan- densein zweier asymmetrisclier Kohlenstoffe I " TI III CsHs CeH^ CeH5 H-C- OH HO-C-H H-C-OH HO-C-H CeHg r-Hydro- benzoin H-C-OH H-C-OH CeH, C6H3 1-Hydro- i-Hydro- benzoin benzoin IV = (1+11) razemisches Gemisch der Formen I und II Isohydrobenzoin Durch Oxvdation gehen die Hvdrobenzoine in Benzoin C^Hs.CHÖH.CO.CßiHs und Ben- zil CeHä.CO.CÖ.CßHs über, durch Phosphor- pentachlorid in a- und /j-Stilbenchlorid. Hydrobenzoin bildet glänzende Blättchen Fp. 138", welche sich in Wasser schwer lösen. Isohydrobenzoin löst sich leichter in Wasser und kristalhsiert daraus in wasserhaltigen Kristallen, Fp. 95"— 96". Wasserfrei schmilzt es bei 119,5". A c e t 0 p h e n 0 n p i n a k 0 n , 1,2- Diphenyl-l,2-dimethylglycol (?2='>COH-COH/^g3 entsteht bei der Reduktion von Acetophenon CeH5.CO.CH3, Fp. 120". Unlöslich in Wasser. M e t h y 1 - p - T 0 1 y 1 p i n a k 0 n , CH3.CeH'>^*^H-^^^^C6liVcH3 bildet sich bei der Reduktion von Methyl- p-Tolylketon CH3.CO.C6H4CH3, Fp. 90", sublimiert leicht. P r 0 p y 1 p h e n y 1 - p i n a k 0 n g;gvc(OH)-c(OH)^'Ä.CHOH.CHOH.CeH3CH0H, CH.,< 0,9228; Cis-Form Sdp, 0,9191. 1 - M e t h y 1 c y c 1 0 h e X a n 0 1 (2) /CH2 — CH. CH2— CH ^CH3 Sdp. 168—169« d" 0,9225. 1,3-D i m e t li y 1 c y c 1 0 h e x a 11 0 1 (2), Hexahydro m-Xylenol /CH3 /CH.-CH( CH/ " >CH0H, Sdp. 174,5« -\CHo-CH( ^CH3 1,3 - D i ä t h y 1 c y c 1 0 h e X a n 0 1 , Hexahydrodiäthylphenol /C2H5 CH /^^'~^jj>CHOH, Fp. 77«-78« V^H,,. Cyclo hexandiol (1,2), 1,2 Dioxy- hexahydrobenzo] yLiii.2 — LH2\ CH2C >CHOH, \CH2— CH / \0H entstellt aus Tetrahydrobenzol /CHo — CHo\ .,x ">CH "\CH2— CH ^ durch Oxydation mit verdünnter Perman- ganatlösung, Fp. 99 «— 100 «. C h i n i t , Cyclohexandiol (1,4) /CH^-CH^x HOHC\ >CHOH ^CHa- CH/ bildet sich aus p-Diketohexaniethylen, welches aus Succinylobernsteinsäureester hergestellt wird, bei der Behandlung mit Natriumamalgam unter gleichzeitigem Durch- leiten von Kohlensäure. Anscheinend ent- steht hierbei ein Gemisch von cis-trans- isomeren Formen, Fp. 143« bis 145«. Bei der Oxydation mit Cliromsäure bildet sich Chinon (daher der Name). Phloroglucit, Cyclohexantriol (1,3,5) /CH(0H)-CH2X CH/ >CH(0H) "^CH(OH)— CH2^ ^ 1,3.5 entsteht aus Phloroglucin CgH3(0H)3 durch Reduktion mit Natriumamalgam. Es kristal- lisiert aus Wasser in kristallwasserhaltigen Rhomboedern, Fp. 115«. Wasserfrei schmilzt die Verbindung bei 184 «. Das Phloroglucit schmeckt schwach süß. Q u e r c i t , Cyclohexanpentol (1, 2, 3, 4, 5), Eichelzucker /CH(0H)-CH(0H)\ CH2\ >CH(OH), ^CH(OH)— CH(OH)^ ^ ^ findet sich in den Eichehi. Aus dem wässerigen Auszug derselben wird er durch Zusatz von Bierhefe gewonnen. Bei der entstehenden Gärung werden die Glycosen zerstört, der Quercit bleibt aber erhalten. Farblose, monokline Prismen, Fp. 234 «, di3 1,584, [a]D = + 24 « 16'. Der Quercit schmeckt süß und zeigt viele Analogien zu den um zwei Wasserstoffatome reicheren Alkohol der Fettreiho Rhamnit: CH3. (CH0H)4.CH20H. Bei der Oxydation mit Salpetersäure entsteht Schleimsäure H00C(CH0H)4C00H und Trioxvglutarsäure H00C(CH0H),C00H, luit Kaliumperman- ganat neben Kohlendioxyd und Oxalsäure hauptsächhch Malonsäure HOOC.CH,. COOH. Bei der Reduktion mit Jodwasserstoff wurden Benzol, Phenol, Pyrogallol, Hydro- chinon, Chinon und Hexan erhalten. Ein Pentaacetylderivat und ein Pentanitrat ent- steht bei der Einwirkung von Essigsäure- anhydrid oder rauchender Salpetersäure. In 0 s i t , Hexaoxvhexamethylen, Cvclo- hexanhexol(l, 2, 3, 4,5, 6) /CHOH— CHOH\ CHOHC >CHOH ^CHOH— CHOH^ existiert in vier verschiedenen Modifika- tionen: einer inaktiven nicht spaltbaren und einer inaktiven spaltbaren (razemi- schen) Form, sowie in zwei optisch aktiven im entgegengesetzten Sinne drehenden Formen. Diese Tatsache ist in theore- tischer Beziehung sehr bedeutungsvoll, weil die Formel des Liosits kein eigenthch asymme- trisches Kohlenstoffatom besitzt. Man er- klärt das Auftreten optisch-aktiver Isomeren durch die Annahme verschiedener Lagerung der H- und OH-Atome am Kohlenstoff- skelett derart, daß keine Symmetrieebene vorhanden ist. Die Raumformeln der beiden optisch-aktiven Inosite ergeben sich dauach folgendermaßen HO H HO H OH H H H OH >C und H OH OH H HO G OH C OH 1 / C< OH H H H ' C H ^ C C H 1 1 OH OH Alkohole 253 1 - 1 n 0 s i t (Meso-Tnosit, Phaseomannit, Niicit) ist ganz außerordentlich verbreitet im Pflanzen- und Tierreich. Er wurde zuerst im Muskelsaft auft-efunden (Scherer 1850). dann noch in vielen anderen tierischen Or- ganen und Sekreten nachgewiesen. Er findet sich ferner in den grünen Sclmittbohnen und Erbsen und in vielen Blättern, Pilzen, Samen und Pflanzensäften. Je nach ihrer verschiedenen Quelle bekam die Substanz immer verschiedene Namen, bis man später die Identität aller dieser Präparate ent- deckte. Auch die Dam böse aus Kaut- schuk ist identisch mit i-Inosit. In Form den Monomethyläthers CgHuOs.OCHa kommt der i-Lio"sit noch als B o r n e s i t im Kautschuk von Borneo vor, in Form des Dimethyläthers CsHmOilOCHg). als Dam- bonit im Kautschuk von Gabon. Jodwasser- stoff spaltet beide Aether in Jodmethyl und i-Liosit (Maquenne). i - Inosit kristallisiert aus Wasser unterhalb 50 " in großen monoklinischen Kristallen, welche zwei Mol Ivristallwasser enthalten, oberhalb 50 •» in wasserfreien Na- deln, Fp 225°, dl- 1,752. Kleine Quanti- täten kann man beim vorsichtigen Erhitzen unzersetzt sublimieren. Der i-Lionit ist eine sehr süß schmeckende Substanz, die in Wasser ziemlich leicht, in Alkohol schwer, in Aether gar nicht löslich ist. Die Konstitution des Inosits, welche 1887 von Maquenne er- mittelt wurde, ergibt sich aus seinem Oxy- dations- und Reduktionsprodukten. Bei der Reduktion mit Jodwasserstoff bildet sich Benzol, Phenol und Trijodphenol. Durch Oxydation mit Salpetersäure entstehen Tetra- oxvchinon /CHOH-CHOHv 0C< >C0. ^CHOH-CHOH/ Rhodizonsäure .CHOH— CHOH OC r \C0 und Trichinoyl -co/ CO CO— COs OCC /CO. \co— co/ Ein Hexaacetat wird durch Behandlung mit Essigsäureanhydrid und Chlorzink er- halten. Der i-Inosit reduziert F e h 1 i n g sehe Lösung nicht und wird auch durch Saccha- romyceten nicht in Gärung versetzt. d - 1 n 0 s i t , kommt in Form seines Monomethyläthers in der Natur vor, und zwar als Pinit im Safte von Pinus lamber- tina, als Matezit im Kautschuk von Mada- gaskar und als Sennit in den Sennesblättern. Alle diese drei Naturprodukte sind identisch und liefern mit Jodwasserstoff Jodmethyl und d-Inosit. Der d-Liosit bildet wasserfreie Octaeder oder wasserhaltige Nadeln C6H,,06+ 2HoO, Fp. 247». [aJD = + ö8,4 ohne Multirotatiou. Sein sonstiges Verhalten gleicht vollkommen dem des i-Inosits. 1 - 1 n 0 s i t findet sich in Form seines Monomethyläthers als Q u e b r a c h i t in der Quebrachorinde und kann daraus durch Behandlung mit Jodwasserstoff gewonnen werden. Er bildet wasserfreie Kristalle oder ein Hvdrat CeHioO« + 2H.0, Fp. 247«, [a]D = — 65°. rac-Inosit bildet sich beim Ver- mischen der Lösungen der beiden optisch aktiven Inosite, und ist in Wasser schwerer löslich als diese, Fp. 253o. Tetrahydrophenol /CH — CH ,\ \CH2— CH/ sich aus p-Jodcyclohexanol, das aus Chinit durch Behandlung mit Jodwasserstoff entsteht (s. Cyclohexanoi), durch Destillation mit Chinolin, wobei Jodwasserstoff abgespalten wird CH^ >0H0H. Sdp. 166°, bildet J.HC< .CH,-CH 2\ CHOH '^CHa— CH/ //CH — CHox = HCf )CH0H + HJ ^CH.-CH/ Eine Reihe von hydroaromatischen Al- koholen, die, sich vom Hexahyclrocymol PTT /CHo — CH.ix CH3 CH-CH<^ ^ ' >CH-CH3 CH3 \CH2— CH/ ableitet, gehört zur großen Klasse der Ter- pene und wird dort gesondert behandelt (vgl. den Artikel „Ter'pene"). 2 D. H e t e r 0 c v k 1 i s c h e Alkohole. CH-C-CH„0H Fu r f u r alk 0 h n 1 | )0 CH = C H entsteht durch Reduktion von Furfurol C4H3O.CHO, oder durch Einwirkung von alkoholischem Kali auf diesen Aldehyd, wobei sich gleichzeitig Furfurancarbonsäure (Pvroschleimsäure) bildet. 2C4H3O CHO + KOH = C4H3O CH,OH Furfurol Furfuralkohol + C4H3O.COOK ^ Pvroschleimsaures K Der Alkohol stellt eine sirupartige Flüssig- keit dar, die sich in Wasser, Alkohol und Aether löst und mit Salzsäure eine Grün- färbung gibt. CHOHn X a n t h V d r 0 1 CgH /" N C«H. entsteht bei Xanthon vorsichtiger Reduktion von 254 Alkohole — AUotropie CsH4 /C0\ 0 / CfiHj und ähnelt m seiner Eigenschaft außer- ordentlich dem Benzhydrol. a-Picolvlalkin .CHo.CH.OH _/ •N entsteht durch Erhitzen von a-Picolin C„H,N mit Formaldehyd und Wasser. Farblose, syrupartige Flüssigkeit, Sdpg 114''- — 116°, d*' = 1,111, welche sich bei Destillation unter gewöhnlichem Druck zerlegt und sich in Wasser und Alkohol leicht löst. a - P i c 0 1 V 1 m e t li y 1 a 1 k i n " /CHg. CHOH.CH3 bildet sich beim Erhitzen von a-Picolin mit Acetaldehyd und Wasser auf 160". Große &istalle, Fp. 32", Sdpis 113,5«. welche in Wasser und Alkohol leicht, in Aether schwer löslich sind. a - L u t i d V 1 a 1 k i n /CHo.CHa.CHaOH N wird gewonnen beim Erhitzen von a-Aethyl- pyridin mit Formaldehyd auf 160° und bildet ein dickes Oel, Sdp.,, 1280—131", welches in Wasser und Alkohol leicht, in Aether schwer löshch ist. P V r i d V 1 - a - ä t h y 1 a 1 k i n /CHOH . CH, /" \_/ N entsteht durch Keduktion von Pvridylaethvl- keton. Sdp. 213"— 218". a - P i c 0 1 V 1 ä t h y 1 a 1 k i n /CHa.CHOH.C^Hg aus a-Picolin und Propionaldehyd herge- stellt, Sdp. 18 125—127". 5-Aethyl-l-Picolylalkin /CH2.CH2ÖH Sdp.18 147—149", do 1.066. Piper äthylalkin CH2 CH2 CH2\ /N.CH2.CH2OH CH2 CH2 entsteht aus Piperidin C5H11N und Aethylen- chlorhydrin. Farblose Flüssigkeit, Sdp. 199", in Wasser löslich. P i p e r p r 0 p V 1 a 1 k i n CHaCHa CH2<^ ^N.CHa.CHa.CHaOH, CHa^CHo Sdp. 194", d" 0,946, in Wasser leicht löslich. Piperpro pylglycolin CH2_CH2 CH2<^_/^.CH2.CHOH.CH20H CH2 CH2 entsteht aus Glycerin-monochlorhydrin und Piperidin. Seideglänzende Blättchen, Fp. 72" bis 73", Sdp.195 226"— 228". In Wasser und Alkohol leicht, in Aether schwer löslich. Literatur. F- Beilstein, Handhtvch der organi' sehen Chemie. Hamburg und Leipzig 1904. G. Reddelien. Allinau George James. Geboren 1812 zu Cork; gestorben 1898 in AitI- more (Dorset). Er war Professor der Natur- wissenschaft und Museumsdirektor in Edinburg. Ursprünglich war er Jurist, dann Mediziner, um sich aber schließlich der Naturwissen- schaft, insbesondere der marinen Zoologie zu widmen. Sein Hauptverdienst liegt in seinen Untersuchungen über die Klassifikation und die Morphologie der Coelenterata und Polyzoa. Im Jahre 1870 zog er sich von seinem Amte zurück, und nahm nun reges Interesse an der Populari- sierung der Naturwissenschaft. Er war einer der ersten Mitbegründer und Förderer der British Association for the Advancement of Science und hat auch später viel zur Förderung dieser Ge- sellschaft beigetragen. Seine Hauptwerke sind Monograph of the Freshwater Polyzoa Published by the Ray Society 1856; A Monograph of the Gymnoblastic or Tubularian Hydroids Ebenda 1871/72. Außerdem war er Bearbeiter der Hydroideii in den Memoirs of the Museum of Com- parative Zoology at Harvard Vol 5 Part 11 1865 und Challenger Reports Vol. 7 Part. XX 1883. Die Gesamtwerke A 1 1 m a n s im British Mu- seum Library und in Nature. Literatur. DicUonary of Nat. Biography Suppl. Vol. I. W. Harms, AUotropie nennt man die Isomerie oder den Poly- morphismus der Elemente (vgl. die Artikel „Isomerie" und „Kristallchemie"). Aluminiummineralien — Ameisenpflanzen 255 Aluminiummineralien. 1. Kryolith. 2* Beauxits 1. Kryolith SNaFAlFg (32,70% Na; 54,39% F; 12,85% AI) kristallisiert monokiin holoedrisch, kommt aber meist in derben Massen vor und zwar gangförmig im zinn- steinhaltigen Granit zu Evigtok am Arksut- fjord (Grönland), in geringer Menge auch zu Miask (Ural) und am Pike's Peak (Colo- rado). Früher war das Mineral fast das ein- zige Ausgangsprodukt zur Gewinnung des Aluminiums; auch in der Emaillefabrika- tion und zur Herstellung von Milchglas wird es benutzt 2. Beauxit (Hydrargillit) AlaOjSHaO, wasserhaltige Tonerde, ungefähr 50 bis 70% ALO3 12 bis 40% H2O, oft auch Eisenoxyd und Kieselsäure in erheblichen Mengen enthaltend. In dichten Massen als Zer- setzungsprodukt tonerdehaltiger Gesteine vor- kommend, nur der reinere Hydrargillit findet sich kristallisiert (Hexagonal, dann auch Gibbsit genannt). Beauxit bildet einen wesentlichen Bestandteil des in den Tropen häufigen Verwitterungsbodens Laterit. Beauxit wird zur Gewinnung schwefelsaurer Tonerde in der Technik verwertet. Nach älteren Verfahren wurde Beauxit mit Schwefelsäure unter Druck aufge- schlossen um Aluminiumsulfat herzustellen. Da jedoch die Technik ein sehr eisenarmes Produkt verlangt, so genügt diese Herstellung nicht mehr (zum Leimen von Papier sind höchstens 0,01 '^o' ^^^ Beize in der Färberei höchstens 0,001% Eisen zulässig). Da das Eisenoxyd durch Alkalien ganz ausgefällt wird, liefert Schmelzen mit Soda ein vollkommen eisenfreies Produkt, ebenso auch das bei 3 bis 5 Atmosphären Druck er- folgende Aufschließen mit Natronlauge. Bei mehr als 4% Verunreinigungen durch Kieselsäure rentiert sich die Verarbeitung des Beauxits nicht. Vorkommen von reinem Beauxit wurde z. B. im Vogelsgebirge, Westerwald, ferner im südlichen Frankreich, Alabama, Georgia, Ostindien festgestellt. Außer dem Sulfat wird auch das Acetat des Aluminiums vielfach aus dem Beauxit hergestellt und als Beize in der Färberei zum Wasserdichtmachen von Geweben sowie für medizinische Zwecke verwandt. Gegenwärtig wird das Aluminium des Handels nur aus Tonerde dargestellt, doch bedarf man hierbei des Kryoliths noch zum Einschmelzen der Tonerde, welche im reinen Zustand einen äußerst hohen Schmelzpunkt besitzt, aber von dem leichtschmelzenden Kryolith gut aufgelöst wird. Da die Preise des natürlichen Kryoliths mehr und mehr steigen, wird hierfür vielfach „künstlicher Kryolith", d. h. durch chemische Prozesse gefällter Stoff sowie auch ,,Kryolith- ersatz", bestehend aus anderen Fluoriden, in den Handel gebracht. E. So tu tnerfeld t. Ameisenpflanzen. 1. Einleitung. Historischer Abriß. 2. Die süd- amerikanisclien Ameisenpflanzen. Cecropia ade- nopus. Die Belt-MüUer-Schimperscho Theorie und ihre Gegner. Triplaris,Cordia,Tococa, Maieta, Acacia. 3. Die afrikanischen Ameisenpflanzen Barteria, Buclmerodendron, Canthium, Pleclronia, Randia, Cuviera, Seaphopetaluni, Flötenaka- zien. 4. Die indo-malaiischen Ameisenpflanzen Clerodendron, Macaraiiga, Pterospermum, Gnetum, Humboldtia,Myrmecodia, Hydnophytum. 5. Pflan- zen mit extraf loralen Nektarien. Verbreitung, An- ordnung, Bau der extraf loralen Nektarien. Die Theorien Delpinos und Schimpers Einwände dagegen. 6. Theoretische Erörterung der mitge- teilten Fälle von Myrmecophilie. 7. Die Bedeutung der Ameisenpfianzen für die Ausbreitung der Pflanzen. Die Myrmecochoren Sernanders. Ameisengärten. I. Einleitung. Historischer Abriß. Der Begriff der Ameisenpflanzen ist in den Tropen entstanden, wo die Ameisen eine viel be- deutendere Rolle spielen als in den Ländern der gemäßigten Zone. Ueberall sieht man sie dort geschäftig auf den Stämmen, Blättern, Aesten besonders den jungen Trieben herum- laufen oder ruhig in dichten Schwärmen überall da sitzen, wo sich ihnen ein Hohl- raum darbietet, in hohlen Aesten, in einge- rollten jungen Blättern, in Blüten und Früchten, zwischen den Nebenblättern usw. Oft sieht man auch Nester auf den Pflanzen. Gewisse Pflanzen beherbergen nun stets besonders große Mengen von Ameisen, was, den Inländern seit langem bekannt, schließ- lich auch die Aufmerksamkeit der Reisenden erregte. So erwähnen bereits im 17. Jahr- hundert Ray die Cecropien in Südamerika, Hermann und Hernandez die dornen- tragenden Akazien in Mittelamerika und R u m p h i u s die merkwürdigen Myrme- codien und Hydnophyten im malayischen Archipel. Belt war der erste, der (1872) eine engere Beziehung zwischen gewissen amerikanischen Ameisenpflanzen (C e c r 0 - pia, Acacia, Tocoea) und den sie stets bewohnenden Ameisen vermutete und mit der Ansicht, daß die Pflanzen durch Nektarsäfte und andere feste Nahrungs- körperchen die Ameisen an sich fesselten und diese ihrerseits als eine Art stehenden Heeres die Pflanzen vor pflanzenfressenden Insekten und Säugetieren schützten, das Vorbild für alle späteren Theorieen über 1 Ameisenpflanzen gab. I Gleichzeitig war auch D e 1 p i n 0 zu 256 Ameisenpflanzen derselben Auffassung von den Beziehungen zwischen den extrafloralenNektarien und den Ameisen gekommen. Die bekanntesten Ameisenpflanzen, die Cecropien, sind von F. Müller genauer studiert worden; S c h i m p e r hat dann über sie eine ab- schheßende Theorie aufgestellt. Da heute die Beurteilung der hier in Betracht kom- menden Tatsachen nicht mehr so unbe- stritten wie früher ist, soll auf eine systema- tische Einteilung der Ameisenpflanzen hier verzichtet und statt dessen eine Uebersicht über die wichtigsten Fälle gegeben werden. 2. Die südamerikanischen Ameisen- pflanzen, Von den Cecropien ist die häufigste die in Südbrasilien einheimische, von den Brasihanern Imbauwa benannte C e c r o - pia adenopus Mart. Sie gehört zu den Morazeen. Ein schlanker, ziemhch dünner, mit den dreieckigen Blattnarben bedeckter Stamm, der die Höhe von 12 bis 15 m erreicht, trägt eine Krone kandelaber- artig gestellter Seitenzweige, an denen end- ständige Büschel großer gelappter Blätter mit dornigen Blattstielen sitzen. Der Stamm und die Aeste sind hohl und an den Knoten durch Querplatten in Fächer geteilt. Nach der Mitte zu zeigt der Stamm eine gallen- artige AufschweUung, welche die Stelle be- zeichnet, wo das Nest der Ameisen sich be- findet. Nach F. M ü 1 1 e r und v. I h e r i n g geht die Besiedelung der Bäume durch die Ameisen in folgender Weise vor sich. Das junge befruchtete Weibchen von A z t e c a M u e 1 1 e r i E m e r y wirft seine Flügel ab und bohrt sich bei Nacht in eine behebige Kammer einer jungen 1 bis 2 m hohen Ce- cropia ein. Es wählt dazu eine flache, rinnen- förmige Vertiefung, welche eine dünne, leicht zu durchbohrende Stelle des Stammes dar- stellt. Sie ist in der Knospenlage der end- ständigen Blattknospe durch den Druck der Achselknopse entstanden. Nachdem die Königin eingedrungen ist, verstopft sie die Oeffnung mit dem klebrigen Mark. Dieses, sowie eine eigentümhche Wucherung, welche an der Durchbruchstelle nach innen vor- wächst, dienen ilir als Nahrung. Sie legt alsbald Eier, und nachdem sie 6 bis 8 Arbeiter aufgezogen hat, öffnet die junge Famihe die inzwischen verwachsene Pforte und dringt in eine höher gelegene Kammer ein, indem hier wieder an der dünnen Stelle ein Loch gebohrt wird. Bei diesen Wanderungen kommt es zu erbitterten Kämpfen, wenn sich mehrere Königinnen in dem Baum ein- genistet haben. Schheßlich verschmelzen alle die in einem Stamm vorhandenen kleineren Ameisenvölker (die Vorkolonien) zu einer großen, nur von einer Königin beherrschten Dauerkolonie, die im oberen Teil des Stam- mes ihren Sitz hat. Diese Stelle wird auch äußerlich erkennbar, da der Baumstamm hier eine bauchige, gaUenartige Aufschwellung zeigt, und könnte geradezu als eine Ameisen- galle bezeichnet werden. Das Hauptnest erstreckt sich durch 4 bis 5 Internodien, deren Querwände (ebenso wie alle die übrigen des Stammes) von den Ameisen durchbohrt werden. Außerdem befindet sich meist eine größere Ausfallsöffnung am Stamm, während die Oeffnungen der nur vorübergehend be- siedelten Kammern später wieder zuwachsen. Sobald man gegen den Stamm klopft, dringt ein aufgeregter Schwärm von Ameisen hervor, der in dichtem Gewimmel die Oberfläche des Baumes überflutet. Wovon nähren sich nun die Ameisen? Abgesehen von den Läusezuchten, die sie ebenso wie fast alle pflanzenbewohnenden Ameisen anlegen, kommen als Nahrung die eigenartigen Müllerschen Körper- chen in Betracht, welche an der Unter- seite des schildartigen Blattpolsters in einem Rasen von braunen Haaren hervorwachsen. Es sind 1,2 mm lange, ovale, weiße, auf kurzen Stielchen sitzende Körperchen, welche reich an Eiweißstoffen und fetten Oelen sind und leicht abfallen. Sie bestehen aus weichem, parenchymatischem Gewebe ohne Gefäß- bündel und tragen auf ihrer Spitze eine große Spaltöffnung, sind also Organe, welche ent- wickelungsgeschichtlich mit den auch sonst verbreiteten Sekretionsorganen (zu denen z.B. auch die Hydathoden gehören) ver- wandt sind. Diese Körperchen werden von den Ameisen gern gefressen, doch sind sie keineswegs auf sie angewiesen, auch ver- wenden sie dieselben nicht zur Fütterung der Brut. Außer den Körperchen, welche längere Zeit aus jungen, zwischen den Haaren stehen- den Anlagen nachwachsen, fressen auch die Ameisen die Wucherungen, welche von den Durchbohrungsstellen aus in die Kammern hineinwachsen, gelegentlich auch an den Querwänden entstehen und durch Ver- letzungen bestimmter Art auch künsthch hervorgerufen werden können. Nach der Ansicht S c h i m p e r s sollen nun die Müllerschen Körperchen, sowie die dünnen das Durchbohren erleichtenden Wand- steUen Anpassungen an den Ameisenbesuch sein. Sie sollen zwar nicht für diesen Zweck ganz neu entstanden sein, vielmehr besondere Ausgestaltungen bereits vorhandener An- lagen darstellen. Die dünne Stelle geht auf die auch sonst vorkommende Grube zurück, in welcher die Achselknospe liegt, und die Körperchen sind ursprünghch besondere Drüsen. Eine solche Anpassung setzt einen wesenthchen Vorteil voraus, den die Pflanze von Seiten ihrer Bewohner genießt. Dieser Vorteil besteht nach Belt, F. Müller und Schimper in dem Schutz, den die als besonders kriegerisch liezeichneten Ameisen 2;eo;en die sogenannten Blattsch neide- Ameisenpflanzen 257 a m e i s e n gewähren. Letztere haben die Gewohnheit, Blätter sehr verschiedener Pflanzen, aber auch Fruchtschalen, Papier, ja Kleider zu zerschneiden und die Fetzen in ihren Nestern zum Aufbau einer niist- beetartigen, humösen, porösen Masse zu ver- wenden, in welcher sie, wie Mo eller zeigte, ein zu einem Hutpilz (R h o z i t e s gongy- 1 0 ]} h 0 r a) gehöriges Myzel kultivieren. Bestimmte durch Abkneifen der Hyphen- enden entstehende Wucherungen des Myzels, die sogenannten Kohlrabi h ä u f c h e n , werden von den Ameisen abgeweidet. Gegen diese zu der Gattung Atta gehörigen Blatt- schneider sollen nun die Cecropien besonders geschützt sein durch ihre Hilfstruppe; Amei- sen und Cecropien seien also durch feste Bande gegenseitigen Vorteils miteinander verbunden, könnten ohne einander nicht leben, befänden sich also in echter Symbiose. Gegen diese Auffassung haben auf Grund eingehender Beobachtungen in Brasihen v. I h e r i n g , U 1 e , Fiebrig verschie- 1 dene Einwände vorgebracht. Die Ameisen ! seien keinesfalls besonders bissig und kriege- risch, richteten ihre Angriffe auch gegen jede beliebige fremde Ameisenart, je gegen Ange- hörige der eigenen Art, sofern sie aus einem fremden Nest stammten. Gegen andere Eindringhnge, Käfer, Raupen, sowie vor allem gegen das Faultier, das gern die Blätter der Cecropien abweidet, gewährten sie gar keinen Schutz. Ganz fiele dieser weg bei jungen Pflanzen, die ja noch gar keine Ameisen enthielten, auch blieben in anderen Teilen Brasihens selbst ameisenfreie Cecro- pien ganz von den Blattschneidern verschont. Die Verheerungen , die diese anrich- teten, seien überhaupt sehr übertrieben, fielen z. B. in den Wäldern gar nicht auf und wären zudem nicht größer als der Schaden, den Pflanzenfresser anrichteten. 183 Kolonieen von Blattschneidern verbrauch- ten erst ebenso viel Gras wie eine Kuh, kurz die Cecropien bedürften der Ameisen eben- sowenig, wie der Pudel der Flöhe. Dagegen seien die Ameisen ganz auf die Pflanze an^e- wiesen, seien also eher als Parasiten zu be- zeichnen. Ihre Anwesenheit könne dadurch geradezu schädhch werden, daß Spechte an- gelockt werden, die dem Baum große, ge- fährhche Wunden zufügen. Auf anderem Wege haben H u b e r und B u s c a g 1 i o n i versucht, die regelmäßige Vergesellschaftung der Ameisen und Cecropien zu erklären. Sie meinen, daß die Cecropien ursprünglich aus den Ueberschwemmungsgebieten stammten und sich die Ameisen hier daran gewöhnt hätten, in den hohlen Stämmen Zuflucht zu suchen. Außer C e c r 0 p i a , welche in jeder Hinsicht am genauesten untersucht ist, kommen noch eine Anzahl weiterer Ameisen- Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Band I. pflanzen in Amerika vor, welche Ameisen in hohlen Achsen beherbergen, so T r i - plaris americana, eine Polygonazee, C 0 r d i a nodosa (Borraginazee), D u - roia hirsuta (Rubiazee) u. a. Bei den Triplarisarten hausen die Ameisen vornehm- lich in den jüngeren Zweigen, halten aber auch im Mark des Hauptstammes einen Gang frei. Um den Baum herum zerstören sie im Radius von einigen Metern jede Vegetation. Sehr eigenartig sind dann die merkwürdigen Blasen, welche sich an der Blattbasis ver- schiedener weiterer amerikanischer Pflanzen (Duroia saccifera, sowie ethchen Melastomatazeen aus den Gattungen Tococa, Maieta usw. finden. S ch u - m a n n , der sie genauer beschreibt, nimmt an, daß sie Amei- senwohnstätten darstellen. Jeden- falls werden diese Blasen gern von Ameisen in Be- schlag genommen. Schheßlich sind von den amerika- nischen Ameisen- pflanzen noch die berühmten, mexi- kanischen Acacia- arten A c a c i a sphaerocephala und Acacia spa- d i c i g e r a zu er- wähnen , die be- reits B e 1 1 als typische Ameisen- pflanzen bezeich- nete. Es sind Sträucher, mit auf- fallend großen, hoh- len, paarig stehen- den, an der Basis verwachsenen Dornen. Diese werden von einer kleinen Art von Ameisen bewohnt, welche sich durch Her- stellung eines Loches Zugang zu dem Hohl- raum verschafft. Auch diese Pflanze wim- melt infolgedessen ganz von Ameisen, wenn sie berührt wird. B e 1 1 meint, daß sie einen wirksamen Schutz gegen die Blatt- schneider darstellten und daß Exemplare ohne Ameisen sofort entlaubt würden. Merk- würdig ist nun weiter, daß an der Spitze der Fiedertjlättchen des doppelt gefiederten Blattes sich je ein kleiner, gelber, birnförmiger Körper befindet, der am entfalteten Blatt schon bei schwacher Berührung abfällt. Er wird von einem Gefäßbündel durchzogen, besitzt aber keine Spaltöffnung auf dem Scheitel. Die Inhaltsstoffe sind die gleichen, wie bei den Müllerschen Körperchen, näm- hch Protein und fettes Oel. Auch diese soge- nannten Beltschen Körperchen können 17 Fig. 1. Tococa lanci- f olia. Blasen an der Blatt- basis; a Eingang. Natür- liche Größe. Nach K. Schumann. 258 Ameisenpflanzen als besondere Typen von Drüsen aufgefaßt werden, wie sie bekanntlich an jungen Blättern besonders häufig auftreten, sollen aber eine besonders auf den Ameisenbesuch berechnete Ausgestaltung erfahren haben, nur diesem Zweck dienen und deshalb ge- radezu als A m e i s e n b r ö t c h e n zu be- zeichnen sein. In der Tat werden sie gern von den Ameisen verzehrt. 3. Die afrikanischen Ameisenpflanzen. Die Typen von Ameisenpflanzen, welche in Amerika vorkommen, treffen wir auch in Afrika an nach den jVIitteilungen Schu- manns, Kohls, Sjöstedts u. a. Wir haben hier zunächst eine Anzahl Bäume, welche hohle Internodien besitzen. B a r - t e r i a f i s t u 1 0 s a ist in den Urwäldern an den Stanleyfällen sehr häufig, auch wohl im ganzen Kongogebiet sowie in Kamerun ver- breitet. Der ungeteilte oder nur spärhch ver- ästelte Stamm, der bis 25 m Höhe erreicht, trägt unter rechtem Winkel abstehende Kurztriebe, von etwa 1,5 m Länge, die eine längsverlaufende einseitige Aufblähung be- sitzen. Der ganze Seitenzweig nun ist hohl und wird von einer großen gefährUchen Ameise, Sima spininoda bewohnt (die Weibchen erreichen eine Länge von 17 mm). Ihr Stich ist außerordentlich schmerzhaft. Die Hölilung besitzt in ihrem mittleren Teil ein Loch, welches von den Ameisen an einer nicht besonders präformierten Stelle gebohrt wird. Gelegenthch werden die Bäume auch von anderen Ameisen bewohnt. Auch von Barteria fistulosa wird angegeben, daß oft der Boden um den Stamm herum von Pflanzenwuchs gesäubert wird. Trotz- dem die Ameisen sehr gefährlich stechen und auch Fleischkost nicht verschmähen, also als Schutztruppe gegen tierische Schädlinge wohl geeignet sind, werden sie doch auch der Pflanze schädlich, indem sie die jungen Blütenknospen und das Markparenchym fressen und überhaupt Rinde und Blätter überall benagen und besonders, indem sie Schildlauszuchten in den hohlen Zweigen anlegen. Aehnhche hohle Zweige mit Zu- gangsöffnungen, die aber stets von den Ameisen hergestellt werden, oder blasig ange- schwollene Internodien kommen noch einer weiteren Zahl mehr oder weniger genau unter- suchter afrikanischer Pflanzen zu, z. B. Buchnerodendron speciosum, Canthium glabrifolium, Plec- tronia Laurentii, verschiedenen R a n d i a - und C u v i e r a arten. Auch Pflanzen mit Säckchen an den Blättern finden sich; so hat Scaphopetalum Thon- n e r i (auch in Kamerun) an der Basis der Blattoberseite ein Säckchen, welches eine lokale Ausbauchung der Blätter darstellt und von unten einen Zugang besitzt. Sie werden oft von kleinen schwarzen (wiederum läusezüchtenden) Ameisen bewohnt. Schließ- hch besitzt auch die afrikanische Flora Acaciaarten mit Hohlräumen, die von Ameisen besiedelt sind, doch entwickeln diese Akazien keine Futterkörperchen an den Fiederblättchen, auch sind die Dornen pathologisch verändert. Es sind nämhch große Gallen, die z. B. bei den in der Massai- steppe um den Kilimandjaro häufigen Flötenakazien sehr auffälhg sind. Diese nicht sicher bestimmten kleinen Bäumchen, Fig. 2. Flütenakazie mit Gallen, a aufge- schnittene Galle mit einem Ameisennest. Etwas verkleinert. Nach Sjöstedt. welche in großer Individuenzahl über die Steppe zerstreut sind, sind dicht mit etwa kastaniengroßen, schwarzen Gallen besetzt, deren holzige Wände einen Hohlraum um- schheßen. Berührt man die Gallen, so stürzen nach Sjöstedt sehr aggressive Ameisen hervor, welche an ihrem Hinter- leibe ein weißhches, übel duftendes Sekret Ameisenpflanzen 259 ausscheiden. Die Gallen entstehen auch 1 ohne die Ameisen in typischer Weise, die | Ameisen okkupieren sie nur, indem sie in die noch jungen Gallen ein bis mehrere Löcher hineinbohren. Diese Löcher sind auch i die Ursache des Namens dieser Bäume. ! Streicht der Wind über den Baum, so ent- steht in den Gallen ein sausendes Geräusch. Die Gallen sitzen zu zweien an den Blatt- achseln, entstehen aber nur zum Teil aus den Stipulardornen selbst, vielmehr beteihgen sich auch der Blattstiel, der Achselsproß oder auch angrenzende Teile der Hauptachse an ihrer Bildung. Welcher Ursache sie ihre Entstehung verdanken, ist nicht bekannt. S j ö s t e d t ist geneigt, die Ameisenbe- völkerung für nützhch zu halten, leugnet jedoch ebenso wie Kohl bei den vorher erwähnten afrikanischen Ameisenpflanzen die Existenz irgendwelcher eigens auf den Ameisenbesuch berechneter Einrichtungen. Die Nektarien auf den Blättern werden nicht benutzt. Andererseits ist auch kein beson- derer Kachteil wahrnehmbar, der den Flöten- akazien, an die sich eine Reihe weiterer, eben- falls in Ostafrika beheimateter und sich ähn- lich verhaltender Akazien anschließt, aus ihrer Ameisenbevölkerung erwüchse. 4. Die indomalaiischen Ameisenpflan- zen. In der indischen und malayischen Flora \ fehlt es ebenfalls nicht an Ameisenpflanzen. So hat B e c c a r i eine Menge von Pflanzen beschrieben und abgebildet, welche besonders reichhch Ameisen beherbergen und dement- sprechend überall besondere Strukturen und Organisationen an der Pflanze als Anpas- sungen an die Ameisen gedeutet. Wirkliche Beweise dafür werden jedoch nicht beige- bracht. C 1 e r 0 d e n d r 0 n f i s t u 1 0 s u m z. B. in Borneo besitzt, ebenso wie C 1 e r 0 - d e n d r 0 n m y r m e c 0 p h i 1 u m in Ma- j lakka Zweige mit hohlen Internodialräumen, die zahlreichen Ameisen als Wohnstätte i dienen. Da am oberen Ende der Liternodien unterhalb der Blätter sich zwei durch mat- teren Glanz ausgezeichnete Partieen befinden, I welche wegen ihrer Zusammensetzung aus dünnwandigem Parenchym die Durchbohrung erleichtern und tatsächlich stets die Ameisen hier einen Zugang zu den Hohlräumen schaf- fen, sclüießt sich S c h i m p e r der B e c - c a r i sehen Auffassung an und erbhckt | in C 1 e r 0 d e n d r 0 n f i s t u 1 0 s u m eine ! echte Ameisenpflanze. Besondere Nahrungs- körper fehlen hier, doch ist die Unterseite der gegenständigen Blätter des etwa 1 m hohen Strauches mit zahlreichen Nektarien bedeckt. : Eigentümhche Körperchen, die an die Mül- j lerschen von Cecropia adenopusi erinnern, weist dagegen eine in Malakka ver- ; breitete Euphorbiazee, Macaranga tri- 1 0 b a , auf. Nach R i d 1 e y s Auffassung würde dieser Baum geradezu das altwelthche { Seitenstück zu den neuweltlichen Cecropien darstellen. Wie bei vielen anderen Ameisen- pflanzen handelt es sich auch hier um einen Baum mit hohlen Internodien, in denen stets große Mengen von Ameisen nisten. Besonders präformierte Stellen zur Anlage von Oeffnungen fehlen hier. Die Laub- knospen des etwa 40 Fuß hohen Baumes sind von Knospenschuppen umhüllt, die sich nach dem Austreiben der Knospen zurückbiegen und dem Stamm anlegen, so daß dadurch eine den Stamm an dieser Stelle umziehende Galerie zustande kommt. Auf der Unterseite der Schuppenblätter nun, d. h. also an der Innenwand der durch sie gebildeten Galerie, treten milchweiße, kleine, schmackhaft aus- sehende Körperchen auf, welche von den Ameisen, die sich in den Galerien gerne auf- halten, abgeweidet werden. Ri dl e y sieht in ihnen besondere Anpassungen, rechnet also Macaranga t r i 1 0 b a zu den typischen Ameisenpflanzen, äußert sich je- doch nicht über den etwaigen Gegendienst der Ameisen. Offenbar gehören diese Körper- chen wie auch die MüUerschen in eine Kate- gorie von drüsenartigen Auswüchsen, die auch sonst vorkommen. So besitzen z. B. viele Ampehdeen, wie V i t i s , L e e a , Ampelopsis, an den jungen Trieben, den Blattstielen und den Nerven der Blatt- unterseite ganz ähnhche weißhche, substanz- reiche, oben mit einer Spalte versehene Aus- wüchse, sogenannte Perldrüsen. Besonders gut, auch an älteren Stengelteilen und Blät- tern, sind sie bei Ampelopsis q u i n - q u e f 0 1 i a zu beobachten. Es ist jedoch nicht bekannt, daß sie von Ameisen aufgesucht werden. Auch bei den Perldrüsen windender G n e t u m arten des botanischen Gartens zu Buitenzorg vermochte Raciborski sich nicht davon zu überzeugen, daß sie unter normalen Verhältnissen gefressen wer- den. Als er jedoch die gewöhnhchen Ameisen des Gartens auf die Körperchen aufmerksam machte, wurden sie in der Tat binnen kurzem abgeweidet. Die Perldrüsen entstehen nur an den langen windenden Sprossen dieser Gnetumarten, nicht an den assimiherenden Kurztrieben. Sie bilden sich reichhch nach einem Regen oder nachts, werden dement- sprechend auch in einem feuchten Raum massenhaft zur Entwickelung gebracht. Sie sind sehr hinfälhg, indem sie bald verschrump- fen. Ihr Durchmesser beträgt 0,5 mm. Sie enthalten anfänghch viel Stärke, die jedoch später verschwindet. Aehnhche Perldrüsen finden sich bei einem in Java verbreiteten, zu den Sterkuhazeen gehörigen Baum, P t e r 0 s p e r m u m Indien m. Die an den Aesten zweizeiMg angeordneten Blätter besitzen an ihren Blattstielen zweierlei Neben- blätter, von denen das eine pfriemlich und hinfällig und nach oben gewandt ist, während 17* 260 Ameisenpflanzen das untere die Gestalt einer abwärts ge- wandten kleinen Glocke besitzt. An ihrer inneren Wandung stehen in einem Filz von Haaren wieder dicht nebeneinander eine Menge kleiner etwa 0,3 mm großer perlartiger Drüsen, welche reiche Mengen von Fett, Ei- weiß, Polysachariden enthalten. Eine schwarze Ameisenart hält sich gern in diesen Glöckchen auf und reißt die Perldrüsen ab, ist aber auch sonst über den ganzen Baum verbreitet. Die merkwürdigen Nebenblätter finden sich nur an den jüngsten Blättern, da sie schon am 3. bis 4. Blatt abfallen. Mit Ausnahme der gleich zu erwähnenden Myrme- codien und Hydnophyten sind die übrigen Ameisenpflanzen selbst bei weiterer Fassung dieses Begriffes nicht mehr als solche auf- zufassen. So sind z. B. die eigenartigen schlauchartigen Blätter, welche D i s c h i d i a Rafflesiana, eine im malaiischen Archipel verbreitete Schlingpflanze, ausbildet, Organe, in welchen Wasser und Abfallstoffe aufgefangen und durch hineinwachsende Adventivwurzeln für die Pflanze nutzbar gemacht werden. Die blasenartigen Ligular- bildungen an den Blattstielen der Rotan- arten Korthalsia scaphigera und Korthalsia echinometra sind, wie R i d 1 e y betont, keineswegs immer von Ameisen bewohnt, was auch für die Dischidien gilt. Ameisenakazien fehlen in der indischen Flora, doch ist die Beobachtung R i d 1 e y s bemerkenswert, daß eine im botanischen Garten von Singapore einheimische Ameisen- art die dort angepflanzten Exemplare von Acacia spadicigera in ganz der- selben Weise in Beschlag nahm, wie in Amerika. Erwähnenswert ist auch, daß die hohlen Zweige von Ficus inaequalis, die seinerzeit S c h i m p e r als Ameisen- wohnstätten ansprach, sich inzwischen als pathologische Bildungen herausgestellt haben. Desgleichen hat Escherich in Ceylon bei der von Schumann und S c h i m p e r zu den Ameisenpflanzen ge- rechneten H u m b 0 1 d t i a 1 a u r i f o 1 i a keine engere gegenseitige Beziehung zwischen Ameise und Pflanze feststellen können. Auch hier handelt es sich wieder um hohle, blasige Internodien, deren Oeffnung nach Green aber nicht spontan entsteht, sondern erst von den Ameisen genagt wird. Die Ameisen, die keineswegs alle Höhlungen bewohnen, sind vollkommen harmlos. Ihre Anwesenheit schädigt die Pflanze insofern, als ähnlich den Verhältnissen bei Cecropia, Spechte an- gelockt werden, die die Zweige schwer ver- wunden. Außerdem ist auch hier ausgedehnte Läusezucht der Ameisen festgestellt worden. Zweifellos die merkwürdigsten Ameisen- pflanzen sind die oft untersuchten und dis- kutierten knoUenbildenden Epiphyten M y r m e c 0 d i a und H y d n o p h y t u m , Rubiazeen, welche ausschließhch auf den malaiischen Archipel und die angrenzenden Bezirke beschränkt sind. Die beiden am besten bekannten Arten sind M y r m e - codia tuberosa und H y d n o - p h y t u m m 0 n t a n u m , welche in Java zu Hause sind und sehr häufig in gewissen Gegenden des Westens angetroffen werden. Sie bewohnen, gewöhnlich mit C o n c h o - p h y 1 1 u m und P o 1 y p o d i u m s i n u o - Fig. 3. Myrmecodia tuberosa auf einem Ast sitzend. Yio natürliche Größe. s u m vergesellschaftet, die oberen Regionen licht belaubter Bäume, so z. B. von Durian (D u r i 0 z i b e t h i n u s), Nangka (A r t o - c a r p u s i n t e g r i f 0 1 i a) u. a. Mit dem nicht besonders dicht entwickelten Wurzel- system klammern sie sich seitlich an den Hauptstämmen oder auf den Zweigen in ver- schiedener Lage fest. Aeltere und schwerere Exemplare hängen oft mehr oder weniger unter den Aesten. Beide Epiphyten sind durch den Besitz einer großen, aus dem Hypokotyl hervorgehenden Knolle ausge- zeichnet, welche bei H y d n o p h y t u m glatt oder nur mit Buckeln versehen, ge- wöhnhch rund und von derber Textur ist, während sie bei Myrmecodia mehr läng- liche Form hat, aus" saftigem Gewebe besteht und an der Oberfläche " mit kräftigen, aus Wurzelanlagen hervorgehenden Dornen be- setzt ist. Der obere Teil des Stammes ist bei Myrmecodia dick, meist unverzweigt und trägt einen Schopf derber Blätter, bei Hydnophytum entspringen aus der Knolle ein oder mehrere reicher verästelte Zweig- systeme, welche zusammen einen kleinen Busch vorstellen. Die Knolle von Myrme- codia wird über ^., m lang, die von Hydno- Aiueiseiipriauzeii 261 phytum erreicht einen Durchmesser von ;^0 cm. Beide Knollen sind mit sehr merk- würdigen labyrinthischen Hohlräumen durchsetzt, so daß das eigentliche Knollen- gewebe nur aus mäßig dicken, hin- und her- .gewundenen, ausgebauchten Platten besteht und einigermaßen an den Bau eines Ameisen- nestes erinnert. Das Höhlensystem mündet mittels einer oder mehrerer, gewöhnlich am basalen Ende der Knollen gelegener Oeff- nungen nach außen. Doch sind außer diesen noch eine große Zahl kleinerer und kleinster Oeffnungen über die Oberfläche verstreut. Klopft man an die Knolle, so stürzt im Augenblick eine wimmelnde Schar von Ameisen heraus, welche die Pflanze in dichten Schwärmen bedecken. Sie sind ziemhch harmlos, ihr Biß ist kaum als schmerzhaft zu bezeichnen. Werden sie nicht gestört. Fig. 4. Knolle von H y d n o p li y t u m m o ii- t a im m längs durchschnitten. 1/5 natürliche Größe. so verweilen sie tagsüber in der Knolle, ebenso wie die Ameisen, welche das Mark von E n d 0 s p e r m u m f 0 r m i c a r u m , einem Baume im Bismarckarchipel aushöhlen, von denen D a h 1 ebenfalls berichtet, daß sie tagsüber verborgen bleiben. Eigenartig ist es, wie sich die Ameisen im Innern einge- richtet haben. Die Wände des Labyrintlies sind von zweierlei Art; ein Teil ist glatt, hell- braun, der andere mit kleinen Warzen be- deckt und schwärzlich. Nach M i e h e deponieren nun die Ameisen (I r i d 0 - m y r m e X m y r m e c 0 d i a e) ihre Puppen nur in den glatten Kammern, während sie ihre Exkremente nur auf den warzigen Kammerwänden ablegen. Diese letzten sind fernerhin noch insofern ausgezeichnet, als auf ihnen (und zwar nur hier) ein Pilz gedeiht, dessen rauchgraue Farbe zusammen mit den bräunhchen Kotüberzügen die ab- weichende Färbung dieser Kajiimerwände be- dingt. Trotzdem che Ameisen diese Pilzrasen durch Abbeißen kurz halten und das üppige Gedeihen des Pilzes durchaus an das Vorhan- densein der echten Ameisenbevölkerung ge- bunden ist, dient er ihnen wahrscheinlich nicht als Nahrung. Er ist vielmehr wohl nur ein unvermeidliches durch che Abtritte der Ameisen zur Entwickelung gebrachtes Un- kraut, das deswegen von den Ameisen rasiert wird, weil es zu einem Verkehrshindernis werden könnte. Da jedoch v^on anderen Ameisen, besonders den südamerikanischen Attaarten und auch von etlichen Termiten bekannt ist, daß sie Pilze kultivieren und bestimmte gezüchtete Auswüchse der Myce- lien auch fressen, ist etwas Aehnhches auch für die Ameisen der Myrmecodia nicht ganz unmöglich, wenngleich das Aussehen des Pilzes sich wesentlich von dem der durch die Attaameisen und die Termiten kultivierten unterscheidet. Die Ameisen, die in den Myrmecodien und den Hydnophyten vorkommen, gehören zu der Art I r i d 0 - m y r m e X m y r m e c 0 d i a e ; doch kommt sowohl in Java als auch (nach D a h 1) im Bismarckarchipel in Myrmecodien auch ge- legenthch eine C a m p 0 n 0 t u s art vor (C a m p 0 n 0 t u s m a c u 1 a t u s) , eine ziemhch große, aber harmlose Ameise. Be- merkenswert ist, daß beide nicht auf die Ameisenpflanzen beschränkt sind, sondern auch anderswo angetroffen werden, so in Astlöchern, ausgetrockneten, größeren hol- zigen Früchten, verlassenen Termiten- nestern usw. I Nachdem F 0 r b e s und T r e u b durch j Anzucht von Myrmecodien aus Samen die i von B e c c a r i vertretene Ansicht, daß das Labyrinth durch die Tätigkeit der Amei- t sen hervorgerufen würde, zurückgewiesen hatten, handelte es sich um die Frage, welche ursprünghche Bedeutung der gekanimerten Knolle zukomme. Für die Entscheidung cheser Frage wurde die Feststellung bedeu- tungsvoll, daß nach jedem Regen Wasser in die Knollenhöhlungen hineingelangt und daß dieses Wasser von der Pflanze mit Hilfe der oben erwähnten Warzen aufgesogen werden kann. Damit wurde die Treu b sehe Auffassung, daß das Labyrinth und die an seinen Wänden verteilten Warzen Durch- lüftungseinrichtungen seien, wesentlich ein- geschränkt und statt dessen bewiesen, daß die Knolle, wie es auch R e 1 1 i g vernnitete, neben der Funktion der Wasserspeicherung in erster Linie ein Organ ist, welches das für einen Epiphyten sehr notwenchge Wasser auffangen uiid der Pflanze zuführen soll, daß also auch bei diesen besonders berühmten x\meisenpflanzen sich keine Organisations- eigentümhchkeiten finden, w^elche notwendig 262 Ameisenpflanzen als ursprüngliche Anpassungen an den Amei- senbesuch gedeutet werden könnten. Ob die Ameisen den Pflanzen nicht nebenbei gewissen Schutz angedeihen lassen, ist damit natürlich nicht entschieden, doch erscheint es in Anbetracht der Wehrlosigkeit derselben nicht wahrscheinlich. Sicher ist der Ameisen- kot für die Pflanze wichtig, da sie kein Humussammler ist. In der Tat wurden Nitrifikation und somit auch Nitrate inner- halb der Knolle festgestellt. 5. Pflanzen mit extrafloralen Nek- tarien. Bei den amerikanischen Akazien sprach schon B e 1 1 die Ansicht aus, daß die N e k t a r i e n , welche sich an den Blatt- stielen finden, ebenfalls im Dienste der Ameisen stünden. Besonders aber war es D e 1 p i n 0 , der diese Theorie in größtem Umfange ausgebaut hat, so daß sich nach seinen und seiner Gefolgsleute Schriften der Kreis der Ameisenpflanzen um die enorme Zahl derjenigen Pflanzen erweiterte, welche extraflorale Nektarien besitzen, und damit auch in der Flora der gemäßigten Zonen eine Anzahl angebhcher Ameisen- pflanzen auftauchten. Unter Nektarien versteht man besondere Organe, welche osmotisch stark wirksame Substanzen, und zwar im allgemeinen Zucker- säfte ausscheiden. Es sind Drüsen, von sehr verschiedenartigem Bau, welche teils in den Blüten teils auch außerhalb der Blüten an verschiedenen Stellen des Pflanzenkörpers vorkommen, jene werden als f 1 0 r a 1 e den letzteren als den extrafloralen gegen- übergestellt. Die floralen Nektarien werden mit gutem Recht als Anpassungen aufgefaßt, die den Insektenbesuch begünstigen sollen. Insekten verschiedener Art besuchen die mit Nektarsäften ausgestatteten Blüten, beladen sich infolge einer raffiniert zweckmäßigen Organisation der Blüte mit Pollenstaub, und übertragen diesen bei ihren weiteren Be- suchen auf die Narben anderer Blüten. Offen- bar unter dem Eindruck dieser allgemein akzeptierten Theorie von dem Zusammenhang zwischen honigsaugenden Insekten und der Sicherung der Fremdbestäubung, hat man den Versuch gemacht, eine ähnliche Be- ziehung zwischen den extrafloralen Nek- tarien und den Ameisen zu konstruieren. Die Ameisen sollten den Nektar schlürfen, sich so an die Pflanze gewöhnen und diese nun gleich einer Schutztruppe gegen Feinde verschiedenster Art verteidigen. Diese An- sicht wies in höchst erwünschter Weise den extrafloralen Nektarien, für deren Funktion man keine andere, irgendwie plausible Er- klärung finden konnte, eine wichtige bio- logische Rolle zu. Eine Reihe von Umständen sprach sehr für diese Ansicht, das allgemeine Schutzbedürfnis der Pflanzen gegen Raupen- und Käferfraß, gegen unberufene Pollen- räuber usw., die vorwiegende Funktions- tüchtigkeit der extrafloralen Nektarien an den jungen Teilen der Pflanzen und nicht zum wenigsten die große Verbreitung dieser Organe in den Tropen, wo auch die Ameisen eine größere Rolle spielen als anderswo. Bau und Anordnung der extrafloralen Nek- tarien ist verschieden. Bei Passiflora- arten bilden sie große gestielte, kopfige oder becherförmige Körper an den Blattstielen, bei P 0 1 y g 0 n u m s a c h a 1 i n e n s e sind es breite sezernierende Flächen an der Basis der Blattstiele, bei P r u n u s avium sitzen sie als rotgefärbte Schwielen zu beiden Seiten des Blattstieles, bei Ricinus stellen sie ebenfalls schwiehge Körperchen an den Blatt- stielen und der Blattbasis dar. Auch an Blatträndern kommen sie vor, besonders auch an Nebenblättchen, wie z. B. bei V i c i a s e p i u m , wo sie als dunkler ge- färbte Gruben auf ihrer Unterseite sitzen usw. Andere befinden sich am Kelch, an der Blatt- spreite, an den Blütenstielen. Wie gesagt, ist die Dauer der Sekretion nicht überall gleich, meist ist sie deuthch nur an jungen Teilen oder überhaupt nur in der Jugend der Pflanzen, manche sezernieren sogar überhaupt nicht. Wenn es auch Sekrete gibt, welche gänzlich von den Ameisen verschmäht wer- den und somit ungenutzt abfließen, be- suchen doch im allgemeinen, wie durch die ausgedehnten Beobachtungen D e 1 p i n 0 s und seiner Schule festgestellt wurde, die Ameisen in der Tat die Drüsen und lecken den Honig ab. Trotz der vielen Einzelbe- obaehtungen hat sieh jedoch ein Schutz von Seiten der Ameisen weniger überzeugend be- weisen lassen, oft ist auch auf den Beweis unter Appell an die Theorie ganz verzichtet worden. Allerdings muß dabei zugegeben werden, daß ein wirklich einwandfreier Be- weis nur mit großen Schwierigkeiten, in vielen Fällen wohl überhaupt nicht geführt werden kann. N i e u w e n h u i s v 0 n U e x k ü 1 1 - G ü 1 d e n b a n d t hat das reiche Material tropischer Pflanzen mit extrafloralen Nek- tarien in Buitenzorg auf Java dazu benutzt, um festzustellen, oIj die Pflanzen wirkhch einen Schutz von selten der ihre Zuckersäfte aufsuchenden Ameisen genießen. Sie kommt zu einem 2iegativen Ergebnis. Bienen, Hum- meln und Wespen lassen sich durch die Ameisen nicht abhalten, die Blüten anzu- bohren, die Nektarsäfte der entsprechenden Pflanzen erfüllen also nicht den Zweck, den ihnen Bure k zuschreiben wollte. Anderer- seits erwies sich auch die Blütendurchbohrung als gleichgültig für den Fruchtansatz. Rau- pen, Käfer, Wanzen, Larven verschiedener Art werden durch die Ameisen nicht ver- trieben, ja gehen sogar gelegenthch aggressiv gegen die letzteren vor. Oftmals saugen andere Insekten einträchtig mit den Ameisen Ameisenpflanzen 263 den Honig aus demselben Nektarium. Dem- gemäß ließ sich nicht feststellen, daß die Pflanzen mit Nektarien weniger von Schäd- hngen zu leiden hatten wie andere. Ja in sehr vielen Fällen wurde der Ameisenbesuch für sie insofern verhängnisvoll, als die Ameisen ebenso wie es oben schon für andere Pflanzen erwähnt wurde, ausgedehnte Läusezuchten auf ihren Wirten anlegten, oder aber es konnte auch beobachtet werden, daß die Ameisen selbst che Nektarien abfraßen sowie die Blätter durch Fraß beschädigten. Außerdem fand sich eine Anzahl schädlicher Insekten auf den Pflanzen ein, welche direkt durch den Nektar angelockt wurden, v. Wettstein dagegen konnte bei C e n t a u r e a a 1 p i n a , J u r i n e a m o 1 1 i s u. a. wirkhch einen von den Ameisen gewährten Schutz kon- statieren. Diese in Mitteleuropa heimischen Kompositen scheiden an den Hüllblättern der Köpfchen Honig aus, der von Ameisen abgeholt wird. v. Wettstein stellte nun fest, daß solche Blütenköpfe, welche künsthch für Ameisen unzugänghch gemacht wurden, erhebhch stärker unter Käferfraß zu leiden hatten als die, w^elche sich des normalen Ameisenbesuches erfreuten. 6. Theoretische Erörterung der mitge- teilten Fälle von Myrmecophilie. Die Ent- scheidung darüber, ob die vorstehend mit- geteilten Tatsachen im Sinne der alten orthodoxen Myrmecophilie zu deuten sind oder nicht, hängt von folgenden Voraus- setzungen ab: 1. muß den Pflanzen aus ihrer Ameisenbevölkerung ein nachweisbarer Nutzen erwachsen und die Ameisen müssen dementsprechend auch geeignet sein, Nutzen zu gewähren; 2. müssen sich Einrichtungen an der Pflanze finden, welche sich nur als Anpassungen an den Ameisenbesuch deuten lassen. Was den ersten Punkt angeht, so ist ein Nutzen der Ameisen bisher nur in wenigen Fällen wahrscheinhch gemacht. Die meisten Pflanzenameisen sind auch gar keine geeigne- ten Schutzsoldaten, da sie keine Fleisch- fresser sind. Insbesondere gilt dies für die harmlosen Formen, welche die Nektarsäfte auflecken. Daß Fleischfresser durch Unge- ziefervertilgung der Pflanzenwelt einen be- deutenden Dienst leisten können, ist dagegen nicht zu bestreiten. So werden seit alters in China raubgierige, fleischfressende Ameisen gesammelt und in den Orangen- und Man- darinengärten angesiedelt. Auch in Java verfährt man (z. B. in TjiMntjing bei Batavia) nach demselben Rezept. Man sammelt die Nester einer sehr bösartigen Ameisenart und hängt sie in die Mangobäume, verbindet diese, um den Ameisen den Verkehr zu er- leichtern mit Bambusstangen und hängt außerdem Leguankadaver als Futter auf. Die also gehegte Ameisenbevölkerung säubert den Obstgarten von einem verderbhchen, das Obst vernichtenden Rüsselkäfer. In älmMcher Weise schützt man in Oberitahen Obstbäume, und neuerdings wird auch bei tropischen Kulturen der Versuch gemacht, gewisse Schädhnge durch Ansiedelung be- stimmter Ameisen zu vernichten. Bekannt ist auch die Leistungsfälligkeit der großen Waldameise (F o r m i c a r u f a) in der Vertilgung von Insekten. Nach F o r e 1 ver- nichtet die Bevölkerung eines großen Nestes an einem Tage 100 000 Insekten. Auch die Bissigkeit der Pflanzenameisen ist stark übertrieben worden. Mit Ausnahme der auf Acacia spadicigera und Barteria f i s t u 1 0 s a vorkommenden Arten, welche als gefährhch bezeichnet werden, sind die übrigen Pflanzenameisen nicht besonders wehrhaft. Was dann die zweite Vorausset- zung anbetrifft, so hat sie sich noch weniger beweisen lassen. Hohlräume sind ja ganz allgemein verbreitet bei Pflanzen. Die hohlen Internodien, Stacheln usw. finden also in den mechanischen Bauprinzipien der betreffenden Pflanzen ihre meist vöUig ausreichende Er- klärung. Die präformierten Durchbruchs- steUen lassen auch eine andere Erklärung zu, die Hohlräume der M y r m e c o d i e n stehen zur Wasseraufnahme in Beziehung, desgleichen die Blattschläuche der D i - s c h i d i a. Nur che Blattsäckchen müssen vorläufig noch als ganz unbekannte Organe gelten, woraus natürhch nicht ihre Bedeu- tung für die Ameisen abzuleiten wäre. Das gleiche muß über die Ameisenbrötchen, die Perldrüsen und die extrafloralen Nek- tarien gesagt werden. Da sie vorwiegend nur an jungen Teilen der Pflanze fungieren, also vielfach typische Jugendorgane sind, so spielen sie wahrscheinhch eine Rolle bei den physiologischen Funktionen der betreffenden Teile, wenn auch vorläufig nicht bekannt ist, welche. Bei den Nektarien kann man wohl nicht ohne Grund vermuten, daß sie bei dem Wassertransport in junge Teile, vor- nehmhch in die Blätter, wirksam sind, doch ist noch kein Beweismaterial hierfür bei- gebracht worden. Wir müssen in den meisten Fällen annehmen, daß sich che Ameisen die obigen verschiedenartigen Einrichtungen ein- fach zunutze machen, daß also hier eine ähnlich einseitige Ausbeutung von selten überlegener Intelligenz stattfindet, wie sie auch in dem Verhältnis des Menschen zur Pflanzenwelt hervortritt, und daß bei der Theorie der Ameisenpflanzen gewisse wegen ihrer Merkwürdigkeit auffaUende Erschei- nungen aus der Fülle der in der Organismen- welt herrschenden Wechselbeziehungen her- ausgehoben und in eine einseitige Beleuch- tung gerückt worden sind. Solche Beziehungen sind natürhch wirkhch vorhanden, doch sind sie abgeleiteter, nicht ursprünghcher Art. Sicher also genießen viele Pflanzen auch einen 264 Araeisenpflanzen gewissen Schutz, wenn sich Ameisen an sie gewöhnen. Bei M y r m e c o d i a deponieren die Ameisen ihre Exkremente in bestimmten Höhlenpartieen des Labyrinthes und eröffnen damit dem Epiphyten eine zweifellos sehr wichtige Nährstoff quelle ; bei gewissen epi- phytischen Farnen könnte es ähnhch sein, da R i d 1 e y behauptet, daß z. B. P 1 a t y - c e r i u m ohne Ameisen schlechter gedeihe, doch ist dies nur eine Vermutung. Ferner leisten die Ameisen vielen Epiphyten dadurch einen wesenthchen Dienst, daß sie Erde und allerlei organisches Material auf die Baum- äste schaffen und so zur Vermehrung der epiphytischen Substrate beitragen. So ist u. a. die Beobachtung Ridleys zu er- wähnen, nach der Ameisen an den Wurzeln der epiphytischen Orchidee D e n d r o b i u m c r u m e 11 a t u m Erde ansammeln. Solchen Beispielen des Nutzens, stehen jedoch auch andere gegenüber, aus denen sich ein zweifelloser Nachteil für die Pflanze ergibt. Spechte hacken die Cecropien und die Hum- boldtien an, um die Ameisen djarin zu ver- zehren, die Ameisen selber benagen sehr häufig ihre eigenen Wirte und fügen ihnen Schaden zu; vor allem aber ist in sehr vielen Fällen festgestellt, daß die Ameisen einen der ärgsten Feinde der Pflanzenwelt, die Blatt- und Schildläuse auf den Ameisen- pflanzen ansiedeln, hegen und beschützen. 7. Die Bedeutung der Ameisen für die Ausbreitung der Pflanzen. Ganz anderer Natur ist die Bedeutung, welche Ameisen bei der Verbreitung von Pflan- zen spielen Sernander hat näml'.ch bewiesen, daß eine große Zahl von Pflanzen ihre eigenartige Verbreitung den Ameisen verdanken. Er bezeichnet diese Gewächse als M y r m e c 0 c h 0 r e n. Bei ihnen hat sich auch die Existenz von Einrichtungen zeigen lassen, die zwar in ihrer ursprüngUchen An- lage wahrscheinhch anderen Zwecken dienten, aber unter der selektiven Einwirkung der Ameisen vervollkommnet und zuletzt aus- schheßhch zu dem neuen Zwecke umgebildet wurden. Viele Pflanzen besitzen nämhch ölhaltige Gewebe oder Körperchen ver- schiedenster Struktur und morphologischer Dignität an ihren Samen, Früchten oder Blütenständen, kurz an den ,,Vermehruiigs- einheiten". Die Ameisen sammeln nun solche Vermehrungseinheiten, um die ölhaltigen Teile, die Elaiosomen, zu verzehren und schleppen sie nach ihren Nestern. Indem sie nun aus verschiedenen Gründen einige unterwegs liegen lassen und auch später den angesammelten Vorrat, nachdem sie die Elaiosomen abgefressen haben, wieder aus ihren Nestern herauswerfen, werden die Samen verbreitet und zwar s y n z 0 i s c h , nach der Bezeichnungsweise Sernanders, d. h. absichtlich transportiert durch Tiere. Auf experimentellem Wege wurde eine große Zahl von Myrmecochoren ermittelt, indem eine bestimmte Zahl der zu prüfenden Samen, Früchte usw. auf Ameisenstraßen gelegt und dann gezählt wurde, wie viel nach einer ange- messenen Zeit verschwunden waren. Auch wurde festgestellt, daß wirkhch die ölhaltigen Teile das Anlockungsmittel darstellten. Be- denkt man, daß von F 0 r m i c a ruf a z. B. über 36 000 Samen während einer Vegetations- periode, d. h. in etwa 80 Tagen, transportiert werden und die Entfernung von der Mutter- pflanze bis 70 m betragen kann, so ergibt sich daraus die große Wirksamkeit dieses Verbreitungsmittels. Außer gewissen Ruderal- pflanzen sind es vorwiegend Pflanzen des schattigen Waldbodens, welche myrmecochor sind. Während die hohen AValdbäiinie ilire flugfähigen Samen und Früchte dem Winde übergeben, die Beeren der Sträucher in der zweiten Etage von den Vögeln gefressen und so verbreitet werden, lassen die Boden- pflanzen ihre mit Elaiosomen ausgerüsteten Vermehrungsorgane durch die Ameisen ver- schleppen. Besonders im Buchenwald, auch im Eichenmischwald, weniger in Birken- und Nadelholzwäldern sind die Myrmecochoren verbreitet; so gibt Sernander z. B. für den Buchenwald u. a. folgende Pflanzen an, die typische Myrmecochoren sind : A j u g a r e p t a n s , A 1 1 i u m u r s i n u m , Are- naria trinervia, Carex digi- tata, Ficaria ranunculoides, Gagea lutea,Galanthus nivalis, Galeobdolon luteum, Helle- bor u s V i r i d i s , H e p a t i c a t r i 1 0 b a , L a m i u m m a c u 1 a t u m , L a t h r a e a squamaria, Luzula pilosa, Äle- 1 a m p y r u m n e m 0 r 0 s u m , M e 1 i c a nutans, Mercurialis perennis, P u 1 m 0 n a r i a 0 f f i c i n a 1 i s , S y m - p h y t u 111 tuberosum, Viola 0 d 0 - rata. Außerdem sei noch C h e 1 i d 0 - n i u m m a j u s genannt, das auch des- wegen von Interesse ist, als es sich mit Viola odorata in Palermo auf der Dattel epi- phy tisch ansiedelte und neben C 0 r y - Cialis ochroleuca, Scrophula- ria vernalis, Hellebor us foeti- dus häufig auf Mauern angetroffen wird. In beiden Fällen sind Ameisen als die Trans- porteure anzunehmen. Da das Körnersam- meln auch in den übrigen Teilen der Erde eine bei Ameisen häufig angetroffene Eigen- tümhchkeit ist, sind die Myrmecochoren wahr- scheinlich sehr weit verbreitet. So kann man z. B. vermuten, daß die Ameisen (M e s s 0 r b a r b a r u s) , welche E s c h e r i c h in Erythrea beobachtete, in der Verbreitungs- biologie der dortigen Flora eine Rolle spielen. Z. B. verschleppen sie die Knollen von C y p e r u s b u 1 b 0 s u s , der in Abesinien verbreitet ist. Ameisenpflanzen — Amikronen 265 Sehr merkwürdig sind die Ameisen- g ä r t e n , von denen U 1 e aus Brasilien berichtet. Gewisse Ameisen schleppen nämlich bedeutende Erdmassen auf Bäume und legen darin ihre Nester an. Man trifft nun auf diesen regelmäßig ganz be- stimmte Pflanzen an, wie z. B. Philo- d e n d r 0 n m y r m e c o p h i 1 u m , N i - d u 1 a r i u m m y r m e c o p h i 1 u m , C o - d 0 n a n t h e f o r m i c a r u m usw. Sie werden von den Ameisen auf den atmosphä- rischen Gärten angesiedelt, wahrscheinlich als Schutz gegen die Sonne und den Regen. Die meisten der in den Ameisengärten regel- mäßig angetroffenen Arten sind sogar gänzlich auf diese Standorte beschränkt, verdanken mithin ihre Erhaltung ebenso den Ameisen, wie gewisse Kulturpflanzen sie dem Men- schen verdanken. Ob sie den Ameisen auch Nahrung gewähren, ist nicht bekannt, des- gleichen läßt es sich schwer entscheiden, ob diese Ameisenpflanzen Ueberreste vorzeit- licher Vegetationen sind, die von den Ameisen aus gewissen Gründen vor dem Aussterben gerettet wurden, oder ob es neue Züchtungen sind, welche die Ameisen entweder absichts- los oder absichtlich, aber wohl nur instink- tiv ausgelesen haben. Literatur. O. Beccarl, BlaUsia, Bd. 2, Genova Firenze 1877 bis 1889. — Th. Bell, The natura- list in Nicaragua, London 1874- — F. JJelpino, Funzione mirmecofila nel regno vegetale Mem. d. Acad. d. Scienze d. Istituto d. Bologna, Bd. VII, VIII, X, 1886 bis 1889. — K. Escherich, Zwei Beilr. z. Kapitel Ameisen und Pflanzen, Biol. Zentralbl., Bd. 31, 1911, Ameisen und Pflanzen. Thar.forstl. Jahrb., Bd. 60, 1909. — K. Fiebrig, Cecropia peltata ti. ihr Verhältn. z. Azteca, Alfari etc., Biol. Zentralbl, Bd. 29, 1909. — H. V. Jhering, Die Cecropien u. ihre Schutz- ameisen, Bot. Jahrb. f. System, usw., Bd. 39, 1907. — Kerner v. Marilaun, Pflanzenleben Leipzig 1896 bis 1898. — H. Kohl, Die Ameisen- pfl. d. trop. Afrika usw., Natur u. Offenbarung, Bd. 55, 1909. — H. 31lehe, Javanische Studien, II. Untersuchg. ü. d. javan. ßlyrmecodia, Abh. d. Kgl. Sachs. Ges. d. Wissensch. Math. phys. Klasse, Bd. 32, Nr. IV, 1911. — A. Moeller, Die Pilzgärten einig, südamerik. Ameisen, Bot. Mitt. a. d. Tropen, Heft 6, Jena 1903. — F. Müller, Die Imbauba u. ihre Beschützer Kosmos, Bd. VIII, 1880 bis 1881. — Derselbe, Z. Frage d. myrme- koph. Pflanzen, Monatl. Mitt. a. d. Gesamigeb. d. Naturwissensch. Bd. 5, 1888. — Nieuwenhuis von Üxküll M. Gülclenbandt, F.vtraflorale Zuckerausscheidungen u. Ameisenschutz, Annal. d. Jard. bot. d. Buitenzorg, Bd. 21, 1907. — M. Raciborshi, Ueber myrmekophile Pflanzen, Ilora Bd. 8, 1900. — E. Bettig, Ameisenpflanzen- Pßanzenameisen, Beih. z. Botan. Zentralbl., Bd. 17, 1904. — H. N. Ridley, Symbiosis of ants and plants Ann. of Botany, Bd. 24, 1910. — A. F. W. Schiniper, Die Wechselbeziehg. zw. Pfl. u. Ameisen i. trop. Amerika, Botan. 3Iitt. a. d. Tropen, Heft 1, 1888. — Verselbe, Pflanzengeographie, 2. Aufl., Jena 1908. — K. Schumann, Einige neue Ameisenpflanzen, Jahrb. f. wiss. Botan., Bd. 19, 1888. — Verselbe, Ueber afrikan. Ameisen [pflanzen, Ber. d. Deutsch. Botan. GcseUsch., Bd. 9, 1891. — E. Schirendt, Z. Kenntnis d. e.ctraflor. Nekturien, Beih. z. Botan. Zentralbl, 1. Abhdl, Bd. 22, 1907. — B. Ser- nander , Entwurf einer Monogr. d. europ. Myrjnekochoren Kunnigl Swenska Vetensk., Akad. Handl Bd. 4I, Nr. 7, 1906. — Y. Sjöstedt, Akaziengcdlen u. Ameisen a. d. ostafrikan. Steppen, Wissensch. Ergebn. Schwed. Zool. Küi- mandjaro - Exped., Upsala 1908. — M. Tveiih, Sur la Jlyrmecodia echinata Gaudich. Annal. d. jard. botan. d. Buitenzorg Bd. 3, 1882. — Verselbe, Nouv. rech. s. la ßlyrm. de Java. Ebenda Bd. 7, 1888. — JB. Ulc, Ameisenpflanzen, Bot. Jahrb. f. System., Bd. 37, 1906. — Ver- selbe, Amcisengärten i. Atnazona.fgebiet. Ebenda Bd. 30, Beibl Nr. 68. — R. v. Wettstein, Ueber Kompos. d. österr.-ungar. Flora m. zucker- abscheid. Hüllschuppen. Sitzungsber. d. K. Ak. d. Wiss. Math.-naturw. Kl, Bd. 97, 1. Abtlg., 1889. H. Miehe. Amici Giambattista . Astronom, Physiker und Botaniker. Er wurde am 25. März 1786 in Modena geboren, studierte dort und in Bologna Mathematik und Physik und wurde bakl darauf in seiner Vaterstadt Professor der Mathematik. 1831 siedelte er in- folge politischer Umstände nach Florenz über, wo er — nominell Professor der Astronomie in Pisa — die Sternwarte des Museums der Naturwissenschaften dirigierte. Dort starb er am 10. April 1863. Amici ist vor allem durch die Erfindung und Ivonstruktion einer größeren Zahl optischer Instrumente berühmt geworden, unter denen sein katadioptisches, später viel- fach von ihm verbessertes Mikroskop, sein Spiegel- (Reflexions-)Teleskop (1812), ein Mikrometer mit zweigeteüter Linse, sein Polarisationsapparat, seine Vorrichtung zur Messung der Lichtstärke eines astronomischen Objektes durch Doppel- bilder und ein 1827 erfundenes mikroskopisches Immersionsobjektiv unter vielen anderen zu nennen sind. Mit diesen Instrumenten hat er zahlreiche bemerkenswerte astronomische und wichtige botanische Beobachtungen gemacht. Unter den letzteren seien die über Plasma- strömung in Characeen, die i^paltöffnungen und ihre Funktiou, den Luftgehalt der Intercellu- laren, die Pollenschläuche, die Befruchtung beim Kürbis und bei den Orchideen als die bedeu- tendsten genannt. Literatur. H. v. Mohl in Bot. Ztg. 21 1868 (Bei- lage zu Nr. 34 S. 1 bis 8). A. Ruhland. Amikronen heißen die mit Hilfe des Ultramikroskops nicht mehr erkennbaren kleinsten Partikel- chen in Suspensionen. Emulsionen oder dgl. Vgl. den Artikel ..Disperse Gebilde". 266 Amine und Amide — Ammoniakderivate Amine und Amide sind Körper, welche den einwertigen Ammo- niakrest — NHa (Amino-, Amidogruppe) enthalten; sie werden im Artikel ..Ammo- niakderivate" besprochen. Ammoniak NH3 wird unter Stickstoff im Artikel „Stickstoffgruppe" behandelt. Ammoniakderivate. 1. Begriff und Einteilung. 2. Anorganische Ammoniakderivate. 3. Organische Ammoniak- derivate: a) Eigentliche Ammoniakderivate: ß) Amine und Ammoniumbasen: ß) Säureamide; y) Iminbasen; d) Säureimide, Laktame, Imino- äther, Imidchloride und Amidine; f) Nitrile und Isonitrile: ?;) Ringförmige Ammoniakderivate, b) Derivate des Hydro xylamins : a) Hydroxyl- aminbasen; ß) Hydro xamsäuren; 7) Oxime; d) gemischte Hydroxylaminderivate. c) Derivate des Hydrazins: a) Alkylhydrazine; ß) Säure- hydi'azide; y) Hyckazone, Azine und Osazone; 6) gemischte Hydrazinderivate. 4. Beschreibung wichtiger Ammouiakderivate. I. Begriff und Einteilung. Unter dem Begriff Ammoniakderivate versteht man zunächst alle chemischen Verbindungen, welche sich vom Ammoniak dadurch ableiten lassen, daß man in dessen Formel N^H eines oder mehrere Wasserstoffatome durch andere Elemente oder durch Gruppen von Elemen- ten (sogenannte Kadikaie) ersetzt denkt. Hat an diesem Ersatz eine kohlenstoffhaltige Gruppe teilgenommen, so liegt ein organi- sches Ammoniakderivat, in jedem an- deren Falle ein an organisches Ammoni ak- derivat vor. Da die letztgenannten Ver- bindungen in dem Artikel „Stickstoff" ausführlich behandelt werden, soll hier im wesentlichen nur von den organischen Am- moniakderivaten die Rede sein. Charakte, ristisch für das Ammoniak ist die Fähigkeit, unter Umwandlung des dreiwertigen Stick- stoffs in ein fünfwertiges Stickstoffatom durch Addition eines Moleküls Wasser, eine Base, das Ammoniumhydroxyd, oder durch Addition eines Moleküls einer einbasischen Säure Salze dieser Base, die Ammonium- salze, zu bilden NH3 + H2O = NH4OH <— j NH3+ HCl = NH4CI <— 1 Da diese Fähigkeit sich auch bei manchen organischen Anmioniakderivaten wieder- findet, so werden die mit den eigentlichen Ammoniakderivaten in engstem Zusammen gang stehenden organischen Ammonium- basen und deren Salze an gleicher Stelle besprochen. Die eben erwälmten basischen Eigenschaf- ten des Ammoniaks bleiben in den Ammoniak- derivaten — wenn auch stufenweise verstärkt oder abgeschwächt — im allgemeinen er- halten, wenn ein Ersatz von Wasserstoff- atomen im Ammoniak (oder Ammonium- hydroxyd) lediglich durch Alkylgruppen^) (Alkohol- beziehungsweise Kohlenwasserstoff- reste) stattgefunden hat. Derartige Ver- bindungen bezeichnet man daher als Amin- basen (Amine, Alkylamine)^) oder auch einfach als organische Basen. Dagegen verschwindet der basische Charakter des Ammoniaks, das heißt die Neigung des drei- wertigen Stickstoffatoms, in fünfwertigen Stickstoff überzugehen, mehr oder weniger vollständig, wenn eines oder mehrere seiner Wasserstoff atome durch Acyl- oder Acidyl- gruppen^) (organische Säurereste) ersetzt werden. Derartige Ammoniakderivate smd im allgemeinen keine ausgesprochenen Basen mehr; sie werden als Säureamide oder auch kurzweg als Amide bezeiclmet. Sowohl bei den Aminbasen als auch bei den Amiden können die eingetretenen Gruppen aliphatisch (das heißt aus offenen Kohlen- stoff ketten bestehend) oder aromatisch (das heißt Kohlenstoffringe enthaltend) sein und man unterscheidet dementsprechend aliphatische und aromatische Amine und Amide. Ist in einem und demselben Ammoniak- molekül ein Wasserstoff durch einen Alkyl- rest, ein anderes aber durch eine Acidylgruppe ersetzt, so spricht man von Alkylsäure- amiden oder von substituierten Säure- ami den. Ganz allgemein nennt man der- artige Derivate auch gemischte Verbin- dungen. Ebenso nennt man aber auch Aminbasen, welche gleichzeitig aliphatische und aromatische Alkylreste enthalten, ge- mischte Amine. Entsprechend der Definition der zwei- wertigen NH-Gruppe als Imino- oder Imido- gruppe bezeichnet man die Dialkylamine, welche ja diese Gruppe enthalten, wohl auch als Imid- oder Iminbasen, doch wird unter diesem Namen häufig eine besondere Abart solcher Verbindungen verstanden. Sind nämhch zwei Wasserstoff atome eines und desselben Ammoniakmoleküls nicht durch zwei getrennte einwertige organische Gruppen, 1) Im vorliegenden Artikel werden alipha- tische Kohlenwasserstoffreste als Alphyl-, aro- matische als Aryl- Gruppen bezeichnet, während die Bezeichnung Alkyl- alle möglichen Arten zusammenfaßt. Abkürzungen: Alph-, Ar- und Alk-. -) Nicht wie früher geschrieben wurde Amide oder Amidbasen. ^) Abzürzung Ac — . Ammoniakderivate 267 sondern durch eine zweiwertige Gruppe er- setzt, das heißt ist ein organischer Komplex mit zwei Affinitäten — gleichgültig, ob die- selben dem gleichen oder zwei verschiedenen Kohlenstoffatomen angehören — an den gleichen Ammoniakrest =NH gekettet, so bezeichnet man die betreffende Verbindung im besonderen als Im ido verbin düng und zwar je nach der Natur der am Stickstoff haftenden Gruppe entsprechend dem vorher Gesagten entweder als Imidbase oder als Säureim id. Hat die doppelt am Stickstoff haftende Gruppe einerseits den Charakter einer Alkylgruppe, andererseits den eines Säurerestes, so bezeichnet man die Ver- bindung wegen ilirer Aehnlichkeit mit den Laktonen als Laktam. Die durch Ersatz aller drei Wasserstoff- atome des Ammoniaks durch Alkj'lgruppen resultierenden Verbindungen nennt man häufig Nitrilbasen, obwohl dieser Name leiclit zu Verwechslungen mit den eigentlichen Nitrilen führt. Sind alle drei Wasserstoffatome eines Ammoniakmoleküls durch ein- und das- selbe Kohlenstoff ersetzt, das heißt: ist ein Kohlenstoffatom eines organischen Kom- plexes mit drei Affinitäten an den gleichen Ammoniakrest =N gekettet, so bezeichnet man die entstehende Verbindung als Nitril oder auch • — wegen ihrer leichten Ueber- führ barkeit in eine entsprechende Carbon - säure — als Säurenitril. Die Nitrile ent- halten also immer die Gruppe — C=N, die sogenannte Nitril- oder Cyangruppe und werden daher auch unter Umständen als Cyanide bezeichnet. Verwandt mit den Nitrilen sind die sogenannten Iso nitrile, welche die Gruppe — N=C enthalten, in denen also zwei Wertigkeiten eines Stick- stoffatoms durch die beiden Wertigkeiten eines zweiwertigen Kohlenstoffatoms ab- gesättigt sind. Ringförmige Ammoniakderivate, das heißt Verbindungen, in denen ein Am- moniakrest — ■ NH-Gruppe oder Stickstoff- atom — mit Kohlenstoffatomen allein oder auch mit Kohlenstoffatomen und anders- artigen Elementaratomen ringförmige Kom- plexe bildet, werden — soweit sie nicht, wie die vorher erwähnten Imidoverbindungen in engstem Zusammenhang mit offenen Ammo- niakderivaten stehen — in dem Artikel ,,He- terozyklischeVer bin düngen" behandelt. Denkt man sich im Ammoniak ein Wasser- stoff atom durch eine Hydroxylgruppe er- setzt, so erhält man das Hydro xylamin NH2OH, eine Verbindung, die in bezug auf ihre salzbildenden Eigenschaften dem Ammoniak ähnlich ist. Das Hydro xylamin selbstgehört zu den anorganischen Ammoniak- derivaten und wird daher in dem Artikel „Stickstoff" ausführlicher behandelt, doch lassen sich wie beim Ammoniak auch beim Hydro xylamin die Wasserstoff atome durch kohlenstoffhaltige Gruppen ersetzen. Von den so entstehenden organischen Hydr- oxylaminderivaten wird hier die Rede sein. Die Konstitution des Hydro xylamins be- dingt im Gegensatz zu der des Ammoniaks die Möglichkeit zweier verschiedener Alten von Hydro xylaminderivaten, denn es ist nicht gleich- gültig, ob die betreffende organische Gruppe für eines der beiden direkt am Stickstoff haftenden Wasserstoff atome oder für das Wasserstoff atom der Hydroxylgruppe eingetreten ist. Letztere Derivate vom Schema NHjOX bezeichnet man als a-, erstere vom Schema XNHOH als /i- Ver- bindungen. Durch Eintritt von Alkylgruppen erhält m an die basischen a- un d />- A 1 k y 1 h y d r 0 x y 1- amine. Von den entsprechenden Acidylderi- vaten sind die in der Hydroxylgruppen des Hydro xylamins substituierten (also cliea- Ver- bindungen) nicht bekannt und offenbar gar- nicht existenzfähig, aber auch die entspre- chenden am Stickstoff substituierten ß- Acidylhydroxylamine scheinen nicht in der den Säureamiden entsprechenden Form X.CO .NHOH zu existieren, sondern haben offen- bar die tautomere Form X.C(OH):NOH, da sie zum Teil ausgesprochenen Säure- charakter besitzen. Sie führen den Namen Hydro xam säuren und entsprechen in ihrer Konstitution den Imidoverbindungen, können also als Oximido- oder Isonitrosover- b in dun gen aufgefaßt werden. Mit besonderer Leichtigkeit können Oxi- mido- oder Isonitrosoverbindungen erhalten werden, in denen die Oximido- oder Isoni- trosogruppe mit einer zweiwertigen Alky- lidengruppe verbunden ist. Solche Verbin- dungen entsprechen dem Schema ^\ >C = NOH. Sie werden als Oxime, und zwar je nach ihrer Herkunft von Aldehyden oder Ketonen als Aldoxime oder Ketoxime bezeichnet. Auch gemischte Verbindungen verschiedener Art sind bekannt; darunter solche, die gleich- zeitig Derivate des Ammoniaks und des Hydro xyl- amins sind, die sogenannten Amidoxime oder Oxamidine vom Schema /NH3 ^NOH. Denkt man sich im Ammoniak ein Wasser- stoffatom durch einen anderen einwertigen Ammoniakrest, eine sogenannte Amino- gruppe vertreten, so erhält man dasHydr- azin H2N — NH2, das man auch durch Zu- sammentritt zweier Aminogruppen ent- standen denken kann und dementsprechend als Diamin bezeichnet. Dasselbe ist wie das Ammoniak eine Base. Das Hydrazin gehört zu den anorganischen Ammoniak- 268 Ammoniakderivate derivaten und wird daher im Artikel „Stick- stoff" behandelt, lief ert aber wiederum orga- nische Derivate. Da es vier vertretbare Wasserstoffatome besitzt, können eine bis vier organische einwertige (Iruppen in das Hydrazin eintreten. Smd zwei Wasserstoffatome des Hydrazins durch organische Reste ersetzt, so ist es nicht gleichgültig, ob dies an dem gleichen oder an den beiden Stickstoffatomen geschehen ist. :Man hat also zu unterscheiden zwischen Derivaten von der Form XHN— NHX, den sogenannten symmetrischen, und Derivaten von der Form X„N — NHo, den sogenannten asymmetrischen Hydrazinverbindungen. Auch bei Ersatz von drei oder vier Wasserstoffatomen des Hydrazins durch organische Gruppen, die untereinander verschie- den sind, treten entsprechende Isomerieen auf. Je nach der Natur der eintretenden orga- nischen Gruppen leiten sich hier, wie beim Ammoniak, basische Alkylhydrazine und neutrale Acidylhydrazine, die gewöhnlich als Säurehydrazide bezeichnet werden, ab. Aelmlich wie beim Hydro xylamin lassen sich auch beim Hydrazin mit besonderer Leichtiokeit Derivate vom Schema :>C = N — NH2 gewinnen, in denen zwei Wasserstoffe der einen NH 2- Gruppe gemeinsam durch die- selbe zweiwertige Alkylidengruppe ersetzt worden sind, die sogenannten Hydrazone, die sich, ebenso wie die vorerwähnten Oxime, praktisch von Aldehyden oder Keto- nen ableiten. Natürlich können die beiden Wasserstoff atome der noch intakten NH2- Gruppe der Hydrazone ihrerseits auch wieder durch Alkyl- oder Acidylgruppen ersetzt werden. Außerdem kann aber auch der Ersatz zweier am gleichen Stickstoffatom stehenden Wasserstoffatome durch eine zweiwertige Alkylidengruppe im gleichen Hydrazinmolekül zweimal vor sich gehen. Die entstehenden Verbindungen vom Schem a ^> C = N — N = C< 2 werden als Azine bezeichnet, und zwar wiederum je nach ihrer Herkunft als Aid azine oder Ketazine. Unter den gemischten Verbindungen ist von einiger Wiclitigkeit namentlich eine sich von der Kohlensäure herleitende Verbindung, die gleichzeitig Ammoniak- und Hydrazinderivat ist, das Semicarbazid von der Formel Werden in' diesem die beiden Wasserstoffatome der zum Hydrazinrest gehörigen NH 3- Gruppe durch eine zweiwertige Alkylidengruppe ersetzt, so bezeichnet man die entstehende Verbindung /NH2 /X oc<; -^c/ \NH.N^ ^Y als ein Semicarbazon. Von anderen verwandten Verbindungen, die sich als Ammoniakderivate betrachten lassen, sind von größerer Wichtigkeit nur noch die sich von den Dialkylaminbasen ab- leitenden sogenannten Nitrosamine von der Formel y>N — NO, und die Derivate der sogenannten Stickstoffwasserstoff- N säure HN / || (vgl. den Artikel ..Stick- \N Stoff"). Diese Derivate führen verschiedene Bezeichnungen. Ist das Wasserstoffatom der Stickstoffwasserstoffsäure durch eine orga- nische Acidylgruppe ersetzt, so bezeichnet man die Verbindung als das Azid der be- treffenden organischen Säure. Steht an Stelle desselben Wasserstoffatoms eine aliphatische Alkylgruppe, so spricht man entweder auch von einem Azid oder man benennt die Ver- bindung als Ester der Stickst off Wasser- stoff säure. Die aromatischen Azide schließ- lich bezeichnet man meist als Diazoimide. Die Azide oder Diazoimide stehen in enger Verbmdung mit der großen und wichtigen Klasse der Azo- und Diazo Verbindungen, die ja ebenfalls in letzter Linie als Ainmoniakderivate aufgefaßt werden können, die aber, wie alle Verbindungen, welche zwei doppelt mit- einander verbundene Stickstoffatome . N = N . enthalten, in einem besonderen Artikel ,, A z 0 k ö r p e r " behandelt werden. Dort wird daher auch von den Derivaten der Stickstoff- wasserst&ff säure ausführlicher die Rede sein. 2. Anorganische Ammoniakderivate. Wie schon erwähnt, werden die anorganischen Animoniakderivate in dem Artikel ,,Stick- stoff" ausführlicher besprochen. Hier soll von ihnen daher nur insoweit die Rede sein, als sie für die organischen Derivate von Liter- esse sind. Man kennt sowohl Metall- als auch j\Ietalloid- derivate des Ammoniaks. Denkt man sich im Ammoniak ein oder zwei Wasserstoffatome durch Metall ersetzt, so kommt man zu den wenig untersuchten und wenig wichtigen Me t allam ide n und Metallimiden, die auch nur von vereinzel- ten Metallen bekannt sind. Wichtiger sind die durch Ersatz aller drei Wasserstoffe entstehenden Metallnitride, die man von sehr zahlreichen Metallen kennt. Sie entstehen zum Teil (LigN, MgsNo, CagN.,, SrgNo, BagN,, MuiN., und CrN) durch direkte Vereinigung von Metall und Stickstoff bei hölierer Temperatur, zum Teil durch Glühen von Metallen oder Metalloxyden im Ainmoniakstrom und sclüießlich durch doppelte Umsetzung von Metallchloriden mit anderen MetaUnitriden. Es sind kiistalhnische oder amorphe Pulver, die sich den Metallcarbiden ziemlich analog verhalten. Von den Halogenstickstoff Verbindun- gen, die aus Ammoniums alzen mit freiem Halogen entstehen, sei hier nur erwähnt, daß sie äußerst explosive Substanzen sind. Der Chlorstick- stoff NCI3 sowie das kürzlich bekanntgewordene Monochloramin NH.,C1 sind gelbe Oele. Eine enstprechende Bromverbindung ist nicht mit Sicherheit bekannt und der Jodstickstoff, dessen Zusammensetzung nicht sicher fest- Ammoniakderivate 269 stellt und der vielleicht ein wechselndes Ge- menge verschiedener Substanzen darstellt, bildet ein dunkelbraunes Pulver. Das Ammoniak selbst bildet ein leicht verdichtbares Gas, das verflüssigt bei — 38.5 " siedet. Es löst sich leicht im "Wasser und die wässerige Lösung enthält A m m o n i u m h y d r - oxyd NH4OH, das eine schwache Base darstellt, sich aber nicht isolieren läßt, sondern hierbei wieder in NH3 und H^O zerfällt. Auch in trocknem Zustande ver- hält es sich insofern als einsäurige Base, als es ein Molekül einer einwertigen Säure addiert und so dieselben Ammoniumsalze bildet, die auch aus Ammoniumhydroxyd mit der betreffenden Säure in wässeriger Lösung entstehen /H H /H Nf H + HCl = >Nf H ^H er ^H Infolge der Unbeständigkeit des Ammo- niumhydroxyds entsteht aus den Ammo- niumsalzen mit anderen Basen freies Am- moniak. Hydro xylamin NHoOH, das in Form seine/ Salze technisch durch Reduktion von Nitraten oder Nitriten gewonnen werden kann, verhält sich bezüglich der Salzbil- dung ebenso wie Ammoniak, das heißt es addiert ein Molekül einer einwertigen Säure, indem der Stickstoff fünfwertig wird ,H H M Nf H + NO3H = /Nf H ^OH NOaO^ ^OH ]\Iit Alkalien liefern die Salze wieder freies Hydroxylamin zurück, indem eine Hydroxyl- ammoniumhydroxydbase auch hier nicht be- ständig ist. Das freie Hydroxylamin bildet eine feste zerfließliche blättrige Masse, die bei 33" schmilzt und im Vakuum (unter 22 mm Druck) bei 56 bis 57" siedet. Ein anorganisches Derivat des Hydro xyl- amins ist in letzter Zeit in der organischen Chemie mehrfach verwendet worden. Es ist die von Angeli untersuchte Nitrohydroxyl- aminsäure, für die man eine der folgenden Formeln anzunehmen hat '\ O = N = N oder N — N oder 0,N — N -t/ H OH OH OH OH OH Die nicht in freier Form, sondern nur in Salzen bekannte Verbindung entsteht aus Salpeter- säureestern und alkoholischer Hydroxylamin- lösung. Gewöhnlich verwendet man das mit Hilfe von Aethylnitrat dargestelle Natriumsalz, das leicht in Natriumnitrit und Nitroxyl (HNO) zerfällt und daher wie freies ,, Nitroxyl" reagiert. Das Hydrazin HgN — NH,, das aus Bisdiazoessigsäure (vgl. den Artikel ,,Azo- k ö r p e r") mit Schwefelsäure oder aus Amino- guanidin (S. 308) mit Natronlauge dargestellt wird, verhält sich bei der Salzbildung ebenfalls wie Ammoniak, kann aber entsprechend dem Vorhandensein zweier Ammoniakreste zwei Moleküle einer einbasischen Säure addieren. Diese Salze sind jedoch ziemlich unbeständig und zerfallen leicht in ein MolekiÜ Säure und das nur ein Molekül Säure enthaltende Salz. Im allgemeinen verhält sich also Hydrazin trotz des Vorhandenseins zweier dreiwertiger Stickstoffatome als einwertige Base H< H< 2HC1 Hsi>T/H H^ j Gl. H^]vr/H H-^^Tl H-^ , Xl+HCl [>N unbeständiges beständiges Dichlorhydrat Chlorhydrat Vom Ammoniak und Hydroxylamin unter- scheidet sich das Hydrazin darin, daß seine Salze mit Kalilauge nicht freies Hydrazin, sondern eine beständige Ammoniumhydroxydbase, das Hydrazinhydrat liefern, in dem aber ent- sprechend der Unbeständigkeit der zweisäurigen Salze nur das eine der beiden Stickstoffatome unter Wasseraufnahme fünfwertig geworden ist >N<" i>N + KOH = OH -1- KCl >N Erst mit wasserabspaltenden Mitteln spaltet Hydrazinhydrat Wasser ab und liefert freies Hydrazin, das auch direkt aus seinem Salze mit HUfe von Natriumalkoholat erhalten werden kann. Hydrazinhydrat ist eine schwächere Base als Ammoniumhydryd und Hydroxyl- amin. Hydrazinhydrat' bildet eine rauchende Flüssigkeit, die bei 118,5" siedet und unter — 40" erstarrt, freies Hydrazin eine rauchende Flüssigkeit, die bei 113,5" siedet, bei 0" erstarrt und bei + 1,4" wieder schmilzt. Von der Stickstoffwasserstoff säure, HN< II oder HN=N=N, die aus Benzovl- N azoimid (vgl. den Artikel „Azokörper'') mit Natriumalkoholat oder aus Natriumamid mit Stickoxydul in Form ihres Natriumsalzes ge- wonnen wird, sei hier nur erwähnt, daß sie eine äußerst heftig explodierende wasserhelle Flüssigkeit vom Siedepunkt 37 " bildet. 3. Organische Ammoniakderivate. 3a) Eigentliche Ammoniakderivate. a) A m i n e u n d A m m 0 n i u m b a s e n . Wie schon in der Einleitung erwähnt, kann man die drei Wasserstoffatome des Ammoniaks durch Alkylgruppen (Alkoholreste oder Kohlen- wasserstoff reste) ersetzen. Hierdurch wird die Basizität des Ammoniaks nicht aufge- hoben. Die Alkylamine sind also Basen, die bei den niedrigeren Gliedern der alipha- tischen Reihe sogar stärkere Basizität zeigen als das Ammoniak selbst und zwar wächst hier die Basizität mit der Anzahl der eintretenden Alkyle. Die aromatischen 270 Ammoniakderivate Amine sind dagegen schwächere Basen,^ je- doch nur dann, wenn der aromatische Kern direkt mit dem Stickstoff verbunden ist wie im Anilin CgHs-HNa, niclit aber, wenn zwischen beiden ein aliphatischer Rest steht, wie beim Benzylamin C6H5.CH2.NH2, denn derartige Verbindungen verhalten sich, wie schon hier hervorgehoben sei, bezüglich des Ammoniakrestes durchaus wie die rein aliphatischen Verbindungen. Andererseits wächst der sogenannte „acidifizierende", ^^^^ _^^ ..„__„._. ^,, d.h. die Säurenatur steigernde die Basizität ; ^^Ythalten, nennrman sleVolif auch Imin aber dementsprechend schwachende i.intlub |j ag e n oder weniger gut I m i d b a s e n Sekundäre Amine leiten sich vom Ammoniak durch Ersatz zweier Wasser- stoff atome ab, z. B. H — K^^Hs oder H — N h^n( -^ HNCCaHs)^ + H J und aus diesem entsteht teilweise in wiederum gleicher Weise Triäthylamin. (C2H5)2NH + C2H5 J -^ (C2H5)3N<^ -> (CÄ)3N-^HJ. Schließlich addiert aber auch noch das tertiäre Amin ein Molekül Aethyljodid und bildet das quartäre Tetraäthylammo- nium Jodid, das man auch als Jodäthylat des Triäthylamins bezeichnen kann CoHs (CJl,%^ + CÄJ -^ (C2H5)3N<^ Das Endprodukt der Einwirkung von Halogenalkylen auf Ammoniak ist also immer ein Gemisch der primären, sekundären und tertiären Basen oder ihrer Salze und der quartären Ammoniumsalze, doch kann man durch richtige Auswahl des Verhältnisses zwischen Ammoniak und Halogen alkyl oft erreichen, daß ein bestimmtes Derivat in überwiegender Menge entsteht, wobei auch die Natur des betreffenden Alkylrestes nicht ohne Einfluß ist.^) Am besten lassen sich ^) Die den tertiären Alkoliolen entsprechen- den Halogenalkyle liefern mit Ammoniak über- haupt keine Amine sondern Olefine. nach dieser Methode durch Anwendung eines Ueberschusses von Halogen alkjd die ter- tiären Amine gewinnen, die auch leicht iso- lierbar sind. Immerhin muß man, um das gewünschte Produkt zu isoHeren, meist ziemlich umständliche Trennungsmethoden anwenden, von denen weiter unten bei den Eigenschaften der Amine (S. 274) noch die Rede sein wird, wenn man es nicht vorzieht, von vornherem eine andere Darstellungs- methode zu wählen, die nur zu einem be- stimmten Amin führt. Für die Reindarstellung der primären ali- phatischen Amine ist d^s becpiemste Aus- gangsmaterial meist das Phtahmid. Dieses Säureimid (s. S. 281) ist ein Ammoniak in dem zwei Wasserstoffe durch den leicht wieder abspaltbaren zweiwertigen Eest der Phtalsäure ersetzt sind und in dem das dritte Wasserstoff- atom infolgedessen leicht durch Alkalimetall ersetzbar ist. Die Alkaliverbindung, das Phtalimid- kalium, kann, da die Bildung quartärer Ver- bindungen durch die Gegenwart der Acidyl- gruppe ausgeschlossen ist, mit dem Halogen- alkyl nur eindeutig, d. h. durch Austausch des Kaliums gegen den Alkylrest reagieren, wo- rauf man aus dem entstandenen Alkyl- phtalimid den Phtalsäurerest durch Erhitzen mit Alkalien oder Säuren wieder abspaltet C«H, /C0\ KOH ^CO / NH Phtalimid Phtalimidkalium > C'eHi^^ /NC2H5 Aethylphtalimid H,0 /COOK — > CeH4< + H2NC2H5 ^COOH Aethylamin Phtalsäure Sekundäre aliphatische Amine erhält man häufig bequem, indem man im Anilin, dem einfachsten primären aromatischen Amin, beide noch am Stickstoff vorhandenen Wasserstoffatome durch Behandlung mit Halogen alkyl gegen Alkyl austauscht, was sich durch Anwendung eines Ueberschusses an Halogen alkyl ziemlich glatt erreichen läßt. Das so erhaltene Dialkylanilin verwandelt man mit salpetriger Säure (s. S. 274) in die p-Nitrosoverbindung, die sich mit Alkali glatt in Nitrosophenol und das gewünschte sekundäre Amin spalten läßt CaHsJ C6H5.NH2 —> C6H5.N(C2H5)2 Anilin Diäthylanihn HNO2 H2O — ^ N0.CeH4.N(CÄ),— >-N0.C6H,.0H p-Nitrosodiäthvlanihn Nitrosophenol + HNCC^Ns)^ Diäthylamin 272 Ammoniakderivate Wie ohne weiteres verständlich ist, kann man nach den geschilderten Methoden auch gemischte Amine gewinnen, indem man in ein primäres oder sekundäres Amin in gleicher Weise eine weitere andersartige Alkylgruppe einführt. Will man auf diese Weise ein primäres Amin in ein gemischtes sekundäres überführen, so führt man, um die Reaktion einheitlich zu gestalten, zweck- mäßig erst eine Acidylgruppe ein, die man schließhch wieder abspaltet CßHg.NH^ Anilin CH.COOH C«H.. . N H CO.CH. C«H,.N Acetanilid Letis-iN CO.CH3 > Aethylacetanilid CaHs H CH,.COOH. Aethylanihn Alle bisher besprochenen Methoden be- ruhen auf der Umsetzung von Halogen alkylen mit Ammoniak und Ammoniakderivaten und sind wie alle analogen Substitutionen nur ausführbar, wenn das Halogen an einem aliphatischen Rest haftet, während sie im allgemeinen versagen, wenn das Halogen direkt an einem aromatischen Kern steht. Bemerkenswert ist jedoch, daß Dikalium- anilin CgHäNKo und Kalium- oder Natrium- diphenylamin (C6N5)2NK mit Brombenzol Tri- phenylamin liefern. Mit Ammoniak reagieren aromatische gebundene Halogenatome nur dann, wenn am selben Kern noch mehrere Halogen- atome oder Nitrogruppen stehen. Sofern es sich um Eiuführung von Methyl- gruppen in Ammoniak oder Ammoniakderivate handelt, benutzt man an Stelle der Halogen- verbindung meist praktischerDimethylsulfat. Der eben besprochenen Methode, die mit ihren Abarten die allgemeinste Darstellungs- methode für aliphatische Amine ist, steht eine andere Methode gegenüber, die in aller- erster Linie in Frage kommt, wenn es sich um die Darstellung aromatischer Amine handelt. Es ist die Reduktion von Nitro- verbindungen, die sich zwar auch bei aliphatischen Verbindungen ausführen läßt, für diese aber keine größere Wichtigkeit be- sitzt, weil hier die Ausgangsmaterialien schwieriger zugänglich sind. Dagegen er- laubt sie ganz allgemein, die leicht darstell- baren aromatischen Nitroverbindungen in die für die Farbstofftechnik so wichtigen aro- matischen Amine überzuführen und ist da- durch eine der wichtigsten Methoden der chemischen Großtechnik. Naturgemäß führt die zuerst von Zinin verwirkHchte Reduktion von Nitroverbindungen nur zu primären Aminen. Sekundäre und tertiäre aromatische Amine werden aus den primären gewonnen (s. S. 271, 273 und 274). Die Reduktion der Nitrogruppe zur Aminogruppe geschieht in den meisten Fällen durch Wasserstoff in statu nascendi und zwar in saurer Lösung C6H5.NO2 + 6H =: CeHs.NH, + 2H2O Im Laboratorium wendet man zur Reduk- tion meist Zinn oder Zinnchlorür und starke Salzsäure an, während in der Technik das viel billigere Eisen benutzt wird. Von Interesse ist hierbei, daß man nur etwa 1/40 der von der Gleichung C'eHg.NOo -f 2Fe + 6 HCl = C.HgNH, + Fe2Cl6 + 2H20. erforderten Salzsäuremenge verwendet, daß also die Reduktion offenbar im wesentlichen durch Eisen und Wasser nach der Gleichung CeH5.N(J,+ 2Fe + ffl^O + C.Hs.NHs+Fe.lOH)^ bewirkt wird, wobei das zuerst gebildete Eisen- chlorür als Wasserstoffüberträger dient. Außer- dem wendet man zur Gewinnung von Aminen aus Nitroverbindungen noch häufig Schwefel- ammonium in alkohoMscher Lösung an. Der Wert dieses Reduktionsmittels hegt namenthch darin, daß es gestattet, in PohTiitroverbindungen nur eine der vorhandenen Nitrogruppen zu redu- zieren und so zu Nitroaminoverbindungen zu gelangen NO, , OTT C n TT xNH, CeH^C NOo + 3H„S ^«"*X.0H^XBr^X.CN -^X.CHa.NHa Wesentlich historisches Literesse besitzt die zuerst von W ü r t z zu Reindarstellung von primären Amhien benutzte Zersetzung der Isocyansäurerester mit Kalilauge (s. S. 281) C2H5.N : C : 0 + H2O = C2H5.NH2 + CO2, doch beruht auf ihr die Hofmannsche Ammoniakderivate 273 Methode zum Al)bau der Säureamidc zu den um ein Kohlenstoffatom ärmeren primären Aminen. Diese Methode, die sowoiil zu ali- phatischen als auch zu aromatischen primären Aminen führt, besitzt auch erhebliche tech- nische Wichtigkeit. Zur Deutung der ziemlich komplizierten Reaktion, die durch Einwirkung von Chlor oder Brom und Alkalilauge auf das Säureamid vor sich geht und z. B. Acet- amid in Methylamin überführt, nimmt man gewöhnhch folgende Reihe von Umsetzungen an. Zunächst wird ein Wasserstoffatom der ]N"H2-*^^Truppe durch das Brom substituiert und das entstehende Bromamid (II) bildet in seiner tautomeren Form ein Alkalisalz (III). Dasselbe erleidet eine Umlagerung, die der sogenannten Beckmann sehen Um- lagerung der Oxime (s. S. 297) analog ver- läuft und in einem Platzwechsel von Br und CHa-Gruppe besteht. Hierdurch entsteht ein Körper (IV), der am gleichen Kohlen- stoffatom ein Bromatom und ehie ONa- Gruppe enthält und infolgedessen sogleich Bromnatrium abspaltet. Der so gebildete Isocyansäureester (V) zerfällt dann im Sinne der vorher erwähnten Würtz sehen Reak- tion unter Aufnahme von H2O in CO2 und Amin (VI) (I) CH3.CO (II) CH3.r0 NH, (IIDCHj.C.ONa 11 BrN (V) C:0 Br^'H (IV)Br.C.ONa CH3.N (VI) CO2 CH3.N CH3..\H2 In dieser Form hefert die Methode in der aliphatischen Reihe zwar nur in den niederen Gliedern gute Ausbeuten, weil die höheren aliphatischen Amine leicht durch weitere Ein- wirkung der alkalischen Bromlösung in Nitrile übergehen (s. S. 2cS4), doch läßt sich dieser Uebel- stand einmal durch gewisse Modifikationen ver- meiden und dann ist die Methode auch in der aromatischen Reihe vortreffUch verwendbar, wie namentlich die analog verlaufende technische Gewinnung der für die Indigosynthese wichtigen Anthranilsäure (o-Aminobenzoesäure) aus Phtalimid zeigt. Aehnlich wie diese Umsetzung verläuft anscheinend die Curtiussche Ueberführung der Säureazide in die um ein Kohlenstoff niedrigeren Amine X.C0.N/|| — >-X.NH2, die in dem Artikel ,,Azokörper" bei den Aziden näher besprochen wird. Die sonst noch bekannten Reaktionen, bei denen Amine entstehen, können kein größeres Interesse beanspruchen, abgesehen Bildung des Diphenylamins und seiner Homologen beim Erhitzen von Anilin mit Anilinchlorhvdrat CeH^.NH^ + HCl, H^NCßHs = CßHs.NH .CßHs+HCl, NH3 Derivate des Diphenylamins entstehen auch bei der sogenannten Semidinumlagerung (s. S. 303). Eigenschaften und Umsetzungen der Amine und Ammoniumhydr- oxyde. Die Mono-, Di- und Trialkylammo- niumsalze werden, da die betreffenden Am- moniumhydroxyde unbeständig sind, von Alkali unter Bildung der freien primären, sekundären und tertiären Amine zersetzt und diese können, da sie entweder flüchtig oder in Wasser wenig löslich sind, leicht abgeschieden werden. Im Gegensatz hierzu werden die Tetraalkylammoniumsalze, da die quartären Ammoniumbasen beständig, unflüchtig, in Wasser löslich und stark ioni- siert sind, von Alkali unter den gewöhnlichen Bedingungen, d. h. in wässeriger Lösung, nicht wesentlich zersetzt. Hierauf beruht bei der zuerst besprochenen Darstellungsmethode die Trennung der quartären Verbmdungen von , den primären, sekundären und tertiären Aminen. Um die quartären Ammoniumhydroxyde aus ihren Salzen in Freiheit zu setzen, benutzt man feuchtes Silberoxyd. Die niedrigsten Amine sind bei gewöhn- licher Temperatur gasförmig und ähnehi dem Ammoniak außerordentlich, shid aber brenn- bar. Mit zunehmender Kohlenstoffzahl steigt im allgemeinen der Siedepunkt, während die Löslichkeit in Wasser abnimmt. Die höchsten Amine sind feste, in Wasser un- lösliche, geruchlose Körper. Die Siede- punkte einiger Amine sind in folgender Tabelle zusammengestellt Primäres Sekundäres Tertiäres Alkylrest Amin Amin Amin Methyl - 7" + f + 4" Aethyl + 19° 56» 90» n-Propyl 490 IIO" 156° Isopropvl 3.0 840 — n-Butvl 78» 160» 217» n-Hexyl 129» — 260° Phenvl 184» 310" — Benz vi 185° 300» — o-Tolyl 199° 314" — Viele Amine verbinden sich mit einem Mo- lekül Wasser zu — meist flüssigen — Hydraten, die aber anscheinend nicht die entsprechenden Ammoniumhydroxyde, sondern additioneile Ver- bindungen sind. Wichtig ist es, daß in allen Alkylammen die Alkvlgruppen außerordenthch fest am Stickstoff haften. Amine werden weder beim Kochen mit Säuren noch mit Alkalien ge- von der auch in der Technik angewandten 1 spaltet. 1 8 Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Band I. 274 Ammoniakderivate Abgesehen von der — eingangs besproche- nen — allen Aminen mit Ausnahme der Triphenylamine gemeinsamen Fähigkeit mit Säuren Salze des füufwertigen Stickstoffs zu bilden, unterscheiden sich die drei Klassen von Aminen in chemischer Beziehung stark voneinander. Der Unterschied beruht im allgemeinen darauf, daß die primären und sekundären Amine vermöge des am Stick- stoff noch vorhandenen Wasserstoffs zur Keaktion mit vielen Agentien befähigt sind, gegen die die tertiären Amine vollkommen beständig sind. So ist es möglich in primäre und sekundäre Amine weitere Alkylgruppen oder auch Acidylgruppen einzuführen, d. h. sie reagieren noch mit Halogen alkylen und Säurechloriden oder -anhyclriden. Nament- lich die Acylierung erlaubt eine leichte Unter- scheidung zwischen primären oder sekun- dären und tertiären Basen. Hierher geholt auch die bei den Säureamiden zu besprechende Harnstoff- und Thioharnstoffbildung der primären und sekundären Amine sowie das Verhalten der Amine gegen Benzolsulfo- chlorid (s. S. 277), das häufig eine Tren- nung der bei der Darstellung nebeneinander .entstehenden drei Arten von aliphatischen Aminen gestattet. Das Prinzip dieser Trennung zeigt folgende Zusammenstellung : Art der Base Primär Sekundär Tertiär Liefert mit Benzolsulf ochlorid Monoalkylsulfamid Dialkylsulfamid Unveränderte Base Verhalten des Produktes gegen wässeriges Alkali Löslich. Un- flüchtig. LTnlöslich. Un- flüchtig. Mit Dampf flüchtig. Aus den isolierten Sulfamiden lassen sich wie aus allen Säureamiden die Aminbasen durch Hydrolyse regenerieren. Besonders charakteristisch ist das Ver- halten der drei Klassen von Aminbasen gegen salpetrige Säure. Die primären aliphatischen Amine werden von diesem Agens schon in der Kälte in Alkohole verwandelt (la), wälu'end die primären aromatischen Amine in der Kälte Diazoniumverbindungen lie- fern, die beim Erhitzen zerfallen und zwar meist unter Bildung von Phenolen (Ib) (vgl. den Artikel „Azokörper"). Alle sekun- dären Amine werden von salpetriger Säure in Nitrosamine verwandelt, indem das am Stickstoff stehende Wasserstoffatom durch die N:0-Gruppe substituiert wird (II). Die tertiären aliphatischen Amine werden von salpetriger Säure nicht verändert, während bei Gegenwart eines aromatischen Kerns eine Nitrosogruppe in die p-Stellung des letzteren eintritt (III b). I a) Alph.NH,^- Alph.OH + N2 -f H^O b) Ar.NHa — >► ArNaOH — >-Ar.OH + N^ II. (Alk)2NH -> (Alk)2N . NO + H2O III a) (Alph)3N — ^ Unverändert b) (Alk)2N.C6H5 — ^ (Alk)2N.C6H,.NO + H2O Auch mit Hilfe dieser Reaktionen kann man das bei der Darstellung aliphatischer Amine erhaltene Basengemisch trennen, wenn nur auf die Isolierung der sekundären und tertiären Base Wert gelegt wird. Nach der Behandlung mit salpetriger Säure können die Nitrosamine aus der sauren Lösung leicht durch Abheben oder Ausschütteln abgetrennt und durch Erhitzen mit Salzsäure in die sekimdären Amine zurück- verwandelt werden, während die unverändert gebliebenen tertiären Basen nach dem Zusatz von Alkali abdestilliert werden. Die primären Basen werden bei dieser Methode allerdings zerstört, d. h. in Alkohole verwandelt. Die p- Nitrosoverbindungen der Dialkylanihne sind wichtige Zwischenprodukte der Farbstoff- industrie. Sie liefern bei der Reduktion p- Amino- verbindungen und zerfallen mit Alkali in p-Nitrosophenol und Dialkylamine (s. S. 271 und 299). Bei der Oxydation gehen die primären und sekundären Basen zunächst in Alkyl- hydroxylamine über, die aber gewöhnlicli sofort weiter oxydiert werden (s. S. 289), wälu-end die tertiären Basen Trialkvlamin- oxyde (S. 290) liefern. Eine nur den primären Basen zukommende Reaktion ist die Bildung von Isonitrilen (Carbylaminen s. S. 287) beim Erwärmen mit Cliloroform und alkoholischer Kalilauge Alk.NHa + HCCI3 -f 3K0H = Alk. NC + 3KC1 -f 3H2O Da die Isonitrile einen charakteristischen äußerst widerhchenund intensiven Geruch besitzen, benutzt man diese Reaktion zum Beweis der primären Natur eines Amins. Die Mono- und Dialkylaniline, von denen namentlich das Dimethylanilin in der Farbstofftechnik in allergrößtem Maß- stabe gebraucht wird, werden aus dem Anilin durch weitere Alkylierung nach der erstge- nannten Methode gewonnen, nur benutzt man in der Technik an Stelle der Halogenalkyle die betreffenden Alkohole und Salzsäure oder Schwefelsäure. Wichtig ist es, daß die Alkyl- und Di- alkylaniline bei Gegenwart von Salzsäure bei" liöherer Temperatur die Alkylgruppen ziemlich leicht als Chloralkyl wieder abspalten und daß bei noch höherer Temperatur das Chloralkyl mit dem Benzolrest reagiert, so daß Alkylgruppen in den Kern eintreten. Die sekundären oder tertiären Basen gehen also bei dieser Reaktion, die natürlich in Druck- gefäßen ausgeführt werden muß, in kern- substituierte primäre Basen über. So entsteht aus Methylanilin p-Toluidin Ammoniakderivate 275 C6H5.NHCH3 -> CH3.C6H4 NH, aus Dimetliylanilin as-m-Xy 1 i d i n und in gleicher Weise auch aus dem quartären Trimethylphenylammoniumjodid M e s i d i n. Diese „Wanderung der Alkyle" bildet für manche Homologe des Anilins eine brauchbare technische Darstellungsmethode. V 0 r k 0 m m e n der A m ine. In der Natur kommen von den Aminen fertig gebildet nur Methylamin und Trimethylamin in einigen Pflanzen vor. Alle drei Methylamine ent- stehen hcäufig bei der Zersetzung stickstoff- haltiger Naturprodukte, so in der Herings- lake, im Knochenöl, in den Destillations- l)rodukten des Holzes und der Riibenzucker- schlempe usw. Die quartären Ammoniumhydro- xyde, über deren Gewinnung im vorstehenden alles Nötige gesagt ist, können in nichtwässe- riger Lösung, z. B. in Alkohol, aus ihren Salzen auch durch Alkali in Freiheit gesetzt werden, während sie in wässeriger Lösung aus ihien Salzen durch feuchtes Silber oxyd erhalten werden (s. S. 273). Sie sind meist farblose, zerfließhche, kristallinische Massen, die den fixen Alkalien, denen sie hinsichthch der Basizität nahe kommen, ähnlich reagieren. Sie sind leicht löslich in Wasser und bilden mit demselben Hydrate. Beim Erhitzen zer- fallen sie in tertiäre Basen und Alkohol oder Olefin und Wasser; Tetramethylammonium- hydroxyd liefert Trimethylamin und Methyl- alkohol. (CH3)4N0H -^ (CH3)3N + CH3OH. Stereo isom er ie. Durch Kombination der vorher beschriebenen Darstcllungsme- thoden kann man quartäre Ammoniumsalze gewinnen, in denen alle vier am Stickstoff haftenden Alkylgruppen untereinander vei- schieden sind. Bei solchen Verbindungen kann — ähnlich wie am asymmetrischen Kohlenstoffatom — Stereoisomerie auftreten, und es ist auch in der Tat gelungen, solche Basen in optisch-aktive Antipoden zu spalten. Am dreiwertigen Stickstoff scheint derartige Stereoisomerie nicht möglich zu sein. Hieraus kann man schließen, daß die drei Valenzrichtungen des Stickstoffatoms in einer Ebene liegen (vgl. jedoch S. 294). Andererseits erhält man identische Tetra- alkylammoniumverbindungen, ganz gleich in welcher Reihenfolge man die verschiedenen Alkylreste einführt. Das Jodmethylat des Aethylpropylbenzylamins, das Jodäthylat des Methylpropylbenzylamins, das Jodpro- pylat des Methyläthylbenzylamins und schließlich das Jodbenzylat des Methyläthyl- propylamins sind völlig identisch. Mehrwertige Amine werden in ganz analoger Weise erhalten, wie die einwertigen. Mehrwertige Amine welche zwei Amino- gruppen am selben Kohlenstoffatom ent- halten, sogenannte gem-Diamine^), sind unbeständig und nur in Form von Derivaten isolierbar (s. S. 280). Von Wichtigkeit sind in der aliphatischen Reihe nur einige diprimäre Diamine, welche sich von den nor- malen Kohlenwasserstoffen ableiten und die Aminogruppen an den beiden Endgliedern der Kohlenstoffkette tragen. Einige der- selben, so das 1,4-Diaminobutan (Tetra- methylendiamin oder Putrescin) und das 1,5-Diaminopentan (Pentamethy- lendiamin oder Cadaverin) entstehen häufig bei Fäuhiisprozessen stickstoffhaltiger Naturprodukte. Abgesehen von denjenigen Reaktionen, welche die Diamine mit den einfachen Aminen gemeinsam haben, ist es für die Diamine, welche zwischen den beiden Aminogrupi)en drei bis fünf Kohlenstoffe enthalten, charak- teristisch, daß sie beim Erhitzen ihrer Chlor- hydrate Salmiak abspalten und in zyklische ,, Inline" übergehen (s. S. 279). /CH2-CH2-NH2, HCl '^CH^-CH^-NHa, HCl Pentamethylendiamin nTT pXT -> CH2<^ ' /NH, HCl +NH3, HCl ^CH2-CH/ Pentamethyleniniin Piperidin Aethylendiamin Hefert hierbei nicht das entsprechende Aethylenimin, sondern Diäthylen- diiniin (Piperazin) 2H2N.CH2.CH2.NH2 /CHo — CHox -> NH< >NH \CH2-CH2/ während die höheren Glieder sich in kompli- zierterer Weise zersetzen. Die aromatischen Diamine, die durch Reduktion von Dinitroverbindungen oder von Nitroaminoverbindungen gewonnen wer- den, sind feste, meist unzersetzt destillierende Substanzen, die ziemlich empfindlich gegen Oxydationsmittel sind. Die 0 -Diamine sind wichtig durch ihre Fähigkeit, sich mit den verschiedensten Agentien unter Schlies- sung eines "neuen stickstoffhaltigen Ring- svstems zu kondensieren i , C.CH3 = ^\nH2 0 — NH C.CH3 + 2H,0 y 1) geminal vcn gemmus = Zwilling. 18* 276 Amm 0 niakd er ivat e Solche „Orthokondensationen" finden namentlich statt mit Fettsäuren, Aldehyden, c'-Diketonen, mit salpetriger Säure und bei der Einwirkung von Oxydationsmitteln. Die als Imidazole, Aldehydine, Chinoxaline, Azi- niide, Phenazine usw. bezeichneten Produkte werden in dem Artikel „H e t e r o z y k 1 i s c h e Systeme" behandelt. m -Diamine liefern mit salpetriger Säure braune Aminoazofarbstoffe. Vermöge dieser Reaktion wird m-Phenylcndiamin als emp- findliches Reagens auf salpetrige Säure be- nutzt. p-Diamine lassen sich leicht zu Chinonen oxydieren und liefern ebenfalls wichtige Farbstoffe. Von großer Wichtigkeit für die Farb- stofftechnik ist das Benzidin, das Di-p- diaminodiphenyl, von dessen eigenartiger Bildung bei der sogenannten „Benzidin- umlagerung" der Hydrazo Verbindungen später (s. S. 303) die Rede sein wird. Auch höherwertige Amine sind bekannt, haben aber keine große Wichtigkeit. Da man die Darstellung der Amine nicht nur als Einführung von Alkylresten in Ammoniak, sondern natürlich auch als Ein- führung von "Aminogruppen in Kohlen- wasserstoffe auffassen kann, ist es ohne weiteres verständlich, daß man durch Modi- fikation der angeführten Methoden auch alle möglichen anderen Verbindungen dar- stellen kann, die außer dem Ammoniakrest noch andere charakteristische Gruppen ent- halten, so aliphatische Aminosäuren aus chlor- substituierten Fettsäuren mit Ammoniak, aro- matische Aminosäuren durch Reduktion von Nitrosäuren usw. Alle diese Verbindungen lassen sich als Ammoniakderivate auffassen. Ihre Zahl ist aber so groß, daß sie im Rahmen dieses Artikels nicht näher behandelt werden können. Eine besondere, nicht unwichtige Ivlasse von Aminen bilden die sogenannten Al- deliydammoniake, Körper, die ganz all- gemein aus Aldehyden durch Anlagerung von Ammoniak entstehen (siehe S. 280 und den Artikel „Aldehvde") O ■ /OH X.C{ -f- NH3 = X.CfNH2 ^H ^H Zum Schluß möge erwähnt werden, daß man die am Stickstoff stehenden Wasser- stoffatome der Amine auch durch Halogene (Halogen amine s. S. 280 und 284), Nitro- gruppen (Nitro amine) und ähnliche Grup- pen ersetzen kann. Diese Verbindungen be- sitzen jedoch mit Ausnahme der sclion be- sprochenen Nitrosamine lediglich theore- tisches Interesse. Es sei hier darauf hingewiesen, daß die Nitroamine und die kaum bekannten, von primären Aminen abgeleiteten Nitrosamine in naher Beziehung zu denDiazoverbindungen stehen (s. den Artikel „Azokörper"). Daß unter dem acidifizierenden Einfluß aromatischer Gruppen in den Phenylaminen der am Stickstoff stehende Wasserstoff auch durch Alkalimetall ersetzbar wird, ist ein- gangs erwähnt worden. ß) Säure am i de. Aelmlich wie Alkyl- gruppen lassen sich Acidylgruppen X.CO, in Ammoniak und in Amine einführen. Die so entstehenden Körper XjN.CO.X lassen sich nicht nur als Acidylamine, d. h. als sub- stituiertes Ammoniak auffassen, sondern auch als Säuren X.COOH, deren Hydroxylgruppe durch eine einfache oder substituierte Amino- gruppe ersetzt ist. Diese Auffassung der Acidylamine als Säureamide ist für die ein- facheren Verbindungen dieser Art zweck- mäßiger und darum gebräuchlicher. Man kann auch hier wie bei den Alkylaminen primäre, sekundäre und tertiäre Säure- amide unterscheiden, je nachdem eine, zwei oder drei Wasserstoffatome eines Ammoniak- moleküls durch Acidylgruppen vertreten sind. Von größerer Wichtigkeit sind nur die primären Amide. Acylverbindungen, welche den quartären Ammoniumverbindungen ent- sprechen, sind nicht bekannt. Außerclem sind in großer Anzahl gemischte Amide bekannt, in denen die Wasserstoffe eines Ammoniakmoleküls teils durch Acidyl-, teils durch Alkylgruppen ersetzt sind und die man entweder als alkylierte Säureamide oder als acyUerte Alkylamine benennen kann. Besonders gebräuchlich ist es, phenyherte Säureamide als „Anilide", „Toluide" usw. zu bezeichnen. Die Darstellung der Säureamide beruht in den allermeisten Fällen darauf, daß man Säuren oder deren Derivate mit Ammoniak oder Aminen in Reaktion bringt. Der prinzipielle Unterschied zwischen ali- phatischen und aromatischen Amiden fällt hier fort, da ja das Stickstoff atom der Amide immer erst durch Vermittelung der CO-Gruppe mit dem Alkyl der Säure in Verbindung steht, also nach dieser Seite hin immer ,, aliphatisch gebunden" ist (s. S. 270 und 272). Die gebräuchlichste Methode zur Ge- winnung von Amiden ist die Einwirkung von Säurechloriden Alk.COCl oder Säure- anhydriden (Alk. CO) .0 auf Ammoniak oder primäre und sekundäre Amine, Dieselbe verläuft fast immer schon bei gewöhnlicher Temperatur oder doch bei mäßigem Er- wärmen. Unter diesen Bedingungen ent- stehen nur primäre Amide CeH5 . CO . Cl -1- NH3 = CeHs . CO . NH2 + HCl Benzoylchlorid Benzamid CftXO 0 + 2H«NC.H. = Essigsäureanhydrid 2CH3.CO.NH.CeH5-f H^O. Acetanihd Ammoniakderivate 277 Beide Abarten der Methode sind nament- lich für die Gewinnung der Amide höherer Säuren und der allcyherten Säureamide wichtig. Die einfachen Ämide der niedrigeren Fettsäuren werden meist anders erhalten. Für höhere Säuren ist im allgemeinen die Verwendung der Chloride am bequemsten. Je nach der Beständigkeit der verwendeten Anhydride oder Chloride ändert man die Reaktionsbedingungen. Bei den gegen Wasser empfindhchen Derivaten der ali- phatischen Säuren arbeitet man in indiffe- renten Lösungsmittehi oder ohne Lösungs- mittel, während man die aromatischen Säure- chloride in wässeriger und sogar in alkalischer Lösung verwenden kann. Wegen der vorzügUchen Iviistallisations- fähigkeit der Säureamide wird diese Methode zur Isolierung und Identifizierung sowohl von Säuren als auch von Amiiibasen außerordentlich häufig benutzt. Im ersten Falle wird die fragliche Säure in ihr Chlorid verwandelt und dies in einem indifferenten Lösungsmittel mit Anilin oder Toluidin umgesetzt. Im zweiten Falle wird die fragliche Base meist mit Benzoyl- chlorid und starker Natronlauge geschüttelt. Diese, gewöhnhcli als Schotten-Baumann- sche Reaktion bezeichnete Benzoylierung von Basen wird besonders viel augewandt. Auch die mit Essigsäureanhydrid, seltener mit Acetyl- chlorid ausgeführte Acetylierung von Basen dient dem gleichen Zweck. Ganz ebenso wie die Amide der gewöhn- lichen Carbonsäuren entstehen auch die Sulfamide, die Amide der Sulfosäuren, aus den Chloriden der Sulfosäuren mit Ammoniak und primären oder sekundären Aminbasen (s. S. 274) CeHj.SOXl-f NH3=C«H5.S0,.NH2+HC1 Benzolsulf ochlorid Benzolsulf amid Eine Abart derselben Methode zur Ge- winnung von Säureamiden, die aber sehr viel weniger allgemein anwendbar ist, ist die Umsetzung von Säureestern mit Ammoniak oder primären und sekundären Aminen CH3.COOC2H5 + NH3 = CH3.CONH0 + C0H5OH Diese Reaktion verläuft bei den in Wasser löslichen Estern der niedrigeren Fettsäuren schon in der Kälte und ziemlich glatt. Bei den Estern höherer Säuren muß in Druck- gefäßen erhitzt werden. Das Ergebnis ist hier meist schlecht. Besonders geeignet für die Darstellung der Amide der niedrigeren Fettsäuren ist die Einwirlamg der freien Säuren auf Ammoniak .oder primäre und sekundäre Amine, oder, richtiger gesagt, die Wasserabspaltung aus den Ammoniak- oder Aminsalzen der Säuren durch Erhitzen CH3.COOH + NH3 = CH3.COONH, = CH3.CONH2+ H2O Die niedrigeren Amide werden meist her- gestellt, indem man das Ammoniumsalz z. B. Ammoniumacetat für sich auf etwa 200 bis 250" erhitzt oder — weniger gut — der trockenen Destillation unterwhft. Die alkylsubstituierten Amide, namentlich die Anilide der niedrigeren Fettsäuren, werden oft durcli einfaches Kochen eines Gemisclis von Base und freier Säure ge- wonnen, wobei natürlich intermediär die Salze entstehen. So erhält man beim Kochen von Anilin mit Eisessig Acetanilid CH3.CÖOH+ H2NC6H5 = CHg.CO.NH.CeHs -f-HaO. Außerdem kann man die einfachen pri- mären Amide noch durch Addition von Wasser an die Säurenitrile erhalten .0 CeHs.C N + H^O^ CßHs.cf Benzonitril Benzamid Die Wasseranlagerung im gewünschten Sinne gelingt meist durch Einwükung von starker Salzsäure oder von konzentrierter Schwefel- säure mit Eisessig oder auch von alkahscher Wasserstoff superoxydlösung. In ganz analoger Weise entstehen durch Addition von Schwefelwasserstoff Thi amide /S CH3.C N+ H2S= CHg.C^ Thi ac et amid Die sekundären und tertiären Amide entstehen nur schwierig. Man erhält sie durch weiteres Erhitzen der primären Amide oder ihrer Alkaliverbindungen (s. S. 278) mit Säurechloriden C6H5.CO.NH2 + CßHs.COCl Benzamid Benzoylchlorid = (CeH5.CO)2NH+HCl Dibenzamid CßHs . CO . NH2 + 2 CßHs . COCl = (CßH^ . C0)3N + 2 HCl Tribenzamid Sekundäre Amide der Fettsäuren ent- stehen auch durch Erhitzen der primären Amide im trockenen Salzsäurestrom 2CH3.CONH2 -f HCl = (CH3.C0)2NH Acetamid Diacetamid + NH4CI oder beim Erhitzen der Nitrile mit den freien Säuren auf 200° CH3.CN + CHp.COOH = (CH3.C0)2HN Acetonitril Essigsäure Diacetamid Analog entstehen tertiäre aliphatische Amide beim Erhitzen der Säurenitrile mit den Säure- anhydriden. CH3.CN + (CH3.CO)20 = (CH3.CO)3N. Triacetamid Alkylierte Amide können nicht nur, wie aus dem Vorhergehenden hervorgeht, durch AcyHerung von primären und sekun- dären Aminen, sondeui auch durch Alky- lierung von Aniiden dargestellt werden. Dies geschieht am besten, indem man die Natrium- verbindungen der Amide mit Kaliumalkyl- 278 Ammoniakderivate Sulfaten oder — weniger gut — mit Halogen- alkylen erhitzt X.CONHNa + KSO4AIPI1 = X.CO.NH.Alph+ KNaS04 Namentlich theoretisch wichtig ist die bei den Oximen ausführlicher zu be- sprechende Bildung von Alkylamiden durch die sogenannte „Beckmann sclie Umlage- rung" (s. S. 297). Eigenschaften und Umsetzungen der Säureamide, Die Säureamide sind — abgesehen von dem bei gewölmlicher Temperatur flüssigen Formamid — feste, kristallinische, farblose Substanzen. Die niederen Glieder sind unzersetzt destillierbar und in "Wasser löslich. Ein prinzipieller Unterschied zwischen aliphatischen und aro- matischen Amiden existiert nicht, doch zeigt sich auch hier, wie immer, die ,,acidifizierende Wirkung" aromatischer Reste. Wie schon erwähnt, werden die basischen Eigenschaften des Ammoniaks durch den Eintritt von Acidylgruppen fast völlig aufgehoben. Zwar vereinigen sich sowohl aliphatische als auch aromatische Amide mit starken Mineral- säuren zu salzartigen Verbin düngen — so bildet Acetamid ein Chlorhydrat und ein Nitrat — doch zerfallen diese Salze sehr leicht und werden schon durch Wasser gespaltet. Etwas stärker basisch sind die Amide, welche am Stickstoff noch eine aliphatische Alkylgruppe enthalten. Dagegen finden sich die bei den Aminen erst unter dem acidifizier enden Einfluß von aromatischen Gruppen auftretenden sauren Eigenschaften bei den Säureamiden in ver- stärktem Maße wieder. Aliphatische und aromatische Amide bilden in indifferenten Lösungen oder auch in Alkoliol bei der Ein- wirkung von Natrium, Natriumamid oder auch Natriumäthylat Natriumverbindungen. Diese Alkalisalze der Amide werden aber, ebenso wie die Säuresalze, von Wasser ge- spalten. Li verdünnten Alkalien sind die Amide ebensowenig löslich wie in ver- dünnten Säuren; sie verhalten sich also gegen wässerige Lösungen wie neutrale Substanzen. Andererseits sind aber die Amide imstande, auch mit anderen Metallen, wie Silber, Quecksilber u, a. Salze zu liefern, von denen die Quecksilbersalze sogar gegen Wasser beständig sind und durch Auflösen von Quecksilber oxyd in wässerigen Amid- lösungen entstehen. Tautomerie der Säureamide. Die Konstitution der Metallsalze steht noch nicht sicher fest. Die Annahme, daß das Metall für ein am Stickstoff stehendes Wasserstoffatom eingetreten ist X.Cf /H wird dadurch gestützt, daß die Natrium- verbindungen beim Erhitzen mit Halogen- alkylen die entsprechenden Alkylderivate liefern, deren Alkyl sicher am Stickstoff steht, da sie auch aus Alkylamin und Säure- chlorid entstehen. Dieser Annahme steht aber die Tatsache gegenüber, daß die Silber- salze der Amide mit Halogen alkylen bei gewöhnlicher Temperatur Iminoäther OAlk X.C /' (s. S. 283) liefern, deren Alkyl "^NH sicher am Sauerstoff steht. Dies bedmgt für die Silbersalze die Formel ^OMe Das bei den Natriumsalzen gewonnene Ergebnis ist sehr wahrscheinlich auf eine unter dem Einfluß der Hitze vor sich gehende Umlagerung der vielleicht primär ent- stehenden 0-Alkylderivate zurückzuführen. Ob aber alle Metallsalze das Metallatom am Sauerstoff gebunden haben oder ob viel- leicht die Salze verschiedener Metalle ver- schieden konstituiert sind, läßt sich noch nicht mit Sicherheit entscheiden. Nach dem Gesagten und nach einigen anderen Reaktionen muß man annehmen, daß die Säureamide zu den tautomeren Sub- stanzen gehören und je nach den Bedin- gungen entsprechend den beiden Formeln //) ^ /OH ^•%H, <- ^- Vh reagieren können. Für die freien Amide nimmt man jetzt — namentlich nach dem physikalisch-chemischen Verhalten — mit Bestimmtheit die erste Formel, d. h. normale Säureamidstruktur an, abgesehen davon, daß man alle tautomeren Körper als Gleichgewichtsgemische der beiden mög- Hchen Formen aujffassen kann. Die tauto- mere Form existiert anscheinend nur in Derivaten (s. Iminoäther S. 283; vgl. ferner den Artikel „Isomerie"). Li den primären Säureamiden kann man auch ein Wasserstoffatom der Aminogruppe durch Brom ersetzen. Die entstehenden Brom amide ^0 ^•^\NHBr '\ Me lösen sich schon in wässerigen Alkalien zu Salzen der tautomeren Form /OMe ^NBr und spielen bei dem früher (S. 273) beschrie- benen Abbau der Säureamide zu Alkyl- animen eine wichtige Rolle. Ein Charakteristikum der Säureamide ist ihre „Verseif bar keit", d. h. die Eigenschaft durch hydrolysierende Agen- Ammoniakderivate 279 ticn gespalten zu werden. Im Gegensatz zu den Alkviaminen, in denen die Alkylgruppen außerordentlich fest am Stickstoff haften, zerfallen die Säureamide oft schon beim Erhitzen mit Wasser, fast immer aber mit Säuren oder Alkalien unter Wasserauf- nahme in die betreffende organische Säure und Ammoniak oder Alkvlamin CH3.CONH2 + H2O = CH3.COOH + NH3 Doch gibt es auch schwer verseif bare Amide. Die Verseifung der alkylierten Amide ist von Bedeutung für die Darstellung der Amine (s. S. 271 und 272). Gegen salpetrige Säure verhalten sich die primären Amide ebenso wie die primären aliphatischen Amine, indem die Amino- gruppe unter Stickstoffentwicklung in die Hydro XV Isruppe überef führt wird CßHs.CO.NHa + ONOH .- CßHs.COOH •+ N2 + H,0 Auf diese Weise lassen sich auch die sonst schwer verseifbaren primären Säureamide in die zugehörigen Säuren überführen. Unter dem Einfluß wasser entziehender Mittel, wie Phosphorsäureanhydrid, spalten die Amide Wasser ab und liefern Nitrile (s. S. 284) CH3.CONH2 -> CH3.CN+H2O. Diese Reaktion bildet die Umkehrung der oben (S. 277) erwälmten Darstellung der Amide aus den Xitrilen. Durch Reduktion, die meist am besten mit Natrium und Amylalkohol ausgeführt wird, lassen sich Säureamide oft recht gut hl Amine überführen (ve-j. S. 272) CH3 . CO . NH2 + 4H = CH3 . CH2 . NH2 + H,0 Der Abbau der primären Säureamide mit Brom und Alkalilauge ist schon als Amindarstellung besprochen worden (s. S. 273). Durch Einwirkimg von Phosphorpenta- chlorid auf Säureamide entstehen durch Eintritt von zwei Chloratomen für den Sauerstoff soge- nannte Amidchloride X.CO.NH2 -* X.CClo.NIIa Sie sind nur beständig, wenn einoder beide Wasser- stoffatome der Aminogruppe durch Alkyi ersetzt sind. Sie verlieren leicht Chlorwasserstoff und gehen in Imidchloride über (s. S. 283). Die Schmelzpunkte (Fp.) und Siedepunkte (Sdp.) einiger wichtiger Amide gibt folgende Zu sammen Stellung : Form- Acet- Benz- Amide Fp. Sdp. Fp. ' Sdp. Fp. - Sdp. Primär — i», 2100 82« j 2230 128» Sekundär — — 78» 223» 148» — Tertiär — - 1 — 7Q" — 208" — Methylamid fl. ! iSo» 28" 206" 78« — Anilid 46» 284« 1150 304" 1630 — Von den zweibasischen Säuren leiten sich natürlich Diamide und Monamide, die sogenannten Amidsäuren oder auch Aniin- säuren, ab. Das Diamid der Kohlensäure NH ist der Harnstoff CO''-vrjj^, das Mon- NH amid die Carbaminsäure CONH, HCl + NH4CI CHa— CH, Pyrrolidin Diamine mit längerer Kohlenstoffkette zer- fallen in komplizierterer Weise und die ihnen entsprechenden Imme sind noch nicht mit Sicherheit bekannt. Aethylendiamin liefert auf diese Weise ein bimolekulares Diimin, das Piperazin oder Diäthylendiimin 2H,N.CH2.CH2.NH2->- ■/CHo— CH2 NH NH XCHa— CH2/ doch hat sich auch das einfache Aethy- 280 Ammoniakderivate lenimin durch Bromwasserstoff abspaltimg aus dem Bromäthylamin gewinnen lassen CH2— Br CHa^ I -> I ^NH + Hßr CH2— NH2 cb/ Entsprechend dieser Metliodc lassen sich auch die anderen Imine darstellen. Die Imine sind basische Flüssigkeiten, von denen namentlich das Pyrrolidin und Piperidin als Gnmdkörper „hete- rozyklischer Verbindungen" wichtig sind. Sie werden bei diesen ausführlicher be- handelt (vgl. den Artikel , ,Het er 0 zyk- lische Verbindungen"). Die niedrigeren Glieder sind sehr unbeständig und werden z. B. von Halogenwasserstoffsäuren schon wieder aufgespaltet. Die zweite Gruppe von Iminbasen sind solche, in denen die Imidogruppe doppelt an ein Kohlenstoff atom gebunden ist. Man kann sie als Aldehyde (oder Ketone) auf- fassen, in denen das Sauerstoffatom durch die Imidogruppe ersetzt worden ist oder als Ammoniak, in dem für zwei Wasserstoff- atome eine zweiwertige Alkylidengruppe, d. h. der Rest eines Aldehyds (oder Ketons) eingetreten ist, welchen beiden Auffassungen auch ihre Bildung entspricht, doch kennt man bisher nur die den Alde- hyden, nicht aber die den Ketonen ent- sprechenden Iminderivate. Man bezeichnet sie daher auch als Aldimide oder Aid im e. Sie enthalten alle die sogenannte Azome- thingruppe — CH = N — . Die Aldime ent- stehen aus Aldehyden und Ammoniak. Diese beiden Körper addieren sich zunächst zu den so- genannten Aldehydammoniaken (s. S. 276), die leicht wieder in ihre Bestandteile zer- fallen oder unter Wasserabspaltung in die Aldimide übergehen. Letztere polymeri- sieren sich aber in der Regel sofort zu kom- plizierten Verbindungen, deren Konstitution sehr verschieden ist und auf die hier nur ganz kurz eingegangen werden kann. Aus den aliphatischen Aldehyden, mit Aus- nahme des ganz anders reagierenden Formal- dehyds, entstehen anscheinend Trialkyltri- methylentriamine /OH Alph.CH:0 + NH3 -> Alph.CHC -> Aldehydammoniak [Alp.CH:NH + 11^0] -> Aklimid Alph . CH NH CH . Alph NH— CH(Alph)— NH _ Trialkyltrimethylentriamin Beim Benzaldehyd entsteht mit Ammoniak zunächst das sogenannte Hydrobenzamid, indem sich zwei Moleküle des Aldimids mit einem weiteren Aldehydmolekül kondensieren, doch läßt sich hier indhekt das Chlorhydrat des eigent- lichen Benzaldimids (Benzylidenimids) als sehr unbeständige Substanz isoheren /N:CH.CoH, CgHsCH^ + 2C2H5OH ^NrCH.CsHs Hydrobenzamid - C6H5.CH(0C2H5)2 + SC-eHg.CH : NH Benzaldünid Sind also die Aldimide sehr unbeständige Körper, so lassen sich doch leicht Deiivate von ihnen darstellen, in denen das Imidwasser- stoffatom durch eine Alkylgruppe ersetzt ist. Diese alky Herten Aldimide werden auch häufig als ,, Schiff sehe Basen" bezeichnet. Zwar neigen auch hier die von den aliphatischen Aldehyden abgeleiteten Derivate sehr zur Polymerisation. Dagegen sind die Derivate der aromatischen Alde- hyde wohl charakterisierte, meist gut kristal- lisierende Körper, die häufig zum Nachweis und zur Isolierung der Aldehyde oder der » Amine benutzt werden und von verdünnten Säuren leicht wieder in ihre Komponenten gespaltet werden. Sie entstehen glatt aus aromatischen Aldehyden und primären Basen unter Wasseraustritt CsH5.CHO-^H2N.C6H5 = CfiH^.CHiN.CeHs + H^O Benzalanihn Besonders häufig sind die unter An- wendung von Anilin erhälthchen ,, Schiff - sehen Basen", die sogenannten „Anile", untersucht worden. Von Interesse ist es, daß gewisse Dialkyl- chloramine (s. S. 276) durch Chlorwasserstoff- abspaltung in Schiff'sche Basen übergeführt werden können, was für die Konstitutionsbe- stimmung sekundärer Basen wichtig ist X.CH,, ^NCl %N X.CH.x X.CHO-H Y.NH^ Mit sekundären Basen und mit Säure- amiden reagieren Aldehyde so, daß ein Aldehydmolekül sich mit zwei Molekülen des Ammoniakderivats kondensiert. Hier- bei entstehen Diimide, Derivate der in freiem Zustande nicht beständigen gem-Diamine (s. S. 275) CH3.CHO + 2H2N.CO.CH3 = ^^«•^^%h;co;ch3+-^^^ Daß Ketone mit Ammoniak im allgemeinen keine entsprechenden Imine liefern, ist schon gesagt worden. So liefert Aceton mit Ammoniak die komplizierteren Basen Diacetonamin und Triacetonamin. Nur gewisse substituierte aromatische Ketone bilden mit Ammoniak einfache Imine, so das sogenannte Michlersche Keton (pp-Tetramethyl- diaminobenzophenon). Das Chlorhydrat dieses Imids [(CHajaNCsNJsCiNH ist der unter dem Namen Auramin bekannte Farbstoff. Auch ,, Schiff'sche Basen", d. h. alkylierte Imine sind von aliphatischen und fettaromatischen Ketonen bisher nicht erhalten worden. Wohl aber bilden aromatische Ketone mit primären Ammoniakderivate 281 Aminen entsprechende Kondensationsprodukte. So entsteht aus Benzoplienon und Anilin das sogenannte Benzophenonanil (CÄ),C:() + H,NC,H, = (CeH,),C:N.CeH5 + H,0 Das entsprechende ,,Anil"des Michlerschen Ketons wird als Phenylauramin bezeichnet. Diese und andere „Auraminbasen" werden bei den Farbstoffen näher behandelt. Auch vom Chinon, das man ja als Diketon von der Formel /CH = CII 0:C( \ C:0 auffaßt, sind ein Monoanilid und ein Dianilid bekannt, die aber auf andere Weise gewonnen werden, weil bei der direkten Einwii'kung von Anilin auf Chinon nicht nur Kondensation, sondern daneben auch Addition von Anilin an die Kohlenstoffdoppelbindungen eintritt. Zu den derartig entstehenden Körpern gehören die Azophenine, die in engem Zusammenhang mit den Indulin-Farbstoffen stehen. Auch andere Farbstoffe, wie die Indophenole und Ind- amine und das wichtige Anilinschwarz sind Chinonimid-Derivate (vgl. den Artikel ,, Farb- stoffe"). d) Scäureimide, Lactame, Imino- äther, Imidchloride und Amidine. Als S ä u r e i m i d e bezeichnet man im allgemeinen nicht die gewöhnlichen sekundären Amide, sondern nur die ring- förmigen Derivate zweibasischer Säuren, in denen also die Imidogruppe die Brücke zwischen zwei demselben organischen Kom- plex angehörigen Carbonylgruppen bildet. Wie bei allen zyklischen Verbindungen ent- stehen auch bei den Imiden diejenigen mit besonderer Leichtigkeit, deren Ring aus im ganzen 5 oder 6 Gliedern besteht. Von den aliphatischen Dicarbonsäuren bilden also diejenigen Imide, deren Carboxylgruppen durch 2 oder 3 Kohlenstoffatome getrennt sind; von den aromatischen bilden nur die o-Dicarbonsäuren, d. h. Phtalsäure und Homophtalsäure Imide. Von den stereo- isomeren Aethylendicarbonsäuren bilden nur die vom Typus der Maleinsäure, nicht aber die vom Typus der Fu- marsäure Imide. Imide liöherer oder niedrigerer Dicarbonsäuren sind nicht be- kannt. Das sogenannte Oxalimid ist wahrscheinlich bimolekular. Eine Ausnahme- stellung nimmt wie immer die Kohlen- säure ein (s. S. 282). Die Darstellung der Säureimide geschieht entweder durch Erhitzen der Anhydride mit Ammoniak CßHy ^O+NHa^CßH^^ \NH-fH2O CH2.COOH, NHa ^ CII2.CONH2 ^CO' ^CO^ oder aus den Ammoniumsalzen und den daraus zunächst entstehenden Monamiden oder Diamideu beim Erhitzen CH2.COOH, NH3 Bernsteinsaures Ammonium CH2.CONH2 Succinamid CH2 . CO, ^ CH2 . CO^ Succiminid CHo.COOH, NH3 CH,.COOH CH2.CONH2 CH2.COOH CH2.CO , —> I >NH CH2 . CO^ Analog entstehen unter Anwendung von Alkylaminen an Stelle des Ammoniaks sub- stituierte Imide. Eigenscliaften der Säureimide. Die Säureimide sind feste, laistaUinische, meist unzersetzt subUmierbare Substanzen. Die basische Natur des Ammoniakrestes ist in ihnen w'ie in aUen sekundären Säure- amiden vöUig verschwunden und hat einem ausgesprochen sauren Charakter Platz ge- macht. Die Imide bilden beständige Metall- salze, in denen gewöhnlich der Imidwasser- stoff als durch Metall vertreten angenommen wird, für deren Konstitution aber das bei den Amiden (S. 278) Gesagte gilt. Wichtig ist namentlich das Phtalimidlialium wegen seiner Verwendbarkeit für die Darstellung primärer Amine (s. S. 271). Aus dem dort Gesagten geht schon hervor, daß das Imid- wasserstoffatom auch leicht durch Alkyl- reste ersetzt werden kann. Beim Erhitzen mit Alkalien oder Säuren werden die Imide ebenso wie die Amide verseift. Als Zwischen- stufe entstehen hierbei die Monamide /CO, CONH2 CeH/ >0 H,0 CeH / ^CO-^ — ^ ^COOH Phtahmid Phtalaminsäure COOK M CßH/ + NH3 — ^ ^COOH Phtalsäure Von besonderem Interesse ist der Zusammen- hang der Imide mit wichtigen heterozyklischeii Verbindungen, der aus folgenden Formeln her- vorgeht : CHo— CO- CH— CO CH = CH. I " >NH 11 >NH I >NH CH2— CO^ CH— CO/ CH = CH/ Succinimid Maleinimid Pyrrol /CHg. XH. CH., CH„ CH, CH CH CH CO CO ^NH^ Glutarimid CO CO ^NH^ Glutakonimid CH CH Pyridin 282 Amm 0 niakd erivat e CH, \ CO I NH Homophtalimid /CH^ H N Isochinolin Als das Imid der Kohlensäure ist die Isocyansäure (vgl. S. 286) aufzufassen, OH CO OH -^ CO NH deren Ester als substituierte Imide bei der Verseifung in normaler Weise primäre Amine liefern (s. S. 272). Entsprechend sind die Isothiocyansäure oder Rhodanwasser- st off säure (vgl. S. 286) und ihre Ester, die Senf öle, als Imide der Thiokohlensäure anzusehen. Durcli Aufnahme von Ammoniak oder von primären und sekundären Aminen gehen alle diese Imide wieder in Diamide, d. h. Harnstoffe (S. 279) über. Auf Grund dieser Reaktion werden Kaliumisocyanat und Phenylisocyanat als Reagentien auf Amine benutzt. Laktame. Eine besondere Gruppe von Iminoverbindungen, die eine Mittelstellung zwischen Iminbasen imd Säureimiden ein- nimmt, bilden die inneren Anliydride der Aminosäuren, die sogenannten Laktame, in denen die Imidogruppe an zwei Kohlenstoff- atome desselben Kohlenstoff komplexes ge- bunden ist, der aber nach der einen Seite hin den Charakter eines Alkyls, nach der anderen Seite hin den Charakter eines Säurerestes hat. Die wichtigste Bildungsweise der Lak- tame ist die intramolekulare Wasserabspal- tung aus Aminosäuren. Wie immer bei Ringschlüssen entstehen auch hier mit be- sonderer Leichtigkeit fünf- und sechsgliedrige Ringe, d. h. die y- und ^-Aminosäuren sind in erster Linie zur Laktambildung geneigt. Die Siebenringbildung aus e-Aminosäuren geht schon bedeutend weniger glatt vor sich und andere Laktame können nach dieser Methode überhaupt nicht erhalten werden, doch entstehen sieben- und aclitgliedrige Laktamringe nach einer anderen noch zu besprechenden Methode. Laktame mit weniger als fünf Ringgliedern sind nicht be- kannt. Das früher als Laktam der o-Amino- 00 benzoesäure (Anthranilsäure) CgH4<; I NH angesehene Anthranil ist jetzt mit großer Wahrscheinlichkeit als anders konstituiert erkannt worden (s. S. 297). Die y- und ö- Laktame entstehen durch Erhitzen der y- nnd (5-Am in 0 säuren auf ihren Schmelzpunkt CH2.NH2 /CH2.NH Ch/ ->CH/ +H2O ^CHa.COOH XH2.CO j/-Aminobutter- j/-Butyrolaktam säure Pyrrolidou. NH, COOK 0-Aniinohydrozinitsäure /CH2\ ^CHa I + H2O CO •NH^ Hydrocarbostyril Auch ungesättigte Aminosäuren ent- sprechender Konstitution bilden Laktame. So liefert die o-Aminozimmtsäure zwar nicht beim Erhitzen für sich, wohl aber mit Salz- säure oder Schwefelsäure Carbostyril. AUe die so entstehenden 7- und ö-Laktame stehen in naher Beziehung zu wichtigen heterozykhschen Verbindungen und werden daher bei diesen ausfülirlicher behandelt. Diese Zusammengehörigkeit zeigt folgende Zusammenstellung : Laktam der Heterozyklischer Grundkörper y-Aminobuttersäure Pyrrol (5-Aminovaleriansäure Pyridin o-Aminophenylessigsäure Indol o-Aminomandelsäure Indol o-Aminobenzoylameisensäure Indol o-Aminohydrozimmtsäure Chinolin o-Arainozimmtsäure Chinolin Aminoäthyl-o-Benzoesäure Isochinolin Eine zweite Darstellungsmethode für aliphatische Laktame, die dadurch wichtig ist, daß sie auch zu sielDen- und achtgliedrigen Laktamringen führt, beruht auf einer der sogenannten Beckmann sehen LTmlagerung (s. S. 297) analogen Umlagerung der Oxime zyklischer Ketone bei Gegenwart von kon- zentrierter Schwefelsäure CH2— CH2 — CH2, j ^C=NOH -^ CHg — CH2 — CH2 Cykloheptanonoxim, Suberonoxim CH2-CH2-CH2-CO \ I CH2-CH2-CH2— NH C-Heptolaktam. Auch durch Reduktion von Säureimiden entstehen Laktame, so liefert Suc ein imid (s. S. 281) bei der elektrolytischen Reduktion glatt y-Butyrolaktam und analog entsteht aus Phtalimid Phtalimidin, das Laktam der Benzylamin-o-carbonsäure CO. CO Manche aromatische Laktame entstehen am besten aus den betreffenden Laktonen, C6H4<^^>NH C6H,NH Ammoniakderivate 283 CeB,<^S >^'H CeH,/ den inneren Anhydriden der Oxysäuren, i mit Ammonialv, wobei das sogenannte Brückensauerstoffatom durch die Iniido- gruppe ersetzt wird CO Phtalid Phtaliniidin CH = CH /CH = CH CO-0 ^CO-NH Isocumarin Isocarbostyril Die Laktame sind meist laistallinisehe, unzersetzt destillierbare Körper. Ent- sprechend dem allgemeinen Verhalten der Amine und Säureamide werden sie durch verdünnte Säuren oder Alkalien zwischen CO- und NH-Gruppe gespaltet, d. h. sie gehen bei der Verseifung in Aminosäuren über CH2-CO , CH2-COOH CH2-CH2/ CH2-CH2-NH2 Iminoäther. Ebenso wie man durch Ersatz des Sauerstoffatoms in den Aldehyden die Aldehydimide (s. S. 280) erhält, kann man sich aus den Säuren Imidoderivate abgeleitet denken 0 /NH x.cf —^ x.cf ^OH ^OH die man als Imidsäuren bezeichnen müßte. Diesen Formeln entsprechen die tautomeren Formen der Säureamide (s. S. 278), die, wie dort erwähnt, nicht in freiem Zustande, wohl aber in Form von MetaUsalzen existieren. Außerdem kennt man aber Alkyläther dieser Formen, die sogenannten Iminoäther oder auch Imidoäther (s. S. 278), die man auch als Säureester ansehen kann, in denen der Car- bonylsauerstoff durch die Imidogruppe er- setzt ist. Die Iminoäther werden ganz allgemein in Form ihrer Chlorhydrate erhalten, wenn man auf Säurenitrile (s. S. 284) wasserfreien Alkohol und trockenes Chlorwasserstoffgas einwirken läßt CH3.C:N+ C2H5OH + HCI Acetonitril /NH, HCl ^0C2H5 Acetiminoäthylätherchlorhydrat Aromatische Iminoäther hat man auch aus den Silbersalzen der Säureamide mit Halogen alkyl erhalten (vgl CßHs.C/ _> CeHs.C/ ^0 /NH —>. CeHs.C^^ ^OCaHs 278). NH ^OAg Die Chlorhydrate der Iminoäther sind kristallinische Körper, die mit Wasser in Säureester und Salmiak ,NH, HCl /O CHa.Cf +H20 = CH3.cf ^OC2H5 ^OCsHs + NHa, HCl durch einfaches Erhitzen in Säureamid und Halogenalkvl zerfallen ,NH. HCl ",NH2 CeHs.Cf ^CßHs.C/ +C2H5CI ^0C2H5 ^0 Die freien Iminoäther sind eigentümlich riechende, unzersetzt siedende Blüssigkeiten, die mit Ammoniak oder mit Aminen A m i d i n e liefern (s. unten). Völlig analog den Iminoäthern entstellen durch Addition von Merkaptanen und Chlor- wasserstoff die Chlorhydrate von Imino- thioäthern oder Thioiminoäthern NH CH3 . C N + CßHsSH = CH3 . Qf ^SCeHs Acetiminothiophenyläther In ihrer Konstitution den Iminoäthern analog sind die sogenannten Imidchloride /NH X.cf ^Cl und die entsprechenden Bromide und Jodide. Sie entstehen aus den Nitrilen durch Addi- tion von Chlorwasserstoff /NH x.c;n + HCl = x.cf ^Cl oder auch aus den Säureamiden mit Phos- phorpentachlorid, wobei als Zwischenpro- dukte Amidchloride (s. S. 279) gebildet werden NH2 /NH2 /NH X.cf —^ X.cf ci _^ x.cf ^0 ^Cl ^Cl 4- HCl Die Imidchloride sind unbeständig und gehen unter Verlust des Chlorwasserstoffs leicht wieder in die Nitrile über. Beständiger sind die aus einigen monoalkylierten aro- matischen Amiden mit Phosphorpentachlorid erhältlichen, am Stickstoff alkylierten Imid- chloride. Mit Wasser liefern die Imidchloride wieder Säureamide und mit Ammoniak oder primären und sekundären Aminen Amidine. Amidine kann man als Säureamide be- trachten, deren Sauerstoff atom durch die Iminogruppe ersetzt ist NH2 /NH2 ^•<0 -^^• CHa.C^ -j- CH3.COOH Die Amidine sind ziemlich starke ein- säurige Basen und bilden gut kristallisierende, beständige Salze. In freiem Zustand sind die Amidine ziemhch unbeständig und zer- fallen namentlich mit Wasser sofort in Am- moniak und die zugehörige Säure. Merk- würdig ist, daß die Amidine trotz ihrer Aminogruppe beständig gegen salpetrige Säure sind. Mit /j-Ketosäureestern geben die Amidine Pyrimidinderivate (s. Artikel ,, Heterozyklische Verbindungen"). Als das Amidin der Kohlensäure ist das Guani- din HN:C(NH2)2 anzusehen. Den zweibasischen Säuren entsprechen Di- amidine, so der Bernsteinsäure das Succinamidin, das unter Ammoniakabspaltung leicht in ein Imidin übergeht CH2— C(:NH)NH, CH2— C(:HH). 1 ' -> 1 >HH CH2— C(:NH)Nn2 CH,~C(:HH)/ Succinamidin "Succinmiidin e) Nitrile und Isonitrile. Gemäß der in der Einleitung gegebenen Definition bezeichnet man als Nitrile oder auch Säurenitrile alle Verbindungen, welche die Gruppe — C; N enthalten. Wegen ihres nahen Zusammenhangs mit den Carbon- säuren, in die sie leicht übergeführt wer- den können, gehören sie zu den wichtigsten Verbindungen der organischen Chemie. Man benennt sie entweder als Cyanide der mit der CN-Gruppe verbundenen Gruppe, d. h. als Ester der Blausäure (S. 286) oder als Nitrile der aus ihnen durch Ver- seifung entstehenden Säure, die Verbindung CH3.CN also entweder als Methylcyanid oder als Acetonitril, d. h. Nitril der Essigsäure. Die Bildungsweisen der Nitrile kann man in zwei Klassen teilen, je nachdem man entweder eine im Ausgangsmaterial schon vorhandene kohlenstoff- und stick- stoffhaltige Gruppe in die CN-Gruppe um- wandelt oder die CN-Gruppe als solche m das Molekül des Ausgangsmaterials einführt. Die zur ersten Klasse gehörigen Methoden sind für ahphatische und aromatische Nitrile in gleicher Weise brauchbar, während sich bei der Einführung der CN-Gruppe die bei allen Austauschreaktionea immer wieder- kehrenden Unterschiede geltend machen. Die wichtigste Umwandlungsreaktion, die zur Entstehung ehier CN-Gruppe führt, ist die Wasserabspaltung aus den Säureamiden, die schon bei diesen erwähnt worden ist (S. 279). Da die Säureamide ihrerseits durch Wasser abspaltung aus den Ammoniumsalztn der Carbonsäuren entstehen (s. S. 277), liegt in dieser Methode die Möglichkeit, die Car- boxylgruppe COOH in die Cyangruppe um- zuwandeln, d. h. jede Carbonsäure in das zugehörige Nitril überzuführen. Als wasser- entziehendes Mittel wendet man meist Phos- phorsäureanhvdrid an. CH3.CONH2— >► CH3.CN + H2O Auf derselben Reaktion beruht die direkte Gewinnung der Nitrile bei der Destillation der Carbonsäuren mit Rhodankalium oder Rhodanblei, wobei primär die Säureamide entstehen. CeHs.COOH + HNCS > C«H,.C0NH2 -f COS CeH,.CN + C02+ HoS Sehr wichtig ist auch die Gewinnung der Nitrile aus den Aldoximen (s. S. 297) durch Wasser abspaltung, die gewöhnlich durch Er- hitzen mit Essigsäureanhydrid bewirkt wird, und die Ueberführung der Aldehyde in Nitrile erlaubt. CeH 5 . CH : CH . CH : NOH — >► Oxim des Zimtaldehvds. CeHj.CHrCH.CN + HaO Zimtsäurenitril. Außerdem lagern sich die weiter unten (S. 287) zu besprechenden Isonitrile beim Erhitzen auf höhere Temperatur in Nitrile um CaHs.NiC-^CaHs.C^N. Aethylisocyanid Propionitril Schließlich entstehen Nitrile auch bei der Einwirkung von Brom und Alkalilauge auf primäre Amine, doch verläuft diese Reak- tion nur bei primären aliphatischen Aminen mit mehr als fünf Kohlenstoff atomen einiger- maßen glatt. Bei dieser Reaktion entstehen in erster Phase Dibromamine (vgl. S. 276), die dann unter dem Einfluß des Alkalis Brom- wasserstoff abspalten I X.CH2.NH2 -t- 2Br2 = X.CH2.NBr2 + 2HBr II X.CH2.NBr2 = X.C;N + 2HBr. Da die primären Amine aus den um ein Kohlenstoff reicheren Säureamiden eben- falls bei der Einwirkung von Brom und Al- kalilauge entstehen (s. S. 273), so kann man auch — wenigstens in den höheren Reihen — Ammoniakderivate 285 die Säureamide direlit in die um ein Kohlen- stoff ärmeren Nitrile überführen X.CH2.CO.NH2 -> X.CH2.NH2 -> X.CN Praktische Bedeutung liat diese Methode kaum. Bei den Reaktionen, die die Ein- führung einer Cyangruppe in einen orga- nischen Komplex ermöglichen, zeigt sich wie gewöhnlich (s. S. 272), daß Halogenatome im allgemeinen nur in aliphatischer Bindung gegen andere Gruppen austauschbar sind. In" der aliphatischen Reihe ist aber die Ein- führung der Cyangruppe für ein Halogenatom ganz allgemein durchführl^ar und bildet die wichtigste Methode zur Darstellung der ver- schiedensten aliphatischen Nitrile sowie eine der wichtigsten kernsynthetischen Methoden überhaupt, indem sie den Aufbau nicht nur der Carbonsäuren, sondern auch der ver- schiedensten anderen Körperklassen vermittelt (vgl. S. 272). Die Reaktion wird in der Praxis gewöhnlich so ausgeführt, daß man das be- treffende Halogenalkyl in wässerig-alkoho- lischer Lösung auf Cyankalium einwirken läßt CaHjBr + KCN = C2H5.CN + KBr Bei dieser Reaktion entstehen als Neben- produkte Isonitrile (s. S. 287) und zwar im all- gemeinen um so mehr, je niedriger die Reaktions- temperatur gehalten wird. Dieselben können durch Schütteln mit verdünnter Salzsäure leicht zerstört werden. Es möge hier auch schon er- wähnt werden, daß CyansUber mit Halogen- 1 alkylen als Hauptprodukt IsonitrUe liefert, j An Stelle der Halogenalkyle kann man bei der j Nitrildarstellung auch die Aetherschwefel- säuren verwenden, deren Alkalisalze man mit \ Cyankalium destilliert C2H5O.SO2OK + KCN = C2H5.CN + K2SO4. Während die vorstehende Methode zur Gewinnung von aromatischen Nitrilen nicht geeignet ist (obwohl Chlorbenzol mit Metall- cyaniden bei hoher Temperatur etwas Ben- zonitril liefert), kann man zu diesem Zweck die Sulfosäuren benutzen, deren Alkalisalze beim Schmelzen mit Cyankalium oder Ferro- cyankalium Nitrile liefern C;H5.S0.,.0K + KCN = C;H,.CN+KoS()3 Ungleich wichtiger als diese Methode ist aber die Einführung der Cyangruppe in aroma- tische Kerne durch Austausch für eine NH,- Gruppe vermittels der Sandmeyer sehen Reaktion. Diese Reaktion beruht darauf, daß man das primäre aromatische Amin in Form seines Chlorhydrats mit salpetriger Säure ,,diazotiert" und das entstandene Diazoniumchlorid mit einer Lösung von Kaliumkupfercyanür umsetzt Wegen des Verlaufs dieser wichtigen Reaktion muß auf den Artikel ,,Azokörper" verwiesen werden. Nach dieser Methode werden weitaus die meisten aromatischen Nitrile gewonnen. Eine viel gebrauchte Methode zur Dar- stellung komplizierterer Nitrile be- ruht auf der Fähigkeit der Blausäure (s. S. 28G), sich an ungesättigte Verbindungen zu ad- dieren. Namentlich Aldehyde und Ketone lagern mit Leichtigkeit unter Lösung der C = 0-Doppelbindung Blausäure an 0 /OH .^ CeHs.Cf" + HCN ^H CeHs.CfCN ^H Die entstehenden „Cyanhydrine" sind die Nitrile von Oxysäuren, in welch letztere sie durch Verseilung überzuführen sind. Auch an eine Doppelbindung zwischen zwei Kohlen- stoffen läßt sich Blausäure addieren, wenn die Doppelbindung einer CO-Gruppe be- nachbart steht. So entstehen aus ungesät- tigten Säuren und Ketonen Nitrile ar bon- säuren oder Ketonitrile. Eigenschaften der Nitrile. Die Nitrile sind flüssige, in den höheren Reihen auch kristallinische, meist unzersetzt destil- lierbare Verbindungen. Sie sind farblos, im Wasser meist unlöslich, besitzen einen nicht unangenehmen aetherischen Geruch und sind, mit Ausnahme der äußerst giftigen Blausäure, schwache Gifte. Sie reagieren im allgemeinen neutral, zeigen aber in mancher Hinsicht die Eigenschaften sehr schwacher Basen. Auch hierin bildet der als schwache Säure (Blau- säure) reagierende Cyanwasserstoff eine Aus- nahme. Die Siedepunkte und Schmelzpunkte einiger wichtiger Nitrile zeigt folgende Zusammenstel- lung: Nitrile Fp. Sdp. Cyanwasserstoff -15" 26,50 Methylcyanid -44" 81,5" Aethylcyanid —103» 98 « n-Propylcyanid — 116 " Isopropylcyanid — 107 0 Pheny Cyanid -13° 191 0 Benzylcyanid — 232 « CeHg Cl.NH, HNO, CfiH.; Cl.N KCN N— ^ C«H. CN N= =N -^^CeHs.CN+K Das chemische Verhalten der Nitrile be- ruht in erster Linie auf der Additionsfähig- keit der ungesättigten Gruppe C=N. So addieren die Nitrile bei der sogenannten ,, Verseifung" Wasser, indem sie zunächst in Säureamide und dann in die Ammoniumsalze der Säuren übergehen (s. S. 277, 279). Diese Reaktion, sowie die Addition von Wasserstoff (Mendiussche Reaktion S. 272), Halogen- wasserstoff, Alkohol (S. 283), organischen Säuren und Säureanhydriden (S. 277) sind schon früher erwähnt worden. In ana- loger Weise werden Schwefelwasserstoff (S 286 x\mmo niakd erivat e 277), Merkaptane (S. 283), Hydroxylamin (S. 299), Hydrazin und andere Verbindungen addiert. Wichtig ist noch die Addition von metallorganischen Verbindungen an Nitrile, die zu einer Synthese von Ketonen führt. Blausäure. Eine Sonderstellung unter den Nitrilen nimmt, wie schon erwähnt, in gewisser Beziehung der Cyanwasserstoff oder die Blausäure ein. Diese Verbindung kann man als das Nitril der Ameisensäure definieren, in welche Blausäure bei der „Ver- seifung" in der Tat übergeht. Der Cyan- wasserstoff ist im Gegensatz zu den übrigen Nitrilen eine schwache Säure, d. h. sein Wasserstoffatom ist unter Bildung ziemlich beständiger Salze durch Metalle ersetzbar. Konstitution der Blausäure und ihrer Salze. Die verschiedenen Metallsalze der Blausäure sind vielleicht nicht gleich- artig konstituiert, denn während Cyankalium mit Halogen alkylen hauptsächlich Xitrile gibt, liefert Cyansilber bei der gleichen Um- setzung Isonitrile. Hieraus kann man auf fol- gende beiden Konstitutionsformeln schließen K— CeeN Ag— N=0 Cyankalium Cyansilber Ob diese Folgerung aber richtig ist, erscheint sehr zweifelhaft, vielmehr ist es nicht un- wahrscheinlich, daß alle Salze der Blausäure die den Isonitrilen entsprechende Kon- stitution Me— N=C besitzen, und daß die Nitrilbildung aus dem Kaliunisalz als eine Sekundärreaktion anzu- sehen ist, d. h. daß primär auch hier Iso- nitrile entstehen, die sich dann unter dem Einfluß der Hitze in Nitrile umlagern. Trotz- dem muß man für die freie Blausäure mit ziemlicher Bestimmtheit die Nitrilformel H.C;N annehmen, obwohl in neuerer Zeit auch für sie die Isonitrilformel H.N:C in Betracht gezogen worden ist. Die Mehr- zahl der Reaktionen der freien Blausäure ist jedoch nur mit der Nitrilformel vereinbar, so der Uebcrgang in Ameisensäure bei der Wasseraufnahme, die Bildung von Methyl- amin bei der Reduktion und die Bildung von Acetonitril bei der Behandlung mit Diazo- methan. Die Blausäure gehört also anschei- nend zu den tautomeren Substanzen, d. h. sie reagiert bei den meisten Umsetzungen nach der Formel H.C;N, bei der Salz- bildung aber nach der Isonitrilformel H.N: C. Ob letztere in der vorstehenden Weise oder als H.N-C zu schreiben ist, soll noch bei den Isonitrilen (S. 287) erörtert werden. Bildungsweisen der Blausäure. Die Sonderstellung der Blausäure unter den Nitrilen bedingt auch einige spezielle Bil- dungsweisen. Außer nach den allgemeinen Methoden, d. h. durch Wasserabspaltung aus Formamid und aus Formaldoxim, entsteht Blausäure noch aus Gemischen von Acetylen und Stickstoff oder von Cyan und Wasser- stoff unter dem Einfluß "elektrischer Ent- ladungen und aus Chloroform und Ammoniak beim Erhitzen H.CCL, + H3N = H.CN + 3HC1. Technisch wichtig ist die Bildung von Cya- niden beim Erhitzen stickstoffhaltiger organi- scher Substanzen (tierischer Abfälle usw.) mit Alkali und die Bildung von Blausäure bei der trockenen Destillation der Steinkohlen, das heißt bei der Fabrikation von Leuchtgas. Von den Umsetzungen der Blau- säure, die im allgemeinen die für ein Nitril normalen sind, ist noch erwälmenswert ihre Fähigkeit sich an ungesättigten Verbin- dungen zu addieren (s. S. 285), was für die organische Synthese wichtig ist. Beim Schmelzen an der Luft oder mit Schwefel nimmt Cyankalium Sauerstoff oder Schwefel auf und bildet Salze der Isocyansäure oder Cyansäure und der Rhodan Wasserstoff säure (vgl. S. 282 und 287). Alles Nähere über Cyanide findet sich in dem Artikel „Cyan- verbindungen". Das natürliche Vorkommen der freien Blausäure beschränkt sich auf einige wenige Pflanzen, in denen sie sich aber zum Teil in beträchtlicher Menge vorfindet, so in dem javanischen Baum Pangium edule Reinw. Außerdem kommt sie in Form eines soge- nannten Glukosids, des Amygdalins in den bitteren Mandebi und Kirschlorbeer- blättern vor. Das Amygdalin zerfällt leicht unter Wasser auf nähme in Blausäure, Benz- aldehyd und Traubenzucker. Nitrile finden sich in dem sogenannten Tier öl, dem Produkt der trockenen Destillation von Ivnochen, wobei sie durch Einwirkung von Ammoniak auf Fettsäuren entstehen (vgl, S. 284). Nitrile mehrbasischer Säuren. Es- versteht sich von selbst, daß man nach den üblichen Methoden auch Verbindungen dar- stellen kann, die gleichzeitig mehrere Cyan- gruppen enthalten: die Nitrile mehr- basischer Säuren. Als das Nitril der Oxalsäure ist das freie Cyan oder richtiger Dicyan NC — CN anzusehen. Es wird wird aus Kupfervitriol und Cyankalium dargestellt, hidem das primär entstehende Kupfercyanid in Kupfer- cyanür und Dicyan zerfällt. Es entsteht auch in normaler Weise aus dem Amid der Oxalsäure. Die Schmelzpunkte und Siedepunkte einiger wichtiger Dinitrile gibt die Zu- sammenstellung auf Seite 287. Von denselben mehrbasischen Säuren leiten sich natürlich auch sogenannte Ni- trilsäuren oder Halbnitrile ab, Verbin- dungen, die Nitril- und Carboxylgruppe nebeneinander enthalten und analog dar- stellbar sind. Ammoniakderivate 287 Dinitrüe Schmelzpiinkt Siedepunkt Oxalsäurenitril - 34 " — 21" Malonsäurenitril + 30 » + 218" Bernsteinsäurenitril + 54,5" + 266" Glutarsäurenitri] — 29 0 + 286« o-Phtalsäurenitril + 141 ° — m- „ + 161 » — P- + 219 0 — Als Halbnitril der Kohlensäure kann man OH die Cyansäure C auffassen. Ob übrigens die sogenannte Cyansäure, eine sich äußerst leicht polymerisierende, nur unter 0° beständige Flüssigkeit, wirklich dieser Formel entspricht oder Isocyansäure 0 = C=NH (s. S. 282) ist, läßt sich vorläufig nicht entscheiden. Dasselbe gilt von dem sogenannten Kalium- cyanat, das durch Schmelzen von Cyan- kalium an der Luft gewonnen wird (s. S. 286). Ester der normalen Cyansäure sind nicht mit Sicherheit bekannt. Sie entstehen jedoch anscheinend aus Natriumalkoholaten und Chlor cy an Cl.C^N, dem Chloridnitril der Kohlensäure. Technisches Literesse be- NHo, sitzt das Cyanamid C ^N das Amid- nitril der Kohlensäure. Sein Calciumsalz, der sogenannte Kalkstickstoff wird durch Glühen von Calciumcarbid oder von einem Gemisch von Kalk und Kohle in einer Stick- stoffatmospliäre dargestellt und als Kunst- dünger verwendet, weil es mit Wasser lang- sam in Calciumcarbonat und Ammoniak übergeht. Seine Gewinnung l)edeutet eine Nutzbarmachung des atmosphärischen Stick- stoffs. Isonitrile, Isocyanide oder auch Carbylamine, nennt man die den Nitrilen isomeren Verbindungen, in denen aber, wie aus den Umsetzungen zweifellos hervorgeht, die Alkylgruppe an Stickstoff gebunden ist. Die Isonitrile haben also die Konstitution AlkNC, d. h. man kann sie als Ester der tau- tomeren Form der Blausäure (S. 286) auf- fassen, wobei es zunächst zweifelhaft ist, ob man bei diesen Verbindungen fünfwertigen Stickstoff Alk — N ^^ c oder zweiwertigen Kohlenstoff Alk — N=C oder gar zwei freie Valenzen Alk — N=C< annehmen soll (vgl. S. 286). Die letzte Annahme läßt sich mit unseren augenblicklichen Anschau- ungen über die Chemie des Kohlenstoffs schwer vereinigen, da man ziemlich allgemein annimmt, daß Verbindungen mit freien Va- lenzen niclit existieren können. Sie wird daher kaum angewandt. Zwischen den beiden an- deren Formehl läßt sich nach dem jetzigen Stand der Wissenschaft nicht mit Bestimmt- lieit entscheiden. Gegen die früher allgemein angenommene Formel Alk— N == C lassen sich verschiedene Einwände erheben, so der, daß es in anderen Fällen bisher niemals ge- lungen ist, Derivate des fünfwertigen Stick- stoffs zu erzeugen, in denen alle fünf Stick- stoffvalenzen an Kohlenstoff gebunden sind. Man neigt daher in neuerer Zeit mein- dazu, der zuerst von Nef vertretenen Formel Alk — N=C den Vorzug zu geben, zumal sich die Existenzmöglichkeit des zweiwer- tigen Kohlenstoffs angesichts des Kohlen- ! oxyds nicht leugnen läßt. Die Nef sehe j Formel dürfte also wohl zur Zeit von der j Mehrzahl der Chemiker als die beste ange- ! sehen werden. Die Darstellung der Isonitrile ge- schieht durch Einwirkung von Jodalkylen auf Cyansilber (vgl. S. 285 und 286). Hierbei entsteht zunächst eine Doppelverbindung von Cvansilber und Isonitril C2H5. J + 2AgNC = CoHsNCAgNC + AgJ die durch Destillation mit Cyankalium zer- setzt wird CoHjNCAgNC + KCN = CHsNC + AgNC, KCN. Als Nebenprodukte entstehen die Isonitrile, wie erwähnt, auch bei der Einwirkung der Jodalkyle oder alkylschwefelsauren Salze auf Cyankalium (s. S. 285). Natürlich ent- stehen nach dieser Methode nur aliphatische Isonitrile. Ganz allgemein erhält man Isonitrile aus primären Aminen beim Erwärmen mit Chloro- form und Kalilauge (vs,-l. S. 274) CgH^.NHo + CHCI3 + 3K0H - CgHä-N: C + 3 KCl + 3H2O. Nach der Ansicht von Nef, für deren Richtig- keit manches spricht, entsteht hierbei primär aus dem Chloroform durch Chlorwasserstoff- abspaltung ,,Diclilormethylen" CHCI3 + KOH = CCI2 + KCl + H2O das dann weiter mit dem Amin reagiert CeHj.NHa -f CUC + 2K0H = CßHs.N: C + 2 KCl + 2H2O Eigenschaften der Isonitrile. Die Isonitrile sind farblose, meist unzersetzt destillier bare Elüssigkeiten von außerordent- lich widerwärtigem Geruch. Sie sind in Wasser wenis; löslich Isonitrile Methylisocyanid Aethylisocyanid n-Propylisocyanid Phenylisocyanid Sdp. 59» 79" 98« 165» Beim Erhitzen lagern sie sich m Nitrile um. Die Umlagerungstemperatur liegt für Aethyl- isonitril bei etwa 230 bis 250". Sie sind vermöge ihrer ungesättigten Natur befähigt, die ver- schiedensten Elemente und Verbindungen zu addieren und sind infolgedessen äußerst reaktionsfähig. Nur gegen Alkalien und Al- koholate sind sie sein- beständig. Mit ver- 288 Ammoniakderivate dünnten Säuren zerfallen sie sehr leicht, mit Wasser bei höherer Temperatur in primäre Amine und Ameisensäure X.N:C+2H20->[x.N: C qjj + H^o] ->X.Nk+0:C gjj indem als Zwischenprodukt ehi Alkylform- amid entsteht. Analog wird Schwefelwasser- stoff bei 100» glatt zu einem Alkylthioform- amid addiert H SH Alk.N:C + H2S —y Alk.N: C< Alk.NH.C^g Ebenso addieren die Isonitrile Chlor zu Al- kyliminokohlensäurechloriden (I), Schwefel zu Senfölen (II) und Sauerstoff (beim Be- handeln mit Quecksilberoxyd) zu Isocyan- säureestern (III) (vgl. S. 281 und 282). • Alk.N=Ca (I) Alk.N=C^Alk.N=C=S (II) \ Alk.N=C=0 (III) Auch Halogenw^asserstoff wird von den Isonitrilen addiert. Hierbei entsteht ein alkyliertes Formimidchlorid in Form eines Clüorhydrats. .H Cl Alk.N: C ^ Alk.N: C< .H düngen wie die Imidazole, Aldehydine, Chinoxaline, Azimide und Phenazine smd wenigstens kurz erwähnt worden. Alle diese Kör- per werden in dem Artikel ,, Heterozyklische Verbindungen" ausführlich besprochen. Schließlich könnte man zu den ringförmigen Ammoniakderivaten noch die Abkömmlinge der Stickstoffwasserstoffsäure, die Azide und Diazo- imide rechnen (vgl. S. 268). Von diesen Körpern wird im Artikel „Azokörper" noch eingehender die Rede sein. 2 b) Derivate des Hydro xylamins. a) Hydroxylaminbasen. Beiden Hydroxyl- aminbasen, die sich vom Hydroxylamin (s. S. 269) ebenso ableiten, wie die Aminbasen vom Ammoniak, treten, wie schon in der Ein- leitung erwähnt, Isomerien auf, die bei den Aminen naturgemäß nicht möglich sind. So existieren von den M 0 n 0 a 1 k y 1 h y d r 0 xy 1- aminen je zwei verschiedene Isomere a-Alkylhydrox}damin /5-Alkylhydroxylamin je nachdem die Alkylgruppe an den Sauer- stoff oder an den Stickstoff getreten ist. Man bezeichnet sie als a- und ß- oder auch als 0- und N-Alkylhydroxylamine. Ebenso sind bei den Dialkylhydroxylaminen zwei Isomere möglich, nämlich die N,N- oder ß, ^-Derivate und die 0,N- oder a, ^-Derivate. Trialkylhydroxylamine sind noch wenig be- kannt, wohl aber kennt man Verbindungen vom Typus >. Alk. N : CJ/C2H5 + H2NOC2H6 Aehnlich erhält man 0 -Methyl- und 0- Benzylhydroxylamin, indem man Anti- benzardoxim oder Acetoxim mit Natrium- alkoholat und Methyljodid oder Benzychlorid in die entsprechenden 0-Aether überführt CßHs.CH: NOH + KOH + CH3J = CßHs.CH: NOCH3 + H2O + KJ und diese mit Salzsäure spaltet CeHs . CH : NOCH3 + H,0 = CJl, . CHO + H2NOCH3 Da die Alkylierung von Hydroxylamin- derivaten die einzige bisher bekannte Methode zur Gewinnung von 0-Alkylhydroxylaminen ist, hat man aromatische 0-Älkylhydroxyl- amine noch nicht erhalten können. Für die Darstellung der ß- oder N- Alkylhydroxylamine kommen haupt- säclüich zwei Methoden in Betracht. Da die direkte Alkylierung des Hydro xylamins im wesentlichen zu Dialkylhydroxylaminen führt, muß man auch hier von Derivaten des Hydroxylamins ausgehen. Das geeignetste Ausgangsmaterial ist wiederum das Benzald- oxim, dessen Synform bei der Alkylierung neben den vorher erwähnten 0-Alkylver- bindungen hauptsächlich isomere N-Alkyl- derivate liefert (vgl. S. 294 und 296). /NH CßHs . CH : NOH -^ CJI, . CHr I ^0 /NAlph -> CeHs.CH^ I ^0 Durch Spaltung dieser N-alkylierten Oxime mit Salzsäure erhält man die N-Alkylhydr- oxylamine .N.Alk + CeHs.CHaOH und schließlich bei der Oxydation primärer Amine mit Sulfomonopersäure („Ca- ro scher Säure"). Da diese Oxydation aber außerordentlich leicht weiter zu Oximen (s. S. 296) und noch höheren Oxydations- produkten (s. S. 291) führt, läßt sie sich praktisch nur verwerten, wenn es sich um das primäre Amin eines tertiären Kohlen- wasserstoffradikals handelt (CH3)3C.NH2+ 0 = (CH3)3C.NH0H. Schließlich addiert sich Hydro xylamin an die Olefindoppelbindungen von a/5-ungesättigten Ketonen und Carbonsäuren (vgl. S. 295). Die hierbei entstehenden Hydro xylaminoketone und Hydroxylaminocarbonsäuren sind auch als N-substituierte Hydro xylamine auf- CßH^.CH : CH.COOH -> C0H5.CH.CH2 . COOK H.N.OH N,N- oder /3^-Dialkylhydroxyl- amine erhält man durch direkte Alkylierung des Hydroxylamins mit Jodalkjden oder auch bei der Oxydation sekundärer Amme mit Wasserstoffsuperoxyd. Sie entstehen auch aus Nitroparaffinen, Salpetrigsäureestern und Nitrosaminen mit Zinkäthyl und anderen metallorganischen Verbindungen. 0,N- oder a/j-Dialkylhydro xyl- amine entstehen bei der weiteren Alkylie- rung der vorher erwähnten 0-Alkylhydro xyl- amine. Man kann auch die aus Chlorkohlen- säureester und Hydro xylamin erhältliche Carbäthoxyhydroxamsäure alkylieren und den entstehenden Ester mit Salzsäure spalten OC2H5 /OC2H5 OC^ H ^0C( Alk ^ n/ ^ \n/ \ OH CeHs.CH / ^OAlk Alk ^0 -fH20 = C6H5.CH:0 .Alk -f HN< ^OH Während diese Methode naturgemäß wieder nur aliphatische Hydro xylamine liefert, erhält man aliphatische und aroma- tische N-Alkylhydro xylamine durch Reduk- Handwörterbucli der Naturwissenschaften. Band I — ^ CO2 + C2H5OH 4- HNN — NO, die aber sehr un- beständig sind und von denen mit Sicher- heit nur das Phenylnitrosohydroxyl- amin und einige komphziertere Analoga bekannt sind. Sowohl die 0- als auch die N-Monoalkylhydroxylamine vereinigen sich mit Aldehyden zu 0- bezw. N-Alkylderivaten der Oxime (vgl. S. 297) X.CHO+H^NOAlk = X.CHiNOAlk+HaO H^ ,N-Alk X . CHO + >N- Alk = X . CH HO^ ^\ + H,0 0 Bei der Alkylierung des Hydro xylamins treten, wie erwälmt, die Alkylgruppen immer nur an den Stickstoff, während sich die OH- Gruppe auf diesem Wege scheinbar nicht alkylieren läßt. Durch weitere Behandlung der ON-Dialkylhydro xylamine mit Halogen- alkyl muß man also zu TriaUiylhydroxyl- aminen kommen können, doch ist von solchen bisher nur ein einziges, das Tri- benzylhydroxylamin (C6H5.CH2)2N .OCHa-C-eHg mit Sicherheit bekannt. Bei weiterer Behandlung der NN-Dialkylhydro xyl- amine mit Halogen alkylen tritt dagegen keine weitere Alkylierung, sondern nur Ad- dition zu Trialkyloxyammoniumsalzen ein. So hefert NN-Diäthylhydroxylamin mit Jodäthyl Tr i ä t h y lo xy am m 0 n iu m j 0 d i d C^H. CaHsv /OH \n- oh V anAN/ CoH / CoHs J Setzt man aus diesen Ammoniumsalzen mit feuchtem Silber oxyd die Hydro xylbasen in Freiheit, so verlieren dieselben H2O und gehen in die sogenannten Trialkylamin- N-oxyde über OH /OH (C2H5)3N/ —y (C2H5)3N/ \j ^OH __>(CÄ)3N:0 die auch durch Oxydation tertiärer Amine mit "Wasserstoffsuperoxyd entstehen (s. S.274) und umgekehrt bei der Reduktion tertiäre Amine liefern. Die Oxyde sind kristallinische zum Teil zerfließhche Massen, die beständige Hydrate bilden. Die Trialkylamin-N-oxyde können noch ein weiteres Molekül Halogen- alkyl addieren. Hierbei entstehen Tri- alkylalkoxylammonium salze /OCH3 (CH3)3N:0+CH3J = (CH3)3N/ d die man auch als Halogenalkyladditions- produkte (Halogen alkylate) der noch nicht bekannten N,N,0-Trialkylhydroxylamine an- sehen kann. ß) Hydroxamsäuren. Denktmansich im Hydro xylamin ein Wasserstoff atom durch einen Säurerest ersetzt, so sind zunächst, wie bei den Alkylhydroxylaminen, zwei isomere Verbindungen möglich, je nachdem die Acylgruppe am Stickstoff oder am Sauer- stoff haftet H-N ,Ac OH H— N H OAc. Da man jedoch die den a- Alkylhydroxyl- aminen (s. S. 288) entsprechenden 0-Acidyl- Ammoniakderivate 291 derivate noch nicht kennt, wird hier nnr von den N-Acidylhydroxylaminea die Kede sein, doch soll gleich erwähnt werden, daß 0, N-Diacidylhydroxylamine bekannt sind. Auch Triacidylhydroxylamine scheinen zu existieren. Die N-AcidylhydroxylamineX.CO .N X.CH: NOH + H^O -2_^ x.c< ^NOH Eigenschaften der Hydroxam- säuren. Die Hydroxamsäuren sind kri- stallinische Verbindungen, die sich beim Erhitzen über ihren Schmelzpunkt heftig zersetzen. Daß die einfachen aliphatischen Hydroxamsäuren nicht sauer reagieren, ist schon erwähnt worden, doch bilden alle Hydroxamsäuren Kupfersalze vom Typus NO X . C\ )Cu. Besonders charakteristisch ^0 / für die Hydroxamsäuren ist ihre Fähigkeit, mit Eisenchlorid tiefrote Färbungen oder Niederschläge, Ferrisalze, zu geben. Tautomerie und Stereoisomerie der Hydro xamsäureester. Die sauer reagierende Benzhydroxamsäure läßt sich in der üblichen Weise in Alkylester oder -äther überführen. In diesen Aethern steht, wie sich aus der Spaltung (s. S. 289) mit voller Sicherheit ergibt, die Allvylgruppe an der Hydro xylaminhydroxyigruppe. Hier- nach müssen diese Aether einer der beiden folgenden tautomeren Formeln entsprechen, zwischen denen sich wiederum nicht ent- scheiden läßt C«H,.Cf H Nn< O.Alk CeHs.C^ OH NOAlk Andererseits lassen sich durch Spaltung der später (S. 292) zu besprechenden Aether der Dibenzhydroxamsäure, auch Aether der 19* 292 Ammoniakderivate Benzliydroxamsäure erhalten, in denen die Alkylgruppe an der am Kohlenstoff stehen- den Hydroxylgruppe stehen muß OAlk CßHs . C^ ^NOH da sie auch aus Benziminoäthern (s. S, 283) mit Hydro xylaminchlorhydrat entstehen NH NOH CßHs . Cf + NH2OH = CßHs . C^ ^OAlk ^OAlk + NH3 und bei der Spaltung Benzoesäureester und Hydroxylamin liefern. Diese Aether werden gewöhnlich als Alkylbenzhydr- oxim säuren bezeichnet. Die aus diesen Aethern durch weitere Alkylierung ent- stehenden Benzhvdroximsäuredialkvläther OAlk C6H-.C<^ können keine Tautomerie ^NOAlk mehr zeigen. Trotzdem existieren sie je in zwei verschiedenen Modifikationen, die demnach nicht desmotrope Formen, sondern Stereoisomere sein müssen. Diese Stereo- isomerie wird bei den Oximen (S. 291) aus- führlicher behandelt. Die beiden Formen der genannten Hydroximsäureäther werden als Syn- und Anti-Form, oder auch als a- und 1 /5-Forra unterschieden im Sinne der Formehi ' CfiHs — C- 0 Alk CßHs^ und HO bezw. CfiHs -N -C-0 Alk II N-OH -C-0 Alk an, c-0 Alk und Alk 0-N N-N Alk Dementsprechend existiert die Oxaldihydr- oxamsäure oder richtiger Oxaldihydroxim- säure in drei anscheinend stereoisomeren Formen HO-C-C— OH HO-C C-OH HO-N N- HO-C- OH HO- -NHO- -C-OH -N N-OH OH-N Diacylhydroxamsäuren. Außer den eben besprochenen N-Acylhydroxylamiuen, den Hydro xamsäuren, kennt man mit Sicher- heit nur noch N,0-Diacylderivate des Hydroxylamins, die man als Diacyl- h y d r 0 X a m s ä u r e n bezeichnen kann co.x h-n/ ^o.co.x Auch für diese Scä,uren ist Tautomerie im Sinne der Formeln /O /OH x-cf H :z± x-c/ ^N/ ^ ^N-OCO.X ^oco.x möglich. Von diesen Formebi ist die zweite die wahrscheinlichere, d. h. die soge- nannten Diacylhydroxamsäuren sind Säure- ester der Hydro xim säuren. Die Diacjdhydroxamsäuren entstehen bei weiterer Acylierung der Hydro xamsäuren oder direkt aus Hydroxylamin bei der Em- wirkung von Säurechloriden oder -anhy- dr iden . D i 1) e n z h v d r 0 x a m s ä u r e OH ^N.OCO.CßHs wird gewöhnlich aus Hydroxylamin und Benzoylchlorid, Diacethvdroxam säure OH CH3.C/ ^N.OCO.CHs aus Hydroxylaminchlorhydrat durch Kochen mit Essigsäureanhydrid gewonnen. Eine der Dibenzhydroxamsäure isomere Ver- bindung, die sogenannte Dibenzhydroxim- säure entsteht aus Benzliydroxiinsäurechlorid (s. S. 299) imd benzoesaurem Silber. Dieselbe ist iedocli von der Dibenzliydroxanisäure struktur- verschieden und hat die Konstitution /O.CO.CJlg ^N.OH ist also gar kein Dibenzoylhydroxylamin. Sie ist unbeständig und lagert sich freiwillig in Dibenz- hydroxamsäure um. Die Diacylhydroxamsäuren sind kristal- linische Verbindungen, die stark sauer reagieren und Metallsalze liefern. Das Silber- salz der Dibenzhydroxamsäure liefert mit Jodäthyl nebeneinander zwei isomere Aethyläther, die beide sicher die Kon- stitution /OC2H5 C..H5-C4 ^N . OCO . CeHg besitzen, da sie bei der Spaltung Benzoe- säureester, Benzoesäure und Hydroxylamin liefern. Diese beiden Aether müssen also wiederum stereoisomer im Sinne der Formeln CsHs-C-OC^Hs CeHs-C OC2H5 II und II CßHs.COO.N N-OCO.CeH, sein. Mit überschüssigem Alkali spalten die Diacylhydroxamsäuren leicht den am Sauer- stoff stehenden Acidylrest ab, gehen also in die gewöhnlichen Hydroxamsäuren über OH ' /OH X.C;^ +H20 = X.C< ^N.OCO.X ^N.OH -f X.COOH. Eine eigenartige Umsetzung erleiden die Diacylhydroxamsäuren, wenn man ihre neutralen Alkalisalze in wässeriger Lösung stehen läßt. Sie liefern hierbei Kohlen- säure, die entsprechende Carbonsäure und einen symmetrischen Dialkylharnstoff, Ammoniak derivate 293 cl. h. Diacethydroxamsäure liefert Essig- säure und symm-Dimethylliarnstoff, Dibenz- liydroxamsäure Benzoesäure und symm- Diphenylharnstoff usw. In analoger Re- aktion liefern die Diacylhydroxamsäuren mit Ammoniak Monoalkylharnstoff eund mit Alkohol Alkylurethane (vgl. S. 279). Als Zwischenprodukt muß man bei allen diesen Umsetzungen Alkylisocyanat X.N: C:0 annehmen, dessen Bildung sich unter Annahme einer der sogenannten Beckmann- sclien Umlagerung (s. S. 273 und 297) analogen Umlagerung deuten läßt X-C-OH X.COO-C-OH X.COO-N X-N Das Umlagerungsprodukt geht dann unter Abspaltung eines Molekiüs Carbonsäure in Alkylisocyanat über. XCOO C-OH X-N HO-C-OH + X.COOH X-N c = o II + X.COOH. X-N ScliUeßHch möge erwähnt werden, daß bei der weiteren BenzoyHerung der Dibenz- hydroxamsäure das sogenannte Tribenzhydr- oxylamin entsteht. Dasselbe existiert in drei isomeren Modifikationen, deren Konstitution noch nicht aufgekhärt ist. Eine derselben stellt vielleicht ein Triacylhydroxylamin dar. N,N-Diacylhydroxyl amine mit zwei getrennten Säureresten sind nicht bekannt, wohl aber ringförmige Hydro xylaminderivate zwei- basischer Säuren, denen man eine derartige Struktur zuerteüt. Sie entsprechen den Säure- imiden (s. S. 281) und werden auch als N-Oxyi- mide bezeichnet. Sie entstehen aus den Monohydroxamsäuren durch Wasserab- spaltung ^0 CHj.Cf I \nhoh CH,— C / 0 CH,.C^ ^0 NOH+H^O .OH Succinmono- Succinylhydr- hydroxamsäure"! oxylamin bei denselben Säuren, die auch zur Imidbildung befähigt sind. Natürlich leiten sich von zwei- basischen Säuren auch Dihydroxamsäuren ab. Die Schmelzpunkte einiger wichtiger Hydro xamsäuren (N-Monoacylh ydro xylamine ) und Diacylhydroxamsäuren (N,0-Diacylhydro xyl- amine) gibt folgende Zusammenstellung. Hydroxams äuren Formyl Acetyl . Benzoyl N-Mono N,0 —Di 81—82» 87—880 124«» 890 161" y) Oxime. Der als Aldimide oder Aldime bezeichneten Gruppe von Ammoniakderivaten (s. S. 280) entsprechen die ungleich wichtigeren und im Gegensatz zu der gewölmlichen Iminen sehr beständigen Oxy-Lnine oder Oxime als Hydro xylaminderivate. Man kann dieselben also auffassen als Aldehyde bzw. Ketone, in denen das Sauerstoff- atom durch die Oximidogruppe ersetzt worden ist oder als Hydro xylamin in dem für die beiden am Stickstoff stehenden Wasserstoffatome eine zweiwertige Alkyliden- gruppe, d. h. der Rest eines Aldehyds oder Ketons eingetreten ist, d. h. als N,N-Alkylidenhydro xylamine. Im Gegensatz zu den Aldimen sind hier sowohl die Derivate der Aldehyde als auch diejenigen der Ketone ganz allgemein bekannt. Man unterscheidet danach Aldoxime und Ket oxime. Die Oxime sind von außerordentlicher Wichtig- keit für die Isolierung und Identifizierung der Aldehyde und Ketone. Tautomerie der Oxime. Theoretisch könnte man neben den gewöhnlichen Oximen Y>C=jNr — OH noch eine zweite isomere Art von Oximen dadurch ableiten, daß man im Hydro xylamin niclit die beiden am Stick Stoff stehenden Wasserstoffatome, sondern ein am Stickstoff stehendes und das am Sauerstoff stehende Wasserstoffatom durch die Allcylidengruppe ersetzt denkt. Diese N,0-Alkylidenhydroxylamine oder Isoxime (Isooxime) X^ /NH ^C/ I Y^ ^0 scheinen als solche nicht zu existieren, ebensowenig wie man die tautomeren Form der Oxime X\c _ n/0 kennt. Zwar kommen manche Oxime in zwei isomeren Formen vor, doch handelt es sich hier offenbar nicht um Isomerie oder Tauto- merie, sondern um Stereoisomerie. Hiervon wird gleich noch ausführlicher die Rede sein. Für die bekannten Oxime kann man aus ihrer Fähigkeit, mit Alkalien Salze zu bilden, schließen, daß sie eine Hydroxylgruppe be- sitzen, also die Konstitution ^>C=N-OH haben. Dem entspricht die Tatsache, daß die Oxime mit Halogen alkylen bei Gegen- wart von Natriumalkoholat 0-Alkylver- b i n d u n g e n lief ern X^ X^ \C:NONa-f J.AUc = )C:N0Alk -f NaJ deren Konstitution daraus hervorgeht, daß sie bei der Spaltung 0-Alkylhydro xylamin (S. 289) liefern. Sind danach also Isoxime 294 Ammoniakderivate oder tautomere Oxime als solche unbekannt, so kennt man doch Derivate derselben, denn bei der Behandung der Oxime mit Ha- logenalkylen und Natriumalkoholat entstehen neben den angeführten 0-Alkylverbindungen andere Alkylderivate, die sogar die einzigen Keaktionsprodukte sind, wenn man das Na- triumalkoholat fortläßt. Diese Alkylderivate müssen N-Alkylverbindungen sein, denn sie liefern bei der Spaltung N-Alkylhydroxyl- amine (S. 289) und bei vorsichtiger Reduktion Dialkylamine, so daß ihr Stickstoffatom mit zwei verschiedenen Alkylresten verbunden sein muß. Hiernach müssen sich diese N-Alkyläther aber von einer Isoximformel ableiten und die Konstitution .Alk N \ 0 -C-Y X-C-Y 11 und II N— OH HO-N X, W-Alk X, \C( I oder ^C yX \o Y/ haben. Neuerdings neigt man dazu, die letztere dieser beiden Formeln für richtig zu halten. Stereoisomerie der Oxime, Wie schon erwähnt, existieren viele Oxime in zwei isomeren Formen, die sich ineinander überführen lassen. Daß es sich hierbei nicht um Tautomerie handelt, geht schon daraus hervor, daß zuweilen zu jeder der beiden Formen ein zugehöriger 0-Alkyläther dai- stellbar ist. Da nun die Isomerie der Oxime y)C=N0H nur dann auftritt, wenn die beiden Reste X und Y untereinander verschieden sind und da außerdem gewisse, weiter unten ausführlich besprochenen Reak- tionen darauf hindeuten, daß die Hydroxyl- gruppe und die eine der beiden Gruppen X und Y sich in dem einen Isomeren räum- lich nah, in dem anderen aber räumlich fern stehen, muß es sich um Stereoisomerie handehi. Diese wird verständlich, wenn man nach der Hypothese von Hantzsch und Werner annimmt, daß die drei Valenzen des Stickstoffatoms bei Verbindungen, in denen das Stickstoff atom mit mehrfacher Bindung an ein anderes Atom gekettet ist, nicht in einer Ebene hegen (vgl. S. 275), sondern nach den Ecken eines Tetraeders hin gerichtet sind, dessen vierte Ecke vom Stickstoffatom selbst eingenommen wird. Die Raumformeln, die sich durch die Te- traeder-Schemata und oder abgekürzt durch die Formehi darstellen lassen, zeigen, daß nach dieser Hypothese alle diejenigen Oxime, in denen X und Y verschieden sind, in zwei Kon- figurationen existieren können, und daß in der einen Konfiguration die Hydroxylgruppe nahe zu Y aber entfernt von X, in der anderen dagegen nahe zu X und entfernt von Y steht. Man bezeichnet die beiden Konfi- gurationen als Syn- und Anti-Form, und zwar in dem Sinne, daß man diejenige Konfigurjition als Syn -Form bezeichnet, in der die Hydroxylgruppe der mit ihr intra- molekular reagierenden Gruppe nahe steht. So ist es für die Aldoxime, bei denen ja eine der beiden Gruppen X oder Y Wasser- stoff ist, charakteristisch, daß eine der beiden Formen die Hydroxylgruppe mit dem Wasser- stoff leicht als Wasser (unter Nitrilbildung) abspaltet, die andere Form dagegen nicht (s. S. 297). Li der ersteren dieser beiden Formen wird die Hydroxylgruppe dem Wasserstoff atom räumlich nahe stehen und diese wird als Syn-Form X— C— H N-OH die andere also als Anti-Form X— C— H II HO— N bezeichnet. Bei den Ketoximen, bei denen ja X und Y Alkylgruppen sind, fällt dieses Erkennungsmerkmal der Konfiguration fort. Man kann aber auch hier durch die weiter unten besprochene ,,Beckinannsche Um- lagerung" für beide Formen bestimmen, welche der beiden Alkylgruppen der Hydroxyl- gruppe näher steht (s. S. 298). Die Aus- wahl der Bezeichnungen Syn und Anti ist hier zunächst willkürlich und wird erst dadurch charakteristisch, daß man der Vorsilbe Syn die Bezeichnung der der Hydr- oxylgruppe nahe stehenden Alkylgruppe unmittelbar folgen läßt. Hat man also für zwei isomere Ketoxime die Konfigurationen I und II bestimmt (I) CH3-C-C2H5 II HO-N so ist es zunächst willkürlich, ob man I oder II als Syn-Form benennt, doch müßte man I als Synmethyläthylketoxim, II aber als Synäthylmethylketoxim bezeichnen, woraus sich dann die Bezeichnung der anderen Ver- bindung als Anti-Form ergibt. In analoger Weise können Dioxime wie das Benzildioxim in drei stereoisomeren Formen existieren (IL CH3-C-C2H5 11 N— OH Ammoniakderivate 295 CÄ.C- (I) CCgHä N.OH HO.N „Syn" CfiHr. . C- (III) (11) CeH,.C-C.CeH5 II II HO.N N.OH „Anti" HO.N HO.N „Amphi" Als Grundlage für die Bezeichnung dient hier die gegenseitige Stellung der beiden Hydroxyl- gruppen. Die der größtmöglichen gegenseitigen Annäherung der beiden Hydroxylgruppen ent- sprechende Konfiguration heißt also hier Syn- Form, die Konfiguration größter gegenseitiger Entfernung der Hydroxylgruppen Anti-Form und die dritte Konfiguration Amphi- Form. Bei unsymmetrischen Dioximen sind sogar vier Isomere möglich, indem hier zwei verschiedene Amphi-Formen X— C C— Y X— C C— Y II II und II II HO— N HO— N N— OH N— OH denkbar sind. Obwohl die Existenz zweier stereo- isomerer Formen bei allen Aldoximen und bei allen unsymmetrischen Ketoximen mög- lich ist, hat man dieselben bisher nur bei einer beschränkten Anzahl von Oximen und zwar vorzugsweise bei solchen aromatischer Aldehyde und Ketone experimentell nach- weisen können. Die aliphatischen Ald- oxime kennt man meist nur in einer Modi- fikation und diese ist in allen bekannten Fällen offenbar die Syn-Form Alk-C-H II N-OH wie man aus der leichten Ueberführbarkeit in Nitrile schließen kann (s. S. 297). Auch bei den fettaromatischen Ketoximen ist noch keine Stereoisomerie beobachtet worden. Offenbar erklärt sich dies hier, wie bei den aliphatischen Aldoximen, daraus, daß die eine der beiden möglichen Formen äußerst labil ist und sich daher nicht isolieren läßt. Die stabile, isolierbare Form der fett- aroma- tischen Ketoxime entspricht stets der Syn- Aryl-Alphyl-Ketoxim-Form (s. S. 266 Anm.) Alk— C— Ar II N— OH d. h. die Hydroxylgruppe steht stets dem aromatischen Rest räumlich nahe, wie der Verlauf der Beckmann sehen Um- lagerung (s. S. 298) ergibt. Die unsymme- trischen aliphatischen Ketoxime, die bisher nur in flüssiger Form erhalten worden sind, scheinen Gemische der beiden mög- lichen Formen zu sein.. Die Darstellung der Oxime geschieht fast ausschließlich aus den Aldehyden oder Ketonen und Hydro xylamin X X \C:0 + H2N0H= /C:NOH+ H2O y/ Y Da sich fast alle Aldehyde und Ketone „oximieren" lassen, ist diese Umsetzung eine äußerst wichtige Erkennungsreaktion für Aldehyde und Ketone, und da letztere sich aus den Oximen leicht zurückgewinnen lassen, können sie auch auf diese Weise isoliert werden. Die Aldehyde werden durchgängig viel leichter in Oxime über- geführt als die Ketone, Letztere werden um so schwieriger oximicrt, je größer und je verzweigter die an der Carbonylgruppe stehenden Alliylreste sind. Besonders schwer bilden sich die Oxime, wenn an der CO- Gruppe ein aromatischer Rest steht, dessen beide Orthostellungen besetzt sind (vgl. S. 298), was man auf eine sogenannte ,,sterisclie Behinderung" zurückführt. Die Aldehyde reagieren mit einer wässerigen oder wässerig-alkoholischen Lösung von Hydro xyl- aminchlorhydrat und der äquivalenten Menge Soda schon in der Kälte. Bei den Ketonen muß man oft längere Zeit mit Hydro xylaminchlor- hydrat in alkoholischer Lösung erhitzen oder in. stark alkalischer Lösung arbeiten. Ketone, welche benachbart zur Carbonyl- gruppe eine Doppelbindung enthalten, können unter bestimmten Bedingungen entweder nor- male Oxime bilden oder nur Hydroxylamin an die Doppelbindung addieren (s. S. 289) oder auch beides gleichzeitig tun. Wichtig ist noch, daß die Monoxime solcher Diketone und Aldehydketone, in denen die beiden Carbonylgruppen benach- bart stehen, durch Einwirkung von salpe- triger Säure auf Monoketone erhalten werden, indem in eine der CO-Gruppe benachbarte CHa-Gruppe eme Isonitrosogruppe =^NOH eintritt. Die so entstehenden Isonitroso- ketone sind die Monoxime von Dicar- bonylverbindungen. CH3.C0.CH3+0N0H= CHg.CO.CHrNOH + H,0 Asymmetrische Ketone, in denen zwei CHa-Gruppen der CO-Gruppe benachbart stehen, liefern zwei verschiedene Isonitroso- ketone. Die Monoallcylacetessigester liefern mit salpetriger Säure unter Ver- drängung der Acetyigruppe a-Isonitrosofett- säureester, d. h. Oxime von a-Keto- säureestern, während die freien Alkylacet- essigsäuren Kohlensäure und Isonitroso- ketone, d. h. Monoxime von a-Diketonen geben. DiestereoisomerenFormenderOxime kann man, wie aus dem Vorhergehenden schon hervorgeht, im allgememen nur bei den echten aromatischen Aldehyden (vgl. S. 269) und den echten aromatisch unsymmetrischen Ketonen sowie den aromatischen Diketonen isolieren, doch sind auch die aromatischen 296 Ammoniakderivate Aldoxime, welche im Benzolkern eine freie Hydroxylgruppe enthalten, nur in einer Form und zwar in der Anti-Form isolierlDar. Für die Isolierung der beiden isomeren Formen ist es wichtig, daß die Synaldoxime meist gegen Alkalien stabil und gegen ver- dünnte, wässerige Säuren ziemlich labil, die Antialdoxime aber gegen Alkalien labil sind. Zur Isolierung der Antialdoxime muß man also im allgemeinen die Chlor- hydrate der beiden Oxime mit Wasser zer- setzen, wälirend man bei Zusatz von Soda oder Alkali die S\ii aldoxime erhält. Bei den Aldoximen, welche im Kern einen Substituenten in Orthostellung enthalten, entsteht auch mit Alkali das Antioxim. Im übrigen lassen sich die beiden Formen durch verschiedene Einflüsse wechselseitig ineinander umlagern. So liefert Benzanti- aldoxim in ätherischer Lösung mit trocke- nem Chlorwasserstoff über 0'' das Chlor- hydrat des Benzsynaldoxims, während Benz- synaldoxim beim Erhitzen für sich oder in ätherischer Lösung sowie beim Stehen in alkoholischer Lösung in Benzantiald- oxim übergeht. Die sonst noch bekannten Bildungs- weisen für Oxime kommen als Darstel- lungsmethoden kaum in Betracht. Oxime bilden sich noch bei der Oxydation von primären Aminen, wenn der am Stickstoff stehende Alkylrest primär oder sekundär ist (vgl. S. 289). Ist der Alkylrest primär,_ so entstehen Aldoxime, die aber leicht weiter oxydiert werden (s. S. 291) X.CHa.T^Ha —> X.CH2.NHOH -> OH . x.ch:noh {-^ x.c^ ^noh/ Ist der Alkylrest dagegen sekundär, so entstehen ziemlich glatt Ketoxime l/CH . NH2 -y f /CH . NHOH -y X y/ C:NOH. Wirkung von Jodalkylen auf das Natriumsalz des Nitrohydroxylamins (s. S. 269) HO.N Sr. + J.CH2.X = HO .N NO2 CH,.X NOo HJ H0.N:CH.X+HN02+HJ. Eigenschaften der Oxime. Die Oxime sind flüssige oder kristallinische farb- lose Körper. Die niedrigeren Oxime lassen sich unzersetzt destillieren. Das Formald- oxim polymerisiert sich leicht. Oxime Fp. Sdp. Formaldoxim flüssig 84° Acetaldoxim 47 " 115» Propionaldoxim 21,5" 135» Benzaldoxim „Syn" 125 " — „Anti" 35 " 117 0 (14 mm) Acetonoxim (Ace- toxim) 59 " 135" Acetophenonoxim 59" — Reiizophenonoxim 140 » — Als Oxydationsmittel dient die sogenannte Carosche Säure (Sulfomonopersäure). Bei der Keduktion von Nitroparaffinen mit primärem oder sekundärem Alkylrest zu Alkylhydroxylaminen (s. S. 289) entstehen als Zwischenprodukte ebenfalls Oxime X.CH2.N02->^X CH2.N0->-X.CH:N0H f/CH.NOa -^ f /CH.NO->f/C : NOH Auch bei der Keduktion von Pseudo- nitrolen entstehen Ketoxime X P/NO2 y/^ NO X.p.NHOH y/^ NHOH — >► C:NOH Schließlich entstehen Oxime bei der Ein- Ueber ihre Fähigkeit, in stereoisomeren Formen zu existieren und über deren wechsel- seitige Ueberführbarkeit ist im vorstehenden alles Nötige gesagt worden. Die Oxime haben sowohl saure als auch basische Eigen- schaften, das heißt sie bilden durch Ersatz des Hydro xylwasserstoff es Metallsalze und sind auch in wässerigen Alkalien löslich. Andererseits bilden sie in indifferenten Lö- sungsmittehi auch Chlorhydrate, die aber von Wasser hydroiysiert werden, so daß man die Oxime aus den Lösungen ihrer Alkalisalze mit verdünnten Mineralsäuren ausscheiden kann. Beim Erwärmen mit Mineralsäuren werden die Oxime in Hydro xyl- amin und Aldehyd oder Keton gespaltet X X \C:N0H4- H2O = '>C:0 + H^NOH y/ y/ Durch Oxydation können Aldoxime in Hydroxamsäuren übergeführt werden (s. S. 291), während bei der Reduktion alle Oxime schheßhch Alkylamine hefern (s. S.272). Aether und Ester der Oxime. Wie schon erwähnt, kann man in die Oxime Alkylgruppen einfülu'en. Hierbei entstehen, abgesehen von den durch Stereoisomerie bedingten Isomeriefällen, zwei verschiedene Reihen von Aethern. Die eine Reihe von Aethern die 0-Alkyläther enthalten die Alkylgruppe an Sauerstoff gebunden und entsprechen in ihrer Konstitution X. >C:NOAlk y/ der normalen Oximformel, wälnend die zweite Reihe das Alkyl an Stickstoff gebunden ent- Ammoniakderivate 297 hält und sich daher von einer Isoximformel ableiten muß (s. S. 293) X. , N.Alk X, Mk C/ I oder >C=N/ Y / \ 0 Y \ 0 Diese Verbindungen werden als N-Al- kyläther der Oxime bezeichnet. Solclie N-Aether entstehen, wenn man die Oxime mit HaJogenalkylen erhitzt, während bei gleichzeitigem Zusatz von Alkali gewöhnlich beide Aether nebeneinander entstehen. Welcher von beiden Aethern hierbei als Hauptprodukt ent- steht, hängt sowohl von der Art des Oxims als auch des Halogenalkyls ab. So liefert z. B. Benzyl- chlorid bei Gegenwart von Alkali mit Synbenzald- oxim hauptsächlich N-Aether, mit Antibenzald- oxini dagegen hauptsächlich 0-Aether. Bei der Spaltung liefern die 0- Aether 0-Alkylhydroxy lamme, die N-Aether N- Alkylhydroxylamine (s. S. 288). Sowolü die 0- als auch die N-Aether entstehen übrigens auch aus den 0- und N-Alkylhydroxylaminen mit Aldehyden und Ketonen. Als einen ringförmigen N-Phenyläther des Benzaldoxims kann man das Anthranil bezeich- nen (vgl. S. 282), das man als inneres Anhydrid des unbeständigen o-Hydroxylaminobenzal- dehyds auffaßt und das z. B. durch Reduktion von o-Nitrobenzaldehyd entsteht CH:0 Auch Acylgruppen kann man in die Oxime einführen und so Oximester dar- stellen, indem man die Oxime mit Säure- anhydriden behandelt. Hierbei tritt der Säurerest im allgemeinen an den Sauerstoff, man bekommt also Ester, die der normalen Oximformel entsprechen CH:0 )C:NOH _^ X. C:NO.CO.Alk unter gewissen Umständen scheinen je- doch auch N-Ester entstehen zu können, die einer Isoximformel entsprechen. Wenigstens liefert Acetoxim, bei dem ja Stereoisomerie ausgeschlossen ist, zwei verschiedene Benzoyl- derivate. Die O-Acylderivate der Ketoxime sind beständige Verbindungen. Bei den 0-Acyl- derivaten der Aldoxime hängt dagegen die Beständigkeit von der räumlichen Anord- nung ab. Die 0-Acylantialdoxime sind näm- lich ebenfalls beständige Körper, während die 0-Acyls}ii aldoxime, in denen Aldehyd- wasserstoff und Säurerest sich räumlich nahe stehen, außerordentlich leicht unter Säure- abspaltung in Nitrile übergehen X-C-H X.C III =11 + Alk.COOH NO. CO. Alk N so daß sie in den meisten Fällen gar nicht isolierbar sind. So liefert das eine Benzald- oxim ein beständiges Acetylderivat, während das Acetylderivat des anderen Isomeren schon in der Kälte mit Sodalösung Benzo- nitril liefert. Hiernach muß das letztgenannte Oxim das Syn-Oxim sein. Aus den alipha- tischen Aldoximen enthält man bei der Be- handlung mit Säureanhydriden fast immer direkt das Nitril, d. h. das Säureanhydrid wirkt scheinbar nur wasserabspaltend X-C— H X-C II = ill + H2O N-OH N Hieraus schließt man, daß die bekaimten ali- phatischen Aldoxime der Syn-Konfiguration an- gehören (vgl. S. 295). Diese Keaktion ist nicht nur für die Kon- figurationsbestimmungderAldoxime (s. S.294), sondern auch als Darstellungsmethode für Nitrile (s. S. 284) von Bedeutung. Beckmann sehe Umlagerung. Sehr wichtig ist eine eigenartige Umlagerung, die viele Ketoxime unter der Einwirkung von Salzsäure, Säurechloriden und anderen Agen- tien in benzolischer oder eisessigsaurer Lösung erleiden und die gewolmlich als ,,Beckmann- sche Umlagerung" bezeichnet wird. Sie äußert sich darin, daß die Oxime unter dem Einfluß der genannten Mittel in alkylierte Säureamide übergehen (s. S. 278). So liefert Benzophenonoxim Benzanilid CeHg CßHs \C=NOH ^ \C0 CßH/ CeH^.NH^ Diese Umlagerung erklärt sich am ein- fachsten, wenn man annimmt, daß eine der beiden Alkylgruppen des Ketons mit der Hydi-oxylgruppe den Platz tauscht. Die hierbei resultierende Verbindung stellt sich in der Formel als die tautomere Form eines substituierten Säureamids dar (s. S. 278) CeHg— C — CßHg HO— C — CgHs HO-N CßHs-N C— CßHg CßHs-NH Ist das zugrundeliegende Keton unsym- metrisch gebaut, so werden bei der „Beck- mann sehen Umlagerung" des Oxims zwei verschiedene Säureamide entstehen können, je nachdem die eine oder die andere Alkyl- gruppe mit der Hydroxylgruppe den Platz wechselt. Nun geben in der Tat die beiden stereoisomeren Formen eines Ketoxims ge- wöhnlich zwei verschiedene Säureamide, und zwar in der Weise, daß die stabilere Modifikation nur das eine der beiden mög- lichen Säureamide, die labilere Modifikation aber zwar auch gewisse Mengen desselben, 298 Ammoniakderivate vorherrschend aber das andere der beiden möglichen Säureamide liefert. Es zeigt sich also deutlich, daß jeder der beiden stereo- isomeren Modifikationen ein bestimmtes Säureamid entspricht, wenn auch die eine der beiden Formen nicht nur das ihrer eigenen Konfiguration entsprechende, sondern auch — offenbar infolge teilweiser Umlagerung in die stabilere Form — gewisse Mengen des anderen Amids ergibt. Dies deutet unter Zugrundelegung der Han tzsch- Wer n er- sehen Theorie (s. S. 294) mit Bestimmtheit darauf hin, daß in jedem Falle die Hydroxyl- gruppe den Platz mit derjenigen Allvylgruppe wechselt, die ihr räumlich am nächsten steht. Man kann also auf diese Weise die Kon figuration stereoisomerer Ketoxime fest- stellen (s. S. 294). So kemit man zwei isomere Oxime des Ani- sylphenylketons. Von diesen liefert das höher schmelzende bei der Beckmannschen Um- lagerung des Anilid der Anissäure (Ib), das tieferschmelzende aber das Anisidid der Ben- zoesäure (IIb). Hieraus ergibt sich für das Oxim vom Schmelzpunkt 137" die Konfiguration la eines Syn-Phenylanisylketoxims (vgl. S. 294), während das Oxim vom Schmelzpunkt 116" Anti- Phenylanisylketoxim von der Konfiguration IIa sein muß la) CH30.C6H,.C.C6H5 II N.OH IIa) CH3O.C6H4.C.C6H5 II HO.N — > CH3O.C6H4.C.OH N.CeH^ HO.C.CeHs CH30.aH4.N b) CH30.C6H4.C:0 — >► — >► NH.CeHs OrC.CeHs CKO.CÄ.NH Ebenso kann man für die fettaromatischen Ketoxime (s. S. 295), die nur in einer Form bekannt sind, schließen daß sie durchweg Syn-Arylalphylketoxime sind, weil sie bei der Beckmannschen Umlagerung stets Arylamide ahphatischer Säuren liefern. Daß auch die Oxime zyklischer Ketone zur Beckmann sehen Umlagerung befähigt sind, ist schon früher (S. 282) erwähnt worden. Sie liefern in normaler Weise Laktame, d. h. zyklische substituierte Säureamide. Wenn die Aldoxime in gleicher Weise die Beckmannsche Umlagerung erleiden würden, müßten aus den Syn-Oximen einfache Säure- amide, aus den Anti-Oximen aber substituierte Formamide entstehen. In der Regel liefern aber die Aldoxime nur Nitrile, weil die bei den Ket- oximen in der gedachten Weise wirkenden Agen- tien die Anti-Aldoxime meist momentan in Syn-AIdoxhne umlagern, auf letztere aber wasser- abspaltend wirken. Nur in seltenen Fällen, wenn die Antiform besonders beständig ist, läßt sich hier die Beckmannsche Umlagerung verwirk- lichen. So liefert das Antioxim des symm. Trimethylbenzaldehyds mit Phosphorpenta- chlorid in der Tat Formmesidid (CH3)3.CeH2.C.H HO.N > HO— C— H L(CH3)3CeH,.N 0:0. H (CH3)3.CeH,.NH Einen der Beckmannschen Umlagerung analogen Platzwechsel nimmt man übrigens noch bei manchen anderen Reaktionen an (s. z. B. S. 273, 293 und 300). C hin on oxime. Eine Sonderstellung unter den Ketoximen nehmen die Chinon- 0 xime ein. Die Chinone, die man ja jetzt all- gemein als Diketone von der Konstitution 0 HC HC CH II CH \c/ u auffaßt, werden zwar von alkalischem Hydr- oxylamin zu Hydrochinonen reduziert, liefern aber mit salzsaurem Hydroxylamin unter geeigneten Bedingungen in normaler Weise erst Monoxime und schließlich Di- oxnne NOH C / \ HC CH 11 II HC CH \ / C ö Chinonmonoxim NOH C / \ HC CH II II HC CH \ / C NOH Chinondioxim Nur wenn die beiden Orthostellungen zu einer Carbonylgruppe durch Alkylreste oder Halogenatome substituiert sind, ist an dieser CO- Gruppe keine OximbUdung mehr möglich (vgl. S. 295). Von Interesse ist die Tatsache, daß sich die Chinonmonoxime als identisch erwiesen haben mit den p-Nitrosophenolen. Es liegt hier Tautomerie im Sinne der beiden Formeln Ammoniakderivate 299 NOH C / \ HC CH II II HC CH N:0 C / \ HC CH HC CH // 0 OH Chinonmonoxim Kitrosophenol vor. Für die freien Verbindungen nimmt man jetzt ziemlich allgemein die Chinon- oximform, für die Alkalisalze dagegen die Nitrosophenolform an. Aus der genannten Tautomerie folgt, daß man die Chinonmon- oxime auch aus Phenolen mit salpetriger Säure und aus den p-Nitrosoverbindungen tertiärer aromatischer Amine durch Spaltung mit Alkali (s. S. 271 und 274) gewinnen kann. Bei der Alkylierung und Acylierung liefern die Chinonmonoxime und die Chinondioxime normale Oxim-0-Aether und Ester (vgl. S. 296). Auch das Ortho-Chinondioxim ist bekannt. Als Oxim des Kohlenoxyds kann man die Knallsäure C=N— OH betrachten (s. S. 288). Sie ist eine zersetzliche, wie Blausäure riechende äußerst giftige Substanz, die wie alle Derivate des zweiwertigen Kohlenstoffs (vgl. S. 119) imstande ist, die verschiedensten Verbindungen zu addieren. So bildet sie mit Salzsäure Formylchloridoxim (s. S. 176) H0.N:C+HC1 - HO.N:C q Die Ivnallsäure ist eine starke Säure und gibt mit den verschiedensten Metallen Salze, die sogenannten „Fulminate", von denen namentlich das Knallquecksilber (C: N0)2Hg + V2 H2O wichtig ist. Es explodiert durch Stoß und Schlag mit furchtbarer Heftigkeit und wird zur HersteUung von Zündhütchen und Patronen verwendet. Es entsteht in komplizierter Reaktion aus Natriumnitromethan und Quecksilberchlorid so- wie aus Alkohol und einer Lösung von Queck- silber in überschüssiger Salpetersäure (vgl. den Artikel ,,E xplo sion"). (5) Gemischte Hydroxylaminderi- vate. Den Imidchloriden als Ammoniak- derivaten (s. S. 283) entsprechen als Hydr- 0 xylaminderi vate 0 x i m i d c h 1 0 r i d e -NOH X.O /■ ^Cl Interesse durch seine Beziehungen zur Knall- säure (s. oben), aus der es durch Addition von Chlorwasserstoff entsteht. Die wenigen sonst roch bekannten Hydroximsäure- chloride, wie Acet- und Benzhydroxim- säurechlorid sind durch Einwirkimg von Chlor auf die Aldoxime erhalten worden .H XI X.C \ NOH — > X.C( -NOH Auch 0-Aether dieser Chloride XI X.C hat man darstellen können NOAlk die man gewöhnhch als Hydro ximsäure- chloride bezeichnet. Sie sind wie die Imid- chloride unbeständige Körper. Das niedrigste Oximidchlorid, das Formhydroximsäure- chlorid oder, wie es gewöhnlich genannt wird, ^NOH Formylchloridoxim H.Cf ist von und zwar durch Einwirkung von salpetriger Säure und Salzsäure auf die im folgenden beschriebenen Amidoxime (s. S. 300). Die Amido xime oder Oxamidine kann man sich aus den Amidinen (S. 283) entstan- den denken, indem man einen Ammoniakrest durch einen Hydro xylaminrest oder indem man in einem der beiden Ammoniaki'este ein Wasserstoff durch Hydro xyl ersetzt. Je nachdem dies an der Amido- oder an der Imidogruppe geschieht, erhält man zwei Formehl, die zueinander im Verhältnis tau- tomerer Modifikationen stehen x.cf NOH NH. X.C \ .NHOH NH Aus dem Verhalten der Amidoxime schließt man, daß denselben die erste der beiden Formeln zukommt. Die Amidoxime entstehen durch Addi- tion von Hydro xylamin an die Nitrile (s. S. 285), so das Acet- oder Aethenvlamidoxim NH. CH3.C N+ NH2OH = CH3.C "^NOH Außerdem entstehen Amidoxime bei der Einwirkung von Hydro xylamin auf Thiamide, Amidine und Iminoäther und bei der Ein- wirkung von Ammoniak auf die Hydro xim- säurechloride. Die Amidoxime sind gut kristallisierende aber ziemliche zersetzhche Körper, die mit Wasser leicht in Amide und Hydro xylamin zerfallen. Sie sind gleichzeitig Basen und Säuren. Mit Mineralsäuren bilden sie be- ständige Salze, während die Metallsalze leicht zersetzlich sind. Mit Fehling scher Lösung bilden sie charakteristische basische Kupfer- salze. Eisenchlorid fäi'bt die alkohoUsche Lösung der Amidoxime tiefrot. Mit sal- petriger Säure liefern die Amidoxime Säure- amide und Stickoxvdul /NOH ' /O X.c/ +HNO2 = X.Cf +N2O+ ^NHa ^NHg H2O Die Konstitution der Metallsalze der 300 Ammoniakderivate Amidoxime geht daraus hervor, daß sie mit Halogen alkylen 0-Aether liefern /NOK /NOCH3 CeHs.C^ +CH3J = CeHs.Cf ^NH2 ^NHs Diese Aether besitzen keine sauren Eigen- schaften mehr, sondern nur basische. Daß sie mit salpetriger 8mre und Salzsäure 0- Aether der Hvdroximsäurechloride liefern, /NO Alk CsHs.Cf +HNO2+HCI ^NHa .NO Alk ^Cl ist schon (S. 299) erwähnt worden. Mit Säurechloriden liefern die Amidoxime in analoger Weise 0 -Ester /NOH CßHs.Cf + CH3COCI ^NHa /NOCO.CHs = C6H5.Cf +HC1 Diese Ester spalten leicht Wasser ab und gehen in die sogenannten Azoxime über, die bei den heterozyklischen Verbindungen näher besprochen werden /N.O^ CeHs.cf ^C0.CH3 ^NHa /N-O^ -^CeHs.Cr ^C.CHs+HaO Aethenylbenzenylazoxim Li ähnlicher Weise kondensieren sich die Amidoxime mit Aldehyden zu Hydraz- oximen. Bei Gegenwart von Phosphorpenta- chlorid oder Benzolsulfochlorid gehen die Amidoxime in Alkylharnstoffe über, indem sie eine Beckmann sehe Umlagerung (s. S. 297) erleiden CeHg HO- C-NK -N 0 HO- CgHs- NH2 NH, CeH^.NH Auch Diamiddioxime zweibasischer Säuren kennt man, so das Succindiamiddioxim, das leicht unter Ammoniakabspaltung in ein Imid- dioxim, das Succinimiddioxim übergeht (vgl. S. 284) CH2— C(:N0H)NH2 CH^— C(:NOH). I — > I >NH CHj— C( : N0H)NH2 CH„— C( : NOH)/ Denkt man sich in den Amidinen beide Ammoniakreste durch Hydro xylaminreste ersetzt, so kommt man zu den sogenannten Hydroxamoximen oder Oxyamidoxi- men. /NOH x.cf ^NHOH Dieselben sind ziemlich unbeständige Körper, die aus den Hydro ximsäurechloriden (S, 299) mit Hydroxy'lamin entstehen ,NOH /NOH X.Cf +NH20H = X.Cf +HC1 ^Cl ^NHOH In einigen Fällen sind bei der Einwii-kung von Hydroxylamin auf Ester, offenbar durch erneute Addition von Hydroxylamin an die primär ge- bildeten Hydro xamsäuren. sogenannte Hydr- /NHOH oxamoximhydrate X.C — NHOH erhalten \0H worden. Es möge zum Schluß noch erwähnt werden, daß die den Iminoäthern entsprechenden Oxi- minoäther oder, wie sie gewöhnlich genannt werden, Alkylhydroximsäuren schon bei den Aethern der Hydro xamsäuren (S. 292) besprochen worden sind. 3e) Derivate des Hydrazins, a) Al- kylhydrazine. Denkt man sich in den Komplex des Hydrazins eine Alkylgruppe für ein Wasserstoffatom eingeführt, so ist wegen der vollkommenen Symmetrie des Hydrazins keine Isomerie möglich. Von den Dialkylhydrazinen werden dagegen je zwei Isomere möglich sein, je nachdem die beiden Alkylgruppen an dem gleichen Stickstoff- atom haften oder jedes Stickstoffatom eine Alkylgruppe trägt. Erstere bezeichnet mau als unsymmetrische oder auch a-Di- alkylhydrazine, letztere als symme- trische oder /5-Dialkylhydrazine f^ N-NH2 Alk.NH— NH.Alk unsymmetrisch symmetrisch. Sind die beiden Alkylgruppen aroma- tischer Natur, so pflegt man nur die unsym- metrische Verbindung als Dialkylhydrazin, die symmetrische aber als Hydrazover- b in düng zu bezeichnen c:i: N-NH. CA.NH-NH.CßHs Diphenylhydrazin Hydrazobenzol. Bei Trialkyl- und Tetraalkylhydr- azinen ist Isomerie nur dann möglich, wenn die Alkylgruppen untereinander verschieden sind, und zwar sind je drei Isomere denkbar, wenn alle Alkylgruppen untereinander verschieden sind K^N-N^t ^i^N-N/^' a2\j^_^/ai \H aV 'XH aV NH aV \a* aV \a* a*/ ^Xa^ Bei den Darstellungsmethoden für Alkylhydrazine ist wie gewöhnlich der prinzipielle Unterschied vorhanden, daß man aliphatische Reste (vgl. S. 272) durch Alky- lierung direkt in den Hydrazinkomplex ein- fülu:en kann, wälu-end man zur Darstellung Ammoniakderivate 301 aromatischer Hydraziue eine schon an dem betreffenden aromatischen Kern haftende stickstoffhaltige Grnppe in die Hydrazino- gruppe ül)erführen ninß. Aliphatische Monoalkylhydrazine (primäre Alphylhydrazine) stellt man durch Behandehi von Hydrazin oder Hydrazin- hydrat (S. 269) mit Halogen alkylen in der Kälte oder besser mit alkjdschwefelsaurem Salz in der Hitze dar C^HsOSO^OK + 2H0N.NH, = C2H5.NH. NH, + N2H4. HOSO2OK Man erhält sie auch, wenn man Mono- alkylliarnstoffe oder symmetrische Dialkyl- harnstoffe zunächst in Nitrosoverbindungen überführt, diese zu Alkylsemicarbaziden (vgl. S. 308) reduziert und letztere durch Kochen mit Alkalien oder Säuren spaltet /H /NO /NH2 CO— N< CO~n( C0-N< I X ~^ I X "^ I X NHX NHX NHX -> CO2 + XNH.NH2 + NH2X Aromatische Monoalkylhydrazine gewinnt man gewöhnlich so, daß man ein aromatisches Amin in Form seines Chlor- liydrats ,,diazotiert" d. h. mit salpetriger Säure in das betreffende Diazoniumchlorid überfülu-t (s. Ai'tikel „Azokörper") imd dieses mit Zinnchlorür und Salzsäure redu- ziert. CßHs.NH,, HCl —-L^ CßHs-N^N —^ I Cl Anilinchlorhydrat Benzoldiazoniumchlorid C6H5.NH.NH2, HCl Phenylhydrazinchlorhydrat Man kann auch zweckmäßig das Dia- zoniumchlorid zunächst durch Zusatz von Alkalisulfit in ein diazosulfosaures Salz überführen und dieses mit Zinkstaub und Essigsäure zu einem Salz der P h e n y 1 - h y d r a z i n s u 1 f 0 s ä u r e reduzieren, das mit . Säuren leicht Phenylhydrazin liefert. (Näheres siehe Artikel Azokörper) HNO2 r^ TT TXT ^, Na.. SO:, C6H5.NH2.HCI CgHs.Nä.SOaNa C«H,.N,C1 SO,Na 2.S0s H.O CfiH.: 1^ CßHg.NH.NH. .NH.NHa + NaHSOi Auch Diazoamino Verbindungen liefern bei der Keduktion Arylhydrazine neben Aminen. Asymmetrische Dialkylhydrazine rein aliphatischer Natur erhält man neben Monoalkylhydrazinen beim Schüttehi einer wässerigen Hydrazinliydratlösung mit Jod- alkyl in der Kälte, indem bei weiterer Alky- lierung der Monoalphylhydrazine die zweite Alkylgruppe stets an das schon alkylierte Stickstoffatom tritt H2N-NH2 -> HaN-NHAlk -> H2N-N (Alk)2 Gemischte asymmetrische Dialkylhydra- zine kann man gleichfalls darstellen, indem man primäre aromatische Hydrazine weiter allvyjiert. Audi hierbei entsteht das asymme- trische Hydrazin in überwiegender Menge, daneben jedoch auch symmetrisches Alphyl- arylhydrazin. Man kann beide dadurch trennen, daß man das symmetrische Produkt mit Hilfe von Quecksilberoxyd zu dem be- treffenden fettaromatischen Azokörper oxy- diert, der nicht mehr basisch ist und sich da- her aus der sauren Lösung leicht abtrennen läßt. Man kann die Bildung des symmetrischen Produktes vermeiden, wenn man an Stelle des freien aromatischen Hydrazins dessen Natrium- verbindung mit Halogenalkyl behandelt. Asymmetrische Dialkylhydrazine belie- biger Art erhält man durch Reduktion der Nitrosamine sekundärer Amine (vgl. S. 274) mit Zinkstaub und Essigsäure XX X \NH !f5^ \N-NOJf^ \N-NH2 y/ y/ Y^ Symmetrische aliphatisclie Dialkyl- hydrazine muß man auf einem Umwege darstellen, indem man ein symmetrisches Diacylhydrazin oder dessen Alkaliverbin- dung (s. S. 304) z. B. Diformylhydrazinna- trium alkyliert und dann mit starken Säuren spaltet, da die direkte Alkylierung des Hydr- azins nicht zu symmetrischen Produkten führt OCH CHO \n-n/ H^ H OCH -^ Nn- K CHO Alph H — > >- Alph/ /H N/ +2HC00H Alph' ^Alph Mau kann auch P}Tazol oder P}Tazolone mit Jodalkylen in Alkylpyrazoljodalkylate überführen und diese mit Kalilauge spalten (vgl. den Artikel „Heterozyklische Ver- bindungen") /CH-N.CH3 HNCH3 CHf I —^ ! ^CH=N, CH3 J HNCH3 Außerdem entstehen symmetrische ge- mischte Dialkylhydrazine wie schon er- wähnt auch durch Alkylierung von pri- mären aromatischen Hydrazinen und können durch Ueberführung in Azokörper und mit Hilfe der folgenden Methode isoliert werden. Symmetrische aromatische und gemischte Dialkylhydrazine erhält man durch Reduk- tion der" betreffenden Azokörper mit Hilfe von Zinkstaub und alkohohscher Kalilauge oder von anderen alkalischen Reduktions- mitteln X.N=N.Y ->► XNH — NHY Da die aromatischen Azoverbindungen ihrer seits durch Reduktion aus Nitro- oder Azoxy 302 Ammoniakderivate Verbindungen entstehen, kann man auch letztere beiden Körperklassen direkt zu Hydrazover- bindungen reduzieren (vgl. den Artikel „Azo- körper"). Rein aliphatische oder aromatische Tri- und Tetraalkylhydrazine sind bisher nicht bekannt. Dagegen kann man gemischte Verbindungen dieser Art erhalten, indem man in asymmetrische Arylalphjdhydrazine zu- nächst den Rest der Ameisensäure einführt, das Natriumsalz der Formylverbindung mit Jodalkyl alkyliert und nun die Formylgruppe wieder abspaltet Ar Alph' Ar, Alph ^N.NH, -3 Ar \n.n CHO Alph^ —> ^Na Ar. —> Alph^ )N.N Ar. Alph^ H Alph. CHO H )N.n/ CHO ^Alph wird wie die des Ammoniaks (vgl. S. 269) durch niedrige aliphatische Reste nicht ge- schwächt, sondern sogar verstärkt. So shid die Mono- und Dialphylhydrazine starke zweisäurige Basen, d. h. sie können z, B. Monochlorhydrate und Dichlorhydrate bilden. Dagegen heben aromatische Reste die Basi- zität desjenigen Stickstoffatoms, an dem sie haften, auf und schwächen auch die basischen Eigenschaften des anderen Stickstoffatoms, So sind die primären aromatischen Hydr- azine noch ausgeprägte einsäurige Basen, d.h. sie bilden mit einem Molekül Salzsäure noch beständige Chlorhydrate. Andererseits ist in ihnen das an dem phenylierten Stickstoff noch vorhandene Wasserstoffatom durch Natrium ersetzbar geworden. Phenylhydr- azin bildet also sowohl ein Chlorhydrat als auch ein Natriumsalz C«H..NH Die so erhaltenen Trialkylhydrazine liefern bei weiterer Alkylierung in kleinen Mengen Tetraalkylhydrazine neben den als Haupt- produkt entstehenden quartären Azonium- verbindungen (s. S. 303) Ar H Ar^ Alph \N-N ^N.N< Alph^ ^Alph Alph^ ^Alph. In symmetrische Diarylhydrazine (Hy- drazoverbindungen) läßt sich noch eine aliphatische Alkylgruppe durch Alkylierung einfülu"en. Ar^ ^Ar Ar^ .Ar \n-n/ -> \n-n< H^ ^H W ^Alph. Eigenschaften und Umwandlungen. Die Alkylderivate des Hydrazins sind zj- nächst, wie das Hydrazin selbst (s. S. 269), Basen. Die basische Natur des Hydrazins NH2, HCl CßHs.N-Na I NH, Die asymmetrischen Diarylhydrazine bil- den auch noch einsäurige Salze, die aber von Wasser schon teilweise hydrolysiert werden. Die symmetrischen Diarylhydrazine, die Hydrazoverbindungen, besitzen gar keinen basischen Charakter mehr. Dagegen werden sie durch Säuren leicht in basische Verbin- dungen anderer Konstitntion umgelagert (Benzidinumlagerung s. S. 303). Die aliphatischen Hydrazine sind hygro- skopische, in Wasser leicht lösliche, ammo- niakähnlich riechende unzersetzt flüchtige Flüssigkeiten. Die aromatischen und die ge- mischten Hydrazine sind teils flüssig, teils fest. Sie sind im luftverdünnten Raum meist unzersetzt flüchtig. Die symmetrischen aro- matischen Hydrazine zersetzen sich beim Erhitzen. Alkylhydrazine Primär Asymm. sekundär Symm . sekundär Fp. Sdp. Fp. Sdp. Fp. Sdp. fl. 87» fl. 62» fl. Si» fl. 100» fl. 970 fl. 85« 23° 241» M" 220" (50 mm) 131» Zersetzung — . fl. 131" (35 mm) fl. — — — fl. 230" fl. unzersetzt Methyl . . . Aethyl . . . Phenyl . . . Methylphenyl Aethylphenyl Gegen Reduktionsmittel sind die Alkyl- hydrazine recht beständig. Erst bei selir kräftiger Reduktion werden sie zwischen den beiden Stickstoffatomen gespaltet. Trotz- dem wirken sie zuweilen (s. S. 307) als Oxy- dationsmittel. Andererseits werden sie von Oxydationsmittehi sehr leicht angegriffen. Die primären Hydrazine reduzieren Feh- lingsche Lösung schon in der Kälte, die Dialkylhydrazine in der Wärme. Die primären Hydrazine können durch Oxy- dationsmittel unter Stickstoffentwickelung in die zugrunde liegenden aromatischen oder ali- phatischen Kohlenwasserstoffe übergeführt wer- den. Die aromatischen primären Hydrazine geben hierbei als Zwischenprodukte Diazo Verbindungen. Die aromatischen und fettaromatischen sym- metrischen Dialkylhydrazine werden außer- ordentlich leicht zu Azokörpern oxydiert. Die aliphatischen symmetriselien Dialkylhydrazine werden durch Oxydation leicht gespaltet, so Aramoniakderivate 303 liefert symmetrisches Diäthylhydrazin mit Quecksilberoxyd unter Stickstoffentwickelung Quecksilberdiäthyl. Die asymmetrischen Dialkyl- hydrazine liefern bei vorsichtiger Oxydation mit Quecksilberoxyd Tetrazone (s. den Artikel „Azokürner") 2(CH3).,N.NHo + 20 = (CH3)2N.N:"N.N(CH3)o + 2H,0 bei stärkerer Oxydation sekundäre Amine und Stickstoff. Mit salpetriger Säure liefern die primären aromatischen Hydrazine Diazoimide (siehe den Artikel „Azokörper") unter intermedi- ärer Bildung unbeständiger Nitrosoverbin- dungen NO CfiHs.NH NH2 — ^ CeHs.N/ ^NH. ■N __^ CeHs N\ N Die asymmetrischen Dialkylhydrazine liefern mit salpetriger Säure Stickoxydul und sekundäre Amine bezw. Nitrosamine. Die symmetrischen aromatischen Dialkylhj^dr- azine liefern mit salpetriger Säure unbestän- dige Nitrosoverbindungen, die leicht in Azo- körper übergehen, während die aliphatischen symmetrischen Dialkylhydrazine leicht unter Bildung von Alkybutrit gespaltet werden. Eigenartig ist das Verhalten der Hydr- azine gegen Halogenalkyle. Die primären aliphatischen Hydrazine tauschen bei weiterer Alkylierung nur das eine, an dem schon alky- lierten Stickstoffatom stehende Wasserstoff- atom eegen Alkyl aus, liefern also nur asym- metrische Dialkylhydrazine, während primäre aromatische Hydrazine beide möglichen Arten von Dialkylhydrazinen liefern, vorwiegend allerdings ebenfalls das asymmetrische Pro- dukt. Symmetrische Dialkylhydrazine liefern weiterhin Trialkylhydrazine. Die asymme- trischen Dialkylhydrazine lassen sich nicht direkt weiter alkylieren (wohl aber indirekt s. S. 302), sondern lagern nun an das tertiäre Stickstoffatom ein Molekül Halogenalkyl an und bilden quartäre Azoniumsalze ^«^pN-NHa+C^HsJ _> ^«^^^>N-NH2 C2H5 J Dieselben sind den quartären Ammonium- salzen (s. S. 370, 371, 373 u. 375) vöUig analog, d. h. sie werden durch wässerige Kalilauge nicht zersetzt, liefern aber mit feuchten Silberoxyd die stark basischen Azonium- hydroxyde. Auch die Trialkylhydrazine liefern mit Halogenalkyl vorwiegend quar- täre Azoniumverbindungen (s. S. 302) neben Tetraalkylhydrazinen, die ihrerseits nicht mehr befähigt sind, quartäre Verbindungen zu liefern, sondern zwischen den beiden Stick- stoffatomen gespaltet werden. Benzidinumlagerung. Von großer theoietischer und praktischer Wichtigkeit ist eine eigenartige Umlagerung, die die Hydrazo Verbindungen meist bei Gegenwart von Mineralsäuren erleiden. Bei dieser so- genannten Benzidinumlagerung gehen die Hydrazoverbindungen in überwiegender Menge in pp-Diaminodiphenylderivate über. Das Hydrazo benzol liefert so das pp- Diaminodiphenyl oder Benzidin NH — N "-0" XH, daneben aber auch kleine Mengen des stel- lungsisomercn op-Diaminodiphenyls oder Diphenylins. Die ,, Benzidinumlagerung" tritt bei allen Derivaten des Hyclrazobenzols ein, in denen die beiden p-Stellungen in den Benzolkernen frei sind. Die so entstehenden Benzidin- basen sind von großer Wichtigkeit für die Farbstoffteclmik. Ist eine oder sind beide p-Stellungen besetzt, so kann Benzidinumlagerung natürlich nicht eintreten. An ihre Stelle tritt dann je nach der Art der störenden Substituenten eine andere Um- lagerung, die zuweilen zu stellungsisomeren Di- aminodiphenylderivaten von der Art des Di- phenylins führt. Häufiger tritt aber in diesen Fällen eine Umlagerung ein, die nicht zu Diphenylderivaten, sondern zu Diphenylaminderi- vaten führt, indem gewissermaßen nur die eine Hälfte des Hydrazobenzols der Umlagerung an- heimfällt. Diese Art der Umlagerung bezeichnet man als Semidinumlagerung, d. h. als halbe Benzidinumlagerung. Sie kann wiederum nach zwei verschiedenen Richtungen verlaufen und entweder zu o-Aminodiphenylaminderivaten (I) oder zu p-Aminodiphenylaminderivaten (II) führen I. X, — >■ X IL X^ _^X NH— NH -NH — NH— NH NH- Man unterscheidet danach Orthosemidin- umlagerung (I) und Parasemidinumlagerung (II). 304 Ammoniakderivate Sind im Ausgangsmaterial beide p-Stellungen besetzt, so ist natürlich nur Orthosemidinum- lagerung möglich. Anderenfalls können beide Arten der Semidinumlagerung nebeneinander eintreten. Zuweilen tritt auch bei den Hydrazo- benzolen mit freien p- Stellungen neben der Benzidinumlagerung Semidinumlagerung ein. Besonders häufig angewendet wird noch die Fähigkeit aller derjenigen Hydrazin- derivate, welche noch eine intakte NH,- Gruppe besitzen, mit Aldehyden nnd Ke- tonen unter "Wasser abspaltung zu reagieren. Die hierbei entstehenden „Hydrazone" wer den weiter unten (s. S. 305) besprochen. Bei weitem das wichtigste Alkylhydrazin ist das Phenylhydrazin. ß) Säurehydrazide. Treten in das Hydrazin Acidylgruppen ein, so entstehen die Säurehydrazide, die den Säureamiden analog sind.' Natürlich kann man theoretisch in das Hydrazinmolekül bis vier Acidyl- gruppen eingeführt denken, wobei die gleichen Isomeriefälle denkbar sind wie bei den Al- kylhydrazinen (s, S. 300). Da aber bisher nur die Monoacylhydrazine und die sym- metrischen Diacylhydrazinemit Sicher- heit bekannt und näher untersucht sind, soll hier nur von diesem die Eede sein. Bei diesen Hydraziden ist dieselbe Tautomerie möglich, wie bei den Säureamiden (s. S. 278), doch ist hierüber noch nichts Näheres be- kannt. Man formuliert diese Verbindungen allgemein als wahre Hydrazide X.C/ und X.Cf >C.X stehen ferner aus den Hydrazinsalzen dieser Säuren beim Erhitzen, ebenso wie die Amide aus dem Ammoniaksalzen. Die Säurehydrazide sind kristallinische, im luftverdünnten Raum meist unzersetzt destillierbare Körper. \ NH.Na ^NH~NH / Die Darstellung der Säurehydr- azide geschieht ebenfalls analog der der Säure- amide, d. h. durch Einwirkung von Hydrazin- hydrat auf Ester, Chloride oder Anhydride der Säuren. Auf diese Weise erhält man zunächst die primären Hydrazide. Auch Säureamide können in Hydrazide übergeführt werden. Läßt man überschüssigen Säure- ester, -anhydride usw. bei höherer Temperatur auf die primären Hydrazide oder auch auf Hydrazinhydrat einwirken, so erhält man namentlich in der aliphatischen Reihe sym- metrische sekundäre Hydrazide. Außerdem gehen die primären Säurehydrazide beim Eintragen von Jod in die alkoholische Lösung unter Stickstoffentwicklung in Diacylhydr- azine über X.CO.NH.NH2 I 2J X.CO.NH.NH2 X.CO.NH I +N2+4HJ. X.CO.NH Symmetrisches Dibenzoylliydrazin ent- steht auch aus Monobcnzoylhydrazin durch längeres Erliitzen auf 180». Die primären Hydrazide der niedrigeren Fettsäuren ent- Benzoyl Die primären Hydrazide reduzieren am- moniakalische Silberlösung in der Kälte. Die primären aliphatischen Hydrazide be- sitzen basische Eigenschafter, indem sie mit einem oder zwei Molekülen einer einbasischen Säure Salze bilden. Außerdem kann man aber in den primären und sekundären Säure- hydraziden ein oder zwei Wasserstoffatome gegen Alkalimetalle austauschen. Die Säurehydrazide werden vielfach zur Synthese hetero zyklischer Verbindun- gen und zwar der Diazole, Triazole und Tetrazine benutzt. Primäre Säurehydrazide liefern mit sal- petriger Säure die sogenannten Säureazide X.CO.NH.NH2 + HO. NO = X.CO.N^ il ^N die als Derivate der Stickstoffwasserstoff- säure im Aitikel „Azokörper" behandelt werden. Die Hydrazide a/5-ungesättigter Säuren liefern mit salpetriger Säure keine Azide sondern Nitrosopyrazolidone, d. h. heterozyklische Verbindungen. Den substituierten Säureamiden ent- sprechen alkylierte Säurehydrazide, bei denen wiederum die vorher (S. 289) aus- einandergesetzten Isomeriefälle möglich sind. Sie entstehen entweder durch Alkylierung der primären und sekundären Säurehydrazide oder ilirer Natriumverbindungen (s. S. 301 und 302) oder durch Acylierung der Alk;yl- hydrazine. Besonders wichtig sind die Acidylderivate des Phenylhydrazins, von denen eine außerordentlich große Anzahl bekannt ist. Wenn man Phenylhydrazin mit Säure- estern, -Chloriden oder -anhydriden behandelt, tritt zunächst eine Acylgruppe in die in- takte NHs-Gruppe, d. h. es entstehen sym- metrische Hydrazide (/5-Hydr azide) CaH5.NH.NH, + Cl.'CO.X = CH^.NH. NH.CO X + HCl Bei weiterer Acylierung tritt ein zweiter Säurerest an das phenylierte Stickstoffatom (a/?- Hydrazide) Ammo niakderivat e 305 C6H5.NH.NH.CO.X+ CI.COX r TT = ' '\N NH.CO.X+HCl X.CO^ Wenn man diese diacylicrtcn Phenyl- hydrazine mit verdünnter Schwefelsänre kocht, wird nur die in /5-SteUung stehende Acylgruppe abgespaltet und man erhält asymmetrische Hydrazide (a-Hydrazide) CeHs \N.NH.C0.X+ H2O X.CO^ CsHg = )N.NH,+ X.COOH X.CO/ Letztere kann man auch direkt aus Natrium- phenylhydrazin mit Säurechloriden oder -an- hydriden gewinnen. Symmetrische Phenylhydrazide geben mit Eisenchlorid und konzentrierter Schwefel- säure rote bis blauviolette Färbungen (Bülowsche Reaktion), asymmetrische da- gegen nicht. Diese Reaktion beruht wahr- scheinlich auf der Bildung von ,, Hydro - tetrazonen" (vgl. den Artikel ,,Azo- körper"). Die symmetrischen Phenyl- hydrazide reduzieren Fehlingsche Lösung. Die Phenylhydrazide werden ebenfalls außer- ordentlicli häufig zur Synthese heterozykli- scher Verbindungen (der Diazole, Tria- zole und Tetrazine, insbesondere aber der Pyrazole) benutzt. y) Hydrazone, Azine und Osazone. Das Hydrazin selbst und alle seine Derivate, in denen noch eine NHg Gruppe intakt ist, reagieren mit Aldehyden und Ketonen im gleichen Sinne wie das Hydroxylamin (s. S. 293), d. h. unter "Wasseraiaspaltung. Die so entstehenden Alkylidenhydrazine bezeichnet man als Hydrazone und zwar je nach ihrer Herkunft als Aldehydrazone (Aldehyd- hydrazone) oder Ketohydrazone. X Z ^/C : 0 + H,N . N^ X 7 = >C : N . N<' ' + H,0 y/ \u Das Hydrazin selbst, das ja zwei NHg- Gruppen besitzt, kann die gleiche Reaktion zweimal eingehen. Hierbei entstehen Di- alkylidenhydrazine, die man als Azine und zwar als Aldazine oder Ivetazine be- zeichnet. ^C:0 H2N Y + ' X ' \C:0 H2N mit überschüssigem Hydrazhihydrat behan- delt. Sie sind flüssige oder niedrig schmel- zende, unzersetzt destiUierbare Körper, die aber außerordentlich leicht in Azine über- gehen. Nichtsubstituierte aliphatische Al- dehydrazone kennt man noch gar nicht. Die Azine, die man direkt durch Umsetzung von zwei Molekülen Aldehyd oder Kreton mit einem Molekül Hydrazinhydrat erhält, sind beständige K^örper, die in der aliphatischen R'Mhe unzersetzt sieden, wälirend Benzaldazin beim Erhitzen in Stickstoff und Stilben zer- fällt /vgl. den Artikel „ A z i n e"). Dialdehyde und anatoge Verbindungen können heterozyklische Azine liefern. So leitet sich vom Phtalaldehyd das sogenannte Phtalazin /™% I ab. Bis vor kurzem nahm man an, daß gewisse Diketone und Ketosäuren mit Hydrazin Konden- sationsprodukte anomaler Konstitution (Hydr- aziverbindungen) liefern, so z. B. Brenz- traubensäure CH3.CO.COOH die sogenannte Hydraziessigsäure. CH, COOK X |+2H,0 \C:N y/ Die nichtsubstituierten Hydrazone 1 entstehen, wenn man Aldehyde oder Ketone Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Band I. NH— NH In neuster Zeit sind aber diese Verbindungen als normale Hydrazone erkannt worden. Sehr viel wichtiger als diese Verbin- dungen sind die substituierten Hydr- azone, die sich aus Aldehyden oder Ketonen mit einfach substituierten oder asymmetrisch disubstituierten Hydrazinen unter Wasser- austritt bilden. TJnter diesen wiederum ist eine l)estiirimte Gruppe von hervorragender Wichtigkeit. Es sind das die aus Phenyl- hydrazin mit den verschiedensten Aldehyden oder Ketonen entstehenden Phenylhydr- azone deren Erforschung wir hauptsächlich Emil Fischer verdanken. Von diesen soll hier ausschließlich die Rede sein, weil das von ihnen Gesagte ohne weiteres auf die Derivate anderer Monoarylhydrazine übertragbar ist, während andererseits die Derivate der ah- phatischen Hydrazine kaum bekannt und wenig wichtig sind. Die Phenylhydrazone der Mono- aldehyde und Monoketone sowie der Monoaldehydosäuren und Monoketo- säuren entstehen gewöhnlich ganz glatt beim Erwärmen der Komponenten in essig- saurer Lösung. Es sind im allgemeinen gut kristallisierende, leicht in reiner Form zu ge- winnende Ivörper, die sich zur Identifizierung und zur cpiantitativen Bestimmung der Al- dehyde und Ketone vorzüglich eignen. Weniger gut gelingt es, die zugrunde liegen- den Aldehyde oder Ketone aus ihnen zurück- 20 306 Ammoniakderivate Zugewinnen, weil ihre Spaltung gewöhnlich ' nicht sehr glatt verläuft. Die Phenylhydrazone lassen sich in man- nigfaltigster Weise zur Darstellung von heterozyklischen Verbindungen, so von Indolen, Pyrrolen, Pyrazolen, Triazolen und Tetrazonen benutzen. In manclien Fällen hat sich die Verwendung anderer Hydrazine an Stelle des Phenylhydrazins für die Gewinnung von Hydrazonen als vorteil- hafter erwiesen. Namentlich sind p-Nitrophenyl- hydrazin und /i-Naphtylhydrazin, dann aber auch die asymmetrischen Dialkylhydrazine Di- phenyl-, Methylphenyl- und Benzylphenylhydr- azin hierfür benutzt worden. Auch das Semi- carbazid(s. S.308)dieut oft demgleichen Zweck. Bei den Hydrazonen sind dieselben Vor- bedingungen für das Auftreten von Stereo - isomerie gegeben, wie bei den Oximen (s. S. 294), auch sind einige Phenylhydrazone in der Tat in zwei verschiedenen Formen erhalten worden, doch ist die Stereoisomerie der Hydrazone noch nicht sein: eingehend unter- sucht. Die Sclmielz- und Siedepunkte einiger ein- facher Hydrazone, Azine und Phenylhydr- azone sfibt folo'ende Tabelle. Phenylhydrazon Fp. I Sdp. Acetaldehyd .... Benzaldehyd .... Aceton Benzophenon .... ^) Streeoisomeres unbekannt fl. 1 gb° i6° ! 140» (14 mm) 93" I Zersetzung fl. J1250 fl. I 132« 98« I — 162» [ — Fp. 101". 2) Stereoisomeres: Fp. 136». 6501) 152» 2) 16» 140" (20 mm) 165" (91 mm) Sehr interessante Eigentümlichkeiten im Gegensatz zu den eben besprochenen ein- fachen Phenylhydrazonen zeigen in mancher Hinsicht die' Phenylhydrazone der Di- aldehyde, Diketone, Aldehydoketone und schließlich der Ketodikarbon säuren. Verbindungen, welche zwei Carbonylgruppen enthalten, können natürlich je nach den Be- dingungen mit einem oder mit zwei Molekülen Phenylhydrazin reagieren. Im ersteren Fall entstehen Monohydrazone (Ketohydr- azone), im letzteren Falle Dihydrazone. Diejenigen Dihydrazone, in denen die beiden Hydrazmreste an benachbarten Kohlenstoff atonien stehen, bezeichnet man als Osazon e. Die Monoliydrazone kann man natürlich in normaler Weise aus den betreffenden Dicarbonylverbindungen mit der berech- neten Menge Phenylhydrazin darstellen. Außerdem entstehen sie aber auch bei Re- aktionen, bei denen man ganz andere Körper erwarten sollte. Zum Verständnis dieser Reaktionen sei daran erinnert, daß die wich- tigste Darstellungsmethode der Azokörper (s. diese) darauf beruht, daß sich Diazover- bindungen mit gewissen aromatischen Ver- bindungen ,,kuppeln" lassen. Nun lassen sich Diazoverbindungen auch mit gewissen aliphatischen Verbindungen kuppeln. Hierzu befähigt sind z. B. alle diejenigen alipha- tischen Verbindungen, welche eine CH^- Gruppe zwischen zwei CO-Gruppen besitzen, also die ^-Diketone, die /9-Ketosäureester und der Malonester. Kuppelt man nun z. B. Malonester mit Diazobenzollösung, so ent- steht Benzolazomalonester CeH5.N:N.0H+ HaC^g^^gg; =aH..N:N.CH^ C02C2Hr^ C02C5H5 + H20 Die hieraus durch Verseifung entstehende Benzolazomalonsäure ist nun merkwürdiger- weise identisch mit dem auf normale Weise hergestellten Phenylhydrazon der Mesoxal- säure nooH C6H5.^H.NH,+ 0C<; ^COOH ,COOH ^Cä.NH.N :C< +H2O ^COOH Zwischen diesen beiden Körpern liegt also Tautomerie vor im Sinne der beiden Formehl H H C6H5.N=N.C(C00H)2^CeH5.N.N=qC00H)2 Li gleicher Weise ist Benzolazoacet- essigester identisch mit dem a-Monophenyl- hydrazon des Diketobuttersäureesters und dieselbe Tautomerie findet sich in analogen Fällen immer wieder, lieber die Frage, ob diese Verbindungen in freiem Zustande Azo- struktur oder Phenylhydrazonstruktur be- sitzen, ist lange diskutiert worden, doch neigt man jetzt dazu (soweit man nicht alle tau- tomeren Verbindungen als Gleichgewiclits- gemische beider Formen ansieht), diese ,, fett- aromatischen Azokörper" als wahre Phenyl- hydrazone aufzufassen, (im Gegensatz zu den von Chinonen abgeleiteten Derivaten, von denen gleich noch die Rede sein wird). Für diese Auffassung spricht die große Ten- denz einer derartig gebundenen Azogruppe, in die tautomere Hydrazonform überzugehen, die sich darin zeigt, daß bei der Einwirkung von Diazo- benzolhydrat auf Methylacetessigester nicht eine Azoverbindung entsteht, sondern unter Abspal- tung der Acetylgruppe das Phenylhydrazon des Brenztraubensäureesters Ammoniakderivate 307 co.cu, (VHj.N-.NOH +H('.('00aH5 OH, H0C0.('Il3 + — > ('«H5.N— N = C— COOCJI5 VW, Die Reaktion verläuft aiialug der Einwirkung salpetriger Scäure auf Alkylacetessigester (s. S. .295). Üebrigens hat man trutz der jetzigen Auf- fassung die alte Bezeichnungs weise aus Be- quemlichkeit vielfach beibehalten, bezeichnet also z. B. das Monophenylhydrazon des Diketo- buttersäureesters immer noch als Benzolazoacet- essigester usw. Es möge noch hervorgehoben werden, daß die besagte Tautomerie nur bei Nach- barschaft ungesättigter Gruppen, wie CO, NO2 u. a. auftritt. Benzolazoäthan läßt sich z.B. zwar in Acetaldehydphenylhj^drazon umlagern, beides sind aber selbständige wohlcharakterisierte und durchaus verschiedene Körper. CßHs.NiN.CH^.CHg CsHs.NH . N:CH.CH3 Benzolazoäthan Acetaldehydphenylhydrazon, Auch die Monopheuylhydrazone der Clii- none zeigen eine derartige Tautomerie, die übrigens der bei den Chinonmonoxinien (S. 298) iDeobachteten Tautomerie analog ist. Zwar kann man das Chinonmonoi^lienyl- hydrazon nicht aus Chinon und Phenyl- hydrazin herstellen, weil Chinon von Phenyl- hydrazin reduziert wird. AVohl aber kann man aus Chinon und a-Acetyl- oder a-Ben- zoylphenylhydraziu Chinonacidylphenylhydr- azone erhalten und diese liefern durch Ab- spaltung des Säurerestes dieselbe Verbin- dung, die durch Kuppeln von Diazobenzol- hydrat und Phenol entsteht, d. h. p-Oxyazo- plienol. 0 N-N<^u N NH.CeHs -> .OH y\^^ N.C«H.. C6H5.N2.OH+ -> H N = N . CßHä \/^N— N . CeHs Was nun die Frage anbetrifft, ob die freien Vertnndungen Hydrazone oder Oxyazo- körper sind, so haben sich nach den neuesten Untersuchungen die Verbindungen der Ben- zol- und ]!^aphtalinreihe im Gegensatz zu den fettaromatischen Körpern tatsächlich als Azoverbindungen erwiesen. Für eine Reihe von analogen Substanzen, die sicli von anderen isozyklischen oder heterozyklischen Stammkörpern ableiten, ist die Konstitution von Fall zu Fall verschieden (vgl. den Artikel „Azokörper"). Behandelt man die Monopheuylhydrazone von Dicarbonylverbinclungen weiter mit Phenylhydrazin, so entstehenDihydrazone, die man, wie schon erwähnt, bei Nachbar- stellung der beiden Hydrazinreste als Osa- zone loezeichnet. Speziell für diese Osazone hat man nun durch die Arbeiten Emil Fischers noch eine charakteristische weitere Bildungsweise kennen gelernt, die insbe- sondere für die Erkenntnis der Zuckerarten von großer Wichtigkeit geworden ist. Osazone entstehen nämlich auch, wenn man auf die Oxyketone oder a-Oxyaldehyde überschüs- siges Phenylhydrazin einwirken läßt. Diese Pvcaktion erklärt sich folgendermaßen. Läßt man z. B. auf Traubenzucker zunächst ein Molekül Phenylhydrazin einwhken, so entsteht i das normale Phenylhydrazon. I HC=0 H,N.NHCA H.C-N.NH.CeH. HCOH I + (HC0H)3 HCOH (HC0H)3 + H2O CHoOH CH,OH Erw\ärnit man dieses nun mit überschüssigem Phenylhydrazin, so wirkt ein Molekül des letzteren auf die der Hydrazongruppe benachbarte Alkohol- gruppe oxydierend, indem es selbst in Anilin und Ammoniak zerfällt. Aus der Alkoholgruppe wird hierbei eine Ketogruppe, H.C = N.NH.C.Hs HCOH (HC0H)3 CHjOH H.C^N.NH.CeHg + CANH.NH2 = C=0 + CeH.NHa + NH3 OH OH Die p-Chinonmonophenylhydrazone sind (HC0H)3 also tautomer mit den p-Oxyazoverbindungeii | und in gleichem Sinne hat man auch für die CH2OH o-Oxyazokörper die tautomeren Formehi { und diese neuentstandene Ketogruppe reagiert von o-Chinonmonophenylhydrazonen in Be- schUeßlich mit einem dritten Molekül Phenyl- tracht zu ziehen. hydrazin in normaler Weise. 20* 3Ü8 Ammo niakd erivat e H.C=X.NH.C„Hs I 0 = 0 H.C=N.NH.CcHg 1 C=N.NH.C,H, + HoN.NUCcHs = I (HtX)H)3 (HC0H)3 GHoOH CH,OH + H.,0 Bei den Ketozuckern, in denen ja der Keto- gruppe eine primäre und eine sekundäre Alkohol- gruppe benachbart stehen, wird erstere in die Reaktion mit hineingezogen, so daß Fruchtzucker dasselbe Phenylosazon liefert, wie Traubenzucker. l^.C.OH H.C=N.NH.CeH, 0=0 ( H0OH)3 OHoOH 0=N.NH.CeH, I (H0OH)3 0H,OH Die Phenylosazone sind gelbe gut kristal- lisierende Verbindungen, die für die Isolierung der Zuckerarten von größter Wichtigkeit sind und die Umwandlung der Aldosen in Ketosen ermöglicht haben. Durch Salz- säure werden sie in Phenylhydrazin und die zugrundeliegenden Polyoxyketoaldehyde, die sogenannten Osone gespaltet. Für die Trennung von Aldosen und Ketosen ist es wichtig, daß a-Methylphenylhydrazin (und ; andere asymmetrische Alkylphenylhydrazine) nur mit den Ketosen die gelben Osazone, mit den Aldosen dagegen nur einfache farblose Hydrazone liefert. Durch Oxydation werden zahlreiche Os- azone in rotgefärbte heterozyklische Verbin- dungen, die sogenannten Osotetrazone über- geführt (vgl. den Artikel ,,Ko hlehy dr ate"). d) Gemischte Hydrazinderivate. Von den Diketonen leiten sich Derivate ab, die gleichzeitig Oxim und Hydrazon sind, die sogenannten Hydrazoxime. Mit demselben Namen belegt man auch einige Verbindungen, welche eine Oximinogruppe und einen Hvdrazinrest am gleichen Kohlen- NH.NH.CßH^, Stoff enthalten X.C/ welche ^NOH also den Amidinen und Amidoximen ent- sprechen. Auch einige Hydrazidine oder Amidrazone, Körper, welche eine Imino- gruppe und eine Hydrazinogruppe enthalten : NH.NHCßHs X.C/ sowie den Imidchloriden analog gebaute Hydrazon Chloride X.C/ ^N.NH.CßHs kennt man in der aromatischen Reihe, doch sind alle derartigen Verbindungen ohne größere Bedeutung. Wichtig sind dagegen einige Verbindungen, die sich von der Kohlen- säure und Thiokohlensäure ableiten. Nament- lich das sogenannte Semicarbazid, das Amidhydrazid der Kohlensäure bezw. das Hvdrazid der Carbaminsäure (s. S. 279), NH, o=c/ ^NH.NH^ wird vielfach als Erkennungsmittel für Al- dehyde und Ketone verw-andt, mit denen es vermöge seiner Hydrazingruppe ebenso reagiert wie Phenylhydrazin. Die ent- stehenden Kondensationsprodukte ^C = N.NH-Cf Y/ ^NHa nennt man Semicarbazone. Sie sind meist vorzüglich kristallisierende leicht isolierbare Körper. Das Semicarbazid selbst ist eine Base, die in Form ihres Chlorhydrats ange- wendet wird. Das Semicarbazid entsteht aus Harnstoff beim Erhitzen mit Hydrazin- hydrat, aus Kaliumcyanat mit Hydrazin- sulfat und durch Spaltung des gleich noch zu erwähnenden Aminoguanidins. Die Bildung von Alkylsemicarbaziden aus Nitrosoalkyl- harnstoffen ist schon bei anderer Gelegenheit (S. 301) besprochen worden. An Stelle des Semicarbazids verwendet man zur Erkennung von Aldehyden und Ketonen auch das analoge Thiosemicarbazid und das schon \H NH genannte Aminoguanidin NH:0<^pj"" ^' das gleichzeitig Amid, Imid und Hydrazid ist und durch Reduktion von Nitrosoguanidin gewonnen wird. Die Kondensationsprodukte des Amino- guanidins mit Aldehyden und Ketonen sind an sich wenig beständig, liefern aber gut kristalli- sierende Salze, namentlich Pikrate. Hierher gehören auch die sogenannten Formazyl verbin düngen, Körper, die gleichzeitig Hydrazone und Azokörper sind. ,N=N.CcH5 X.C/ ^N-NH.CßHs Sie entstehen bei der Einwirkung von Diazo- benzolhydrat auf solche Phenylhydrazone, welche an dem den Hydrazonrest tragenden ! Kohlenstoffatom noch Wasserstoff oder eine leicht abspaltbare Gruppe enthalten, also auf Phenylhydrazone Y C=N . NHCßHs, in denen Y Wasserstoff, Carboxyl oder Acetyl ist. So liefert Acetaldehydphenylhydrazon oder Brenztraubensäurephenylhydrazon Me-. t h y 1 f 0 r m a z v 1 /H ■ CHaC/ +H0.N:N.C6H5 - ^N.HHCgHs N=NCJ1, CH3-C/ ^N-NHCßHs Da nun Phenylhydrazone der gedachten Art häufig aus Diketonen, Ketosäureestern und ähn- lichen Verbindungen mit Diazobenzolhydrat ent- Amnioniakderivate 509 stehen (s. S. 306), so geben derartige Carbonylver- bindungen mit überschüssigem Diazobenzolhy- drat direkt Formazylverbindnngen. So liefert Aceton oder Acetessigsäure mit Diazobenzol- hydrat direkt Formazylmethylketon CH3.CO, CHjCü^ ^CHa —> >C=N.NHCeH5->- HOÜC ^ HOOC/ CH3.CO r = N.NHCeH5 Mit einem nocli größeren Ueberschuß von Diazobenzolhydrat kann im Formazylmethyl- keton dann auch noch die Acetylgruppe durch einen Azorest verdrängt werden und es entsteht Formazylazobenzol (\ N— NHCgtls Die Forniazylverbindungen sind dunkel- rote gut kristallisierende Körper, deren Sulfosäuren Farbstoffe sind. Sie entstehen auch noch aus Hydraziden oder Hydrazon- chloriden (s. S. 308) mit überschüssigem Phenylhydrazin, das hierbei wie bei der Osazonbildung (s. S. 307) gleichzeitig als Oxydationsmittel wirkt und einen Hydrazin- rest zuni Azorest oxydiert. Zu den gemischten Verbindungen kann man auch noch die sogenannten Nitrazone (Nitrohydrazone) rechnen, die aus pri- mären Nitroparaffinen bei der Einwirkung von Diazobenzolhydrat in der früher (S. 306) geschilderten Weise entstehen /NO, CHs.CfH " ^H Nitro äthan /NO, CHg.Cf H \N = NC«H. /NO, ^N — NHCßHs Nitroacetaldehydphenylhydrazon. 4. Beschreibung wichtiger Ammoniakderi- vate, i) Im folgenden sind einige Ammoniakderi- vate, die ihrer technischen Bedeutung, ihres Vorkommens in der Natur oder ihrer chemischen Konstitution wegen \\ichtig erschemen, zusam- mengestellt. Fp. und Sdp. sind nur angegeben, wenn sie nicht bereits im vorstehenden Haupt- kapitel mitgeteilt uiuden. 1. Amine. Die Existenz der Amine wurde von Liebig vorausgesagt; ihre Darstellung ge- schah zuerst von Wurtz 1848 (primäre Amine), dann von A. W. Hofmann 1849 (primäre, sekundäre, tertiäre Amine und Ammoniumbasen). Methylamin CH3NH.,; findet sich in Mercu- rialis peremiis und annua; im Knochenöl, im Holzdestillat ; farbloses, anunoniakähnlichriechen- des Gas; ist im Gegensatz zu Ammoniak an der Luft brennbar; bei 12" lösen sich 1150 Volume des Gases in 1 Volum H^O; die Lösimg löst die Oxyde von Cd, Co mid Ni nicht (während wässe- riges Ammoniak dies vermag); mit LiCl mid AgCl bildet das Methylamin komplexe Verbindmigen ; ^) Bearbeitet von K. Schaum. entsteht bei der Zersetzung natürlicher AlkaJoide (Thein, Kreatin, Morphin usw.). Aethylamin CoHjNHj; bewegliche Flüssig- keit, d^ 0,696; mit Hjü in allen Verhältnissen mischbar; verdrängt NH3 aus Ammoniumsalzen; löst im Ueberschuß A1(UH)3. Isopropvlamin (CH,),CH.NH,; findet sich im Weißdorn ; sec. Butylämin C2H.CH(CH3)NH2 ist aus dem Oel von Cochlearea officinalis herge- stellt worden. Dimethylamin (CH3)2NH; gasförmig, in Wasser leicht löslich, Diäthylamin (C2H5)2NH; flüssig, mit Was- ser mischbar. Trimethylamin (CH3)3N; Vorkommen: in der Heringslake, deren charakteristischen Grmid es bedingt; wird aus dieser oder durch Destil- lation von Melassenschlempe (s. ßetain unten 9) gewonnen; bei gewöhnlicher Temperatur gas- förmig; löslich in Wasser. Tetramethylammoniumhydroxvd (CH3)4N.OH bildet mit HoO ein Peiitabydrat (Fp. 63«), ein Trihydrat (Fp. 60«) mid ein Mono- hydiat, das sich bei 130« zersetzt. Die Tetra- alkylammoniumhydroxyde sind starke Basen; von ihren Salzen seien erwälmt: Tetramethyl- ammoniumjodid (CH3)4NJ und Tetra- äthylammoniumjodid (C2H5)4NJ, aus Wasser bezw. Alkohol als weiße Prismen kristallisierend. Durch Umsetzmig mit AgCl erhält man die ent- sprechenden Chloride. Die Jodide addieren Jod. D i m e t h y 1 - d i ä t h vi - a m m 0 n in m j 0 d i d (CHg), (C.H5),NJ entsteht sowohl aus Dimethyl- amin und Aethyl Jodid wie auch aus Diäthyl- amin und Methyljodid; die Bildungsformeln CH3 \ C.2H5 CHg^N.CoH^J und CHs^ N.CH3J C,H/ " CH3- entsprechen also demselben chemischen Indivi- duum (dies spricht für eine ato mistische [nicht molekulare] Vcrbindimgsnatm- der Ammonium- derivate imd für die Gleichwertigkeit der fünf Stickstoffvalenzen ; vgl. dazu die Artikel „Valen z- lehre", ,,Organische Chemie" und ,,Akridin- gruppe"). Phenylamin CeHgNHo. xlnilin (vgl. den Ar- tikel ,, Benzolgruppe"); wiu'de 1826 von Un- verdorben durch Destillation von Indigo erhalten (,,Krystallin"); 1834 von Runge im Steinkolüen- teer entdeckt (,,Kyanor'); 1841 von Fritzsche dmch Destillation von Indigo mit KOH („Anilin" nach Indigofera anil) und von Zinin durch Reduktion von Nitrobenzol mittels Schwefel- ammonium (,,Benzidam") erhalten, d" 1,0361; löst sich in 31 Teilen Wasser von 12,5«. Anilm ist eine schwache Base, fällt aber AI und Fe(III)- Salze und verdrängt beim Erhitzen (wegen seiner geringeren Flüchtigkeit) NH3 aus seinen Salzen; es ist giftig. Für viele Stoffe ist es ein gutes Lösungsmittel. Von Salzen des Anilins seien erwähnt: das CWorhvdrat CeH^NHo-HCl („Ani- linsalz" der Technik)^ weiße, stark tribolumines- zierende Blätter; dieses bildet Doppelverbin- dmigen, z. B. eüi Platinchloriddoppelsalz, gelbe Nadeln; auch das freie Anilin gibt Doppelver- bindmigen, z. B. mit Trinitrobenzol. — Anilin ist das Ausgangsprodukt für fast alle organischen Farbstoffe, iür zahlreiche Arzneimittel u. a. Toluidine CHj.CsHj.NH, ; 3 Isomere: o-Toluidin (Sdp. 197»); m-Toluidin (Sdp. 199») 310 Ammoniakderivate und p-Toluidin (Fp. 48", Sdp. 198"); werden in der Farbstofftechnik verwendet, z. B. zur Her- stelhmg der Safranine, gewisser Triphenylmethan- farbstoffe usw. Xylidine (CH3)X6H3.NHo ; 6 Isomere; einige von ihnen dienen als Ausgangsprodukte füi' wichtige Azofarbstoffe. Methvlanilin CeHsNHCHg; Sdp. 192"; di5 0,976.^ Dimethvlanilin CeHaNfCH,).,; Fp. 0,5"; Sdp. 192»; d-il> 0,9575; gibt mit salpetriger Säure p-Nitrosodimetliylanilin NO . G6H4 N(CH3)2 (grüne Blätter, Fp. 85»). Dimethvlanilin dient zur Her- stellung von Triphenvlmethanfarbstoffen. Diphenylamin (C6H5),NH; Fp. 54»; Sdp. 310»; wird durch Erhitzen von Anilin mit Anilin- chlorhydrat auf 140» hergestellt: schwache Base; seine Lösung in H.,Sr)4 färbt sich mit Säru^e von HNO3 dunkelblau' (Nachweis von HNO3). Di- phenylamin ist das Ausgangsprodukt für gewisse Rosanilin- und für die Thioninfarbstoffe. Triphenylamin (C6H5)3N; Fp. 127»; große Tafeln; bildet keine Salze. Benzylamin CeHgCHoNHo; Sdp. 187»; in H2O leicht löslich; ziemlich starke Base. Naphtylamine CigH^NH,; 2 Isomere: | a'-Naphtylamin, Fp. 50», Sdp. 300»; flache Nadeln von stechendem Geruch, die sich an der Luft | rot färben; bildet Salze, in deren Lösungen durch Oxydationsmittel (Ferrichlorid, Chromsäure usw.) ' ein blauer Niederschlag erzeugt wird; Ausgangs- produkt für gewisse Safraninfarbstoffe. — ß- Naphtylamin,'Fp. 112», Sdp. 294»; geruchlos; die Salzlösmigen werden durch Oxydationsmittel nicht gefärbt. Ueber die Amine desTriphenylmethans s. ,,Tri- phenj'Imethangruppe'" und ,,Farbstoffe". 2. Diamine. AethylendiaminNH„.(CH,)o.NH2;Fp.8,5», Sdp. 116,5»; riecht ammoniakähnlich und reagiert stark alkalisch; mit H^O bildet es ein Hydrat vom Fp. 10»rmd Sdp. 118»; durch salpetrige Säure CH2, wird es in Aethvlenoxvd | 0 umgewandelt. CH2 Tetramethylendiamin NH,(CH„)4NH.,; Fp. 27» findet sich bei Cystinurie im Harn rmd in den Fäces (vielleicht identisch mit Putrescin). Pentamethylendiamin NH2(CH.,)5NH.,; Sdp. 178», ist identisch mit dem Verwesungspro- dukt Cadaverin; isomer damit ist das Fäulnis- produkt Neuridin. Phenvlendiamine C6H4(NH,)o; o-Phenvl- endiamin, Fp. 102», Sdp. 252»;" wird in HCl- Lösung durch FeCIg dunkelrot gefärbt; m-Phe- nylendiamin, Fp. 63», Sdp. 287»; dient zum Nachweis salpetriger Säure, mit der es Gelb- bis Braunfärbung gibt infolge Bildung von Bis- marckbraun (Triamidoazobenzol, Ausgangspro- dukt für bramie Amino azofarbstoffe); p-Phenyl- endiamin, Fp.l47», Sdp. 267»; oxydiert sich'an der Luft zu dem granatroten Tetraamido-diphe- nyl-p-azophenylen"vom Fp.230»; läßt sich leicht in Chinon oder Chinondichlorimid überführen; Ausgangsprodukt für Indamin-, Indophenol-, Safranin- imd Lauthsche Farbstoffe, p-Diamidodiphenyl NH.(C6H4)2NH2 Ben- zidin; Fp. 122»; wird technisch durch Reduktion von Azobenzol und Umlagerung des entstan- denen Hydrazobenzols (s. oben „Benzidinumlage- rung") dargestellt. Ausgangsprodukt für die Benzidin azofarbstoffe. 3. Inline, a) Zvklische Amine. CHav Dimethylenimin | NH; Sdp. 55»; d^» CH/ 0,8321; farblose, stark ammoniakalisch riechende, ätzende Flüssigkeit; mischbar mit HoO. PH Trimethvlenimin CHo/^ ^^NH; Sdp. ■ ^ ch/ 63»; d2» 0,8436; CHo.CHa Tetraraeth vlenimin | ^NH (Te- CH.,.CH2 trahydropy rrol; Pyrrolidin); Sdp. 87», riecht piperidinartig. .CHo.CH, Pentamethvlenimin CH,' ;>NH " CH2.CH/ (Hexahydropyridin, Piperidin) Sdp. 106»; besitzt unangenehmen, charakteristischen Ge- ruch. CH^.CH,. Diäthvlendiamin NH ^ ^ NH CH^.CHa^ (Hexahydropyrazin , Piperazin), Fp. 104», Sdp. 145»; ist in Wasser löslich und hat stark basische Eigenschaften; wird als Harnsäure lösen- des Mittel verwendet. Tr i m e t h vi en t r i a m in NH / \ GH., GH., H — CH2— NH ist die Grmidsubstanz des aus Ammoniak und Formaldehyd entstehenden Hexamethvlentriamin GH2 GH2 GH, I N /\ CH2 GH2 N N ■GH, (Urotropin, Formin); glänzende Rhomboeder, löslich in '.Wasser; findet als harnsäurelösendes Mittel Verwendung. b) Eigentliche Imine. Benzylidenimin C6H5CH:NH; das HCl- Salz entsteht beim Einleiten von HCl in Lö- sungen von Hvdrobenzamid. Fp. 180»; wird durch H2O in Benzäldehyd + NH4CI zerlegt. 4. Oxyaraine. a) Aldehydammoniake. Aethylaldehydammoniak CH3CH(0H) NH2; Fp. 70—80»; mrd aus ätherischer Aldehyd- lösung durch trockenes NH3 abgeschieden; glän- zende Rhomboeder, leicht löslich in HoO. — Formaldehyd liefert mit NH3 Hexamethylendi- amin (s. oben), Benzäldehyd gibt Hydrobenzamid C^ILCH • N ^^ "^I'I^ßHä, das durch Umlagerung in das isomere Amarin übergeführt wird; dieses liefert durch Oxydation Lophin. Ammoniakd erivate 311 b) Oxalkylbasen (Hydramine). Oxäthvlarain (:)H(CH3),NHo (Aminoäthyl- alkohol); S'dp. 171"; entsteht durch Addition von NH3 an Aethylenoxyd. — In naher Beziehimg zu höheren Homologen dieser Verbindung stehen: Oxäthvltrimethylammoniumhydroxyd 0H.CH.,.CH..N(CH3),üH (Cholin. Bilineu- rin, Sinkalin); an der Luft zerfließlich; stark alkalisch; ist im Tierorganismus sehr verbreitet [in der Rinds- imd Schweinsgalle (x"^ = Galle; ,, Cholin"); in der Nerven Substanz (ff rpor = Nerv ; Bili..neurin"); im Hirn, im Eidotter in Form von Lecithin, einer Verbindimg des Cholins mit (jlycerinphosphor säure und Fettsäuren ent- halten]; findet sich ferner im Hopfen (daher im Bier), in Fliegenpilzen (neben Muskarin (OH),CH . CH2 . N(CH3)30H[ ?]) ; entsteht aus Sina- pin (,, Sinkalin"). Vinyltriraethylammoniumhydroxvd CH., :CH.N(CH3),0H (Neurin, rfrpoi; ^^ Nerv); findet sich in gewissen Fäulnisprodukten der Eiweißstoffe, den" (bes. bei der Leichen verwesiuig entstehenden) ,,Ptomainen" {Ttrcöiia = Leichnam). c) Oxyaniline (vgl. auch den Artikel ,, Phe- nole). Aminophenole NH2C6H4OH; o-Amino- phenol Fp. 170°; schwer löslich in Wasser; bildet leicht o-Kondensationsprodukte (iViihydrobasen, ßenzoxazole; s. die analogen Reaktionen der 1 ..Diamine"). — m-Aminophenol Fp. 122°; Aus-} gangsprodukt für die Rho damin farbsto ff e. — p-Aminophenol Fp. 184° geht leicht in Chinon bezw. Chinonchlorimid über. p-Aminophenetol NHXsH^OCaHg (p-Phen- ; etidin) ist die Grundsubstanz des Phenacetins^ CH,CO.NHC6H,.OC,H5 und des Pvrantinsi (CH,CO),NC6H4.0C.,H5; beide finden als Anti- 1 pyretica Verwendimg. [2,4]Diaminophenol (NH2)2[2,4]C6H3[1]0H; sehr zersetzlich; seine Salze finden unter dem Namen Amidol in der Photographie Verwendung als Entwickler. ö. Halogenamine. Bromäthylamin Br(CH2)2NH., gibt bei der Behandlung mit AgoO oder KOH Dimethylen- imin (s. oben); ähnliche Ringsschließimgen kann man auch an den Halogensubstitutionsprodukten der höheren Halogenalkylamine ausführen. Halog en aniline 0 m p Substituent Fp. Sdp. Fp. Sdp. Fp. Sdp. F — — flüss. 188» Cl flüss. 207 flüss. 230° 70« 2.30° Br 36° 229° 18» 251° 63° Zers. J 66» — 27» — 63° — p-Chloranilin ist eine stärkere] Base als 0- brzw. m-Chloranilin. P. Nitro amine (Nitramine). a) NO.j an N gebunden; Dimethylnitramin (GH3),N.N02. Fp. 58», Sdp. 187°. " b) NO2 an C gebunden ; von aliphatischen Ver- bindungen sei das tautomere 1,3-Tetramethyl- diamino-2-nitropropan [(CH3).,NCH,]oCHN02 ^[(CH3)2NCH2]2C:N0.0H erwähnt. —Wich- tiger sind die Nitroamine der aromatischen Reihe: ' Nitraniline NO^CH^NH.,; o-Nitranilin Fp. 76°; m-Nitranilin!Fp. 114°; p-Nitranilin Fp. 147»; die 0- und die p-Verbindung (nicht die m-Ver- bindung) geben beim Kochen mit Alkali die entsprechenden Nitrophenole. Dinitranilinc (NÜ,)oC8H.NH,; 1,24-Dini- tranilin Fp. 182»; 1,26-Dinitfanilin Fp. 138°. Trinitranilin (N02)3CeH2NH2 (Pikramid) Fp. 186°, orangerote Nadeln ; gibt beim Erwärmen mit Alkali Pikrinsäm'e. Hexanitrodiphcnylamin entsteht beim Nitrieren von Diphenylamin ; sein ziegelrotes Ammoniumsalz bildet den Farb.stoff Aurantia. 7. Nitro soamine (Nitro samine). Dimethvlnitrosamin (CH3).,N.N0 Sdp. 148». p- Nitro so dimethylanilin (NO)C6H4N (CH3)2 Fp. 8-5»; große g"rüne Blätter; gibt durch Reduktion das für die Farbstofftechnik wichtige p-A m i no d i m e t h y 1 an il in . 8. Säureamide und -imide. Formamid HCO.NH.; flüssig; mit HjO. Alkohol imd Aether mischbar; löst zahlreiche Stoffe (oft unter Bildung von Verbindungen) auf; z. B. löst sich HgO unter Bildung von Quecksilberformamid (HC0NH)2Hg, das zu sub- kutanen Einspritzungen verwendet wird. Acetamid CH3CONH2, lange Nadeln von eigentümlichem Geruch, löslich in HjO und in Alkohol; löst ebenfalls HgÜ auL Benzamid CßHjCONHs; Fp. 130°, Sdp. 288»; leicht löslich in heißem H,0. Alkohol und Aether. Acetanilid CsH^NHCOCHa (Antifebrin), kleine weiße Blättchen, schwer löslich in kaltem Wasser; wird als Antipyieticum und Antirheu- maticum verwendet. Kohlen säur emonamid C0(0H)NH2 mid Kohlensäurediamid CO(NH2)2 (Harnstoff) werden im Kapitel ,, Kohlensäurederivate" näher besprochen. Oxam in säure OHCO.CONH., Fp. 210». Oxamid NH2CO.CONH2; weißes Pulver, unlöslich in H2O imd Alkohol. Succinamid NH2CO(CH2)2CONH2; feine weiße Nadeln, löslich in heißem H2O; zerfällt bei 200° in NH, und Succinimid ^J^J^^'^NH, Fp. 126», Sdp. CH2CÜ/^ 288»; besitzt Säurecharakter. o-Phtalsäurediamid C6H4<^ ^qj^jj-, Fp. 140 l bis 160», geht beim Schmelzen über in /CO. Phtalimid C«H/ >NH, Fp. 2.38°, dient \co/ zur Herstellung zahlreicher Amine. 9. Aminosäuren und Laetame. Amino essigsaure NH.CH^COOH (Gly- 00 CO 11 y/.vxv~ = süß; y.6/J.n = Leim, Leim- süß, Glvcin); Fp. 232 bis 236°; zuerst aus Leim erhalten; hat süßen Geschmack; große ; rhombische Säulen, löslich in 4 Teilen kalten Wassers; die Lösung gibt mit FeCls intensiv irote Färbung (die dui-ch Säuren aufgehoben, 1 durch NH, aber wieder erzeugt wird) und löst viele Metailoxyde unter Salzbildimg; (NHoCHj I COO),Cu + H,0 bildet dunkelblaue Nadeln,; : andererseits bildet die Amino essigsäuie mit Salzsäure und Salpetersäure Ammoniumsalze. Methylglycocoll NH(CH3)CH2COOH oder ^ "^ ^ (Sarkosin; "«>5 = Fleisch); Fp. CH,NH,CH, ^ 312 Ammoniakderivate 210 bis 220", rhombische Säulen, leicht löslich in HjO, schwer in Alkohol; entsteht als Zer- setzung sprodukt des in dem Fleischsaft ent- haltenen löeatins. Trimethylfflycocoll 9^9 (Betain, Lycin, Oxyneurin s. Neurin unter 4b) zer- fließliche Kristalle, findet sich in der Runkel- rübe (Beta \iilgaris ,, Betain"), daher in der Melasse (liefert bei der Destillation der Schlempe Trimethylamin); ferner in Lycium barbarum (,, Lycin"), im ßaumwollsamen und in Weizen- imd Malzkeimen. Benzoylglycocoll CeHjCO.NHCHXOOH (Hippursäure i7t:tos = Pferd, aöoof = Harn)' Fp. 187"; findet sich im Harn der Pflanzenfresser- Toluol, Benzoesäure und Zimmtsäure werden im Organismus in Hippursäme umgewandelt; rhom- bische Säulen, leicht löslich in heißem Wasser, Alkohol und Aether. a-Amino pro pion säure CH3CH(NH„)C00H COO oder CH3CHC I ; (Alanin; dieser Name --NH3 ■ hängt mit ,, Aldehydammoniak" zusammen), Fp. 293"; Büschel von harten Nadeln; löst sich in 5 Teilen Wasser, weniger in Alkohol, milöslich in Aether. Das Benzoylalanin CH3CHNH (CeH5C0)C00H ist mittels seines Brucinsalzes in die optisch aktiven d- und 1-Komponenten zerlegt worden, aus denen durch hydrol}i:ische Spaltung d- und 1-Alanin zu erhalten sind. «- Ami nois oval eri ansäure (CH3)oCHCH (NH2)C00H (Butalanin) findet sichln der 1 Bauchspeicheldrüse der Ochsen. a - Ami noi so capron säure (CH,),CHCH, CH(NH,)COOH (Leucin; ^.evxöi = weiß schimmernd); Fp; 270"; glänzende, fettig sich anfühlende Schuppen oder Blättchen; löst sich j in 48 T. Wasser und in 800 T. heißem Alkohol; findet sich vielfach im Tierkörper, z. B. in der Bauchspeicheldrüse, in der ]\Iilz. den Lymph- : drüsen usw. Bildet sich beim Verwesen von Ei- weißsubstanzen. Das natürlich vorkommende Leucin ist optisch aktiv und zwar linksdrehend; das HCl-Salz dreht rechts. Aus synthetischem Leucin lassen sich durch Herstellmig der Benzoyl- bezw. Formyl verbin düng, Verwendung optisch aktiver Basen (Cinchonin) rmd hydrolytische Spaltung (s. ci-Aminopropionsäure) die optisch aktiven Konponenten erhalten ; d-Leucin kann auch mittels Penicillium glaucum aus i-Leucin dargestellt werden. Glycylglycin NH,CHXO.NHCH,COOH, Fp. 215 bis 220"; einfachste Verbindung der Di- resp. Polypeptidreihe, welche Aminacylreste an die Aminogruppen anderer Aminosäure gebvmden ent- halten; diese Verbindungen sind für Synthese und Abbau der Eiweißstoffe wichtig. CH.CO \ 7-Butyrolactam | /NH (a-Pyrro- CHoCH/ lidon), Fp. 25", Sdp.-250"; hat schwach basische und schwach saure Eigenschaften. — Während die Aminosäuren nicht giftig sind, haben die 7- und 5-Lactame strychninartige Wirkungen. o-Aminobenzoesäure NH2C6H4COOH (Anthranilsäure), Fp. 145"; spaltet sich beim Erhitzen in Anilin und CO,; die wässerige Lösung schmeckt süß. NH,.CHCOOH Aminobern stein säuren | CH2COOH (Asparagin säuren) sind die Muttersubstanzen der NH2.CH.COOH A s p ar ag i n e | + HoO ; d- un d CHXONH, 1-Asparagin bilden glänzende rhombischeKristalle, [ die in heißem Wasser ziemlich leicht, in Alkohol und Aether wenig löslich sind. 1-Asparagin schmeckt mderlich fad; es kommt im Spargel I (Asparagus officinalis), in der Runkelrübe, in Erbsen- und Bolmenpflanzen, in Getreidekeimen mul anderem vor. d - Asparagin schmeckt süß; es findet sich neben viel 1-Asparagin in Wickenkeimlingen. 10. Nitrile und Isonitrile s. .,Cyanver- bindungen". 11. Hydro xvlamin der ivate. a-MethylhydroxylaminNH.GCHg: bildet ein HCl-Saiz vom Fp. 149"; reduziert (im Ge- gensatz zuNH,OH) nicht alkalische Cu-Lösungen. Triäthylaminoxyd (CoHgjgNO ist nicht in freiem Zustand bekannt, aber in Form des Oxvdhvdrats (C.,H5)3N(OH), und des Jodids (C,H5)3N(0Hj.J. Der Triylkylaminrest in diesen (luul homologen) Verbindimgen ist vergleichbar einemErdalkalimetallinErdalkalihvdroxvdenusw. Acetaldoxim CH3CH : NOH" hat zwei Mo- difikationen, deren eine bei 12" schmilzt und leicht in die bis 47" schmelzende übergeht. 12. Hydrazinderivate. Phenylhydrazin CgHsNH— NH,, tafelför- mige Kristalle; d des imter kühlten Schmelz- flusses bei 21" 1,091; als Reagens auf Aldehyde und Ketone, sowie als Ausgangsprodukt für das Antipyrin von großer Bedeutung. D i p h e n y 1 h y d r a z i n C.HgNH— NHC^Hj Hydrazobenzol; Fp. 131"; farblose Blätter oder Tafeln, in HjO unlöslich, leicht löslich in Alkohol und Aether; riecht kampferartig, bildet keine Salze; oxydiert sich an der Luft oder in alkalischer Lösung zu Azobenzol. Literatur. Gmelin, Kraut, Friedheim, Petevs, Hitndhnch der anorganischen Chrniie, Heidelberg, Carl Winter, 1905 bis 1911. — Ahegg lind- V. Braun, Handbuch der anorgaiiisclu'ii Chemie, Leipzig, S. Hirzel, 1905 bis 1911. — V. Richter, Anschütz, Schroeter, Chemie der Kohlenstoffverbind)ingen, Bonn, Friedrich Cohen, 1905 bis 1909. — Meyer und Jacobson, Lehrbuch der anorganischen Chemie, Leipzig, Veit & Co., 1902 bis 1911. — F. Henrich, IVeuere theoretische Anschauungen auf dem Gebiete der organischen Chemie, Braunschweig, Fr. Vieiceg & Sohn, 190S. — Th. Posner, Lehrbuch der synthetischen Methoden, Leipzig, Veit & Co., 1903. — E, Wedekind, Entwickelung der Stereochemie des fünfwertigen Stickstoffs, Stutt- gart, Ferd. Enke, 1909. — 31. Scholtz, Optisch- aktive Verbindungen des Schirefels, Selens, Zinns, Siliciums und Stickstoffs, Stuttgart, Ferd. Enke, 1006. — J. Schtnldt, Ueber die Halogenalkylatc und quaternären Ammoniumbasen, Stuttgart, Ferd. Enke, 1899. Th. Posner. Amontons — Amphibia , 513 Amontons Guillaume. Geboren 1663 in Paris; gestorben 1705 ebenda. Er konstruierte 1687 ein Hygrometer, das aus einer Hohlkugel von Hammelfell bestand, die sich bei feuchter Luft ausdehnte , bei trockener zusammenzog. 1699 wurde er zum Mitglied der Pariser Akademie ernannt auf Grund einer Arbeit über meteorologische Instrumente. 1703 veröffentlichte er die Erfindung des offenen Luftthermometers. Er legte endgültig den Siede- punkt des Wassers als Fixpunkt für das Thermo- meter fest. E. Drude. Amorphe Körper sind entweder homogene Flüssigkeiten mit sehr großer innerer Reibung wie z. B. glasig erstarrter Quarz, Gerstenzucker usw. oder heterogene [disperse (kolloide)] Systeme mit großer Verschiebungselastizität wie z. B. feste Gelatine, gewisse Gläser usw. Vgl die Artikel ,, Aggregatzustände'' und ,,Disperse Systeme". Ampere Andre Maria. Geboren am 22. Januar 1775 in Lyon; ge- storben am 10. Juni 1836 auf einer Reise in Marseille. Er verlebte seine lündheit auf dem Lande, wo er seine geistige Nahrung aus dem großen Dictionnaire von d'Alembert und Diderot bezog, dessen 20 Bände er durch- arbeitete. Infolge der Guillotinierung seines Vaters 1793 verfiel er in Apathie. Sein Interesse wandte sich zunächst wieder Rousseau und der lateinischen Sprache sowie botanischen Studien zu. Durch L a v o i s i e r s Schriften angeregt widmete er sich dem Studium der Chemie und Physik, wurde Privatdozent in Lyon, 1807 Professor an der Zentralschule in Bourg, bald darauf an der polytechnischen Schiüe in Paris, 1824 Professor der Physik am College de France, 1814 Mitglied der Pariser Akademie. Den Zeit- genossen galt er wegen seiner phantastischen Ideen und seiner Neigung zu Extremen als Son- derhng. Seine Arbeiten beschäftigen sich im wesentlichen mit Elektrizität und ]\Iagnetismus, doch hat er auch Untersuchungen über die Dop- pelbrechung des Lichts an Ivristallen angestellt. 1821 veröffentlichte er seine Elektrodynamik (Amperesches Gesetz), 1822 die elektrodyna- mische Theorie des Magnetismus. Er schrieb ferner Consideration sur la theorie mathematique du jeu und Essai sur la philosophie des sciences. Literatur. Bavthelemy Saint Hllaire, Philo- sophie des deux Amperes. Paris 1875. — La vie et les travaux de A. M. Ampere, Lyon 1886. — Arago, Werke II S. S. — Rosenberger, Ge- schichte der Physik III S. 201. Braimschwei// 1887 bis 1890. E, Drude. Amphibia. 1. Die Klasse Amphibia. 2. Morphologie und Physiologie: a) Körperform, b) Skelett, c) Haut, d) Muskulatur, e) Nervensystem, f) Sinnesorgane, g) Darmkanal, h) Atmungsorgane und Hautatmung, i) Kreislaufsorgane. k)L}Tnph- gef äßsystem, 1) Urogenitalsystem, m) Geschlechts- unterschiede, n) Geschlechtsprodukte und Laich. 3. Embryologie. 4. Verwandlung: a; Larven, b) Neotenie. c) Ichthyoden. d) Abgekürzte Ent- wickelung. e) Brutpflege. 5. Biologie, ß. Syste- matik und Phylogenie. 7. Geographie. I. Die Klasse Amphibia. Im Anschluß an L i n n e hat man längere Zeit Amphibien und Reptilien in einer Klasse vereinigt, bis M e r r e m (Tentamen systematis Amphibiorum Marburg 1820) und Leuckart (Einiges über fischartige Amphibien. Okens Isis 1821) die Trennung der nackten Amphibien als eigene Klasse Amphibia von den beschuppten R e p t i 1 i a vorschlugen. Die Richtigkeit dieser Trennung hat sich vollauf bestätigt; die Unterschiede zwischen beiden Klassen erwiesen sich als sehr wesentUch. In einigen wichtigen Punkten (Fehlen eines Amnion und einer Allantois, eines Metanephros; Entwickelung der Jungen im Wasser) schlies- sen sich die Amphibien sogar den Fischen an. H u X 1 e y (Anatomy of Vertebrated Animals 1871) vereinigte deshalb die Am- phibien mit den Fischen zu den I c h t h y - 0 p s i d a , doch w^erden dadurch der Cha- rakter der Amphibien als Landwirbeltiere mit Beinen statt Flossen und die engen Be- ziehungen der ausgestorbenen Amphibien, der Stegocephalen, zu den primitiven Rep- tilien zu sehr verschleiert. Die lebenden Amphibien bilden eine sowohl den Fischen als auch den Reptilien gegenüber scharf be- grenzte Klasse der Wirbeltiere, die vor allem durch folgende Merkmale gekenn- zeichnet ist: die Amphibien besitzen typische Beine mit Zehen; unpaare Flossen sind höchstens in Form eines Hautsaums ent- wickelt, immer ohne Skelett; die Haut ist nackt, schleimig, olme Schuppen oder diese sind in der Haut verborgen; am Hinter- haupt befindet sich ein paariger, nur vom Occipitale laterale gebildeter Gelenkhöcker; oberer und unterer Hinterhauptknochen fehlen; der hinterste, aus dem Schädel austretende Hirnnerv ist der Ner\Tis vagus; das Parasphenoid ist gut entwickelt; die Rippen sind schwach und treten nicht mit einem Sternum in Verbindung; ein Meta- nephi-os ist nicht vorhanden; das Herz be- sitzt eine Kammer und 2 Vorhöfe, ferner einen Conus arteriosusmit2 oder melu: Reihen von Klappen; die Tiere sind wechselwarm; die Entwickelung geht ohne Amnion und Allan- tois von statten ; die Larven leben im Wasser und haben meistens äußere Kiemen; sie machen eine Metamorphose durch. 314 Amphibia Zu den Amphibien gehör endieSchwanz- 1 u r c h e (Salamander) oder U r o d e 1 a , die Frösche oder A n u r a und die Blindwühlen oder G y m n o p h i o n a. 2. Morphologie und Physiologie. 2 a) Der Körper ist gestreckt bei den Urodelen und Gymnophionen, sehr kurz bei den Fröschen. Einen gut entwickelten Schwanz haben die Urodelen; den Gymno- phionen und Anuren fehlt er. Die Glied- maßen sind kurz und ziemlich schwach bei den Urodelen ; Rückbildung derselben kommt hier vor (S i r e n , A m p h i u m a , einige grabende Spelerpes- Arten), doch fehlen die vorderen Gliedmaßen bei Urodelen nie vollständig. Dagegen entbehren die wurm- förmigen, grabenden Gymnophionen der Gliedmaßen gänzlich. Bei den Anuren sind die hinteren Gliedmaßen, in Anpassung an die hüpfende Fortbewegung, meist verlängert und sehr kräftig entwicket. 2 b) Skelett. Die gut entwickölte knöcherne Wirbelsäule wird bei Anuren und Urodelen durch 1, seltener 2 Sakralwirbel in einen Rumpf- und einen Schwanzabsclmitt geteilt; obwohl der Körper zwischen dem Kopfe und den vorderen Gliedmaßen oft etwas verengt ist, kommt es doch nicht zur Bildung eines Halsabschnittes. Zur Be- festigung des Schädels an der Wirbelsäule ist der vorderste Wirbel modifiziert; sein Körper ist verbreitert und bildet die beiden Gelenkflächen für die Hinterhauptkondylen. Der 2. Wirbel bleibt unverändert. Es geht den Amphibien, jene Modifikation der 2 ersten Wirbel zu Atlas und Epistropheus ab, die so typisch ist für die Amnioten; die beiden vorderen Wirbel bilden bei den Amphibien kein Drehgelenk. Der vorderste entspricht überhaupt nicht dem Atlas, son- dern einem Wirbel, der bei den Amnioten in den Schädel aufgenommen ist; die Be- zeichnung als Atlas sollte daher vermieden werden. Die Zahl der Wirbel wechselt sehr; bei den Urodelen sind meist 15 bis 20 Rumpf- wirbel und 25 bis 35 Schwanzwirbel vorhanden, doch steigert sich die Zahl bei Formen mit gestrecktem Körper ganz wescnthch. So hat Proteus 30 Rumpfwirbel (den Sakral- wirbel eingeschlossen) und 28 oder mehr Schwanzwirbel, Siren etwa 40 und 35 oder mehr, A m p h i u m a 63 und 30 bis 35. Bei den Anuren (Fig. 1), wo die Befestigung des Beckens an der Wirbelsäule in An- passung an die hüpfende Fortbewegung sehr weit vorn liegt, ist die Rumpfwirbel- säule stark verkürzt und besteht typisch aus nur 8 Wirbeln; der 9. ist Sakralwirbel, dann folgt ein einheitlicher Knochen, das Steißbein (Os coccygis oder Urostyl), das vom Aufbau aus Wirbeln nur vorn noch Andeutungen zeigt. Bei Pelobates ist der vordere Teil des Steißbeins noch als 10. Wirbel erkennbar, besitzt einen Quer- fortsatz und dient als 2. Sakralwirbel neben dem 9. Wirbel der Befestigung des Beckens. Zwei Sakralwirbel sind auch vorhanden bei P i p a und Hymenochirus, wo der 8. und 9., bzw. der 6. und 7. Wirbel die i.l ii! 0 Fig. 1. Wirbelsäule der Anuren. A Disco- glossiis. GrößtenteDs nach Wieders- heim. Vgl. Anat. 7. Aufl. 1909 Fig. 48; B R a n a mit Becken. Nach Gegenbau r. Vgl. Anat. Bd. 1 1898 Fig. 131. Ac Gelenkfläche für das Femur; H Ileum; Is Ischium; 0 Os coccygis; Q Querfortsätze ; R Rippen ; Sa Sakral- wirbel; Knorpel punktiert. Verkleinert. Sakralwirbel sind. Bei Hymenochirus hat wohl eine Verschiebung des Beckens nach vorn stattgefunden, bei Pipa viel- leicht nur eine Verwachsung der beiden vordersten Rumpfwirbel, wie sie bei Hy- menochirus, C e r a t 0 p h r y s u. a., oft auch bei X e n o p u s vorkommt; die Sakralwirbel bei Pipa wären dann der 9, und 10. Wirbel, wie bei Pelobates, bei Hymenochirus der 7. und 8. ; der ausgestorbene Palaeobatrachus hat 3 Beckenwirbel, den 6. bis 8. Bei den Gymnophionen ist die Zahl der Wirbel sehr hoch; sie kann bis weit über 200 steigen. Ein Sakralwirbel fehlt; dadurch ist die Grenze zwischen Rumpf Wirbelsäule und dem sehr reduzierten Schwanzabschnitt nicht genau bestimmbar. Die Wirbel der Am- phibien sind verbunden durch knorpelige Zwischenwirbelscheiben, in denen meist ein Gelenkspalt entwickelt ist, und durch die vorderen und hinteren Gelenkfortsätze (Zygapophysen) der oberen Bogen. Die Bildung eines Gelenkspaltes in den Zwischen- wirbelscheiben unterbleibt bei den Gymno- phionen und einem Teil der Urodelen. Die Zwischenwirbelscheiben sind dann schwach entwickelt; sie verschwinden bei Mazeration und es entstehen dann amphicöle Wirbel. Meist bildet sich ein mehr oder weniger voll- Ampbibia 315 kommener Gelenkspalt und die besser ent- wickelte Intervertebralscheibe verkalkt und bleibt bei Mazeration erhalten; je nachdem sich nun ihre Hauptmasse dem nächst- hinteren oder dem nächstvorhergehenden WirbeÜvörper anschheßt, werden die Wirbel opisthocöl (viele Urodelen, einige Anuren) oder procöl (die meisten Anuren). Die Wirbel de* Urodelen haben einen sanduhr- förniigen kleinen Körper und breiten, flachen oberen Bogen; die vorderen haben keine deuthchen Dornfortsätze. Querfortsätze treten an den Rumpfwirbeln und den vor- deren Schwanzwirbehi auf; sie gehen von den oberen Bogen ab und sind gegabelt oder ganz in obere und untere Querfort- sätze (Diapophysen oder Parapophysen) ge- spalten, entsprechend der Gabelung des proximalen Rippenendes. An den Schwanz- wirbehi, mit Ausnahme einiger vorderer, treten untere Bogen (Hämalbogen) auf, die in untere Dornfortsätze endigen. Der Sakral- wirbel hat kräftige Querfortsätze, die sehr kurze aber kräftige Rippen tragen, an denen das Becken mittels Bindegewebe befestigt ist. Li der Ontogenie der Urodelenwirbel ist das Zurücktreten von lüiorpel auffallend; es entstehen knorpelige obere und untere Bogen, doch bleiben diese klein und bilden keinen eigentlichen Wirbelkörper, sondern dieser entsteht größtenteils durch direkte Verknöcherung des skeletogenen Gewebes in Form einer perichordalen Knochenhülse. Die Kontinuität der Chorda wird unter- brochen durch die Zwischenwirbelscheiben, wenn diese gut entwickelt sind, und durch selbständige Knorpelbildung in der Chorda in der Mitte der Wirbelkörper; dieser soge- nannte Chordaknorpel soll von den Chorda- zellen gebildet werden, doch wurde dies neuer- dings wieder bestritten (G e o r g i Anat. Anz. Bd. 38 1911). Die Wirbel der Gymnophionen (fast nur Rumpfwirbel) sind lang, mit schlankem sanduhrförmigem Körper und breitem, nie- drigem oberen Bogen, ohne Dornfortsätze. Von der Ventralfläche der Wirbelkörper geht nach hinten ein eigentümlicher medianer Fortsatz ab, der sich der Ventralfläche des nächsthinteren Wirbels zwischen dessen nach vorn und unten vorspringenden Parapo- physen eng anlegt; die Verbindung der Wirbel gewinnt dadurch sehr an Festigkeit, was diesen unterirdischen Tieren beim Bohren ihrer Gänge nützlich sein muß. Die Wirbel der Anuren sind kürzer als die der Urodelen, mit kräftigerem, zylin- drischem Körper. Die oberen Bogen haben dieselbe flache, breite Form; ein medianer Kiel geht hinten in einen oft deutlichen Dornfortsatz über. Die Querfortsätze sind sehr gut entwickelt, oft auffallend lang und entspringen von den oberen Bogen. Der Sakralwirbel trägt kräftige, runde oder ver- breiterte Querfortsätze; sind 2 Sakralwirbel vorhanden, so verwachsen ihre Querfort- sätze und bilden zusammen jederseits eine große horizontale dreieckige Ivnochenplatte (Aglossen, P e 1 o b a t e s). Das Becken ver- bindet sich direkt, ohne Vermittelung von Rippen, mit dem Sakralwirbel. Der vorderste Wirbel ist dem der Urodelen ähnlich, doch besitzt er keinen ,, Zahn- fortsatz"; er hat keine Querfortsätze; zeigt er solche (Aglossen u. a.), so ist der 2. Wirbel mit ihm verwachsen (siehe oben) und die Querfortsätze gehören diesem an. Das Steißbein ist ein langer, kräftiger, ein- heithcher Knochen; es enthält eine Fort- setzung des Rückenmarkkanales. Selten verschmilzt es mit dem Sakralwirbel (Aglossen, Pelobates, Bombina- 1 0 r). Bei der Bildung der Wirbel tritt etwas reichlicher Knorpel auf als bei den Urodelen, aber es entsteht doch auch hier em großer Teil des Wirbelkörpers durch direkte Verknöcherung von Bindegewebe. Die Wirbel bilden sich vorwiegend dorsal von der Chorda; sie' sind ,,notozentrisch" (Gadow). Die Chordareste kommen nun schließlich entweder im Zentrum des Wirbel- körpers zu liegen, und diese sind perichordal (R a n a , B u f o , H y 1 a), oder die Wirbel- körper bilden sich unter Steigerung des notozentrischen Typus größtenteils dorsal von der Chorda und sind epichordal (G e - g e n b a u r) ; bei den mittleren Rumpf- wirbehi liegt dann die Chorda längere Zeit als flaches Band der Unterseite der Wirbel- körper an (Aglossen, Pelobates, Disco- glossiden). Die Rippen sind an den Querfort- sätzen befestigt. Bei den Urodelen und Gymnophionen treten sie an allen Rumpf- wirbehi, mit Ausnahme des vordersten, bei den Urodelen auch an den vorderen Schwanz- wirbeln auf; aber sie bleiben sehr kurz. Ihre proximalen Enden sind mehr oder weniger deutlich gegabelt. Bei den Anuren fehlen Rippen meistens gänzlich. Freie Rippen kommen nur bei Discoglossiden an den Enden der Querfortsätze des 2., 3. und 4. Wirbels vor (Fig. 1). Bei den Aglossen werden sie bei denselben Wirbehi gebildet, verwachsen aber später untrennbar mit deren Querfortsätzen, die dadurch am 3. und 4. Wirbel ganz besonders lang werden. Die Rippen der Amphibien hegen, wie die der Amnioten, im dorsalen Myo- septum der Stammuskulatur und entspre- chen den dorsalen Rippen der Fische. Zwar entspringen sie viel mehr dorsal als diese, doch beruht dies auf einer sekundären Ver- lagerung, die bei Urodelen und Gymno- phionen mit der Bildung eines eigentüm- lichen Rippenträgers zusammengeht, der die 316 Amphibia beiden Querfortsätze aus sich hervorgehen läßt (G ö p p e r t Festsclirift für Gegen- b a u r 1896). Daß die Rippen bei den Stammformen der lebenden Amphibien länger waren und die Leibeshöhle umschlossen, ist nicht un- wahrscheinlich. Treten doch bei einem Teil der Stegocephalen recht lange Rippen auf. G 0 e 1 1 e fand bei B o m b i n a t o r einige paarige spangenartige Knorpelbildungen in der ßauchmuskulatur, die nach G e g e n b a u r ventralen Abschnitten von wahren Rippen entsprechen könnten. Es ist denn auch möglich, daß die ventromediale lüiorpel- platte, die am Schultergürtel auftritt, ein wahres, aus Rippen hervorgegangenes S t e r - num ist; es stimmt in der Lage, in den Beziehungen zum Sclmltergürtel und in der paarigen Anlage damit überein. Onto- genetisch ist allerdings kein Zusammenhang mit Rippen nachgewiesen. Das Sternum ist von hinten her den Coracoiden angelagert. Bei den Urodelen ist es eine dünne Knorpel- platte, die einen Fortsatz nach hinten ent- senden kann. Bei den Anuren (Fig. 2 St) ist es recht verschieden entwickelt; sein vorderer Teil verknöchert oft. Neben diesem eigentlichen Sternum kommt bei vielen Anuren noch ein 0 m o s t e r n u m , früher auch Episternum genannt (Fig. 2 0), vor, das nach vorn vom Schultergürtel vorragt und zum Teil verknöchern kann. Es ent- steht paarig und zwar gelegentlich in so engem Zusammenhange mit dem Schulter- gürtel, daß es ebensogut genetisch zum Schultergürtel gehören kann wie zum Ster- num. Während am S c h u 1 1 e r g ü r t e 1 der Stegocephalen Deckknochen, Cleithrum, Clavicula und Interclavicula, einen wesent- lichen Anteil haben, fehlen sie den Urodelen, und bei den Anuren ist nur die Clavicula erhalten. Der Schultergürtel der Urodelen besteht jederseits aus einer großen, einheit- lichen lüiorpelplatte, woran man dorsal ein Schulterblatt, Scapula, ventral ein Coracoid und Procoracoid unterscheiden kann. In der Mediane greifen die Coracoide überein- ander, mit ihrem Hinterrande fassen sie in eine Furche des Vorderrandes des Ster- nums. Scapula, Coracoid und Procoracoid verlcnöchern zum Teil, bisweilen von drei getrennten Zentren aus; beim erwachsenen ist ein einheitlicher Knochen vorhanden Bei den Anuren (Fig. 2) sind die Coracoide Knochenspangen; die Procoracoide bleiben knorpelig, können verkalken, und werden von den Claviculae bedeckt und mehr oder weniger vollständig umwachsen. Die me- dianen Enden der Coracoide und Pro- coracoide sind verbunden durch die knor- pehgen Epicoracoide, die in der Median- linie entweder übereinander greifen (areiferer Typus Fig. 2 A) oder mit Naht aneinander schheßen (firmisterner Typus Fig. 2 B). Das stark gebogene Schulterblatt besteht aus dem knöchernen Scapulare und dem dorsalwärts sich anschUeßenden Supra- B ^5t Fig. 2. Schultergürtel der Anuren. A D is c o - glossus; B Rana. Nach Boulenger Les Batraciens 1910 Fig. 10. Co Coracoid; Cl Clavicula; E Epicoracoid; G Gelenkpfanne für den Humerus; 0 Omosternum; S Scapulare; Ss Suprascapulare ; St Sternum. Knorpel punk- tiert. Natürliche Größe. scapulare, das zum Teil verkalken oder^aueh (z. B. bei Ran a) verknöchern kann ; Sca- pulare und Suprascapulare sind durch einen Streifen hyalinen lüiorpels beweglich ver- bunden. Bei einigen Anuren (vielen Engy- stomatiden) sind Clavicula und Procoracoid rückgebildet oder ganz geschwunden. Das Becken der Urodelen (Fig. 3) besteht aus einer ventralen unpaaren Knor- pelplatte, deren hinterer Bezirk paarig ver- Fig. 3. Becken von Salamandra maculosa von unten. Nach Wie - d e r s h e i m. Vgl. Anat. Fig. 134. Ac Gelenkpfanne für den Oberschenkel- knochen ; Ep Epipu- bis ; Je Ileura; Js Isch- ium. Knorpel punk- tiert. Vergrößert. knöchert (Sitzbeine, Ossa ischii), und den gestreckten Darmbeinen (Ossa ilei), die die meist lockere Verbindung mit den Rippen des Sakralwirbels vermitteln; Schambeine (Ossa pubica) fehlen. Nach vorne geht ein medianer Fortsatz ab, das Epipubis, meist ein Y-förmiger lüiorpel, der öfters mit der Beckenplatte beweglich verbunden ist. Das Becken der Anura (Fig. 1 B und Fig. 4) zeiclmet sich aus durch die außerordentlich verlängerten Darmbeine; der ventrale Ab- schnitt des Beckens ist stark seithch zu- sammengepreßt zu einer vertikalen Platte. Die Pars pubica bleibt Icnorpehg und ver- kalkt ; ausnahmsweise (z. B. bei P e 1 o b a t e s Amphibia 317 und X e n 0 p u s) treten darin kleine Ver- knöcherungen, Schambeine, auf. Ein knor- pehges Epipubis kommt den Agiossen zu. Die Befestigung des Beckens an der Wirbel- säule ist nicht sehr fest, mitunter sogar etwas beweghch. Fig. 4. Becken von R a n a von links. Xach G a u p p Anat. d. Frosches 15d. 1 1896 Fig. 48. Ac Gelenkpfanne ; Je Ileum ; Js Ischium ; Pp Pars pubica. Knorpel punktiert. Natürliche Größe. Das Skelett der freien Glied- maßen zeigt bei den Urodelen einen primitiven Bau. In Hand- und Fußwurzel / Ti UllK' Fig. 5. Rechter Hin- terfuß von S a 1 a - mandra macu- losa; c,c' Centra- lia; f Fibulare; Fi Fibula; i Intermedi- ura; t Tibiale; ta Tarsalia; Ti Tibia. Vergrößert. ist die Zahl der Elemente ziemlich erheb- lich; 2, gelegenthch 3 freie Centralia sind vorhanden, wovon das mediale (Fig. 5 c') allerdings oft als 1. Carpale oder Tarsale gedeutet wird. An der Hand sind Inter- medium und Ulnare meist verwachsen. Die Verknöcherung von Carpus und Tarsus ist verschieden, am vollkommensten bei landbewolmenden Formen. Die Urodelen haben typisch 4 Finger, den 1. bis 4., mit der Phalangenzahl 2.2.3.2; und 5 Zehen mit 2.2.3.3 (oder 4). 2 Phalangen; einige haben keine 5. Zehe (z. B. S a 1 a m a n d r e 1 1 a). Beiden permanent wasserbewohnenden Formen Proteus, Siren und A m p h i u m a , mit verlängertem Rumpfe, haben die Extremitäten an Bedeutung verloren und sind erheblich zurück- gebildet; das Skelett von Hand und Fuß ist sehr vereinfacht. Bei A m p h i u m a sind am Ende der stummeiförmigen Gliedmaßen nur 3, 2 oder gar 1 Zehe oder Finger vorhanden und die Zahl kann bei demselben Tiere links und rechts verschieden sein. Bisweilen hat man Reste eines 5. Fingers an der Hand gefunden, ebenso solche eines Prähallux und Postminimus (Schmalhausen Anat. Anz. Bd. 37 1910). Die Vorderextremität der Anuren zeigt eine innige Verwachsung von Radius und Ulna zu einem Os antebrachii. Die Hand Wurzel verknöchert; bei Discoglossiden be steht sie aus Radiale, Uhiare, 2 Centralia und 5 Carpalia, wovon das 3., 4. und beson- ders das 5. sehr klein sind; meist sind Carpale 3, 4 und 5 mit dem einen Centrale zu einem Knochen verwachsen. Die 4 Finger haben die Phalangenzahl 2.2.3.3; der rudimen- täre Daumen ist dem 1. Finger vollständig angewachsen und besteht aus einem kleinen Metacarpale und höchstens noch einem 2. Ivnöchelchen. Bei einigen kletternden, mit Haftscheiben versehenen Raniden (z. B. R h a c 0 p h 0 r u s) und Hyliden wird ein Gelenkknorpel zu einem eigenen Gliede, so daß 3.3.4.4 Phalangen vorhanden zu sein scheinen ; bei H y 1 a ist dieses accessorische Element nur ein Gelenkknorpel. Die hinteren Gliedmaßen der Anuren sind meist auffallend gestreckt. Sowohl das Femur als auch das von den vollständig verschmolzenen Tibia und Fibula gebildete Os cruris, der Unterschenkelknoch'en, sind sehr lang. Besonders auffallend ist eine Streckung von Tibiale und Fibulare (Fig. 6), die ein weiteres Segment der Gliedmaßen bilden, indem sie sowohl mit dem Os cruris als auch mit den distalen Tarsaha durch ein gut ausgebildetes Gelenk beweglich ver- bunden sind. Tibiale und Fibulare sind mit ihren beiden Enden oder auch vollständig (P e 1 0 d y t e s) miteinander verwachsen. Fig. 6. Rechter Hin- terfuß von R a n a esculcnta. Nach Gaupp Anat. d. Frosches 1896 Bd. 1 Fig. 55; c Centrale; f Fibulare ; P Prähal- lux; t Tibiale; Tar Tarsalia. Natürliche Größe. Die übrigen Tarsalia sind zu kleinen Scheiben von verkalktem Ivnorpel reduziert, die sich den inneren Enden der langen Metatarsalia eng anschheßen. Die 5 Zehen sind sehr lang, mit der Phalangenzahl 2.2.3.4.3; dazu kommen Reste eines Prähallux. Bei kletternden Formen kommt, wie bei der Hand, gelegentlich eine accessorische Pha- lange hinzu. Den Gymnophionen fehlt das 318 Amphibia Gliedmaßenskelett, auch Becken und Scliul- tergürtel, vollständig. Das Kopfskelett der Amphibien zeichnet sich durch einige primitive Züge aus. Vor allem ist es wichtig, daß der hintere Abschluß des Schädels gegen den Rumpf um 3 Körpersegmente weiter nach vorn liegt als bei den Amnioten, d. h. die hintere Partie des Schädels der Amnioten wird bei den Amphibien durch die 3 vordersten freien Wirbel vertreten. Der hinter dem Nervus vagus liegende Occipitalbogen (Neocranium) steht bei den x\mphibien auf primitiverer Stufe als bei den Amnioten (und den meisten Fischen); er ist protometamer (M. Für- bringe r). Es liegt also auch das Hinter- hauptgelenk bei den Amphibien weiter vorn als bei den Amnioten, und eine Homologie der Hinterhauptgelenke besteht nicht. Es ist ein paariger, von den seithchen Hinter- hauptknochen gebildeter Condylus (Fig. 7 B Co) für die Verbindung mit dem 1. Wirbel vorhanden; hierin liegt eine Aehnlichkeit mit den Säugetieren vor, die aber schon wegen ' der Nicht-Homologie der Gelenke als rein äußerlich gedeutet werden muß. Wesenthch ist ferner, daß ein Septum Fig. 7. Schädel von A m b y s t o m a. A einer alten Larve (Axolotl); B eines erwachse- nen Tieres. BeiA ist die Hälfte des Parasphenoids entfernt, so daß man durch die große Lücke im Boden des Primordialcraniums in das Cavum cranii sieht. Nach W i e d e r s h e i m Morphol. Jahrb. Bd. 3 1877 Tab. 21 Fig. 31 und Tab. 23 Fig. 77. Ca Cavum cranii; Co CondyU; Im Inter- maxillare; L Ligament vom Stapes zum Palato- quadratum ; M Maxillare ; No innere Nasenöffnung ; Ok Ohrkapsel; Op Operculum; PasPai-asphenoid; Pq Palatoquadratum; Pt Pterygoid; Ptp Ptery- gopalatinum; Sph Sphenethmoidale; St Stapes; Vo Vomer; Vop Vomeropalatinum ; Vz Vomero- palatinzähne ; * Palatinfortsatz des Palatoquadra- tum; f Gelenkiläche für den Unterkiefer. Knorpel punktiert. Vergrößert. interorbitale fehlt; die Hirnkapsel delmt sich in derselben Breite und mit gleich- hoch bleibendem Boden nach vorn bis an die Nasenkapsehi aus (Fig. 7A Ca); der Amphibienschädel ist plattbasisch (G a u p p). Damit steht in Zusammenhang die gute Entwickehmg des Parasphenoids. Ohr- und Nasenkapseln springen weit lateralwärts vor, und auch die seitlich von den Ohr- kapsehi Hegenden Palatoquadrata tragen dazu bei, dem Schädel eine breite, flache Gestalt zu verleihen; dabei kommen der Palatinfortsatz des Palatoquadratum (Fig. 7 B *) und das ihm anhegende Pterygoid seitlich vom Hirnschädel zu hegen, ein charakteristisches Merkmal des Schädels vieler Amphibien. Nur die Gymnophionen haben immer einen schmalen, ziemlich hohen Schädel. Die Pars quadrata des Palato- quadratum ist ein ziemhch großes Kjiorpelstück, das in der Regel ventral, wo es die Gelenkfläche für den Unterkiefer bildet, verlmöchert; sie verschmilzt mit ihrem oberen Ende (Processus oticus) meist (nicht bei den Gymnophionen) mit der Ohrkapsel; ein ventraler Fortsatz (Processus basahs) legt sich der Ventralfläche der Ohr- kapsel an, und hier kommt es entweder zu einer Verschmelzung des Ivnorpels, oder die Verbindung ist gelenkig (Basipterygoidge- lenk: viele Anuren, einige Urodelen, z. B. Salamandrella, Ellipsoglossa, P 1 e t h 0 d 0 n). Gymnophionen haben ent- weder ein Gelenk (z. B. S i p h o n o p s , Hypogeophis) oder eine Bandverbin- dung. Eine 3. Verbindung wird durch den Processus ascendens dargestellt, der nach vorn von der Ohrkapsel zur Seitenwandung des Hirnschädels geht. Bei Gymnophionen ist er gut entwickelt, aber bei erwachsenen durch eine Ivnochenlamelle mit der Pars quadrata zu einer Ivnochenplatte vereinigt; er reicht hier bis zu den Parietalia hinauf. Der Fortsatz besteht auch bei den Larven der Urodelen und Anuren, doch verschwindet er hier bei der Metamorphose vollständig; erhalten ist er nur bei den Perennibranchiaten, wo er knorpelig und kurz bleibt. Nach vorn geht von der Pars quadrata der schlanke Palatinfortsatz oder Processus pterygoideus ab, der bei den Anuren vorn mit den Nasen- kapsehi verschmilzt; dies kommt unter den Urodelen nur bei B a t r a c h y p e r u s vor, sonst ist der Fortsatz hier und bei den Gymnophionen mehr oder weniger rück- gebildet (Fig. 7 *). Das Palatoquadratum ist, neben der Verbindung durch Deck- knochen, besonders durch seinen Processus oticus, meist auch durch den Processus basalis mit dem Schädel fest verbunden; daß diese Verbindung oft gelenkig (Basi- pterygoidgelenk) ist, und dies wohl ursprüng- lich immer war, weist auf Bewegungen im Schädel bei den Stammformen hin, die jetzt aber fehlen oder unerhebhch sind. Daher bezeichnet man den Amphibien- schädel als monimostyl oder wegen der manch- mal vorhandenen geringen Beweghchkeit besser als semistreptostyl (G a u p p). Vgl. Amphibia 319 weiter unten das beim Schädel der Gymno- pliionen Gesagte, Am Primordialcranium sind Dach und Boden sehr unvollständig entwickelt. Vollständiger sind die Seiten- wandungen, besonders bei Anuren und Urodelen, wälu:end diese bei Gymnophionen aus einigen dünnen Ivnorpelspangen bestehen, wie bei verschiedenen Reptihen. Die Lücken im Dach und im Boden der Hirnkapsel werden von den Deckknochen des Schädel- daches und vom Parasphenoid geschlossen (Fig. 7 A). Bei der Verknöcherung des Primordial- craniums ist zunächst, entsprechend dem protometamcren Charakter des Neocraniums, die geringe Ausbildung der Hinterhaupt- knochen (Occipitalia) zu erwähnen. Supra- occipitale und Basioccipitale fehlen. Es sind nur seitliche Hinterhauptknochen vor- handen, die sich aber weit in die Ohrkapsel hinein ausdehnen und darin dem Opistho- ticum der Reptihen entsprechen; dieser Teil bildet bei Necturus einen selb- ständigen Knochen, und es liegt daher die Vermutung nahe, daß der Hinterhaupt- knochen der Amphibien auch das Opistho- ticum enthält; daher ist die Bezeichnung Otooccipitale (G a u p p) richtiger als das übhchere Occipitale laterale. Das Fehlen eines Supraoccipitale ist typisch für alle Amphibien; die paarigen Supraoccipitaha der Stegocephalen sind Deckknochen, aus denen das Supraoccipitale der Amnioten wohl nicht entstanden ist (G e g e n b a u r). Weitere Verknöcherungen des Primordial- craniums sind die Prootica und vorn ein meist paarig angelegtes Sphenethmoidale (Eth- moidale, Gürtelbein der Anuren; hierher wohl auch das sogenannte Orbitosphenoid der Uro- delen). Dazu ein Quadratbein als meist kleine Verknöcherung des Palatoquadratum (bei Anuren vom Squamosum ausgehend), und bei Gymnophionen eine Verknöcherung des Processus ascendens, die später mit dem Quadratum durch eine Knochenlamelle zu einem Knochen vereinigt wird. An der Oberseite des Kopfes bilden bei den Gymno- phionen Deckknochen ein meist nahezu ge- schlossenes Dach (Fig. 8). Bei den Anuren ist die Temporalgrube offen; nur ein unterer Jochbogen ist vorhanden; dieser fehlt auch noch den Urodelen, wo aber bisweilen (einige Molge-Arten) eine Art oberer Joch- bogen vorhanden ist. Die Deckknochen der Schädeloberseite sind: Parietalia, Fron- taha (bei den Anuren zu Frontoparietalia verwachsen), Nasalia, Präfrontaha (gelegent- Hch 2 oder 3 jederseits), Septomaxillaria, Squamosa (Paraquadrata; Tympanica), Quadratojugaha (Quadratomaxillaria), Prä- maxillaria und Maxiilaria. Am Dach der Mundhöhle liegen das Parasphenoid und die Vomeres, die bei Aglossen unpaar sind oder fehlen. Palatine und Pterygoide bilden den Palatinbogen; doch ist dieser bei Urodelen (Fig. 7) nur bei den Larven vorhanden (die Knochen sind dabei zu einheitliclien Pterygo- palatinen verschmolzen), bei erwachsenen Tieren unvollständig und die Palatina sind dann in die Vomeres aufgenommen (daher Vomeropalatine). Der Schädel der peiennibranchiaten Urodelen hat den Bau des Larvenschädels: der Palatin- bogen ist vollständig, mit einheitlichem Ptervgo- palatinum (nicht bei^'S i r e n), ein Älaxillare fehlt und das Palatoquadratum ist nach vorn gerichtet, wodurch das Unterkiefergelenk weit nach vorn von der Ohrkapsel kommt und der Schädel schmäler ist. Der Unterkiefer enthält einen gut ent- wickelten Meckelschen Knorpel, mit knöcher- nem Articulare, das den Anuren fehlt; ganz vorn tritt auch eine kleine Verknöche- rung auf, das Mentomandibulare, die aber bei Urodelen, Aglossen und Discoglossiden vom Dentale ausgeht. Deckknoclien sind ein Dentale, ein Angiüare und, bei einigen Gymnophionen und perennibranchiaten Urodelen, wie bei den Larven, ein Spleniale. Bei den Urodelen besteht ein sehr enger Zusainmenhang zwischen den Bases der sehr früh auftretenden Zähnchen und mehreren Knochen der Mundhöhle, die ganz oder zum Teil aus den verschmelzenden Bases der Zähnchen entstehen. Solche Z a h n - knocken sind die Vomeres, Palatina, Splenialia und Teile des Maxillare, Prä- maxillare und Dentale. Bei den Anuren entstehen die Knochen viel früher als die Zähnchen. Der Schädel der Gymnophionen (Fig. 8) zeichnet sich aus durch den Besitz einiger primi- tiver Merkmale und durch Anpassungen an die grabende Lebensweise (Peter Morph. Jahrb. Bd. 25 1898). Diese bedingt einen sehr festen Bau und starke Verknöcherung ; die ganze hintere P9*- Fig. 8. Schädel einer Gymnophione, I c h - thyophis glutinosus. Nach S a r a s i n Ergebn. naturwiss. Forschungen auf Ceylon Bd. 2 Teil 4 1890 Tab. 15 Fig. 3. a Augenhöhle; art Articulare ; ba Basalkiiochen ; d Dentale ; im Intermaxillare ; m Maxillare; nas Nasale; par Parietale ; pof postfrontale ; prf präfrontale ; qua Quadratum; se Septomaxihare ; sq Squa- mosum; t Tentakelgrube; * Einschnitt im Schädeldache zwischen Squamosum und Fron- tale und Parietale; f Unterkiefergelenk; ^y^'-^- 320 Amphibia Hälfte des Primordialcraniums bildet einen ein- heitlichen Knochen, den Basalknochen, worin auch das Parasphenoid aufgenommen wird. Das meist vollständige Schädeldach ermnert an das der Stegocephalen; doch ist es nicht aus- geschlossen, daß eine erneute Ausbreitung der Decklmochen, in Anpassung vielleicht an die bohrende Lebensweise, stattgefunden hat. Einige haben noch ein Postfrontale. Als primitiv zu deuten sind der Processus ascendens, das gelegent- liche Auftreten eines Spleniale und wohl auch die große Beweglichkeit des Palatoquadratum und des damit verbundenen Sciuamosum gegen die Hirnkapsel, die im Fehlen eines Processus oticus des Palatocjuadratum, im Basipterygoidgelenk, in der mehr lockeren Verbindung des Processus ascendens mit dem Parietale und in der gelenkigen Verbindung des Quadratbeins mit dem mächtigen Stapes begründet ist, wozu noch, jedenfalls bei einigenArten (S i p h o n o p s , I c h t h y o p h i s) ein "tiefer Einschnitt des Schädeldaches (Fig. 8 *) kommt, der das Squamosum von Parietale und Ohrkapsel trennt. Umfang und Bedeutung der Bewegungen im Schädel sind unbekannt. Die Unterschiede, die zwischen dem Schädel der Urodelen und ihrer Larven bestehen, wurden schon erwähnt. Viel erhebhcher sind die Unterschiede bei den Anuren, deren Larven einen Saugniund mit Horn- zähnchen entwickeln, der von einem ziemlich komphzierten Knorpelskelette gestützt wird; die Kiefer der Larven sind kurz, liegen quer; das große Palatoquadratum reicht mit seiner GelenkfJäche für denUnterkief er sehr weit nach vorn. Ein Hyomandibulare fehlt den Amphi- bien (ist in den Gehörknöchelchen enthalten). Das Hyobranchialskelett istalsKiemenbogen- skelett bei den Larven ganz anders ent- wickelt als bei den erwachsenen Amphibien, wo es als Zungenskelett funktioniert und den Kehlkopf stützt (Fig. 9). Die Larven der Amphibien haben einen Hyoidbogen und 4 Kiemenboeen: der Hvoidbo2:en ist am A B Fig. 9. Hyobranchialskelett von S a 1 a - m a n d r a; A Larve ; B erwachsenes Tier. Nach D r ün e r Anat. Anz. Bd. 23 1903 Fig. 12 ver- einfacht, br Kiemenbogen; Co Copula; h Hyoid- bogen. Vergrößert. Palatoquadratum befestigt; das Skelett ist knorpehg. Bei den erwachsenen Urodelen sind der Hyoidbogen und 2 Kiemenbogen vorhanden, der letzte schwach entwickelt; das Skelett verknöchert zum Teil. Es kommt nicht zur Bildung eines typischen Zungenbeinkörpers; in Zusammenhang mit der Beweghchkeit der Zunge treten ver- schiedene Komplikationen auf. Die Perenni- branchiaten schheßen sich den Larven an, aber es kommt zu Verknöcherungen. Bei den erwachsenen Anuren wird der Zungen- beinkörper von einer großen, medianen Knorpelplatte gebildet. Vorn geht davon der schlanke Hyoidbogen ab, der sich an der Ohrkapsel befestigt. Von weiteren Fort- sätzen sind nur die hinteren, Processus thyreoidei, die den Kehlkopf stützen, immer gut entwickelt, verknöchern sogar; sie ent- stehen neu, nicht direkt aus dem Kiemen- skelette der Larve, und ihre Homologie mit dem 2. Kiemenbogen der Larven bleibt daher fraghch. P i p a hat keinen Hyoid- bogen. Das Hyobranchialskelett der Gymno- phionen besteht aus 4 knorpehgen Bogen, dem Hyoidbogen und 3 Kiemenbogen, die sich ventral kontinuierhch von der einen Körperseite auf die andere fortsetzen. Hyoid- bogen und 1. Kiemenbogen sind durch ein medianes Stück ohne Spur einer Ghederung miteinander verbunden. Gelegenthch (C o e - c i 1 i a , I c h t h y 0 p h i s) sind Reste eines 4. Kiemenbogens vorhanden. Die geringe Differenzierung des Hyobranchialskelettes der Gymnophionen und seine geringe Um- bildung bei der Metamorphose dürfte in Beziehung zu bringen sein zu der schwachen Beweghchkeit der Zunge. Reste eines weiteren Kiemenbogens, eines 5. oder 6. Bogens, bilden bei den Amphibien das Skelett des Kehlkopfes. 2c) Die Haut der Amphibien besteht aus einer mehrschichtigen, oberflächlich ver- hornten Oberhaut (Epidermis) und einer meist nicht mächtigen Lederhaut (Corium). Die verhornten Schichten werden periodisch erneuert, besonders oft bei jungen Tieren; die erste Häutung findet gegen Ende der Metamorphose statt. Die alte Hornhaut wird in großen Fetzen (Anuren) oder als ganzes (Urodelen) abgestoßen. Während einzelhge Drüsen in der Epi- dermis der Erwachsenen fehlen, treten massenhaft große mehrzellige alveoläre Drüsen auf, die meist direkt unter der Epidermis in der Lederhaut hegen. Man kann Giftdrüsen und Schleimdrüsen unterscheiden. Diese halten die Haut schlüpfrig und schützen sie gegen Eintrocknen; ihr Sekret ist auch gif- tig. Die Giftdrüsen wirken als Schutz- mittel und sind beinahe immer nur auf dem Rücken vorhanden; ihr Sekret greift die menschliehe Haut nicht an, kann aber heftige Entzündungen der Augen hervorrufen. Die Giftdrüsen treten an"" verschiedenen Stellen zu größeren Komplexen zusammen; so rufen sie die Seitenwülste auf dem Rücken der Frösche hervor, liegen als Parotisdrüsen Amphibia 321 am Nacken usw. In den Daiimenschwielen der männlichen Frösche liegen gehäufte Schleimdrüsen. Die Hornschicht der Epi- dermis kann an verschiedenen Stellen so stark wuchern, daß harte Höcker oder gar Hornstacheln gebildet werden, z. B. auf den Grabschwielen einiger Frösche und auf den Gelenkballen der Zehen. Krallenähnliche Verhornungen der Zehenspitzen kommen vor bei X e n o p u s , H y m e n o c h i r u s (Anuren) und 0 n y c h o d a c t y 1 u s (Uro- dele). Hierher gehören auch die Hautkämme männlicher Amphibien (vgl. unter m Ge- schlechtsunterschiede). Die Haut der Am- phibien, besonders der Anuren, ist an dem Körper nur locker befestigt, eine Folge der geringen Ausbildung des Unterhautbinde- gewebes. Dieses ist bei den Anuren beinahe gänzlich durch große Lymphräume ver- drängt, die die Haut bis auf bestimmte Septen vom Körper abheben. Die Farbe der Amphibien wird von in der Haut enthaltenen Pigmenten und farbenerzeugenden Stoffen (Melanine und Lipochrome) bedingt, die in besonderen Zellen der Lederhaut hegen; von viel gringerer Bedeutung sind die Pigmentablagerungen in den Epidermiszellen. Sehr oft ist auch (tuanin (weißes Pigment) in Zellen der Lederhaut abgelagert und erzeugt Inter- ferenzfarben. Die Anuren und in viel ge- ringerem Maße die Urodelen können ihre Farbe durch Kontraktionen und Verschie- bungen der Pigmentzellen ändern. Die Anuren und Urodelen sind nie be- schuppt; die meisten Gymnophionen be- sitzen zarte, bis einige Millimeter messende Schuppen, die ganz in der Lederhaut versteckt bleiben; sie wechseln mit Ringen von großen Hautdrüsen ab (Fig. 10). Jede Schuppe besteht aus einer l^brösen Platte, der an der Oberseite kleine verkalkte Plätt- chen, Squamulae, dicht nebeneinander auf- gelagert sind. Die Ausscheidung der Schu]:)pen scheint von epithelartig angeordneten Binde- gewebszellen auszugehen. Fig. 10. Lage der Schuppen und der großen Giftdrüsen (schwarze Punkte) bei Ichthyo- p h i s g I u t i n 0 s u s , wie sie durch die durch- scheinende Epidermis sichtbar sind. Nach Phi- Salix Bull. Musee d'Hist. natur. Paris 1910 Tab. 5 Fig. 1. Verkleinert. Während diese Schuppen Reste eines primi- tiven Hautskelettes sind, kommt es gelegenthch bei Anuren zur Bildung neuer Hautverknöche- rungen. Nicht sehr selten (B u f o - Arten, Calyptocephalus, einige H y I i d a e , Handwörterbuch der NaturvvigBenschaften. Band I, Gerate plirys,Pelobatescultripes) verknöchert die Kopfhaut in Zusammenliang mit der Schädeldecke, die dadurch sogar stego- cephalenälinlich geschlossen sein kann. Bei C e r a t 0 p h r y s - Ai-ten und Lepidoba- t r_a c h u s wird ein Rückenschild gebildet, das bei B r a c h y c e p h a 1 u s mit den Rumpf- wirbehi verwächst. Die Epidermis der A m p h i b i e n 1 a r v e n ist zuerst sehr zart, mit einzelligen Drüsen und bewünpert; später wird sie mehrschichtig, die obere ZeUenschicht (Deckschicht) bildet unter Ver- lust der Cilien einen Cuticularsaum. Die Be- whnperung erhält sich besonders lang am Schwanz und anderen Stehen bei Anurenlarven. Mehr- zellige Drüsen entstehen erst mit der Metamor- phose ; sie fehlen den P e r e n n i b r a n c h i - a t e n , deren Haut den larvalen Bau beibehält. 2d) Die Muskulatur zeigt bei den Uro- delen recht primitive einfacheVerhältnisse, Be- sonders bleibt die Gliederung der Stammes- muskulatur des Körpers in Segmente durch die Zwischensehnen, Myocommata, vielfach erhalten. Die Bauchmuskulatur der Larven besteht nur aus 2 Schichten, der primären Mus- kulatur, die dann kurz vor und bei der Meta- morphose neue Schichten, die sekundäre Muskulatur, abspalten, wobei die primäre mehr oder weniger rückgebildet wird. So entstehen 3 bis 4 Schichten, die gerade und schräge Bauchmuskeln bilden (M a u r e r Morphol. Jahrb. Bd. 18 1892 und Jenaische Ztschr. Bd. 47 1911). Die Muskulatur der Gliedmaßen zeigt insoweit primitive Ver- hältnisse, als die Unterschiede zwischen vorderen und hinteren Extremitäten noch nicht so groß sind, wie bei Amnioten. Die bei Fischen mächtige dorsale Trigeminus- muskulatur ist in Resten (Levator bulbi) vorhanden. Das Oeffnen des Maules besorgt ein nach hinten vom Quadratbein liegender Depressor mandibulae (Cephalo-dorso-mandi- bularis). Die Muskulatur des Hyobranchial- skelettes ist bei den Urodelenlarven noch ziemlich gut entwickelt. Bei der Meta- morphose wird mit dem Kiemenbogenskelett auch die Muskulatur sehr stark um- und rückgebildet; einige Muskeln bleiben er- halten, darunter solche, die, unter Verlust ihrer Beziehungen zu den Kiemenbogen, für die Bewegungen des Kehlkopfes Bedeutung gewinnen, wie die Levatores arcuum. Die Muskulatur der Anuren ist in der Hauptsache nur eine Modifikation des bei den Urodelen gegebenen Grundplanes. Nach dem Verlust des Schwanzes fehlt eine typische Schwanzmuskulatur; den Larven dagegen kommt sie zu. Sie wird aber vertreten durch kräftige Muskeln, die vom Steißbein zum Sakralwirbel und zum Ileum ziehen. Die Rumpfmuskulatur behält ihren segmentalen iVufbau, aber die Zahl der Segmente ist sehr gering geworden, entsprechend der Ver- kürzung des Rumpfes. In der sehr kräftigen 21 322 Ampliibia Muskulatur der Gliedmaßen der Anuren ist die starke Entwickelung der kurzen Muskeln an Hand und Fuß besonders auf- fallend. Dabei ist mit der Bildung eines neuen Segmentes aus den beiden proximalen Tarsalknochen das Auftreten eines besonderen Muskelapparates verbunden. Die bei den Larven vorhandene Muskulatur des Kiemen- skelettes geht auch bei den Anuren mit der Metamorphose nicht ganz verloren; sie ist durch die Petrohyoidei vertreten , lange, dünne Muskeln, die von der Olirkapsel zum Zungenbein und zum Kehlkopf ziehen und wichtige Schluck- und Atnnmgsmuskeln sind. Bei den Gymnophionen ist mit den Gliedmaßen auch die zugehörige Muskulatur bis auf ganz geringe Reste verschwunden. Einen wichtigen primitiven Zustand bildet das Auftreten eines kräftigen, in der Tiefe der Temporalgrube gelegenen, vom Schädel zum Pterygoid ziehenden Hebers des Pterygoids, vielleicht eines Protractor pterygoidei, eines ansehnlichen Restes der dorsalen Trigeminus- muskulatur der Fische. 2e) Das Nervensystem. Das Gehirn (Fig. 11) zeigt ein ziemlich gut entwickeltes Vorderhirn, dessen Hemisphären getrennt Fig. 11. Gehirn von Mo Ige cristata von oben. Nach Burckhardt Zeitschr. wiss. Zeel. Bd. 52 1891 Tab. 21 Fig. 5. A Vorderhirn; C CerebeUum; E Epipliyse; Lo Lobus olfactorius; M Mittelhirn; N Nachhirn; 0 Ol- factorius; PI Adergeflechtknoten; Z Zwisclienhirn. Die Decke des Nachhirns ist entfernt, so daß man in die Rautengrube R sieht. Vergi'ößerung x 5. bleiben oder, bei Anuren, vorn, wo sie die Riechlappen bilden, verwachsen. Die Hemi- sphären bedecken das Zwischenhirn von oben nicht oder doch nur ganz wenig. Bei den Gymnophionen treten kleine Lobi tem- porales auf. Das Z w i s c h e n h i r n ist sehr einfach gebaut, mit gut entwickelten Seitenteilen (Thalami). Von seinen An- hangsgebilden ist das riesige, vorn vom Dach ausgehende Adergeflecht zu erwähnen, das auch nach außen als Adergeflechtknoten (Paraphyse) weit vorragt. Ein augenartig ausgebildetes Parietalorgan fehlt; wohl aber ist bei Anuren ein Stirnorgan vorhanden, dessen Endabschnitt abgeschnürt wird und oft als solider Zellenhaufen in der Lederhaut erhalten bleibt (Epiphyse?). Bei Gymno- phionen und besonders bei Urodelen ist dieses Stirnorgan schwächer entwickelt. Normal entwickelt, mit engem Binnenraum (Aquaeductus sylvii), ist das Mittelhirn bei Urodelen und Gymnophionen. Bei Anuren erreicht sein dorsaler Teil eine sehr große Ausdehnung, bildet als Lobi optici den brei- testen Teil des ganzen Gehirns und enthält einen ziemhch geräumigen, kompliziert ge- bauten Hohlraum. Das Klei n h i r n ist bei allen Amphibien sehr schwach entwickelt als eine vertikal stehende Platte. Die dünne, als Adergeflecht entwickelte Decke der Rautengrube bleibt größtenteils unbedeckt; nur bei Gymnophionen ist sie unter das Mittelhirn und Kleinhirn geschoben. Das verlängerte Mark (Nachhirn) ist bei Anuren und Gymnophionen stark verkürzt. Das Rücken m a r k erstreckt sich bei Urodelen und Gymnophionen bis zum hinteren Körperende. Bei Anuren ist seine weit- gehende Verkürzung bemerkenswert; es ver- jüngt sich hier noch im Rumpfe (bei Rana im 7. Wirbel) zum Filum terminale, das als Rest des bei Anurenlarven in dem Schwanz hegendem Teiles des Rückenmarkes weit ins Steißbein hineinreicht. Schädelhöhle und Wirbelkanal werden vom Gehirn und Rückenmark nicht ausgefüllt; hier liegen von den Hirnhüllen umschlossene Lymphräume und der, bei Anuren besonders stark ent- wickelte, Saccus endolymphaticus. Die Hüllen und Lymphräume zeigen wesentlich dieselben Verhältnisse wie bei Fischen. Gehirn und Rückenmark werden umgeben von einer zarten, gefäßreichen Bindegewebs- hülle, die der Pia mater und Arachnoidea, nach Sterzi (Anat. Anz. Bd. 16 1899) auch noch der Dura der Säuger entspricht. Von den G e h i r n n e r v e n ist hervor- zuheben das Fehlen eines Nervus accessorius, der noch nicht vom Vagus getrennt ist, und eines Nervus hypoglossus; die diesem ent- sprechenden Nerven sind noch vordere Spinal- nerven. Ein Nervus terminalis ist unbekannt. Da das Gehirn sich bis zum Geruchs- organ ausdehnt, ist der Riechnerv sehr kurz; bei den Gymnophionen ist er vollständig in einen dorsalen und einen ventralen Ast ge- trennt. Der Nervus facialis tritt in unmittel- barer Nähe des Nervus trigeminus aus dem Schädel, und es besteht, wie bei Fischen, eine Verbindung beider Nerven, entweder durch eine Commissur oder durch Aneinanderlage- rung ihrer Ganglien (Ganglion geniculi und Ganghon gasseri); bei den Anuren entspringen beide Nerven sogar einem gemeinsamen Ganglion (Ganglion prooticum commune), woraus auch der Nervus abducens hervor- geht. Bei den Larven der Amphibien, bei den Perennibranchiaten, bei C r y p t o - b r a n c h u s (die typischen Urodelen müssen näher untersucht werden) und bei X e n o p u s treten mit einem Seitenliniensvstem auch die Ampliibia 323 dazu gehörigen Nerven, der Ophthalniicus superficialis (des Facialis) und der Ranius lateralis des Vagus auf; dieser ist, entspre- chend der Ausbildung von 2 bis 3 Seitenlinien, in einige Längsäste gespalten. Der Glosso- pharyngeus hat sich, ausgenommen bei Siren, ganz dem Vagus angeschlossen. Ein Nerv, der den spino-occipitalen Nerven der Fische entspricht, ist bei einigen Urodelen beschrieben (Driiner Zoolog. Jahrb. Bd. 15 Anat. 1902 S. 466); den erwachsenen Gymno- phionen scheint ein solcher Nerv konstant zuzukommen (Marcus Festschrift für R. Hertwig Bd. 2 1910). 2f)Die Sinnesorgane. Von solchenist das Auftreten eines Seitenlinien- Systems sowohl am Kopfe wie am Rumpfe bei den Larven und Perennibranchiaten, aber auch bei typischen erwachsenen Am- phibien, so bei einigen Urodelen und bei X e n 0 p u s , zu erwähnen. Die Organe stimmen im allgemeinen mit denen der Fische überein, aber es wird kein einheit- licher Kanal gebildet, in dessen Tiefe die Sinnesorgane liegen, sondern diese hegen in Gruppen an der Oberfläche oder in der Tiefe kurzer strichförmiger Einsenkungen der Haut. Auch treten neben der Haupt- seitenlinie noch 1 oder 2 andere an der Seite des Rumpfes auf. Mit dem Laiidleben nach der Metamorphose tritt Rückbildung ein, wobei die Organe in die Tiefe sinken; bei Urodelen, die in der Paarungszeit zum Wasserleben zurückkehren, findet dann eine Erneuerung der Sinneshügel statt. An der Zunge, meist auf Papillen, am Boden und am Dach der Mundhöhle sind Endknospen verbreitet, die als Geschmacks- oder als Tastorgane zu deuten sind. Die Nasenhöhle steht immer durch eine weit vorn, zwischen Vomer, Palatinum und Maxillare liegende innere Nasenöffnung mit der Mundhöhle in Verbindung. In Anpassung an das Wasser- leben und an den Atemmechanismus können die äußeren Nasenöffnungen durch Klappen und Muskeln geschlossen und geöffnet werden. Ein J a c 0 b s 0 n s c h e s Organ ist als einfacher, meist lateraler Blindsack vor- handen; nur bei Gymnophionen ist es schärfer abgesetzt, bei Perennibranchiaten ist es rudi- mentär oder fehlt ganz. Am Auge fehlt ein Processus falciformis (Chorioidealdrüse). Die Akkommodation für Naheinstellung findet durch Kontraktion eines oder zweier Ciliar- muskeln statt; dabei wird die Linse ver- schoben und ihre Entfernung von der Netz- haut etwas vergrößert. Die Urodelen haben ein oberes und ein unteres Augen- lid, die den Larven und Perennibranchiaten fehlen. Das untere differenziert sich bei den Anuren zu der sogenannte Nickhaut. Bei den Gymnophionen fehlen Augenlider und die sehr rudimentären Augen liegen unter der Haut; sie können sogar vom Ober- kieferknoclien teilweise bedeckt werden. Tränendrüsen sind bei den Amphibien vorhanden; eine größere, als Hard er- sehe Drüse bezeichnet, kommt den Anuren zu. Ein Tränennasengang fehlt nur den Perennibranchiaten. Besonders groß ist die Härder sehe Drüse, trotz des sonst rudimentären Auges, bei den Gymno- phionen; dies findet seine Erklärung in der Ausbildung eines eigentümhchen, zwischen Auge und Nase liegenden, in eine Tasche zurückziehbaren Tentakels. In die Tasche ergießt sich das Sekret der Härder sehen Drüse, wohl um sie rein zu halten. Der Tentakel ist ein Tastorgan; er dürfte im Anschluß an den Tränenapparat des Auges entstanden sein; sein Rückziehmuskel ent- steht aus dem inneren geraden Augen- muskel. Von den Augenmuskeln der Am- phibien ist das Auftreten eines Retractor bulbi zu erwähnen. Das häutige Labyrinth des Gehörorgans schließt sich im allgemeinen an das der Fische an. Aber schon bei Urodelen ist ein Fortsatz der Papilla acustica lagenae vorhanden, der bei den Anuren als Papilla acustica basilaris selbständig geworden ist; sie liegt in einer eigenen Ausbuchtung des Sacculus in der Nähe der Membrana basilaris, eines sehr dünnen, in einem Knorpelrahmen ausgespann- ten Teiles der sonst dicken W^andung dieser Ausbuchtung. Scala tympani und vestibuli fehlen. Ductus und Saccus endolymphaticus sind gut entwickelt. Bei den Anuren dehnt sich der Saccus als Kalksack im Cavuni cranii bis zur Hypophyse und Paraphyse und nach hinten im Rückenmarkskanal bis zum Sakralwirbel aus; dabei sendet er Aus- buchtungen in die Zwischenwirbellöcher, che (R a n a) aus dem Kanal heraustreten können und die Spinalganglien umhüllen. Die Wan- dung des Saccus besteht aus einem ein- schichtigen Epithel, dessen Zellen eine mil- chige Flüssigkeit abscheiden, worin zahl- reiche Kristalle von kohlensaurem Kalk schweben. Die funktionelle Bedeutung des Kalksackes ist unbekannt. Das häutige Labyrinth liegt in der gegen das Cavum cranii durch Knorpel geschlossenen Ohr- kapsel, die neben perilymphatischem Ge- webe ein geräumiges Cavuni perilymphaticum enthält, dessen Hauptraum den Sacculus um- gibt. Von dem Hauptraum geht eine Aus- buchtung, Ductus fenestrae vestibuli, zur Fenestra ovalis, tritt kaudalwärts durch diese aus der Ohrkapsel und liegt dann unter dem Operculum; sie fehlt den Gymno- phionen. Auch geht ein Ductus perilym- phaticus zum Cavum cranii, der bei Anuren als Saccus perilymphaticus durch das Fora- men jugulare wieder heraustritt bis zu einer festen, im Foramen jugulare externum aus- 21* 324 Amphibia gespannten Membran, die der Membrana tympani secundaria der Anmieten ent- spricht. Paukenhöhle und schall- leitender Apparat kommen den Anuren zu; rückgebildet sind sie z. B. bei B 0 m b i n a t 0 r und P e 1 o b a t e s. Jede Paukenhöhle kommuniziert meist durch eine geräumige Oeffnung mit der Rachenhöhle; iDei den Aglossen ist eine, beiden Pauken- höhlen gemeinsame, enge mediane Oeffnung am Munddach vorhaniden. Den Urodelen und Gymnophionen fehlen Paukenhölile und Trommelfell immer; die Gehörknöchelchen sind in sehr einfacher Ausbildung vorhanden. Die Gymnophionen besitzen nur ein kurzes Gehörknöchelchen, den Stapes, das mit großer Fußplatte in der Fenestra ovalis liegt und sich distal mittels Gelenk mit dem Palatoquadratum verbindet; es wird bei einigen Formen über der Fußplatte von einer Arterie durchbohrt. Die Urodelen (Fig. 12) besitzen einen ähnlichen kurzen, aber nicht durchbohrten Stapes, Stilus ge- nannt, mit kleiner Fußplatte, der nur den Fig. 12s Gehörknöchelchen der Urodelen; A bei der Larve; B beim erwachsenen Tier,- schematisch. Nach K i n g s b u r y and R e e cl Journ. Morphol. Bd. 20 1909 Fig. 21. F Fuß- platte des Stapes; F.ov Fenestra ovaüs; Hy Hyoidbogen; Lig Ligament; M.op Musculus opercularis; op Operculuni; Vq Palatoquadratum; S Schulterblatt; Scj Squamosum; St Stilus; Uk Unterkiefer. vorderen Teil der Fenestra ovalis bedeckt, und dem sich nach hinten ein 2. Skelett- stück, das Operculum, anschheßt, eine große ovale Knorpelscheibe, die den perilympha- tischen Ductus fenestrae vestibuli bedeckt. Der Stapes ist mit seinem distalen Ende direkt oder durch Band am Palatoquadratum befestigt; er ist sehr verschieden entwickelt, verhert sehr oft seine Selbständigkeit gegen das Operculum oder die Ohrkapsel, oder er ist ganz geschwunden. Ob das Operculum etwas mit der Uebertragung von Schall- wellen zu tun hat, ist sehr fraghch; es besitzt aber durch den Musculus opercularis (Teil des Musculus levator scapulae), der von ihm entspringt und an das Schulterblatt ansetzt, eine sehr eigentümliche Verbindung mit den Gliedmaßen, die sicher irgendeine funk- tionelle Bedeutung hat. Auf diesem Wege könnten während des Landlebens durch die vorderen Gliedmaßen Erschütterungen des Bodens auf das Labyrinth übertragen werden. Das Operculuni fehlt den Urodelenlarven (Fig. 12 A); diese haben immer einen Stapes, der sich dem Squamosum anlegt und so einen Weg für die Schallwellen bildet. Die Ichthyoden verhalten sich im allgemeinen wie die Larven. Die Anuren besitzen eine typische Columella auris (Plectrum G a u p p) und ein Operculum; dieses fehlt vielleicht den Aglossen. Die Columella auris ist ein schlanker Stab, dessen medialer Teil verknöchert (Stapes) und dessen lateraler, knorpehg bleibender Teil die Verbindung mit dem Trommelfell vermittelt. Ein im Trommelfell liegender Abschnitt kann als knorpeliger Discus eine gewisse Selbständig- keit besitzen. Das Trommelfell ist in einem, vom Palatocpiadratum aus entstehenden, knorpehgen Annulus tympanicus ausgespannt. Das Operculum hat wohl dieselbe Funktion wie bei Urodelen, da eine Portion des Mus- culus levator scapulae von ihm entspringt, während die eigentlichen Schallwellen durch die Columella auris geleitet werden. Den Larven der Anuren fehlen Trommelfell und Columella auris gänzlich; sie bilden sich erst bei der Metamorphose; das Operculum ent- steht lange vor derselben. Die Homologie des schaUeitenden Apparates ist strittig. Nach neuesten Untersuchungen (K i n g s b u r y and R e e d) ist das Operculum sicher eine aus der Ohrkapsel entstandene Neu- bildung, die der Fußplatte des Stapes der Am- nioten nicht vergleiclibar ist. Der Stilus der Urodelen entspricht dem Stapes, das Plectrum der Anuren der ganzen Columella auris der Sauropsiden (nach G a u p p nur dem inneren Teil). Sie entstehen nicht aus der Ohrkapsel, zeigen aber bisweilen (Gpnnophionen. ]\I a r c u s Morphol. Jahrb. Bd. 40 1909, und undeutlich bei einigen Urodelen) embryonal einen Zusammenhang mit dem Zungenbeinbogen und düilten hyalen Ursprungs sein, homolog dem Hyomandibulare der Fische. Das Felden eines typischen schaUeitenden Apparates (mit Trommelfell) bei Gymnophionen und Urodelen ist oft als prünitiver Zustand ge- deutet worden. Die gute Ausbildung dieses Apparates bei den Anuren und bei einigen Stego- cephalen spricht aber dafür, daß bei den Urodelen Rückbildung vorliegt, und dies dürfte auch bei Anipliibia 325 Gymnophionen, unter dem Emfluß der grabenden Lebensweise, der Fall sein. 2g) Der Darmkanal. Die Mundrac-hen- liülile ist geräumig; ilir Dach wird von der primären Schädelbasis gebildet, ein sekun- därer Gaumen fehlt. Die Zunge ist entweder dem Mundhöhlenboden ganz angewachsen und weist dann nur am Rande einige Be- weglichkeit auf (Gymnophionen; einige Uro- delen), oder sie kann vorgestülpt werden, meist dadurch, daß sie hinten frei ist und umgeklappt wird; sie dient dann zum Fangen kleiner Insekten, die an ihr kleben bleiben; unter Wasser hat sie keine Bedeutung, und dies macht es verständlich, daß sie bei den permanent wasserbewohnenden Amphibien (Ichthyoden, Aglossen usw.) und bei den Larven meist rudimentär ist. Die Mund- höhle ist sehr reich an Sehleimdrüsen, be- sonders die Zunge; bei Gymnophionen bilden Drüsen den weitaus größten Teil der Zunge. Bei den meisten Amphibien liegt eine große tubulöse Schleimdrüse, Glandula inter- nasalis, vorn am i\lunddach in einem Hohl- raum des Septum nasale (Fig. 23 *) oder zwischen den Intermaxillaria; sie hält die Zunge schleimig. Den Ichthyoden und Gymnophionen fehlt sie. Bei Anuren tritt neben den inneren Nasenöffnungen eine Rachendrüse auf. Eigentliche Speichel- drüsen fehlen den Amphibien. Die Zähne der Amphibien sind meist klein, konisch, oft etwas gebogen; sie sind hohl, sitzen nicht in tiefen Alveolen, sondern sind den Knochen nur angewachsen und werden zeitlebens gewechselt. Sie stehen meist auf Prämaxillare, Maxillare, Yomer, Palatinum, Dentale und Spleniale. Para- sphenoidzähne haben die Plethodontiden (Fig. 23 B) und ganz vereinzelte Anuren (T r i p r i 0 n ; bisweilen P e 1 o b a t e s c u 1 - t r i p e s). Die Anuren haben meist keine Zähne im Unterkiefer, einige sind ganz zahnlos. Ein geräumiger, aber meist kurzer Oeso- phagus führt zum Magen, gegen den er durch eine schwache Einschnürung oder gar nicht abgesetzt ist; doch lassen sich durch die Drüsen der Schleimhaut die Grenzen des Magens mikroskopisch genau bestimmen. Der Magen (Fig. 13 Ma) ist groß und hegt, etwas nach links gerückt, der Körperachse parallel; das Pylorusende biegt nach rechts ab. Der Pylofus (Fig. 13 Py) wird durch einen starken Sphincter angedeutet. Daran schließt sich der dünnwandige Mitteldarm an, dessen vorderer Abschnitt, das Duode- num, eine verschieden starke Schlinge rechts vom Magen nach vorn bildet (Fig. 1.3 Du), um dann ohne merkliche Grenze in den Dünn- darm überzugehen, der bei Formen mit gedrungener Körperform (Anuren), aber auch bei einigen Urodelen, sehr stark gewunden ist, bei gestreckten Amphibien (Proteus, G y m n 0 p h i 0 n e n) nahezu gerade durch die Leibeshöhle zieht. Gelegentlich treten im Dünndarm komplizierte Falten auf. Der bei LTrodelen ziemlich lange Enddarm (Rektum) ist innen meist durch einen deut- Fig. 13. Eingeweide vom Axolotl -Männchen. AV Abdominalvene ; B Harnblase ; C Conus ar- teriosus; D Dum; Du Duodenum; E Enddarm; F Fettkörper; H Harnleiter; Hk Herzkammer; Ho Hoden; K Kieme; Kl Kloakenlippen; Ko Ivloake: Le Leber; Lu Lunge; Ma Magen; Mi Milz; N Niere; Pa Pankreas: Py Pylorus; S Samenblase; V Vorhof. Vergrößerung x %. liehen faltenartigen Vorsprung gegen den Mitteldarm abgesetzt und auch weiter als dieser; oft bildet er im Anfang eine Aus- buchtung, die ein kurzes, nicht besonders abgesetztes Cöcum darstellt; ein eigentlicher Blinddarm fehlt. Der Enddarm mündet in die Kloake. Die Bauchspeicheldrüse (Pan- kreas) liegt als kompakte Drüse in der vom Magen und Duodenum gebildeten Schlinge (Fig. 13). Neben der üblichen Ausmündung (mit oft zahlreichen Pankreasgängen) in den Ductus choledochus oder in dessen Nähe direkt in das Duodenum, findet sich bei Urodelen dicht hinter dem Pylorus eine zweite Ausmülldung in das Duodenum. Die umfangreiche Leber (Fig. 13) hat je nach der Körpergestalt eine recht ver- schiedene Form; in der Breite entwickelt 326 Amphibia und zwei- oder dreilappig ist sie bei Anuren, länglich und weniger vollkommen in Lappen geteilt bei Urodelen, während die bei den Gymnophionen ein langgestrecktes, bis- weilen in zahlreiche, hintereinander hegende Läppchen geteiltes Organ darstellt. Eine Gallenblase ist vorhanden; der Ductus chole- dochus mündet ziemlich weit vom Pylorus in das Duodenum. 2h) Die Lungen der Amphibien sind paarige Säcke, deren dünne Wandung innen Falten bilden kann; sie münden in einen unpaaren Hohlraum, der sich durch den Kehl- kopf in die i\Iundliöhle öffnet. Die Am- phibien verschlucken Luft und pressen sie dann in die Lungen; eine typische Atem- bewegung des Rumpfes findet beim Fehlen von Rippen und Zwerchfell nicht statt (G a u p p Arch. Anat. Phys. Anat. Abt. 1896). Das sehr einfache Kehlkopf- Skelett der Urodelen kann lediglich aus einer paarigen Knorpelspange bestehen. Kom- plizierter wird es bei Anuren, womit die Fähigkeit der Stimmerzeugung zusammen- geht. Verstärkt wird die Stimme der Männ- chen vieler Anuren durch die Schallblasen (Fig. 14), die voll Luft gepreßt als Reso- natoren fungieren. Es sind meist paarige Aussackungen der Schleimhaut des Mund- Fig. 14. A Schallblasen (S) von Rana esculenta gefüllt. B unpaare Schallblase von H y 1 a a r b o r e a leer und C gefüllt ; bei B sind die Lungen mit Luft gefüllt, die bei C in die Schallblase gepreßt worden ist. Nach B o u - 1 e n g e r Les Batraciens 1910 Fig. 24 25. Verkleinert. höhlenbodens, die sich sehr weit in den subdermalen Lymphräumen ausdehnen kön- nen. Wenn sie fehlen, dient der Mundboden als Resonanzorgan, doch ist die Stimme dann schwach. Den Urodelen fehlt beinahe immer eine Stimme. Eine längere Trachea haben die Gymnophionen und einige Uro- delen. Die eine der beiden Lungen der Gymnophionen, einmal die linke, ein ander- mal die rechte, ist stark rückgebildet. Bei den Urodelen ist die Bedeutung der Lungen als Atmungsorgane sehr gering. Bei einigen wasserbewohnenden Arten (Mo Ige, Proteus) reichen die innen ganz glatten, stark verlängerten Lungen bis hinten in die Leibeshöhle und sind wohl nur als hydrostatische Organe wichtig. Bei den weitaus meisten landbewohnenden Uro- delen fehlen che Lungen vollständig, meist auch der Kehlkopf (alle Plethodontiden, Molge rusconii und montan a) oder sind stark rückgebildet (S a 1 a m a n d r i n a, A m b y s 1 0 m a o p a c u m). Diese eigen- tümhche Rückbildung bei Landsalamandern findet ihre Erklärung wahrscheinlich darin, daß diese Tiere von Urodelen abstammen, bei denen die Lungen nur noch als hydro- statische Organe Bedeutung hatten und dann beim Landleben natürlich ganz funk- tionslos wurden. Die lungenlosen Urodelen atmen durch die Haut und die Schleimhaut der Mundrachenhöhle, in der bei einigen ein sehr dichtes epitheliales Kapil- larennetz nachgewiesen wurde. Eine kräftige Hautatmung besitzen alle Amphibien; sie hat den Vorzug, sowohl auf dem Lande als auch unter Wasser fuiüvtionieren zu können. Auch der Mundrachenraum hat meist Be- deutung als Atnuingsorgan. Die Larven der Amphibien besitzen jederseits 3 äußere Kiemen, verästelte oder gefiederte Anhänge der Kiemen- bogen (Fig. 18). Da ganz ähnliche Kiemen bei den Larven von Lungenfischen und bei Polypterus auftreten, sind dieder Amphibien- la'ven wohl altererbte Gebilde. Kiemen- spalten, meist 4, öffnen sich zwischen den Lungenbeinbogeu und den Kicmenbogen; ein 5. Spalt wird angelegt, bricht aber nicht durch. Bei Anuren ist auch das Spritzloch ganz kurze Zeit geöffnet; sehr lange erhalten bleibt es bei H y p o g e o p h i s (Gymno- phione). Bei den Larven der Anuren werden die äußeren Kiemen überwachsen von einer Hautfalte, dem Kiemendeckel (Operculum); die Kiemen werden dann erneuert und stehen als sog. innere Kiemen in einer Reihe auf jedem Kiemenbogen. Die Perennibranchi- aten behalten zeitlebens die äußeren Kiemen und Kiemenspalten bei; bei Amphiuma und Cryptobranchus bleibt ein Paar Kiemen- spalten erhalten. 2i) Die Kreislauf Organe (Fig. 15). Mit dem Auftreten der Lungenatmung geht bei den Amphibien eine Abzweigung des respi- ratorischen Lungenkreislaufs vom Körper- kreislauf Hand in Hand. Doch sind die Anpassungen an diese Sonderung im Herzen unvollkommen. Es sind typisch 2 Vorhöfe vorhanden, aber die trennende Wand ist nur bei Anuren vollständig. Auch ist nur eine Herzkammer vorhanden, in die aller- dings zahlreiche Muskellamellen und Balken vorrragen, die eine Mischung des aus den Körper- und den I^ungenvenen kommenden Blutes doch sehr einschränken. Und die großen Arterien verlassen zwar alle zusammen durch einen äußerlich einheitlichen Conus (Bul- bus cordis) und Truncus arteriosus das Herz, aber innerlich wird durch die Ausbildung von Klappen, Wülsten und Scheidewänden doch auch hier, am vollkommensten bei Anuren, eine Mischung beider Blutmengen annähernd verhindert und das venöse Körperblut den Amphibia 327 Lungen, das arterielle Lungenblut dem [ gelangt durch die Vena jugularis auch das Körper zugeführt. Allerdings wird dem Blut, das in der Schleimhaut der Mundrachen- venösen Körperblute, bevor es in das Herz | höhle arteriell geworden ist. Dadurch ist gelangt, eine ansehnliche Menge arteriellen das Blut, das in diesen Vorhof und dann Blutes beigemischt, das aus der Haut stammt, in die rechte Hälfte der Herzkammer fließt, nicht rein venös, sondern stark gemischt und zwar um so mehr, je besser Haut- und Schlundatmung entwickelt sind. Gewinnen diese das Uebergewicht, indem die Lungen- atmung zurücktritt, wie es allgemein bei Urodelen geschieht, so verliert auch die Abtrennung des Lungenkreislaufs vom Körper- kreislauf jede Bedeutung. Die Einrichtungen im Herzen, die diese Trennung bewirken sollen, werden nicht weiter vervollkommnet, ja sie treten wieder in Rückbildung, worauf z. B. die große Variabihtät in den Klappen und Wülsten des Conus arteriosus bei Molchen hinweist. Bei den lungenlosen Landsala- mandern geht diese Rückbildung noch weiter; die beiden Vorhöfe sind, unter Rückbildung des Septums, zu einem einheitlichen Vorhofe vereinigt; die Lungenvene fehlt, die Lungen- arterie ist nur in Resten erhalten. Die großen Arterien (Fig. 15), die aus dem Herzen treten, zeigen eine sym- metrische, bogenförmige Anordnung, wie die Kiemengefäße der Fische. Es können 4 Arterienbogen jederseits vorhanden sein. Der vorderste bildet die Wurzel der großen Kopfarterien, der Carotis interna und externa; der 2. Bogen, der weitaus kräftigste, bildet den Aortenbogen; der 3. setzt sich gleich- falls in die Aorta fort, ist aber schwach und fehlt den Anuren und einigen Urodelen; der 4. geht in die Arteria pulmonalis über; ein schwacher Ductus botalh bildet seine eigentliche Fortsetzung zur Aortenwurzel. Vor diesen Bogen werden beim Embryo noch zwei weitere angelegt; die bleibenden entsprechen einem 3. bis 6. Gefäßbogen, die im 1. bis 4. Kiemenbogen der Fische ver- laufen. Bei den Urodelenlarven ist nur in die 3 vorderen Arterienbogen eine Kieme eingeschaltet, und der 4. Bogen ist schwach und funktionslos bis zu der Stelle, wo die Lungenarterie von üim abzweigt; von dort bis zur Vereinigung mit der 3. Kiemenvene (abfiüu-ender Teil des 3, Kiemengefäßes) ist der 4. Bogen besser entwickelt, und durch diesen Abschnitt strömt arterielles Blut aus der 3. Kiemenvene zur Lungenarterie; dadurch bekommt die Lunge, die ja noch nicht funktioniert, das nötige arterielle Blut. Die Perennibranchiaten zeigen in den Arterienbogen zwar verschiedene Eigentümlichkeiten, aber doch wesentUch dieselben Verhältnisse wie die Larven; bei Proteus und N e c t u r u s ist der 4. Arterienbogen vom Herzen ab bis zur Lungen- arterie rückgebildet , eüie Gefäßstrecke , die ja, da die Lungenatmung ausbleibt, nie mehr , zu funktionieren braucht (Boas Morphol. Jahrb. Bd. 7 1882). Bei Gymnophionen ist das Herz ziemlich weit Fig. 15. Blutgefäßsystem einer ürodele. Schema. Arterien schwarz, Venen grau. A After; Ai Arteria ihaca; Aic Arteria intestinaUs communis; Am Ar- teria mesentericae ; Ao Aorta descendens; Aob Aortenbogen ; Aoc Aorta caudaüs ; Ap Ai'teria pul- monaüs; Asc Arteria subclavia; Ast Arteria ster- naüs; Bl Harnblase; Cae Carotis externa; Cai Carotis mterna; Jue Vena jugularis externa; Jui Vena jugularis interna; K Herzkammer; L Leber; Lu Lunge ; Ma Magen ; Mi Milz ; N Niere ; Va Vena azygos; Vab Vena abdominaüs; Vc (im Schwanz) Vena caudalis ; Vc Vena cava posterior ; Vcu Vena cutanea magna; Vhr Vena hepatica revehens; Vi Vena iliaca; Vm Vena intestinaUs; Vp Vena portae hepatis; Vpu Vena pnlmonaüs; Vsc Vena subclavia; Vv Vena vesicaUs; Z Hautkreislauf; * DurchschnittssteUen der Venae gastricae. die einen sehr kräftigen Kreislauf besitzt (Fig. 15 Z). Bei den Gymnophionen und den meisten Anuren ist es ein Ast der Lungen- arterie, die Arteria cutanea, bei den Urodelen ein Ast der Arteria subclavia, die Arteria sternahs, die das Blut der Haut zuführt. Das arterielle Blut kehrt durch die Vena cutanea magna in die Vena subclavia und so in den rechten Vorhof zurück. In diesen 328 Amphibia nach hinten verschoben und die Arterienbogen sind sehr lang geworden. Das V e n e n s y s t e m (Fig. 15) schließt sich an das der Lungenfische an. Ein Nieren- pfortadersystem ist gut ausgebildet; hintere Kardinalvenen sind bei Urodelen und ver- einzelt bei Anuren (B o m b i n a t o r) als paarige oder unpaare Venae azygeae gut ent- wickelt. Es bestehen eine typische V. cava posterior und eine Abdominalvene (H o c h - stetter Morphol. Jahrb. Bd. 13 1887; S e e 1 y e Proc. Boston Soc. Nat. Hist. Bd. 32 1906). Die roten Blutkörperchen sind sehr groß; sie haben einen Durchmesser von über 20 jj,, oft einen weit größeren, bei A m p h i u m a sogar von 75 /t. Die Zahl der Blutkörperchen ist gering. Die Form ist oval mit zienüich großem Kern. 2k) Das Lymphgef äßsystera. Ihm fehlt eine eigene bindegewebige oder muskulöse Wandung beinahe gänzlich. Sonst ist es gut entwickelt, sowohl in der Form eines subvertebralen Längsstammes als unter der Haut, wo besonders die Anuren sehr große Lymphräume besitzen, voneinander getrennt durch schmale Septa, in denen Kommuni- kationsöffnungen liegen. Wo die Lymph- bahnen sich in die Venen öffnen, liegen kleine Lymphherzen. Bei Urodelen und Gymno- phionen befindet sich auf beiden Körper- seiten unter der Haut eine Reihe kleiner Lymphherzen, die bei diesen deuthch inter- segmental geordnet sind (Marcus Mor- phol. Jahrb. Bd. 38 1908); eine ähnliche An- ordnung kommt am Schwänze der Anuren- larven vor, nach L e y d i g auch am Rumpfe von C e r a t 0 p h r y s. Ran a hat 2 Paar Lymphherzen, ein vorderes neben dem 3. und 4. Wirbel, ein hinteres jederseits vom Steiß- bein beim After. H e m i s u s hat jederseits 3 hintere Lymphherzen (B e d d a r d Proc. Zool. Soc. London 1908 2). Ein eigentüm- hches zentrales Lymphherz fand G r e i 1 (Verhandl. Anat. Ges. Heidelberg 1903) am Truncus arteriosus bei Urodelen. Eigent- Hche Lymphdrüsen fehlen den Amphibien; die Bildung der farblosen Blutzellen findet in der T h y m u s statt. Diese ist ein kleines, meist einheithches Organ, das jeder- seits in der Nähe des Kiefergelenkes liegt. Die Milz liegt entweder beim Magen oder mehr dem Rektum genähert (Fig. 13). 2I) Das Urogenitalsystem. Die Nieren der Urodelen (Fig. 16) und Anuren sind ansehnliche, ziemlich breite Organe; sehr lang gestreckt und schmal sind sie bei den Gymnophionen. Am Außenrande jeder Niere verläuft ein Harnleiter, der meist in geringen Abständen naclieinander die Harn- kanälchen aufnimmt und in die Kloake mündet. Eine Harnblase ist als dünnwandige Ausstülpung der ventralen Kloakenwandung vorhanden (Fig. 15 Bl). An der Oberfläche der Niere liegen meist zahlreiche Wimpertrichter (Nephrostome), die in der Regel eine Verbin- dung der Leibeshöhle mit den Nierenkanäl- chen bilden; nur bei den erwachsenen Anuren haben die Wimpertrichter alle oder beinahe alle die Verbindung mit den Nierenkanälchen aufgegeben und münden in die Venen (Wurzeln der Vena cava). Bei den Embryonen ist eine recht gut entwickelte V 0 r n i e r e Fig. 16. Schema des Urogenitalsystems einer männlichen (A) und einer weiblichen (B) Urodele. Nach Spengel Arb. Zool. Instit. Würzb. Bd. 3 1876 Tab. 3 Fig. 2—3. Gn Ge- schlechtsniere; Gp UrogenitalpapiUe ; H Harn- leiter; H' Harnsamenleiter; Hn Hodennetz; Ho Hode ; Mg Müllerscher Gang ; N Niere : 0 Ostinm tubae; Ov Ovarium. Die Kreise mit einem Punkte in der Mitte Q und die Fähnchen in der Geschlechtsniere stellen die Nephrostome dar, die dunklen Kreise die Malpighischen Körperchen. (Pronephros) vorhanden, mit äußerem Glo- mus; ihr Ausführgang ist das vordere Ende des Harnleiters. Die eigentliche Niere ist eine Urniere (Mesonephros): sie zeigt dementsprechend bei den männlichen Tieren Beziehungen zu den Gonaden, indem der Samen durch Niere und Harnleiter entleert wird; dieser ist bei den Männchen Harn- samenleiter (P'ig. 16). Er kann in der Brunst- zeit Erweiterungen oder Aussackungen seines Endabschnittes aufweisen, die als Samen- bläschen zur Aufbewahrung des Spermas dienen. Pori abdominales fehlen den Amphibien. Die Gonaden sind dem medialen Rande der Nieren angeheftet. Bei den Amphibia 329 männlichen Tieren stehen sie durch die Vasa efferentia testis. feine Kanälchen, die durch Querkanäle zu einem deutlichen Hodennetze (Fig. 16) werden können, mit den Nieren in Verbindung; auf diesem Wege gelangt der Samen in die Nierenkanälchen; einige Anuren machen hiervon eine Ausnahme, indem das, gelegentlich mehr oder weniger vereinfachte, Hodennetz direkt in den Harn- leiter (D i s c 0 g 1 0 s s u s) oder gar (A ly t e s) in einen besonderen Gang mündet. Die meisten Anuren zeigen in dieser Beziehung Uebergangszustände. Bei den Urodelen dient nur ein vorderer, schlanker Abschnitt der Nieren als ,, Geschlechtsniere" der Ab- fuhr des Samens; er ist auch bei den Weib- chen erkennbar. Ein rudimentäres Hodennetz kommt auch den weiblichen Amphibien zu. Die Eier werden von dem meist ganz vorn, an der Wurzel der Lungen, hegenden Tubentrichter (Ostiuni) des Eileiters (M ü 1 - 1 e r scher Gang) aufgenommen und in die Kloake geführt, in die beide Eileiter getrennt einmünden. Bei den Anuren und einigen viviparen Urodelen und Gymnophionen kommt eine Erweiterung des hinteren Ab- schnittes des Eileiters zum Uterus vor. Merk- würdig gut entwickelt ist der Müller sehe Gang bei vielen männlichen Amphibien; er besitzt nicht selten noch ein Ostium. Bei den Gonaden liegt der paarige Fettkörper, der sich aus einem Teil der GenitaUeiste, der Anlage der Gonaden, entwickelt, und auch Urgeschlechtszellen enthalten kann. Er besteht in der Haupt- sache aus dicht gedrängten Fettzellen. Die Größe schwankt mit dem Ernährungszu- stände der Tiere; das Reservematerial dient an erster Stelle den Gonaden während der Bildung der Geschlechtszellen. Die Amphibien sind normal stets g e - t r e n n t g e s c h 1 e e h 1 1 i c h ; Herma- phroditismus ist nur gelegentlich beobachtet worden. Bei vielen jungen Fröschen (Ran a) fängt die Gonade zunächst an, sich zu einer weibhchen auszubilden; dann aber wandelt sie sich nachträghch noch in eine männliche um; sie hat dabei eine Zeitlang herma- phroditischen Charakter (sogenannte inter- mediäre Drüse). Es sei hier auch des Bid der sehen Organes mancher Bufo- Arten gedacht, des vorderen Ab- schnittes sowohl der männlichen als auch der weiblichen Gonaden, der voller Oocyten ist. die nicht zu ausgebildeten Eiern heranwachsen. Die Größe schwankt sehr nach der Jahreszeit; die Bedeutung ist unklar. Die Befruchtung kommt entweder dadurch zustande, daß eine Besamung statt- findet in dem Augenbhcke, wo die Eier abgelegt werden (Anuren, wahrscheinlich Cryptobranchus und M e g a 1 o - b a t r a c h u s), oder sie ist eine innere. Den Gymnophionen dient die ausstülpbare Kloake der ^lännchen als Begattungsorgan. Dagegen fehlt ein solches bei den Urodelen; die Männchen setzen eine, von den Drüsen der stark verdickten Kloakenwandung ge- bildete Spermatophore ab, von der dann das Weibchen mit den gleichfalls verdickten Kloakenlippen den Samen abnimmt, der ver- mutlich in die als Receptaculum seminis dienenden Kloakendrüsen kommt und dort einige Zeit aufbewahrt bleiben kann. Bei zwei lebendig gebärenden Fröschen (P s e u d o- phryne vivipara und N e c t o - p h r y n e t o r n i e r i) wird die Befruch- tung wohl eine innere sein, vielleicht auch bei P i p a. 2m) Die Unterschiede der Geschlechter sind bei den Amphi- bien gering; das Geschlecht ist manch- mal äußerhch nicht festzustellen. Nur in der Paarungszeit ist dies allerdings meist möglich; es treten dann Brunstverände- rungen der Haut ein; diese ändert ihre Farbe oder bekommt eine warzige Ober- fläche (Brunstwärzchen weiblicher Anuren). Vielleicht gehören hierher auch die ,, Haare" von T r i c h 0 b a t r a c h u s. Besondere Anpassungen treten auf, wenn die Männ- chen bei der Paarung die Weibchen um- klammern; so die Daumenschwielen (Fig. 17) der männlichen Anuren, drüsenreiche, mit dornartigen Wärzchen (Hautkämmen) bedeckte Hautverdickungen des Daumens und ersten Fingers. Hautkämme können auch an anderen Stellen der Vorder- und Hintergliedmaßen und an der Brust auf- treten (Fig. 17). Auch kommen knöcherne Sporne an der Hand und hornige Dornen an der Brust vor. Sie sichern den Männchen .#\ / Fig. 17. Vordere xtremität und Brust mit Hautkämmen bei einem brünstigen Männchen von Rana liebig i. Xach B o u 1 e n g e r Catal. Batrachia Saüentia British Mus. 1882 S. 22. ds Daumenschwiele; h Hautkamm auf der Brust. Verkleinert. einen festen Halt an den Weibchen während der oft Tage, ja Wochen dauernden Um- klammerung, wobei die Männchen auf dem Weibchen sitzen und diese hinter den Vorder- extremitäten oder vor den hinteren Ghed- maßen mit den Armen umfassen. Solche Hautkämme kommen gelegentlich auch bei 330 Amphibia Urodelen vor (M o 1 g e w a 1 1 1 i i und v i r i - d e s c e n s). 2n) Die Geschlechtsprodukte. Die Spermien der Urodelen sind recht groß (z. B. bei S p e 1 e r p e s 0,7 mm) ; bei den Anuren sind sie meist nur etwa 0,1 mm lang, erreichen aber bei D i s c o g 1 o s s u s bei- nahe 3 mm. Der Bau ist manchmal sehr kompliziert; die Spermien der Urodelen und einiger Anuren besitzen eine unduhe- rende Membran. Die rundhchen Eier messen bei den Anuren meist nur 1 bis 2 mm; etwas größer, bei den größeren Arten sogar erhebMch größer, sind sie bei den Urodelen (bei M e - galobatrachus 7 mm). Die Größe der Eier ist vor allem von der Dottermenge abhängig. Bei verschiedenen Amphibien, wo das freie Larvenstadium unterdrückt ist und die Jungen als fertige, wenn auch kleine, Tiere ausschlüpfen, sind die Eier besonders dotterreich und groß; so hat die Gymno- phione Hypogeophis rostratus Eier von 7 bis 8 mm Durchmesser. Die Zahl der Eier, die von einem Weibchen abgelegt werden, ist meist groß ; so sind bei B u f o bis 12 000 Eier in einem Gelege gefunden worden, bei Rana bis 10 000. Bei den Formen mit dotterreichen großen Eiern ist die Zahl viel geringer; so legt die Urodele Ple- thodon cinereus 3 bis 12 Eier, die Gym- nophione Hypogeophis rostratus 6 bis über 30. Die Eier werden umgeben von einer, in den Ovidukten gebildeten, Gallert- hülle, die sehr dick und resistent sein kann. Entweder werden die Eier jedes für sich in einer eigenen Hülle abgelegt (die meisten Urodelen; die Anuren Xe nopus, Disco- glos s u s , B 0 m b i n a t 0 r) oder sie werden durch die Hüllen verbunden und bilden einen Laich (Synoion). Dieser kann rosenkranzförmig sein (M e g a 1 o - b a t r a c h u s , C r y p t o b r a n c h u s , A m p h i u m a; einige Frösche wie A 1 y t e s; Gymnophionen) oder die Eier bilden einen Klumpen (R a n a) oder sie liegen dicht zu- sammen in einer oder zwei Längsreihen in dem überall gleich dicken Gallertstrang (z. B. bei B u f o). Am Ei kann man einen dotterarmen Be- zirk, worin der Kern hegt, als animalen Pol unterscheiden; in der Regel ist dieser pig- mentiert, doch kann die Pigmentbildung bei Tieren, die ihre Eier im Dunkeln ablegen und bei viviparen Formen unterbleiben. 3. Embryologie. Die F u r c h u n g der Eier ist eine inäquale totale. Sie kann im einzelnen, sogar bei derselben Art, verschieden verlaufen und ist von der sehr schwankenden Größe und dem Dotterreichtum abhängig. Es entsteht eine Blastula mit zahlreichen kloinen Zellen am «animalen Pole und einem aus größeren, un- regelmäßigen dotterreichen Zellen bestehen- den vegetativen Teil, getrennt durch die Furchungshöhle. Die G a s t r u 1 a t i 0 n findet teilweise durch Einstülpung unter Bildung einer engen Urdarmhöhle statt, teilweise durch Umwachsung des Entoderms (Dotters) durch das Ektoderm. Die Urdarm- höhle eröffnet sich meistens in die Furchungs- höhle, die dann zum Urdarm hinzugezogen wird. Bei sehr dotterreichen Eiern (Sala- m a n d r a ; A 1 y t e s; Gymnophionen) ist die Trennung in eine aus embryonalen Zellen bestehende Keimscheibe und die nicht immer sicher in Zellen geteilte Dotter- masse in beinahe derselben Schärfe wie bei Reptilien durchgeführt. Der Embryo liegt zunächst auf der rundlichen Dottermasse, aber mit zunehmen- der Größe des Embryo und Verbrauch des Dottermateriales wird der Dotter allmählich in den Embryo aufgenommen. Embryo- nalhüllen fehlen; die Harnblase bleibt im embryonalen Cölom, wird nur schwach vaskularisiert und wird nicht zu einer Al- lantois. Ebenso fehlt ein Amnion (von M e - g a 1 0 b a t r a c h u s beschreibt I s h i - k a w a , Mitteil. Deutsch. Ges. Nat. u. Völkerk. Ostasiens Bd. 11, 1908 eine vordere Amnion- falte). Die Embryonen finden genügenden Schutz in den Gallerthüllen; sie liegen in deren Innerem in einer zuerst etwas zähen, später dünnflüssigen Gallerte. In den spä- reren Embryonalstadien entstehen die ä u ß e- f e n K i e in e n (Fig. 18) und kommen die Kiemenspalten zum Durchbruch. Bei den Embryonen vieler Urodelen entsteht jeder- Fig. 18. A Eben ausgeschlüpfte Larve von Molge paradox US vom Rücken. Nach v. Bambeke Arch. Biol. Bd. 1 1880 Tab. 11 Fig. 22. B Larve von A m b y s t 0 m a p u n c - t a t u m . Nach C 0 p e , Batrachia North America 1889 Tab. 18 Fig. 4 a. k äußere Kiemen; r R u s c 0 n i sches Häkchen ; v vordere Extremität. Vergrößert. seits am Kopfe ein steifes, tentakelartiges Organ, das R u s c 0 n i sehe Häkchen (Fig. 18 r); vielleicht dient es dazu, ein Ver- sinken des schweren Kopfes der Larven im Schlamm zu verhindern. Es bleibt meist während des ganzen Larvenlebens erhalten. 4. Verw^andlung. 4a) Larven. Meist schlüpft das Tier auf noch ziemlich unvoll- Amphibia 331 kommener Entwickelungsstufe aus und fängt ein freies Larvenleben an. Die Larven der Uro- delen sind den erwaclisenen Tieren älmlich. Sie behalten die äußeren Kiemen bei. Die frei- lebenden Larven der Gyninophionen sind wurmförmig, schwanzlos, wie die erwachse- nen; sie besitzen keine Kiemen, wohl aber zwei (?) Kiemenspalten (die 3. und 4.) im Grunde einer Grube. Die Larven der Anuren, Kaulquappen genannt, werden auf einem sehr frühen Ent- wickelungsstadium frei ; sie haben dann noch keine Ghedmaßen und Augen und einen rudimentären Schwanz (Fig. 19). Sie er- -iY Fig. 19. A Embryo von B u f o vulgaris kurz vor dem Ausschlüpfen. Nach Thiele Zeitschr. wiss. Zool. Bd. 46 1887 Tab. 10 Fig. 3d. B Junge Larve von Rana. Nach Boas Lehrb. d. Zool. 6. Aufl. Jena 1911 Fig. 487 B. H Haftorgan; K Kiemen ; M Saugmund. Vergrößert. nähren sich zunächst von den Gallerthüllen des Eies, woran sie sich festkleben, nicht fest- saugen, mit Hilfe des zuerst unpaaren, später oft paarigen Haftorganes, der sogenamiten Saugscheibe. Ln Boden dieses Haftorganes liegen Haftdrüsen. Diese Larven bewegen sich wohl nur mit Hilfe ihres gut entwickelten Wimperkleides. Bald bildet sich der Saug- mund aus, der bewaffnet ist mit Hornplätt- chen und zahlreichen Hornzähnchen, die aus verhornten Epidermiszellen bestehen; die Zähnchen werden fortwährend gewechselt. Es entsteht der Rudersehwanz und die Larven heften sich nun mit ihrem Saugmunde an faulenden Pflanzenteilen oder tierischeuResten fest, wovon sie sich ernähren, indem sie diese Substanzen mit ihren Zähnchen wie mit einer Feile zerreiben; auch fressen sie wohl Schlamm. Der Haftapparat wird meist rückgebildet, bleibt aber bei verschiedenen tropischen Formen bis zur Verwandlung er- halten. Bald treten Kiemenspalten und die 3 äußeren Kiemen (Fig. 19 B) auf, die aber nach einiger Zeit von einem Operculum be- deckt werden, so daß jederseits eine Kiemen- höhle mit Oeffnung (Spiraculum) entsteht (Fig. 20). Paarig bleibt das Spiraculum bei P i p a , X e n 0 p u s und M i c r o h v 1 a; beide Oeffnungen verwachsen zu einem medianen Spiraculum bei Discoglossiden; meist schwindet das rechte Spiraculum und beide Kiemenhöhlen münden durch das linke nach außen. Die alten Kiemen werden resorbiert, und auf allen 4 Kiemenbogen treten zahlreiche neue, kleine Kiemenbäum- chen auf, die sogenannten inneren Kiemen. An der Schlundfläche der Kiemenbogen ent- Fig. 20. Larve von B o m - b i n a t 0 r von unten mit ge- öffneter Bauchhöhle. Nach Go e 1 1 e Entwickelungsge- schichte der Unke Leipzig 1875 Tab. 20 Fig. 357. A After; D Spiraldarm; H Haftorgan; Sm Saugmund; Sp Spiraculum (später unpaar, median). Ver- größert. wickeln sich weit in den Schlund vorspringende Falten, Siebplatten, die einen Filterapparat bilden, der es verhindert, daß mit dem Atemwasser feste Teile in die Kiemenhöhlen gelangen (F. E. Schulze Abhandl. Akad. Berlin 1892). Der Darm verlängert sich sehr erheblicli und wird in einer Spirale angeordnet (Fig. 20). So ist che Larve zur typischen Kaulquappe geworden, mit dickem eiförmigem Körper, an dem sich eine Grenze von Kopf und Rumpf nicht bemerkbar macht, und einem großen, flachen Ruderschwanz. Ghedmaßen fehlen zunächst, die hinteren aber treten bald hervor; auch die vorderen werden angelegt, bleiben aber bis zur Metamorphose von der Opercularfalte verdeckt. Die Kaulquappen tropischer Frösche zeigen manchmal Eigentümlichkeiten; unsere Kennt- nisse von ihnen sind aber noch sehr gering. Erheblich modifiziert sind die älteren Kaul- quappen von Xenopus (Fig. 21). Am Ende des freien Larvenlebens findet eine schnelle Umbildung der Larven zu den erwachsenen Tieren statt, eine Verwand- lung oder Metamorphose, wodurch die Tiere zum Landleben geeignet werden. Die Verwandlung besteht im wesentlichen in einer Umbildung der Atmungsorgane und im Zusammenhang damit des Kreislaufes, des Kiemenbogenskeletts und seiner Mus- kidatur; die Kiemen werden resorbiert, die Kiemenspalten schließen sich. Bei den Uro- delen und Gyninophionen, wo die Larven den erwachsenen Tieren ähnhch sind, be- schränkt sich die Verwandlung daneben auf mehr geringfügige LTmbildungen. Bei den Urodelen ist hervorzuheben: andere Anord- nung der Gaumenknochen und des Gebisses; Abwerfen des Spleniale; bessere Ausbildung der Bauchmuskulatur; Bildung beweghcher Augenlider; LTmbildungen am schalleitenden Apparate; die Zunge wird meist ausstülpbar, 332 Amphibia der Schwanzsaum und damit der Ruder- schwanz gehen meist verloren; auch tritt die farbige Zeichnung der erwachsenen auf. Die Lungen kommen schon lange vor der Meta- morphose zur Ausbildung, ihr Kreislauf tritt aber erst mit ihr in Tätigkeit. Sehr erhebhch ist die Verwandlung bei den Anuren. Dies liegt zunächst daran, daß die erwachsenen Tiere, in Zusammenhang mit ihrer hüpfenden Fortbewegung, eine gedrungene Körperform und allerlei Speziah- sierungen des Skelettes und der Muskulatur aufweisen, die den Larven abgehen. Dazu kommt nun aber, daß auch die weit gehenden Spezialisierungen der Larven dabei rück- o;ängig gemacht werden müssen. Es müssen ürodelen (Tritonen, Amby st oma- Arten, S a 1 a m a n d r a maculosa) beobachtet wurde. Solche Larven können sich später noch verwandeln. Dieses Festhalten des Larvenstadiums hat K o 1 1 m a n n N e o - t e n i e genannt. Von neotenischen Uro- delenlarven (nicht von Anuren) ist beobachtet worden, daß sie sich fortpflanzen; dann ist die Neotenie vollkommen (Z e 1 1 e r Jahresh. Nat. Ver. Württemberg Bd. 55 1899). Diese vollkommene Neotenie ist bei Ambystoma t i g r i n u m an zwei Fundstellen in Mexiko zur Regel geworden, indem die Larven (Axolotl) an diesen Fundstellen sich nicht mehr verwandeln, sondern sich als Larven fortpflanzen; unter anderen Bedingungen, Fig. 21. Aeltere 60 mm lange Larve von Xenopus laevis (nach B 1 e s Trans. R. Soc. Edinburgh Bd. 41 1905 Tab. 4). A Arm bedeckt vom Operculum; Af After; S Spüaculum (paarig); T Tentakel. der Schw^anz und der Kiemenapi)arat re- sorbiert werden; der Saugmund wird unter beträchthchen Umbildungen von Teilen des Kopfskelettes zu einem meist weiten Maul mit normalen Kiefern; der Darmkanal wird ganz neu aufgebaut; Paukenhöhle und schall- leitender Apparat treten auf. Auch fängt erst jetzt die Verknöclierung des Skelettes an, die bei den Larven auf einige Kopf- knochen beschränkt war. Die Larven der Amphibien werden meist Yi bis Ys so lang wie die erwachsenen Tiere; es entsteht bei der Verwandlung ein kleines Individuum, das noch sehr beträchtlich wachsen muß, bis es die definitive Größe erreicht hat und sich fortpflanzt. Manchmal aber werden die Larven größer, so daß die Tiere nach der Verwandlung nicht viel kleiner sind als die erwachsenen (z. B. C h 0 n d r 0 t u s t e n e b r o s u s) und bald geschlechtsreif werden. Interessant ist, daß bei P s e u d i s p a r a d o x a , einer Anure, die Larve bis 23 cm Länge erreicht, wäh- rend der erw^achsene Frosch nur 6 cm lang und auch sehr viel schlanker ist als die Larve. 4b) Neotenie. Gelegentlich unter- bleibt die Verwandlung zum richtigen Zeit- punkte; so entstehen 2, 3 Jahre alte Larven, die viel größer werden als gewöhnlich, wie das bei verschiedenen Anuren (P e 1 0 - bates, Bombinator, Alytes, H y 1 a , R a n a und B u f 0 - Arten) und wie in der Gefangenschaft, kann die \'er- wandlung wieder auftreten, die an den anderen, zahlreichen Fundstellen dieser Art die Regel ist (G a d 0 w Nature Bd. 67 1903). 4c) Ichthyoden. Diese Tatsachen er- klären uns die Entstehung der P e r e n n i - branchiaten, von Proteus, N e c - t u r u s und T y p h 1 0 m 0 1 g e, wahr- scheinlich auch von S i r e n und P s e u d 0 - b r a n c h u s. Diese ürodelen sind ja ihrem ganzen Baue nach Larven und müssen zweifellos als neotenische Formen gedeutet werden, die ihre Verwandlung ganz aufgegeben haben, wie der Axolotl (Boas Morpiiol. Jahrb. Bd. 7 1882). Sie sind keine primitiven, den Stammformen der typischen Salamander nahestehenden Formen, denn vieles in ihrem Baue ist nicht primitiv, son- dern eben larval (Fehlen des Maxillare; Eigentümhchkeiten der Arterienbogen und des Lungenkreislaufs usw.). Anders sind die Derotremen (A m p h i - u m a , M e g a 1 0 b a t r a c h u s und C r y p t 0 b r a n c h u s) zu beurteilen ; aucii sie sind neotenisch, denn sie be- sitzen larvale Merkmale, aber daneben sind ! sie in vieler Beziehung wie erwachsene \ Salamander gebaut, besonders M e g a 1 0 - bat räch US. Die Metamorphose ist hier also nicht plötzlich unterdrückt wie beim Axolotl, sondern für einige Organe allmähhch unvollkommen geworden, vielleicht unter dem Einflüsse eines permanenten Wasser- AmpiiibJa 333 lebens, wobei die Verwandlung für ver- schiedene Organe ihre Bedeutung verlor (Visceralskelett und Zunge; Verschluß der Kiemenspalten; Bauchmuslaüatur; Colu- mella auris; Augenlider) und verzögert, schließlich aufgehoben wurde, während sie für andere Organe erlialten blieb. Dieser Prozeß ist bei C r y p t o b r a n c h u s viel weiter vorgeschritten als bei M e g a 1 o - b a t r a c h u s (V e r s 1 u v s Naturwiss. Wochenschr. Bd. 8 1909). 4d) Abgekürzte Entwicklung. Oft wird das freie Larvenleben verkürzt oder unterdrückt, nämlich bei Tieren, die ihre Eier auf dem Lande ablegen oder sie mit sich herumtragen. Die Entwickelung wird dann oft beschleunigt und verläuft mehr direkt, indem das Larvenstadium in den Eihüllen nicht oder unvollkommen durch- laufen wird und nahezu fertige, wenn auch sehr kleine Tierchen ausschlüpfen; so bei den Anuren Hylodes martinicensis, Hylella platycephala und R a n a o p i s t h 0 d 0 n , die ihre Eier auf dem Lande ablegen, und bei P i p a und H y 1 a g 0 e 1 d i , die ihre Eier mit sich herumtragen. Aufgehoben oder verkürzt wird das freie Larvenleben auch bei lebendig gebärenden Formen. V i v i p a r i t ä t ist bekannt von S a 1 a m a n d r a maculosa, die nach einer Trächtigkeitsdauer von 9 bis 10 Monaten 12 bis 30 ältere Larven von 25 bis 30 mm Länge gebärt, von S a 1 a m a n d r a a t r a , die nach einer Trächtigkeitsdauer von 1 1 o bis 3 Jahren 2, sehr selten 3 bis 4 fertige Tierchen von etwa 50 mm gebiert, von S p e 1 e r p e s f u s c u s , von einigen Gymnophionen (H y - p 0 g e 0 p h i s , S i p h"o n o p s b r a s i - Mensis, u. a.), wo die Jungen als voll- kommene Tierchen, und bei D e r m o p h i s , wo sie als Larven geboren werden und von 2 Fröschen (N e c t o p h r y n e t o r n i e r i und Pseudophryne vivipara, K r e f f t Zool. Anz. Bd. 37 1911). Der 01m, Proteus, ist sowohl lebenchg gebärend als eierlegend. Die Jungen von S a 1 a m a n - d r a a t r a ernähren sich zuerst innerhalb der Eihüllen von ihrem Dottermateriale; dann schlüpfen sie im Uterus aus und er- nähren sich von den zahlreichen, nicht be- fruchteten sogenannten embrvotrophen Eiern und zuletzt wahrscheinhch von Stoffen, die die Uteruswandung ausscheidet. _ Bei solchen Larven, sowohl von Urodelen wie von Gymnophionen, die ihre Entwinkclun«- ganz oder größtenteüs in den Eihüllen diirch''- laufen, fmdet die Atmung dennoch durch die äußeren Kiemen statt; diese legen sich den Ei- hüllen an, werden flach und breit, die Verästelung kann zurückgehen (z. B. bei Plethodon cmereus); in extremen Fällen werden sie, nur m einem Paare vorhanden, zu großen flachen Lappen (z. B. bei Autodax und bei den I Gjmnophionen Typhlonectes und Si- phon o p s b r a s i 11 e n s i s). Auch bei Sala- mandralarven zeigen die Kiemen Vergrößerung und Abplattung (Fig. 22.). 4e) Brutpflege. Die meisten Am|)hibien legen ihre Eier im Wasser ab und kümiuern sich dann nicht mehr darum. Bei M e g a 1 o - b a t r a c h u s und G r y p t o b r a n c h u s aber bewacht das Männchen, bei N c c t u r u s das Weibchen die an einer verborgenen Stelle abgelegten Eier. Bei den Formen, die ihre Eier auf dem Lande ablegen, kommt oft Brutpflege vor; von einigen Gymnophionen Fig. 22. Larve (19 14 mm lang) von S a 1 a m a n d r a a t r a mit vergrößerten Kiemen (nach Wunde- r e r Zool. Jahrb. Bd. 29 Anat. 1910 Tab. 32 Fig. 121). (I c h t h y 0 p i s , H y p 0 g e 0 p h i s u. a.) ist bekannt, daß die Mutter ihre Eier in einer eigens dazu angefertigten Höhle ablegt und sich dann um den Eihaufen rollt; ebenso bei den Urodelen A m p h i u m a , D e s - m 0 g n a t h u s und einigen Arten von P 1 e t h 0 d 0 n ; bei A u t 0 d a X verteidigen beide Eltern die Eier. Die Laichmassen der Anuren werden sehr oft von Lisekten und Crustaceen gefressen; dazu kommt in den Tropen die Gefahr des Eintrocknens der Pfützen oder von Ueber- schwemmungen, die den Laich mitreißen, bis er an ungeeigneten Stellen zurück bleibt. Wir finden denn auch oft, besonders bei tropenbewohnenden Anuren, daß diese Ge- fahren durch Brutpflege beseitigt werden. Häufig werden die Eier in einer schaumigen Schleimmasse auf dem Lande ganz offen (R a n a tigrina auf Ceylon; Leptodactylus- Arten usw.), unter Steinen oder ia einer Höhle (R h a c 0 p h 0 r u s s c h 1 e g e 1 i), in unmittel- barer Nähe des Wassers abgelegt. Recht viele baumbewohnende Anuren legen ilire Laichmasse zwischen Blättern verklebt über dem Wasser ab, so daß die Larven aus dem Neste direkt ins Wasser fallen (P h y 1 1 0 m e d u s a - Arten usw.). Auch sind FäUe bekannt, wo die Kaulquappen sich auf dem Rücken der Männchen festsetzen und so mitgeschleppt werden (z. B. S 0 0 g 1 0 s s u s auf den Seychellen ; Dendrobates und P h y 1 1 0 b a t e s in Süd-Amerika). Bei A 1 y t e s trägt das Männchen die Eierschnur um die Hinterbeine gewickelt mit sich herum und geht erst ins Wasser, wenn die Eier schon Kaul- quappen enthalten, die dann die Eihüllen ver- lassen, worauf der Vater gleich wieder ans Land geht. Bei Hyla goeldl, Hyla evansi und Gerate hyla bubalus tragen die Weibchen 334 Amphibia die Eier auf den Rücken geklebt bis die fertigen | Tiere ausschlüpfen. Ebenso bei der wasserbe- [ wohnenden P i p a , wo die Eier, 40 bis 114, durch j die hervorgestülpte Kloake direkt auf den Rücken gebracht werden, während das Männchen durch seine Bewegungen die Eier über den Rücken des Weibchens verteilt; die Rückenhaut wuchert nun und bildet um jedes Ei eine Zelle, worin die Jungen ilue ganze Entwickelung durchlaufen. Bei denBeutelf röschen (N o t o t r e ra a) kommen die Eier in einen großen, von einer Hautdupli- katur gebildeten Brutraum auf dem Rücken der Mutter. Beim baumbewohnenden Frosche H y 1 a m b a t e s 1) r e v i c e p s aus Kamerun trägt die Mutter ihre Eier im Munde. Bei R h i n o- derma d a r w i n i nimmt das Männchen die großen Eier, etwa 15, in den Kehlsack; erst die fertigen kleinen Fröschchen verlassen diesen. Die in Bruträumen sich entwickebiden Larven atmen entweder durch die äußeren lüemen oder ilir Schwanz dient als Atmungsorgan. 5. Biologie. Die Haut der Amphibien ist sehr durchlässig für Wasser, und die Tiere sind daher so empfindlich gegen Trockenheit, daß sie beinahe nur an feuchten Orten leben und das direkte Sonnenlicht meiden. Viele sind Nachttiere. Nur wenige Anuren leben in trockenen Gegenden, wo sie sich während der Trockenperioden dadurch schützen, daß sie sich tief vergraben; Chiroleptes platy- c e p h a 1 u s (Zentral-Australien) nimmt da- bei in seinen Körper, besonders in die Leibes- höhle, so viel Wasser auf, daß er beinahe kugelig wird. Auch gegen Kälte sind die Amphibien ziemlich emiiindlich; im Winter graben sie sich ein. Im hohen Norden fehlen sie. An Wasser sind die meisten Formen da- durch gebunden, daß die Begattung darin stattfindet und die Eier darin abgelegt werden. Doch haben viele Formen sich in verschiedener Weise — vgl. oben bei 4d) Abgekürzte Entwicklung und bei 40) Brut- pflege — davon frei gemacht. Sowohl ganz terrestrische Formen als vollständige Wasserbewohner kommen vor; typisch und primitiv ist aber ein gemischtes Leben. Viele Amphibien, besonders Anuren, sind Baumbewohner, die meist mit Haftscheiben ausgestattet sind; einige von ilmen (R h a c 0 - phorus pardalis und r e i n w a r d t i) sollen ihre sehr großen Schwimmhäute als Fallschirme benutzen können. Die Gymno- phionen und verschiedene Anuren sind grabende Tiere; die Anuren graben mit den Hinterbeinen. Das Gift der Hautdrüsen bildet für viele Amphibien einen wirksamen Schutz gegen die meisten größeren Tiere. Alle Amphibien sind Raubtiere, die sich von Würmern, Lisekten, Schnecken, die größeren auch von kleinen Säugetieren, Fischen, Fröschen ernähren. Die meisten Anuren fangen Insekten mit ihrer umklapp- baren, klebrigen Zunge und können daher nur auf dem Lande fressen. Die Amphibien sind meist kleine Tiere, von einigen cm bis 20 cm lang; die Anuren werden selten größer (R a n a g 0 1 i a t h wird 28 cm); von den Urodelen erreichen nur einige Ichthyoden größere Länge, M e g a 1 0 - b a t r a c h u s bis über 1 72 m. Die Amphibien scheinen mehrere bis viele Jahre alt werden zu können, M e g a 1 0 - b a t r a c h u s über 50 Jahre, sehr wahr- scheinhch noch erheblich mehr. Die früher verbreitete Meinung, daß Kröten ein enormes Alter erreichen können, die sich auf das an- gebliche Auffinden dieser Tiere in geschlos- senen Höhlen von Gesteinsmassen gründete, I hat sich durch das Experiment als irrig er- i wiesen. 6. Systematik und Phylogenie. Die lebenden Amphibien werden in o Ord- nungen eingeteilt, die schon äußerlich nach der Körpergestalt scharf getrennt und gut erkennbar sind; U r 0 d e 1 a , A n u r a und G y m n 0 p h i 0 n a. 1. Ordnung U r 0 d e 1 a. Salamander. Schwanzlurche mit gestrecktem Rumpfe, langem Scliwanze und kurzen, nie ganz fehlenden, Gliedmaßen, wovon die hinteren nur wenig kräftiger sind als die vorderen. Der 5. Finger fehlt; 5 Zehen sind meist vor- handen. Die Befruchtung ist beinahe immer eine innere mittels Spermatophoren. Die Larven sind den erwachsenen Tieren ähnlich; sie besitzen äußere Kiemen. Die früher übliche Einteilung der Urodela in die 3 Unterordnungen der Perennibran- chiaten, Derotremen und Salamandriden hat sich als irrig erwiesen, seitdem man che An- gehörigen der beiden ersteren, die Ichthyoden, als neotenische Formen erkannt hat. die größtenteils unabhängig voneinander durch Ausfall (Perennibranchiaten) oder teilweise Rückbildung der Metamorphose (Derotremen) aus typischen Salamandern entstanden sind. Diese Tiere haben larvale Merkmale ge- meinsam, die aber durchaus kein Zeichen einer näheren Verwandtschaft sind. Man muß sie bei den typischen Salamandern unterbringen, aus deren Verwandten sie durch Neotenie hervorgegangen sind; doch ist die Verwandtschaft bis jetzt nur für Typhlomolge eingehend geprüft worden. " Man teilt che Urodelen am besten direkt in einige Famihen ein, wobei für jene neo- tenischen Formen, für die keine Beziehungen zu erwachsenen Formen nachgewiesen sind (die meisten), mehr oder weniger provi- sorische Familien errichtet werden müssen. 1. Familie A m b y s t 0 m a t i d ae. Vo- meropalatinzähne in einer Querreilie (Fig. 7 B) oder in nach hinten konvergierenden Reihen in der Form eines V oder M; Parasphenoid zahnlos; Wirbel amphicöl. A m b y s t 0 m a , 16 Arten in Nord- und Zentral-Amerika, eine in Siam. I Die Larve von Ambystoma tigrinum Amphibia 335 ist der bekannte Axolotl ; 0 n y c h o d a c t y 1 u s j a p 0 n i c u s; die Larven mit Hautsaum an den Gliedmaßen ; S a 1 a m a n d r e II a Sibirien ; B a t r a c h y p e r u s (R a n o d o n) China ; H y n 0 b i u s (E 11 i p s o g 1 o s s a) Japan. Die letzten 3 Gattunjj;en sind vielleicht die primitivsten unter den Urodelen. Hierher gehören vermutlich die Derotremen M e g a 1 o b a t r a c h u s m a X i m u s , der Riesensalamander aus Japan und Chhia und C r y p t o b r a n c h u s al le g h an ie n s is aus Nord-Amerika; beide zeigen im Schädel, Kiemenbogenskelett und dessen Muskulatur eine auffallencle Aehnlichkeit mit Hynobius, Batrachyperus und S a 1 a m a n d r e 1 1 a (W i e d e r s h e i m : D r ü- n e r) und dürften daher neotenische Amblysto- matiden sein. 2. Familie S a 1 a m a n d r i d ae. Vomero- palatinzähne hi 2, nach hmten etwas divergie- renden Längsreihen, die beiderseits vom Para- sphenoid weit nach hinten reichen (Fig. 23 A); Fig. 23. Anorihmng der Zähne am Mund- dach bei A S a 1 a m a n d r i d a e (Schädel von M 0 1 g e c r i s t a t a) und B P 1 e t h o d o n - tidae (Schädel von Plethodon gluti- nös u s (nach W i e d e r s h e i m Morph. Jahrb. Bd. 3 1877 Tab. 25 Fig. 111 und Tab. 23 Fig. 74). P Parasphenoid ; V Vomeropalatin - Zähne ; * Grube für die Glandula internasalis. Ver- größert. keine Parasphenoid zahne; Wirbel opisthocöl. S a 1 a m a n d r a maculosa, Feuersala- mander, in Europa und Ivleinasien; Sala- m a n d r a a t r a , Alpensalamander. S a 1 a - m a n d r i n a in Italien. M o 1 g e (T r i t o n), Molche , meist Wassersalamander , oft mit Schwanz- flossensaum ; 18 Arten, davon M o 1 g e c r i s t at a , a 1 p e s t r i s , vulgaris (t a e n i a t a) und p a 1 m a t a in Deutschland. M o 1 g e (E u - p r 0 c t e s) r u s c 0 n i i in Sardinien. AI o 1 g e (Pleurodeles) waltlii in Spanien und Portugal, 30 cm lang; die langen, spitzen Rippen durchbohren leicht die Haut: ebenso bei T v 1 o - t 0 1 r i t 0 n a n d e r s o n i auf den Liu kiu- Insehi ; ob dies eine normale, nützliche Vorrichtung ist, ist fraglich. Molge torosus und v i r i - descens in Nord-Amerika; einige Ai-ten in Asien. 3. Familie P I e t h o d o n t i d a e. ]\Iit Para- sphenoid zahnen; Vomeropalatmzähne in querer Reilie (Fig. 23 B). AVirbel amphicöl oder opistliocöl (D e s m 0 g n a t h i d a e). Lungen immer rückge- büdet. Die Familie ist typisch nordamerikanisch, nur eine Alt, S p e I e r p e s f u s c u s , der Höhlen- salamander, kommt in Italien, den Seealpen, auf Sardinien vor ; weitere Spelerpes- Arten in Amerika. Plethodon in Nord- Amerika ; eine Art, Plethodon platensisin Argen- tinien. Plethodon cinerous kann springen und besitzt Autotomie des Schwanzes, der re- generiert ; ebenso Autodax lugubris, der dazu einen Greifschwanz hat. D e s m o - g n a t h u s. T y p h 1 o t r i t o n s p e 1 a e u s , der blinde Hühlensalamander aus der Rock Lfouse Cave in Missouri. T y p h 1 o m o 1 g e r a t h - b u n i , eine unterirdisch lebende, perennibran- chiate Urodele aus Texas, ist sehr wahrschein- lich eine neotenische Spelerpes-Art (Emer- son, Proc. Boston Soc. Nat. Hist. Bd. 32 1905). 4. Familie Amphiumidae. Mit einer Ai-t, A m p h i u m a m e a n s in Nord- Amerika; neotenische Form, mit unvollständiger Ver- wandlung; ohne äußere Iviemen , mit einem Paare Kiemenspalten, mit ^Maxillare und Vomero- palatine. Sie hat diese Merlanale mit ]\I e g a 1 o - b a t r a c h u s und C r y p t o b r a n c h u s , die ja auch in der Verwandlung stehen bleiben, ge- meinsam, docli sind die Tiere sonst recht ver- schieden. Körper aalförmig, mit stummeiförmigen, degenerierten Gliedmaßen, mit 1 bis 3 Fingern und 2 bis 3 Zehen. 5. Familie S i r e n i d a e. Perennibranchiate, j neotenische Formen ; ohne Maxillare und Ptery- goid; hintere Gliedmaßen fehlen. Nord-Amerika; 2 Arten : S i r e n 1 a c e r t i n a, bis 70 cm lang, und P s e u d 0 b r a n c h u s striatus. Kiemen bei den Larven von einer Membran umhüllt; die jüngsten Larven sind unbekannt. 6. Familie Proteidae. Eine Art Pro- teus a n g u i n e u s , der 01m, aus unter- irdischen Gewässern in Dalmatien und lüain, blind. Von typisch larvalem Bau, mit äußeren Kiemen und 2 Paar Kiemenspalten. Gliedmaßen lang, zart, mit 3 Fingern und 2 Zehen. 7. Familie N e c t u r i d a e. Mit einer Gattung N e c t u r u s (M e n o b r a n c h u s) ; wie der 01m eine typisch larvale Form und ihm daher in vielem ähnlich, ohne daß daraus auf Verwandt- schaft beider Formen geschlossen werden darf. Mit kurzen, gut entwickelten Gliedmaßen und kleinen, aber funktionierenden Augen. 2 Arten in den östlichen Vereinigten Staaten von Nord- Amerika. 2. Ordnung A n u r a. Frösche. Kurzer schwanzloser Körper; die kräftigen, meist sehr langen hinteren (jrhedmaßen mit einem von den verlängerten proximalen Tarsaha gebildeten 4. Segmente. Die Tiere schwimmen mit den Gliedmaßen und besitzen meist große Sehwimmhäute. Wirbelsäule sehr stark verkürzt, mit nur 7 bis 9 Wirbeln und Steißbein. Die Eier werden bei der Ablage besamt. Die Larven sind die charakteristi- schen Kaukpiappen. Es sind etwa 1200 Arten bekannt. Man teilt die Anuren in 2 Unterordnungen. 1. Unterordnung Aglossa. Ohne Zunge; eustachische Röhren mit unpaarer medianer Oeffnung am Munddach; ohne Augenlider; Wasserbew^ohner. 1. Familie Pipidae mit 3 Gattungen. Pipa americana in Brasilien und Surinam, mit sehr flachem Körper. Xenopus (Dacty- 336 Amphibia 1 e t li r a) in Afrika. H y m e n o c h i r u s im tropischen Afrika. 2. Unterordnung Plianeroglossa. Mit Zunge; Mündung der eustachisclien Röhren paarig. Die Einteihmg entspricht vielleicht noch nicht immer der Verwandtschaft. Man teilt sie in 2 große Gruppen, je nachdem die Epicoracoide in der MitteUinie übereinander greifen (Areif er a) oder die Epicoracoide und Coracoide in der Mediane aneinander stoßen und dort fest verbunden sind (F i r - m i s t e r n i a Fig. 2). A. A r c i f e r e Familien. 2. Familie Discoglossida e. Mit Rippen an den vorderen Wirbeln und verbreiterten Querfortsätzen am Sakralwirbel (Fig. 1 A). Wii'bel opisthocöl. Die Zunge ist eine runde Scheibe und kann nicht ausgestülpt werden. Oberkiefer mit Zähnen. Kaulquappen mit me- dianem, brustständigem Spiraculum. B o m b i- nator igneus, die rotbauchige Unke, in Zentral-Europa ; Bombinator pachypus, die gelbbauchige Unke, in West-Europa. Aly- tes obstet ricans, die Geburtshelferkr-öte, in West-Europa. Disco glossus pictus in Süd-Frankreich, Spanien. 3. Famihe Pelobatidae. Ohne Rippen ; Querfortsätze desSalaalwirbels verbreitert; Wirbel meist procöl; Zunge beinahe ünmer hinten frei und herausklappbar. Pelobates fuscus, die Knoblauchkröte, in Europa; am Hhiterbein hinter der Wurzel der mneren Zehe liegt ein starker schaufeiförmiger Fersenhöcker mit Horn- karam, der als Grabschwiele dient. Pelody- tes punctatus in Frankreich, Spanien. S c a p h i 0 p u s in Nord-Amerika. 4. Familie Bufonidae. Typisch ist das Fehlen von Zähnen in beiden Kiefern, beinahe immer auch am Vomer. Wirbel ])rocöl; Quer- fortsätze des Sakralwirbels verbreitert. Zunge meist hinten frei, vorstreckbar. Die Tiere smd nicht immer so plump wie unsere Kröten. Bufo, die Kröten, mit über 80 Arten, bei- nahe kosmopohtisch. Bufo v u 1 g a r i s , die graue Kröte, in Europa, im Süden bis 18 cm lang ;Bufo viridis, die grüne Kröte ; B u f o calamita, die Kreuzkröte. Pseudo- p h r y n e in Australien und eine Art, P s e u do - phryne vivipara, in Deutsch- Ost- Afrika. Nectophryne in Afrika. M y o b a - t r a c h u s , in Australien, ist Ameisen- und Termitenfresser. 5. Familie H y 1 i d a e , Laubfrösche. Quer- fortsätze des Sakralwirbels verbreitert; Wirbel procöl; Oberkiefer mit Zähnen, sehr selten aucli der Unterkiefer (A m p h i g n a t h o d o n i n Ecuador). Endphalangen kraUenartig, init Ilaft- kissen, die mit einem klebrigen Stoffe bedeckt sind, und diesen beinahe immer baumbewohnenden Tieren als Haftorgane dienen. Zunge verschieden. Sie leben vorwiegend in feuchten Tropenwäldern. In Europa nur H y 1 a a r b o r e a; die übrigen etwa 180 Arten von H y 1 a meist in Amerika und Australien. P h y 1 1 o m e d u s a im tropi- schen Amerika; Daumen und große Zehe opponier- bar. N 0 t 0 t r e m a in Süd-Amerika. T r i - p r i 0 n in Zentral-Amerika. 6. Familie C y s t ig n at h id ae. Quer- fortsätze des Sakralwirbels nicht oder wenig verbreitert; Wirbel procöl, selten amphicöl; Zähne meist nur ün Oberkiefer. Bemahe aus- schheßlich in tropisch Amerika und Austraüen P s e u d i s p a r a d 0 X a in Süd - Amerika. H y 1 0 d e s im tropischen Amerika. C a 1 y p t o - cephalus, Lepidobatrachus und C e r a t 0 p h r y s in Süd-Amerika. C h i r o - 1 e p t e s in Australien. C e r a t o h y 1 a , mit Ilaftscheiben, emem Laubfrosche sehr ähnüch, und H e m i p h r a c t u s , beide in Süd-Amerika, haben Zähne ün Unterkiefer. D e n d r o p h r y - n i s c u s m Süd-Amerika, ist zahidos. B. F i r m i s t e r n e Familien. 7. Familie Engystomatidae, eng- mäulige Frösche. Querfortsätze des Sakralwirbels verbreitert; Wirbel procöl; Kiefer meist ohne Zähne, selten Zähne im Oberkiefer (Calluella in Indien und D y s c o p h u s in Madagaskar). Procoracoid und Clavicula fehlen oft. Viele, nicht alle, Frösche dieser Famüie haben eine enge j Mundöffnung, über die der Kopf oft eine Art Schnauze bildet. Viele leben von Ameisen und Termiten und haben eme besonders enge Mund- öffnung, wie B r e V i c e p s und H e m i s u s in Afrika. Die ziemlich vielen Gattungen und Arien leben meist in den Tropen. R h i n o d e r m a d a r w i n i in Chile ; B r a c h y c e p h a 1 u s und Stereocyclops in Brasüien ; E n - gystoma in Amerika; Gallula in Indien. 8. Familie Ranidae. Querfortsätze des Sakralwirbels nicht verbreitert; Wirbel procöl; meist Zähne im Oberkiefer, seltener auch im Unterkiefer. Die Familie ist beinahe kosmo- politisch. Rana; üi Deutschland Rana escu- 1 e n t a , der Wasserfrosch ; R a n a t e m p o r a - r i a (Rana f u s c a), der Grasfroseh ; Rana arvalis (Rana oxyrrhina), der Moorfrosch; R h a c 0 p h 0 r u s , m den Tropen der alten Welt, Baumbewohner mit Haftkissen; vertreten in ihrem Gebiete die Hylidae. Tricho- batrachus, der Haarfrosch, m Französisch- Kongo, mit langen Papillen an den Körperseiten, die an Haare erinnern; Sooglossus auf den Seychellen ; Phyllobates und D e n d r o - b a t e s in Süd- Amerika ; H y 1 a m b a t e s in Kamerun. 3. Ordnung G y m n o p h i o n a (A p o - da, C 0 e c i 1 i a) Blindwühlen, Wurm- förmige, grabende Tiere, ohne Gliedmaßen. After am Innteren Körperende; ein Schwanz fehlt. Körper geringelt; die Ringel ent- sprechen bei den Larven den Körper- segmenten, doch wird dies durch Ein- schiebung neuer Ringel später geändert. Meist mit in der Haut verborgenen Schuppen. Am Kopf ein Tentakelapparat. Augen rückgebildet. Die ausstülpbare Kloake der Männchen dient als Begattungsorgan. Freie Larven wurmförmig, ohne äußere Kiemen, aber mit Kiemenloch mit 2 Spalten; oft fehlt ein freies Larvenstadium. Die Tiere ernähren sich meist von Würmern und leben in der Regel in feuchter Erde. Es sind über 20 Gattungen bekannt. Nur 1 Famihe Coeciliidae. Ichthyo- p h i s in Indien und auf den Sunda- Inseln. Amphibia (Paläontologie) 337 H y p 0 g e 0 p h i s auf den Seychellen , in Afrika. C o e c i li a und Typhlonectes in Süd- Amerika. S i p h o n o p s in Afrika und Brasilien. Dermophis in Afrika. Ueber die P h y 1 o g e n i e der lebenden Amphibien ist bei der Beschränktheit pa- läontologischen Materiales nichts Sicheres bekannt; man nimmt wohl mit Recht an, daß sie alle von Stegocephalen abstammen. Die Urodelen nnd anch die Anuren sind vielleicht an die Branchiosauriden anzn- schließen. Die Urodelen sind im allgemeinen am wenigsten nmgebildet, wenn sie auch den Hautpanzer verloren haben und die Lungen- atmung in der Regel von der sehr ge- steigerten Hautatmung und daneben von der" Schlundatmung verdrängt worden ist. Die Lungen sind meist zu liydrostatischen Organen geworden. In diesen und anderen Umbildungen macht sich vielleicht der Ein- fluß einer" größeren Bedeutung des Wasser- lebens bei den Stammformen der Urodelen geltend; dies erklärt auch, weshalb diese Tiere es in der Umbildung zum Landtier nicht weiter gebracht haben, sondern auf primitiver, wenig differenzierter Stufe stehen geblieben sind. Die wahrscheinliche Rückbilclung des schalleitenden Apparates muß vielleicht auch dem Einfluß des Wasser- lebens zugeschrieben werden (V e r s 1 u y s Naturwiss! Wochenschr. Bd. 8 1909). Die Ichthyoden sind nicht die ältesten, sondern jüngere Urodelen, entstanden durch Neo- tenie; die permische Gattung Lysoro- p h u s , die bisweilen zu den Perenni- branchiaten gerechnet wird, gehört nicht zu den Urodelen. Die Gymnopliionen weichen erheblich von den übrigen lebenden Amphibien ab; dies und einige primitive Merkmale, wie die Schuppen, weisen auf einen selbständigen Ursprung j vonj Stego- cephalen hin. 7. Geographie. Die Verbreitung der Am- phibien wird eingeschränkt durch ihre Emp- findhchkeit gegen Trockenheit, Kälte, große Hitze und gegen Salzigkeit des Bodens; dazu kommt, daß sie für die Entwickelung der Jungen meist an Süßwasser gebunden sind. Dies macht sich besonders bei den Urodelen bemerkbar, die sich aus ihrer Heimat, dem holarktischen Gebiet (Nord- Amerika, Europa, Asien) nur sehr wenig weit südwärts verbreitet haben; in Süd-Asien leben nur 2 Arten, T y 1 0 t 0 t r i t 0 n in Barma und eine A m - bystoma in Slam, beide in Gebirgs- gegenden. In der neuen Welt sind nur die Gattung S p e 1 e r p e s mit 3 Arten in den Anden und Plethodon platensis in den Ebenen von Argentinien weit südhch vorgedrungen. Die S a 1 a m a n d r i d a e sind größtenteils auf Europa beschränkt, mit nur wenigen Arten in Asien und Nord- Amerika. Dagegen sind für Amerika die Handwörterbuch der Natuiwissensehaften. Band I Plethodontidae typisch, da nur eine Art außerhalb dieses Gebietes lebt, nämlich Spelerpes fuscus in Europa. Die Ambystomatidae sind zahlreich so- wohl in Asien (5 Gattungen, 12 Arten) wie Nord-Amerika (2 Gattungen, 20 Arten). Die Ichthyoden haben, solange ihre Verwandt- schaft mit den anderen Urodelen nicht fest- gestellt ist, für zoogeographische Betrach- tungen keinen Wert. Die G y m n 0 - phionen sind zirkumtropisch; sie fehlen im nördlichen und südhchen Afrika und in Madagaskar, leben in Indien und auf den großen Sunda-Inseln, jedoch nicht auf Celebes; in Süd-Amerika fehlen sie im Süden und im Andengebiet, doch kommen sie in Zentral- Amerika vor. Die Anuren haben sich mehr als die anderen Amphibien verschiedenen Lebensbedingungen angepaßt und sind über die ganze Erde verbreitet, am zahlreichsten in den Tropen. Vielleicht hängt die mehr beschränkte Verbreitung der Urodelen auch damit zusammen, daß sie geologisch jünger sind als die Anuren. Man kann folgende faunistischen Gebiete der Amphibien unterscheiden. 1. Ein hol arktisches Gebiet, Nord- Amerilva, Europa und Asien (ausgenommen Indien) und das nördliche Afrika umfassend. Hier leben die Urodelen und fehlen die Gjanno- phionen. Von Anuren sind die Discoglossiden auf dieses Gebiet beschränkt: es ist auch das Gebiet der Raniden, die allerdmgs von hier aus zahkeich in Indien und Süd-AmerUfa eüige- wandert sind, und der Pelobatiden, die sich nur noch nach Indien verbreitet haben. Cysti- gnathiden und Engystomatiden fehlen; Hyliden sind von Süd-Amerika aus zahlreich nach Nord-Amerika, spärlich nach Asien und Europa (nur Hyla arborea) emgewandert. Auch die Bufoniden düi-ften in neuerer Zeit eingewandert sein, denn sie sind nur durch die eine, nahezu kosmopolitische Gattung Bufo vertreten. Ein vermutlicher Aglosse, P a 1 a e 0 - bat räch US, lebte im europäischen Tertiär. 2. Ein p a 1 ä 0 t r 0 p i s c h e s Gebiet, Afrika (südlich vom Atlas), Ost-Indien und_ die Sunda-Inseln umfassend. Eigene Familien fehlen; am typischsten sind die Gynmophionen und Engystomatiden, üi Afrika auch die Aglossen. Discoglossiden, Hyliden, Cystignathiden fehlen. Pelobatiden smd nur in Indien eingewandert. Raniden sind vom holarktischen Gebiete aus zahl- reich vorgedrimgen. Urodelen sind nur sehr spärlich in Nord-Indien eingewandert. Bufoniden smd zahheich und wahrscheinlich schon lange heimisch. 3. Ein südamerikanisches Gebiet mit Gymnophionen, einer Aglosse (P i p a) und Engystomatiden, die es mit dem paläotropischen Gebiete gemein hat, Hyliden und Cystignathiden, die es vor allem mit Australien teilt. Pelobatiden und Discoglossiden fehlen; aus Nord-Amerika sind Raniden und einige Urodelen eingewandert. Bufoniden in Zentral- Amerika, sonst nur B u f 0. 4. Em a u s t r a 1 i s c h e s G e b i e t. Typisch sind die vielen Cystignathiden und Hyüden, 22 338 iVmphibia — Amphibia (Paläontologie) wodurch dieses Gebiet dem südamerikanischen viel näher kommt als dem paläotropischen (Ost- Indien). Gymnophionen, ürodelen, Engysto- matiden, Pelobatiden, Discoglossidenund Aglossen fehlen. Bufoniden sind vorhanden, aber die Gattung B u f 0 fehlt. Raniden sind nur in Nord- Queensland eingewandert (R a n a p a p u a). Papuasien bildet ein Mischgebiet der australischen und indischen (paläotropischen) Fauna. Neu- seeland besitzt nur eme Amphibie, die Cysti- gnathide L i o p e 1 m a. Diese Verbreitung der Amphibien weist auf das Bestehen von 3 Kontinentalmassen in f rülieren Zeiten (Ende des Mesozoicum) hin, jede mit einer typischen Fauna. 1. Der holarktische Kon- tinent mit Ürodelen, Discoglossiden, Pelobatiden und Raniden; 2. ein Kontinent, der Brasilien, Zentral-Amerika, Afrika und Ost-Indien ver- emigte, mit den Aglossen, Engystomatiden und den GjTnnophionen, vielleicht auch den Bufo- niden; 3. Australien, vereinigt mit dem südlichen Teil von Süd-Amerilia, bewohnt von den Cysti- gnathiden und Hyhden. Literatur. G. A. Boulengev, The Taüless Ba- trachians of Europe, Kay Society, London 1897, 1898. — Verseihe, Les Batraciens Encycl. Scient., Paris 1910. — E. D. Cope, The Ba- trachia of North America, Bulletin Un. States Nation. Museum, Nr. 34, 1889. — B. Dürlgen, Deutschlands Amphibien und Reptilien, llagde- burrj 1897. — H. Gadow , Amphibia and Eeptiles, Cambridge Nat. Ilistory, Bd. 8, 1901. — E. Gaupp, Ecker-Wiedcrshcims Anatomie des Frosches, Braunschweig, 1897 — 1904- — C Gegenbaiir, Vergl. Anatomie der Wirbeltiere Leipzig, 1898—1901. — F. Hempelmann, Der Frosch, Leipzig 1908. — O. Hertwig, Hand- buch d. Entwickelungslehre d. Wirbeltiere. Jena 1901—1906. — C. K. Hoffmann, Amphibien, Bronns Klassen und Ordnungen des Tierreichs, Leipzig -Heidelberg 1973 - 78. — F. Leydig, Ueber die Molche (Salamandrina) der württem- bergischen Fauna, Archiv f. Naturgesch., 1867. — Verseihe, Die Amiren Batrachicr der deutschen Fauna, Bonn 1877. — G. Tornier, Amphibia, Süßwasserfauna Deutschlands, herausgegeben von A. Brauer, Jena 1909. — 1{. Wiedersheim, Vergl. Anatomie d. Wirbeltiere, 7. Aufl., Jena 1909. J. VersMiys. Amphibia. Paläontologie. 1. Ürodelen: a) Uebersicht über die fossilen Formen, b) Herkunft der Ürodelen. c) Phyle- tisches System der Ürodelen. 2. Anuren: a) Zeit- liche Verbreitung fossiler Anuren. b) Arcifera c) Firmisternia. d) Beziehungen zu Ürodelen und Stegocephalen. 3. G>innophionen. 4. Paläogeo- graphische Schlußbemerkungen. Ueber die Vorgeschichte der Ampltibien, welche hier in dem Umfang der Ürodelen, Anuren undGymnophionen aufgefaßt werden, gibt die Paläontologie nur äußerst unvollkom- menen Aufschluß. Fossile Amphibien können wir nur in Süßwasser- und Landablagerungen erwarten. Solche sind besonders aus weiter zurückliegenden Zeiten nicht allzu reichlich fossilführend erhalten. Amphibienreste in ihnen sind Seltenheiten. Das überlieferte Material besclu-änkt sich auf Ürodelen und Anuren. I. Ürodelen. i a) Uebersicht ü b e r die fossilen Formen. Die ersten, Schwanzlurclicharaktere zeigenden Formen begegnen uns im unteren Perm von Illinois (Vermillion County), Texas (Craddock ranch, Coffee creek) und Oklahoma: der jetzt in erklecklicher Zahl von Lidividuen bekannte l L y s 0 r 0 p h u s t r i c a r i n a t u s C o p e ,^) unter w^elchem Namen nach den verschie- denen Darstellungen des Schädels bei B r o i 1 i Gase, Williston mehrere Arten zu- sammengefaßt sind. Die kleinwüchsigen, selten auf mehr als 15 cm Länge zu taxieren- den Tierchen besitzen schlanke, an die der Eidechsen erinnernde, vorne verjüngte Schä- delchen. Große, fast glatte, paarige Parie- talia (ohne Parietalforamen), Frontalia, Na- salia und schlanke Praefrontalia (Lacrimalia Gase, Broili) setzen das breit ver- Imöcherte, in der Form sehr an Goecilien gemahnende, Schädeldach zusammen. Ein kleines „Supraoccipitale" (bei dem es un- entschieden ist, ob es dem Supraoccipitale der Reptilien oder verschmolzenen Post- parietalien der Stegocephalen entspricht) und ,,Epiotica" (= Tabularia Cope, = Squamosa Broili, Gase) nehmen die Hinterregion ein. Das Hinterhauptsloch wird von den zwei Condyli bildenden Ex- occipitalia umrahmt. Broili glaubt ein verknöchertes Basioccipitale mit einem dritten Condylus zu erkennen ; weder Gase noch Willis ton gestehen das zu. Die sehr große, weit nach vorne reichende Augen- lücke wird hinten durch das Squamosum (= Teil des Squamosum Broili, Gase) und das mit ihm durch Naht ( ?) verbundene, schräg nach unten und vorne ziehende Quadratum abgegrenzt; ihre vordere, untere Begrenzung bildet der niedrige Oberkiefer, hinten unten fehlt knöcherne Begrenzung. Die kleinen Nasenöffnungen liegen weit vorne, nahe der Schnauzenspitze. Die Schädel- unterseite zeigt ein großes, breites, vorne spanförmiges Parasphenoid, in dem Gase nach zwei Schädelchen Querteilung in (?) Basi- und Parasphenoid möglich hält (nach Broili Basioccipitale und Basisphenoid). Zwei Bogenreihen spitzer Zähnchen stehen wie bei den Goecilien auf Ober- und Zwischen- kiefer und auf den Vomeres. Der Unter- kiefer mißt kaum "'/^ der Schädellänge. Broili glaubt auf der Schädelunterseite Jugularplatten zu sehen, die W i 1 1 i s t o n 1) t vor dem Gattungs- oder Artnamen be- deutet fossile Gattung oder Art. Amphibia (Paläontologie) 339 für verlagerte Bogenstücke des Atlas er- klärt; letzterer konnte 4 Paare kräftiger, verknöcherter Kiemen bogen nachweisen. Die Wirbelsäule ist lang. Li den unten und auf den Seiten kräftig gekielten, tief amphi- cölen Wirbelkörpern persistiert ein Chorda- kanal; dachfirstartig liegen die miteinander und mit dem Wirbelkörper nicht verwach- senen oberen Bogen- hälften mit Prä- und Postzygapophysen und schlanker Diapophyse dem Körper auf. Die säbelförmig gebogenen, nach Gase zum Teil zweiköpfigen Kippen sind bei der Kleinheit der Form auffallend lang, etwa gleich der Unter- kieferlänge. Brust- und Beckengürtel sind un- bekannt. Nach Willi- ston (1908) besaß f L y s 0 r 0 p h u s sehr kleine N e c t u r u s - ähnliche (4 zehige ?) oder (1910) A m p h i u m a - ähnliche, also reduzierte, Extremitäten. Die von Cope unter Vorbehalt zu den thero- morphen Reptilien ge- steUte Gattung gewann in den Augen Broilis wegen der angeblichen Jugular- platten. um des Wirbel- baues und um der mög- lichen Fußlosigkeit willen (1904) besondere Bedeu- tung. Er sah in ihr einen den Cotylosauriern gleichwertigen Stamm- typus der Reptilien ,,Pa- terosauridae", der die Rhynchocephalen (und da- mit Osborns Diapsida) direkt mit Fischen ver- binden sollte. Die schon damals betonte Aehnlich- keit mit Lacertiliern hat Broili später (1908) unter Umdeutungen der Beobach- tungen von Gase so hoch bewertet, daß fLyso- rophus zum „cältesten" Lacertilier wurde. Auch noch jüngst (1911) hält Broili an der Reptil- natur fest und führt Reptilcharakter im Schädel würde bei fLyso- r oph US das, ,Supraoccipitale "sein, vorausgesetzt, dieser lüiochen entspräche einem echten Supra- occipitale. Für keinen Stamm der Reptilien kann Lysorophus die Bedeutung einer direkten Ahnform besitzen; das beweisen allein schon die reduzierten Extremitäten. Der Besitz von per- sistierenden, knöchernen Kiemenbogen schließt fLysoroplius endgültig von dem Bereicli der /^i ^"-...- p(v b f a,3 Fig. 1. fLysorophus sp. (tricarinatus Cope). Unteres Perm, Texas, a Oberseite. b Unterseite des Schädels mit Kiemenbogen. 4mal vergrößert. Aus Jaekel nach Willis ton. c Unterseite des Schädels. Nach Gase. 2 mal ver- größert, d Wirbel, d^ von links, d„ von oben, dg Längsschnitt vergrößert. Nach Broili. G Wirbelzentrum. Gh Ghordaraum. a* Diapophyse, eo „Epioticum'", Tabulare, f/Frontale, M Rücken- markkanal, Md Unterkiefer, n Nasale, OB Oberer Bogen, p Parietale, pa co Atlas, pf Präfrontale, Pm Prämaxille, Ps (und bs?) Parasphenoid, prz ptz Prä- und Postzygapophyse, q Quadratuni, s Naht zwischen Wirbelkörper und oberem Bogen, so ,,Supraoccipitale?", sq Squamosum. fLysorophus als Tjt) der besonderen Familie fPaterosauridae als Reptilien aus. Williston nennt ihn (1909) „the ^orni von .unsicherer Stellung" im Anhang bei , earliest known type of modern amphibias" und üen Lacertiliern. Leitend für solche Auffassung erhebt ihn zum Typ einer besonderen FamiUe fLysorophidae, ohne deren Stellung gegen- über den heute lebenden Gruppen zu präzisieren. . . - -»* .^v^-.^i,V' J.A.LlXiajOO Ulli ist Br Ollis Interpretation des Hinterhaupts — dreiteiliger Gondylus — und manche Aehnlich- keiten namentlich der Schädelunterseite mit der rezenten Eidechse Amphisbaena. Der einzige Nach sehr langem Intervall, erst in der 22* 340 Amphibia (Paläontologie) untersten Kreide, im Wealden von Bernissaert in Belgien, begegnet uns der nächst Jüngere Vertreter der Urodelen : f H y - laeobatrachus Croyi Dollo. Ein einziges Lidividuiim, ein Schatz des Brüs- seler Museums. Eine tritonälmliche Form | von kaum 9 cm Länge. Der Schädel ist i schlank, vorne auffallend zugespitzt, mit verknöchertem Oberkiefer, dessen Bezahnung undeutlich erhalten ist. Drei Paare ver- Ivuöcherter Kiemenbogen sind erhalten. Die Ziehungen zu lebenden Gattungen nicht immer eindeutig sind. Aus den obereocänen und oligocänen Phosphoriten Frankreichs liegen Skeletteile vor, unter denen die großwüchsigen Wirbel desfMegalotriton Filholi Zitt. , abgesehen von ihrer Opisthocoelie, in ihrer ganzen Form, besonders auch durch die Ge- stalt der Querfortsätze lebhaft an den nord- amerikanischen (Proteiden) Necturus ge- mahnen. Aber Oberarm und Oberschenkel r'VT;^-*: Fig. 2. f H y 1 a e 0 b a t r a c li u s Croyi L. Dollo. Wealden, Untere Kreide, von Bernissaert, Belgien. Skelett von der Bauchseite. Nach Dollo. ^/o natürliche Größe. Wirbel tragen an den Querfortsätzen ganz kurze Rippen. 15 ( ?) präsakrale und wenig- stens 15 Schwanzwirbel besaß die Form. Schulter- und Beckengürtel sind undeutlich, das Schulterblatt ist stabförmig ( ?). Die Ex- tremitäten sind kräftig, fast auffällig groß, mit vorne 4 imd an dem etwas größeren Fuß 5 Zehen. Zweifelsohne eine Urodelen- form. Sie ist ausgewachsen und zeigt ,,peren- nibranchiaten" Typus, aber keine Proteide oder Sirenide, doch ebensowenig unmittelbar mit den Salamandriden zu vereinigen: Ein selbständiger Typ — fHylaeobatra- c h i d a e n. fam. Abermals nach erheblicher Pause, in der oberen Kreide, jetzt wieder in Nord- amerika, in den Judithriver beds von Montana und Bellyriver beds von Assiniboia (Kanada) treffen wir Urodelen. C o p e und L a m b e beschrieben sie: isolierte, tief amphicoele Wirbel, der Atlas mit großen Gelenkflächen, einzelne Wirbel mit abnorm hohen Dornfort- sätzen, ganz vereinzelte Skelett- und Kiefer- reste — fScapherpeton Cope, ein isolierter anders gestalteter Wirbel • — -j- H e - m i t r y p u s Cope. Mit den Amoysto- matinen, also mit Salamandriden verglich Cope diese Reste. Etwas reichlicher fließen die Urkunden aus dem Tertiär, nun aus Europa. Ganz vorwiegend sind es jetzt Formen echter S a 1 a m a n d r i d a e , wenn auch die Be- sind viel größer und außerdem noch durch starke Protuberanzen unter den proximalen Gelenkenden verschieden. Verwandte Reste kommen wohl auch im Unter-Miocän des Mainzer Beckens vor. Mehrfach wurden Salamandriden aus den oberoligocänen und miocänen Süßwasser- ablagerungen Böhmens (Braunkohlen, Dia- tomeenschiefer, Tuffe von Markersdorf, Alt- Warnsdorf, Luscliitz, Sulloditz), des Sieben- gebirges (Rott^ Orsdorf bei Erpelj.und aus dem Miocän F'Ekreichs (Sansan, St. Gerard lePuy^ Puy de Dome) besonders von Hermann V. Meyer und von Laube beschrieben, darunter auch Vertreter der lebenden Gattungen S a 1 a m a n d r a und Triton. Einzehie Typen besitzen bemerkenswerte Eigentümlichkeiten. Bei dem schlank- köpf igen f H e 1 i a r c h 0 n f u r c i 1 1 a t u s H. v.M. aus der Braunkohle von Rott fallen lange, leicht gebogene Rippen (mit seitMchen Fortsätzen) auf, die dem Rumpf langovale Form geben. Auch fPo 1 y s e m i a o g y g i a Goldf. sp. von Orsbergbei Erpel mit 3 Paaren von Oeffnungen im Schädel liat auffallend lange Rippen. fArchaeo triton (Archaeo- triton basalticus H. v.M. aus dem Tuff von Alt-Warnsdorf,Archaeo triton Menzel! Lb. aus dem Diatomeenschiefer von Sulloditz) und wohl auch Triton fopalinus H. v. M. aus Sulloditz haben auffallend hohe Dornfort- sätze. fAr chaeotr iton Menzeli, basal- Amphibia (Paläontologie) 341 dessen Skelett der Mediziner und Mathema- tiker Johann Jakob Sclicuchzer 1726 als ,,homo diluvii testis", als „betrübtes Beingerüst von einem alten Sünder" an- gelangte ein sprach, der Zeuge der Sintflut gewesen sei — fossiler "Vertreter des D e r o t r e m e n - ; für einen Arzt selbst des 18. Jalirhunderts t i c u s und Triton f n o a c h i c u s haben deutlich opisthocöle Wirbel, und f iVr chaeo- triton Menzel i besitzt zweiköpfige Gabel- rippen. Zur größten Berühmtheit Fig. 3. t H 6 1 i , , r c h 0 n f u r c i II a t u s H. v. ]\I. Unter-Miocän, Braunkohle, Rott am Siebengebirge. Nach Hermann v. Meyer. eine bemerkenswerte Leistung. Als Fisch, als Eidechse wurde das Fossil gedeutet, bis G. Cuvier es als Amphibium erkannte. Die bis 1,2 m Länge erreichenden, meist un- vollständigen Skelette, mit deren einem eine Larve mit geringer Skelettverknöcherung gefunden wurde (in den Museen von Karls- ruhe, Konstanz, Zürich, Leyden. London), stimmen fast voUstänclig mit denen des japanischen Riesensalamanders und des jiord- amerikanischen Hellbenders überein; die Hyoide sind außerordenthch stark. Nach der breiteren Schädelform wäre f An d r i a s Scheu chzeri dem Cryptobranchus alleghaniensis Harl. näher als dem Megalobatrachusjaponicusv. d, H 0 e V. Da über das Vorhandensein oder Fehlen eines Kiemenloches nicht zu ent- scheiden ist, kann einer direkten Vereinigung des I A n d r i a s weder mit C r y p t o - branchus noch mit M e g a 1 o b a t r a - c hu s das Wort geredet werden. Eine kleinere Form, f A n d r i a s T s c h u d i i , nur von halber Größe des f A n d r i a s Scheuch- z e r i besclu'ieb H. v. Meyer aus der untermiocänen Braunkohle von Rott. Und kürzlich untersuchte G. C. Laube ein Wirbel- säulenfragment (aus dem Ober-Oligocän von Pretschen bei Bilin) einer großw^üchsigen Form : f A n d r i a s b o h e m i c u s , die er den Vorläufer der Oeninger Art nannte. Als f Or t h 0 p h y a longa und solida beschrieb H. v. Meyer aus dem Ober- Miocän Oeningens Reste von sehr langge- streckten, vielleicht fußlosen Formen mit amphicöleu Wirbeln und schlanken, spitzigen Schädehi. Nach v. Z i 1 1 e 1 wären das viel- Fig. 4. fAndrias Scheuchzeri Tschudi. Über-MioCcän von Oenmgen, Baden. Scheuchzers Original, Bauchseite nach Cuviers Bearbeitung. Ausi Zittel. ^U natürliche Größe. t y p u s : fAndrias Scheuchzeri Tschudi aus dem obermiocänen Süßwas- sermergel von Oeningen, Baden, das erste beschriebene fossile Amphibium überhaupt, 342 Amphibia (Paläontologie) leicht perennibranchiate Urodelen, doch die Deutung ist ganz unsicher. Aus diluvialer Zeit scheinen nur äußerst spärhche Reste von S a 1 a m a n - d r i d e n erhalten zu sein. Bauchpanzers der erwachsenen Branchio- saurier, weitgehende Reduktion der Schädel- panzerung durch Verlust der postparietalen Deckknochen, der die hintere untere Umrah- mung der Orbita bildenden Platten, de« Fig. 5. f Andrias Scheuchzeri Tschudi. Stark verkleinerte Restauration nach Mo 0 die. ca Carpus, eo Exoccipitale, fe Femur, fr Frontale, hu Humerus, hy Hj'oid, il Ileuni, mx Maxillare, n Nasale, pa Parietale, pmx Praemaxillare, prf Praefrontale, pt Pterygoid, qu Quadratura, r, u Radius-UIna, sc Seapula, sq Squamosum, ta Tarsus, ti, fi Tibia-Fibula. ib) Herkunft der Urodelen. Uebereinstimmend bezeichnen C r e d n e r , M 0 0 d i e , T h e v e n i n , Ve r s 1 u y s u. a. die Urodelen, die primitivsten der heute le- benden Vierfüßler, als Nachkommen der phyllospondylen f Branchiosaurier unter den Stegocephalen aus dem oberen Karbon und unteren Perm Europas und der Vereinigten Staaten. Und zumeist werden die rezenten Amphibien mit den Branchiosauriern und den übrigen f Stegocephalen unter dem Begriff Amphibien vereinigt. Unter den fossilen Vierfüßlern gibt es allerdings keine Gruppe, welche größere Aehnlichkeit mit den Urodelen zeigte, als eben die Branchiosaurier. Die allgemeine Körperform bei meist geringer Größe ist die gleiche. Die Ausbildung der Extremitäten ohne verknöcherte Epiphysen, mit normal 4 Fingern und 5 Zehen, stimmt, mit Aus- nahme der Phalangenformel, überein. Die bei den Phyllospondylen tonnenförmigen Wirbel mit weitem Chordakanal mit nicht verwach- senen oberen Bogen, mit kräftigen Querfort- sätzen sind den primitiv amphicölen Urode- lenwirbeln älmhch. Die Rippen der meisten Urodelen sind wie die der Branchiosaurier kurz, gerade, schwach. Den Branchio- saurierlarven kam Kiemenatmung zu. M o o - d i e glaubt bei dem karbonischen Bran- chiosaurier f M i c r e r p e t 0 n ein Seiten- liniensystem zu sehen gleich dem der Larve von N e c t u r u s. Also eine Fülle enger Beziehungen zwischen Branchiosauriern und Urodelen. Zum Werden eines Urodelen aus einem Branchiosaurier bleibt aber eine Älenge von ümprägungen notwendig: der Verlust des aus knöchernen Schuppen bestehenden Supratemporale, des Quadratojugale und Jugale, Verlust der Skierotikalplatten (da- durch erhebhche Vergrößerung der Augen- Schläfenhöhle), Verlust des Parietalforamens, Umgestaltung und weitgehende Reduktion des Schultergürtels. Dann ist nötig: Verbrei- terung des Parasphenoids, stärkere Ver- knöcherung der Wirbel, der Rippen, die nor- mal zweiköpfig werden. Solche Umprägungen müßten z. T. recht schnell vor sich gegangen sein, da schon bei dem unterpermischen, also den meisten Branchiosauriern gleich- altrigen f L y s 0 r 0 p h u s die Reduktion der Deckbiochen in der Orbital- und Post- parietalregion (mit Ausnahme der ,,Epiotica"- Tabularia) und die Verbreiterung des Para- sphenoids vollzogen ist. Außerdem hätten die Umprägungen von Branchiosauriern zu jün- geren Urodelen sich nicht in einfach grad- linigem Vorschreiten abgespielt, wie das postparietale ,,Supraoccipitale" bei fLyso- r 0 p h u s bev»Tist : eine Umwandlungsreihe 1) 2 postparietale Deckknochen bei Branchio- sauriern, 2) Verschmelzung zu einem Supra- occipitale bei f L y s o r o p h u s , 3) post- parietaler Ivnorpel bei jüngeren Urodelen, böte ebenso viel Unwahrscheinhches, wie das nur zeitweilige Auftreten eines echten Supra- occipitale allein bei fL y s o r o p h u s. Die Umwandlung der Branchiosau'-ierblattwirbel in die der Urodelen ist nach G a d o w s Literpretationen denkbar; die Wirbelkörper von f Lysorophus ähneln aber mehr denen der lepospondylen f Mikrosaurier. Das über- einstimmend genannte Merkmal der kurzen, geraden Rippen (Mo o die) besitzt nur sehr eingeschränkten Wert, da ja bei fLyso- r 0 p h u s im Perm und f H e 1 i a r c h o n , wie S a 1 a m a n d r a 1 a t i c e p s H. v, M., Amphibia (Paläontologie) 343 f P 0 1 y s e m i a im Tertiär lange, gebogene Rippen ausgebildet sind. Das erinnert eher an Mikrosaurier unter den Stegocephalen, nicht an Biancliiosaurier. Als Neuerwerbung haben tertiäre Salamandriden zudem auch Gabelrippen, bei denen man von Processus uncinati sprechen könnte. Noch sei hervor- gehoben, daß die Entwickelungsrichtung der Branchiosaurier durch Erwerbung des Bauchpanzers in nachlarvalen Stadien eine andere ist wie bei den Urodelen. Dort viel intensivere Anpassung an kriechendes Leben auf dem Lande. Bei den des Bauchpanzers entl)ehrenden Urodelen muß angenommen werden, daß für die Vorfahren der heute erwachsen auch als Landbewohner existie- renden Formen das Leben im Wasser längere Zeit eine größere Rolle spielte als für die Branchiosaurier (vgl. z. B. V e r s 1 u y s). Diese durch Beobachtungen über Erschei- nungen der Neotenie bei lebenden LTrodelen gewonnene Anschauung findet im fossilen Mateiial wertvolle Stütze: f L y s o r o p h u s im Perm, f H y 1 a e o b a t r a c h u s in der unteren Kreide haben erwachsen 4 oder 3 Paare verlaiöcherter Kiemen bogen, beiden eignete also Kiemenatmung noch in erwach- senen Stadien. Die Abstammung der Li'odelen von den Branchiosauriern muß als möglich bezeichnet werden, einwandfreie Beweise gibt es für sie nicht. Beide Gruppen sind wohl eher durch — bis jetzt unbekannte — Stammesgleich- heit verwandt. Die Branchiosaurier mit den Urodelen zusammenzuschweißen und von den übrigen Stegocephalen ganz zu trennen, wie das besonders M o o d i e befürwortet, geht nicht wohl an. ic)Phyletisches System der Urodelen. Das fossile Urodelenmaterial könntenach fLysorophus undfH y 1 ae o- b a t r a c h u s so ausgelegt werden, daß der Perennibranchiaten- oder Ichthyoidtypus der Vorläufer der übrigen Urodelen, speziell der Salamandriden (undAmphiumiden) sei. f Ly- sorophus wäre dann ein nur in bezug auf die Extremitäten reduzierter Perennibran- chiat, (?) Proteide, und f H y 1 a e o b a - t r a c h u s würde ein nicht einmal bezüglich der Extremitäten reduzierter Perennibran- chiat sein. Die Untersuchungen von C o p e , den Sarrasins, Boas, Simroth, E. T. E ra e r s 0 n u. a. über Neotenie bei den Urodelen ergaben, daß „perennibranchiat", „ichthyoid" physiologische Charaktere sind, die — mehrfach und unabhängig erworben — keine Bedeutung zur Unterscheidung natür- licher Gruppen (Unterordnungen oder Familien) besitzen können. Unter diesem Gesichtswinkel sagen die fossilen Urodelen, daß f L y s 0 r 0 p h u s , f H y 1 a e o b a - trachus zwar perennibranchiate Charaktere zeigen, daß sie aber mit den rezenten Perenni- branchiaten in keinerlei direktem gene- tischem Zusammenhang stehen können. Ein Weg: f L y s 0 r 0 p h u s mit reduzierten Ex- tremitäten, f H y 1 a e 0 b a t r a c h u s mit normalen, Protei dae und S i r e n i d a e wieder mit reduzierten Füßen (und Ober- kiefern), ist undenkbar. L y s 0 r 0 p h u s mit s?iner besonderen Schädel- und Wirbelkonstruktion bedeutet einen von den übrigen Urodelen seitab ste- henden Zweig, f H y 1 a e 0 b a t r a c h u s ist, so wenig über die Osteologie des Schädels bekannt ist, am besten als ein mit persistie- renden Kiemen versehener Salamandriden- verwandter zu deuten. Er bedeutet entweder eine zu perennibranchiater Organisation ge- richtete Abzweigung des Urodelentyps oder eine jener theoretisch geforderten Salamandri- denalmformen, die durch Neotenie gegenüber ihrer Ahnengruppe ( ? Branchiosaurier) länger oder dauernd an das Wasserleben angepaßt blieb, auch länger wie ihre Nachkommen, die in den tertiären und quartären Salaman- driden dem Leben auf dem Lande zurück- gewonnen wurden. Von beiden Möglichkeiten hat die zweite um der nicht verkümmerten Extremitäten des f H y 1 a e o b a t r a c h u s willen die größere Wahrscheinlichkeit für sich. Das paläontologische Material ergibt in gutem Einklang mit dem lebenden als eigent- lichen Träger des Urodelencharakters den Typus der Salamandriden, dessen weitere Gliederung vorläufig paläontologisch kaum durchführbar ist. Von ihm zweigen unab- hängig ])erennibranchiat und derotrem wer- dende Ichthyoidtypen ab. Als Stammes- bild hat das' auf " der folgenden Seite ent- worfene zu gelten; dort sind unter Sala- mandridae Ämbystomatinae, Salamandrinae und Plethodontinae zusammengefaßt. 2. Anuren. 2a) Zeitliche Ver- breitung fossiler Anuren. Wie die Zahl der lebenden Kröten und Frösche wesentlich größer ist als die der Schwanz- lurche, so sind auch fossile Anuren in wenig- stens etwas größerer Anzahl bekannt. Ver- hältnismäßig oft wurden ganze Skelette ge- funden und — in den tertiären Braunkohlen von Rott, Orsberg im Siebengebirge und von Kaltennordheim in der Rhön — eine größere Zahl von Larven in verschiedenen Entwicke- lungsstadien der Gattungen fP a 1 a e 0 b a - t r a c h u s und R a n a. Alle fossilen Formen sind P h a n e r 0 - g 1 0 s s a. Die ältesten Reste von Froschlurchen — Kröten — entstammen dem oberen J u r a. L. M. V i d a 1 beschrieb aus einem lithographischen Schiefer des Kimeridge von Montsech in der spanischen Provinz Lerida als f P a 1 a e 0 b a t r a c h u s G a u d r y i 344 Amphibia (Paläontologie) Perennibrachiate Seitengnippen Proteus Sirenidae o ss' Necturus- Typhlomolge es Derotrenie Seitengruppen . Amphiumidae Megalobatrachidae -f Andrias f Hylaeobatrac hidae Lysorophidae — ( ? f Branchiosauria ? ). V i d. den Abdruck eines vollständigen Ske- lettes, an dem nur die Hände fehlen. Die ziem- lich schlanke Form — Kopf-Beckenlänge 34 mm, Kopfbreite 9 mm, Schädel länger als Wirbelsäule olme Coccyx — zeigt vollkommen typisches Anurengepräge. Bestimmende osteologische Details sind nicht erkennbar, so daß die Zurechnung zur tertiären Gattung j-Palaeobatrachus Tschudi und V i d a 1 s Hinweis auf Aelmlichkeiten mit B 0 m b i n a t 0 r allein aus dem allgemeinen Krötenhabitus gewonnen sind. Eine zweite Art aus dem Jura — von Wyoming, Nord- Amerika — nannte 0. C. M a r s ji f E o b a - t r a c h u s a g i 1 i s n. g. n. sp. ; sie zu beur- teilen ist nicht möghch, da sie weder beschrie- ben noch abgebildet wurde. Das einzige, was Marsh von ihr sagte, ist, sie sei klein- wüchsig. Aus der Kreidezeit sind keine Anuren erhalten. Im Tertiär, besonders Mitteleuropas, kommen Froschlurche an einer größeren Zahl von Fundorten vor, zumeist sind es dieselben, welche auch Urodelen lieferten. Tn den obereocänen und oligocänen Phos- phoriten des Quercy— Departement Lot, Süd- frankreich — in den oligocänen und miocänen Braunkohlen- und Süßwasserablagerungen Nordböhmens, der Rhön (Kaltennordheim, Sieblos), der Wetterau, im Mainzer Becken (Hochheim, Weisenau), von Rottund Orsberg am Rhein, von Oeningen, der Schwäbischen Alb, bei Günzburg in Bayern, der Auvergne, Provence und Ober-Italiens wurde eine ganze Menge teils ausgestorbenen, vielfach abernoch lebenden Gattungen angeliörender Formen gefunden, und zwar sowohl Areiferen wie Firmisternien. Außerhalb Europas ist nur aus dem Eocän Ost-Indiens, von Bombay, ein Ranide Ijekannt, und aus dem Eocän von Wyoming hatCope unbenannte Anurenreste erwähnt. Die in diluviale n Höhlenablagerun- gen und im Löß, namentlich Mitteleuropas, seltener in Süd- und Nordamerika, gefundenen Reste entstammen durcliweg lebenden Gat- tungen und auch wohl Arten. 2 b) A r c i f e r a. Wenn die Bestimmung des Anuren aus dem Jura Spaniens als fPalaeobatrachus richtig ist, dann ergäbe sie das auch sonst Wahrscheinliche, Fig. 6. fPalaeobatrachus grandipes Gieb. Unter-Miocän, Braunkohle, Orsberg, Siebengebirge. Vs natürliche Größe. Nach Wolters torff aus Zittel. durch die Ontogenie der Firmisternia gefor- derte Resultat, daß der Stamm der Areiferen der ältere der Phaneroglossen sei. Die sonst aus dem Tertiär, Unter-Oligociin bis Mittel- Miücän, in 15 Arten mit mehreren Varietäten Amphibia (Paläontologie) 345 nachgewiesene Gattung f P a 1 a e o b a - trachus Tschudi mit meist ziemlich kleinwüchsigen Formen, deren Schädel länger ist als die Wirbelsäule ohne Coccyx, kann aber nicht derwirkhch älteste, ursprüng- lichste Arciferentypus sein. Das zeigen die Verwachsungen der Wirbel (1. + 2. und 7.+ 8. + 9.) und der Querfortsätze (am 8. und 9., bei f Palaeobatrachus Fritschi am 7., 8. und 9. Wirbel), sowie das Fehlen von Rippen und die Verschmelzung der Frontoparietalia zu einer Platte, die bereits bei vorgeschritte- neren Larven eintritt. Zweifelsohne primi- tivere Merkmale — Rippen, zwei Querfort- sätze am Coccyx — besitzen die Discoglos - siden, nach Gadow die altertümlichsten Kjöten überhaupt. Fossil sind diese aller- dings erst seit dem Oberoligocän bekannt: fP r 0 t 0 p e 1 0 b a t e s g r a c i 1 i s Rieb, von Sulloditz in Röhmen, eine an R o m - b i n a t 0 r erinnernde Form. Vereinzelte Reste von Disco glossus selbst sind bei Hochheim und Weisen au im Mainzer Recken gefunden. Alytes (Alytes fTro- s c h e 1 i H. V. M.) ist aus der untermiocänen Rraunkohle von Rott bekannt, und fP e 1 o - p h i 1 u s A g a s s i z i T c h u d i , wieder R 0 m b i n a t 0 r nahestehend, wurde im Ober-Miocän von Oeningen gefunden. Den Discoglossiden wird auch die gewaltige f L a t 0 n i a S e y f r i e d i H. v. M. aus dem Oeninger Ober-Miocän zugezählt: Eine aus- gestorbene Riesenkröte — Lavater hielt sie für einen Vogel — von etwa 19 cm Kopf- Reckenlänge, mit rippenlosen, procölen Wir- behi und breitem Querfortsatz am Sakral- wirbel; der kurze, stumpfe Schädel zeigt verwachsene Stirnscheitelbeine, kleine Augen- höhlen, Haut verknöcherungen kommen an ihm vor. Die nach Gadow von den Discoglossi- den zu den auch fossil gefundenen C y s t i - g n at h i d en (C e r a t o p h r y s und *L e p - t 0 d a c t y 1 u s im Diluvium von Lagroa Santa, Rrasilien) hinüberleitenden P e 1 o - batiden sind aus der untermiocänen Rraunkohle von Rott (P e 1 o b a t e s fDecbeni Trosc h.), aus dem Mainzer Tertiär und aus dem Diluvium von Thiede in Rraunschweig bekannt. R u f o n i d e n , nach Gadow auch aus Pelobatiden hervor- gegangen, sind fossil weiter zurückzu verfolgen als letztere, bis ins Alttertiär : Rufo fserra- t u s F i 1 h. in den Phosphoriten des Quercy, von wo F i 1 h 0 1 wohlerhaltene Mumien dieser Kröte beschrieb. Mit Ausnahme der (aus den Cvstigna- thiden hervorgegangenen ?) H y 1 i d a e sind also Vertreter aller Hauptfamilien der Arei- feren fossil bekannt, aber in einer zeitlichen Aufeinanderfolge, welche kein Abbild der auf die Organisation gegründeten phyleti- schen Verhältnisse gibt. Den fPalaeobatrachideu, welchen die Be- deutung einer Wurzel der Arcifcren nicht zu- kommen kann, wird in anderer Richtung viel Gewicht beigemessen. Während Bou lenger nächste Beziehungen zwisclien f Palaeobatra- chus und manchen, nach der Zahl und Bildung der Wirbel altertümlich zunennenden Pelobatiden, besonders der Gattung Batrachopsis aus Neu- Guinea sah, betonte Woltersdorff , daß Pa- laeobatrachus durch den Bau der Sakral- region, des Schultergürtels, durch die verwach- senen Stirnscheitelbeine, die Form der Pterygoide und durch die Hinterhauptsregion auch Anklänge an Xenopus (Dactylethra) zeige; fPalaeo- batrachus sei vielleicht ein ,, Kollektivtyp", der zu den Pelobatiden wie auch zu den Aglossa hinüberleite. Gadow stellt f Palaeoba- trachus direkt mit den jetzt in tropischen und südlich-subtropischen Gebieten lebenden Gat- tungen Xenopus (Dactylethra), Pipa und Hymenochirus zu den Aglossa. Dann wären die Aglossa, wie schon mehrfach angenommen, die ältesten der Anuren? Die lebenden Formen sind unter anderem durch Reduktion der Wirbel- zahl, durch die Verwachsung von Sakrum mit Coccyx, Verwachsung der Frontoparietaüa, durch den zum firmisternen Typ hinüberführenden Bau des Schultergürtels und durch die voll- kommene Anpassung an das Wasserleben be- sonders spezialisiert; durch den Besitz von min- destens in der Jugend freien Rippen sind sie altertümlich. Nacli dem Bau der Wirbelsäule könnte man an engere Beziehungen von f Pa- laeobatrachus zu Pipa oder Hymenochirus denken, bei denen das Saki'um durch den 8. und 9. oder 6. und 7. Wirbel gebildet wird, nicht aber zu Xenopus mit nur einem — und zwar dem 9. — Sakralwirbel. Der Besitz von Rippen beiden Aglossa schließt es aus, daß fPalaeoba- trachus ihr Ahn sein könne. Ebensowenig ist direkte Verbindung zwischen f Palaeoba- trachus und den Pelobatiden beweisbar, t Palaeobatrachus ist ein frühzeitig nach der Richtung der Aglossa spezialisierter Zweig der Anuren. der am besten bei den Phaneroglossa areif era belassen wird. 2c) Firmisternia. x\ußer mehreren unvollständig erhaltenen und in bezug auf ihre Stellung noch nicht genügend zu fixierenden Formen aus dem Oligocän und Miocän Frank- reichs und Italiens sind Frösche, und zwar R a n i d a e , seit dem Alttertiär bekannt. Im Eocän Ostindiens, bei Rombay, wurden sehr zahlreiche Skelette des kleinen, zierlichen 0 x y g 1 o s s u s f p u s i 1 1 u s 0 w. s p. gefunden, des ältesten Angehörigen einer heute üi Hinterindien und auf den Philippinen lebenden Gattung. Fossile Arten der Gattung R a n a kennt man ebenfalls seit dem Alt- tertiär: Ran afplicata Filh. in den Phos- phoriten des Quercy, z. T. in ,, Mumien" er- halten. An den meisten der oligocänen und miocänen Fundplätze von iVnuren, sind Ran a- Arten nachgewiesen. Eine nach den Reob- achtungen von Wolter stör ff und Eber- hard Fr aas festzustellende Formenreihe ver- dient Reachtung: Rana f Meriani H. v. M.. 346 Amphibia (Paläontologie) Unter-Mio fäll von Rott, — Rana f Danu- bina H. V. M., Ober-Miocän von Günzburg, — Rana Danubina var. frara 0. Fraas, Ober-Miocän von Steinheim, — Rana e s c u 1 e n t a L., Quartär. Rana nahe- stehend, aber durch die geringe Entfaltung des Condylus am Oberarm niedriger organi- siert ist f A s p h a e r i 0 n R e u s s i H. V. M. aus der Braunkohle von Luschitz in Böhmen. Für die Festlegung verwandtschaftlicher Be- ziehungen zwischen Kröten und Fröschen liefert das fossile Material keine Hilfe, stehen doch — wenn wir von dem jurassischen fPalaeo- batrachus Gaudryi absehen — Arcifera und Firmisternia seit dem Alttertiär getrennt neben- einander. Solche Feststellung hindert nicht, die Firmisternien als den jugendlicheren Anuren- zweig anzusehen, dessen Trennung von den Areiferen sicher schon früher, lange vor tertiärer Zeit, vollzogen sein muß. 2d) Beziehungen zu Urodelen und S t e g 0 c e p h a 1 e n. Die Anuren sind ein seit weit zurückliegender Zeit voll- kommen gefestigter Ast des Amphibien- stammes, der seit seinem ersten bekannt ge- wordenen Auftreten im oberen Jura trotz der Anpassung an recht verschiedene Lebens- gewohnheiten keine wesentlichen Umprä- gungen erfahren hat. Scharf getrennt stehen also mindestens seit dem Jura die Frosch- lurche den Schwanzlurchen gegenüber. So- weit nach rezenten und fossilen Skeletten zu urteilen ist, knüpft kein osteologisches Merkmal — außer den allgemeinen Amphi- ))iencharakteren, außer den nicht verknöcher- ten Epiphysen der Gliedmaßenknochen und dem fehlenden Parietalforamen — ein engeres Band zwischen Urodelen und Anuren. Die normalen Urodelen, die Salamandriden, haben in Form und Skelett teils primitivste Tetra- podencharaktere gewahrt — z. B. fast gleiche Größe von Vorder- und Hinterextremität, Bau der Wirbel — teils zeigen sie Merkmale der Reduktion, wie im Schultergürtel. Bei den Annren dagegen alles weit und zwar progressiv spezialisiert, mit Ausnahme der knöchernen Erhaltung des Jochbogens, der eine Erinnerung an Stegocephalen bildet. Wenn die Anuren von den Urodelen abzweig- ten, dann muß solche Abtrennung lange vor jurassischer Zeit stattgefunden haben. Die Paläontologie kann aber keinen Beweis für die Abstammung der Anuren von den Urodelen liefern. Für die eigenartige Ausbildung der Anu- rengliedmaßen scheint es in alter Zeit ein Analogon zu geben : bei der zu den Stego- cephakni gehörenden Mikrosaurierform -j-P e - 1 i 0 n L y e 1 1 i W y m. aus dem Oberkarbon von Linton, Ohio. Dort sind — aber bei un- verkürzter Wirbelsäule — auffällig lange Gliedmaßen, besonders Hinterfüße, vorhan- den. Erneute Untersuchung von f P e 1 i o n wird hoffentlich Gewißheit geben, ob hier Formgleichheit durch Abstammung oder nur Konvergenz zwischen dem Miki-osaurier fPelion und den Froschlurchen vorliegt, und weiter, ob nicht vielleicht die Anuren aus einer andereji Wurzel in den Stegoce- phalen sproßten als die Urodelen. wie solche u. a. von E. D. C o p e vermutet wurde. 3. Gymnophionen (Coecilia, Apoda). Fossile Blindwühlen sind unbekannt, und zur Beurteilung ihrer phyletischen Stellung fehlt jede paläontologische Grundlage. Die z. B. an I c h t h y 0 p h i s und S i p h 0 - n 0 p s erinnernde Schädelform des unter- permischen Urodelen fLysorophus be- weist ebensowenig die Abstammung der Gymnophionen von den Schwanzlurchen, wie aus der Fußlosigkeit ein genetischer Zu- sammenhang zwischen den stegocephalen f Aistopoden und den Gymnophionen ge- schlossen werden dürfte. Das in den wesent- lichen Deckknochen vollkommen anders ge- staltete und vereinfachte Schädeldach der Aistopoden beweist schon allein, daß die von A. F r i t s c h und G. S t e i n m a n n ange- nommene Verbindung der karbon-permi- schen Aistopoden mit den lebenden Blind- wühlen unmöglich ist. Der stegale Schädel- typ und die bei den meisten Gymnophionen vorkommenden Bauchschuppen könnten ja direkt auf f Stegocephalen (f Mikrosaurier ?) als Ahnen hinweisen. Doch unter diesen ist bis jetzt keine Form oder Gruppe bekannt, die zwanglos die auch zeitlich sehr weite Lücke zwischen Stegocephalen und Gymno- phionen schlösse. Für die Gymnophionen in den Stegocephalen eine Sonderwurzel zu finden, entbehrt vorläufig ebenso der Be- weismöglichkeit, wie die verschiedenen Ver- suche, sie direkt von den Urodelen abzu- leiten, hypothetisch bleiben. 4. Paläogeographische Schlußbe- merkungen. Die sehr lückenhafte Kenntnis fossiler Reste der drei paläontologisch un- verbundenen Amphibienstämme, die es nicht ermöglicht, die Fragen der Stammesge- schichte befriedigender Lösung entgegenzu- führen, verhindert es auch, die Amphibien in geologischer und paläogeographischer Be- ziehung erfolgreich auszunutzen. Eins ist eindeutig: die Art ihres Vorkommens. Auch fossile Formen kennen wir nur aus Süß- wasser- und Landbildungen, also von Land- festen der Vergangenheit. Aber: Wo entstanden die Amphibien und auf welchen Wegen wurden sie verbreitet ? Der unterpermische Ur 0 d e 1 e f Lvso- r 0 p h u s könnte Nordamerika als Ent- stehungsgebiet annehmen lassen. Doch L y s 0 r 0 p li u s ist sicher nicht d e r Ahn der Urodelen oder der Salamandriden. Die Kreide zeigt uns Urodelen in Europa und Nordamerika. Jm Tertiär ist — nach Amphibia (Paläontologie) — Amphiiieura 347 dem überlieferten IMaterial — die Verbreitnng auf Europa beschränkt; heute sind sie über! die Nordheniisphäre verbreitet. Die Ent- stehung der Urodelen in der atlantischen Hälfte der Nordheniisphäre, wo Aeonen hindurch verbindendes Land zwischen Europa und Amerika lag, ist höchstwahrscheinlich; mög- j lieh ist es, daß die Verbreitungswege vornehm- lich vom westlichen Eurojja ausgingen, wie es für die Megalobatrachiden und wohl auch für die Amblystomatinen sehr wahrschein- 1 lieh ist. I Für die A n u r e n , jetzt auf den Ländern [ der Nord- und Südhemisphäre gleichmäßig ; verbreitet, ließe sich ähnliches wie für die ' Urodelen annehmen. Tm oberen Jura:; Froschlurche in Europa und Nordamerika, zu einer Z?it, da die Brücken zwischen Eu- ropa und Nordamerika schon sehr wesent- lich eingeschränkt waren; Heimat oder Ent- stehungsgebiet ist also die Nordhemisphäre lange vor jurassischer Zeit. Im Tertiär, und soweit Ueberlieferung reicht, ganz über- wiegendes Vorwalten im westlichen Europa. Manche Wanderungen und Verbreitungs- wege müssen sehr alt sein, wie Anuren im Eocän von Wyoming, der Ranide 0 x y - glossus im Eocän Ostindiens und das Vorkommen der Cystignathiden im Dilu- vium Brasiliens beweisen. Details ableiten zu wollen, wäre phantastisch. Dunkel wie über die Geschichte des G y m n 0 p h i 0 n e n Stammes herrscht über sein Werdegebiet und seine Wanderwege, die ihn weit über den Tropengürtel verbreiteten. Literatur. Zusammenstellungen in K. A, v. Zittel, JLindbuch der Palaeontologie, 1887 bis 1890, Bd. 3, und in Derselbe^, Grundzüge der Palaeontologie, II. Abt. Vertehrata, 2. Aufl., 1911. J. F. Poinpi'c1\J. Amphinenra. Die Gruppe der Amphineuren. 1. Die Solenn gastren : a ) Körperf onn und Integument. b)Norven System, c) Muskulatur, d) Darm und lüemen e) Herz, Gefäße uml Ge- schlechtsorgane, f) Ent- wickelung. g) Systematik, h) Biologie, i) Geographi- sche Verbreitung. 2. Die Polyplacophoren oder Chi- tonen: a) Rückenschale, b) Muskulatur, c) Nerven- system, d 1 Verdauungs- organe, e) Herz, Gefäße, Keimdrüsen, Niere, f) Ent- wickelung. g) Biologie. 7i) Verbreitung, i) Syste- matik. Die Gruppe der Amphineuren. Unter Fig. 1. dem Namen Amphineu- ren hat Hermann von Jhering zwei Tiergruppen vereinigt, die ein paar seitliche Längsnervenstränge besitzen und die sicher in einer unmittelbaren verwandtschaftlichen Beziehung zueinander stehen, obwohl sie in mehreren Organen große Unterschiede aufweisen. Es sind die Gruppen der S o 1 e - no gastren und der Polyplaco- phoren, von denen jene nähere Bezie- hungen zu gewissen Würmern, besonders den Gordiiden und Anneliden , diese zu den eigentlichen Mollusken erkennen läßt. Die Amphineuren stellen somit wichtige Bindeglieder zwischen Würmern und Mollus- ken dar. Unsere Kenntnis von den Solenogastren ist noch jung. 1841 wurde die erste Art, C h a e t 0 d e r m ain i t i d u 1 u m , von Lo- V e n beschrieben ; gegenwärtig kennen wir über 60 Arten, die zu etwa 30 Gattungen ge- stellt w^erden. Da sie mit wenigen Ausnahmen anatomisch untersucht sind, kann man unsere Kenntnis von der Gruppe schon als erfreulich bezeichnen, wenngleich sicher noch viele neue Formen werden in Zukunft aufgefunden werden. I.' Die Solenogastren. la) Die Körper- form ist wurm- oder walzenförmig (Fig. 1) drehrnnd oder seitlich etwas zusammen- gedrückt, zuweilen am Rücken gekielt, das Verhältnis der Länge zum Querdurchmesser schwankt zwischen weiten Grenzen. In der Regel verläuft in der Mitte der Unterseite eine Längsrinne, die hinter der Mundöffnung beginnt und vor dem After aufhört oder sich in diesen hinein fortsetzt ; in ihr liegt meistens eine flimmernde, unten zugeschärfte Hautfalte. Mund- und Afteröffnung sind an den Körperenden oder nicht weit davon an der Unterseite gelegen. Die Oberfläche des Körpers ist stets mit einer Cuticula bekleidet, in der Kalkkörperchen stecken; jene kann ziemlich dünn oder sehr dick sein, diese haben bald die Form von Schuppen, bald von Nadeln, die zumeist hohl sind, zuweilen kommen da- Proneomenia Sluiteri. rechten Seite. B von unten. 2/3 Größe. A von 0 Mund, cl After. der 348 Anipliineura neben andere Formen vor, z. B. rinnenförmige mit dreieckiger Verbreiterung am Ende oder liakenförmige. Wenn die Cuticula bedeutende Stärke hat, bildet in ihr das darunter liegende Epithel keulenförmige Fortsätze, die viel- leicht als Hautsinnesorgane anzusehen sind. Ein kleines Grübchen am Hinterende stellt ein Sinnesorgan von zweifelhafter Bedeutung dar. Augen und Otocysten fehlen. ib) Das Nervensystem der Soleno- gastren (Fig. 2) besteht aus einem Ganglion am Vorderende, das hauptsächlich die Tastfäden der Mundhöhle versorgt, und aus zwei Paaren von Längsstäm- men, von denen die ventralen miteinander und mit den seitlichen durch mehrere quere Verbindungen zusammenhän- gen. Ein Paar kleiner Ganglien innerviert den Vor der dar m. IC) Die Kör- per m u s k u 1 a - t u r besteht aus einem vier- schichtigen Hautmuskel- schlauch, der vollkommen wie bei gewissen Würmern be- schaffen ist ; da- neben finden sich unter dem Darm verlau- pflegt. Der Mitteldarm zeigt häufig jeder- seits eine Reihe regelmäßiger Seitentaschen (Fig. 3), ausnahmsweise hat sich der drüsige Fig. 3. Horizontalschnitt durch ein Stück der mittleren Gegend des Körpers von Proneo- menia Sluiteri. Man sieht die von rechts und links in die Mitteldarmhöhle vorragenden Septen erster, zweiter, dritter und vierter Ord- nung. In der Tiefe die dorsale Wand des Mittel- darnies und seine Rinne, welche in die Zwitter- drüse einschneidet. Teil von dem leitenden als längsgerichteter Blindsack gesondert. Hinten verengt sich der Darm und mündet in einen erweiterten Hohlraum, der meistens auch die Ausmlin- dungen der Keimdrüsen enthält. Zuweilen weist dieser hintere Hohlraum eine Anzahl mehr oder weniger starker Radiärfalten auf (Fig. 5), die als K i e m e n dienen, selten enthält er zwei doppelfiedrige Kiemen (Fig. 4). Fig. 4. Fig. 5. Fig. 2. Nervensystem von Neomenia carinata, schematisch. Nach Wiren. 1 Cerebralganglion, 2 vorderes Seitenganglion , 3 vorderes Pedalganglion, 4 Seitenstrang, 5 Bauchstrang. fende Bänder meist quere und regel- mäßig zwischen den Darm- taschen angeordnete von der Bauchmitte nach den Seiten verlaufende schräge Züge. I d ) D a r m und K i e m e n. Vorn am Anfang des Darmkanals findet sich in der Regel eine mit mehr oder weniger zahlreichen Tastfäden ausgestattete Mundhöhle. Der eigentliche Vor- derdarm zeigt sehr verschiedene Ausbildung, die für die Systematik wichtig ist; bald ist er vorstülpbar oder nicht, bald gerade oder ge- knickt, bald weit oder eng, häufig mit ver- schiedenartigen Drüsen ausgestattet, nicht selten mit einer kleinen Reibplatte, die sich ähnlich der von Mollusken verhält, aber doch in der Regel einfacher ist und einer zusammen- hängenden Grundmembran zu entbehren Fig. 4. Herz und Kiemen von C ha e to- der ma nitidulum von oben gesehen. Nach Wiren. 1 Herz, 2 abführendes Kiemen- gefäß (Kiemenvene), 3 Kieme, 4 hinteres Rücken- gefäß, 5 dorsale Oeffnung im Herzen, durch welche die Kiemenretraktoren hindurchtreten, 6 vordere Anschwellung des Herzens als rudi- mentäre Herzkammer aufgefaßt, 7 vorderes Rückengefäß. Fig. 5. Hinterende von Neomenia carinata von hinten und unten gesehen. Nach Wiren. Man sieht in die Kloake hinein, in der sich als Falten der Wand, im Kranze angeordnet, die Kiemen k erheben. Amphineura 349 le) Herz, Gefäße und Geschlechts- trägt. Dann erhebt sich in der Einstülpung ein Organe. Das Herz ist sehr einfach. Es be- Vorsprung, der allmählich hervortritt und steht aus einer hinteren Vorkammer und einer den größten Teil des Körpers mit den Kalk- vorderen Kammer, die bald im Hohlraum des plättchen bildet, während die Wimperung sich Perikards frei hegt, bald mit dessen oberer rüekbildet. Die Larve einer Art, die in er- Wand verwachsen ist; sie setzt sich nach vorn wachsenem Zustande Kalknadeln besitzt, in eine unvollkommen abgegrenzte Aorta ist durch die Gegenwart von Kalkplättchen fort, die geradlim'g über dem Darm und unter ausgezeichnet. der Leibeswand verläuft und sich vorn in ig) Systematik. Für die systema- den mehr oder weniger weiten Hohlraum tische Einteilung werden vor allem die Körper- öffnet, der die Eingeweide umgibt (Hämo- bedeckung, die Ausbildung des Vorderdarms cöl). Unter dem Darm ist zuweilen ein mit seinen Drüsen und mit der — häufig Längsgefäß angedeutet, das sich bei kiementragenden Gruppen hinten bis zu den Kiemenfältchen fortsetzt. Aus diesen ge- langt das Blut sogleich in die Vorkammer des Herzens. Das Perikard steht vorn in offener Verbindung mit den Keimdrüsen, hinten mit deren Ausführungsgängen, daher müssen die Keimstoffe durch das Perikard fehlenden — Reibplatte und die Ausführungs- gänge der Keimdrüsen mit den Anhangs- organen berücksichtigt. Gegenwärtig kann man 5 Familien annehmen. 1. Famihe C h a e t o d e r m a t i d a e ohne Bauchrinne, mit dünner Cuticula und flachen, zuweilen nadeiförmigen Kalkkörpern ; 2 gefiederte Kiemen; Vorderdarm mit ziem- lich verschiedenartiger Bewaffnung, Mittel- hindurchgelangen, dieses ist nur ein Teil der Geschlechtsorgane. Ueber dem Darm darm meist mit gesonderter Drüse; Ge hegen neben der Aorta die S \ beiden meist einfach sackf ör migen Keimdrüsen : selten verschmelzen sie in der Mitte zu einem Raum oder sie bestehen aus je einer Reihe von Taschen, die in einen Längsgang münden. Sie sind zwittrig. Die Ausführungs- gänge (Fig. 6) sind zuerst nach vorn gewendet, alsdann biegen sie nach hinten um. werden drüsig und vereinigen sich häufig vor ihrer Mün- dung miteinander. An der Umbiegungsstelle finden sich in der Regel Anhänge, die als Samenijehälter dienen. Zuweilen liegt die Mündung vor der Afteröffnung, mei- stens aber in dem hinteren Hohlraum, in den auch der Darm mündet; selten hat sich ein scheidenartiger vorderer Fortsatz dieses Hohlraumes ausgebildet. Eigentliche Begattungs- organe sind ]uir ausnahms- weise vorhanden, doch kommen nicht selten verschiedene Kalkstacheln und Häkchen in Verbindung mit den Fortpflanzungsorganen vor, die wahrscheinlich bei der Begattung eine Rolle spielen. I f) E n t w i c k e 1 u n g. Ueber die Entwick- lung der Solenogastren ist noch wenig be- kannt, über 2 Arten sind einige Angaben ge Fig. 6. Paramenia impexa. Hinteres Leibesende; von der" rechten Seite ist das Integument wegpräpariert ge- dacht, ebenso ein Stück der Wandung des rechten Nephri- diums. Schematisch. Nach P r u v o t. 1 Integument, 2 üvarialteil der Zwitterdrüse, 3 Hodenteil der Zwitterdrüse, nahe der Stelle, wo letztere in das Pericard 4 einmündet, 5 Drüsenanhang des rechten Nephridiums, 6 dorsale Com- missur der PIeuro^^sceralstränge, 7 als Sinnesknospe ge- deutetes Organ, 8 Slündung des Enddarmes in die Kloake, 9 Kieme, 10 Kloake, 11 Mündung der Nephridien in die Kloake, 12 unterer Teil des Nephridiums, 13 oberer Teil Nephridiums, welcher oben in das Pericard mündet, 14 Enddarm. schlechtsgänge getrennt, ohne äußere Neben- organe. Gattungen Chaeto derma Lo- ven , Prochaetoderma Thiele und Limifossor Heath. 2. Famihe N e o m e n i i d a e. Körper kurz und dick mit Bauchrinne und meistens mehreren Fältchen darin; Cuticula ziemhch dick, meist mit Epidermisfortsätzen und des rechten macht worden. Die einzeln abgelegten Eier mit nadeiförmigen und rinnenförmigen Kalk erfahren eine inäquale Furchung und früh- körpern; radiäre Kiemeid'ältchen; Vorderdarm zeitig werden die großen Zellen eingezogen, mit subepithehalen Drüsen, mit oder ohne Durch 2 Ringfurchen werden 3 Abschnitte an- : Reibplatte, meist vorstreckbar, Mitteldarm gedeutet, deren mittlerer einen Wimperkranz ohne gesonderte Drüse; Geschlechtsgänge 350 Amphineura getrennt oder am Ende vereinigt, zuweilen in einen scheiden artigen Raum mündend, häufig in Verbindung mit Stacheln, die eine Anhangsdrüse aufweisen. Gattungen N e 0 m e n i a Tullberg ; H e m i m e n i a Nierstrasz und Archaeomenia Thiele. 3. Familie P r o n e o m e n i i d a e. Kör- per langgestreckt mit Bauchrinne und einer Falte darin; Cuticula dick mit keulenförmisen Epithelfortsätzen und meist hohlen nadei- förmigen Kalkkörpern; Kiemen fehlen meis- tens; Vorderdarm in der Regel mit An- hangsdrüsen und 2- oder mehrreihiger Reib- platte; Geschlechtsgänge meistens am Ende vereinigt und in die hintere Höhle mihidend, häufig mit nadel- oder hakenförmigen Kalk- körpern verbunden. Gattungen P r o - n e 0 m e n i a Hubrecht, A m p h i m e n i a Thiele, E p i m e n i a Nierstrasz, A n a - m e n i a Nierstrasz, D i n o m e n i a Nier- strasz, S i m r 0 t h i e 1 1 a Pilsbry, R h o - p a 1 0 m e n i a Simroth, P r u v o t i a Thiele und S t r 0 p h o m e n i a Pruvot. 4. Familie M a c e 1 1 o m e n i i d a e. Körper mehr oder weniger langgestreckt, mit Bauchrinne; meist mit starker Cuticula und mit nadelförmigen, zuweilen daneben oder allein mit anders geformten Kalkkörpern; Kiemen vorhanden; Vorderdarm mit oder olme Reibplatte, Speicheldrüsen von ver- schiedener Form; Geschlech.tsgänge ver- einigt, zuweilen in Verbindung mit Begat- tungswerkzeugen. Gattungen P r u v o - t i n a Cockerell, Pararrhopalia Sim- roth, Proparamenia Nierstrasz, C y - c 1 0 m e n i a Nierstrasz, Kruppome- n i a Nierstrasz, U n c i m e n i a Nierstrasz und M a c e 1 1 0 m e n i a Simroth. 5. Familie L e p i d o m e n i i d a e. Kör- per meistens mit Bauchrinne; Cuticula dünn, in der Regel mit schuppenfürmigen Kalkkörpern, ohne Epithelfortsätze; Kiemen fehlen; Vorder darm meistens mit Reibplatte und mit verschieden geformten Drüsen; Ge- schlechtsgänge getrennt oder vereinigt, zu- weilen mit Begattungswerkzeugen. Gat- tungen L e p i d 0 m e n i a Kowalevsky und Marion, Echinomenia Simroth, I c h - t h y 0 m e n i a Pilsbry, S t y 1 o m e n i a Pruvot, Dondersia Hubrecht, M y - z 0 m e n i a Simroth, N e m a t o m e n i a Simroth und N o t o m e n i a Thiele. I h) Biologie. Von der Lebensweise »der Solenogastren weiß man noch wenig, manche leben im Schlamm, andere sitzen auf Gorgoniden oderHydrozoen aufgewunden und nähren sich von den Polypen, wenige führen eine räuberische Lebensweise. Die Beweglich- keit ist verschieden, bei Tieren mit sehr starker Cuticula gering und vermutlich wird bei ihnen nur durch die Wimperrinne eine Ortsbe- wegung ermöglicht. li) Geographische Verbrei- t u n g. Ueber die geographische Verbrei- tung der Solenogastren ist wenig zu sagen; die Mehrzahl der Gattungen ist nur durch je eine Art vertreten und allein die europä- ischen Meere sind leidlich genügend daraufhin durchforscht. Eine Mehrzahl von Arten kennen wir außerdem nur aus den Meeren um die Sunda-Liseln, wenige sind von den amerikanischen, afrikanischen und austra- lischen Küsten beschrieben. Sie fehlen weder in den tropischen, noch in den arktischen Meeren. Ihre vertikale Verbreitung scheint an keine bisher festzustellenden Grenzen gebunden zu sein, einige Arten sind bis in sehr bedeutende Tiefe herab gefunden worden. 2. Die PolypJacophoren oder Chitonen. 2 a) Sie sind von einer achtteiligen Rücken- schale (Fig. 7) bedeckt, der sich eine ring- I ^1 Fig. 7. Chiton. Habitusbild. Nach Pretre Voyage de I'Astrolabe. Fig. 8. Schematische Dar- stellung eines Chitoni- den von der Ventralseite. m Mantel, o Mund, k Schnauze, f Fuß, et Kiemen, a After. förmige, mit schuppen- oder nadeiförmigen Kalkkörpern bekleidete Falte anschließt; an der Unterseite ist ein länghcher Kriech- fuß, der mit dem von Schnecken Aehnlichkeit zeigt, davor eine kurze schnauzen artige Erhebune- sichtbar. In der Rinne zwischen Amphineura 351 dem Fuß und der Rinsrfalte finden sich jeder- seits mehrero doppelfiedrigc Kiemen und in der Mitte der Al'ter (Fig. "8). Die Schalen- stücke (Fig. 9) sind durch Muskehi beweglich miteinander verbunden, so dal.) die Tiere Fig. 9. Drei Schalenstücke von Chiton von oben gesehen. Nach Sampson. a vorn, p hinten, I erstes, V fünftes, VIII achtes Schalenstück, ap Apophysen. sich einrollen und strecken können. Zum Ansatz dieser Muskeln haben die 7 hinteren Stücke vorn je 2 Fortsätze (Apophysen), die unter dem nächstvorderen Stück liegen : auch am Rande zum Ansatz der Muskeln der Ring- falte hat sich bei der großen Mehrzahl eine Verbreiterung der unteren Schalenschicht (Articulamentum) ausgebildet, die an den Endstücken mehrere Einschnitte, an den Mittelstücken in der Regel je einen solchen jederseits aufweist. Diese Einschnitte sind neben der Skulptur, Form und Farbe der Schale systematisch wichtig. Ebenso wichtig ist die Bekleidung der Ringfalte mit meistens schuppenförmigen Kalkkörpern , zwischen denen auf der Oberseite und hauptsächlich am Rande nadel- oder keulenförmige Körper- chen vorhanden sind; zuweilen verschmälern sich die Schuppen oder sie verlängern sich, so daß auch sie nadel- oder stachelförmig werden können. Sie werden durch eine kräftige Cuticula miteinander verbunden, daher verhält sich die Bekleidung der Ring- falte älmlich der Körperbedeckung der Solenogastren, was bei einigen langgestreckten Formen (Cryptoplax), deren Schale sich be- deutend verkleinert und deren Fuß sich sehr verschmälert hat, so daß ihr Körper dem von N e 0 m e n i a älmlich ist, dazu geführt hat, zu jenen eine nähere Verwandtschaft anzunehmen, die aber tatsächlich nicht vor- handen ist. Die Schale wird von Epithel- fortsätzen (Aestheten) durchzogen, die an der Oberfläche durch Kappen von Conchin- substanz abgeschlossen werden; in der Regel enthält je ein Schalenwärzchen einen solchen Fortsatz. Von diesem entspringt eine Anzahl kleinerer Fortsätze (Mierästheten). In 2 Gruppen von Chitonen hat sich ein Teil der x\estheten zu augenähnlichen Organen um- gebildet (Fig. 10), indem sich eine Linse und Pigment entwickelt haben. Diese Organe dürften als Sinnesorgane anzusehen sein. 2b) Muskulatur. Die Muskulatur ent- springt in der Hauptsache von der Schale (Fig. 11), von da geht sie in den Kriechfuß, in den Körperrand und zu den benachbarten Schalenstücken; sie ist von der der Soleno- gastren ganz verschieden. 2C) Nervensystem. Dagegen ist das Nervensystem dem der Solenogastren sehr ähnlich, nur im vorderen Teil sind einige wesentliche Unterschiede wahrzunehmen. Höhere Sinnesorgane (Kopfaugen, Hörbläs- chen oder Statocysten), auch fühlerförmige Anhänge fehlen. In der Mundhöhle unter der Zunge findet sich ein vorstreckbares, vielleicht dem Geschmack dienendes Sinnes- organ. Am Körperrande, besonders an der äußeren Kante und an der Begrenzung gegen die Kiemenrinne, dürfte ein niederes Tast- gefühl ausgebildet sein. In der Kiemenrinne sind bei einigen Arten verschiedene epitheliale Sinnesorgane gefunden worden. 2d) Verdauungsorgane. Die Verdau- ungsorgane sind von denen der Solenogastren sehr verschieden und verhalten sich wie beiden niederen Mollusken. Die Mundhöhle ist ge- räumig und enthält eine von einer Reib- platte bedeckte Zunge, die aus einem knorpel- älmlichen Gewebe in der Umgebung eines Paares von Blasen und der Muskulatur be- steht. Die stets vorhandene Reibplatte ist sehr einförmig; jede Querreihe enthält jeder- seits von der Mittelplatte 8 Platten, von denen die 3., 4. und die 3 äußersten stets ohne Schneiden sind , während die 2. am größten und mit einer starken, ablösbaren, schwarzen Schneide versehen ist. Der Zunge gegenüber finden sich 2 flache Drüsensäcke, während eigentliche Speicheldrüsen fehlen. Der Vordeixlarm besitzt 2 große Drüsen, während in den Magen eine wohl entwickelte Leber mündet; dei-^ Enddarm ist lang imd bildet einige Schlingen, er mündet hinten zwischen Fuß und Ringfalte. 352 Amphineura Fig. 10. Aestheten und Schalenaiige von T o n i c i a f a s t i g i a t a. Etwas schematisiert. Nach P 1 a t e. 1 Chitinkappe eines Mikrästheten, 2J^Chitinkappe eines Hauptästheten, 3 Linse, 4 Retina, 5 Periostracum, G Tegmentum, 7 Pigmentzelle, 8 Pigment, 9 Drüsenzelle. 2e) Herz, Gefäße, Keim- drüsen, Niere. Die Lage des Her- zens, der Aorta und der Keim- drüsen ist ähnlich wie bei den So- lenogastren, in- dessen hat das Herz jederseits einen Vorhof. Die übrigen Bluträu- me sind durch die Gestaltung des Körpers und der Eingeweide be- einflußt bedeu- tend komplizier- ter ; aus ihnen gelangt das Blut zu den Kiemen und alsdann in die Vorhöfe. Das Perikard ist von der Keimdrüse ganz getrennt ; Fig. 11. Querschnitt durch C h i t o n. Zur Demonstration der Muskulatur. Nach S a m p s 0 n. Der Schnitt geht durch die vordere Gnippe der Fußmuskeln unter Schalenstück VI. Es ist nur eine Hälfte des Schnittes dargestellt. V fünftes Schalen- stück, VI ap Apophyse des sechsten Schalenstückes, ba zuführendes, bv abführendes Kiemengefäß, bvn Pleurovisceralstrang, bc Körperhöhle, F Fuß, M Mantel, mc Mantel- höhle, pn Fußstrang; Muskeln: aoj antero-obliquus der vorderen, ao'a antero- obliquus der hinteren Gruppe von Fußnuiskeln, po postero-obliquus der vorderen Gruppe, mpi medio-pedalis der vorderen Gnippe, Ipj latero-pedalis der vorderen Gruppe. 11 Musculus longitudinalis lateralis der Schale, md Musculus medianus- dorsalis (rectus) der Schale, od ;\Iusculus obliquus-dorsalis (oblifpius) der Schale; C], Co, Cg Muskelkissen (transversus) zwischen den übereinander liegenden Teilen zweier r Schalenstücke; im innerer Mantelmuskel. Amphineura 353 seine Ausführungsgänge haben daher eine andere Autgabe als bei den Solenogastren, sie dienen bei den Chitonen als Nieren. Diese liegen bald im hinteren Teil des Tieres, bald setzen sie sich durch den größten Teil der Eingeweidemasse nach vorn fort (Fig. 12). Die Keimdrüse ist mit sehr wenigen Aus- nahmen einheitlich, und zwar sind die Ge- Fig. 12. Nephridial- und Genitalsystem von Chiton. Schematisiert. Von oben. 1 Mund, 2 Kiemen, 3 nach vorn verlaufender, unpaarer Schenkel des Nephridiums mit seinen seitlichen Verzweigungen, 4 Gonade, 5 Ausführungsgänge der Gonade, 6 zur äußeren Oeffnung (10) ver- laufender Schenkel des Nephridiums, 8 Genital- öffnungen, 9 Renopericardialtrichter, 10 Nephri- dialöffnung, 11 Pericard, nur durch eine Contour- linie angedeutet, 12 After. schlechter getrennt. Jederseits entspringt ein Ausführungsgang, der wie die Niere in der Kiemenrinne ausmündet. Begattungs- organe fehlen. 2f) Entw ickelung. Die Eier, deren Hülle häufig zotten- oder stachelförmige Fort- sätze aufweist, werden in der Kiemenrinnc befruchtet und entwickeln sich hier zuweilen über das Larvenstadium hinaus. Dieses be- sitzt einen Wimperkranz und der ursprünglich am Hinterende gelegene Blastop orus rückt Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Band I allmähhch ventral nach vorn und tritt in Beziehung zur Mundöffnung. Am Rücken entstehen hinter dem Wimperkranz die Schalenteile, während die Larve sicli streckt. Ein paar Augen bilden sich seitlich hinter dem Wimperkranz, sie verschwinden später. 2 g) Biologie. Die meisten Chitonen leben in der Gezeitenzone, häufig m der Brandung, zuweilen in Felsspalten oder in Korallenriffen; nur wenige finden sich in der Tiefsee. 2h) Verbreitung, Im Gegensatz zu den Solenogastren kann man von den Placophoreu annehmen, daß die Mehrzahl der lebenden Ar- ten benannt und beschrieben ist. Die ursprüng- liche Gattung L e p i d 0 p 1 e u r u s ist durch alle Meere, auch in der Tiefe verbreitet, die meisten übrigen Gattungen bewohnen be- schränktere Gebiete. Im ganzen ist das australische Gebiet am reichsten an Arten aus verschiedenen Familien, nur die Trachy- dermoninae sind dort gar nicht, die C h a e 1 0 p 1 e u r i n a e fast nicht vertreten. 2i) Systematik. Während noch vor einigen Jahrzehnten nur 2 Gattungen, Chi- ton und Chitonellup(= Cryptoplax) unterschieden wurden, hat man seitdem ein System ausgearbeitet, da? zahlreiche Gat- tungen in 6 Familien umfaßt. Die Anordnung ist gegenwärtig folgende, wobei die Untergattungen nicht berück- sichtigt sind: I. Unterordnung Lepidopleurina ohne Einschnitte am Schalenrande. Familie Lepidopleuridae. Meist ziemlich kleine Tiere, in der Regel mit weißer Schale; Körperrand mit kleinen Schüppchen, seltener mit nadeiförmigen Kalkkörpem. Gattungen Lepidopleurus Risso ; H a n - ley a Gray; Choriplax Pilsbry; Oldr oy- d i a Dali und Hemiarthrum Car- penter, II. Unterordnung C h i t o n i n a mit Einschnitten am Schalenrande. 1. Familie Callochitonidae, Zahl der Schalenschlitze am Vorderrande ver- schieden. Die große Radulaplatte dreizähnig, ohne flügeiförmigen Anhang, Unterfamilie Trachydermoninae ohne Schalenaugen, Kör- perrand mit kleinen schuppen- oder nadei- förmigen Kalkkörpern und Gruppen größerer Nadeln, Gattungen Trachydermon Carpenter; T o n i c e 1 1 a Carpenter; S c h i - zoplax Dali; Middendorffia Car- penter; N u 1 1 a 1 1 i n a Carpenter; M o p a - Hella Thiele; Nuttalochiton Plate und Notochiton Thiele. Unterfarnilie Callochitoninae mit zahlreichen kleinen Schalenaugen. Gattungen Callochiton Gray und Eudoxochiton Shuttleworth. 2. Familie M o p a l i i d a e. Vorderstes Schalenstück mit 8 Schalenschlitzen am Rande, Körperrand mit borstenförmigen, 23 354 Amphineura — Amphineura (Paläontologie) seltener mit nadeiförmigen Gebilden außer den kleinen Kalkkörper clien. Kadula wie in Familie 1. Gattungen Ceratozona Dali; M 0 p a 1 i a Gray ; Placiphorella Car- penter; Plaxiphora Gray; Frem- b 1 e y a H. Adams ; Katharina Gray ; A m i c u 1 a Gray. 3. Familie Cryptoplacidae, Vor- derstes Sclialenstück mit 5 oder 3 Einschnit- ten, Körperrand häufig sehr breit im Ver- hältnis zur Schale, mit nadel- oder keulen- förmigen Kalkkörpern; Radula wie in den vorigen Familien. Unterfamilie Acantho- chitinae mit 5 Schlitzen am Vorderrande. Gattungen Graspedochiton Shuttle- worth ; Aristochiton Thiele ; C r y p - toconchus Blainville ; A c a n t h o c h i - t e s Risso ;Cryptochiton Middendorff. ünterfamilie Cryptoplacinae mit 3 Rand- schlitzen, Schalenteile schmal, meist z. T. auseinandergerückt. Gattungen C h o n e - p 1 a X Carpenter ; Cryptoplax Blain- ville. 4. Familie I s c h n o c h i t o n i d a e. Große Radulaplatte häufig mit flügeiförmigem Anhang und verschieden geformter, meistens zweizähniger Sclmeide; Schalenrand nicht kammartig eingesclmitten. Unterfamilie Chaetopleurinae mit kleinen Schüppchen auf dem Körperrande und eingestreuten borstenförmigen, seltener nadeiförmigen Ge- bilden. Gattungen Calloplax Thiele; Callistoplax Carpenter ; C h a e t o - p 1 e u r a Shuttleworth ; D i n o p 1 a x Car- penter. Unterfamilie Isclmochitoninae mit meistens größeren Schuppen und nur am Rande mit nadeiförmigen Kalkkörpern. Gat- tungen I s c h n 0 c h i t 0 n Gray ; T o - n i c i n a Thiele ; Callistochiton Car- penter. 5. Familie C h i t o n i d a e. Große Radu- laplatte mit großem Flügel und meist ab- gerundeter Sclmeide, Schalenränder kamm- artig eingeschnitten. Unterfamilie Chitoninae ohne Schalenaugen, Körperrand mit großen Schuppen. Gattung Chiton Linne. Un- terfamilie Acanthopleurinae mit Schalen- augen, Bekleidung des Körperrandes ver- schieden. Gattungen Sclerochiton Carpenter ; Acanthopleura Guilding ; Enoplochiton Gray ; T o n i c i a Gray und Schizochiton Gray. Literatur. Eine übersichtliche Darstellung alles Wissenswerten, auch der Literatur über die Ami^hineura hat Nierstrasz in den Ergeb- nissen und Fortschr. d. Zoologie Bd. 1 tmd 2. 1908 und 1910 gegeben. — Tryon-Pilshry Manual of Conchology ser. 1 Bd. U, 15 1892(8. — Thiele Revision des Systems der Chitonen. Zo- ologica Bd. 56, 1909. J. Tliiele. Amphineura. Paläontologie. 1. Fossilraaterial. 2. Die fossilen Polyplaco- phoren. 3. Systematik und Phylogenie. 4. Zweifel- hafte Formen. 1. Fossilmaterial. Wie die übrigen Klassen der Mollusken, so lassen sich auch die Amphineuren weit ■ — bis ins Unter-Silur — zurückverfolgen. Die Kenntnis fossiler For- men beschränkt sich allein auf die Ordnung der mit acht Rückenplatten gepanzerten Polyplacophora Blv. und leider ist diese Kenntnis sehr unvollkommen, denn fossile Amphineuren sind große Seltenheiten. Zumeist liegen nur isolierte Rückenplatten vor, und zwar je nur das kalkige Articula- mentum der Platten. Ganz selten — im Unter-Silur Schottlands, im Unter-Karbon Belgiens und im Muschelkalk von Rüdersdorf bei Berlin — sind vollständige Panzer ge- funden worden, bei deren einigen Spuren der Besetzung des Gürtels mit Stacheln er- halten waren. Den mehr als 500 lebenden stehen etwa 140 fossile „Arten" aus allen Formationen mit Ausnahme des Algonkium, Kambrium und der Ivi'eide gegenüber. Recht viele der fossilen Reste sind unsicher, mögen besser auf Cirripeden und anderes zu beziehen sein. 2. Die fossilen Polyplacophoren. Die ältesten Formen im Unter Sil u r — f 1) H e 1 m i n t h 0 c h i t 0 n S a 1 1. aus Schottland und Irland — hatten schlanke Panzer mit schmalen, etwa dachförmig ge- knickten, perforierten Zwischenplatten; sie waren, wie Cowper Reed jüngst zeigen konnte, von einem schmalen, mit dünnen Stacheln besetzten Gürtel umsäumt. Sie müssen in ihrer Form den modernen Schi- zochiton oder auch manchen I s c h n o - Chiton geähnelt haben. Der häufig ge- zogene Vergleich dieser ältesten Amphineuren mit Chitonellus Lam. (Crypto- plax Gray) ist unrichtig, da Reed an mehreren Individuen von f H e 1 m i n t h o - Chiton G r a y i a e H. W o o d w. und fthraivensis C. R. aus dem Unter- Silur des Girvan-Distrikts (Schottland) das unmittelbare Aneinanderstoßen aller Panzer- platten nachweisen konnte. Aehnhch schlanke, aber doch schon etwas verbreiterte Formen dauern fort bis ins Karbon: f Gryphochiton Gray,f Chone- chiton Carp. , deren Panzer — von Details abgesehen — manchen der lebenden Hanleya gleichen. Doch schon im De- von, besonders in der Fauna des Iberger Kalkes im Harz, macht sich lebhaftere Form- differenzieruns; bemerkbar. Die bis dahin 1) fvor dem Gattungs- oder Artnamen be- deutet fossile Gattung oder Art. Amphineura (Paläontologie) 355 auffallend kleinen Gelenkfortsätze („sutural laminae") am Vorderrand der Zwischen- platten und der hinteren Endplatte werden vergrößert, z. T. sein- erheblich wie bei fPter 0 ch i t o n Carp. (=tAn t hr aco- Chiton R 0 c h.). Die Zwischenplatten Fig. 1. f Grypho- chiton priscus Münst.sp. A. Gan- zer Rückenpanzer im Zusammenhang gefunden. Natür- liche Größe. Kohlenkalk von Tournai, Belgien. Nach de Koninck aus Stromer. B. Hintere End- platte mit kleinen Gelenkfortsätzen am Vorderrande, a von oben, b von der Seite. Natür- liche Größe. Nach de Koninck. a b Fig. 2. Pterochitongemmatus L. de Kon. var eburonica de Ryckh. Zwischen- platte mit großen Gelenkfortsätzen, a von oben, b von der Seite. Natürliche Größe. Nach de Koninck. Kohlenkalk von Vise, Belgien. werden kürzer, breiter : fC y m a t o c h i t o n Dall(=f P r 0 t al 0 c h i t 0 n Roch.). Da- neben treten andere, wohl im Silur — in f P r i s c 0 c h i t 0 n Bill. — wurzelnde For- men auf : f P r. 0 b 0 1 a e u m C ar p., die durch besonders starke Wölbung der Zwischen- platten mit hakigem Wirbel und gefurchtem Jugaltrakt in der Mitte gekennzeichnet sind. Im Unter -Karbon Belgiens und Englands erreichen diese paläozoischen Typen — soweit Ueberlieferung leint — ihre höchste Blüte. Einzelne besondere Typen treten noch liinzu : fLoricites Carp., in den hinteren Endschildern ent- fernt an L 0 r i c a Ad. erinnernd, und die sehr eigentümliche Form fG 1 y p t o c h i t o n de Kon., deren klehio, schmale Platten anscheinend der Gelenkfortsätze ganz ent- behren und eine auffallende Skulptur zeigen: einen kräftigen Medianhöcker, der von einem gekerbten Ringwulst umgeben ist Spär- licher lassen sich die Amphineuren durch das Ober-Karbon — f P t e r o c h i t o n in Oberschlesien, ? ,,G h i t o n" focciden- t a 1 i s Hildreth in Illhiois, f G 1 a p h u r o- chiton carbonarius Raym. in Pennsyl- vanien — und durch das Perm — C y m a - t 0 c h i t 0 n in Rußland, England und Texas — verfolgen; eine Anzahl stark skulptierter Formen treten hier hinzu — ,,G h i t o - n e 1 1 u s" K i r k b y und Y u n g — deren systematische Stellung ganz unsicher ist. Der Gesamtheit der paläozoischen Am- phineuren ist ein Charakter gemeinsam, sie entbehren vollkommen (wenn man von den unsicheren permischen ,,Chitonellus" ab- sieht) der Haftränder („Insertionsplatten") an den Außenrändern des Articulamentum. P. Fischer faßte darum alle paläozo- ischen Amphineuren unter dem Namen E o - Chiton als Untergattung von H o 1 o c h i - ton Fisch, zusammen und erkannte den von Salter, Gray, Carpenter, d e K 0 n i n c k , de R o c h e b r u n e unter- schiedenen Gattungen nur den Rang von Sektionen zu. Die Formdifferenzierungen gehen aber im Paläozoikum so weit und stehen z. T. so wenig vermittelt einander gegenüber (vgl. z. B. f Helmint ho chi ton untlf Gr y p h 0 c h i t 0 n mit fP t e r o c h i - ton und fProbolaeu m), daß eine Unter- scheidung von ,, Gattungen" gerechtfertigt bleibt; sie wird es um so mehr, als zwischen manchen paläozoischen und känozoischen Typen verschiedener Gruppen auffallende Formähnlichkeiten zu bemerken sind. P i 1 s - b r y faßt die paläozoischen Amphineuren als Unterordnung E o p 1 a c o p h o r a auf, er rechnet ihnen noch einzehie känozoische Gattungen zu:LepidopleurusRisso, ohne Haftränder, Hanleya Gray, H e m i a r t h r u m Carp. und C h o r i - p 1 a X P i 1 s b r y mit glatten, ungeschlitzten und ungekerbten Hafträndern. Alle übrigen, jüngeren Amphineuren stellt P i 1 s b r y nach der Ausbildung der Haftränder in zwei andere, scharf von den paläozoischen Eopla- cophora geschiedene Unterordnungen : M e - s 0 p 1 a c 0 p h 0 r a mit geschlitzten, unge- k e r bten Hafträndern, Teleoplaco- p h 0 r a mit geschlitzten, gekerbten Haft- rändern am Articulamentum (Eoplacophora = Lepidopleurina Thiele; Meso- + Teleopla- cophora = Chitonina Thiele). Aeußerst wenig ist von mesozoischen 23* 356 Amphineura (Paläontologie) Amphineuren erhalten. Aus der Trias (Muschelkalk) nur ein Individuum der breit- plattigen fTrachypleura triado- m ar c h i c a J ä k. , für die es leider nicht festzustellen ist, ob sie eine Eoplacophore oder bereits eine Mesoplacophore ist. Die selir wenigen, zum Teil unvollständig er- haltenen, Zwischenplatten aus dem Lias Frankreichs und Sizihens und aus dem Dogger Frankreichs lassen sich nach den vorliegenden Beschreibungen wieder nicht sicher bestimmen. DeKochebrune faßte einen Teil als besondere Gattung fPtery- go Chiton auf; die Dinge zeigen Aelm- lichkeiten sowohl mit T s c h n o c h i t o n (Mesoplacophora) wie mit Chiton (Teleo- placophora). Aus dem oberen Jura und aus der I{j-eide fehlen Amphineuren bis- lang ganz. Reichhcher sind dann wieder Funde aus dem Tertiär. Besonders im Eocän (Frankreich, Südaustrahen und Victoria), dann im Ohgocän (Frankreich, Mainzer Becken, Norddeutschland) ist eine größere Zahl von Arten gefunden worden, weniger im Miocän (Böhmen, Frankreich, Italien, Maryland). Etwas größer ist wieder die Zahl der pliocänen Arten aus Sizilien, Ita- lien, Frankreich, England. Vereinzelt wur- den auch Reste im Diluvium (Mittelmeer- gebiet, Eismeerküste, Westküste von Süd- Amerika) gefunden. Durchweg gehören die tertiären und diluvialen Arten zu heute noch lebenden Gattungen, und zwar sowohl zu den Eoplacophora (L e p i d o p 1 e u r u s , H a n 1 e y a) , als den Mesoplacophora (be- Fig. 3. L e p i d 0 p 1 e ur u s f vir- gifer Sandb. sp. ZwiFchen- platte und hintere Endplatte, an letzterer sind die Gelenkfortsätze fortgebroclien. Natürliche Größe. Oligocän , Waldböckelheim bei Kreuznach. Aus Zitt'el. sonders Ischnochiton Gray, Chaetopleura Shutlew. , Acan- thochites Gray, Plaxiphora Gray) und zu den Teleoplacophora (Chi- ton L., TrachyodonDall, Lorica Ad., L 0 r i c e 1 1 a P i 1 s b r y). 3. Systematik und Phylogenie. Ein konservativer Charakter zeichnet alle Polyplacophoren aus: die seit dem Unter- Silur gleichgebhebene A c h t z a h 1 der Rückenplatten. Außer der zu allen Zeiten ausgesprochenen Scheidung in verschiedene Formen nach der Gestalt der Rückenplatten ist eine tiefergreifende Differenzierungsrichtung be- merkbar: die erst seit nachpaläozoischer Zeit festzustellende Ausbildung und Um- gestaltung der Haftränder am Ar- ticulamentum. Dieses Moment hat nicht nur in systematischer Beziehung Wert gewonnen: Eo-, Meso-, Teleoplacophora und Unterscheidung von Gattungen (Dali, Carpenter, Pilsbry u. a, m.), son- dern es ist auch in stammesgeschichtlicher Richtung verwertet worden: Eo-, Meso- und Teleoplacophora müßten nach Pils- bry je phyletische Einheiten sein, wie aus seinen Stammtafehi (1892) hervorgeht. Die Ausbildung der Haftränder am Ar- tikulament führt Pilsbry nach ver- gleichenden Beobachtungen an lebenden Formen auf Anpassungserscheinungen an das Leben in stark bewegtem Flachwasser zurück. Die meisten heute lebenden Formen smd Bewohner der nächsten Strandnähe, sie haben mehr oder weniger stark entwickelte Haft- ränder. Die in größeren Tiefen lebenden Plaxiphora simplex, Placo- p h 0 r 0 p s i s a n t i q u a haben stark reduzierte Haftränder, die in größerer Tiefe lebenden Lepidopleurus- Arten ent- behren der Haftränder. Solche Beobachtungen sind überzeugend. Folgerungen aus ilmen sind aber nicht uneingeschränkt auf die Gesamtheit der fossilen Formen zu über- tragen. Die paläozoischen Gattungen ent- behren durchweg der Haftränder, wären also nach Pilsbry Bewohner ruhigen Tiefenwassers gewesen ? Kaum. Weder die untersiluüschen Balaschichten mit f Hei- ni i n t h 0 c h i t 0 n im Girvangebiet Schott- lands, noch die devonischen Korallenkalke des Ibergs im Harz, weder die unterkarbonen Sedimente Belgiens mit ihren verhältnis- mäßig sehr vielen Amphineuren, noch die Schichten des Oberkarbon Schlesiens mit fPterochiton smd Tiefmeerbildungen. Man wird also die paläozoischen Eoplaeo- phoren keineswegs durchweg als Bewohner des Tief Wassers ansprechen dürfen. Trifft das, wie höchst wahrscheinlich, zu, dann ist die Erwerbung von Haftr ändern bei der Meln"zahl der jüngeren Polyplacophoren nicht allein der Ausdruck des Lebenswohnsitzes, sondern einer Entwickelungsrichtung, die durch den Wohnort nur mehr oder weniger beeinflußt werden kann. Sind dann Eo-, Meso- und Teleoplacophora wirklich nicht nur künstlich systematische Gruppen, son- dern phyletische Einheiten ? Pilsbry nahm früher (1892) an, daß die „eoplacophoren" Lepidopleuriden mit paläozoischen Formen in Verbindung zu iDringen seien, mit ilmen die Stammeseinheit „Eoplacophora" bildeten (als persistente Tiefwasserformen). Später (1900) hat er es ausgesprochen, daß keine der paläo- zoischen Formen die Grenze Perm-Trias überschritten habe, daß vielmehr ein Ersatz durch Meso- und Teleoplacophora stattge- funden habe. Woher dann die Lepidopleu- Amphineura (Paläontologie) 357 ridae, und warum sie noch mit den paläo- zoischen Formen als Eoplacophora vereinigen ? Ließe sich P i 1 s b r y s andere Vermutung (1892), die Lepidopleuriden wären in bezug auf die Haftränder die reduzierten Abkömm- linge höher differenzierter Formen, beweisen, dann wäre es in stammesgeschichtlicher Be- ziehung ein Unding, die Lepidopleuriden mit den paläozoischen Formen als Eoplaco- phora zusammenzufassen. In seiner Stamm- tafel stellt P i 1 s b r y (1892) die Lepido- pleuriden als Wurzel der Ischnochitonidae und damit der ganzen Meso- und Teleoplaco- phora hm, das würde natürhch hinfällig. Nach P 1 a t e könnten die Lepidopleuriden und Isclmochitonidae (diese als Wurzel aller übrigen Gruppen) aus einer gemeinsamen kStammform entspringen. Wie für einzehie Fälle die Roche- b r u n e bereits andeutete, gibt es zwischen paläozoischen und känozoischen Polyplaco- phoren, wenn man von dem Besitz und der Ausbildung der Haftränder absieht, in den Rückenplatten, besonders m den Zwischen- platten eine ganze Anzahl von auffallenden Formgleichheiten. Nur einige seien hier hervorgehoben: paläozoische „Eo- känozoische ,,Eo-, placophora" Meso- und Teleo- placophora" (E. M. T.). fCymatochiton Lepidopleurus (E.) „ Chaetopleura (M.) Chiton (T.) fPtero Chiton Hemiarthrum (E.) „ A c a n t h 0 c h i t e s (M.) „ Nuttallina (M.) „ Acantliopleura (T.) fLoricites Lorica (T.) fGryphochiton Hanleya (E.) Sind das lediglich zusammenhanglose Konvergenzen oder handelt es sich um Form- beständigkeiten auf langen, bis ins Paläo- zoikum zu verfolgenden Linien? Letzteres scheint durchaus möghch. Dann wäre die Erwerbung und Differenzierung von Haft- rändern auf melueren getrennten Stamm- linien vor sich gegangen, und Eo-, Meso- und Teleoplacophora wären lediglich syste- matische — künstliche — Einheiten, wie alle auf die Haftränder basierten Systeme der Polyplacophoren. Beweise für die Fort- führung paläozoischer Typen ins Käno- zoikum sind nicht zu hefern ; das Polyplaco- phorenmaterial aus dem Mesozoikum ist leider allzu dürftig und zu ungenügend unter- sucht. Eines könnte gegen solche langen Stammlinien sprechen: die auffallende Größe der meisten paläozoischen Formen. Sie überschreiten in ihrem Rückenpanzer häufig die Länge von 10 cm, während die meistens jüngeren Formen sehr viel kleiner sind. Riesen pflegen nicht am Anfange von Stamm- reihen zu stehen. Aber wir kennen nicht alle paläozoischen Polyplacophoren, sondern sicherhch nur einen verschwindend kleinen Bruchteil von ihnen. 4. Zweifelhafte Formen. Immer,^ mit Aus- nahme weniger Mißbildungen, wird die Konstanz in der Zahl 8 der Rückenplatten bei den Poly- placophoren betont. J. J. Jahn glaubte dieses Gesetz erschüttert. Er beschrieb aus dem Unter- Silur Böhmens ein eigentümliches Fossil fDuslia insignis. Mindestens 11 (12 oder mehr?) Segmente setzen einen großen, breitelliptischen Panzer zusammen. Eine Endplatte ist sehr groß; die andere — sie ist nicht erhalten — müßte klein, schmal gewesen sein. In der Mediane ver- läuft ein Längs wulst wie eine Trilobitenrhachis. Die Aequivalente der LateropleuraLflächen der meisten Segmente sind von der Achse winklig gegen vorn (?) gerichtet. Jahn glaubt einen mit Stacheln besetzt gewesenen Gürtel zu er- kennen. In Duslia sieiit er zusammen mit dem ,,Trilobiten" fTriopus draboviensis Barr. Chitoniden und findet Aehnlichkeiten mit Chiton magnificus Desh. und Chaetopleura peru- viana Lam., doch beide Fossilien stehen allen bekannten Polyplacophoren ganz fremd gegen- über. Bei dem ungenügenden Erhaltungszustand ist sichere Entscheidung über ihre Stellung nicht zu fällen. Pils bry sieht in fDuslia einen Crusta- ceen; Neumayr nannte fTriopus einen Xipho- suren. Man wird wohl Beziehungen zu letzteren in Betracht zu ziehen haben. Literatur. A, T, de Rochebrune, Monographie des especes fossiles appartenant ä la classe des Polyplaxiphores. Ann. d. Sc. (/eol., 1SS2, Bd. 4. Literatur bis 1882. — L. G. de KonincTc, Faune de Calc. carhonif. d. l. Belr/ique, Teil 4. Ann. d. Mus. Boy. d'hist. nat. d. Belgique, Bd. 8, 1883. — J. M. Clarke, Die Fauna d. Iberger Kalkes. N. Jahrb. f. Min., 1883, B-Bd. 3. — JE. Ashhy and M. G, Torr, Fossil Poly- placophora from Eocene beds of Muddy C'ree/c etc. Transact. a. Proceed. a. Rep. R. Soc. of South Australia, 1901, Bd. 25, Teil 2. — O. Jaekelf Ueb. e. n. Chitoniden, Traciiypleura n. g. a. d. Muschelk. v. Rüdcrsdorf. Zeitschr. d. Deutsch. Geol. Ges., 1900. — H. A. Pilsbry, Amphineura. In Zittel-Eastnian, Textbook of Pcdaeontology, 1900. — F. R. Coivper Reed, Criistacea etc. from Girvan. Geol. Mag., 1907, Dec. V, Bd. 5. — Derselbe, A new fossil from Girvan. Geol. Mag., 1911, Dec. V, Bd. 8. — JT. J. tfalin, Duslia, e. n. Chitonidengattung a. d. böhm. Untersilur nebst einig. Bemerkungen üb. d. Gatt. Triopus Barr. Sitzungsb. d. Wiener Akad. d. Wiss., math.-naturw. Kl., 1893, Bd. 102, Abt. 1. J. F. PontpeckJ.. 358 Amphioxus Amphioxus. i 1. Erste Beschreibungen und Benennungen. ! 2. Stellung im System. 3. Verwandte Alten. 4. Größe und Aussehen. 5. Vorkommen und Lebens- weise. 6. Grundzüge der Organisation. 7. Die Haut. 8. Der Darmkanal. 9. Die Peribranchial- höhle. 10. Die Muskulatur. 11. Das Nervensystem 12. Die Sinnesorgane. 13. Blut und Blutgefäß- system. 14. Das Cölom (die Leibeshöhle). 15. Der Exki'etionsapparat 16. Bindegewebe und Skelet- teile. 17. Der Geschlechtsapparat. 18. Die Ent- wickelung. A m j) h i 0 X u s 1 a n c e o 1 a t u s Yarrel, (B r a n c li i 0 s t 0 m a 1 a n c e o 1 a t ii m), das niederste Wirbeltier, das sowohl in den Grundzügen seines Baues als aucli in den ersten Entwickelungsvorgängen manche ur- sprüngliche Charaktere der Wirbeltiere zeigt. Diese Tierform ist in stammesgeschichtlicher Hinsicht umso wichtiger, als man in bezug auf die Entstehung der Wirbeltiere aus Wir- bellosen überhaupt nur wenige Anhalts- punkte besitzt, nämlich den Amphioxus und die Larven der Ascidien (vgl. den Artikel „ T u n i c a t a "). In diesem Sinne schrieb Haeckel (1868): „Wir müssen den Amphioxus als das ehrwürdige Tier betrachten, welches unter aUen lebenden Tieren aUein imstande ist, uns eine annähernde Vorstellung von unseren ältesten Wirbeltier- ahnen zu geben". 1. Erste Beschreibungen und Benen- nungen. A m p h i 0 X u s 1 a n c e o 1 a t u s wurde zuerst von Pallas im Jahre 1778 beschrieben. Dieser Forscher hielt das Tier für eine Nacktschnecke und gab ihm den Namen Limax lanceolatus. Es blieb dann lange unbeachtet, bis Costa im Jahre 1834 eine neue Beschreibung gab. Er erkannte, daß es ein fischartiges Wesen ist und gab ihm den Namen B r a n c h i o s t o m a 1 u b r i- cum. Bald darnach (1836) zeigte Yarrel, daß das Tier eine Rückensaite (Chorda dor- salis) besitzt, wie eine solche bei den Em- bryonen aller Wirbeltiere vorkommt; von ihm stammt der Name Amphioxus lan- ceolatus. Im Jahre 1839 erörterte Jo- hannes Müller die Verwandtschaft mit den Wirbeltieren. Die Entwickelung des Tieres wairde 1867 von A. K o w a 1 e w s k y beschrieben, welcher auch schon die merk- würdigen Beziehungen zu der Entwickelung der Tunicaten (Ascidien) erkannte. Der Name Amphioxus ist so eingebürgert und durch mehr als sieben Jahrzehnte hin- durch in der Literatur so oft verwendet, daß er nicht mehr verdrängt werden kann. Nach den neuen Nomenklaturregehi soll allerdings der ältere Name Branchiostoma an die Stelle des etwas neueren Namens Amphioxus treten, weshalb viele Autoren neuerdings jenen Namen verwenden. 2. Stellung im System. Um die Eigen- artigkeit der Organisation in dem zoologi- schen System zum Ausdruck zu bringen, wurde der Amphioxus in eine besondere lOasse gestellt, welche Johannes Müller mit dem Namen L e p t o c a r d i a (R ö h - r e n h e r z e n) bezeichnete, indem er das Fehlen des sonst bei allen Wirbeltieren vor- handenen Herzens in den Vordergrund stellte. Haeckel bezeichnete die Klasse als Acrania (Schädellose), da alle übrigen Wirbeltiere (Craniota) einen knorpehgen oder knöchernen Schädel besitzen. Ray Lan- k e s t e r führte den Namen Cephalo- chordata ein, indem er betonte, daß die Chorda bei Amphioxus bis zur vorderen Spitze des Kopfes geht, was bei den anderen Wirbeltieren infolge der Entwickelung des Gehirnes nicht mehr der Fall ist. Einige Systematiker w^ollen die Acrania von den Wirbeltieren abtrennen und stellen sie als besonderen Stamm zwischen die Tunicataund die Vertebrata. 3. Verwandte Arten. Es gibt einige Arten, die sich von Amphioxus lanceolatus hauptsächUch dadurch unterscheiden, daß die Gonaden nur auf der rechten Seite zur Entwicke- lung kommen; man hat diese Arten in einige neue Gattungen gestellt (Par amphio- xus, Epigonichthys, Assymme- t r 0 n , H e t e r 0 p 1 e u r a). Ferner wurde im atlantischen, ])azifischen und indischen Ozean eine eigentümliche, pelagisch lebende Gattung in drei nahe miteinander verwandten Arten ge- funden, die große Aehnhchkeit mit den Larven von Amphioxus" lanceolatus besitzt und wie diese asymmetrisch gebaut ist (Mund auf der linken Seite, ohne Mundfühler; Gonaden nur rechts vorhanden; die Reihe der Kiemenspalten nur einseitig entwickelt und nach der Bauchseite verschoben). Diese Gattung wurde Amphio- X i d e s genannt. Sie kann' als eine geschlechts- reif gewordene Larvenform aufgefaßt werden. 4. Größe und Aussehen. Amphioxus 1 a n c e 0 1 a t u s hat eine Länge von 5 bis 6 cm (selten mehr, bis 8 cm) und eine Breite von 7 bis 8 mm. Der Körper ist seitlich abge- flacht. Die Farbe ist im Leben weißlich, etwas durchscheinend, im konservierten Zustand weiß oder gelblichweiß. Der Körper ist zu- gespitzt an beiden Enden. Nahe am Vorder- ende, dessen Spitze zuweilen R 0 s t r u m genannt wird, liegt der Mund. Das letzte Drittel des Körpers, das hinter dem Atempo- rus liegt, verschmälert sich allmählich nach hinten. Am Hinterende sieht man eine Schwanzflosse, welche die Form einer Lanzenspitze hat (Fig. 1). Ein niedriger Flossensaum läuft median über den ganzen Rücken und verbreitert sich an der Schwanz- flosse zu dem dorsalen Teil derselben ; ventral geht ein ähnlicher Flossensaum von der Schwanzflosse bis an den Atemporus (Porus branchialis). Als Fortsetzungen des ven- tralen Flossensaumes können zwei seitliche Amphioxus 359 Hautfalten angesehen werden, die Seiten- falten oder M e t a p 1 e u r a 1 f a 1 1 e n , die längs des Peribranchialraumes bis zum Mund nacli vorn gehen (vgl. den Quer- schnitt Fig. 4). Zwischen den beiden Meta- pleuralfalten zeigt die Haut feine Längs- falten (Fig. 4). branchialhöhle liegen die Gonaden (Ho- den oder Eierstöcke). Die Muskulatur be- steht aus zahlreichen regelmäßigen Ab- schnitten, den Myomeren, deren Reihe vom vorderen Ende bis zum hinteren Ende des Körpers reicht (Fig. 2). Amphioxus ist ferner charakterisiert durch das Fehlen Fig. 1 . Amphioxus 1 a n c e o 1 a t u s ( = Braiichiostoma lanceolatum). Etwas schematisiert. c Mund mit Fühlfäden (Girren); k Kiemenabschnitt des Darmkanals; 1 Leber; m Magen; a After; p Atemporus; ch Chorda; r Rückenmark; xx Lage des Querschnittes der Figur 4. 5. Vorkommen und Lebensweise. Das Tier lebt im Meer (im atlantischen Ozean, in der Nordsee, im Llittelmeer, an den Küsten von Amerika, Ostindien, Australien). In seiner nor- malen Stellung ist es nahezu senki'echt in den Sand eingegraben, so daß nur der Kopf mit dem Mund hervorsieht. Wird es beunruhigt, so zieht es sich in den Sand zurück. Nimmt man es aus dem Sand lieraus, so schwimmt es nach Art eines Aales umher und gräbt sich wieder in den Sand ein. Es ist (infolge der Augenflecke im Rückenmark) fast in der ganzen Länge des Körpers lichtempfindUch und flieht das Licht. 6. Grundzüge der Organisation. Ein elastischer Stab, die Rückensaite (Chorda dorsalis) durchzieht den Körper vom vor- deren bis zum hinteren Ende. Über diesem Stab liegt das Zentrahiervensystem, also das Rückenmark und das Gehirnbläschen; letzteres ist nur durch eine Erweiterung des Zentralkanals des Rückenmarks charakteri- siert. Unter der Chorda hegt das Darmrolu*, bestehend aus einer Mundhöhle, einer Kiemen- darmregion mit zahlreichen Kiemenspalten, einem Magenabsclmitt mit einer schlauch- artigen Leberanlage und einem Darm (Fig. 1). An der Mundöffnung bemerkt man zahl- paariger Gliedmaßen, Fehlen des Herzens und Fehlen eines knorpeligen oder knöcher- nen Skeletts (Schädel, Wirbel und Rippen). 7. Die Haut. Die Körperbedeckung wird von einem einfachen Epithel gebildet, das aus kubischen Zellen besteht und eine ziem- lich dicke Cuticula an der Oberfläche ab- scheidet. Zwischen den gewöhnhchen Epithel- zellen stehen Sinneszellen mit einem über die Oberfläche herausragenden kleinen Sinneshaar und einem feinen Fortsatz an der Basis, welcher mit dem Nervensystem in Verbindung tritt. Manche Autoren geben an, daß das Epithel auf einer dicken Basal- membran aufruht; diese ist aber wahrschein- lich bindegewebiger Natur und der Stütz- substanz zuzurechnen. Durch das einschich- tige Körperepithel gleicht Amphioxus den wirbellosen Tieren und unterscheidet sich von den sämtlichen übrigen Wirbeltieren, die alle ein geschichtetes Epithel als Epider- mis besitzen. 8. Der Darmkanal. Am Eingang in den Mund stehen die F ü h 1 f ä d e n (C i r r e n). Es gibt deren jederseits 12 bis 15, manchmal mehr bis zu 20. Diese sind an ihrer Innen- ,/ l '>l£2^ Fig. 2. Die segmentalen Muskeln (Myomeren) und die Gonaden des Amphioxus. reiche F ü h 1 f ä d e n (Girren). Die Kiemen- region ist von einer Höhle umgeben, in welche das Atemwasser durch die Kiemenspal- ten übertritt, die Peribranchialhöhle, die durch den Atemporus (P 0 r u s b r a n c h i a 1 i s oder S p i r a c u 1 u m ) ausmündet. An der äußeren Wand der Peri- seite mit einem Flimmerepithel bekleidet, während sich an ihrer Außenseite kleine Pa- pillen mit Sinneszellen befinden. Im Innern jedes Fühlfadens liegt ein stützender Stab. Die oberen Teile dieser Stützstäbe vereinigen sich zu einem Ring, der den Mund umgibt. Die Mundhöhle ist mit Flimmer epithel aus- 360 Amphioxus gekleidet. An ihrer Wand bemerkt man einige fingerförmige Streifen, die durch be- sonders hohes FMmmerepithel gebildet sind. Der Mund ist durch eine Einschnürung, in der sich ein Ringmuskel befindet, von der Kiemenregion abgesetzt; an dieser Stelle ragt eine Ringfalte vor, welche gewöhnlich trichter- förmig in den Kiemenraum hineinragt; sie wird als V e 1 u m bezeichnet ; sie ist am Rande mit kleinen Fortsätzen (Tentakebi) versehen. Die K i e m e n r e g i 0 n , die von man- chen Forschern Pharynx genannt wird, ist durch die sehr zahlreichen schiefstehenden Kiemenspalten gekennzeichnet. Man zählt etwa 180 Spalten auf jeder Seite. Achtet man auf den feineren Bau der zwischen den Spalten gelegenen Bögen und berücksichtigt man die Entwickelung, so ergibt sich, daß immer 2 Spalten zusammengehören und zu- sammen eine primäre Kiemenspalte darstellen, welche durch Entstehung einer mitten durch gehenden Zunge in 2 sekundäre Kiemen- spalten zerlegt wird. Man unterscheidet also primäre Kiemenbögen oder S e p t e n , die die primären Kiemenspalten trennen, und sekundäre Kiemen- bögen oder Z u n g e n b a 1 k e n. Die primären Kiemenbögen sind durch zarte Querbrücken (Synaptikel) verbunden, welche mit den Zungenbalken an der Innenseite derselben verschmolzen sind (Fig. 3). Fig. 3. Skelet der Kiemenbögen am Ende des Kiemenkorbes. Nach Spengel. k die beiden verschmelzenden Stäbe im primären Kiemen- bögen, z Zungenbalken, s Synaptikel. Jeder primäre Kiemenbögen enthält einen Cölomkanal, der an seiner lateralen Seite ver- läuft und ventral mit dem Cölom des Endostyls, dorsal mit dem Körpercölom zusammenhängt. Die Zungenbalken enthalten keinen Cölomkanal. Jeder primäre Kiemenbögen wird von einem Skeletstab durchzogen, der aus der Verschmel- zung zweier Stäbe hervorgegangen ist, daher ventral in zwei Spitzen ausläuft. In jedem Zungen- balken liegt ebenfalls ein Skeletstab; dieser ist an seinem dorsalen Ende mit den beiden benach- barten Stäben der primären Kiemenbögen so verbunden, daß die Figur einer dreizinkigen Gabel entsteht (Fig. 3). In jedem Kiemenbögen ver- läuft ein Blutgefäß an der lateralen Seite und eines an der medialen Seite ; diese Gefäße münden in die Aortenwurzeln, die neben derEpibranchial- rinne verlaufen. Die Kiemenbögen tragen Flim- merepithel, In der Medianebene geht durch die ganze Kiemenregion an der Dorsalseite des Kiemen- raumes eine Rinne, die Epibranchial- rinne, und an der Ventralseite desselben ebenfalls eine Rinne, die Hypobran- chialrinne, die dem Endostyl der Tunicaten entspricht (Fig. 4). Am Vorder- ende des Kiemenraumes direkt hinter dem Velum führt jederseits ein Flimmerbogen von jener Rinne zu dieser. Die Epibranchial- rinne besitzt ein Flimmerepithel mit großen Wimpern. Die Hypobranchialrinne hat eben- Fig. 4. Querschnitt durch die Kiemem'egion (vgl. Fig. 1). Nach Ray L an k est er und Boveri, r Rückenmark; sn Nervenwurzel; m Muskeln; c Chorda; a Aortenwurzel; cö Cölom der Kiemenregion; n Nierenkanälchen; kd Kie- mendarm; kb Kiemenbögen; b Peribranchial- raum; sp Kiemenspalte; g Gonade; 1 Leber- schlauch; e Hypobranchialrinne. falls Flimmerepithel, aber außerdem noch 4 Streifen von DrüsenzeUen, Sie ist für die Ernährung des Tieres wichtig, da die feinen Nahrungsteilchen durch die Absonderung der DrüsenzeUen verklebt und durch die Tätigkeit der Flimmerzellen kontinuierlich in den Magen hineingeschoben werden. Als Magen kann man denjenigen Teil des Darmkanales bezeichnen, welcher auf die Kiemenregion folgt, und von dem der blindsackartige Leberschlauch ausgeht, ob- gleich dieser Magenteil von dem folgenden Darme nicht deutlich abgesetzt ist. Dieser Abschnitt hat eine grünliche Färbung, da sich Sekretkörnchen von dieser Farbe in den Epithelzellen befinden. Der Leber- schlauch liegt rechts neben dem Kie- menkorb; er besitzt dasselbe Epithel wie der Magen. Der Magen und der Darm haben eine Flimmerung, da die einzelnen ZeUen jeweils eine Cilie tragen. Der After Amphioxus 361 liegt an der Schwanzflosse, nicht weit vom Hinterende, asymmetrisch auf der Mnken Seite (Fig. 1). 9, Die Peribranchialhohle. Die Kiemen- region des Darmkanals ist von der Peri- branchialhohle umgeben, in welche das Wasser durch die Kiemenspalten eintritt, um durch den Porus branchialis auszufließen. Dieser Raum ist durch eine Überwölbung entstanden und kann also theoretisch auf eine Einstülpung der äußeren Haut zurückgefülu-t werden. Das Epithel ist ein Fhmmerepithel. An der äußeren Wand dieses Raumes hegen die Gonaden, welche aber von den Myotonien abzuleiten sind und deshalb weiter unten be- sprochen werden. 10, Die Muskulatur. Da paarige Ghed- maßen fehlen, ist die Muskulatur vom Vorder- ende bis zum Hinterende sehr gleichförmig. Man bemerkt eine große Zahl (62) Muskel- segmente (Myomeren), deren jedes V-förmig geknickt ist, wie ja auch bei Fischen eine ent- sprechende lüiickung der Muskelsegmente be- steht. Indem sich diese Segmente sukzessive von vorn nach hinten kontrahieren, kommt die schlängehide Bewegung zustande, mittels deren das Tier schwimmt oder sich eingräbt. 11, Das Nervensystem. Durch das Rückenmark geht ein enger Zentralkanal, an den sich dorsalwärts ein durchgehender Spalt anschheßt; wie das Rückenmark durch Ein- stülpung entstanden ist, so zeigt es auch dauernd das Bild einer Einfaltung. Am vor- deren Ende des Rückenmarkes ist der Zentral- kanal blasenartig erweitert; hier hegt das kleine G e h i r n b 1 ä s c h e n , welches wahr- scheinlich dem ursprünglichen Vorderhirn (d. h. dem Großhirn und dem Zwischenhirn) der anderen Wirbeltiere entspricht. Das Bläschen hat eine dünnere Wand als das Rückenmark. Es läuft nach vorn in eine Spitze aus, die bei jungen Exemplaren noch mit der sogenannten Riechgrube in Verbin- dung steht, und dem vorderen Nenroporus entspricht (s. den voi deren Neuroporus an Fig. 7 und 8). Die Spinalnerven treten in segmen- taler Anordnung aus dem Rückenmark aus. Zu jedem Myomer geht eine aus vielen Fasern be- stehende ventrale Wurzel von ausschließhcli motorischem Charakter. Ihr entspricht jeweils eine dorsale Wurzel, welche sich weder mit der ventralen verbindet noch ein Spinalganglion bildet, sondern direkt an der Grenze zweier Myomeren zwischen denselben hindurchtritt und sich in einen dorsalen und einen ventralen Ast teilt. Der erste geht zur Haut und ist sensibel, der letzte geht teils zur Haut, teils zu Muskeln der ventralen Körperhälfte, der Kifmenbögen und des Darmes, hat also teils sensiblen, teils motorischen Charakter. Das erste Myomer^) wird ^) Nach Hatschek (1892) liegt vor diesem 1. Myomer noch ein rudimentäres Myomer, von dem 3. Spinalnervenpaar versorgt. Der erste und der zweite Spinalnerv haben nur die dorsale Wurzel, sind hauptsächlich sensibler Natur und endigen am Rostrum mit kleinen Gruppen von „Ganglienzellen", die man viel- leicht als Sinneszellen ansehen darf. 12. DieSinnesorgane. Sinneszellen, welche in der Haut verteilt sind, wurden oben schon erwähnt. Gruppen von Sinneszellen (Sinnes- knospen) findet man an der Außenseite der Mundeirren und auf dem Velum. Als Licht- sinnesorgane gelten folgende Organe: eine Gruppe pigmentierter Zellen in der vorderen Wand des Gehirnbläschens („Auge") und zahl- reiche im Verlauf des Rückenmarks verteilte Augenflecke, die je aus einer Sinneszelle und einem Pigmentbecher bestehen. Als Riechgrube wird eine kleine trichterförmige Grube bezeichnet, welche auf der Mnken Seite des Kopfes am Vorderende des Gehirns ge- legen und mit Flimmerepithel ausgekleidet ist; sie entspricht der Stelle des embryonalen vorderen Neuroporus. Als Sinnesorgan ist vermutMch auch eine kleine flimmernde Grube am Dach der Mundhöhle (Hat- schek sehe Grube) anzusehen. 13. Blut und Gefäßsystem. Das Blut des Amphioxus ist farblos und enthält nur sehr wenige Blutkörperchen ; diese haben den Charakter von Leukocyten. Rote Blutkörper- chen fehlen. Ein beuteiförmiges Herz, wie es allen übrigen Wirbeltieren zukommt, ist bei Am- phioxus nicht vorhanden. Das Blutgefäß- system zeigt aber doch in seiner Anordnung manche Ähnlichkeit mit dem der Wirbeltier- embryonen. Von einem ventral gelegenen und unter der Hypobranchialrinne verlaufen- den Gefäß, der Kiemenarterie (Arteria bran- chialis) gehen die Gefäße der Kiemenbögen ab. Diese Kiemenarterie ist kontraktil. An den Gefäßen, welche von ihr zu den primären Kiemenbögen (Septen) gehen, befinden sich blasenartige Erweiterungen (B u 1 b i 1 1 i ), die ebenfalls kontraktil sind. Das Blut, welches durch die Gefäße der Kiemenbögen hindurchgegangen ist, sammelt sich in den beiden Aorten würze In, die rechts und links neben der Epibranchialrinne hegen.^ Sie entsenden nach vorn Carotiden in die Kopf- region. Am Ende der Kiemenregion ver- einigen sich die beiden Aörtenwurzehi zu einer Aorta (Aorta abdominahs), die offen- bar der Aorta descendens der anderen Wirbel- tiere entspricht. Das Blut geht aus der Aorta großenteils zum Darmkanal und sammelt sich unter dem Darm in einer Vena s u b - intestinalis. Diese löst sich an der Leber in ein Kapillarnetz auf; das Blut sammelt sich dann wieder in einer Leber- vene und gelangt so in die obengenannte Kiemenarterie. An der Stelle, wo die Lebervene in die Kiemen- arterie umbiegt, nimmt sie jederseits noch eine 362 Amphioxus Vene auf; diese beiden Gefäße heißen D u c t u s C u V i e r i , und man homologisiert sie mit den gleichnamigen Venen der Embryonen der cranioten Wirbeltiere. Sie führen das Blut aus den C ar- dinalvenen (Venae cardinales) zurück; diese liegen auf der Höhe der Gonaden und geben Kapillarnetze ab, welche die Gonaden \ersorgen. Die Cardinalvenen erhalten ilir Blut teils aus einer kleinen Schwanzvene, teils aus kleinen Gefäßen, die von der Aorta aus in die Muskel- septen (Mj^osepta) eintreten. Hinter den beiden Ductus Cuvieri liegen noch einige ganz ähnlich verlaufende Gefäße in mehreren Segmenten (Quervenen); diese führen von den Cardinal- venen zu einem Lakunensystem, das an der äußeren Wand des Cöloms sich hinzieht (Parie- taUakunensystem) und ebenfalls in die Leber- vene mündet (nach B. Zarnik l90i). 14. Das Cölom, In ähnlicher Weise wie bei den anderen Wirbeltieren ist der Darmkanal von einer Leib es höhle (Cölom) umgeben. In der Kiemenregion ist die Leibeshöhle nur durch folgende Räume vertreten: jederseits durch einen streifenförmigen Raum dorsal von der Peri- branchialhöhle (Fig. 4), ferner durch einen unpaaren Raum unter der Hypobranchial- rinne und durch die kanalartigen Räume in den primären Kiemenbögen, welche von jenen Räumen zu diesem gehen, sowie durch einen schmalen Cölomraum im Umkreis des Leberschlauches. i5.DerExkretionsapparat. In der Kiemen- region liegen die von B 0 v e r i entdeckten Exkretionsorgane. Es sind branchiomer ange- ordnete Kanälchen, jederseits etwa 90, welche jeweils über den sekundären Kiemen- bögen (Zungenbalken) liegen : sie führen vom Cölom in den Peribranchialraum. Sie haben eine bogenförmige Gestalt und münden jeweils Fig. 5. Niere nkanälchen von Amphi- oxus. 1. Ganzes Kanälchen mit mehreren Nephrostomen und ansitzenden Büscheln von Solenocyten. P Mündung in den Peribranchial- raum; K Schnittrand einer primären Kiemen- spalte. Nach B 0 V e r i aus K. H e r t w i g Lehr- buch. 2. Solenocyten am Eand eines Nephro- stoms stärker vergrößert. Nach Goodrich aus R. Hartwigs Lehrbuch. am oberen Ende des Zungenbalkens in den Peribranchialraum (die Atrialhöhle. Fig. 5). Sie besitzen mehrere Flimmertrichter (Ne- phrostome), so daß sie geeignet sind, Flüssigkeit aus der Leibeshöhle nach außen zu leiten und folglich sowohl an die offenen Segmentalorgane vieler Anneliden als auch an die Vornierenkanälchen und Urnieren- kanälchen der cranioten Wirbeltiere erinnern. Am Rande dieser Flimmertrichter sitzen aber auch zahlreiche röhrenartige, lange Zellen an (von B 0 V e r i F a d e n z e 1 1 e n genannt), welche einen langen feinen Kanal mit einer darin schlagenden Geißel enthalten und so völhg den Solenocyten gleichen, wie sie an den Protonephridien vieler niederer Würmer und auch an den Segmentalorganen mancher Anneliden vorkommen (Fig. 5, 2). Die Wand des Nierenkanälchens besteht aus einem Flimmerepithel, das insbesondere an der Ausmündungsstelle lange Cilien trägt. Die Blutgefäße der primären Kiemenbögen lösen sich an den Nierenkanälchen zu einem Kapillarnetz auf, so daß auch aus dem Blut eine Ausscheidung möglich ist. Außer den Nierenkanälchen werden von manchen Forschern noch folgende Bildungen als Exkretionsorgane angesehen. Am Boden des Peribranchialraumes (hauptsächlich in der Nähe des Porus branchialis) findet man jeder- seits zahlreiche Stehen, an welchen das Epithel stark verdickt ist und D r ü s e n z e 1 1 e n mit S e k r e t k ö r n c h e n enthält, so daß man eine exki-etorische Funktion vermuten kann. Auch können bei den Exkretionsorganen bei- läufig die merkwürdigen röhrenförmigen Fort- sätze erwähnt werden, welche nahe am hinteren Ende der Kiemeirregion von der Pericardialhöhle aus in das Cölom hineim-agen und in der Gegend des 27. Myotoms enden (vermutlich mit einer Oeffnung versehen); es gibt jederseits einen solchen A t r i 0 - C ö 1 0 m - T r i c h t e r. 16. Bindegewebe und Skeletteile, lieber die histologische Natur der bindegewebigen Bestand- teile und der Stützsubstanz gehen die Meinungen der Forscher auseinander, da diese Gewebsteile arm an Zehen sind. Unter dem Hautepithel sieht man eine faserige Membran ohne Zehkerne, welclie von manchen Autoren als Basalmembran des Epithels, von anderen als bindegewebige Membran betrachtet wird. Darunter folgt eine gallertige Schicht, welche bald dick, bald dümi ist und von vereinzelten Bindegewebsfaserzügen und Nerven durchzogen wird. Man findet in ihr vereinzelte Zellen vom Charakter von Mesen- chymzeUen; solche verästelte Mesenchymzellen liegen reichlicher an ihrer Peripherie unter der erwähnten Basalmembran. ^) Die vordere und die hintere Körjierspitze wird unter und über der Chorda von einem System kernlialtiger Binde- gewebszüge gestützt. Eine besonders feste, aber zellenarme Gallerte bildet das sogenannte Skelet, zu welchem hauptsächlich folgende Teile gehören: das erwähnte Stützskelet der Fühlfäden am Mund, das oben besprochene Skelet der Kiemen- bögen, die dünnen Scheidewände zwischen den i)R. Goldschmidt Das Bindegewebe der Amphioxus, Sitzber. d. Ges. f. Morph, und Phvs. zu München 1908. Amphioxiis 368 Myomeren der Muskulatur, eine ziemlich dicke Hülle in der Umgebung der Chorda dorsalis und des Rückenmarks (vergleichbar dem skeletogenen Gewebe anderer Wirbeltiere) sowie davon aus- gehende strahlenartige Fortsätze, welche in den Flossensaum eintreten. 17. Der Geschlechtsapparat. Amphioxus ist oetrennto;eschlechtlich, aber die Männchen sind äußerlich kaum von den Weibchen zu unterscheiden. Die Hoden sind den Eier- stöcken sehr älmlich; in beiden Fällen sieht man eine Anzahl von Geschlechtsdrüsen (Gonaden) jederseits in der Kiemenregion an der Wand des Peribranchialraumes gelegen und in diesen Raum sich vorwölbend (Fig. 4); sie beginnen im 9. bis 11. Segment; gewöhn- lich beträgt die Zahl jederseits 26, aber die äußersten sind oft nur schwach ent- wickelt (Fig. 2). Die Gonaden sind segmental gelegen und entsprechen den Myomeren; diese Lagebeziehung erklärt sich aus der Entwickelungsgeschichte, denn die Gonaden entstehen aus den ventralen Enden der Myotome. Die Gonaden entleeren sich durch einen Durchbruch in die Peribranchial- höhle. Diese Entleerungsweise ist wahrschein- lich nicht ursprünglich: denn die Höhlen der Gonaden stellen sich entwickelungsgeschicht- lich als Teile der Ur Segmente dar, so daß die Geschlechtsprodukte ursprünglich iliren Ausweg durch das Cölom und die Nierenkanälchen oder den Atrio-Cölom-Kanal nehmen konnten. 18. Die Entwickeiung. Das Laichen findet an warmen Tagen gegen Abend statt. Die Eier werden stoßweise in Form weißer Wölk- chen durch den Branchialporus entleert. Die Männchen stoßen gleichzeitig in derselben Weise den Samen aus. Sobald eine Samen- zelle in die Eizelle eingedrungen ist, hebt sich von dem Ei die Membran ab, wodurch anderen Samenzellen der Eingang verwehrt ist. Die Eizelle hat eine Größe von 0,1 bis 0,13 mm -f^ - - ec Fig. 6. Gastrula desAmphioxus. Nach S 0 b 0 1 1 a. b Blastoporus (Urmund), u Ur- darm, ec Ekto- (lerm, en Ento- derm. Die ab- geflachte Seite ist die Dorsalseita (Rückenseite). und enthält wenig Nahrungsdotter. Der erste Richtungskörper wird noch im Eierstock aus- gestoßen, der zweite kurz nach der Besamung des Eies. Sobald die Befruchtung vollzogen ist, also der mäniüiche Kern sich mit dem weibhchen vereinigt hat, beginnt die Fur- chung. Diese ist nahezu äqual, d. h. die Furchungszellen sind nahezu von gleicher Größe. Daher besteht auch die Blastula aus Zellen von nahezu gleicher Größe; jedoch ist der vegetative Pol durch etwas größere Zellen kenntlich, und diese werden bei der nun folgenden Gastrulation eingestülpt. Es ent- steht eine typische Gastrula mit weiter Ur- darmhöhle (Fig. 6). Die Zellen des Ekto- derms entwickehi schon jetzt jeweils eine Geißel, so daß die Embryonen in der Ei- hiüle zu rotieren beginnen und später nach dem Verlassen der Eihüllen davonschwimmen können. An der Gastrula wird durch eine Abilachung die Rückenseite des Embr}^o kenntlich, und hier grenzt sich ein länglicher Streifen des Ekto- derms (die Medullarplatte) von dem anstoßenden Ektoderm ab und wird von diesem überwachsen. Die Medullarplatte, welche auf diese Weise in die Tiefe gesunken ist, faltet sich nun ein, um das Medullarrohr zu bilden, welches vorn eine Oef fnung hat (denvorderenNeuroporus) und hinten in den Urmund (die Mündung des Urdarmes) mündet. Diese Verbindung des Rückenmarks- rohres mit dem Darmrohr wird C a n a 1 i s n e u r e n t e r i c u s genannt (Fig. 7). Das mittlere en u ur -urh ur -mf Fig. 7. Larve des Amphioxus mit 5 LTrsegmenten. NachHatschek. en Entoderm, u Urdarm, ur Ur- segment, m-h Ur- segmenthöhle, mr Medullarrohr (Rückenmarks- rohr), mf Meso- dermfalte, en Ca- nalis neurenteri- cus. Keimblatt (Mesoderm) entwickelt sich von dem inneren Keimblatt aus in folgender Weise : wäh- rend ein mittlerer Streifen des Entoderms unter dem Medullarrohr durch Faltung die Anlage der Rückensaite (Chorda dorsalis) bildet, entsteht neben ihr jederseits eine Längsfalte des Ento- derms, die von vorn nach hinten durch Quer- falten in kästchenförmige Abschnitte, die Ur- segmente , zerlegt wird (Abbildungen in dem Artikel „Leibeshöhle"). Jedes Ursegment ent- hält einen Hohlraum, der gemäß der eben be- schriebenen Entstehung ursprüngüch mit der Urdarmhöhle zusammenliängt, aber dann von ihr abgetrennt wird. Figur 7 zeigt einen Embryo, an dem schon 5 Ursegmente und hinter diesen noch die ungeteilte Mesodermfalte zu sehen sind. Die Ursegmente, deren Zahl noch lange Zeit zu- nimmt, wachsen an den Seiten des Körpers herab 364 x^mphioxus — Analyse und gliedern sich in folgende Teile: Der größte Teil jedes Ursegments bildet das Muskelsegment oder Myotom, ein kleinerer unterer Teil ver- schmilzt mit den entsprechenden Teilen der be- nachbarten Ursegmente, durch welche Verschmel- zung jederseits der langgestreckte einheitliche Hohlraum des Cöloms entsteht. Aus dem untersten Teile des Myotoms geht jeweils eine Gonade hervor. Die Anlage ücr Gonade, welche ;im unteren Ende eines Myotoms entsteht, stülpt sich in den untersten Teil der Myotom- höhle des vorhergehenden Segmentes ein und wird so von einem Hohlraum umgeben, der sich von dem vorhergehenden Myotom völlig ab- trennt und Genitalkammer genannt wird. Die freischwimmende Larve des Am- phioxus ist asymmetrisch gebaut, was wahr- scheinlich mit der Art der Bewegung zusammen- hängt, da sie sich beim Vorwärtsfchwimmen fortwährend nach links dreht. Der Mund liegt links, die linke Reihe der Kiemenspalten dl ]< fl m JiS Fig. 8. Vorderende einer älteren Larve von rechts gesehen. Nach H a t s ch e k aus Ko r s c h e 1 1 und H e i d e r Lehrbuch, ds u. ds' Grenzlinien der Muskelsegmente der rechten und der linken Seite, mr MeduUarrohr, ch Chorda, k kolbenförmige Drüse (Bedeutung unbekannt), fl. Flimmerstreifen (Anlage der Hypobranchialrinne), w Wimperorgan, np vorderer Neu- roporus, d Darm, sv Subintestinalvene (rechts gelegen), m Mund (links gelegen). entsteht früher als die rechte und nimmt ihren Ursprung auf der rechten Seite, so daß sie nach links hinüberwandern muß (Fig. 8). Die Larve sinkt zu Boden und liegt auf der rechten Seite, so daß der Mund nach oben sieht. Wenn das Tier dann zu der definitiven Lebensweise übergeht und sich in den Sand eingräbt, wird der Bau symmetrisch. Literatur. TJi. Boveri, Die Nierenkanälchen des Ämphioxtis. Zoolog. Jahrb. Bd. 5 189S. — Der- selbe, lieber die BüdnngssiäUe der Geschlechts- drüsen beim Amphioxiis. Anat. Anzeiger Bd. 7 1892. — E. Burchardt, Beiträge zur Kenntnis des Amphioxus. Jenaische Zeitschrift Bd. 34 1900 (Mit Literaturverzeichnis). — P. Cerfon- taine, Recherches sur le developpement de l' Am- phioxus. Arch. de Biologie vol. S2, 1906. — Belage et Herouard, Tratte de Zoologie con- crete. Les Procordes. Paris 1898 (Beste Zusam- menfassung). — A, S. Dogiel, Das periphere Nervensystem des Amphioxus. Anat. Hefte Nr. 661903. — R. Goldschmidt, Amphioxides. Wiss. Ergebnisse d. Valdivia-Expediton. Bd. 12 1905. — B, Hätschele, Studien über die Entwickelung des Amphioxus. Arb. aus d. zool. Inst. Wien Bd. 4 1881. — Verselbe, lieber den Schichten- bau des Amphioxus. Anatom. Anzeiger Bd. 3 1888. — Derselbe, Die 3Ietamerie des Amphi- oxus und des Ammoroetes. Verhandl. d. Anat. Ges. 1892. — B. Hesse, Die Sehorgane des Amphioxus. Zeitschr. f. iciss. Zool. Bd. 63 1898. — J. V, Heymans et O. van der Stricht, Sur le Systeme nerveux de V Am- 2)hioxus. Mem. cour. de l'Acad. B. de Beigique T. 61 1896. — A. Kowalevslei, Entioickelungs- geschichte von Amphioxus lanceolatus. Mem. Akad. St.Pelersbourgl867. — Derselbe, Weitere Studien über die Entwickelungsgeschichte des Amphioxus. Archiv f. mikr. Anat. Bd. IS 1877. — Joh. Müller, lieber den Bari und die Lebens- erscheinungen des Branchiostoma lubricum (Amphioxus lanceolatus). Abhandl. d. Berliner Akad. 1842. — E, Kay Lanicester, Contri- butions to the Knowledge of Amphioxus lanceo- latus. Quart Journal of micr. Sc. Bd. 29 1SS9. — E, Ray Lankester und A. Willey, The development of the atrial Chamber of Amphioxus Ebenda Bd. 31.1890. — R. Legros, Conlribution ä l'ctude de Vappareil vasculaire de V Amphioxus. Mitth. aus der zoolog Station zu Neapel 15. Bd. 1902. — A. Leiber, Bau und Entwickelung der weibl. Geschlechtsorgane des Amphioxus. Zoolog. Jahrb. Bd. 18 1903. — S. Sobotta, Die Reifung und Be- fruchtung des Eies von Ampthioxiis lanceolatus. Arch. f. mikr. Anat. Bd. 50.1897. — J. W. Spengel, Beitrag zur Kenntnis der Kiemen des Amphioxus. Zoolog. Jahrbücher Bd. 4.1890. — O. van der Stricht, La maturation et la fecondation de l'oeuf d' Amphioxus lanceolatus. Bull, de l'Ac. R. de Beigique 3 Serie. Bd. SO 1895. — S. W. van Wijhe, Beiträge zur Anatomie der Kopfregion des Amphioxus. Peter Camper Deel 1 1901. — Derselbe, Die Homologisierung des Mundes des Amphioxus. Peter Camper Deel 6 1906. — A. Willey, The later larval development of Amphioxus. Quart. Journal, of micr. Sc. Bd. 32.1891. — B. Zarnik, lieber die Geschlechtsorgane des Amphioxus. Zoolog. Jahrbücher Bd. 21. 1904. — Derselbe, lieber segmentale Venen bei Amphioxus und ihr Verhältnis zum Ductus Cuvieri. Anat. Anzeiger Bd. 24 1904. H. E. Ziegler. Analyse Organische Analyse siehe den Artikel „Chemische Analyse". Analyse Gasanalyse siehe den Artikel ,,C h e m i s c h e G a s - a na ly s e". Analyse Mikrochemische Analyse siehe den Artikel „Chemische Analyse", Andrews — Angiospermen 365 Andrews Thomas. Geboren am 19. Dezember 1813 in Belfast; gestorben am 26. November 1885 daselbst. Er studierte in Glasgow, war zunächst prak- tischer Ai-zt, später Professor der Chemie am Queens College in Belfast, zu dessen Vize- präsident er 1845 ernannt wurde, trat 1879 aus Gesundheitsrücksichten zurück. Seine Arbeiten bewegen sich meist auf dem Grenzgebiet zwischen Physik und Chemie, die bekanntesten handeln über die Wärmeentwickelung bei chemischen Prozessen, über den Verbrennungsprozeß. In den sechziger Jahren fand Andrews das Gesetz, daß Kohlensäure und andere Gase sich oberhalb einer gewissen, der „kritischen Tempera- tur", nicht mehr durch Druck verflüssigen lassen. Literatur. Blemoir von Professor Tait und Pro- fessor Cmim Brown in Andrews Gesammelten 'Werken 1880. E. Drude. Angiospermen. Bedecktsamige Pflanzen. I. Einleitung. IL Die Blüten der Angio- spermen. III. Die Familien der Angiospermen: 1. Klasse Monocot_yledoneae. 2. Klasse Dicotyl- edoneae : a) Unterklasse Archichlamydeae ; b) Sympetalae. I. Einleitung. In der folgenden Ueber- sicht über die Angiospermen sind vorzugs- weise die Familien und die sie zusammen- fassenden Reihen charakterisiert worden; ein weiteres Eingehen auf die Gattungen und die Arten verbietet der geringe Umfang der hier zur Verfügung steht. Von den Arten sind nur die wichtigsten hervor- gehoben worden, d. h. solche, die für das System besondere Bedeutung haben oder die durch ihren Nutzen für den menschlichen Haushalt oder ihre allgemeine Verbreitung von Interesse sind. lieber die einzelnen Nutzpflanzen, die hier in der ihnen im System zukommenden Stellung aufgeführt werden, wird man an anderer Stelle ausführ- lichere Angaben finden. Das System, dem ich in fast allen Punkten gefolgt bin, ist das Englersche, wie es be- sonders in der neuesten Auflage des „Syllabus der Pflanzenfamilien" (Berlin 1909) nieder- gelegt ist. Gewiß wird man über die Stellung mancher Gruppen verschiedener Meinung sein können; wenn es hier aber an Gelegen- heit fehlt, diese Meinungsverschiedenheiten in eingehender "Weise zu diskutieren, so wird es am besten sein, einem heute in weiten Kreisen anerkannten System zu folgen, das als dem Stande unseres heutigen systema- tischen Wissens entsprechend bezeichnet werden kann. Nomenklatur. Die Benennung der Pflanzenarten sowie der anderen Kategorien geht in den Grundzügen auf die Nomenklatur zurück, die Linne, die systematischen Er- gebnisse seiner Vorgänger zusammenfassend und reformierend, geschaffen hat. Allmählich entstand aus mannigfachen Gründen eine ziemliche Verwirrung in den Pflanzennamen; z. B. ist eine Gattung zweimal beschrieben worden, der jüngere Name hat sich einge- bürgert, bis ein Monograph den älteren Namen wieder aufnimmt und zur Geltung bringt, während der gebräuchliche Name von Gärtnern u. a. weiter angewendet wird; oder bei Ueberführung einer Art, die bisher in einer falschen Gattung stand, in die richtige Gattung wird die Benennung der Art ver- schieden gehandhabt. Einzelne Botaniker hielten sich nicht an die Gattungsnamen Linnes, sondern gingen weiter zurück, so- gar bis auf die klassischen Autoren des Alter- tums. Gewiß ist die Art und "Weise der Be- nennung vom wissenschaftlichen Stand- punkte aus gleichgültig, die Nomenklatur ist im Grunde nur ein Mittel zur Verständi- gung, aber als solches ist sie von größter praktischer Bedeutung. Nach verschiedenen Versuchen zur Schaffung einer einheitlichen Nomenklatur wurde die Frage durch einen internationalen Kongreß in "Wien 1905 ge- regelt. Bei der Benennung ist danach das historische Prinzip maßgebend; im allge- meinen ist stets der älteste Name, dem eine ausreichende Charakteristik beigegeben war, zu gebrauchen. Den Ausgangspunkt für die Benennung von Gattungen und Arten bildet das Jahr 1753, in dem die „Species plan- tarum" von Linne erschienen. Denn in diesem "Werke zuerst ist die binäre Nomen- klatur angewandt worden, nach der jede Pflanze durch einen Gattungs- und Art- namen bezeichnet wird, denen der Name des Autors der Pflanze folgt, z. B. Viola odorata L. Im einzelnen zeigen die zahlreichen Regeln und Kommentare des Kongreßberichtes, wie viele zum Teil recht spitzfindig"e Fragen erledigt werden mußten. Auch die strenge Befolgung des historischen Prinzips bringt allerlei Unzuträglichkeiten mit sich, die im Interesse der einheitlichen Namengebung in Kauf genommen werden müssen; so muß z. B. der bekannte Name der afrikanischen "Wüstenpflanze "Welwitschia mirabilis durch den vorher publizierten Tumboa Bainesii ersetzt werden. Als ein anderes Beispiel erwähne ich die Gattung Gynerium, bei dem zugleich die Ver- schiedenartigkeit der Namengebung ersehen werden kann; das „Pampasgras" der Gärtner mit seinen wundervollen Rispen ist unter dem Namen Gynerium argenteum, den ihm Nees 1829 gab, allbekannt. Nun hatte Nees nicht die Gattung auf die genannte Art begründet, sondern Gynerium war 1809 von Humboldt undBonpland auf Gyne- rium saccharoides, das Pfeilgras der süd- 366 Angiospermen amerikanischen Indianer aufgestellt worden. Der englische Botaniker Stapf zeigte (1897), daß man beide Arten wegen der Verschieden- heit ihrer Blüten nicht in dieselbe Gattung bringen kann; der Name Gy nerium blieb also für die ältere Art Gynerium saccharoi- des, während der so bekannte Name Gyne- rium argenteum in einer neuen Gattung durch Cortaderia argentea ersetzt wurde. Nun stellte sich heraus, daß für die Pflanze schon ein älterer Name existierte, als Gyne- rium argenteum, nämhch Arundo Sel- loana Schult. (1827, nach dem Sammler Sello); die Art wurde daher von Ascherson und Gräbner (1900) Cortaderia Selloana (Schult.) Asch. Gräbn. genannt. x\ber auch der Name Gynerium saccharoides (1809) kann nicht bestehen bleiben, da vor Hum- boldt und Bonpland schon Aublet die Pflanze als Saccharum sagittatum (1775) beschrieben hatte (Arundo sagittata Pers. 1805); von Palisot de Beauvais (1812) wurde der Artname auf Gynerium über- tragen, so daß die Pflanze nunmehr Gyne- rium sagittatum (Aubl.)Pal. Beauv. heißt. Die natürliche Pflanzenfamilie. Wie schon erwähnt, ist Linne der Begründer der binären Nomenklatur; unter x\rt und Gattung faßte er wohlbegründete systema- tische Einheiten zusammen. Dagegen waren die höheren Kategorien in seinem Sexual- system durchaus unnatürhch; sie vereinigten ganz heterogene Gruppen und trennten nahe verwandte, d. h. in vielen Merkmalen über- einstimmende Gruppen. Das geschah, weil in seinem System ein Merkmal, die Zahl der Staubblätter in erster Linie maßgebend war; aber dieses Merkmal wechselt in engen Verwandtschaftskreisen, wie bei den Gräsern, wo drei oder sechs Staubblätter vorkommen; danach finden sich die Gräser bei Linne in verschiedenen Klassen, weit durch andere Gruppen getrennt. Die klare Erkenntnis dieses Mißstandes findet sich schon in dem in seinen Prinzipien von echtem wissenschaft- lichen Geist getragenen Werke von A. L. de Jussieu Genera Plantaium Paris 1789. Dort heißt es in der Einleitung auf S. 33: Inde primarias ex stamiuum numero et proportione notas minus stabiles deducens, discordes in iisdem sectionibus congerit plantas . . . (wo- für Beispiele gegeben werden) . . . Affines aliunde secernit didynamas a tetrandris, Chloram a Gentiana . . . Gramineas trian- dras ab hexandris etc. Das Rückgrat des Systems bildet nunmehr die natürliche Pflanzenfamilie (von Jussieu als Ordo be- zeichnet). Den Unterschied in der Methode charakterisiert Eichler kurz folgendermaßen: „Die Anordnung der Gattungen kann nach vorgefaßten (apriorischen) Einteilungsprin- zipien erfolgen, oder wiederum nach ihrer größeren oder geringeren Aehnlichkeit. Ersteres Verfahren wird als künstliche, letzteres als natürliche Methode bezeichnet." Der scharf geprägte Charakter und der enge phylogenetische Zusammenhang ist bei einer Anzahl von Familien, wie Gräsern, Palmen, Kompositen usw. unverkennbar; andere Familien, deren Formenkreise ausein- ander streben und in die nur schwer der Ge- danke einer phylogenetischen Einheit hinein- getragen werden kann, sind öfters kaum in zureichender Weise kurz zu charakterisieren; in der Beschreibung ihrer Merkmale kehren dann immer die leidigen Ausdrücke ,, meist", „gewöhnlich" wieder, die überall auf die Aus- nahmen hindeuten. Solche Familien, die man wohl aus praktischen Gründen bestehen läßt, sind die Loganiaceen oder etwa die Flacourtiaceen. Andererseits wird öfters die Charakteristik einer sonst gut geschlossenen Familie durch das Hereinziehen einer ab- weichenden Gattung gestört, die eben nur zur betreffenden Familie gestellt wurde, weil sie schließlich dort noch besser als irgend wo anders hinpaßt. Da wird es sich empfehlen auf solche Monotypen oder kleine Gruppen besondere Familien zu bilden, wenn auch praktisch in der Vermehrang der Zahl bei der wichtigsten systematischen Kategorie sicher ein Nachteil liegt. Solche Fannlien sind die Hoplestigmataceae, die Gar- ryaceae (von den Cornaceen abgetrennt), oder die Phrymaceae, die schon seit längerer Zeit von den Verbenaceen entfernt worden sind. Eine Anzahl der kleinen Familien ist, soweit sie nicht ein besonderes Interesse haben, in der folgenden Aufzählung wegge- lassen worden. Die Grundlagen des natürlichen Systems. Das System, in dem Gattungen und Familien angeordnet werden, soll prak- tisch sein, also z. B. ein leichtes Auffinden unbekannter Formen ermöglichen. Diese Bedingung kann auch ein künstliches System erfüllen. Vom natürlichen System verlangt aber unsere deszendenztheoretische Gnmd- anschauung, daß es phylogenetisch ist, daß es eine bestimmte Stufenfolge von primi- tiveren zu höheren Typen zum Ausdrack bringt gemäß der wahrscheinlichen zeitlichen Stuf enfolge ihrer Entwickelung. Die Gruppen, die das System am engsten vereinigt, sollen die größte x\ehnlichkeit besitzen, in den meisten Merkmalen übereinstimmen. Wir sahen, daß darin besonders das System Linnes fehlte. Diese Aehnlichkeit oder Uebereinstimmung ist für uns nach der Des- zendenztheorie nicht rein äußerlich, wie sie es wäre, wenn die Arten konstant wären, sondern sie ist der Ausdnick realer Verwandt- schaft, einer engen phyletischen Zusammen- gehörigkeit. ,,Die Abstufungen dieser Ver- wandtschaft zu ermitteln, ist Aufgabe der Systematik, und insofern ein System die- I Angiospermen 367 selben darzustellen erstrebt, hat es Anspruch ein natürliches genannt zu werden" (Eichler). Die völlige Erfüllung dieses Verlangens nach einem natürlichen System erscheint illu- sorisch, da nicht nur eine aufsteigende Stufenleiter vorhanden ist, sondern die Reihen vielfach nebeneinander stehen, von unbekannten ausgestorbenen Vorfahren stammend; was heute höhere Organisation zeigt, braucht sich nicht von heutigen primitiveren Typen herzuleiten. Reihen, die wahrscheinlich eine phylogenetische Einheit darstellen, können in ihren An- fangsgliedern tiefer stehen als die End- glieder vorhergehender Reihen. Ebenso werden öfters " in Familien oder Reihen Gnippen vereinigt, die dieselbe Organisations- hühe erreicht haben und nur deswegen in vielen Merkmalen übereinstimmen, ül)rigens aber einen verschiedenen Ursprung haben und nur durch Konvergenz sich nähern. Manchen Forschern erscheint daher das Ziel der Systematik eng gesteckt; so sagt Graf zu Solms-Laubach (Cruciferenstudien. In Bot. Zeit. 61 (1903)): „Deswegen glaube ich, wird sich eine nüchterne, den Regionen der Phantasie entrückte Systematik für alle Zeiten bescheiden müssen, die Gattungs- und Familienbegrenzung und deren Nomen- klatur im wesentlichen nach praktischen Be- dürfnissen zu gestalten. Ein phylogene- tisches System, wie manch einer es mit jugendlicher Zuversicht von der Zukunft er- hofft, wird stets ein pium desiderium bleiben." Mag dieser Pessimismus sich in Zukunft als zu Recht bestehend erweisen; jedenfalls wird immerhin die Systematik, wenn sie eine "Wissenschaft bleiben wiU, nie den Versuch unterlassen können, sich dem idealen Ziele des phylogenetischen Systems anzunähern. „Die für die Praxis aufgestellten Systeme sind nur sehr unvollkommene Näherungsver- suche; dasjenige wird das beste sein, welches den jeweiligen Kenntnissen von der Ver- wandtschaft der Pflanzen am meisten Rech- nung trägt" (Eichler). Es fragt sich nun, welche Merkmale dienen als Kriterien eines phylogenetischen Fortschrittes, welche Merkmale besonders charakterisieren die Organisationshöhe, die eine bestimmte Gruppe erreicht hat? Der stufenweise Fortschritt ist bei den Kryptogamen leichter erkennbar als bei den Phanerogamen, bei ihnen sind die Linien der Entwicklung im großen genommen deut- licher. Auch die Deszendenz der Gymno- spermen, ihr Zusammenhang mit lebenden und ausgestorbenen Gruppen hochstehender Kryptogamen hegt klar zutage. Die beiden Hauptabteilungen des Pflanzenreiches, die Kryptogamen und Phanerogamen sind nicht, wie man früher annahm, durch eine tiefe Kluft geschieden. Vielmehr haben die Unter- suchungen über die Fortpflanzung der höheren Kryptogamen und der Gymnospermen ge- zeigt, daß allerhand Uebergänge vorhanden sind, die die scharfe Unterscheidung ver- wischen; dazu kommt, daß aus der Kohle- periode Fossilien bekannt geworden sind, die geradezu Mitteldinge zwischen samenlosen und samentragenden Pflanzen darstellen. Dagegen liegt die Entstehung der An- giospermen im Dunkel. Die Paläontologie könnte hier eine Hilfe sein, wenn uns Ueber- gangstypen oder primitive Formen fossil auf- bewahrt wären. Die Merkmale dieser Formen müßten dann auch die ursprünglicheren sein und Formen, die sie noch heute besitzen, müßten an den Anfang des Systems gestellt werden. Die Wissenschaft der ausgestorbenen Lebewesen läßt uns im Stiche, denn auch der Versuch, der neuerdings unternommen wurde, die Angiospermenblüte von fossilen Benettitaceenblüten abzuleiten, kann nicht überzeugend wirken. Die Bäume , deren Reste aus der Kreidezeit erhalten sind, in der zuerst sich Angiospermen in der Erdgeschichte zeigen, gehören sehr verschiedene Gruppen an und zeigen schon hohe Differenzierung. So bleiben wir für das System auf die ver- gleichende Morphologie der heutigen Formen angewiesen und die Gruppiening wird von der Bewertung der Merkmale abhängen, die die rezenten Gnippen aufweisen, vorzugs- weise der Blütenmerkmale, da diese am kon- stantesten sind. Die neueren Systeme, wie das, dem wir folgen, halten die Scheidung der Angio- spermen in die lieiden Abteilungen der Mono- kotylen und Dikotylen aufrecht, sowie die Gruppierung der letztgenannten in Chori- petale und Sympetale. Zweifelhaft erscheint, ob bei den Monokotylen und Dikotylen eine völlige Parallelentwickelung vorliegt, wie es z. B. Engler annimmt, oder ob man sich die Monokotylen von primitiveren Dikotylen (etwa der Ranalesgruppe) abgezweigt denken soll. In diesem Falle werden die Mono- kotylen an den Schluß des Systems zu stellen sein. Die Reihen der Sympetalen aufzuteilen und die Familien an einzelne Reihen der Choripetalen anzugliedern, dazu liegt trotz mancher neueren Versuche kein Grund und keine Möghchkeit vor. ,,Da man... wahr- nahm, daß für sehr zahlreiche verwandte Gruppen des Pflanzenreichs die verwachsene Blumenkrone ein Hauptcharakteristikum dar- stellte, so war man berechtigt, diese Formen als Sympetalen zusammenzufassen. Es ist natürlich möglich, daltzu diesen Sympetalen einzelne Gattungen und Famihen (z. B. meiner Ansicht nach die Cucurbitaceae) gestellt wurden, welche besser an anderen Stellen im Pflanzenreich untergebracht würden; aber für weitaus die Mehrzahl 368 Angiospermen ist die enge Zusammengehörigkeit nach dem Urteil aller Forscher der neueren Zeit nicht zweifelhaft. Und da sich leicht zeigen läßt, daß diese Formen in ihrer überwiegenden Mehrzahl eine Organisationshöhe erreicht haben, welche die der Choripetalen weit überragt, so ist kein Grund dafür vorhanden zu zweifeln, daß die Sympetalie eine Weiter- bildung ursprünglich freier Kronblätter dar- stellt. Daß Sympetalie auch bei manchen Familien der Choripetalen auftreten kann, spricht in keiner Weise gegen diese Ansicht, sondern nach den Resultaten zahlreicher Monographen weit eher dafür" (Gilg in Ber. 3. Zusammenkunft Fr. Ver. Syst. Bot. Pflanzengeogr. (1905) 83). Der Fortschritt bei der Choripetalengruppe liegt nach dem hier befolgten System be- sonders in der Blütenhülle. Es wird ange- nommen, daß es Gruppen mit typisch apetalen, nackten Blüten gibt, mit denen das System einsetzt (Piperaceae). Dann folgen Gruppen mit einfacher Blütenhülle, dann solche mit doppelter Blütenhülle, wobei beide Kreise gleich (homoiochlamydeisch) oder in Kelch und Blumenkrone getrennt (heterochlamy- deisch) sein können. Einzelne Gruppen, die in naher Verwandtschaft mit solchen mit vollkommener Blütenhülle stehen, können die Blumenblätter oder überhaupt die Bluten- hülle durch Reduktion wieder verloren haben (Apopetalie); hierin liegt natürlich im phylo- genetischen Sinne ein Fortschritt; eine solche Familie sind die Euphorbiaceen, die an das Ende der Geranialen gestellt werden. Daneben kommt für unser System ein anderes Prinzip des Fortschrittes erst in zweiter Linie in Betracht, nämlich der Ueber- gang von Apokarpie zu Synkarpie, von spiraliger Anordnung zu quirliger, und von unbestimmter Zahl der Blütenteile zu fest fixierter. Es folgen also die R a n a 1 e s , bei denen besonders Spiralstellung und Apokarpie herrscht erst nach den Fagales und anderen Reihen. Andere Entwickelungsstufeu, die Bedeutung für unser System der Chori- petalen haben, sind etwa der Uebergang von Hypogynie zu Perigynie und Epigynie, von Zwitterigkeit zu Eingeschlechtlichkeit, wobei rudimentäre männliche oder weibliche Organe verbleiben, die Bildung von Synandrien aus freien Staubblättern usw. Die hierin liegenden Merkmale sind in manchen Gruppen des Pflanzenreiches von hoher Konstanz und damit für das System wesentlich, z. B. ist der Fruchtknoten bei allen höher stehenden Familien der drei Hauptabteilungen konstant unterständig; in anderen Familien wiederum wechselt Epigynie und Hypogynie, wie bei den Saxifragaceen und Ericaceen, und bei den Rosaceen z. B. ist die Form der Blütenachse von erstaunlicher Mannigfaltigkeit. Dasselbe gilt für fast alle Charaktere; was hier wesent- lich ist, ist dort von geringer Bedeutung; damit ist das stärkste Hemmnis aller Ver- suche eines natürlichen Systems gegeben. Für die Bewertung der Merkmale bleibt ein weiter Spielraum offen und eine einheitliche Ansicht über die Gestaltung des Systems wird wohl niemals Platz greifen. Bei den Dikotylen zeigte sich die Ver- wachsung der Blütenblätter als ein Merkmal von besonderer systematischer Bedeutung, so daß die Abteilungen der Choripetalen und Sympetalen gebildet werden konnten; bei den Monokotylen hat das gleiche Merk- mal keinen systematischen Wert. So ist in der Familie der Liliaceen die Blütenhülle getrenntblättrig oder vereintblättrig, wobei alle sechs Blätter meistens gleich sind; bei den Dikotylen kommt typische Sympetalie erst auf höherer Stufe regelmäßig vor, wenn die Blütenhülle in Kelch und Blumenkrone geschieden ist. In den Grundlagen kommt dem von uns befolgten System jenes nahe, das R. v. Wettstein in seinem Lehrbuch (vgl. ,, Lite- ratur") veröffentlichte. Auch in diesem System werden die Hauptabteilungen der Monokotylen und Dikotylen beibehalten und diese in Choripetale und Sympetale ge- schieden. Wettstein ist der Ansicht, daß die Monokotylen sich von den Polycar- picae (Ranales) ableiten, daß also die Di- kotylen primär sind und den Monokotylen im System vorangehen müssen. Bei den erstgenannten muß also die Ableitung der Angiospermen gesucht werden. Als ursprüng- liche Charaktere betrachtet der Autor Ein- geschlechtlichkeit und unvollkommene Aus- bildung der Blütenhülle, die mit Anemophilie (Windbestäubung) verbunden ist. Dem- gemäß beginnt das System mit monochlamy- deischen Choripetalen (Fagales, Juglan- dales usw.); dann folgen die mit vollkomme- ner Blütenhülle versehenen Dialypetalen, mit denPolycarpicae einsetzend und schließlich die Sympetalen, mit vollkommener Blüten- hülle und Insektenbestäubung. Zwischen Sympetalen und einzelnen Reihen der Chori- petalen nimmt Wettstein vielfache Be- ziehungen an. Wie vorsichtig der bekannte Deszendenztheoretiker den Grad der Wahr- scheinlichkeit angenommener phylogene- tischer Zusammenhänge taxiert, geht aus folgenden Sätzen der Anmerkung zur sche- matischen Darstellung des Zusammenhanges der Angiospermenreihen hervor: „Jede der- artige schematische Darstellung ist mit dem Nachteile verbunden, daß die Uebersichtlich- keit leicht die Vorstellung der Sicherheit der Ergebnisse weckt. Das eine derartige Sicher- heit bei Versuchen, die genetischen Bezie- hungen der Pflanzengruppen zu eruieren, derzeit nicht erreichbar ist, möge daher neuerdinsrs betont werden . . . Zur Ver- Angiospermen 369 meidung von Mißverständnissen sei auch ' Jiier betont, daß bei Konstatierung gene- tischer Beziehungen nicht an solche Bezie- hungen zwischen den rezenten Vertretern , der Typen zu denlcen ist." Diese vorsichtige kritische Zurückhaltung fehlt den Versuchen, die in neuerer Zeit H.Hallier unternahm, ein phylogenetisches System zu schaffen. Sein System der An- giospermen beruht nicht auf organischer Weiterentwickelung des Vorhandenen, son- dern stürzt alles von Grund auf um. Neues Leben soll aus den Ruinen erblühen, wie der Autor hofft. Nach den von ihm vertretenen Anschauungen braucht die Windbestäubung kein ursprüngliches Merkmal zu sein, sondern die Tierbestäubung ist bei den Angiospermen primär. Als Merkmale der Blüten von An- giospermen hohen Alters, also als primitive Charaktere gelten hauptsächlich die ver- längerte Blütenachse, die spiralige Anordnung der Blütenglieder (im Gegensatz zur quir- ligen), das Auftreten getrennter (nicht zum Fruchtknoten vereinter) Fruchtblätter (Apo- karpie), die Vielzähligkeit der Blütenteile, der Uebergang von Ivelch- in Blütenblätter. Eine rezente Familie, die diesen Forderungen un- gefähr entspricht, sind die Magnoliaceae. Die Polycarpicae bilden daher den Ausgang des Systems, apetale Formen oder Formen mit unentwickelter Blütenhülle, geringer Zahl der Blütenorgane und Windbestäubung (wie bei den Amentifloren) sind abgeleitet; ! die Sympetalie ist an verschiedenen Stellen entstanden; daher wird die Gruppe der Sympetalen aufgelöst und ihre Reihen werden [ an verschiedene Reihen der Choripetalen angegliedert. Man wird die Möglichkeit der Ableitung des Systems auf solcher Grund- lage nicht bestreiten können; jedenfalls ist eine zufriedenstellende Durchführung bisher nicht erreicht worden. Im einzelnen ist die Gruppierung der Familien und die Einord- nung der Gattungen in den von Hallier zum System veröffentHchten Studien den [ mannigfachsten Schwankungen unterworfen, j da der Autor die Merkmale, auf die hin die Verwandtschaft begründet wird, in will- kürlicher und verschiedener Weise benutzt. Die Fäden der verwandtschaftlichen Be- ziehungen sind bei der außerordentlichen Mannigfaltigkeit, mit der sich die Angio- spermentypen, die auf derselben Organisa- tionshöhe stehen, in die Breite verlieren, fast unentwirrbar verknüpft und zu leicht wird vergessen, daß „bei Konstatierung ge- netischer Beziehungen nicht an solche Beziehungen zwischen den rezenten Vertretern der Typen zu denken ist." Das Halliersche System findet sich nieder- gelegt z. B. in The New Phytologist IV. Nr. 7 (1905) 151—162, wo auch die umfang- reiche ältere Literatur angegeben ist (zur Handwörterbuch der Xaturwissenscliaften. Band I. Kritik vgl. W. Wangerin, Die Wertigkeit der Merkmale im Hallierschen System. In Ber. 6. Zusammenkunft Fr. Ver. Syst. Bot. und Pflanzengeogr. 1908 (1909) 120—141). II. Die Blüten der Angiospermen. Sie sind zwitterig (hermaphrodit) oder eingeschlecht- lich (diklin), dabei einhäusig oder zweihäusig (monöcisch oder diöcisch). Sie sind selten nackt, nur von Staubblättern und Frucht- blättern gebildet, meist haben sie eine Blüten- hülle (Perianth). Die Blätter dieser Hülle stehen seltener spiralig an der Achse, meist sind sie in Kreisen, quirlig, angeordnet und zwar sind 1 bis 2 Kreise vorhanden. Die beiden Kreise können sich als Kelch und Blumenkrone deutlich unterscheiden oder gleich oder fast gleich ausgebildet sein. In diesem Falle wird die Blütenhülle ebenso wie bei dem Vorhandensein nur eines Kreises als Perigon bezeichnet. Die Samenanlagen, die an den Frucht- blättern (Carpellen) entstehen, sind in den von diesen gebildeten Fruchtknoten ein- geschlossen. Entweder entsteht durch Ver- einigung mehrerer Fruchtblätter ein ge- fächerter oder ungefächerter Fruchtknoten, oder die einzelnen Fruchtblätter der Blliie bilden getrennte Fruchtknoten aus; selten ist die Zahl der Carpelle auf eines reduziert. Die Staubblätter haben Antheren mit meist 2 Theken mit je 2 Pollensäcken (Mikrospo- rangien). Aus einer Zelle des Nucellus in der Samenanlage entwickelt sich der Embryosack (Makrospore); in diesem finden sich vor der Befruchtung nur wenige durch freie Zell- bildung entstandene Zellen, unter ihnen nach der Spitze zu die Eizelle; außerdem liegen in der Mitte des Embryosackes zwei Zell- kerne, die sich späterhin miteinander ver- einigen. Die Pollenkörner (Mikrosporen) werden durch den Wind oder durch Insekten auf die Narbe des Fruchtknotens übertragen und treiben dort zu Pollenschläuchen aus, von denen je einer die Befruchtung je einer Samenanlage vermittelt. Erwächstim Gewebe des Fruchtknotens bis zur Samenanlage fort und dringt meist in die Mikropyle, selten in die Chalaza an der Basis ein (Chalazogamie); der Pollenschlauch enthält zwei männliche, generative Kerne, von denen der eine sich mit dem Eikern vereint. Der andere Kern ver- einigt sich mit dem Kern in der Mitte des Embryosackes, der dann durch fortgesetzte Teilung das Nährgewebe (Endosperm) liefert. So entsteht der Same, der von der Samen- schale (Testa), den umgebildeten Hüllen (Integumenten) der Samenanlage um- schlossen ist. III. Die Familien der Angiospermen. 1. Klasse Mo noco tyledoneae. Der Embryo hat nur ein Keimblatt; der Stamm ist von geschlossenen Gefäßbündeln 24 370 Angiospermen durchzogen, daher Fehlen eines typischen Dickenwachstums; die Blüten sind vor- wiegend dreigliederig (in der typischen Aus- bildung mit fünf Quirlen von drei Blättern). Der Habitus der Monocotyledoneae ist meist recht charakteristisch, die hervor- stechenden Vegetationsformen sind die der Palmen, der Bromeliaceen, der Musaceen, der Gräser, der Liliaceenund der Orchideen; für das Gesamtbild von Formationen sind sie in den Tropen bedeutungsvoller als in den gemäßigten Klimaten. Wir beginnen die Klasse mit Formen- reihen, bei denen eine unbestimmte Zahl von Geschlechtsblättern und ursprünglich nackte oder mit unvollkommener Hülle versehene Blüten vorherrschen. 1. Reihe Pandanales. Die eingeschlecht- lichen Blüten sind nackt oder haben eine hochblattartige Hülle; Staubblätter und Carpelle kommen in wechselnder Zahl vor; die Blütenstände sind kugelig oder kolben- förmig. Rein tropisch ist die artenreiche Familie der Pandanaceae, deren Vertreter auf die alte Welt beschränkt sind. Die Blüten- stände der Pandanaceae sind kopfförmig oder ährenförmig, in den Achseln von schei- denartigen Hochblättern stehend, die bei Freycinetia zusammengedrängt sind, so daß die Einzehnfloreszenzen gebüschelt sind, während sie bei Pandanus, wo die Scheiden entfernt stehen, traubig angeordnet sind;' die ^ Blüten bestehen aus zahlreichen Staubblättern, die $ Blüten aus 1 bis vielen (und dann verwachsenen) Carpellen mit je einer Samenanlage; die Frucht ist eine Dnipa oder eine Beere. Die Gattung Pandanus ist mit mehr als 150 Arten über die Tropen der alten Welt ver- breitet rmd besonders in Papuasien entwickelt; die strauchigen oder baumförmigen Arten sind durch die bogig aus dem Stamm hervorbrechenden Stützwurzehi ausgezeichnet, die rings den Stamm imBoden befestigen; beiden kletternden Freyci- netia-Arten dienen die dünneren Lnftwurzebi zum Anhaften. Mit den Pandanaceae sind zwei Familien vorzugsweise der kälteren Klimate im Blüten- bau nahe verwandt, deren Vertreter krautige Gewächse sind. Bei den Typhaceae sind die Blüten nackt, sie stehen in Kolben, die unten $, oben (^ Blüten tragen und von Hochblättern unterbrochen sind; Pflanzen mit kriechenden Rhizomen, Typ ha. Bei den Sparganiaceae haben die Blüten eine unscheinbare, aus kleinen Blättchen gebildete Hülle; sie stehen in laigeligen männlichen oder weiblichen Köpfchen. Sparganium, besonders in Mooren und stehenden Ge- wässern der nördlichen Hemisphäre. 2. Reihe H e 1 o b i a e. Die Reihe umfaßt eine größere Anzahl Familien von Wasser- und Sumpfgewächsen, deren Blütenentwick- lung auf recht verschiedener Höhe steht; difr Blütenhülle fehlt ganz oder ist bis zum hetero- chlamydeischen Typus entwickelt, auch Epi- gynie kommt vor; die Fruchtblätter sind in wechselnder Zahl vorhanden, frei oder zu einem Fruchtknoten verwachsen; das Nähr- gewebe ist meist unentwickelt. Potamogetonaceae. Die eingeschlecht- lichen oder zweigeschlechtlichen Blüten sind nackt; sie stehen einzeln oder in ähren- förmigen Blütenständen; bei Potamogeton sind blütenblattähnliche Anhängsel der Staub- blätter entwickelt. Die Potamogetonaceae sind Bewohner des süßen oder salzigen Was- sers auf der ganzen Erde, mit kriechenden Gnindachsen, in mannigfaclier Weise an das Wasserleben angepaßt. Bei Potamogeton sind die Blüten zwitte- rig, die Aehren sind über die Oberfläche empor- gehoben mid die Bestäubiuig findet meist durch den Win d statt ; bei Z o s t e r a m a r i n a , dem Seegras, das ganz untergetaucht lebt und bei dem die Aehren zur Blütezeit in die Scheide des obersten Laubblattes eingeschlossen sind, findet die Bestäubung durch den fadenförmigen Pollen imter Wasser statt. Najadaceae. Die Blüten sind einge- schlechtlich, mit unscheinbaren geschlossenen Hüilen, bei den (^ Blüten zwei, bei den $ eine; die (^ Blüte mit einer endständigen Anthere, die $ Blüte mit einer Samenanlage. Die Najadaceae leben untergetaucht im süßen Wasser auf der ganzen Erde; es sind ein- jährige lü-äuter; Najas. Juncaginaceae. Die Blüten sind meist zweigeschlechtlich, mit doppelter, unschein- barer Hülle; Carpelle in zwei Kreisen, häufig mehr oder weniger steril, frei oder verwachsen. Bei Triglochin enthält jedes Carpell eine Samenanlage; einjährig oder perennierend. Alismataceae. Die Familie steht zu der Juncaginaceae in Beziehung, ist aber im Blüteubau weiter fortgeschritten; die Blüten sind strahlig und lassen einen drei- blätterigen Kelch und eine dreiblätterige Blumenkrone unterscheiden; Staubblätter sechs oder mehr, Carpelle sechs oder mehr, meist mit einer Samenanlage; schizogene Milchsaftgänge in den Geweben. Die Alis- mataceae sind Sumpf- oder Wassergewächse der Tropen und der gemäßigten Zonen. Alisma, mit 6 Staubblättern und kreis- förmig angeordneten Carpellen, Sagittaria mit gewölbtem Blütenboden und kopfig angeordneten Carpellen. Butomaceae. Die Blüten sind ebenso wie bei den Alismataceae strahlig und hetero- chlamydeisch mit 9 bis vielen Staubblättern und 6 bis vielen Carpellen; bemerkenswert ist die Plazentation, indem die Carpelle die zahlreichen Samenanlagen auf der ganzen inneren Fläche tragen. Angiospermen 371 Die Familie umfaßt 4 Gattungen mit je einer Art; Butomus umbellatus im gemäßigten Europa imd Asien, Sumpfstaude, Hydro cleis, schwimmend, im tropischen Amerika. Hydro charitaceae. Die Hydrocliari- taceae stellen den fortgeschrittensten Typus in der Reihe dar; die Blüten sind meist ein- geschlechtlich, heterochlamydeisch, strahlig, Fig. [1. Sagittaria sagittifolia. a Blüte. b Frucht nach ; Entfernung eines Teiles der Carpelle. dreigliederig, die Staubblätter stehen in Ibis 5 Kreisen; der Fruchtknoten ist unter- ständig und trägt wandständige Plazenten mit zahlreichen Samenanlagen. Die Hydro- charitaceae sind schwimmende oder unter- Fig. 2. Hydrocharis morsus ranae. Männ- liche und weibliche Blüte. Nach Bailjon. getaucht lebende, krautartige Gewächse des süßen und salzigen Wassers, deren häufig schön gefärbte Blüten meist über die Ober- fläche treten. Stratiotes, Hydrocharis; Elodea ca- nadensis, Wasserpest, aus Nordamerika in Europa eingeschleppt; Vallisneria spiralis, besonders im Mittelmeergebiet; die c/' Blüten lösen sich los und steigen an die Oberfläche des Wassers, wo die Bestäubung der an langen Stielen sitzenden $ Blüten stattfindet, die (huauf durch spiralige Einrollung des Stieles wieder unter Wasser ge- zogen werden. 3. Reihe Triuridales. Diese Reihe umfaßt nur die kleine, höchst interessante Familie dei Triuridaceae, deren Arten kleine, saprophytische farblose Gewächse der Tropen sind. Die Blütenhülle besteht aus drei bis Fig. 3. Triuris lutea. 1. Männliche Blüte. 2. Weibliche Blüte. mehreren, bhimenblattartigen, klappigen Blättern; in den (^ Blüten stehen mehrere Staubblätter an der scheibenförmigen oder kegelförmigen Blütenachse; in den weib- lichen Blüten sind zahlreiche Carpelle mit einer Samenanlage auf der breiten Blüten- achse befestigt. Die Stellung der Triuridaceae ist un- sicher, am ehesten stehen sie wohl Familien der Helobiae-Reihe nahe. Triuris in Brasilien, Sciaphila im tropischen Amerika imd Asien. 4. Reihe G 1 n m i f 1 o r a e. Die Reihe um- faßt nur die beiden Familien der Grami- 24* 372 Angiosperme neae und Cyperaceae. Die Blüten sind nackt oder haben nur eine rudimentäre oder selten eine ausgebildete einfache Blütenhülle; der Fruchtknoten ist stets oberständig und enthält nur eine Samenanlage. In der Familie der Gramineae hat dieBlüte mit ihrenHüUen, den Spelzen, eine sehr verschiedene mor- phologische Deutung er- fahren; wir halten fol- gende für berechtigt: der rispige oder äliren- artige Blütenstand ist aus Partialblütenständen, den Aehrchen (spiculae) zusammengesetzt, die ein- bis mehrblütig sind; die Achse des Aehrchens trägt zunächst zwei (selten drei oder mehr) leere Hochblätter (Hüll- spelzen g), dann folgen ein bis mehrere Hoch- blätter, die in ihren Achseln einen kurzen Sproß erzeugen (Deck- gegenüber steht (Hackel); hiergegen spricht neben anderen auch das häufige Vorkommen von drei Schüppchen. Staubblätter meist Fig. 4. Schema des Grasährchens. g Hüllspclzen, Pi Deckspelze, 'h^T'^-^Jf- «pelze.. P.); dieser Sproß trägt ein adossiertes Vor- Fig. 6. F e s t u c a e 1 a t i 0 r. Vorn die beiden Lodiculae, hinten die Vorspelze (palea superiorj, Fruchtknoten mit federartigen Narben. drei, selten weniger oder 6 bis 8 ; Fruchtblatt 1 mit einer Samenanlage; in der Frucht, deren Wandung mit der Samenwandung ver- wachsen ist (Caryopse) liegt der Embryo M': ^^4 Fig. 5. Poa pratensis, a Teil der Rispe, b, Aehrchen, mehrblütig, Hüllspelzen g und Deckspelzen p, sichtbar. Nach Jessen. blatt (Vorspelze p,) und eine Blüte, deren Hülle auf zwei (seltener drei) Schüppchen (Lodiculae e) reduziert ist , durch deren Anschwellen zur Blütezeit das Aehrchen ge- öffnet wird, so daß Staubblätter und Griffel heraustreten. Die Gräser sind typische Windblütler mit leichtbeweghchen Antheren und federigen oder lang papillösen Narben. Andererseits sind die beiden Lodiculae auch als ein gespaltenes Vorblatt gedeutet werden, das der Vorspelze Fig. 7. Medianer Längsschnitt durch den unteren Teil eines Weizenkorns. Links unten der Keim mit dem Scutellum sc, 1' Ligula, vs Gefäßbündel des Scutellums, ce sein Zylinder- epithel, c Scheidenteil des Kotyledons, pv Stammvegetationskegel, hp Hypokotyl, 1 Epiblast, r Radicula. cl Wurzelscheide, m Äustrittsstelle der Radicula, p Fmchtstiel, vp sein Gefäßbündel, f Seitenwandung der Furche. Vergrößerung 14. Angiospermen 373 am Grunde nur vom Perikarp bedeckt; die eine Seite läßt schon äußerlicli den punlit- oder strichförmigen Nal^el (Hilum), die andere Seite das große rundliclie Scutellum erkennen, das schildförmig ausgebildete Keimblatt, das dem Embryo die Nahrung aus dem stärkereichen Endosperm vermittelt. Die Blüten sind meist zweigeschlecht- lich, doch kommt auch Polygamie (Andro- pogonz. B. mit (;Jund2' Blüten), Monöcieund Diöcie vor; in den eingeschlechtlichen Blüten finden sich häufig Rudimente des anderen Geschlechtes. Die Gräser sind einjährig oder peren- nieren mittels der verkürzten unteren In- ternodien der Halme und ihrer Verzwei- gungen; die oberirdischen Halme dauern nur bei den öfters zu gigantischen Formen ent- wickelten Bambuseen aus; sie sind knotig gegliedert und tragen die Blätter in zwei Zeilen; diese bestehen aus der meist linea- lischen Spreite, der häutigen oder aus Haaren zusammengesetzten Ligula und der den Halm umfassenden offenen Scheide; die an den Knoten entstehenden Seitensprosse entwickeln sich zunächst innerhalb der Scheide (intravaainale Innovation) oder durchbrechen die Scheide sofort am Grunde (extravaginale Innovation); im letzteren Falle entstehen häufig lange ausläuferartige Sprosse (Dünengräser), im ersteren Falle dichte und kompakte Büschel oder Horste. Die Gramineen sind mit einem großen Reich- tum von Arten imd Gattimgen über die ganze Erde verbreitet und herrschen besonders auf offenen Formationen, in gemäßigten Klimaten in den Wiesen, in warmen Ländern in Steppen mid Savannen. Die holzigen Bambuseen bilden oft ausgedelmte eigene Formationen. Die Ver- breitung der Samen erfolgt durch den Wind oder durch Tiere (Cenchrus, Stipa); die Verbrei- tmigsmittel werden von den Spelzen geliefert, die die Früchte dauernd umgeben ; nm- bei den Kultur- formen fallen die Früchte aus den Spelzen heraus. Das System der Gräser, das nach älteren Vorbildern besonders von Bentham in den Genera Plantarum ausgearbeitet wTirde, wurde von neueren Autoren, wie Hackel und Stapf in manchen Zügen verbessert. So gut geschlossen und so sicher begrenzt die Familie nach außen hin ist, so schwierig ist ihre Einteihuig mrd die Begrenzmig der einzelnen Triben, die immer, wie auch die Gattungen, dm-ch Uebergänge verbun- den sind. Eine Hauptgruppe stellen die Andro- pogoneae rmd einige kleinere verwandte Triben dar. Bei ihnen stehen die einblütigen (oder eine .^ und 2 Blüte enthaltenden) Aehrchen (Fig. 8) zu zweit, das eine meist sitzend, das andere ge- stielt; die erste Hüllspelze ist die härteste, härter als die Deckspelze; häufig bildet sie auch mit Gliedern der Spindel ein festes Gehäuse zum Schutz der Frucht; die zartere Deckspelze ist meist begrannt. Die Andropogoneae süid meist tropisch, vorzüglich Steppengräser. Bei den primitiveren Gattimgen, wie Saccharum (Saccharum officinarum, Zuckerrohr) sind beide Aehrchen das Paares gleich gebaut, bei Andropogon und Verwandten ist dagegen das gestielte Aehrchen cf, das sitzende J, eventuell Fig. 8. Andropogon ischaemum. Aehren- paar, das sitzende Aehrchen zwitterig, begrannt, das gestielte männlich, unbegrannt. Nach Reichenba eh. noch mit einer imteren ö* Blüte; Andropogon Sorghum, Durrha, eines der wichtigsten Getreide warmer Länder. Bei den verwandten Maydeae sind die Aehrchen eingeschlechtlich, bei Zea Mays smd eine endstänclige ^J Rispe und seitlich $ Kolben vorhanden ; der $ Kolben des Mais ist Fig. 9a. Agrostis canina. Aehrchen mit 2 Hüllspelzen und begrannter Deckspelze; die Vor- spelze reduziert. Fig. 9b. C a 1 a m a g r 0 s t i s a r u n d i n a c e a. Aehrchen nach Entfernung der Hüllspelzen, an der Basis stark behaart; die Deckspelze mit tief inserierter Granne ; steriler bärtiger Achsenfort- satz. Beide nach Reichenbach. 374 Angiospermen wahi'scheiiüich eüie cUucli Kultur entstandene erbliche Mißbildiuig aus einer Eispe. In der Gruppe der Paniceae sind drei Hüllspelzen am Aehrchen vorhanden oder die dritte erzeugt eine Deckspelze und eine männ- liche Blüte; hier sind Deckspelze und Vor- spelze der 9 Blüte besonders verhärtet imd umgeben dicht die Frucht; das Aehrchen fällt mit allen Spelzen ab; Panicum, eine der artenreichsten Gramineengattimgen der wärmeren Länder. Ebenso sind bei den Oryzeae Deckspelze imd Vorspelze verhärtet, bei den echten Vertretern dieser Gruppe sind die Hüll- spelzen klein oder fehlen ganz; Oryza sativa, Reis, in den Tropen der alten Welt heimisch. Im Gegensatz zu;den bisher genannten Gru])pen gliedern sich bei den Agro stideae die einblütigen AehiThen zwischen Hüllspelzen und Deckspelze, so daß erstere stehen bleiben; bei Aristida und Stipa, vorzüglichen Steppengräsern der wär- meren Länder, umhüllt die langbegrannte Deck- spelze dicht die Frucht; die Grannen sind stark h5'groskopisch; Agrostis mit km'zbegrannten Aehrchen, Wiesengräser. Bei den Aveneae sind die Aehrchen zwei-vielblütig, die Deck- spelzen tragen meist kräftige rückenständige ge- Fig. 10. Avena sativa. Mehrblütiges Aehr- chen; a Hüllspelzen, b Deckspelzen, die unterste begrannt, c Vorspelzen. Nach Jessen. kniete Grannen; Avena sativa, Hafer, aus dem Mittelmeergcbiet stammend. Auch beiden Fe stu- ceae sind die Aehrchen zwei-vielblütig, die Deck- spelzen sind meist länger als die Hüllspelzen, im- begrannt oder mehr oder weniger aus der Spitze begrannt; zur gattungsreichen Gruppe rechnen in wärmeren Klimaten besonders Er agrostis, in gemäßigten Po a (vgl. Fig. 4), Festucaund Bro- mus. Verwandt ist die Gruppe der Chlorideae, bei denen die Aehrchen sich an der Außenseite der Aehren- oder Traubenspindel zusamraenneigen ; Eleusine coracana, Korakan, in den Tropen der alten Welt kultiviert. Bei den Hordeeae bilden die Aehrchen an der Spindel sitzend eine Aehre; hierher gehören die wichtigsten Getreide- gräser besonders gemäßigter Klimate; Aeluchen einzehi (Seeale cereale, Roggen, von Seeale montanum aus dem Mittelmeergebiet stam- mend, und Triticum sativum, Weizen, dessen Stammpflanze erst neuerdings in Palästma entdeckt wurde) oder zu drei an den Ausschnitten der Spmdel (Hordeum vulgare, Gerste). I Im Bau der Aehrchen stehen den Festuceae nahe die Bambuseae, die meist mit starken holzigen Halmen perennieren; Lodiculae meist 3, Staubblätter 3, 6 oder viele; die Bambuseae sind über die Tropenzone verbreitet und sind von mannigfachem Nutzen; Chuscjuea in Amerika, Bambusa, Schizo stachyum in der alten Welt, i Fig. n. A Grundriß der Blüte von Scirpus sil- vaticus. B von Erio- p-horum. Nach E i c h 1 e r. In der Familie der Cyperaceae wird der einfächeri^e Fniclitknoten von drei Carpellen gebildet; der Embryo ist rings von Nährgewelje umgeben. Die Blüten sind ein- oder zweigeschlechtlich. In der Regel sind 3 Staubfäden vorhanden. Die Blüten- hülle besteht selten (Fig. 11) aus sechs ein- fachen Blättchen, häufig treten (Fiff. 11) an ilire Stelle zahlreiche Borsten (Wollgräser) vielfach ist sie auch vollkommen reduziert. Die Riedgräser haben zum Unterschied von den echten Gräsern meist einen dreikantigen Stengel und gesclüjssene Blattscheiden. Sie sind vorzugsweise Sumpfbewohner. Arten der Gattung Carex sind Hauptbestandteile der Wiesenmoore (saure Gräser). In dem Tribus der Scirpoideae sind die Blüten zweigeschlechtlich, sie stehen in mehr oder minder großen Aehrchen beisammen durch meist braune Spelzen gedeckt. C y p e r u s Fig. 12. A Diagramm einer (^ Carexblüte, B einer dreinarbigen, C einer zweinarbigen 9 Carexblüte. I) Aufriß einer 9 Carexblüte, E des zwittrigen Aehrchens von Elyna. a Sekundan- sproß, utr Utriculus oder Vorblatt des Sekun- dansprosses. Nach E i c h 1 e r. mit mehreren hundert Arten in den wärmeren Ländern, Cyperus papyrus Papyrusstaude. Im Tribus der Caricoideae sind die Blüten eingeschlechtlich, meist monocöisch, aber ebenfalls in Aehrchen angeordnet. In der Gattung Carex (etwa 800 Arten; be- sonders in gemäßigten oder kalten Klimaten) Angiospermen 375 sind die Aehrchen bis auf eine Blüte redu- ziert und in Aehrchen angeordnet. Die niänuHchen Aeliren tragen in der Achsel jeder Spelze 1 Aehrchen mit nur einer drei- zähligen männlichen Blüte. Die weibliclien Aehren tragen in der Achsel der Spelzen ■ein ganz kurzes Sprößchen (das Aehrchen, Fig. 12) und dieses trägt in der Achsel des ^ CO 2 CD " 5 ^ ^ 3 adossierten Vorblattes (utr.) den Frucht- knoten mit 2 bis 3 Narben. Das Vorblatt ist vergrößert und umhüllt schlauchähnlich ■den Fruchtknoten, und späterhin auch die Frucht. Es wird als Utriculus bezeichnet. 5. Reihe Principes (Palniae). Die Blüten sind meist homoioclilamydeisch, drei- gliederig, aktinomorph, mit oberständigem Fruchtknoten aus drei Carpellen mit je einer Samenanlage. Nur die Familie der Palmae. Die Blüten stehen in einfachen oder zusammengesetzten Aehren oder stärker verästelten Rispen, deren Aeste häufig stark verdickt und fleischig sind (Blütenkolben, Spadices); die Blütenstände, die axillär sind oder selten (Corypha) die Stammspitze abschließen, werden in der Jugend von großen Scheiden (Spathae) umhüllt und später am Grunde oder auch höher hinauf umgeben; die Blüten sind zweigeschlechtlich, monöcisch oder diöcisch, mit unscheinbarer Hülle; Staubblätter meist sechs; die Carpelle sind frei oder verwachsen, die einzige Samen- anlage steht der Mittellinie des Carpells gegenüber; die Frucht ist beeren- oder stein- fruchtartig, der Same enthält reichliches Nährgewebe, das aus harten und dickwan- digen Zellen besteht. Die junge Palme bleibt stammlos, bis die Hauptachse und die grund- ständige Blattrosette die normale iVusbildung erreicht hat; dann erhebt sich der säulen- förmige Stamm; seltener ist der Stamm dünn und rohrartig, sehr zäh, am ausge- prägtesten bei den kletternden Calamus; die Blätter, meist von mächtiger Größe, bilden eine endständige Krone am Stamm; sie sind entweder fächerförmig, verschiedenartig eingeschnitten (Fächerpalme) oder gefiedert (Fiederpalme). Die Palmen sind eine der charakteristischesten Familien der warmen Länder; sie gehen nur mit wenigen Formen in subtropische Gebiete über. In der Unterfarailie der Coryphoideae sind die drei Cavpelle frei oder nur schwach ver- eint imd können sich jedes zu einer Beerenfrucht entwickeln; hierher die diöcische Gattiuig Phoe- nix mit Fiederblättern; von den drei Carpellen reift, nm' eines zur einsaraigen Beerenfrucht; Phoenix dactylifera, Dattelpalme, in Nord- afrika vmd Westasien; die übrigen Gattungen haben Fächer blätter ; Chamaerops humilis, Zwergpalme im westlichen Mediterrangebiet; Corypha in Lidien imd Malesien mit mächtiger endständiger Inflorescenz, nach deren Blüte der Baum abstirbt; Copernicia cerifera, Car- nauba- Palme in Brasilien, liefert vegetabilisches Wachs. Zm- Unterfamilie der Borasso ideae gehören Fächerpalmen mit diöcischen Blüten- ständen; die drei Carpelle sind fest verwachsen und entwickeln sich zu einer ein- bis dreisamigen großen Steinfrucht; Hyphaene thebaica, Doumpalme Aegyptens, Borassus flabelli- formis, PalmjTapalme ; Lodoicea Sechella- rum, auf den Seychelleninsehi heimisch; die riesigen Früchte (Seychellennüsse) werden durch Meeresströmungen bis an die Indischen Küsten gefühi't. In der Unter familie der Lepido- caryo ideae sind die Blüten eingeschlechtlich oder zweigeschlechtlich; die drei Carpelle sind verwachsen, mit Schüppchen bedeckt; sie bilden gemeinsam eine einsamige, von einem Schuppen- panzer bedeckte Frucht aus; Mauritia, Fächer- palmen des tropischen Amerika; Raphia, Fiederpalmen Afrikas, liefern Raphiabast mid Raphia- Piassave ; Metroxylon Rumphii, Sa- gopalme, auf den Simdainseln heimisch, liefert aus dem Stamminnern Sagomehl. Calamus, zahlreiche Arten in den Tropen der alten Welt bis Ostaustralien, kletternd, mit schwachen 576 Angiospermen Stämmen : die Blätter enden häufig in lange Geis- sein imd Widerhaken, die die Pflanze befestigen ; Calamus rotang (spanisches Rohr). In der Unterfamilie der Cero xylo ide ae sind die Carpelle verwachsen und bilden eijien ein bis dreifächerigen Fruchtknoten, der zu einer ungepanzerten Frucht auswächst; Blüten monöcisch oder diöcisch; Fiederpalmen; Oreodoxa regia, Königspalme der Antillen; Areca catechu, Betelnußpalme, malesisch, der Fruchtknoten ist einfächerig, mit zwei Samenanlagen, die Frucht ist eine Beere mit reichlicher Faserschicht, die Samen bilden den Handelsartikel; Elaeis guineensis in ^Yest- afrikaj Oelpalme, mit einsamiger Steinfrucht, deren Mesocarp Palmöl liefert ; Co cos nucifera, Fig. 14. 1. männliche, 2. weibliche Blüte von Phoenix d a c t y 1 i f e r a , die männliche mit Fruchtknotenrudiment, 3. Blüte von Chamae- r 0 p s h u m i 1 i s nach Entfernung der Blüten- hülle, 6 Staubblätter, nach unten zu verwachsen, 3 dickfleischige Carpelle. Nach Baillon. Fig. 14a. Längsschnitt durch eine Kokosnuß. ep Epi-, nie Äleso-, end Endocarp, esp Endo- sperm, e Embiyo. Kokospalme, an allen tropischen Küsten ver- breitet, besonders aber in Ostasien imd Pol}Tiesien, wo sie auf den Koralleninseln die herrschende Vegetationsform darstellt; die Kokosnuß ist eine Steinfrucht mit starker Faserhülle; der mit drei Keimlöchern versehene Steinkenr ist von drei Carpellen gebildet; er ist durch Abort von zwei Samenanlagen einsamig; die Faserhülle der Frucht liefert Kokosfaseni, das getrocknete Nährgewebe Copra; die durch die Faser schiebt geschützte Frucht ist schwimmfähig und wird durch Meeresströmungen verbreitet (neuerdings wird die lange Schwimmfähigkeit und die Keim- fähigkeit der Samen nach dem Transport von mehreren Autoren angezweifelt); Attalea (tropi- sches Amerika) liefert Piassavefaseni. Ziemlich stark vom gewöhnlichen Palmentypus abweichen cl ist die Unterfamilie der Phytelephantoideae ; ihre Vertreter sind stammlöse oder niederstäm- mige Palmen, deren Blüten in Kolben stehen und nur eine rudimentäre Hülle besitzen; die Früchte stehen kopfig gedrängt und bilden ein Synkar- pium; Phytelephas mit zahlreichen Staub- blättern in der männlichen Blüte, im tropischen Amerika; die Arten liefern in dem halten Nähr- gewebe die Samen ,, vegetabilisches Elfenbein". 6. Reihe S y n a n t h a e mit der einzigen Familie der Cyclanthaceae. Die Blüten sind einge- schlechtlich nnd bedecken in regelmäßiger Verteilung die Achse eines fleischigen Kolbens, in dem meist die (^ in Gruppen zu 4 zwischen den $ stehen oder (Cyclanthns) die (^ nnd ^ Blüten abwechselnde Ringe oder Spiralen bilden; die (^ Blüten sind nackt oder mit kurzem Perigon versehen, mit sechs bis vielen Staubblättern; die $ Blüte hat gewöhnlich eine Hülle von vier Schuppen, vor denen lange Staminodien stehen; Samenanlagen zahlreich an wandständigen Plazenten; nach Abfall der ^ Blüten bilden die Beerenfrüchte auf der Oberfläche des Kolbens zusammen- hängend ein Synkarpium. Die Cyclanthaceae sind große Kräuter oder haben einen kurzen Stamm mit Blattkrone; die Blätter sind häufig palmenartig, gefaltet, vielnervig; die Gruppe ist auf das tropische Amerika beschränkt; Carludovica palmata im tropisch-andinen Gebiet liefert in den Blättern Fasern für die Panamahüte. Die Cyclan- thaceae stehen im vegetativen Teil den Palmen näher, im Blütenbau nähern sie sich mehr den Ara- ceae, da beiden Palmen niemals zahlreiche Samen- anlagen an wandständigen Plazenten vorkommen. 7. Reihe S pat hiflor ae. Die Blüten sind eingeschlechtlich oder zweigeschlechtlich, mit unscheinbarer, einfacher oder doppelter Blütenhülle oder nackt, meist dreigliederig, vielfach stark reduziert, der Blütenstand ist ein einfacher Kolben mit fleischiger Achse, der von einer (häufig gefärbten) Spatha mehr oder weniger eingeschlossen ist. Araceae. Die Blüten zeigen in den Gruppen der Familie eine starke Variation in allen Teilen und mannigfache Progressionen ; die Blütenhülle besteht aus zwei Quirlen oder ist reduziert, schließlich sind die Blüten auch durch Abort nackt; ebenso können die Staubblätter in zwei Kreisen stehen oder bis auf eines reduziert sein; die Frucht ist eine Angiospermen 377 Beere; die Blüten sind eingeschlechtlich oder zweigeschlechtlich; die Kolben sind häufig mit einem langen verschieden geformten sterilen Anhang versehen. Die Araceae sind meist krautige Gewächse mit großen Blättern, häufig von bedeutender Größe; der Stamm ist meist sympodial aufgebaut. Sie sind eine vorzugsweise tropische Familie; unter ihnen viele Sumpfgewächse, dann auch viele Kletterer und Epiphyten mit Luftwurzeln. Anthurium, mit zwitterigen Blüten mit Blutenhülle, artenreiche Gattung im tropischen Amerika; Acer US, Blüten zwitterig, dreigliederig, mit doppelter Blütenhülle; .Sumpfgewächse mit dichtblütigem Kolben; Mo n st er a, Blüten nackt, dreigliederig ; kletternde Sträucher mit häufig durchlöcherter Spreite, im tropischen Amerika; Calla, Kolben mit ausgebreiteter Spatha, Blüten nackt, dreigliedrig, Calla palustris, Sumpfge- wächs in Europa; Dracontium, im tropischen Amerika, Ivnollengewächse, die jährlich nm" ein großes Blatt ausbilden; dieses bei Dracontium gigas mit 3 m langem Stiel und gewaltiger Spreite; Amorphophallus mit großer Knolle und großer tütenförmigcr Scheide; der Kolben trägt unten nackte $, dann nackte ,^ Blüten imd endigt in emem großen gefalteten sterilen Anhang ; >i'sr st Fig. 15. Blüte von Aco- rus Calamus. pg Peri- gon; a Staubblätter; g Fruchtknoten. Fig. 16. Arn m m a c u - latum. Blütenkolben nach Entfernung der Spatha. st. sterile Blüten. er' männliche, $ weibliche Blüten. Philodendron, artenreiche Gattmig im tropi- schen Amerika, häufig kletternde Arten, Blüten eingeschlechtlich, nackt; Colocasia, Blüten eingeschlechtlich, Staubblätter zu SMiandrien verbimden, ki'autartig, mit knolligem Grund- . stock, Colocasia antiquorum, Taro, indisch- malayisch; Ar um, Ivnollengewächse mit pfeil- förmigen Blättern, Kolben mit langem, keulen- förmigem oder zylindrischem Anhang, in Europa, besonders im Mittelmeergebiet; Pistia stra- tiotes, eine in den ganzen Tropen verbreitete schwimmende Pflanze mit rundlichen Blättern; (^ Blüten mit zwei Staubblättern, $ ein ein- fächeriger Fruchtknoten mit vielen Samenanlagen. Sehr stark reduziert in allen Teilen sind die Lemnaceae. Die Blüten sind einge- schlechtlich, nackt; die ^ besteht nur aus einem Staubblatt, die $ aus einem Carpell mit 1 bis 6 gnmdständigen Satncnanlagen. Die Ausgliederung der Blätter unterbleibt meist an den Sprossen; die Pflanzen sind frei- schwimmend, klein, die Sprosse mehrerer Gene- rationen hängen meist längere Zeit zusammen. Lemna, Sprosse mit Wiuzehi, Lemna minor, über die ganze Erde verbreitet; Wolffia, Sprosse ohne Wurzeln. In den folgenden Keihen der Farinosae und Liliiflorae kommt derTypus derMono- Fig. 17. L e m n a t r i s u 1 0 a. w Wurzeln, bl Blüte. cotyledonen am reinsten zum Ausdruck, indem bei den vorwiegend strahligen Blüten durchschnittlich fünf dreigliederige Quirle vorhanden sind; die Blüten sind homoio- chlamydeisch oder heterochlamydeisch. 8. Reihe Farinosae. Einzelne Quirle der Blüten können Reduktionen erfahren; Samen mit mehligem Nährgewebe; meist krautartige Gewächse. Restionaceae. Die Restionaceae sind Gewächse von binsenartigem Habitus, von ausgeprägt xerophytischem Bau, nur mit Schuppenblättern versehen, mit den Stengeln assimilierend; die Blüten sind meist diöcisch homoiochlamydeisch, mit unscheinbarer Blütenhülle. Die Familie ist fast ausschließ- lich in Australien und im Kapgebiet entwickelt. Mayacaceae. Die Mayacaceen sind kleine Sumpfgewächse mit dichtbeblätterten Stengeln und einzeln stehenden Blüten; die Blüten sind heterochlamydeisch; der Frucht- knoten ist einfächerig, mit wandständigen Placenten. Mehrere Arten in Südamerika, eine in Nordamerika; neuerdings wurde eine Art im südwestlichen Afrika entdeckt. Xyridaceae. Die Xyridaceen sind rasenbildende krautige Gewächse mit schma- len Blättern; die Blütenschäfte mit end- ständiger Aehre oder Köpfchen, mit dach- ziegelig deckenden Hochblättern, die in ihren Achsein je eine heterochlamydeische Blüte 378 Angiospermen tragen, deren Blütenblätter eine Röhre bilden; Fruchtknoten einfächerig oder unvollkommen •dreifächerig. Die Familie ist besonders im tropischen Amerika entwickelt; Xyris. Eriocaulonaceae. Die Eriocaulonaceen «ind krautartige Gewächse mit linealischen Blättern und langen Blütenschäften mit end- ständigen Köpfchen; die kleinen Blüten sind eingeschlechtlich, regelmäßig oder median zygomorph. Ueber 500 Arten ineist der Wärmeren Länder, meist sumpfbewohnend. Eriocaulon (Eriocaulon septaiigulare im westlichen Nordamerika und in Irland); Paepalanthus. Bromeliaceae. Die Bromeliaceen sind auf das wärmere Amerika in ihrer Verbreitung beschränkt; es sind meist Xerophyten und Epiphyten; sie bilden gewöhnlich eine Rosette von dicken, fleischigen, häufig dor- nig gezähnten Blättern aus, der sich die Biütenschäfte erheben; die Blätter tragen schuppenförmige Haare, die befähigt sind, "Wasser aufzunehmen, was besonders für die Epiphyten von Wichtigkeit ist. Die Blüten ■sind heterochlamydeiscli, die Fetalen häufig verwachsen; der Fruchtknoten ist oberständig bis unterständig, mit vielen Samenanlagen; der Blütenstand ist traubig, rispig oder kopfig, die Hochblätter sind häufig schön gefärbt. Ananas sativus, in den Tropen überall kultiviert; die ,, Ananas" ist ein Fruchtstand mit fleischiger Achse und zahlreichen verwach- senen (sterilen) Früchten, das Synkarpium ist durchwachsen, die Achse bildet oberhalb des Fruchtstandes eine Blattrosette. Von abweichen- dem Habitus ist Tillandsia usneoides, || Loranthaceae. Perigonblättern bis 6, häufig groß und schön gefärbt; die becher- förmige Aehre ist mit dem Fruchtknoten verwachsen und bildet nicht selten oberhalb desselben um die Basis der Blütenhülle einen gekerbten Rand (Calyculus); Plazenta und Samenanlagen meist nicht ausgegliedert. Fig. 31. Ficus carica. A. Längsschnitt durch einen Blütenstand ; B. weibliche Blüte ; C. Gallen- blüte; D. männliche Blüte. B bis D vergrößert. der Proteaceae. Die Blüten sind vierzählig; die Blütenhülle ist korallinisch, klappig; der Fruchtknoten wird von einem Carpell ge- bildet und enthält eine bis viele Samenan- lagen an der Bauchnaht. Die Proteaceae sind Holzgewächse mit lederartigen Blättern und traubigen Blütenständen, die zum größten Teil in Australien, dann in Süd- afrika heimisch sind; sie bewohnen trockene Standorte. Protea, Leucadendron im Kapland, Hakea, Grevillea, Banksia in Australien.' Fig. 32. Aristolochia macrophylTa. 1 Blüte durchschnitten; 2 Griffelende mit Staub- blättern; 3 Narbe von oben. Etwas vergrößert. Nach We^t't.st^ein. Die Loranthaceae sind holzige, auf Bäumen schmarotzende Halbparasiten mit ausgebil- deten Laubblättern. Visen m, Mistel, die Blütenachse an der Halbfrucht verschleimt und wird klebrig; viele Gattungen und Arten in den Tropen, Loran- thus, 300 Arten in den Tropen der alten Welt. Santalaceae. Blüten meist klein, Peri- gonblätter 4 bis 5, klappig, meist hochblatt- artig; die Blütenachse ist becherförmig oder röhrenförmig über dem Fruchtknoten; auf diesem ein Discus; Fruchtknoten einfächerig mit drei von der zentralen Plazenta herab- hängenden Samenanlagen; krautige oder holzige Halbparasiten , die auf Wurzeln schmarotzen. Osyris, mediterran, Santalum album, Sandelbaum, indisch-malayisch, mehrere Arten fenier auf den Sandwichinsehi; Thesium, ver- breitete Gattung, viele Arten in Südafrika. An die Santalales wird angesclilossen die tropische Familie der ülacaceae; es sind Holz- gewächse mit kleinen Blüten, an denen sich ein kleiner Kelch findet, der aber zur Fruchtzeit meist stark vergrößert wird; der Fruchtfaioten ist nur im unteren Teil gefächert, die Samenanlagen hängen einzehi von der freien Plazenta herab; 25* 388 Angiospermen Schöpfia, Olax, Ximenia. Ferner die Familie der Balanophoraceae, deren ver- wandtschaftliche Beziehungen schwer festzu- stellen sind, da sie als Parasiten starke Reduk- tionen erfahren haben. Die Balanophoraceae sind fleischige, chlorophyllose Wurzelparasiten mit knolligen Rhizonien; die Blüten sind ein- geschlechtlich, die weiblichen meist nackt, die Samenanlagen sind (bis auf Cynomorium) integumentlos; die Blüten stehen gewölmlich in kopfigen oder kolbenförmigen Blüten ständen. Cynomorium coccineum, Hundskolben, im Mittelmeergebiet, mit zylindrischem Kolben, Balanophora, indisch-malesisch; Langsdorf- fia hypogaea, tropisch-amerikanisch. 10. Reihe Aristolochiales. Die Blüten sind meist zygomorph, mit einfacher korol- linischer Blütenhülle; der Fruchtknoten ist unterständig, gefächert oder ungefächert. Aristolochiaceae. Die korollinische Blütenhülle ist meist dreizählig, mit mehr oder weniger langer Röhre; Staubblätter 6 bis 36, frei oder mit der Griffelsäule zu einem Gynostemium vereinigt; der unterständige Fruchtknoten ist gefächert, Frucht eine viel- samige Kapsel. Bei Asarum ist das Perigon strahlig, dreilappig; perennierende Kräuter in der nörd- lichen gemäßigten Hemisphäre; bei Aristo - lochia'ist die Blüte zygomorph, häufig groß und schön gefärbt, die Röhre ist um das Gynoste- mium bauchig erweitert imd geht in einen großen, einseitigen Saum aus; meist schlingende Holz- pflanzen der wärmeren Länder; aufrecht krautig ist Aristolochia clematitis, Osterluzei, im Mittelmeergebiet mid Mitteleuropa. R]af f les i a c e a e. Die Rafflesiaceae sind 'chlorophyllose Wurzelparasiten, deren Vegetationskörper ganz reduziert ist; er bildet thaUusähnliche Gewebe, hä\ifig mycel- förmige ZeUfäden in der Wirtspflanze; nur die Blütensprosse mit wenigen Schuppen- blättern brechen hervor; die meist einge- schlechtlichen Blüten stehen an ihnen einzeln oder in Trauben; die Perigonblätter sind frei oder zum Teil vereint; die Staubblätter ver- wachsen mehr oder weniger zu einer zentralen Columna; der Fruchtknoten ist unterständig einfächerig bis vielfächerig-kammerig, mit parietalen Plazenten mit zahlreichen Samen- anlagen. Rafflesia, Smidainseln, auf Cissus, mit riesigen tellerförmig ausgebreiteten Blüten, diese bei Rafflesia Arnoldi auf Sumatra bis 1 m Durchmesser; Pilo Stiles, besonders Amerika, aud Aesten von Leguminosen, kleine Parasiten; Cytinus hypocistis, mit traubigem Blüten- stand, auf Cistuswurzeln im Mittelmeergebiet. 11. Reihe Polygonales. Die Blüten sind strahlig, homoiochlamydeisch oder hetero- chlamydeisch; der oberständige Fnicht- knoten wird von meist drei Carpellen ge- bildet; er ist einfächerig und enthält eine grundständige aufrechte Samenanlage. Ein- zige Familie: Polygon aceae. Die Polygonaceae haben meist dreighederige Blüten mit bis 69 Staubblättern; die Frucht ist eine dreikantige einsamige Kuß, der Same enthält mehliges Nährgewebe. Die Arten sind meist krautig mit spiraligen Blättern, die am Grande eine stengelumfassende Nebenblattscheide (Och- rea) entwickeln, die nach dem Abfallen des Blattes stehen bleibt. Hauptverbreitung in der nördlichen gemäßigten Zone. Rumex, mit 6 Staubblättern, 100 Arten, Rumex acetosa, Sauerampfer; Rheum, mit 9 Staubblättenr und dreiflügeliger Frucht, aus- dauernde, oft sehr große krautige Gewächse mit bandförmig genervten, mehr oder weniger einge- Fig. 33. A Blüte von Rheum ganz; B Die- selbe im Längsschnitt. Nach Luerssen. C Diagramm von Rheum, D von Rumex, E vonPolygonum lap at hif o lium, F von P 0 1 y g 0 n u m a m p h i b i u m. schnittenen Blättern und großen Rispen, in Asien, mehrere Arten (Rheum officinale in Tibet und- Westchina) liefern Rhabarber; Poly- gonum, mit 5 bis 8 Staubfäden, Knöterich, mit 150 Arten über die Erde verbreitet; Fagopyrum esculentum, Buchweizen, auf sandigem, armem Boden angebaut; bäum- und strauchförmige Arten in den Gattmigen Coccoloba und Triplaris im tropischen und subtropischen Amerika, Triplaris -Arten werden von Ameisen bewohnt. 12. Reihe Centrospermae. Die Blüten haben eine einfache oder doppelte Hülle; sie sind meist fünf zählig; der Fruchtknoten ist gewöhnlich oberständig, mit einer bis vielen gekrümmten (kampylotropen) Samenanlagen, Samen mit Perisperm (aus dem Nuzellus- gewebe hervorgegangenes Nährgewebe) und einem gekrümmten Embryo. Meist krautige Pflanzen. Angiospermen 389 Chenopodiaceae. Blüten mit einfacher, gewöhnlich fünfzähliger Hülle; Staubblätter von den Perigonblättern, in der Knospe ge- krümmt; Carpelle zwei, selten mehr, sie bilden einen einfächerigen Fnichtknoten mit einer gnmdständigen Samenanlage. Die Chenopodiaceaeen bewohnen besonders Wüsten und Steppen und zwar bevorzugen sie salzhaltigen Boden; als typische Halo- phyten sind sie dann auch Meerstrandpflan- zen; ferner gehören zu den Chenopodiaceen weitverbreitete Ruderalpflanzen; ihren Standorten entsprechend zeigen sie An- passungen im inneren Bau, besonders Wasser- gewebe in den Blättern, ferner finden sich eigentümliche kurzgestielte Blasenhaare, die austrocknend die Blätter mehlig bestäubt er- scheinen lassen. Salicornia herbacea, weitverbreitete halo- phile Strandpflanze; Chenopodium, Gcänsefuß, Atriplex, Melde, verbreitete Ruderalpflanzen; ihre Frucht ht von 2 Hochblättern umhüllt. Fig. 34. Chenopodiaceae. 1 bis 3 B'eta vulgaris. 1 Blüte ; 2 Dieselbe durchschnitten ; 3 Samen durchschnitten. 4 Blüte von S a 1 s o 1 o Soda durchschnitten. Vergrößert. : Nach We t't ste in. eine wichtige Nutzpflanze ist' Beta vulgaris var. rapa, die Zuckerrübe, besonders in Deutsch- land imd Oesterreich angebaut, femer Spinacia oleracea, Gemüsepflanze, wahrscheinlich aus dem Orient stammend; eine charakteristische Form ist Haloxylon ammodendron, Saxaul, 1 bis 6 m hoher Ivrüppelbaum in den Wüsten Persien s und Turkestans. Amarantaceae. Im Blütentypus den Chenopodiaceen ähnlich, das Perigon der strahligen Blüten ist f ünfgliederig : die Staub- blätter sind oft mehr oder weniger zu einer Röhre verwachsen, zwischen ihnen neben- blattartige Zipfel; der Fruchtknoten ist ein- fächerig, mit einer bis mehreren Samenan- lagen; charakteristisch ist die trockenhäutige Beschaffenheit des oft buntgefärbten Perigons, sowie der Hochblätter, die nach dem Ver- blühen stehen bleiben. Die Amarantaceen meist krautige Gewächse mit Rispen oder äliren- oder köpf chenförmigen Blütenständen; fast ganz tropisch, besonders in Südamerika und Ostindien. Einige Arten von Amarantus sind Zier- pflanzen (Fuchsschwanz); ferner Cclosia cris- tata, Hahnenkamm, mit flacher, vcrbänderter (fasziierter) Blütenstandsachse. Nyctaginaceae. Die Familie ist charak- terisiert durch das verwachsenblättrige, oft korollinische und röhrige oder trichterige Perigon; der untere Teil bleibt nach der Blüte um den Fruchtknoten stehen und um- schließt ihn eng; so entstellt die Scheinfrucht des Anthokarps; ein Carpell bildet einen einfächerigen Fruchtknoten mit einer grund- ständigen Samenanlage: um die Basis einer bis mehrerer Blüten sind Hochblätter kelch- artig vereint. Bei Bougainvillea umschließt die rosen- rote, dreiblätterige Hülle drei Blüten, Bou- gainvillea spectabilis, in wärmeren Ländern viel kultiviert; Mirabilis jalapa, Wmider- blume, schöne Zierpflanze, in ]\Iexiko heimisch, eine Blüte in der kelchartigen Hülle. Phytoiaccaceae. Die meist strahligen und zweigeschlechtlichen Blüten haben ein kelchartiges oder gefärbtes Perigon; Staub- blätter in der gleichen Zahl wie die Perigon- blätter bis viele; Carpelle nur eines oder 4 bis 10, die frei oder untereinander zu der entsprechenden Zahl von Fächern verwach- sen sind, zu jedem ein Griffel und eine Samen- anlage; Kräuter oder Holzgewächse mit traubigen Blütenständen; meist in wärmeren Ländern heimisch, Phytolacca mit Beerenfrucht, Phyto - lacca clecandra, Kermesbeere, der Saft der schwarzroten Früchte dient zum Färben ; Rivina, im tropischen Südamerika, Blüten mit einem Carpell. Aizoaceae. Die Blüten haben typisch ein einfaches Perigon, doch kommt es vor, daß, wenn viele Staubblätter vorhanden sind, die äußeren blumenblattartig werden, so daß die Hülle heterochlaniydeischen Charakter gewinnt; der Fruchtknoten ist oberständig oder unterständig, gefächert; die Samenanlage an zentralwinkelständigen Pla- zenten oder die Plazenten durch späteres Wachstum nach der Basis oder der Wand der Fächer verschoben (Mesembryanthemum). Mo Hugo, Glinus, Kräuter mit bis zum Grmid gespaltenem Perigon; Tetragoiiia und Mesembryanthemum, Perigon mit kür- zerer oder längerer Röhie; Tetragonia ex- pansa. Neuseeländischer Spinat, in Ostasien, Polynesien, Australien und Südamerika; Mesem- bryanthemum, artenreiche Gattung in Süd- afrika, mit emigen Arten bis zum Mediterran- gebiet, charakteristisch xerophil, niederliegend krautig oder halbstrauchig, mit ansehnlichen, weiß, gelb oder rosa gefärbten Blüten mit vielen Staubblättern. Portulaccaceae, Die Blüten sind 390 Angiospermen heterochlamydeisch, mit zwei Kelchblättern und 4 bis 5 hinfälligen Fetalen; der oberstän- dige oder halbunterständige Fruchtknoten ist einfächerig, die Samenanlagen stehen an einer grundständigen Plazenta; Kräuter oder Halbsträucher, meist in Amerika. Montia fönt an a, kleines Sumpfkraut, weit über die Erde verbreitet; Portulacca, tro- pische imd snbtropische Gemüsepflanzen. Fig. 35. 1 Blüte von Silene nutans; 2 Blüte von S t e 1 1 a r i a media; 3 Blüte von Scleranthus annuus; 4 Blüte von H e r n i a r i a g 1 a b r a. 1, 3 und 4 durch- schnitten. Alle vergrößert. Nach ^Yettstein. Basellaceae. Blüten heterochlamy- deisch, mit zwei Kelchblättern; oberständiger Fruchtknoten mit einer grundständigen Samenanlage. Windende Kräuter; Basella rubra, Gemüsepflanze in Ostindien, Boussaingaultia im tropischen Amerika. Caryophyllaceae. Die Blüten sind heterochlamydeisch, mit gefärbter Korolle oder selten bei Abort der letzteren apopetal; ^C^ 12 3 4 Fig. 36. Schematische Uebersicht der Blüten- diagramme der Caryophyllaceae. 1 Paro- n y c h i a spec ; 2 Scleranthus annuus; 3 Corrigiola litoralis; 4 Viscaria V i s c 0 s a. die Kelchblätter sind frei oder zu einer Röhre verwachsen, im letzteren Falle die Blumen- blätter häufig genagelt; Staubblätter meist zehn in zwei Kreisen; der Fruchtknoten ist einfächerig mit freier gnindständiger Pla- zenta mit meist vielen gekrümmten Samen- anlagen oder unvollkommen gefächert: die Frucht ist meist eine sich mit Zähnen öffnende Kapsel. Die Caryophyllaceen sind gewöhn- lich krautige Gewächse mit gegenständigen Blättern und reichblütigen Infloreszenzen; sie sind über die Erde verbreitet, aber besonders in den gemäßigten Gebieten entwickelt. In der Unterfamilie der Silenoideae smd die Kelchblätter verwachsen ; die Blütenblätter sind meist genagelt, häufig mit den Staubblättern imd dem Fruchtknoten zusammen durch einen säulenförmigen Fuß vom Kelch getrennt; Agro- stemma githago, Kornrade, Europa; Silene; Lychnis; Gypsophila, besonders mediterran; Dianthus, Nelke, Dianthus caryophyllus, mediterran, in vielen Varietäten kiütiviert, Saponaria, Seifenkraut, besonders mediterran. In der Unterfamilie der Alsinoideae sind die Kelchblätter frei, die Blütenblätter nicht oder kurz genagelt; Stellaria media, Vogelmiere, kosmopolitisch; Cerastium, Hornkraut; Ai- sin e, in den gemäßigten Gebieten der nördlichen Halblvugel. Die Früchte der 3. Unterfamilie, der Paro- nychinen, sind Nüßchen. Die Blüten sind un- scheinbar, weil die Krone unansehnlich oder reduziert ist. Die Staubblätter sind bei Scle- ranthus noch in der Zehn-Zahl vorhanden, bei Paronychia sind nur noch die Kelchstamina erhalten. 13. Reihe 0 p u n t i a 1 e s. Die Reihe steht in phylogenetischen Beziehungen zu den Aizoaceae und wird nur von der Familie der Cactaceae gebildet. Die Blüten, häufig groß und schön gefärbt, sind meist strahlig, zweigeschlechtlich; die spiralig gestellten Kelch- und Blumenblätter sind meist in großer Anzahl vorhanden und gehen ohne scharfe Grenze ineinander über; die Blüten- achse ist mehr oder weniger lang röhrig; Staubblätter viele an der Achsenröhre; der Fruchtknoten ist unterständig, einfächerig, mit vielen Samenanlagen an wandständigen Plazenten; die Frucht ist eine fleischige Beere. Die Cactaceen sind Xerophyten von ex- tremer Anpassung. Nur selten sind dauernde Blätter entwickelt (P ei reskia), sonst sind nur kleine Schuppenblätter vorhanden, die bald abfallen; die Blattpolster bilden Warzen oder zusammenhängende Rippen am Stamm; auf ihnen häufig filzige Behaarung und starke Dornen (metamorphosierte Blätter vgl. den Artikel ,,Xerophy ten"). Die xerophilen Eigenschaften der Cactaceen machen es ihnen möglich, die trockensten Gebiete zu be- wohnen; sie sind fast nur im wärmeren Amerika heimisch (afrikanisch ist Rhipsalis cassytha), und zwar vorzugsweise im regen- arraen Gebiet von Mexiko und in den trockenen Campos von Brasilien; viele Arten kommen auch in den Anden vor, wo sie teil- weise Winterkälte vertragen können. Säulenförmige Stämme finden sich bei der Gattung Cereus, teilweise von riesigem Wuchs, Angiospermen 391 bis 20 m Höhe; bei Echino c actus ist der Stamm kugelig oder keulenförmig, gerippt, auch hier teilweise bedeutende Dimensionen, bis gegen 2 m Durchmesser; bei Mamillaria ist der Stamm ähnlich, aber mit Warzen besetzt; Opuntia, mit blattartigen Gliedern, Opuntia ficus in- dica, Feigencactus, aus Amerika in die wärmeren Länder der alten Welt eingeführt, im Mittelmeer- gebiet völlig heimisch geworden. 14. Reihe Ranales. Die Blüten sind vorwiegend heterochlamydeisch; charakte- ristisch ist der spiralige oder spirozyklische Ban der Blüten, ferner die Apokarpie des Gynä- ceums (die Carpelle sind frei und nicht zu einem gemeinsamen Fruchtknoten ver- wachsen); meist viele Staubblätter. Diese Merkmale weisen den Ranales die Stellung am Anfang der Reihen mit typisch hetero- chlamydeischen Blüten an; es sind in der Reihe starke Progressionen vorhanden, schließlich Unterständigkeit des Fmcht- knotens und Reduktion der Zahl der Car- pelle bis auf eines. Nymphaeaceae. Die meist großen und schön gefcärbten Blüten haben gewöhnlich einen vier- blätterigen Kelch und zahlreiche Fetalen, nur selten ist eine viel- blätterige Blütenhülle vor- handen ; Staubblätter zahl- reich; Carpelle selten frei, meist zu einem Frucht- knoten verwachsen, mit einer bisvielen Samen- anlagen an der Innenfläche ; Wasser- und Sumpfgewächse mit einzel- stehenden Blüten und'häufig großen schwim- menden Blättern. BeiXelumbo sind die Carpelle vonemander frei, dem Blütenboden eingesenkt, Nelumbo nucifera (Nelumbium speciosum), im war stellten Blättern und eingeschlechtlichen Blüten mit 9 bis 12-blätterigem Perigon; Staubblätter 12 bis 16; Carpell 1 mit einer herabhängenden Samenanlage. Ceratophyllum, von weiter Verbreitmig, mit drei Arten. Ranunculaceae. Die Blüten sind strahlig oder zygomorph, mit spiraliger oder ins zyklische übergehender Anordnung der Teile, mit meist vielen Staubblättern; die Blütenhülle ist meist einfach und korol- linisch, sie wird vermehrt durch Umbildung der äußeren Staubblätter in petaloide Honig- blätter oder durch kelchartige Ausbildung der Hochblätter (z. B. Hepatica triloba); Carpelle meist frei, in der Zahl wechselnd, mit einer bis vielen Samenanlagen; die Einzel- früchtchen springen entweder an der Bauch- naht auf (Balgfrucht) oder öffnen sich nicht (Schließfrucht); die Ranunculaceen sind meist Stauden mit abwechselnden Blättern, selten Kräuter oder Holzgewächse; ihre Ver- i ,„ Fig. 37. Blüte von Ranunculus sceleratus. a ganz, b im Längs- schnitt. Vergrößert. Nach B a i 1 1 o n. breitung geht vorzugsweise über die nörd- lichen extratropischen Gebiete. Gattmigen mit Balgfrüchtchen: Paeonia, Pfingstrose; Caltha, Sumpfdotterblume; Hel- lebor us niger, Niesuiirz, Christblume, sub- alpin mid alpin; mit gespornten Honig blättern inerVnÄsienTmkscäüidVönn^^^^^^^^ Stiel , Aquilegia, Akelei, Delphinium, Rittersporn über Wasser stehenden Blättern; bei Nuphar, Nymphaea und Victoria sind die Carpelle vereint und das G}aiäceum in verschiedener Art mit den Blütenteilen verwachsen; bei Nuphar sind Kelch imd Krone vom vielfächerigen Frucht- knoten frei, auf der nördlichen Hemisphäre, Nuphar luteum in Emopa; bei Nymphaea sind die vier Kelchblätter unterständig, frei, die zahlreichen Blumenblätter und Staubblätter dem Fruchtknoten angewachsen, Nymphaea alba in Europa, Nymphaea lotus, weiß- blühend undNymphaea coerulea, blaue Lotus, in Afrika, häufig auf Denkmälern der Aegypter dargestellt; bei Victoria sind auch die Kelch- blätter mit dem imterständigen Fruchtknoten vereint, Victoria regia, berühmte Wasser- pflanze mit riesigen Blättern vom Amazonas, eine zweite Art im Paragixaygebiet. Ceratophyllaceae. Die kleine Familie der Ceratophyllaceae wird hier angereiht, die Verwandtschaft ist zweifelhaft; es sind Wasserpflanzen mit schmalen quirlig ge- Fig. 38. 1 a c e e n. Blütendiagramme von Ranuncu- A Anemone n e m o r o s a. Die Linien im Andröceum bezeichnen die Fünfer - und Achterzeilen. B A d o n i s a u t u m n a 1 i s. C Aconitum n a p e 1 1 u s. Nach E i c h 1 e r. und Aconitum, Eisenhut. Gattungen mit ein- samigen Schließfrüchtchen: Anemone, Ane- mone nemorosa, Windröschen, in Wäldern; Hepatica triloba, Leberblümchen; Clema- 392 Angiospermen tis, Waldrebe, mit zahlreichen Arten in den Tropen mid gemäßigten Gegenden; Ranunculus, Hahnenfuß, große Gattmig, besonders nördlich extratropisch, mit 5 kelchartigen Blütenhüll- blättern rmd etaloiden Honigblättern. Berberidaceae. Die Blüten sind Z5^k- lisch und zwitterig, mit 2 bis 3-gliederigen Quirlen, die Blütenhülle ist häufig in Kelch und Krone geschieden, zwischen Fetalen und Staubblättern vielfach Honigblätter; Staubblätter meist in zwei Quirlen; der einfächerige Fruchtknoten von einem Carpell gebildet, mit mehreren bis vielen Samenan- lagen. Berberis, über 70 Arten, besonders in Nordamerika und andin, mit reizbaren Staub- blättem, Blätter der Langtriebe in Dornen um- Fig. 39. Aconitum Napellus. Natürliche Größe. 1 Einzelblüte schräg von vorn. 2 Einzel- blüte längsdurchschnitten. 3 Die zu Nektarien um- gebildeten Staubblätter und das Andröceum nach Entfernung des Perigons. 4 Frucht aus drei apokarpen Fruchtblättern. 5 Frucht, aufge- sprungen. gebildet; Mahonia, mit gefiederten Blättern, besonders Nordamerika mid Zentralamerika, Mahonia aquif olium, viel in Kultur. Podophyllum peltatum, in Nordame- rika, Staude mit bandförmigen Blättern (ent- hält Podophyllin). Mit den Berberidaceen verwandt die kleine Familie der Lardizabalaceae, besonders durch die größere Zahl der freien Carpelle (meist 3) mit zahlreichen Samenanlagen unterschieden. Schlingende Holzpflanzen mit bandförmig zu- sammengesetzten Blättern, in Indien mid Ost- asien heimisch. Akebia quinata, in Japan, häufig kultiviert. Menispermaceae. Die Blüten sind diöcisch, mit dreigliederigen Quirlen, mit einfacher Hülle oder mit Kelch und Blumen- krone; Carpelle drei, mit je einer an der Bauchnaht hängenden Samenanlage, ge- trennt; Staubblätter frei oder verwachsen. Die Menispermaceae sind meist schlingende Holzgewächse, die fast ganz auf die Tropen beschränkt sind; viele Früchte giftig. Cissampelos; Cocculus, Cocculus le- aeba in Vorderasien nnd Nordafrika; Anamirta cocculus, in domalayisch, liefert Kokkelskörner. Magnoliaceae. Die Blüten sind spiralig oder spirozyklisch, häufig groß und ansehn- lich; die Blütenhülle ist von spiralig oder wirtelig gestellten Blättern gebildet, häufig zahlreiche Blätter korollinisch oder dieäußeren kelchartig; die Staubblätter stehen zahl- reich spiralig, ebenso die Carpelle an meist verlängerter Achse; die einzelnen Carpelle werden zu trocknen, aufspringenden Frücht- chen oder zu Schließfrüchtchen. Die Ma- gnohaceae sind Holzgewächse, die im tro- pischen und subtropischen Amerika und Asien heimisch sind. Magno lia, mit großen Blüten, Blätter mit großen, intrapetiolaren Nebenblättern, in Ost- asien mid im atlantischen Nordamerika; Lirio- dendron tulipifera, Tiüpenbaum, im atlan- tischen Nordamerika; Ilicium verum, Sterna- nis, in China. Caly canthaceae. Die Blüte ist spiralig, mit zahlreichen petaloiden Hüllblättern und vielen Staubblättern; Carpelle mit je 2 Samenanlagen, etwa 20, Irei im Grunde der hohlen Blütenachse; Sträucher mit gegen- ständigen Blättern; wenige Arten in Ost- asien und Nordamerika; der wohlriechende Calycanthus floridus, in Nordamerika, viel kultiviert. Anonaceae. Die Blüten sind spirozy- klisch; es sind meist drei dreigliederige Quirle von Hüllblättern vorhanden, deren äußerster meist kelchartig ist; die meist zahlreichen Staubblätter sind spiralig angeordnet; die Carpelle sind allermeist frei, nur bei Mono- dora zu einem einfächerigen Fruchtknoten vereint; im Blütenbau kommen die Ano- naceen der Magno liaceen nahe, haben auch wie diese im Parenchym Oeldrüsen; sie unterscheiden sich aber durchgreifend durch das zerklüftete Nährgewebe des Samens. Die Anonaceen sind Holzgewächse der Tropen mit einfachen Blättern, artenreiche Familie. Anona, fast ausschließlich im tropischen Amerika heimisch, die Carpelle bilden mit der Blütenachse eine fleischige Frucht, Anona s qu a - mosa, Sugar-Apple, überall kultiviert; bei ande- ren Gattimgen bleiben die trockenen Früchtchen voneinander frei, z. B. Xylopia, mit länglichen Früchtchen, Xylopia aethiopica, Mohren- pfeffer, Gewürz, "im tropischen Afrika; Cananga odorata, mit wohlriechenden Blüten, Ilang- Ilang. Angiospermen 393 Myristicaceae. Die Blüten sind diö- cisch und haben ein einfaches, dreilappiges, verwachsenes Perigon; die Staubblätter sind in größerer Zahl mit ihren Filamenten zu einer Röhre verwachsen; ein Karpell mit einer fast grundständigen umgewendeten Samenanlage. Die Myristicaceae sind Holz- gewächse der Tropen, besonders in Asien. Myristica fragrans, Muskatbaum, auf den Molukken heimisch, viel in den Tropen kultiviert; Frucht mit fleischiger Schale, die Samen (Muskatnüsse) mit zerklüftetem Endo- sperm, der zerschlitzte Arillus als Macis, Mus- katblüte verwendet. Monimiaceae. In den Tropen ver- breitete Holzgewächse mit eingeschlecht- lichen Blüten; die Blütenachse verschieden- artig ausgebildet, scheibenförmig oder becher- förmig ; die freien Carpelle mit je einer Samen- anlage. Mollinedia, Siparuna, artenreich im tropischen Amerika. Lauraceae. Die Lauraceae stellen die fortgeschrittenste Familie der Reihe dar; die Blütenachse ist becherförmig oder schüs- seiförmig, so daß die Insertion der Blüten- hülle und der Staubblätter perigynisch wird, der Fruchtknoten ist einfächerig mit einer hängenden anatropen Samenanlage; die Blüten sind dreigliederig, homoiochlamy- deisch mit zwei Kreisen gleicher Perigon- blätter; Staubblätter in mehreren Kreisen, die Antheren öffnen sich mit Klappen; die Frucht ist beeren- oder steinfruchtartig, von der Achse am Grunde umgeben oder mit ihr mehr oder w'eniger verwachsen. Die Lauraceae sind fast immer Holzpflanzen mit ledreigen einfachen Blättern; zahlreiche Arten in den wärmeren Ländern, eine Reihe von ihnen haben wegen des Vorkommens von ätherischen Oelen Bedeutung. Ci n n amo mu m , Baum 'mit axillären Blüten- rispen, Cinnamomum ceylanicum liefert die Zimmetrinde, auf Ceylon heimisch, kultiviert, Cinnamomum cassia liefert chinesischen Zimmet, Cinnamomum camphora, in Japan, liefert Kampher; Persea gratissima, im tro- pischen Amerika heimisch, kultiviert, liefert Obst (Avocato-Birnen); Laurus nobilis, Lorbeer, mediterran. 15. Reihe Rhoeadales. Die Blüten sind zyklisch, heterochlamydeisch, meist zwei- gliederig, strahüg oder zygomorph, mit ober- ständigem, aus zwei bis" mehreren Carpellen zusammengesetztem Fruchtknoten. Der An- schluß an' die Ranalesreihe ist bei den Papaveraceen zu suchen. Papaveraceae. Die Blüten sind strahlig oder zygomorph mit 2 (meist bald abfälligen) Kelchblättern und vier Petalen (bei einigen Gattungen ist die Dreizahl herrschend, bei Bocconia und Macleyafehlen die Petalen); Staubblätter meist viele, seltener nur zwei (dann geteilt) ; Fruchtknoten aus zwei bis vielen Carpellen gebildet, einfächerig, mit wand- ständigen Plazenten; meist sind viele Samen- anlagen vorhanden (bei Bocconia nur eine, bei Fumaria kommt nur eine zur Entwicke- lung). Die Papaveraceae sind Kräuter oder Stauden, häufig mit Milchsaft; ihre reichste Entwickelung finden sie im Mittel- meergebiet und im pazifischen Nordamerika. In der Unter familie der Papaveroideae sind die Blüten imgespornt. Eschscholtzia, mit zahlreichen gelbblühenden Arten in Kalifornien, Zierpflanzen; Chelidonium, Fruchtknoten aus Fig. 40a. Diagramm von Persea. Nach E i c h 1 e r. Fig. 40b. Biüfe von Cinnamomum zeylani- cum. Durchschnitten. Nach Wet t s^t ei n. zwei Carpellen, gelber Milchsaft, Chelidonium majus, Schöllkraut, in Emopa mid Asien; Pa- pa ver, Mo Im, Carpelle bis 20, einen einfächerigen Fruchtknoten bildend, mit strahliger Narbe, die Frucht öffnet sich durch Poren oder kurze Klappen, besonders in Südeuropa entwickelt, Pap a ver so m n if eru m , im Orient und in Indien angebaut, liefert im eingetrockneten Milchsaft der Kapselwandung Opium; Glaucium, gelb- blühend. In der Unterfamilie der Fnmarioideae sind die Blüten gespornt; Staubblätter zwei, vor den äußeren Kronblättern, dreiteilig, der mittlere Absclmitt mit dithecischer. die seitlichen mit mono- Fig. 41a. Blüten- diagramm von Glaucium. Nach Eichler. Fig. 41b. Diagramm von Corydalis cava Nach E i c h 1 e r. thecischer Anthere. Corydalis, Lerchensporn, nur em Kronblatt gespornt, mehrsamige Kapsel, artenreich besonders in Asien; Fumaria, Erd- rauch, mit einsamiger Schließfrucht, besonders mediterran; Dicentra, Blüte mit zwei ge- spornten Kronblättern, Dicentra specta- bilis, Zierpflanze aus Ostasien. Capparidaceae. Die Familie steht in enger Verwandtschaft zu den Cru eiferen; 394 Angiospermen Blüten strahlig oder zygomorph, mit vier Kelchblättern und vier Fetalen; innerhalb der Blütenhülle ist ein ring- oder schuppen- förmiger Diskus entwickelt; Staubblätter vier oder durch Spaltung vermehrt (sechs bis viele); Carpelle zwei oder mehrere; die Frucht ist eine Kapsel oder Beere; ein charakteristisches Merkmal ist für die Cap- paridaceae, daß der Fruchtknoten durch ein (häufig langes) Achsenglied (Gynophor) in die Höhe gehoben wird; seltener werden auch zugleich die Staubblätter mit in die Höhe gehoben. Die Capparidaceen sind Kräuter oder kleine Holzgewächse, nicht selten kletternd ; sie sind in wärmeren Ländern zu Hause. Capparis, artenreich, Capparis spinosa, mediterran, liefert in den Blutenknospen die Kappern; Oleome, Polanisia. Cruciferae. Die Blüten sind zwitterig, Fig. 42. a Diagramm einer Crucifere. b Blüte von Brassica nigra. Vergrößert. Nach W e 1 1 s t e i n. strahlig (selten zygomorph, z. B. Iberis); im allgemeinen herrscht in der artenreichen Faniihe eine große Gleichförmigkeit im Blütenbau ; Kelchblätter vier, in zwei Kreisen, Blumenblätter vier damit abwechselnd, in einem Kreise, meist genagelt; Staubblätter in zwei Kreisen, deren äußerer von zwei kürzeren, deren innerer von vier längeren Staubblättern gebildet wird; am Grunde der Staubblätter finden sich am Blütenboden Honigdrüsen (Saftdrüsen) und zwar stehen zwei lateral zur Seite der kurzen Staub- blätter; dazu kommen häufig noch ein bis zwei mediane Drüsen vor den langen Staub- blättern; der Fruchtknoten wird von zwei Carpellen gebildet, an deren Verwachsungs- rändern die Samenanlagen stehen; durch eine falsche (d. h. nicht von den die Samenanlagen tragenden Carpellrändern gebildete) Scheide- wand wird der Fruchtknoten zweifächerig; die Frucht ist eine Schote (mehrmals länger als breit) oder ein Schötchen (nicht viel länger als breit); sie öffnet sich, indem die Wände sich klappig von unten nach oben von der Scheidewand, an der die Samenan- lagen stehen bleiben, ablösen; seltener sind Schheßfrüchte ausgebildet; Samen ohne Nährgewebe, vom Keimling mit den dicken Cotyledonen ausgefüllt (im Gegensatz zu den Papaveraceen); der Embryo ist ge- krümmt und zwar können Würzelchen und Keimblätter eine verschiedene Lage zuein- ander einnehmen, eine Tatsache, die zur Systembildung in der Familie benutzt worden ist. Die beiden Hauptformen sind der rücken- wurzelige Keim (die Lage notorrhiz), indem der Embryo so gekrümmt ist, daß das Wür- zelchen dem Rücken des einen Keimblattes anliegt, und dann der seitenwurzelige Keim (die Lage pleurorrhiz), indem das Würzelchen der Seitenkante der beiden Keimblätter an- liegt. Die Crucil'eae sind krautartig, ein- jährig oder ausdauernd, mit meist wechsel- ständigen Blättern und traubigen Blüten- ständen ohne Deckblätter; die große Familie ist über die Erde verbreitet, aber stärker auf der nördlichen Hemisphäre und zwar be- sonders reich im Mediterrangebiet entwickelt. Das Diagramm weist große Aehnlichkeit mit dem der Papaveraceae-Fumarioideae auf. Die Einteihmg nach A. v. Hayek: A. Thelypodieae. Diese Gruppe schließt sich am nächsten an die Capparidaceae an, indem die linealische Schote mit einem Gjiiophor versehen ist; die Honigdrüsen sind stark ent- wickelt und fließen oft zu einem Ring zusammen; die Narbe ist ringsum gleich entwickelt. Wenige Gattungen in Nordamerika mid Zentralasien; Stanleya, hochwüchsige Arten im westlichen Nordamerika, ebenso Thelypodium. B. Arabideae. Das Gynophor fehlt; Frucht häufig eine linealische Schote; mediane und laterale Honigdrüsen vorhanden, oft zu einem Ring verschmolzen; die Narbe ist mehr oder weniger zweilappig. S i s 3' m b r in m , lü-äuter mit zweiklappiger linealischer Schote, ebenso C a r d a m i n e , eine vorwiegend boreale Gattung, Cardamine pratensis, Wiesen- Fig. 43. (_j)uerdurchschnittene Cruciferen-Samen, die die verschiedene Lage des Würzelchens zu den Keimblättern zeigen. A. Cheiranthus. seitenwurzelig; B. Sisymbrinm, rückenwurze- lig. Nach B a i 1 1 0 n. schaumki-aut; Nasturtium, Nasturtium of- ficinale, Brunnenkresse; Armoracia, in Ost- europa, Meerrettig; Arabis, besonders medi- terran undboreal; Isatis, Frucht ein hängendes, nicht aufspringendes Schötchen, Isatis tinc- torea, Waid, Farbpflanze, von Zentralasien bis Süd- und Mitteleuropa. C. Alysseae. Frucht linealisch oder schöt- chenförmig, meist zweiklappig aufspringend; die medianen Honigdrüsen fehlen stets; Narbe deutlich zweilappig; Haare meist ästig. Mt linealischer Schote: Cheiranthus, mediterran, Angiospei inen 395 Cheiranthus cheiri, Goldlack; Hesperis, Hesperis matronalis mit violetten Blüten; Matthiola, mediterran, Matthiola incana Levkoje; mit rundlicher, vom Rücken flach- gedrückter Schote Lunaria, Lunaria bien- nis in Südostem-opa, mit silberweißen Scheide- wänden der Kapsel; mit kurzen rundlichen Schöt- chen Alyssum, artenreich besonders im Mittel- meergebiet, und Draba, mit vielen Arten be- sonders in den Gebirgen der ganzen Erde; Anastatica, mit elliptischer, nicht aufspringen- der Frucht, Anastatica hierochuntica, Rose von Jericho, die fruchttragende Pflanze krümmt austrocknend die Aeste zusammen imd breitet sie bei Befeuchtmig wieder aus, in Wüsten des östlichen Mediterrangebietes. D. Brassiceae. Die verschieden gestaltete Frucht ist mit einem deutlichen, oft mächtig entwickelten Schnabel versehen; mediane Honig- drüsen meist vorhanden ; Haare einfach. Mit linealischer Frucht, die kugelige Samen enthält: Fig. 44. a C a r d a m i n e p r a t e n s i s. Androeceum und Gynoeceum. Nach Baillon. b Anlage einer Cruciferen-Blüte von oben gesehen. Vergrößert. Nach W e 1 1 s t e i n. Brassica, Brassica oleracea, Kohl, wild an den Küsten Nordeuropas, in zalüreichen Spiel- arten kultiviert (Kohlsorten und Rüben), Bras- sica nigra, schwarzer Senf, Brassica napus, Raps, Brassica campestris (Brassica rapa) Rübsen; Sinapis arvensis, Ackersenf, Un- kraut; stärker in einen Sclmabehmd den Klappen- teil sind die Früchte bei folgenden Gattungen gegliedert: Raphanus, der Klappenteil ganz reduziert, nur der nicht aufspringende Schnabel (Stylarteil) Samen tragend, Raphanus rapha- nistrum, Hederich, Ackenmkraut, Raphanus sativus, Rettich; Cakile, mit zweigliederiger, nicht aufspringender Frucht, oberes Glied mit einem aufrechten, unteres mit einem hängenden Samen, Cakile maritima, halophile Küsten- pflanze. E. Lepidieae. Frucht seitlich zusammenge- drückt, mit meist geflügelten oder gekielten Klappen; Narbe zweilappig; mediane Honig- drüsen klein oder fehlend. Lepidium, mit rund- lichen, schmal geflügelten oder gekielten Schöt- chen. Die Gattung ist weit über der Erde ver- breitet; Biscutella, mit ausgerandeten, breit geflügelten Schötchen, in Süd- und Mitteleuropa: ähnlich im Fruchtbau Iberis, besonders in Südeuropa; Cochlearia, mit kugeligen oder ellipsoidischen Früchtchen, besonders in nörd- lichen Gebieten; Thlaspi; Capsella, Schöt- chen dreieckig verkehrt-herzförmig, zweiklappig aufspringend, Capsella bursa pastoris, Hir- tentäschel. F. Pringleeae. Frucht eine stielrimde Schote ohne Scheidewand; zwei Paar laterale und je eine mediane Honigdrüse; Narbe kugelig. Pringlea antiscorbutica, Kerguelenkohl auf den Kerguelen, eine starkwüchsige Pflanze mit dickem Rhizom und großen Blättern. Resedaceae. Die Blüten sind zj-go- morph durch stärkere Entwickelung der Rückseite der Blüte und besonders eines als Diskus ausgebildeten exzentrischen Necta- riums zwischen der Blütenhülle und den Staubblättern; Kelchblätter vier bis acht; Blumenblätter entweder ganz fehlend oder bis acht; Staubblätter viele; mehrere Carpelle bilden einen einfächerigen Fruchtknoten, der an der Spitze geöffnet ist, da die Carpelle nicht völUg zusammenschließen. Die Resedaceae sind Kräuter mit spiraligen Blättern und traubigen Blütenständen; sie sind meist im Mittelmeergebiet heimisch. Reseda odorata, wohlriechende Zier- pflanze. Hier schließt sich die kleine Familie der Moringaceae an; baumförmige Arten mit gefiedertem Laub, die in Afrika und Vorder- indien heimisch sind, mit 5-gliederigen, zygo- morphen Blüten; die drei Carpelle stehen auf kurzem Gynophor und bilden einen einfäche- rigen Fruchtknoten mit parietalen Plazenten mit vielen Samenanlagen ; Kapsel mit geflügelten Samen; Moringa. 16. Reihe Sarr aceniales Die Blüten sind haplochlamydeisch oder heterochlamy- deisch ; der Fruchtknoten wird von drei bis fünf Carpellen gebildet, er ist ungefächert oder ge- fächert, mit zahlreichen Samenanlagen. Alle Vertreter der Reihe haben Blätter, die zum Insektenfang ausgerüstet sind (insektivore Pflanzen). Sarraceniaceae. Die Blüten haben ein einfaches fünfblätteriges Perigon oder fünf Kelch- und Blumenblätter; der Frucht- knoten ist gefächert, mit vorspringenden Plazenten. Die Sarraceniaceen sind krau- tige Pflanzen mit schlauchförmigen Blättern (vgl. den Artikel ,,Insekti vor en"). Die wenigen Arten sind in Amerika heimisch. Sarracenia purpurea, mit schirmförmig erweitertem Griffel, in Sümpfen des atlantischen Nordamerika. Nepenthaceae. Die Blüten stehen in Trauben, sie sind diöcisch, mit vierblätterigem Perigon; die Staubblätter (4 bis 16) sind in eine Säule verwachsen; der Fruchtknoten ist vierfächerig. Die Nepenthaceae sind Blatt- klimmer mit großen, spiralig gestellten Blättern; der Blattgrund ist spreitenartig aus- gebildet, dann folgt der meist lange und mehr oder weniger rankende Stiel, die Spreite ist in ein becherförmiges oder kann enförmiges 396 Angiospermen Gebilde umgewandelt, dessen nach oben gerichtete Mündung von einem Deckel be- deckt wird. Nepenthcs, die Gattung ist mit 40 Arten besonders in Malesien entwickelt und erreicht nach Westen hin Madagaskar. Droseraceae. Die Blüten stehen in wickeligen Infloreszenzen; sie sind hetero- chlamydeisch, mit 5 bis 20 Staubblättern; der Fruchtknoten ist einfächerig mit parietalen Plazenten, die öfters nur am Grunde Samenanlagen tragen. Die Droseraceae sind meist kleine Kräuter, deren Blätter mit Digestionsdrüsen versehen sind. Drosera, mit 80 Arten weit verbreitet, viele in Australien ; Kräuter mit rosettig gestellten nmdlichen oder spateligen Blättern; die rand- ständigen Drüsen sind lang gestielt (Tentakehi), die Spreiten drüsen smd migestielt; Drosera rotundifolia, Sonnentau, vuid einige andere Arten in Torfmooren Europas; Drosophyllum lusitanicum, in Portugal, die schmale Blatt- spreite mit sitzenden Drüsen; Dionaea mus- cipula, Venus-Fliegenfalle, auf Mooren in Karo- lina (s. Lisektenfresser); Aldrovanda vesicu- losa, eine Wasserpflanze, deren Blätter ebenfalls sensible Haare besitzen; sie ist dm'ch Eiuopa mul Asien bis Australien verbreitet. Diuch Aus- schluß der Gattmigen Byblis (Anschluß an die Pittosporaceae) mid Roridula (Anschluß an die Ochnaceae vgl. Diels) ist die Familie gut geschlossen. 17. Reihe R o s a 1 e s. Die Blüten sind meist zyklisch, heterochlamydeisch (selten apo- petal), hypogynisch bis epigynisch, strahlig oder zygomorph; die Carpelle sind frei oder vereint. Podostemonaceae. Die Blüten haben ein einfaches Perigon; Staubblätter mehrere bis viele; Fruchtknoten zweifächerig mit dicker, zentraler Placenta mit vielen Samen- anlagen. Die Podostemonaceae sind aus- geprägte Wasserpflanzen (vgl. den Artikel ,,W a s s e r p f 1 a n z e n"), sie gleichen oft den Algen oder den Lebermoosen. Die meisten Arten kommen im tropischen Amerika vor, doch ist die Familie auch in Asien und Afrika vertreten. Die verwandtschaftlichen Be- ziehungen weisen durch den Bau des Frucht- knotens offenbar auf die Saxifragaceen hin. Crassulaceae. Die Blüten sind strahlig, meist fünfgliederig, aber auch mit höheren Zahlen (bis SOgliederig); Carpelle meist den Blütenblättern gleichzählig (Isomerie des Gynoeceums), frei oder schwach verwachsen; Samenanlagen meist viele an der Bauchnaht. Die Crassulaceea sind krautige oder halb- strauchige Gewächse mit dicken fleischigen Blättern (Blattsukkulenten, Fettpflanzen), und mit cymösen Blütenständen. Die Familie ist fast über die ganze Erde verbreitet; besonders reich ist ihre Entwickelung in Südafrika. Sedum, mit vielen Arten in der nördlichen gemäßigten Hemisphäre, Sedum acre, Mauer- pfeffer; Sempervivum, artenreich (auch viele Bastarde) in den Gebirgen Emopas rmd Vorder- asiens, Sempervium tectorum, Hauswm'z; Crassula, über 100 Arten meist in Südafrika; Bryophyllum calycinum, in den Tropen verbreitet, ist daduixh ausgezeiclmet, daß sich in den Kerben der Blätter Adventivsprosse ent- wickeln. Cephalotaceae. Die Familie wird durch die einzige Art Cephalotus follicularis in den Sümpfen Westaustraliens gebildet; die Pflanze hat eine Rosette, deren imtere Blätter kannenförmig smd, an der Mündmig mit einem gerippten Ring rmd Deckel, wälirend die oberen flach sind (vgl. den Artikel ,,I n s e k t i'v o r e n") ; Fig. 45. a Sedum telephium. Vergrößert. b im Längsschnitt. (Lehrb.) die Blüte hat sechs Perigonblätter, zwölf Staub- blätter mid sechs freie Carpelle mit je einer gnm dstän dig en Samen an lag e. Saxifragaceae. Die Blüten sind nieist heterochlamydeisch und fünfgliederig (bis auf die Oligomerie des Gynaeceums); Staub- Fig. 46. 1 Blüte von Saxifraga trifurcata. 2 Basaler Teil derselben. Längs durchschnitten. 3 Blüte von Saxifraga sarmentosa. 4 $ Blüte von Ribes alpinum. Längsschnitt. Ver- größert. Nach Wettstein. blätter in einfachem Kreise oder in zwei Kreisen und dabei Obdiplostemonie, selten viele; Fruchtknoten durch verschiedene Aus- bildung der Achse oberständig bis unter- Angiospermen 397 knoten, der zweifächerig ist; die Griffel sind getrennt; die Blüten sind zwitterig oder ein- geschlechtlich, heterochlamydeisch oder apo- petal, schließlich auch nackt; die Frucht ist eine Kapsel, die zugleich wand- und fach- spaltig ist. Die 'Hamamelidaceac sind Holzgew<=ichse mit spiraligen Blättern mit Nebenblättern; sie sind in den subtropischen Gegenden Afrikas, Asiens und Amerikas ver- breitet; die zerstückelten Areale der arten- armen Gattungen lassen auf eine zusammen- hängende Verbreitung der alten Familie im Tertiär schließen. Liquidambar, mit monöcischen Blüten; die männlichen stehen in Aehren, sie sind nackt, so daß die einzelnen Blüten nicht zu unterscheiden sind, die weiblichen Blüten stehen in Köpfchen, mit verwachsenen Kelchen, Pflanze mit Balsam- g.ängen, Liquidambar styraciflua von Zen- tralamerika nach dem atlantischen Nordamerika (Storax); Fothergilla, Strauch mit apopetalen Blüten mit vielen Staubblättern, Fothergilla ständig, meist aus zwei Carpellen gebildet, zweifächerig mit dicken Plazenten mit vielen Samenanlagen, seltener mehr Carpelle; Griffel meist frei und häufig auch der obere Teil der Carpelle. Die Saxifragaceae sind Kräuter oder Holzgewächse mit meist spira- ligen Blättern. Unterfamilie Saxifragoideae: Kräuter; Fruchtblätter zwei, teilweise frei. Saxifraga, Steinbrech, 200 Arten, meist in den Gebirgen der nördlichen gemäßigten Zone, auch andin und arktisch; Parnassia palustris, weitver- breitete Sumpfpflanze; Chrysosplenium, Milz- kraut; Heu eil er a, Nordamerika; Bergen ia, großblätterige Zierpflanze aus Zentralasien. Unter- familie Hydra ngeoideae: Holzgewächse mit meist gegenständigen Blättern; Fruchtknoten halb unterständig bis unterständig, zwei- bis füaffäche- rig; Philadelphus mit vielen Staubblättern, in Asien und Nordamerika, Philadelphus coro- narius, Pfeifenstrauch; Hydrangea, die peri- pherischen Blüten steril, mit petaloiden Kelch- blättern, Hydrangea hortensia, Hortensie, in Ostasien heimisch; Deut- zia, besonders in Asien. Unterfamilie Escallonioi- deae: Holzgewächse mit spiraligen Blättern; Blüten mit fünf Staubblättern ; Escallonia in Südame- rika. Unterf amilieR i b e s i o - ideae: Holzgewächse mit spiraligen Blättern imd traubigen Blüten ständen ; der imterständige Frucht- knoten ist einfächerig, die Frucht eine Beere; Ribes, in der nördlich gemäßigten Zone und andin, Ribes rubrum, Johannisbeere, Ribes grossularia, Stachelbeere (Bearbeitung der Gattung Ribes von JanczewskiinBulI. Acad. Cracoyie 1905/1906). An die in diesem Sinne ziendich weitgefaßten Saxi- frageen schließen sich einige Fig. 47. 1 Längsschnitt durch die Blüte von Alchimilla alpina kleinere Familien an, d"ie 2 Desgl. von Potentilla palustris. 3 Blüte von Rosa spino zu verschiedenen Gruppen sissima. 4 Blüte von Pirus communis. Längsschnitt. Ver der Saxifragaceen in Be- größert 1 und 2 nach Pocke; 3 und 4 nach Wettstein, Ziehungen stehen. Wir er- wähnen die Pitto sporacea;e, die sich an dieEs caHonioideae anschließen; die Blüten sindfimf gliederig, der oberständige Fruchtknoten ist ge- fächertoder ungefächert ; charakteristischsind schi- zogene rindenständige Harzgänge; besonders in Australien, Pitto sporum selbst in den Tropen der alten Welt verbreitet. Ferner dieCunonia- ceae, die durch gegenständige Blätter mit Neben- blättern, sowie dm-ch die regelmäßig zweireihige Stellung der Samenanlagen an den Plazenten von den Saxifragaceen abweichen; Holzgewächse der südlichen Hemisphäre; Weinmannia, be- sonders andin alnifolia in Nordamerika; verwandt Cory- lopsis, in Ostasien. Platanaceae. DieBlüten sindmonöcisch und stehen in kugeligen Köpfchen ; sie haben eine doppelte unscheinbare Blütenhülle; Staubblätter drei bis acht, mit keuligen Antheren; Carpelle drei bis acht, getrennt, mit je einer hängenden Samenanlage. Platanus, Platane, hohe Bäume mit ge- lappten Blättern, Platanus orientalis im Mittelmeergebiet mid bis zum Himalaya, Pla- tanus occidentalis, in Nordamerika, viel Hamamelidaceae. Der Blütenbau ist [ kidtiviert. in dieser Familie recht mannigfach; im all-, Rosaceae. Die Blüten sind meist strahlig gemeinen sind sie vier- bis fünfzählig, mit j (bei den Chrysobalanoideen zvgomorph), oberstandigem bis unterständigen Fracht- 1 meist heterochlamvdeisch und füufgliederig; 398 Angiospermen die Blütenachse ist in den Gnippen sehr ver- schieden, konvex, oder flach, oder konkav bis krugförmig, so daß Blütenhülle und Staub- blätter hypogyn, perigyn oder epigyn sein können; Staubblätter meist zwei- bis viermal so viel als Fetalen oder bis viele, selten nur wenige (Alchimilla); Carpelle seltener nur eins bis wenige, gewöhnhch in größerer Zahl frei oder mit der hohlen Achse der Blüte ver- wachsen, Samenanlagen meist zwei; Früchte Kapseln oder Beeren oder Steinfrüchte; an ihrer Bildung nimmt oft die Blütenachse Anteil (Halbfrüchte). Die Kosaceen sind Kräuter oder Holzgewächse mit abwechseln- den Blättern und allermeist mit Neben- blättern; die Familie ist über die Erde ver- breitet. Unterfamilie Spiraeoideae: Carpelle meist fünf aber auch andere Zahlen; Blütenachse weder konkav noch vorgewölbt; Kapselfrüchtchen; Spiraea, Blätter ohne Nebenblätter, artenreich in der nördlich gemäßigten Zone; Quillaja saponaria, in Chile, Seifenbaum, mit saponin- reieher feinde. Unterfamilie P o m o i d e a e : Carpelle mit der hohlen Blütenachse imd unter sich mehr oder weniger verwachsen ; durch Yereinigiuig mit der fleischig werdenden Blütenachse entsteht die apfelförmige Scheinfrucht; Cydonia vul- garis, Quitte, Südeuropa; Mespilus ger- manica, Mispel; Sorbus aucuparia, Eber- esche, Europa und Nordasien; Eriobotrya japonica, japanische Mispel, viel lailtiviert; Pirus communis, Birnbaum, Europa imd Nordasien, Pirus malus, Apfelbaum, zahlreiche Kulturformen. ^ m.j Unterfamilie Rosoideae: Carpelle frei, am Grunde und an den Wänden der krug- förmigen Achse, an derem Rande Ivelchblätter, Blumenblätter rmd Staubblätter stehen; die Blütenachse wird fleischig (Hagebutte) und ent- hält die einsamigen Schließfrüchtchen. Rosa, Unterfamilie P otentilloideae: Carpelle zahlreich, frei; der Blütenboden konvex vorge- wölbt, er bildet mit den Schließfrüchtchen Scheinfrüchte. Potentilla, Fingerkraut, arten- reich in der nördlich gemäßigten und kalten Zone; Fragaria, Erdbeere, mit fleischigem Blütenboden, dem die kleinen Schließfrüchtchen eingesenkt sind; Rubus, die Früchtchen mit fleischiger Außenschicht, sie verwachsen unter- einaiider und sitzen dem ziemlich harten kegel- förmigen Blütenboden auf, außerordentlich formenreiche, über die Erde verbreitete Gattvmg mit schwer zu trennenden Arten, Rubus chamaemorus, Moltebeere, zirkumpolar, Ru- bus idaeus, Himbeere, Rubus caesius usw., Brombeere. Fig. 48. Frucht von Rosa, s' Blütenachse, s ICelchblätter, e Reste der Staubblätter, fr Früchtchen. besonders in der nördlich gemäßigten Zone, viele Arten und Bastarde; die Edelrosen stammen besonders von Rosa gallica (europäisch- orientalische Formen; Rosenöl im Balkan und in Persien gewonnen) und von "Rosa indica (ostasiatische Formen, z. B. Teerosen). Fig. 49. A Frucht von Rubus fruticosus, B von Pirus Malus. Unterfamilie Po t e r i o i d e a e : Carpelle in geringer Zahl; Blütenachse krugförmig, zuletzt erhärtend rmd die Schließfrüchtchen umgebend. Alchimilla, Frauenmantel, apopetal, Frucht- blätter 1 bis 4 mit gnmdständigem Griffel, viele Arten parthenogenetisch. Unterfamilie P r u n o i d e a e : Ein in der schüsseiförmigen Blütenachse gnmdständiges Carpell mit zwei Samenanlagen ; die Steinfrucht (mit der Achse) einsamig; Staubblätter meist viele am Rande der Blütenachse. Prunus, Prunus armeniaca, Aprikose, in Turkestan imd der Mongolei heimisch, Prunus domes- tica, Pflaume, Heimat nicht sicher bekannt, Prunus spinosa, Schlehdorn, Prunus amy- dalus, Mandel, wild in Tmkestan und Mittel- asien, mit lederigem Exokarp, in zwei Formen, bittere rmd süße Mandel, Prunus persica» Pfirsich, in China heimisch, Prunus avium, Süßkirsche, in Europa heimisch, Prunus cera- sus, Sauerkirsche, aus Kleinasien, Prunus laurocerasus, Kirschlorbeer, mediterran. Unterfamilie Chrysobalanoideae: Mit z}'- gomorphen Blüten, Carpelle 1 bis 5, frei, mit grundständigem Griffel; tropisch. Chryso- balanus icaco liefert Obst, tropisches Amerika, ebenso Parinarium, in Afrika. Connaraceae. Die Familie schließt sich eng an die Leguminosen an, ist aber durch das Fehlen der Nebenblätter und durch das Vorkommen von zwei bis fünf (meist fünf) freien Carpellen unterschieden. Die Con- naraceae sind Holzgewächse der Tropen, häufig große Lianen mit unpaarig gefiederten Blättern und fünfgliederigen Blüten; die Carpelle haben zwei Samenanlagen am Gninde; von den Carpellen entwickelt sich nur eines zu einer einsamigen Kapselfnicht; Samen mit Arillus; Connarus, Kourea. Angiospermen 399 Leguminosae. Die Blüten sind fünf- gliederig, heterochlamydeisch, meist zygo- morph rStau bblätter meist z ehn, seltener viele ; besonders charakteristisch ist der oberstcän- dige Fruchtknoten, der von einem Carpell ge- bildet wird, das die Samenanlagen, gewöhn- lich in größerer Zahl in zwei Reihen, an der Fig. 50. a Diagramm von Vicia Faba. Nach Ei c h 1 e r. b Frucht von La- burnum vulgare. Nach Wettstein. Bauchnaht trägt; die Frucht ist einfächerig und springt meist zweiklappig längs der Bauch- und Rückennaht auf (Hülse), seltener nur längs der ßauchnaht (Balgfrucht) ; selten ist dieFrucht durchfalsche Qu erwändegekammert und zerfällt in einzelne Glieder; Samen ohne Xährgewebe. Die Leguminosen sind eine der artenreichsten Familien der Angiospermen und über die Erde verbreitet; die Arten sind Kräuter oder Holzgewächse mit einfach oder mehrfach gefiederten Blättern mit Neben- blättern. Unterfamilie Mimosoideae: Die Blüten sind strahlig, Blütenblätter in der Ivnospe klappig; die Einzelblüten meist klein, aber häufig in dichte Köpfehen oder Aehren gestellt, die dann durch die vielen Staubblätter auffallen. Zur Unterfamilie gehören Holzgewächse der wärmeren Länder. Acacia, Blüten mit vielen freien Staubblättern, ungefähr 500 Arten der Tropen und Subtropen, besonders viele in trocke- nen Gegenden Afrikas imd Australiens; bei der artenreichen Gruppe der Phyllodinae in Australien sind die Stiele der Blätter nach Ver- lust der Fiedeni spreitenartig ausgebildet; häufig sind die Bäume stachelig oder dornig (Stipular- dornen von Ameisen bewohnt); Gummi-arabicum liefern mehrere afrikanische Arten, Acacia Senegal, Acacia seyal, Acacia arabica, das Harz tritt an den Bäumen von selbst aus; Inga, mit mehr oder weniger verwachsenen Staubblättern, im tropischen Amerika; Mimosa, mit zehn Staubblättern, 300 Arten meist tropisch amerikanisch, viele kletternde Halbsträucher oder Sträucher, Mimosa pudica, Sinnpflanze, mit gegen Berührung und Erschütterung sehr emp- findlichen Blättern. Unterfamilic Caesalpinioideae: Blüten zygomorph, mit freien Staubblättern, nicht Schmetterling sförmig, öfters apopetal; das oberste Blumenblatt in der Knospenlage das innerste (aufsteigende Deckung). Holzgewächse der Tropen, in Europa nru" zwei Arten, Cercis siliquas- trum, Judasbaum, stammblütig und Cera- tonia siliqua, Johannisbrot, mediterran; Hy- menaea courbaril, Südamerika, Hofert Ko- pal; Tamarindus indica, Tamarinde, walu:- scheinlich in ^Vfiika heimisch; Bauhin ia, tro- pisch, teilweise riesige Lianen mit flachen ge- wrmdenen Stämmen (Affentreppen); Cassia, 400 Arten tropisch, subtropisch; mehrere Arten in Afrika mid Vorderasien liefern Sennesblätter; Haematoxylon campecheanum, Cam- pecheholzbaum (Blutholzbaumj, in Zentralame- rika heimisch. Fig. 51. Blüte der Leguminosae. 1 Blüte von Acacia decurrens, strahlig, mit vielen Staubblättern. 2 Blüte von Mimosa pudica, vierteilig, mit 8 Staubblättern. 3 Blüte von Haematoxylon campecheanum im Längs- schnitt. 4 Schmetterlingsblüte von S partium junceum. c Carina, a Alae, v Vexillum. Unterfamilie Papilionatae : Blüten zygo- morph, Schmetterlingsblüten; Fetalen mit ab- steigender Declcung, das oberste ist meist gerundet (Fahne, vexillum), die beiden seitlichen sind ge- nagelt (Flügel, alae), die beiden unteren bilden mehr oder weniger verwachsen das Schiffchen (carina); Staubblätter zehn, die Staubfäden sind in eine Röhre verwachsen (Androeceum mona- delphisch) oder der hinterste Staubfaden ist frei (Androeceum diadelphisch). Meist Kräuter oder 400 Angiospermen kleine Holzgewächse mit gefingerten oder un- ventraler Raphe und der Mikropyle nach oben paarig gefiederten Blättern; an der Basis der oder bisweilen mit dorsaler Raphe und der Fiederblättchen finden sich Gelenke für Variations- Mikropyle nach unten. bewegungen. Folgende Gruppen können imter- Geraniaceae. Blüten durchaus fünf- schieden werden: Genisteae, Andröceum meist j|gjjgj.j„ j^^gjg^ strahlig, Staubblätter in monadelphisch,B]ättergefmgertmitg_anzrandigen:| j bis' drei Kreisen; die Kapselfrucht zer- Blättchen. Lupmus, 100 Arten, meist im west- ! ^^r,«' V'" " „ hpo-rannte oder ffeschnäbelte liehen Amerika, Laburum vulgare, Goldregen, fallt m iunl begiannte oüer ge&cnnaDeite Ulex europaeus, Stechginster, Domstrauch des ' ieilirucnte. westlichen Mitteleuropa; Spartium junceum, Geranium, Storchschnabel, krautige Ge- Fig. 62. tense ; A Diagramm von Geranium pra- B Diagramm von Pelargonium zonale. Nach Eichler. Ginster in Südem'opa; Sarothamnus scopa- i wachse, die Grannen entspringen bogig vom r iu s , Besenginster, in Mittelemopa. Tr if o 1 ie ae , i Mittelsäulchen der _ Frucht, gegen 200 Arten Androfceum meist diadelphisch, Blätter meist in gemäßigten Klimaten; Erodium, Reiher- gefingert mit gezähnten Blättchen. Trifolium,' ' "" Klee, 300 Arten, teilweise gute Futterpflanzen, ' Medicago, mit häufig spiral eingerollter Frucht, Medicago sativa, Luzerne, Futterpflanze, Me- lilotus officinalis, Steinklee. Galegeae, | Androeceum meist diadelphisch, Kräuter oder i Holzgewächse mit gefiederten Blättern. Indigo- fera° artenreich in den Tropen, Indigofera tinctoria und Indigofera anil liefern Indigo; Robinia pseudacacia, Robinie, Akazie, in Nordamerika heimisch, auf armem Boden viel angepflanzt, Caragana arborescens, Erbsen- strauch, in Zentralasien heimisch; Astragalus, eine der artenreichsten Gattungen der Blüten- pflanzen, häufig dornige, niedrige Sträucher, be- sonders in den Steppen Vorderasiens, auch viele in den Anden, mehrere Arten liefern Tragant- ' schnabel, mit sclrraubig gedrehten Grannen, diese gummi; Glycyrrhiza glabra, mediterran, die sind hygroskopisch, dm-ch ihre Krümmimgen Wurzeln liefen! Süßholz. Hedysareae, Andrö- : wird der Same in die Erde getrieben; Pelar- ceum meist diadelphisch, Blätter gedreit oder gonium, Blüten deutlich zygomorph, _\äelfach gefiedert. Hülse bei der Reife quer gegliedert, verholzende Arten, zahlreich in Südafrika ent- Ornithopus sativus, Seradella, Futterpflanze ' wickelt. auf Sandboden, im westlichen Mittelmeergebiet Oxalidaceae. Blüten strahlig, fünf- heimisch; Ünobrychis sativa, Esparsette, gliederig, Staubblätter in zwei Kreisen, die Futterpflanze; Arachis hypogaea, Erdnuß, Filamente hängen unten zusammen; der in den Tropen überall m Kultm, der Name , pj^j^^^^ j^^ fünffächerig, die Fächer stammt daher, daß die Fruchtstiele sich abwärts ,. . ,. ., Sa,ripnan1ao-Pn kiümmen und die Samen in der Erde reifen, die mit einer bis vielen Samenanlagen. Samen werden gegessen und liefern Speiseöl. I üxalis, über 200 Arten, besonders in Sud- Vicieae, Androeceum meist diadelphiscli ; die afrika und im extratropischen Sudamerka, Spindel des Fiederblattes geht in eine Borste i^tamm häufig kniolig oder zwiebelfürinig,Blatt^ oder eine Ranke aus. Vicia, Wicke, viele | gefi"? er t, mit hchlafbewegung^n; Biophytum Arten gute Futterki-äuter, Vicia faba, Sau- ! «ensitivum, tropisch, die Blatter reagieren bohne, eine der ältesten Kulturpflanzen; Len s , auf Beruhrungsreiz. esculenta, Linse, mediterran; Pisum sati-j Tropaeolaceae. Bluten zygomorph, vum, Erbse. Phaseoleae, im Blütenbau der : da die Blütenachse m einem langen Sporn vorigen Gruppe ähnlich; windende Kräuter oder ausgeht; Staubblätter acht (zwei median Sträucher mit gedreiten oder gefingerten Blättern, stehende ausgefallen), Carpelle drei mit je Glycine soja, Sojabohne in Japan; Ery thrina, Sträucher wärmerer Länder mit großen ornithophilen Blüten (Bestäubung diuxh Kolibris usw.); Phaseolus vulgaris, Bohne, aus Süd- amerika stammend; Dolichos lablab, Hülsen- gemüse der Tropen. 18. Reihe G craniales. Die Reihe um- faßt zunächst Familien, die in ihren fünf- einer Samenanlage; die Frucht zerfällt in drei einsamige Schheßfrüchte. Tropaeolum, krautige Gewächse, mit den langen Blattstielen rankend imd kletternd, in den Gebirgen Zentral- und Südamerikas, Tro- paeolum majus, Kapuzinerkresse, häufig kul- tiviert. Linaceae. Die Blüten sind strahlig, ,. , . ^, n T^,-, 1 . fünfgliederig, Staubblätter fünf (bis 20), ghederigen Blüten den Dikotylentypus zum Staubfäden am Grunde verwachsen; Frucht- reinsten Ausdruck bringen; diese sind strahlig j^j^^^g,^ gewöhnlich fünf fächerig, Frucht meist mit abwechselnden Kreisen und oberstun- gj^^g Kapsel. Die Linaceae sind meist digem Fruchtknoten; in Familien, die sich j^j.:^y^g^ ^^^i^ schmalen abwechselnden Blät- dann weiterhin anschließen, werden die Bluten ^gj.^ zygomorph und es treten mannigfache Re- duktionen ein, z. B. bis zum völligen Schwin- den der Blütenhülle ; Carpelle gewöhnhch mit zwei Samenanlagen, diese epitrop mit Linum, 90 Arten, subtropisch imd in ge- mäßigten Klimaten, besonders mediterran, Li- num usitatissimum, Lein, in zwei Formen, Linum usitatissimum vulgare (Schließlein, Angiospermen 401 wichtige Faserpflanze, mit nicht aufspringender Frucht) und Linuni usitatissimum humile (Klanglein, mit aufspringender Kapsel, der Samen wegen kiüti viert, Leinöl); der Lein ist nur Kultur- pflanze,nicht wild bekannt, er stammt wahrschein- lich von dem mediterranen Linum angustifo- lium; der kultivierte Lein schon aus der Pfahl- bautenzeit bekannt. Vgl. Wettstein in Wies- ner, Rohstoffe II. Erythro xylaceae. Die Blüten sind fünfgliederio-, die zehn Staubblätter sind am Gmnde zu^einer Röhre vereint; der Frucht- knoten ist drei- bis vierfächerig, aber nur Rutaceae. Die fünf- (oder vier-) gliede- rigen Blüten sind strahlig, meist zweige- schlechtlich und besitzen zwischen Staub- blättern und Fruchtknoten einen polster- förmigen oder t)echerförmigen Diskus; An- dröceum diplostemon oder haplostemon; Carpelle gewöhnlich vier bis fünf, ver- wachsen oder teilweise frei, mit meist je zwei Samenanlagen. Die Rutaceae sind meist Holzgewächse; charakteristisch sind lysigene Oeldrüsen (Blätter punktiert!), die ihren häufig starken Geruch bedingen; sie sind besonders in wärmeren Ländern reich ent- wickelt, zahlreich im Kapland und in Austra- lien. Ruta graveolens, Raute, mediterran, auch bis Westdeutschland, Dictamnus albus, Diptam, in Mittel- und Südeuropa, Pilocarpus, in Brasilien, liefert Folia Jaborandi, Cusparia trifoliata, in Columbien, liefert Cortex Ango- sturae; Ptelea trifoliata, im atlantischen Nordamerika heimisch, viel kultiviert; Citrus, wichtigste Cattung, Frucht eine Beere mit saft- reicher Pulpa, die von Emergenzen der Innenseite der Frucht Wandung gebildet wird, Citrus au- rantium, Pomeranze, aus dem südöstlichen Asien stammend, mit der Unterart chinensis, Apfelsine, Citrus medica. Zitrone, im Hinux- layagebiet heimisch, Citrus nobilis, Mandarine, in China heimisch. Fig. 53. Linum usitatissimum. A. Blüte; B. Androeceum und Gynoeceum; C. Frucht. B und C vergrößert. in einem Fach werden ein bis zwei Samen- anlagen entwickelt; die Frucht ist eine Stein- fnicht. Strauchige Gewächse, Blätter mit Nebenblättern; die Familie ist besonders im tropischen Amerika entwickelt. Erythro xylon coca, in Peru und Brasilien, Kokastrauch, die Blätter als Anregungsmittel genossen, aus iluien wird Kokain gewonnen. Zygophyllaceae. Die Blüten sind meist fünf gliederig, strahlig, Staubblätter zehn, am Grunde häufig mit blattartigen An- hängseln, die des ersten Kreises vor den Petalen, Fruchtknoten meist vier- bis fünf- fächerig, mit einem Griffel; Frucht ver- schieden. Die Zygophyllaceen sind Holz- gewächse oder selten Kräuter der wärmeren Länder, mit meist gefiederten Blättern, viele halophil und xerophytisch. Guayacum officinale, im tropischen Amerika," liefert Guajakholz; Zygophyllum, viele Arten in Steppen imd Wüsten der alten Welt; Tribulus terrester, Kraut mit dornigen Teilfrüchten, mediterran, Verbreitung durch Tiere; Peganum harmala, im östlichen Me- diterrangebiet und Zcntralasien, liefert in den Samenschalen Türkisch Rot. Hier wird angeschlossen die kleine Familie der Cneoraceae mit dreigliedrigen Blüten; Sträucher im Mediterrangebiet und auf den Canaren. Handwihterliuch der Naturwissen.schaften. Band I. Fig. 54. A Blüten- diagramm von Ci- trus vulgaris. Nach Eichler. B Blüte von Citrus aurantium längs durch- schnitten. Nach W e 1 1 s t e i n. S i m a r u b a c e a 8. Die Simanibaceae schließen sich im Blütenbau eng an die Ruta- ceen an; ihre Blüten sind aber meist einge- schlechtlich; sie haben niemals Oeldrüsen. sind aber durch den reichen Gehalt an Bitter- stoffen ausgezeichnet. Quassia amara, im tropischen Amerika und Pic r asma e xcel su m , in Westindien, liefern Quassiaholz, Bitterholz; Ailanthus glandu- losa, Götterbaum, in China heimisch, viel kultiviert. Burseraceae. Auch die Burseraceae stehen im Blütenbau den Rutaceen sehr nahe; die Fracht ist eine vSteinfrucht mit mehreren Steinkernen. Sie sind Holzge- wächse warmer Länder mit Balsam- und Harzgängen in der Rinde; infolgedessen 26 402 An,nios[)erinon liefern sie wichtige aromatische Harze und Balsame, die als Räuchermittel usw. dienen. Commiphora, viele Alten in den Steppen von Afrika, Commiphora abyssinica, ein kleiner Baum im südlichen Arabien mid nörd- lichen Abyssinien, liefert im getrockneten Balsam der Rinde die echte Myrrhe; Boswellia Car- ter i, in Arabien mid Somali, liefert Olibanum oder Weihrauch; Canarium-Arten im tropischen Asien liefern Harze (Fackelharz usw.) mid Kopale. Meliaceae. Die Blüten stehen in Rispen, sie sind meist fünfgiiederig, mit zehn Staub- blättern, deren Filamente allermeist in eine Rühre verwachsen sind; der Staminaltubus häufig gezähnt oder gelappt; die Blüten sind manchmal sympetal; Fruchtknoten mit einem Griffel, Frucht verschieden. Samen ge- flügelt oder ungeflügelt.' Die Meliaceae sind Holzgewächse warmer Länder mit gefiederten Blättern. Cedrela odorata, in Westindien und Guyana, liefert Zigarreiikistenholz; Swietenia mahagoni, Mahagonibaum, in Westindien und Peru; Ca- rapa- Arten in Afrika luid Amerika liefern in den Samen Carapaöl. Die folgenden Familien der G craniales haben meist mehr oder weniger zygomorphe Blüten. Malpighiaceae. Die Blüten sind fünf- giiederig, wenigstens im Gynaeceum schräg zygomorph; Kelch meist mit Nektardrüsen; Fig. 55 A Diagramm von Polygala myrti- folia. Nach Eichler. B Blüte von P ol y g al a s e n eg a. a kleine Kelchblätter, b große Kelchblätter, c Kahn, e seitliche Kronblätter, d Anhängsel des medi- anen Kronblattes. Nach Berg und Schmidt. Fetalen meist genagelt; Staubblätter zehn, Androeceum obdiplostemon; Carpelle ge- wöhnlich drei mit einer Samenanlage; die Frucht zerfällt in einzelne geflügelte oder ungeilügelte Teilfrüchte. Die Malpighiceae sind Holzgewächse der Tropen, vorzugs- weise in Amerika, meist Lianen. Ausgeprägt zygomorph ist der Blütenbau bei den Polygalaceae. Die Blüten sind median zygomorph; von den fünf Kelch- blättern sind zwei flügeiförmig, petaloid; Blütenblätter meist nur drei, das vordere groß, schiffchenförmig ; Staubblätter acht meist zu einer auf einer Seite offenen Röhre vereint; Carpelle zwei mit mehreren Samenanlagen. Kräuter oder auch kleine Holzgewächse mit abwechselnden Blättern und traubigen Blüten- ständen. Polygala, zahlreiche Arten, besonders in Amerika^ Securidaca, tropische Schlingge- wächse, Epirrhizanthes, Saprophyten in Ma- lesien, Noch stärker modifiziert sind die Blüten in der klemen tropisch amerikanischen Familie der Vochysiaceae; diese sind Hclzgewächse mit schräg zygomorphen Blüten; ein Kelchblatt gespornt; Petalen meist nur drei bis eines vorhanden; um" ein fruchtbares Staubblatt; drei Carpelle mit vielen bis zwei Samen- anlagen. Dichapet a- laceae. Die Blüten sind fünf- giiederig, meist strahlig, mit nur einem Kreis von Staubblättern; die Blütenachse bildet einen Discus. Die Pe- talen sind oft ge- spalten und mehr oder weniger ver- wachsen, die Staubblätter häufig mit den Petalen vereint ; Carpelle zwei bis pig. 56. 1 9, 2 o^ Blüte von drei mit je zwei Mercurialis perennis. 3 9, 4 o'"' Blüte von Rici- nus Nach Samenanlagen. Die Dichapeta- nus communis, laceen sind tro- Wettstein, pische Holzge- wächse, meist klimmend. Ihre Verwandt- schaft liegt wohl bei den Euphorbiaceen, bei deneii ähnliche Vereinigungen der Staubblätter usw. vorkommen. Euphorbiaceae. Die Blüten sind oft sehr stark reduziert, stets eingeschlechtlich, in allen Teilen in der Familie stark variierend; gewöhnlich ist ein einfaches Perigon vor- handen, doch nicht selten auch eine doppelte Hülle oder die Blüten sind nackt; Staub- blätter von eins bis viele; Fruchtknoten drei- fächerig, mit je einer Samenanlage im Fach, die Frucht zerfällt in drei Teilfrüchte (Kok- ken); die Samen sind über der Mikropyle meist mit einem Anhängsel (carnucnla) ver- sehen und enthalten reichliches Nährgewebe. Die Euphorbiaceen sind Kräuter oder Holzgewächse, häufig mit Milchsaft in ge- gliederten oder ungegliederten Röhren; die artenreiche Familie ist über alle warmen und gemäßigten Länder verbreitet. Phyllanthus, 400 Arten in wärmeren Anaiosponnou 403 Ländern, ohne Milchsaft; Croton, 600 Arten, der Tropen, Kräuter oder Sträucher, Croton eluteria und Croton cascarilla, in West- indien, liefern Kaskarillrinde, Croton tiglium, tropisches Asien, liefert in den Samen Krotonöl; Ricinus communis, in allen wärmeren Ländern verbreitet, die Staubblätter sind wiederholt ver- zweigt, mit vielen Theken, die Samen liefern Ri- zinusöl; Hevea brasiliensis, der wichtigste Kautschukbaum, Seringua, im Ueberschwem- mungsland des Amazonasgebietes weit ver- breitet; Manihot utilissima, Maniokpflanze des tropischen Amerika, liefert in den knolligen Wurzeln das wichtige Nahrungsmittel des ;\Ianiok- mehles (Fariaha); andere Arten sind als Kaut- schukpflanzen von steigender Bedeutung, wie Manihot Glaziovii, neuerdings auch in Afrika viel angepflanzt; Codiaeum variegatum, in Malesien heimisch, ,,Kroton" der Gärtner, in Formen mit panaschierten Blättern viel kultiviert ; Excoecaria agallocha, im südlichen Asien, Baum mit stark giftigem Milchsaft; Sapium, mehrere Arten des tropischen Amerika liefern Kaut schuk ; H i p p o m an e m an c in e 1 1 a , ^lan - zinellenbauni, in Zentralamerika und Westindien, mit stark giftigem ;\lilchsaft. Die stärkste Re- duktion in den Blüten weist die Gattrmg Eu- phorbia selbst auf; die Blütenstände sind bei den meisten Arten mehr oder weniger reiche Cymen, die Partialblütenstände letzter Ordnimg sind die sogenannten Cyathien, d. h. die Ver- einigung mehrerer männlicher luid einer weib- lichen Blüte, die von einer glockenförmigen, aus mehreren verwachsenen Blättern entstandenen Hülle umgeben sind; zwischen den Abschnitten stehen große, bei den Arten verschieden geformte Drüsen; die nackte weibliche Blüte mit drei- teiligen Fruchtknoten steht zentral im Cyathium mid ragt mit ihrem Stiel aus der Hülle" hervor; um sie herum stehen die nackten, nur aus einem Sumpfpflanzen. Wie bei anderen Gruppen mit starker Reduktion ist die Verwandtschaft schwer anzugeben, von anderen Autoren werden die Caliitrichaceen auch in die Nähe der Halorrhagidaceen gebracht. Fig. 58. Euphorbia Lathyris. A Cyathi- um, Vergrößert 4. B Cyathium längsdurch- schnitten, Vergröße.t 7. C Frucht aufgesprungen zeigt das Mittelsävilchen (c). D Samenlängs- schnitt. Keimling im Endosperm, ca Caruacula. • A bis D nach B aillon. Fig. 57. Diagramm eines Dichasialzweiges von Euphorbia. Fertile weibliche Blüte nur im Mittelcvathium. Nach E i c h 1 e r. Staubblatt gebildeten männlichen Blüten. So gewinnen die Cyathien die Form von Einzel- blüten; bei Euphorbia reicher Milchsaft; in trockenen Gegenden, besonders in Afrika mid ' frucht. Wenige x\rten von cricaicbm Habitus 19. Reihe S apindal es. Im Bliitenbaii im wesentlichen mit der vorigen Reihe übcr- einätimmend, die Samenanlagen sind aber entgegengesetzt orientiert, entweder hängend mit dorsaler Raphe und der Mikropyle nach oben oder aufsteigend mit ventraler Raphe und der Mikropyle nach unten. Buxaceae. Blüten eingeschlechtlich, mit einfacher Blütenhülle; Carpelle meist drei mit je zwei Samenanlagen, Frucht meist eine fachspaltige Kapsel. Zur kleinen Familie gehören Holzgewächse mit immergrünen Blättern. • Buxus semper virens, Buchsbaum, medi- terran und westeuropäisch, Sträuchlein mit achselständigen dichten Infloreszenzen. Empetraceae. Blüten heterochlaray- deisch, zwei- bis dreigliederig, Carpelle zwei bis neun mit einzelnen Samenanlagen, Stein- Arabien sind kaktusähnliche fleischige Arten ent wickelt, deren Blätter ganz oder fast ganz rück- gebildet sind. Callitrichaceae. Die Blüten sind nackt, eingeschlechtlich, die männlichen mit einem Staubblatt, die weiblichen mit zwei Car- pellen, die bei der Reife in vier einsamige Steinfrüchtchen zerfallen. Nur die Gattmig Callitriche mit wenigen Arten über die Erde verbreitet, Wasser- oder mit schmalen Blättern. Empetrum nigrum, Krähenbeere, Rausch- beere, circumpolar und auf Hochmooren der Gebirge der nördlichen Halbkugel, mit drei- güederigen Blüten. Hier wird auch die ohne nähere Verwandtschaft dastehende kleine Familie der Coriariaceae angeschlossen; Blüten fünfgliede- rig, die Fetalen nach den Verblühen vergrößert, Carpelle fünf oder zehn, einsamige Kokken aus- bildend, wenige Arten, Sträucher, von sehr zer- streuter Verbreitung. 26* 404 Angiospermen Anacardiaceae. Blüten zwitterig oder eingeschlechtlich, meist fiinfgliederig, regel- mäßig; Blütenachse verschieden ausgebildet, daher der Fruchtknoten oberständig bis unter- ständig; Carpelle (seltener fünf) meist drei bis eines, mit je einer Samenanlage; die ein- samige Frucht ist meist steinfruchtartig. Die Anacardiaceae sind Holzgewächse der wärmeren Länder mit abwechselnden Blättern; stets schizogene Gummiharzgänge. Mangifera indica, Mangobaum, im tro- pischen Asien heimisch, einer der besten Obst- bäume der Tropen, viel kultiviert; Anacardium occidentale, Baum im tropischen Amerika, die nierenförmigen Schließfrüchte („Elefantenlaus") sitzen auf dickem fleischigem, eßbarem Stiel; Spondias, mehrere Arten Obstbäume der Tropen; Pistacia, mediterran, Pistacia vera, Pistazie, mit eßbaren Samen, Pistacia len- tiscus, liefert Mastix; Rhus, Bäume und Sträu- cher wärmerer Länder mit gefiederten Blättern, Rhus typhina, Nordamerika, viel angepflanzt, Rhus toxicodendron, Ostasien, Nordamerika, Gift-Sumach, stark giftig, eine Berührung des Strauches erzeugt auf der Haut starke Aus- schläge. Aquifoliaceae. Die Blüten sind diö- cisch, vier- bis fünfgiiederig; die Staubblätter sind häufig am Grunde mit den Fetalen ver- wachsen, der kugelige oder eiförmige, zwei bis vier, selten mehrfächerige Fruchtknoten bildet eine Steinfrucht mit einsamigen Kernen aus. Die Aquifoliaceae sind Holzgewächse mit einfachen, lederigen Blättern. Fig. 59. A Blütendiagranim von Evonymus europaea. Nach Eichler. B Blüte ver- größert; C Frucht; ü Frucht geöffnet. Hex a(|uifolium, Stechpalme, in West- deutschland, West- und Südeuropa; Hex para- liuariensis, der Matebaum, im La Plata-Gebiet, gefert den Mate- Tee (yerba mate, yerba), der in Südamerika allgemein genossen wird. Celastraceae. Die kleinen Blüten sind zwitterig, fünfgiiederig und entwickeln einen fleischigen- Discus, an dessen Rande die den Fetalen gleichzähligen Staubblätter stehen; Frucht eine Kapsel oder beerenartig, Samen meist mit gefärbtem iVrillus. Die Celastra- ceae sind Holzgewächse mit einfachen Blättern; die Familie ist weit verbreitet. Evonymus europaea, Pfaffenkäppchen, Europa, Samen mit rotem Arillus; Catha edulis, in Arabien und Ostafrika, liefert Khat-Tee. Hier schließen sich einige Familien von geringerer Bedeutimg an: Hippo crateaceae, von den Celastraceen besonders durch das Vorkommen von drei Staubblättern unterschieden ; Blüten mit Discus; die Hippocrateaceae sind tropische Holzgewächse, meist Lianen. Staphyleaceae, durch gefiederte Blätter ausgezeichnet; Blüten fünfzählig bis auf Dreizahl der Carpelle, mit Diskns; Staphylea pinnata,in Südosteuropa und Vorderasien, und einige andere Arten. Ica- cinaceae, ausgezeichnet durch den aus drei Carpellen gebildeten, einfächerigen Fruchtknoten und durch die einsamige Steinfrucht; die Ica- cinaceae sind Holzgewächse der Tropen, oft klimmend; Villaresia congonka in Süd- brasilien liefert eine Art Mate. Aceraceae. Kelch und Blumenkrone durchschnittlich vier- bis fünfzählig, aber die Zahlen auch wechselnd; Blüten selten diöcisch, meist männliche und zwitterige auf demselben Baum, häulig mit Rudimenten des anderen Geschlechtes; der Diskus ist intrastaminal bis extrastaminal; Frucht- knoten zweifächerig, jedes Fach mit zwei Samenanlagen, die Frucht besteht aus zwei geflügelten, einsamigen Teilfrüchten. Die Aceraceae sind Holzgewächse mit gegen- ständigen Blättern und traubigen oder rispigen Blütenständen. Acer, Ahorn, 120 Arten, viele in Ostasien; Acer pseudoplatanus, ßergahorn, und Acer campe stre, Feldahorn, in Eiuopa, Acer sac- charinum, Zuckerahorn, in Nordamerika, Acer negundo, in Nordamerika heimisch', mit un- paarig gefiederten Blättern. Hippo castanaceae. Die Blüten sind zwitterig oder durch Abort eingeschlecht- lich, schräg zygomorph, da von den Staub- blättern beider Kreise nur fünf bis acht ent- wickelt sind; die dreiklappig aufspringende Kapsel enthält nur einen Samen. Aesculus hippocastanum, Roßkastanie, im Balkan imd in Kleinasien heimisch; Aesculus pavia, rotblühend, im atlantischen Nordamerika heimisch. Sapindaceae. Die Blüten sind meist schrägzygomorph, mit einem Diskus zwischen den Fetalen und Staubblättern; Staub- blättergewöhnlich acht; Fnichtknoten meist dreifächerig, jedesFachmit einerSamenanlage; Frucht sehr verschieden. Die Sapindaceae sind eine artenreiche Familie der Tropen, in mehreren Gattungen Lianen mit ano- malem Holzbau. PauHinia und Serjania, artenreich im tropischen Amerika, Lianen, Paullinia cu- pana liefert die Guarana, die aus den koffein- haltigen Samen bereitet wird; Sapindus sapo- naria, Seifenbaum in Südamerika; Litchi chinensis, in Ostasien, Obstfrucht (chinesische Pflanme, Zwillingspflaume). Angiospermen 405 Balsaminaceae. Die zygoniorphen Blüten haben nur drei Kelchblätter, von denen eines in einen Sporn ausgeht; Blüten- blätter fünf, dabei je zwei seitliche zusammen- hängend; die Anthereii der fünf Staubblätter hängen zusammen und überdecken den Griffel kapuzcnförmig; die Frucht ist eine elastisch mit Kla])peii aufspringende Kapsel mit vielen Samenanlagen. Die Balsamina- ceae sind meist tropische, saftreiche Kräuter mit ansehnlichen Blüten. Impatiens, 800 Arten, besonders im tropischen Afrika. Impatiens nolitangere, Springkraut, in Europa, Impatiens balsa- mina, Balsamine, in Indien heimisch. An (las iMide dieser Jleihe wird auch, in der Verwandtschaft t'iniiievmaßen zweifelhaft, die kleine tropische Familie der Sabiaceae gestellt; zu ihr gehöien Holzgewäehse oder Klet- terpflanzen, deren Blüten besonders dadurch ausgezeichnet sind, daß die Staubblätter (in einem Kreise) vor den Fetalen stehen ; die Frucht ist meist einfächerig mit einer Samenanlage; Meliosma, tropisch, Sabia, in Östasien. 20. Reihe R h am n a 1 e s. Die Blüten sind in dieser Reihe zyklisch, mit doppelter Blütenhülle, bisweilen apopetal; der Frucht- knoten ist zwei- bis fünffächerig; besonders charakteristisch ist das Vorkommen von nur einem Staubblattkreis, dessen Glieder vor den Fetalen stehen. Kig. 61. Blüten tlia- gramm von Part h e- II 0 c i s s u s q u i n - q u e f 0 1 i a. Nach E i e h 1 e r. Fig. 60. Vitis viiii- fera. Oeffnung der Blüte, a Kelch, b Krone. cDiscus, d Staubblätter, e Fruchtknoten. Ver- größert. Nach B e r K und Schmidt. Rhamnaceae. Die kleinen Blüten sind fünf- oder viergliederig ; häufig ist Neigung zu perigyner und epigvner Insertion vor- handen; die Frucht ist trocken oder eine Steinfrucht mit einsamigen Kernen. Die Rhamnaceae sind meist Holzgewächse, häufig dornig, mit cymösen Blütenständen. Zizyphus vulgaris, mediterran, liefert Jujubenfrüchte; Rhamus cathartica, Kreuz- dorn, Rhamus frangnla, Faulbaum; Col- letia, in Südamerika, blattlose xerophile Sträu- cher mit starken Dornen. Vitaceae. Im Blütenbau der vorigen Familie ähnlich; die kleinen Blüten stehen meist in Rispen; der Fruchtknoten ist zwei- fächerig, mit je zwei Samenanlagen; die Frucht ist eine Beere. Meist mittels Ranken klimmende Holzgewächse; die Ranken stehen im sympodial aufgebauten Sproß den Blät- tern gegenüber und sind Blütenständen morphologisch gleichwertig. Vitis vinifera, Weinstock, im südlichen Europa, auch in den Donauländern heimisch, Vitis labrusca, in Nordamerika, wird, ebenso wie anderem amerikanische Arten, in ICuropa mit Vitis vinifera bastardiert, da sie der l-{cblaus besser widerstehen; Part heno cissus quin- qu e f 0 1 ia , wilder Wein , in Nordamerika heimisch ; A B Fig. 62. Diagramm von Tilia. Nach Eichler. B Blüte von Tilia s p. Nach W e 1 1 s t e i n. Cissus, 250 Arten tropisch und subtropisch, besonders interessant sind die großen sukkulenten Arten im südwestlichen Afrika. 21. Reihe Malvales. Die Blüten sind zwitterig, meist strahlig, in Kelch und Fe- talen fünfgliederig,mit oberständigem Frucht- knoten; der wesentlichste Charakter der Reihe liegt in Androeceum, das typisch aus ein und zwei Kreisen besteht; die Glieder des inneren sind aber vielfach gespalten, die Staubfäden bilden Bündel oder sind ver- w^achsen, während die Antheren frei bleiben. Tiliaceae. Die Kelchblätter sind klappig, die zahlreichen Staubblätter sind frei oder in mehrere Bündel geordnet, mit dithecischen Antheren; der Fruchtknoten ist mehrfächerig, mit einem Griffel; die Frucht wird öfters durch Abort einfächerig. Die Tiliaceae sind Bäume oder Kräuter der Tropen und der gemäßigten Zonen. Tilia, Linde, das Trageblatt des kleinen zymösen Blütenstandes ist als ..Flügelblatf dessen Stiel augewachsen und fällt mit dem ganzen Fruchststand ab, 10 Arten in der nörd- lich gemäßigten Zone: Corchorus olitorius, Jutepflanze, einjährig, in den Tropen kultiviert, wichtige Faserpflanze, ebenso Corchorus cap- sularis, in Indien heimisch; Sparinannia, Zimmerlinde, im tropischen Afrika. Die Tiliaceen sind ebenso wie die Malvaceae anatomisch durch das Vorkommen von Schleim- schläuchen charakterisiert. Diese fehlen den sonst mit den Tiliaceen verwandten Elaeocar- paceae; zu diesen gehören Holzgewächse, die meist in den Tropen heimisch sind. Auf Mada- gaskar beschränkt ist die kleine Familie der Chlaenaceae; zu ihnen gehören Holzgewächse mit strahligen Blüten, bei denen die Staubblätter 40() Angiospei'ineii von einem Becher eingeschlossen sind, der ent- weder eine Dislaisbildimg darstellt oder stamino- dialer Natur ist. Malvaceae. Die meist schön gefärbten, großen Blütenblätter sind am Grunde unter sich und mit der Staubblattröhre vereinigt, die aus der Verwachsung aller Staubfäden resultiert, die Staubfäden sind nach oben zu frei, die Antheren sind monothecisch, die Pollenkörnergroß, bestachelt ;Carpelle fünf bis viele, mit einer bis mehreren Samenanlagen, Griffel meist in gleicher Anzahl wie die Car- pelle; die Frucht ist eine Kapsel oder zer- fällt in einzelne Teilfrüchte; häufig wird ein grüner äußerer Hüllkelch ausgebildet. Die Malvaceae sind Kräuter oder Holzgewächse; die artenreiche Famihe ist in warmen und gemäßigten Ländern verbreitet. Früchte in einzelne Teilfrüchte zer- fallend: Abutilon, schönblühende Arten der Tropen, manche in Kultur-; Althaea rosea, Eibisch, im östlichen Mediterrangebiet heimisch, Althaea officinalis, in Europa (Radix und Folia Althaeae); Malva, die Car pelle stehen in einem Kreise imd lösen sich bei der Reife als einsamige Kokken voneinander, Malva sil- vestris, in Em-opa (Flores Malvae vulgaris); Sida, zahlreiche krautige oder halbstaudige Fig. 63. 1 Althaea officinalis. Blüte im Längsschnitt, a Außenkelch, b Kelch, c Blumen- krone, f der Griffel mit den geschlossenen Narben in der Röhre des Androeceums d. -Nach Berg und Schmidt. 2 Diagramm von Malva. Arten als Unlnäuter in den Tropen. Frucht eine fachspaltige Kapsel: Hibiscus, zahl- reiche schönblühende Arten der warmen Länder; Gossypium, Baumwolle, hohe Kräuter oder Sträucher, die Samen der großen Kapsel von dichter Wolle bekleidet; die zahlreichen Kultur- formen lassen sich auf wenige Arten zurückführen, Gossypium herbaceum, seit alten Zeiten in Ostindien und Vorderasien in Kiütur, Gossy- pium barbadense, besonders in Amerika gebaut, Gossypium arboreum,''in Afrika wild, in der alten Welt gebaut. Bombacaceae. Im Blütenbau mit den Malvaceen nahe übereinstimmend; die Anthe- ren sind ein- bis mehrfächerig, der Pollen ist niemals stachelig. Die Bombacaeae sind Bäume der Tropen mit meist sehr großen, einzeln oder in Rispen stehenden Blüten. Adansonia digitata, Affenbrotbaum, Baobab, ein riesiger Baum der afrikanischen Savannen; Ceiba pentandra, Wollbaum, in den Tropen verbreitet, liefert Kapokwolle; diese wird nicht an den Samen gebildet, sondern stammt vom Perikarp der Frucht; Durio zibe- thinus, indisch-malayisch, mit eßbarer Frucht. Sterculiaceae. Die Blüten sind meist zwitterig, doch auch öfters eingeschlechtlich; die Petalen sind häufig nur schwach ent- wickelt, der äußere Kreis des Androeceums Fig. 64. Theobroma cacao. Blüte durch- schnitten, die lanzettlichen Staminodien u. d. am Grunde bauchig erweiterten Petalen zeigend. Vergrößert. Nach Wet t stei n. ist staminodial oder fehlt ganz, die Staub- blätter des inneren Kreises sind häufig ge- spalten, die Filamente sind mehr oder weniger vereint; der Fruchtknoten ist sitzend oder mit den Staubblättern durch ein Androgynophor emporgehoben; Carpelle meist fünf. Die Sterculiaceae sind Kräuter oder Holz- gewächse der Tropen. Theobroma cacao, Kakao bau m , ein klei- ner Baum, msprünglicli in Zentralamerika imd im nördlichen Südamerika heimisch, stamm- blütig, die große gurkenähnliche Frucht enthält zahlreiche Samen (Kakaobolmen); Cola vera, in Westafrika heimisch, die Samen sind die sogenannten Kolanüsse, bekanntes Anregungs- mittel; Hermannia, Waltheria, artenreich in den Tropen, i 22. Reihe Parietales. Wie in mancher anderen Reihe (z. B. H e 1 o b i a e) stehen auch hier die Familien auch sehr verschiedener Ent- wickelungsstufe; den Anfang der Reihe bilden Familien mit zum Teil spiraligen Blüten und freien Carpellen, so daß Bezie- hungen zu den Ranales hinüberleiten und diese Familie auf tieferer Stufe stehen als die vorhergehenden Reihen; weiterhin sind die Blüten zyklisch, meist heterochlamy- deisch und hypogynisch, häufig mit vielen Staubblättern und Carpellen; der Frucht- knoten ist häufig ungefächert mit wand- ständigen Plazenten, doch kann er auch ge- fächert sein und zentrale Plazenten besitzen, lieber die Beziehungen der Cucurbitaceen zu einigen Parietalenfamilien siehe dort. Zunächst seien einige Familien mit pri- Angios])erinon -JliT mitivem Blütenbau (Blüten teilweise spiralig, Carpelle getrennt usw.) erwähnt. Dilleniaceae. Die Blüten sind meist zwitterig mit drei bis vielen Kelchblättern und meist vielen Staubblättern, Carpelle in wech- selnder Zahl mit einer bis vielen Samen- anlagen; die Griffel sind getrennt. Die Dilleniaceae sind Holzgewächse w^armer Länder, besonders in Australien entwickelt. Curatella aniericana, verbieitetei Step- penbaum Südamerikas; Tetracera, zahheiche Arten tropisch. Fig. 65. Blüte von Curatella aniericana im Längsschnitt. Nach Baillon. Fic 66. Diagramm von Tetracera volu- bilis. Nach Eich 1er. Ochnaceae. Die Blüten sind zwitterig, fünfgiiederig, mit 10 bis vielen Staubblättern; Carpelle mehrere, häufig unterwärts frei, aber durch den gemeinsamen Griffel ver- bunden. Die Ochnaceae sind tropische Holzpflanzen, die durch die glänzenden ein- fachen Blätter mit den parallelen Seiten- nerven auffallen; die gelben Blüten stehen in Rispen. Ouratea, tropisch, Ochna, in der alten Welt. Marcgraviaceae. Zu den Marcgravia- ceae gehören kletternde oder epiphvtische Holzpflanzen des tropischen Amerika; die Blätter sind an den kletternden angedrückten Sprossen anders als an den freien blühenden Sprossen ausgebildet; die Blüten stehen in Trauben, die außen von Tragblättern um- geben sind, die in hohle Nektarien meta- morphosiert sind ; die Blüten sind strahlig, vier- bis fünfgiiederig; Staubblätter in wechseln- der Zahl; Samenanlagen viele an erst wand- ständigen, dann im Zentrum zusammen- stoßenden Plazenten. Theaceae. Auch bei den Theaceae sind die Blüten häufig noch teilweise spiralig; Blüten zwitterig, Kelch und Fetalen meist fünf, doch auch andere Zahlen; die Carpelle sind verwachsen, drei bis fünf, mit zentral winkelständigen Plazenten; die Frucht ist eine Kapsel. Die Theaceen sind Holzge- wächse der Tropen und Subtropen mit lederigen einfachen Blättern und häufig an- sehnlichen Blüten. Thea, in Indien und Ostasien, Thea sinen- sis, Teestrauch, besonders in Ostasien mid in Indien, auf Ceylon in Kultm-, Thea japonica (Camellia japonica) Kamellie, in China und Japan heimisch. Guttiferae. Die Blüten sind häufig noch teilw-eise spiralig; die Anzahl und Stel- lung der Blütenorgane ist recht wechselnd; die Staubblätter, meist in großer Zahl vor- handen, sind häufig in Gruppen oder Bündel vereinigt ; der Fruchtknoten ist drei bis fünf fächerig oder aber einfächerig mit parie- talen Plazenten. Die Guttiferae sind Fig. 67. Thea sinensis. Blühender Zweig, Vs natürliche Größe; Frucht und Same. Nach Karsten. Kräuter oder Holzgewächse mit gegen- ständigen Blättern; sie sind durch schizogene Sekretlücken (Oelgänge oder -drüsen) aus- gezeichnet; außer Hypericum sind die Gattungen fast nur tropisch. Hypericum, zirka 200 Arten in warmen und gemäßigten Ländern; Mammea ameri- 408 Angiospermen cana, Baum im tropischen Amerika mit eßbaren Früchten (Mammeiapfel); Calophyllum ino- phyllum, Baum der Tropen der alten Welt (Takamahakharz); Garcinia, Obstbäume der Tropen der alten Welt, Garcinia morella und andere Arten geben Gummigutt; Pentadesma butyraceum, in Westafrika, Butterbaum. Dipterocarpaceae. Die Blüten sind zwitterig und stralilig; Staubblätter fünf oder ein mehrfaches von fünf; Carpelle wenige, verwachsen; die Frucht ist meist einsamig und springt nicht auf; charakteristisch ist besonders, daß zwei Kelchblätter an der Frucht zu Flügeln auswachsen. Die Diptero- carpaceae, mit zahlreichen Arten im tro- pischen Asien verbreitet, sind Holzgewächse, meist stattliche Bäume mit Harzgängen, so daß einige Arten wichtige Harze liefern. Dryobalanops camphnra; Diptero- carpus; Shorea. Elatinaceae. Die Blüten sind strahlig, haplostemon oder diplostemon, zwei- bis fünf gliederig; Samenanlagen viele an zen- tralwinkelständigen Plazenten. Elatine, kleine Wasserpflanzen mit quir- ligen oder dekussierten Blättern und achsel- ständigen Blüten, Elatine alsinastrum in ]\Iittel- und Südeuropa. Tamaricaceae. Die Blüten sind strahlig, vier- bis fünfgliederig; Staubblätter so viel als Fetalen oder doppelt so viel oder zahlreich; der Fnichtknoten ist einfächerig, die zahl- reichen Samenanlagen sitzen an gnmd- P^ig. 68. Diagramm von Helianthemum vulgare. Nach E i (• h 1 e r. ständigen oder frei aufsteigenden Plazenten. Die Tamaricaceae sind Kräuter oder Holz- gewächse mit schmalen Blättern; sie sind im Mittelmeergebiet und Zentralasien in Wüsten und Steppen verbreitet. Tamarix gallica, westmediterran, Myri- caria germanica, in Süd- und Westeuropa, in den Alpen; in Deutschland verwildert. Cistaceae. Die häufig schön gefärbten Blüten sind strahlig, zwitterig; Kelch- und Blumenblätter fünf oder drei, Staubblätter zahlreich; drei bis zehn Carpelle bilden einen einfächerigen Fruchtknoten mit parietalen oder weit einspringenden Plazenten; Kapsel- frucht. Die Cistaceae sind Kräuter oder kleine Sträucher mit traubigen oder rispigen Blütenständen, die besonders im Mediterran- gebiet verbreitet sind. Bixaceae. Die kleine Familie ist nur in den Tropen heimisch; die Arten sind Holz- gewächse mit regelmäßigen ansehnlichen Blüten; zwei Carpelle bilden einen Frucht- knoten mit vielen Samenanlagen an wand- ständigen Plazenten; die Frucht ist eine dünnwandige Kapsel, Bixa orellana, Orleansstrauch, im tro- pischen Amerika weit verbreitet, liefert einen roten Farbstoff in der Samenschale (Uruku der Indianer). Fig. 69. Viola tricolor. A Kapsel geschloss-en, B aufgesprungen. C Fruchtknoten mit Narbe n. D Anthere. Violaceae. Die Blüten sind fünfgliederig, meist zygomorph; Staubblätter in einem Kreise, mit kurzen Staubfäden über dem Fruchtknoten zusammenneigend; drei Car- pelle bilden einen einfächerigen Fruchtknoten mit wandständigen Plazenten, Samenanlagen meist viele; Frucht meist eine Kapsel. Die Violaceen sind krautige oder holzige Ge- wächse, die letzteren in wärmereu Ländern. Viola, Veilchen, über 200 Arten, meist in der nördlich gemäßigten Zone, viele auch andin, das vordere Blütenblatt am Grmide gespornt, Viola odorata, Viola tricolor (Stiefmütter- chen), Viola altaica,in Südrußlandund Sibirien, die Stammpflanze der tuartenstiefmütterchen; Jonidium, tropisch, mit zygomorphen Blüten; Rinorea, tropische Holzgewächse mit strah- ligen Blüten. Flacourtiaceae. Die artenreiche Familie ist auf die Tropen beschränkt ; die Arten sind meist Holzgewächse mit einfachen Blättern und meist unansehnlichen Blüten, die recht mannigfache Verhältnisse aufweisen; ein monophyletischer Zusammenhang der Familie ist zweifelhaft; die Blüten sind zwitterig oder eingeschlechtlich, öfters apopetal; Staub- blätter meist in größerer Zahl; Carpelle in der Zahl wechselnd; Fruchtknoten einfächerig Angiospermen 409 mit meist vielen Samenanlagen an wand- ständigen Plazenten; Beere oder Kapsel. Oncoba; Pangium edule, Malcsien; Ca- searia, 150 Arten, Blätter (hirchsichtig punk- tiert. Nahe verwandt die Familie der Turn er a- ceae, deren Arten größtenteils im tropischen Amerika heimisch sind; die fünfgliederigen, haplostemonen Blüten haben eine röhrige Achse; Carpelle drei; Kapsel dreiklappig; Kräuter oder Holzgewächse. Turn er a. Die folgenden Familien sind sehr selb- ständig ohne nähere Verwandtschaft zu ein- ander und zu den vorigen Familien, so daß auf jede von ihnen eine besondere Unterreihe gegründet werden kann. Ihre Stellung am Schluß der Parietalen ist nicht zweifelsohne. Passifloraceae. Die meist großen und schönen Blüten haben eine Wucherung der Blütenachse (Korona) in Form von freien oder verwachsenen Fäden oder einer Röhre; Kelchblätter und Fetalen meist fünf; Staub- blätter meist ihnen gleiehzählig; Frucht- knoten oberständig, einfächerig mit vielen Samenanlagen. Krautige oder holzige Ge- wächse der wärmeren Länder, die mittels Ranken klettern, die an Stelle von Blüten- ständen stehen. Passiflora, Passionsblume, artenreich, be- sonders im tropischen Amerika; der Fruchtknoten steht auf einem Gpiophor, dem auch die Staub- blätter größtenteils angewachsen sind; die flei- schigen Früchte mehrerer Arten eßbar. Caricaceae. Die Blüten sind diöcisch, fünfgliederig; die Fetalen sind in den männ- lichen Blüten zu einer langen, in den weib- lichen zu einer ganz kurzen Röhre vereint; der einfächerige Fruchtknoten mit vielen Samenanlagen entwickelt sich zur Beeren- frucht. Die kleine Familie ist fast aus- schließlich im tropischen Amerika entwickelt. Am bekanntesten ist der Obstbaum Carica papaya (^lelonenbaum); der von Milchröhren durchzogene einfache Stamm trägt eine Krone von großen handförmigeni Blättern ; ^üe Blüten sind achselständig. Loasaceae. Die Blüten sind ansehnlich, schön gefärbt, ihre Achse ist verschieden aus- gebildet, häufig ausgehöhlt; Kelch und Fe- talen meist fünf, Staubblätter zahlreich, die äußeren vielfach staminodial; Fruchtknoten meist mit vielen Samenanlagen an perietalen oder scheitelständigen Plazenten; die Kapsel- frucht ist häufig spiralig gedreht. Die Loasa- ceae sind im wärmeren und gemäßigten Amerika verbreitet; es sind meist krautige Gewächse, die häufig durch starkwirkende Brennhaare ausgezeichnet sind. Loasa, Cajophora, Blumenbachia. Begoniaceae. Die Blüten sind einge- schlechtlich, monöcisch; die Blütenhülle zeigt meist keine Sonderung in Kelch und Blumen- krone; die männlichen Blüten besitzen zwei bis vier Hüllblätter und viele Staubblätter; bei den weiblichen Blüten wechselt die Zahl der Hüllblätter meist zwischen zwei und fünf, der Fruchtknoten ist unterständig, mehr oder weniger geflügelt, meist von drei Carpellen gebildet, die zahlreiche Samen- anlagen tragen; die Plazenten sind wand- ständig, häufig stark vorspringend und wieder zurückgebogen. Die Begoniacnae sind krautige Gewächse mit häufig bunt gefärbten Blättern, die vorzugsweise feuchte, schattige Wälder der Tropen bewohnen. Begonia, über 400 Arten, tropisch, viele als Blattpflanzen oder wegen der schönen Blüten in Kultur. 23. Reihe M y r t i f 1 o r a e. Die Blüten sind zyklisch, heterochlamydeisch, selten apo- petal, meist strahlig, mit ein bis zwei Kreisen (selten vielen) Staubblättern; charakteristisch ist die Versenkung des Fruchtknotens in die hohle, mehr oder weniger konkave Blüten- achse. Bei den Familien am Anfang der Reihe steht der Fruchtknoten frei in der röhrigen Blütenachse (dem Receptakulum); weiterhin ist der Fruchtknoten mit der hohlen Achse völlig verwachsen, unterständig. Thymelaeaceae. Blütenachse (Recep- takulum) meist zylindrisch, an der Spitze mit den zipfelartigen, gefärbten Kelchblättern ; die Blütenblätter sindjvlcin oder fehlen ganz; Staubblätter meist doppelt so viel als Kelch- blätter; Fruchtknoten meist einfächerig mit einer hängenden Samenanlage. Die Thyme- laeaceae sind vorwiegend kleinere Holzge- wächse, die anatomisch durch den weißen seidenartigen Bast ausgezeichnet sind. Gnidia, mit vielen Arten besonders in Süd- afrika, Daphne mezereum, Seidelbast, in Wäldern Europas, im ersten Frühling blühend. Elaeagnaceae. Im Blütenbau der vorigen Familie sehr ähnlich; Blüten einge- schlechtlich oder zwitterig; in den männ- lichen Blüten ist das Receptakalum nur sehr wenig konkav; Blütenblätter fehlen; Frucht- knoten einfächerig mit einer vom Grunde aufsteigenden Samenanlage. Die Elaeagna- ceae sind Holzgewäehse, die mit meist silber- glänzenden Schuppen- oder Sternhaaren be- kleidet sind. Hippophaes rhamnoides, Sanddorn, im mittleren und nördlichen Eiuopa und Asien, diöcisch; f^laeagnus, zwitterig. Lythraceae. Die Blütenachse ist schüs- seiförmig bis langröhrig; die Kelchblätter sind klappig, die Fetalen wechseln mit ihnen ab; Staubblätter doppelt soviel als Petaleu oder weniger; Fruchtknoten frei, gefächert, mit vielen Samenanlagen, Frucht trocken. Die Lythraceae sind Kräuter oder Holz- gewächse mit meist gegenständigen Blättern: sie sind vorzugsweise in den Tropen ent- wickelt. L y t h r u m s a 1 i c a r i a , weitverbreitete Sumpfpflanze, durch Heterostylie ausgezeiclmet ; 410 Angiospermen Lagerströmia indica, bekannter Zierstrauch Wcärracrer Länder; Lawsonia inermis, von Afrika bis zum östlichen Asien , liefert die Henna, ein kosmetisches Färbemittel. Punicaceae. Punica granatum, der Oranatapfelbaum, der diese Familie repräsen- tiert, ist in östlichen Mediterrangebiet heimisch, in wärmeren Ländern viel kultiviert. Die schönen Blüten haben 5 bis 8 Kelch- und Blumenblätter \md viele Staubblätter; der Fruchtknoten ist mit der Achse verwachsen, mehrfächerig, mit vielen Samenanlagen: die Frucht, an der die Kelchblätter steheii bleiben, hat eine dicklederige Schale imd saftiges Fruchtfleisch; die bittere Wurzelrinde ist offizinell. L e c y t h i d a c e a e. Die Lecythidaceae sind Holzgewächse der Tropen, häufig sehr hohe Urwaldbäume. Die Blüten sind zwittcrig, mit becherförmiger Achse, mit der der Frucht- knoten vereint ist; Staubblätter zahlreich. Bertholletia excelsa im Amazonasgebiet liefert in ihren Samen die sogenannten Paranüsse; d) 111 d, , 11 y LI I o 1 e a. . , p i i, o i • i ■• a ■ f •• i Borraginaceae. Die Blüten der Bor- durch falsche Scheidewände vieifächerig; arginaceae' sind fünfgliederig, strahlig, ^^ ^';'''}'^ .^^rfällt in vier trockene Nüßcheu. seltener zur Zygomorphie neigend; die p^. Die Labiatae sind krautig oder niedrig talen decken sich in der Knospe dachziegelig, *l«.^'!f.' mit vierkantigen Stengeln und geg- ^m Spiiinnrlp rlpr Pölirp ^\u\\ liiinfirv TTnW. staudigon Blattcm, dic Bluteu stcheu am Schlünde der Röhre sind häufio: Hohl- schuppen vorhanden; der Fruchtknoten l^y^?^^^' A^ '/' ^cl^emwf ein sich vereinen, sitzt auf einer Drüsenscheibe; die beiden m den Achseln der Blatter; häufig sind die Carpelle teilen sich meist frühzeitig durch Labiatie wohlriechend, mit Drusen auf falsche Scheidewandbildung in vfer ein- der Epidermis Die Familie ist über die Erde sämige Klausen, so daß der Fruchtknoten y^-l'^-^eite mit gegen 3000 Arten; ihre Em- vierlappig erscheint; diese Einschnürung ^J^l^^g ist schwierig, auf wenig durchgreifende unterbleibt bei den Cordioideae, wo der ^«^^1"^^^^ § «Stundet . T? 1,4-1 4- r,r.:^r. , ,. , v, „ 'i „ „1 j „ 1, „ o ^ . ^. „ H- ' RosHiarinus oiiicinalis, im Mittelmeer- Fruchtknoten _ eine ursprunghclie Gestat | ^iet heimisch, Strauch von ericoidem Habitus; behalt und sich zu einer Steinfrucht ent- l^^^^j^^^jI^^^ Halbsträucher oder Sträucher im wickelt. Die Borraginaceae sind über die Mediterrangebiet; Glechoma, sechs Arten in der Erde verbreitet; sie sind krautig, seltener | alten Welt; Melittis melissophyllum, in Handwörterbuch der Natiirwissenscliaften. Band I. 27 418 Angiospermen Mittel- lind Südeuropa; Galeopsis; Lamium, Taubnessel, 40 Arten in Europa und im außer- tropischen Asien; Stachys mit 200 Arten weit verbreitet, besonders im Mediterrangebiet; Sal- via, mit 500 Arten in den wärmeren und gemäßig- ten Ländern, Salbei; Staubblätter zwei, mit faden- förmig verlängertem Konnektiv; nur eine Tlieka ist fruchtbar, die andere bleibt steril; Satureja horten sis, Pfefferkraut; Melissa officina- lis, Melisse, mediteiran; Origanum majo- rana, Mairan, mediterran und in Zentralasien; Fig. 81. Blüte von Lamium macnlatum, längs durchschnitten. 2 Kelch mit Iruchtknoten von Lamium maculatum im Längsdurchschnitt. Nach Wettstein. 3 Blütendiagramm von Verbena officinalis. Thymus vulgaris, Thymian; Mentha, unge- fähr 15 außerordentlich formenreiche Arten der alten Welt, Mentha pipertia, Pfefferminze, var. crispa, lüauseminze; Pogostemon pat- chouli, in Indien heimisch, liefert Patschuliöl. Solanaceae. Die Blüten der Solana- ceae sind strahlig oder zygomorph; Staub- blätter meist ebensoviel als Zipfel der Blumen- krone; die beiden Carpelle sind schräg zur Medianebene der Blüte gestellt; der Frucht- knoten ist meist zweifächerig mit scheide- wandständigen Plazenten mit meist zahl- reichen Samenanlagen; Frucht eine Beere oder Kapsel. Die Solanaceae sind meist krautartige Gewächse mit abwechselnden Blättern; in der Blütenregion sind oft die Blätter mit den in ihren Achseln stehenden Sprossen verwachsen und an diesen hinauf- geschoben, so daß öfters die Blätter gepaart erscheinen. Infolge des Gehaltes an Alkaloi- den finden viele Salon aceae in der Medizin oder als Genußmittel Verwendung. Gattungen mit Kapselfrüchten: Datura stramonium, Stechapfel, mit vierklappiger, stacheliger Kapsel, enthält Atropin, in Amerika melirere baumfönnige Arten; Hyoscyamus niger, Bilsenkraut, enthält Hyoscyamin ; Nico- tiana, Tabak, mit zweiklappiger Kapsel, aus Amerika stammend, besonders zwei Arten in Kul- tur, Nicotiana tabacum, virginischer Tabak undNicotiana rustica, Bauenitabak;Petunia, Zierpflanzen, aus Südamerika. Gattmigen mit Beerenfrüchten: Atropa belladonna, Toll- kirsche, in Europa imd Vorderasien, mit blau- schwarzen Beeren, enthält Atropin; Physalis, in Em-opa verbreitet, die rote Beere wird von dem blasig vergrößerten roten Kelch eingeschlossen; Capsicum, mit schwachsaftigen Beeren, spani- scher Pfeffer oder Paprika; Solanum, besonders in den Tropen außerordentlich artenreich, So- lanum tuberosum, Kartoffel, von den Anden stammend, Solanum lycopersicum, Tomate, aus Südamerika stammend, Solanum melon- gena, Eierfrucht, Aubergine, in den wärmeren Ländern laütiviert. Scrophulariaceae. Die Scrophularia- ceae haben einen fünfgliederigen Kelch und Blumenkrone; die Kelchblätter sind mehr oder weniger verwachsen, die Blumen- krone ist gewöhnlich zweilippig; Staub- blätter meist vier, seltener zwei staminodial oder fehlend; Carpelle zwei median mit meist vielen Samenanlagen an scheidenwandstän- digen Plazenten; die Frucht ist eine Kapsel oder manchmal eine Beere. Die Scrophu- lariaceae sind eine formenreiche, über die Erde verbreitete Familie; meist sind sie krautig, mit gegenständigen, seltener ab- wechselnden Blättern. Den Uebergang zu den Solanaceen vermittehi die Verbasceae, bei denen die Röhre der Korolle nur sehr kurz luid die Blüte fast aktino- morph ist; das 5. Staubblatt ist hier oft vor- handen (Verbascum), doch sind dann die Staubblätter meist migleich, drei behaart und zwei kahl; Calceolaria, I31ütenkrone zweilippig, mit blasig erweiterten Lippen, 200 Arten in Süd- amerika (Pantoffelblume); Linaria, Antirrhi- num, mit vier Staubblättern in zwei Paaren; Paulownia tomentosa (.Japan), baumförnüg, viel kultiviert; Mimulus, 60 Arten in Amerika, Mimulus luteus in Europa viel verwildert; Veronica, Blüten mit kurzer Röhre und zwei Staubblättern, 200 Arten in den gemäßigten Gegenden; Digitalis, Fingerhut, Digitalis pur pur ea (Folia digitalis). Unter den Rinan- theen finden sich vielfach Halbparasiten, die auf Wurzehi schmarotzen. Melampyrum, Euphra- sia, Pedicularis (300 Arten, besonders in Gebirgen der Alten mid Neuen Welt). Eine be- sondere Stellmig in der Familie nehmen die Selagineae ein, bei denen der Fruchtlmoten nicht aufspringt und die Frucht in zwei einsamige Nüßchen zerfällt; Sträucher oder Halbsträucher mit kleinen Blätteni in Kapland, in geringer Zahl auch im tropischen Afrika, Heben streitia, Selago. Bignoniaceae. Die ansehnlichen, schön gefärbten, meist in rispige oder tnigdoldige Blütenstände vereinten Blüten haben einen Angiospermen 419 verwachsenblätterigen Kelch und eine meist glockig-trichterige Blumenkrone; beide sind fünfgliederig; Staubblätter vier, in zwei Paaren; Carpelle zwei mit vielen Samenan- lagen; die Frucht ist meist eine (häufig sehr große) Kapsel, deren Klappen sich von der stehenbleibenden Scheidewand ablösen; Sa- men häufig geflügelt. Die Bignoniaceae sind allermeist Holzgewächse der wärmeren Länder, vorzugsweise tropisch; zu den am meisten charakteristischen Formen gehören starke Lianen von unregelmäßigem Holzbau, die durch Ranken an den Blattenden klettern. Fig. 82. Verbascum. A Blüte von oben. B Diagramm. C Diagramm von L i n a r i a vulgaris. D Diagramm von Gratiola offici- nalis. Nach Eichler. Die Gruppe der Bignonieae ist mit zahl- reichen Gattungen besonders in Brasilien ent- wickelt, Arrabideae usw.; Catalpa, baumför- raig, in Amerika mid Ostasien heimisch, viel kultiviert; Tecoma, 80 Arten in Amerika, besonders Brasilien, Bäume oder Sträucher mit gefingerten Blättern; Crescentia cujete, Kalebassen-Baum in Amerika; Kigelia afri- cana, starker Baum in Aiiika mit eigentüm- lichen lang zylindrischen Früchten (die Cres- centieen sind dmch nicht aufspringende Früchte in der Familie ausgezeiclmet). Pedaliaceae. Im Blütenbau mit den Scrophulariaceen nahe verwandt, aber be- sonders durch die Frucht unterschieden; diese ist nußartig, nicht aufspringend, oder eine Kapsel, auf mannigfache Art mit Flügel- leisten oder starken Stacheln oder Wider- haken besetzt oder kantig, im Fach mit einem bis vielen Samen; anatomisch ist die j Familie durch Schleimdrüsenhaare ausge- ; zeichnet. } Sesamum indicum, viel in der alten Welt gebaut, liefert in den Samen Oel (Sesamöl). Orobanchaceae. '•■' Die Orobanchaceae sind besonders durch den cinfächerigen Frucht- knoten ausgezeichnet, der von zwei Carpellen gebildet wird; die Samenanlagen stehen zahlreich an den getrennten oder in der Mitte des Faches vereinten Plazenten; die Blumen- krone ist zweilippig; Staubblätter vier; die Fracht ist eine fachspaltige Kapsel. Die Orobanchaceae sind parasitische Kräuter mit Schuppenblättern, ihre Blüten stehen in Aehren oder Trauben; sie sind besonders in den gemäßigten Ländern der nördlichen Hemisphäre entwickelt. Orobanche, Orobanche ramosa, be- son der s auf Hanf im d Tabak, Orobanche minor auf Ivlee; zalibeiche Arten auf anderen Nähr- pflanzen; Lathraea squamaria, Schuppen- wmz in Emopa und Asien. Gesneraceae. Die Gesneraceae schließen sich im Blütenbau nahe an die vorigen Familien an; der Frachtknoten ist oberständig oder unterständig, einfächerig, mit wandständigen Plazenten mit vielen Samenanlagen; die häufig großen und schön gefärbten Blüten sind ausgeprägt zygomorph, mit zw^eilippiger Krone und vier oder zwei Staubblättern. Die artenreiche Familie ist ausschließlich tropisch; die Gesneraceae sind vielfach durch weiche sammetige Be- haarang aller Teile charakterisiert; in der Kultur werden sie oft durch Blattstecklinge vermehrt. In Em-opa nm' zwei Gattimgen, Ramondia mit vier Arten m den südem'opäischen Gebirgen, Haberlea mit einer Art im Balkan; Sinningia speciosa, Gloxinie, aus Brasilien stammend, beliebte Zierpflanze. Lentibulariaceae. Die Blumenkrone ist zweilippig, die Unterlippe gespornt oder ausgesackt; Staubblätter zwei, an der Basis der Blumenkrone angeheftet; der Fracht- knoten ist einfächerig mit freier zentraler Plazenta mit vielen Samenanlagen. Pinguicula, an feuchten Standorten, be- sonders in Gebirgen, Utricularia, Sumpf- und Wasserformen , zierliche Gewächse mit ganz- randigen oder feingeteilten Blättern mit insekten- fangenden Schläuchen; 200 Arten, vorzugsweise tropisch. Globulariaceae. Die Familie ist be- sonders ausgezeichnet durch den einfächerigen Frachtknoten mit einer hängenden Samen- anlage; die Fracht ist ein einsamiges Nüßchen. Die Globulariaceae sind andauernde nie- drige Gewächse mit abwechselnden Blättern und in Köpfchen oder Aehren stehenden Blüten. Am nächsten sind wohl die Beziehrmgen zu den Scrophulariaceen (Selagineae). Globu- laria, mediterran rmd alpin, Kugelblume. Acanthacea'e. Die Blumenkrone ist langröhrig mit zweilippigem Saum; Staub- blätter vier oder zwei; der Frachtknoten ist zweifächerig mit je zwei bis vielen Samenan- lagen an der Scheidewand; charakteristisch 27* 420 Ajigiospei'inen ist die bis zum Gnmde loculicid aufspringende ' Kapsel, jede Hälfte der Kapsel trägt die hallae Scheidewand mit einer der beiden Reihen der Samen; außerordentlich mannig- faltig ist der Pollen, dessen verschiedene Form und Oberflächenskulptur ein gutes Einteilungsprinzip der Familie ergibt. Die j Acsnthaceae, eine artenreiche Familie | (über 2000 Arten), sind fast ausschließlich tropisch, besonders Kräuter nnd Sträucher ' des Urwaldes, von charakteristischem Habi- tus, mit gegenständigen Blättern und ährigen oder traubigen Blütenständen. | Bis ins Mittclmcergebiet dringt die Gattung j Acanthus vor (Acanthus niollis, Acanthus spinosus); die Blätter lieferten bedeutsame Motive für Skulpturen (Säulenkapitäle in Grie- ; clienland usw.); artenreiche Gattungen Thun- bergia (in der alten Welt), Justitia (tro- pisch). Myoporaceae. Eine besonders in Austra- lien entwickelte kleine Familie, die zu den Scrophulariaceen Beziehungen zeigt; der Unter- schied liegt besonders in der Frucht, die bei den Myoporaceae eine Steinfrucht mit meist einem Steinkern ist, der infolge falscher Scheide- wandbildmig vierfächerig ist, mit je einem Samen im Fach. Die Myoporaceae sind Sträucher oder kleine Bäume mit schmalen Blättern mit einzeln oder gebüschelt stehenden Blüten. 7. Reihe P 1 a n t a g i n a 1 e s. Die Reihe wird nur von der Familie der Plantagina- ceae gebildet; sie zeigt deutliche Beziehungen zu den Tubifloren, doch ist die Stellung des Kelches diagonal zum Deckblatt; die Blüten sind viergliederig bis auf den aus zwei Car- pellen gebildeten Fruchtknoten, und strahlig; die Frucht ist eine sich rings mit einem Deckel öffnende Kapsel. Plantaginaceae. Die Blüten stehen in Aehren in den Achseln breiter Deckblätter; die Blumenkrone ist trockenhäutig; der Fruchtknoten enthält zwei bis viele Samen- anlagen. Plantago, Blätter meist spiralig, häufig in Rosetten, nur in der Sektion Psyllium dekus- siert; meist krautig, seltener Halbsträucher ; über 200 Arten in allen Weltteilen; Litorella lacustris, miteingeschlechtlichen Blüten, Wasser- pflanze in Nord- imd Mitteleuropa. 8. Reihe Rubiales. Der Fortschritt in dieser Reihe ist durch den stets unterstän- digen Fruchtknoten gegeben; die Blüten sind strahlig oder seltener zygomorph, mit gleichzähligem oder minderzähligem Androe- ceum. Rubiaceae. Die Blüten der Rubiaceae sind meist strahlig, vier- bis fünf gliederig, die Blumenkrone mit mehr oder weniger langer Röhre; Carpelle meist zwei, mit je einer bis vielen umgewendeten Samenanlagen; die Halbfrucht (Vereinigung von Carpellen und Blütenachse) ist eine Kapsel oder Beere. Die außerordentlich artenreiche Familie (500 Arten) ist vorzugsweise tropisch; die Arten sind krautig oder holzig, vielfach in den Tropen wichtige Komponenten des Urwaldes; die Blätter stehen dekussiert und haben stets Nebenblätter, die interpetiolar oder intrapetiolar sind; die Blüten stehen meist in Rispen. In der Unter familie der Cinchonoideae haben die Carpelle zahlreiche Samenanlagen. Die wichtigste Gattung ist Cinchona, deren Rinde (Cortex Chinae) Chinin liefert; mehrere Arten leben am Ostabhang der Anden zwischen 1600 und 2400 m; in neuerer Zeit werden Arten (Cinchona succirubra) im tropischen Asien ladtiviert. In der Unterfamilie der Coffe- oideae hat jedes Carpell nur eine Samenanlage; Coffea, die Frucht ist eine dunkelgefärbte Stein- frucht mit fleischigem Exokarp mid zwei Samen, Coffea arabica ist ein Strauch oder kiemer Baum, der in gebirgigen Gegenden in Ostafrika heimisch ist (besonders Abyssmien); eine zweite Art ist Coffea liberica, ein f \ \ Fig. 83. Cinchona succirubra. Vergrößerte A Blüte; B Blumenkrone aufgeschnitten; C Fruchtknoten und Kelch im Läng schnitt; D Früchte. Natürliche Größe; E Samen. kleiner Baum, der in Westafrika heimisch ist; Uragoga ipecacuanlia, eine krautige Pflanze im westlichen Brasilien, liefert Radix Ipeca- cuanha; Myrmecodia-Arten sind als typisch myimecophil bekarait, in Ostasien heimisch; die Grmulachse ist laiollig verdickt imd von Gängen durchzogen, in denen Ameisen leben; durch stärkeie Vergrößerimg der Nebenblätter, die den Laubblättem dann gleichen, entstehen Angiospermen 421 Wirtel von Blättern bei den Galieae, Rubia (Rubia tinctorum, Krapp, in Südeuropa heimisch), Galium, Asperula (Waldmeister). Caprifoliaceae. Die Familie der Caprifoliaceae schließt sich im Blüten- bau eng an die vorige an; die Blüten sind strahlig oder zj^gomorph; meist sind drei Carpelle vorhanden, mit einer bis vielen Samenanlagen; die Frucht ist meist beeren- artig. Die Caprifoliaceae sind Holzge- wächse der nördlichen gemäßigten Zonen. Gattimgen mit einer Samenanlage im Fach: Sambucus, Hohmder, Sambncus nigra durch Europa verbreitet; Viburnum, Steinfrucht durch Abort mit einem Stein; Viburnum opu- lus, Schneeball. Gattmigen mit mehreren Samen- anlagen im Fach: Lonicera, Frucht eine wenig- samige Beere, Lonicera caprifolium, Geiß- blatt; Symphoricarpus, Schneebeere, in Nord- amerika; Linnaea borealis, Halbsträuchlein mit glockigen Blüten im kälteren Em'opa, Asien und Nordamerika. Ad 0 xaceae. Die Familie ist auf die einzige Art Adoxa moschatelli na aufgestellt worden, deren Verwandtschaftsbeziehrmgen sehr ver- Valerianaceae. Der Kelch ist zur Blütezeit nur schwach entwickelt, später bildet er sich häufig zur Haarkrone aus; Staubblätter in geringerer Anzahl als Blumen- kronenzipfel, eines bis vier; Fruchtknoten mit nur einem fertilen Fach mit einer Samenan- lage. Die Valerianaceae sind krautartige Ge- wächse mit opponierten Blättern, oluie Neben- .§/'^ Fig. 85. Valeriana officinalis. b Frucht. a Blüte, Fig. 84. 1 Infloreszenz von Lonicera nigra. 2 S a m b u c u s nigra; Fruchtknoten längs durchschnitten. 3 Blüte von Sambucus nigra. Nach Wettstein. schieden aufgefaßt wm-den; sie \vurde auch zu den Saxifragaceen in Beziehmigen gebracht. Der Kelch ist abortiert, Tragblatt und Vorblätter bilden verwachsen einen Scheüikelch ; Blüten- blätter vier bis sechs, ebensoviel Staubblätter, die aber bis zum Grmide gespalten sind; Fächer des halbimterständigen Fruchtknotens mit je einer hängenden Samenanlage; Steinfrucht. Die Art ist krautig, mit einem Rhizom perennierend; der blühende Stengel hat zwei Laubblätter und einen endständigen Blütenknäuel; verbreitet in den gemäßigten Gebieten Emopas, Asiens vmd Nord- amerikas. blätter; sie sind in der nördlichen Hemisphäre mid besonders reich in den Anden entwickelt. Valerianella, Valerianella olitoria, Ra- pmizelchen; Valeriana, Baldrian, die Wiu'zehi sind durch den Gehalt an ätherischem Oel rmd starken Geruch ansgezeiclmet, Valeriana offi- cinalis in Asien und Europa. Dipsacaceae. Im Blütenbau stimmen die Dipsacaceae mit den Valerianaceen nahe überein; sie sind durch einen aus Vor- blättern gebildeten Außenkelch charakteri- siert, der die Blüten umgibt; der Fnicht- knoten ist einfächerig mit einer hängenden Samenanlage. Die Dipsacaceae sind krau- tig oder halbstrauchig, mit gegenständigen Blättern und meist köpfchenartigen, reich- blütigen Blütenständen; sie sind besonders im Mittelmeergebiet entwickelt. Succisa pratensis, in ganz Europa, Knautia; Scabiosa; Dipsacus, Dipsacus fullonum, Weberkarde in Südwesteuropa. 9. Reihe Cu curbitales. Wie in der vorigen Reihe haben die Blüten einen unter- ständigen Fruchtknoten; sie sind typisch f ünfgliederig ; das Androeceum ist in mannig- facher Weise ausgebildet; nur ganz selten sind fünf freie Staubblätter vorhanden, meist ist nur ein Staubblatt frei und die vier anderen sind zu zwei Paaren verwachsen, oder dia Verwachsung geht noch weiter bis zur Ver- einigung aller Antheren und Verschmelzung der Staubfäden in eine Säule. Die Reihe ent- hält nur die Familie der Cucurbitaceen, deren Platz unter den Sympetalen zweifelhaft ist; will man sie unter diesen belassen, so sind sie in die Nähe der Campanulaten zu stellen, doch lassen sich auch Beziehungen zu den Passifloraceen und Loasaceen nicht ver- kennen. 422 Angiospermen Cucurbitaceae. Die Blüten der Cucur- bitaceae sind stets eingeschlechtlich; der untere Teil der Blütenhülle ist von Kelch und Blumenkrone gemeinsam gebildet; der Cucumis sativus Gurke, Lagenaria vul- garis, Flaschenkürbis, Kalebasse; Cucurbita pepo, Kürbis. 10. Reihe Campanulatae. Mit der Fig. 86. Ecballium (Cu'curbitacae). Dia- gramm. A Mämilich, B weiblich. Nach Eichler. unterständige Fruchtknoten ist meist 'drei- vorigen verwandt; die Antheren mit zwei fächerig mit zeutralwinkelständigen Pia- ^ Fächern, zusammenneigend und häufig teil- zenten mit vielen Samenanlagen; die Frucht istf gewöhnlich beerenartig. Die Cucurbita- ceae sind krautige, raschwachsende Pflanzen, die mit Hilfe von Ranken klettern, die meta- morphosierte Nebenblätter oder Sprosse sind. Die Cucurbitaceae sind weit über die Erde verbreitet, vorzugsweise aber in den Tropen entwickelt, in kältere Klimate gehen sie nicht über. Acanthosicyos horrida, die Narras- pflanze, eine dornige Düuenpflanze Südwest- Fig. 88. Campanula medium. Blüte mit Deckblatt (d) und 2 Vorblättern (v), Fruchtknoten : unterständig. weise oder sämtlich vereint; Fruchtknoten unterständig mit vielen bis einer Samenan- lage in den Fächern oder einfächerig mit einer Samenanlage. Campanulaceae. Die Blüten sind meist fünfgliederig, strahlig oder zygomorph; Kelch- blätterfrei; Staubblätter frei oder verwachsen; Fruchtknoten gefächert mit zeutralwinkel- ständigen Plazenten, meist mit vielen Samen- anlagen; die Frucht ist eine Kapsel. Die Campanulaceen sind krautige Gewächse mit abwechselnden Blättern und meist an- sehnlichen Blüten; sie sind über die Erde verbreitet, besonders in gemäßigten Kümaten entwickelt (vgl. denArtikel,,Bestäu bung"). In der Unterfamilie der Campanuloideae sind die Blüten strahlig oder nur schwach zygo- morph; Campanula, 250 Arten, besonders mediterran, Phyteuma, besonders alpin und mediterran; Jasione. In der Unterfamilie der Lobelioideae sind die Blüten stark zygo- morph, die Staubblätter verwachsen; Sipho- campylus, artenreich im tropischen Süd- amerika; Lobelia, die Blumenkrone ist bis zum Grmide geschlitzt, 200 Arten in wärmeren Ländern, Lobelia erinus in Südafrika. Goodeniaceae. Die FamiUe ist fast ganz auf Australien beschränkt ; die Arten sind krautig oder Halbsträucher. Im Blütenbau schließen sich die Goodeniaceae eng an die Campanu- laceen an, mit denen sie auch von Autoren ver- einigt werden. Sie smd durch den ,, Pollen becher'- ein napfförmiges Gebilde dicht imterhalb der Narbe ausgezeichnet. Stylidiaceae. Die Stylidiaceae smd wie die vorige Famihe fast ausschließUch austra- lisch ; es sind ki-autige Gewächse mit meist schma- len, grasartigen Blättern; die zygomorphe Blüte entwickelt nur zwei Staubblätter, die mit dem Griffel verwachsen smd (,,Columna"); die An- theren smd extrors; der Fruchtknoten ist zwei- fächerig, mit den Samenanlagen an der Scheide- wand, oder dmch im vollständige Ausbildung Fig. 87. 1 o^, 2 9 Blüte von C i t r u 1 1 u s colocynthis. Nach Wett- stein. afrikas mit riesigen Wurzehi, 'deren nmde Früchte den Hottentotten zur Nahrimg dienen; Luffa cylindrica, in den Tropen der Alten Welt, das Fasemetz der Frucht liefert Luffa- Schwämme; Bryonia, Zaunrübe, die am weitesten nördüch gehende Cucurbitacee, Citrullus vulgaris, Wassermelone, im südlichen Afrika heimisch, Citrullus colocynthis, Koloqumthe, m der Alten Welt verbreitet; Cucumis melo, Melone, Angiospei'inen 423 hk der Scheidewand einfächerig mit zentraler Pia- oder männlich); Korollen der Scheibenblüten oder zenta. Den vu-sprünglichsten Typus stellt die aller Blüten strahlig; Antheren am Grunde stumpf, antarktische Gattmig Donatia mit freien Pe- Narben an den ziemlich flachen Griffelschenkeln talen dar. Stylidium, 100 Arten. deutlich randständig, oberhalb der Narben ein Compositae. Die Blüten der Compo- Anhängsel mit Fegehaaren. Besonders in ge- sitae stehen in Köpfchen („Korbblütler") mäßigten Klimaten verbreitet; Solidago; Bel- auf einem gemeinsamen Blütenboden, der '^f ^ ff '''■.' ^f^^ '"}, Gebirgen; Baccharis über häufig Spreu blätter trägt; die Köpfchen sind ?°,^p^j|fJJ 's'teppeT ''^^'^^''''^'''^'' ^^^^"^^^ von einer Hülle von Hochblättern umgeben, ^d! Inuleae. ' Köpfchen homogam oder wodurch sie das Ansehen von Einzelblüten heterogam; Korolle aller Blüten oder der Scheiben- gewinnen; die Blüten eines Köpfchens sind bluten strahlig; Antheren am Grunde geschwänzt; entweder alle gleich und fruchtbar, oder in Griffel verschieden. Filago, Gnaphalium, Randblüten (Zungenblüten, meist weiblich oder ungeschlechtlich, zygomorph) und Scheibenblüten (meist zweige- schlechtlich, strahlig oder schwächer zy- gomorph) geschie- den ; der Kelch f elüt oder wird durch einen Pappus aus Borsten oder Schup- pen ersetzt, der an der Frucht stehen bleibt und häufig stark vergrößert als Verbreitungsmittel dient; iVntheren der Staubblätter in eine Röhre verwachsen, Staubfäden meist frei; Wollig oder filzig, artenreich; Helichrysum, der Griffel trägt Fegehaare und entwickelt 1 besonders in Südafrika, Leontopodium al- sich später als die Staubblätter; bei seiner ] P^^m, Edelweiß m Gebirgen in Em^pa und c+^^^i . t ^.*- «^ A^^ r»^ii„,, o„c An.r. Cfoi.K Asien; Inula, altweltlich, Inula helenium, Streckung fegt er den Pollen aus der Staub- ^^^^^^' .^ ^^ blattrohre heraus, erst dann werden die e. Heliantheae: Blumenfaone der Schei- Griffelschenkel entfaltet; der unterstandige i^e^blüten strahlig; Griffelschenkel oberhalb der Fruchtknoten ist stets einfächerig, imt einer j Teilungsstelle mit einem Kranz von längeren Samenanlage, die Frucht ist eine Schließ- frucht. Die Compositae sind krautige oder strauchige, selten baumförmige Gewächse von verschiedenstem Habitus; sie sind nächst den Orchideen die artenreichste Familie der Phanerogamen und über die ganze Erde verbreitet. Folgende Gruppen sind zu unter- scheiden: A. Vernonieae. Köpfchen homogam (alle Blüten eines Köpfchens zweigeschlechtlich imd fruchtbar); Blüten nie gelb; Antheren am Grmide spitz; Griffelschenkel spitz zulaufend, außen mit Fegehaaren. Meist tropisch, unter ihnen viele Xerophj^en der Steppen, am artenreichsten Vernonia. B. Eupatorieae. Im Blütenbau der vorigen t Gruppe ähnlich, aber Antheren am Grunde Fig. 90. stumpf imd Griffelschenkel stumpf oder nach " " ' oben keulig verdickt, um- nach oben zu außen mit Fegehaaren besetzt. Eupatorium, artenreiche Gattung in Amerika, Adenostyles, in Gebirgen Europas; Ageratum conyzoides, Zierpflanze. Fegehaaren; Blütenboden _ mit Spreublättem. C. Astereae. Köpfchen homogam oder Besonders in Amerika heimisch; Zinn ia, Rud- heterogam (d. h. Randblüten weiblich oder unge- beckia, Zierpflanzen aus Nordamerika, Xan- schlechtlich, Scheibenblüten zweigeschlechtlich thium spinös um, mit stacheligen Hüllblättern, Fig. 8!). Längsschnitt durch das Köpfchen einer Composite. blb Blüten- boden; spr Spreublätter; hk Hüllkelch; zbl Zungenblüte; rbl Röhrenblüten. Nach Engler- Prantl. Arnica montana. a Randblüte; b Scheibenblüte; c Dieselbe im Längsschnitt. Nach Berg und Schmidt. 424 Angiospermen lästiges Unkraut ; Helianthus anniius, Sonnen- blume, wahrscheinlich aus Mexiko, Helianthus tuberosus, Topinambur, mit eßbaren Knollen, aus Nordamerika; Dahlia variabilis, Geor- gine, Zierpflanze aus Mexiko ; Galinsoga parvi- flora, aus Amerika, über die Erde verschlepptes Unkraut. F. Helenieae. Wie die vorige Gruppe, aber keine Spreublätter vorhanden. In Amerika heimisch; Helenium; Tagetes; Pectis, be- sonders im tropischen Amerika. G. Anthemideae. Griffel wie in den vori- gen beiden Gruppeii ; Hüllblätter am Rande und an der Spitze mit trockenhäutigem Saum; Pappus nicht ausgebildet oder verkümmert. Die Gruppe ist besonders im Mittelmeergebiet imd in Südafrika entwickelt. Anthemis, in Em'opa, Westasien und Nordafrika, Anthemis nobilis (Westeuropa) liefert Flores Chamomillae Ro- manae; Achillea millefolii m, Schafgarbe; Matricaria Chamomilla (Flores Chamomillae); Chrysanthemum, weit verbreitet, Chrysan- themum indicum und Chrysanthemum sinense, in China imd Japan heimisch, berühmte Zierpflanzen, in zalülosen Spielarten gezogen, Chrysanthemum cinerariifolium, Dalma- tien (Dalmatinisches Insektenpulver), Chrysan- themum r 0 s eum, Kaukasus, Nordpersien (Per- sisches Insektenpulver); Artemisia vulgaris, Beifuß, Artemisia dracunculus, Estragon, in Rußland heimisch, Artemisia absinthium, zur Absynthbereitimg, in Mittel- und Süd- europa. H. Senecioneae. Griffel wie bei vorigen; Pappus haarförmig. Senecio, artenreiche Gat- timg, über die Erde verbreitet, baumförmige Arten im tropischen Afrika Senecio John- stoni am Ivilimandscharo ; Tussilago far- fera, Huflattich, in Eiuopa und Asien, Arnica montana, auf Bergwiesen Mittelemopas (Tinc- tura Arnicae). I. Caleirduleae. Köpfchen mit weiblichen Randblüten rmd meist mifruchtbaren, strah- ligen Scheibenblüten mit ungeteiltem Griffel;} Ajitheren am Grunde zugespitzt; Blütenboden 1 ohne Spreuschuppen; Pappus nicht entwickelt. Meist in Südafrika; Calendula, im Mittelmeer- 1 gebiet, Calendula officinalis, Ringelblume,! beliebte Zierpflanze. j K. Arctotideae. Köpfchen mit ziuigenför- migen, weiblichen oder sterilen Randblüten; Griffel unter oder an der Teilmigsstelle verdickt oder mit einem Kranz längerer Fegehaare. Besonders in Südafrika; Ursinia, Arctotis. L. Cynareae. Griffel wie in voriger Gruppe; Köpfchen homogam oder mit unge- schlechtlichen (selten weiblichen), nicht zmigen- förmigen Randblüten; Blütenboden meist borstig. Besonders im Mittelmeergebiet verbreitet. Echi- nops sphaerocephalus, die Köpfchen sind einblütig und zu großen kugeligen Köpfchen zweiter Ordnwig vereinigt; Carduus, Cir- sium, Distehi, besonders mediterran; Cynara scolymus, Artischocke, mit eßbaren Hüll- blättern und Blütenboden, mediterran; Cen- taurea, gegen 500 Arten, Centaurea cyanus, Kornblume, Ackerrmkraut; Carthamus tinc- toreus, Saflor, mediterran. M. Mutisieae. Köpfchen homogam oder heterogam, Randblüten zweilippig, Scheiben- blüten ebenso oder strahlig. Mit den charakte- ristischen Gattimgen besonders in Südamerika entwickelt, so Mutisia, deren Arten kletternde oder aufrechte Sträucher mit großen Blüten- köpfchen sind; die Mittelrippe des Blattes geht in eine Ranke aus. N. Cichorieae. Korolle aller Blüten im Köpfchen zimgenförmig ; Pflanzen mit Milch- saftschläuchen; Cichorium intybus,in Europa und Asien, die Wrrrzeln liefern das Kaffeesmrogat der Cichorie, Cichorium endivia, mediterran, En divien salat ; T ar a x a c um o f f i c in al e , Löwen- zahn; Scorzonera; Sonchus; Lactuca sativa, Salat, vielleicht nur Kulturform der in Emopa imd Asien verbreiteten Lactuca scariola; Hieracium, zahlreiche Arten besonders in Emopa, vielfach nm- dmch germge Unterschiede getrennt, aber durch ihre parthenogenetische Fortpflanzungsart sich konstant erhaltend. Literatur. A. Allgemeine Werke: 1. A, Engler, iSyllabus der Pflanzenfamüien. 6. Aufl. Berlin 1909. — 2. A. Engler und K. Prantl, Die natürlichen Pflanzen familien. Leipzig. Seit 1887. Durch neue Nachträge ergänzt. — 3. A. Engler, Das Pflanzenreich. Regni vegetahilis conspecius. Leipzig. Erscheint in einzelnen ßlonographien seit 1900. — 4. B. v. Wettstein, Handbuch der systematischen Botanik IL. Leip- zig und Wien 1903 bis 1908. — 5. G. Benthani and J. 1). Hooker, Genera Plantarmn, 3 Bde. London 1863 bis 1883. — 6. H. Baillon, His- toire des Plantes, 13 Bände. Paris 1867 bis 1897. — B. Arbeiten, die sich auf ein- zelne Familien beziehen , in der Reihen- folge des Systems. Es werden nur neuere wichtige Monographien angegeben ; für die ge- samte ältere Literatur muß auf die Verzeichnisse in den Bearbeitungen der „Natürlichen Pflanzen- familien" vertoiesen werden. Pandanaceae : 0. Warlnirg, P. in Engler, Pflanzenreich, LV. 9 (1900). — Typhaceae: P. Gräbner, Ty. 1. c. LV. 8 (1900). — Sparganiaceae: Der seihe, S. l. c. LV. 10(1900). — 'Potamogttonaceae : P. Ascherson nnd P. Gräbner, P. l. c. LV. 11 (1907). — Najadaceac: A. B. Bendle, N. l. c. LV. 12 (1901). — Scheuchzeriaceae, Alismataceae, Butomaceae: Fr. BucJienaii, Seh., A., B. l. c. LV. 14, 15, 16 (1903). — Triuridaceae : A . Malme, Uebcr Triuris lutea (Gardn). — Ben- I thaui and Hooker in Bih. Sv. Vet. Akad. LIandl. XXL. LLL. (1897). — Gramineae: J. Schuster, Ueber die Morphologie der Grasblüte. Flora 100, LLeft 2. — Cyperaceac: Monographie der Gattung Care.v von G. KüTcenthal in Eng- ler, Pflanzenreich LV. 20 (1909). — Palmae : J, Barbosa Bodrigues, Sertum Palmarum Brasiliensium. Brüssel 1903. t. 1 — 174- — Araceae: A, Engler, A. Pothoideae in Pflanzenreich LV. 23 B (1905); ebenso A. Engler und K, Krause, A. 3Lonsteroideae und A. Calloideae. — Xyridaceae : A. Maltne, verschiedene Arbeiten in Bih. Sr. Vet. Akad. LLandl. — Eriocaulonaceae : W. Buhland, E. in Engler, Pflanzenreich IV. 30(1903). — Juncaceae: Fr, Buchenau, J. l. c. LV. 36 (1906). — Liliaceae: W. Trelease, The Yuc- ceae in Rep. Missouri Bot. Garden 13 (1902). — Taccaceae : W. Limiiricht, Beitrag zur Kennt- nis der T. Breslau, 1902. — 3Lusaceae : K. Ajiigiospernicn — Anliytliido 425 Schumann, 31. in Engler, Pflanzenreich IV. 45 (1900). — Zingiberaceae : Verseihe, Z. in Engler, Pflanzenreich IV. 46 (1904). — Maranta- ceae: Derselbe, N. l. c. IV. 48 (1902). — Burmanniaceae : I. Urban, B. in Symb. Antill. III (190S) 4SO. — Corsiaceac, Apostasiaceae : R. Schlechter in K. Seh u m a n n und Lauterbach, Nachtr. Fl. Deuf.^ch. Sclivtzgeb. Südsee (1905). — Orchidaceae : Derselbe, L c. lind zahlreiche andere Arbeiten. — A. Co(/niaitx, 0. in Flora Brasil. III. Pars IV— VI. — E. Pfltzer, 0. Pleonandrae in Engler , Pflamen- reich IV. 50 (1903). — E. JPfltzer nucl Fr. Kränzlin, O. Monandrae-Coclogyninae l. c. IV. 50 IL B. 7 (1907). — Fr. Kränzlin, 0. Monandrae Dendrobiinae , l. c. IV. 50. IL B. 21 (1910). — Casuarinaceac : O. Forsch, Der Spaltöffmingsapparat von Casuarina, und seine phyletische Bedeutung, Oest. Bot. Ztschr. 54 (1904) !• — Salicaceae : A. et G. E. Camus, in Journ. de Bot. 18 (1904). — O, v. Seemen, S. Japo7iicae, Leipzig 1903. — Myricaccac : A. Chevalier, 3Ionographie des 31. in 3Iem. Soc. Sc. Nat. Cherbonrg 32 (1901) 85 — 322. — Betu- laceae: H. Winlcler', B. in Engler, Pflanzen- reich IV. 51 (1904). — Rafflesiaceae : H. Graf zu Solms- Laubach, R. l. c. IV. 75 (1901). — Phytolaccacae : H. Walter, Ph. l. c. IV. 83 (1909). — Berberidaceae : G. Tischler, Die B. und Podophyllaceen, in Enqlers Bot. Jahrb. 31 (1902) 596—727. — F. Fetlde, Versuch einer Monogr. der Gattung 3Iahonia l. c. 31 (1901) SO bis 133. — 3Ienispermaceae : L, Diels, 31. in Erig- ier, Pflanzenreich LV. 94 (1910). — 3Iyristi- caceae: O. Warburg, 3Ionographie der 31. in Nov. Act. Acad. Leop. Carol. 68. — 3Ionimia- ceae : J. Perkins und E. Gilg, 31. in Eng ler , Pflanzenreich IV. 101 (1901). — Pajmveraceae : F. Fedde, P. Hypecoideae und P. Papaveroideae l. c. IV. 104 (1909). — C'ruciferae : A. von Hayek, Entwurf eines Cruciferensystems auf phylogenetischer Grundlage, in Beih. Bot. Zcn- tralbl. XXVII (1911) Abt. I. — A. TheUung, Die Gattung Lepidium, in N. Denkschr. Schweiz. Naturf. Ges. 4I (1907) 1—340. — Sarraceniaceae, Nepenthaceae : J. 31. Macfarlane, S. und N. in Engler , Pflanzenreich IV. 110, 111 (1908). — Droseraceae : L. Diels, D. l. c. IV. 112 (1906). — Connaraceae: Schellenberg, Beitr. Vergl. Anat. und Syst. Connaraceae. Diss. Zürich 1911. — Geraniaceae: R. Kmith, in Engl er s Bot. Jahrb. 32 (1902) 190. — Tropaeolaceae : F. Buchenau, T. in Engler, Pflanzenreich IV. 181 (1902). — Erythro-vylaceae : O. E. Schulz, E. l. c. IV. 134 (1907). — 3Ialpighiaceae : Be- arbeitung einzelner Gattungen durch F. Nie- denzu, in Ind. Lect. Lyc. Hos. seit 1897. — Euphorbiaceae : F. Fax, E. .latrojjheae in Engler, Pflanzenreich IV. I47 (1910), E.-Adria- neae l. c. IV. I47. II (1910). — Aquifoliaceae : Th. Lösener, 3Ionographia A. L, in Nov. Act. Ac. Leop. Carol. 78 (1901). — Aceraceae : F. Fax, A. in Engler, Pflanzenreich IV. 163 (1902). — Cistaceae: Grosser, C. l. c. IV. 193 (190S). — Violaceae : W. Becker, Violaceae Europaeae, Dresden 1910, und zahlreiche Einzel- arbeiten. — Lythraccae : E. Köhne, L. in Engler, Pflanzenreich LV. 216. — ILalorrhaga- ceae: A, K. Schindler, U. l. c. IV. 225 (1905). — Cornaceae: W. W angerin, C. 1. c. IV. 229 (1910). — Primvlaceae : F. Fax und B. Knuth, P. l. c. IV. 237 (1905). — 3Iyrsinaceae, Theophrastaceae : C. Mez, 31. u. Th. l. r. IV. 236, 236 a (1902). — Sapolaceae: A. Engler, S. in 3ronogr. AfriJc. Pflanzcnf. VIII (1900). — Styracaceae: J. R. Ferkins, St. in Engl er, Pflanzenreich IV. 24I (1907). — Symplocaceae: A. Brand, S. l. c. IV. 242 (1901). — Apocynaceae : Stapf, A. in Flora Trnp. Ajr. IV. 1 (1902). — Ascle- piadaceae: A. Malme, Die A. des Regnell- schcn Herbars in K. Sv. Vet. Akad. Handl. 34 Nr. 7 (1900). — Convolvulaceac : H. Hallier, Zahlreiche Einzelarbeiten in Englers Bot. Jahrb., Bull. Herb. Boissier, etc. — A. B. Rendle, C. in Fl. Trop. Afr. IV. 2 (1906). — Polemoniaceae : A. Brand, P. in Engler, Pflanzenreich IV. 250 (1907). — Caprifoliaceae : A. Behder, Syiiopsis of the Genus Lonicera, Rep. 3Iissouri. Bot. Garden XIV. — Adoxaceae: W. Sturm, Viertelj. Sehr. Naturf. Ges. Zürich 54 (1910). — Campanulaceae : Johanna Witasek, Ein Bei- trag zur Kenntnis der Gattung Campanula, in Abh. K. K. Zool. Bot. Ges. Wien (1002). — B. Schulz, 3Ionographie der Gattung Phyteuma (1904). — Stylidutceae : ,7. Mildbraed, St. in Engler, Pflanzenreich IV. 278 (1908). B. Filger. Äiigström Anders Jonas. Geboren am 13. August 1814 in Lödgö in Schweden; gestorben am 21. Juni 1874. Er studierte seit 1833 in Upsala Mathematik und Physik, habilitierte sich daselbst 1839 für Physik, wurde 1843 Observator der Astronomie, 1858 Professor der Physik, 1867 Sekretär der Königl. Societät der Wissenschaften in Upsala. Er ist namentlich durch seine Arbeiten über die Spektralanalyse und das Sonnen spektrum und durch seinen 1868 erschienenen Atlas des Sonnenspektrums bekannt, indem die Fraun- hofer sehen Linien zum erstenmal nach ihren Wellenlängen aufgeführt sind. Die hierfür ge- wählte Einheit, 10—'? mm, heißt die Angström- Einheit. E. Drude. Anhydride. 1. Definition. 2^ Ableitung der Säureanhy- dride. 3. Bildung und Darstellung der Säure- anhydride. 4. Verhalten der Säureanhydride. I. Definition. Anhydride nennt man Verbindungen, die aus hydroxyl-(OH-) haltigen Stoffen durch Austritt von "Wasser entstehen R-OH R .0+ H2O R— OH R' Die beiden Hydroxylgruppen können demselben oder verschiedenen Molekülen angehören Der Name Anhydrid ist jedoch nicht mehr für alle so entstandenen Ver- bindungen gebräuchhch, man pflegt ihn vielmehr jetzt in der Regel auf die Abkömm- 426 Anhvdiide ]inge der Säuren zu beschränken. Die An- hydride der Basen heißen Oxyde (vgl den Artikel „Oxyd e''), die Anhydride der Alkohole A e t h e r (vgl. den Artikel ,.A e t h e r"). Tritt eine Base und eine Säure unter Wasserabpsaltung zusammen^ so er- hält man ein S a 1 z (vgl den Artikel „S a 1 z"). Durch Vereinigung eines Alkohols mit einer Säure entsteht in gleicher Weise ein Ester (vgl. den Artikel „Ester"): Oxysäuren können im eigenen Molekül Wasser abspalten unter Bildung von L a k t o n e n (vgl. den Artikel „Fettsäure n"). Auch den Aus- tritt von Wasser, das bereits als solches in der Verbindung enthalten ist (Kristall- wasser) bezeichnet man in der Chemie nicht als Anhydridbildung. In der Mineralogie hat der' Anhydrid (CaSO,) seinen Namen davon erhalten, daß er im Gegensatz zum Gips (CaSOi, 2H2O) kein Kristallwasser enthält. 2. Ableitung der Säureanhydride. Bei einbasischen Säuren sind zwei Moleküle zur Anhydridbildung erforderUch NO2-OH NO, ;0 + H2O N0,-0 H NO, Salpeter- säure Salpetersäure- anhydrid CH3-COOH CHg-CO^ i = ^O-fH^O CH3-COOH CH3— CO^ Essigsäure Essigsäureanhydrid Bei mehrbasischen Säuren kann die Anhydridbildung innerhalb eines einzigen Moleküls erfolgen OH SOa^ : =S03+H,0 ""OH Schwefelsäure Schwefelsäureanhydrid SO, -OH ^OH oH SO, OH 0+ H2O /OH PO-OH X OH /ÖH PO— OH /OH SO./ SOa^ ^OH ^OH 2 Moleküle Schwefel- Pyroschwefelsäure Säure /OH PO— OH ^0 + H2O PO-OH \0H 2 Moleküle Phosphor- Pyrophosphorsäure säure Die durch Abspaltung von 1 Molekül Wasser aus 1 Molekül einer dreibasischen Säure entstehenden Anhydridsäuren heißen M e t a - S ä u r e n /OH /OH PO— öH =P0=0+ H2O \0H Phosphorsäure Metaphosphorsäure Treten mehr als zwei Moleküle unter Anhydridbildung zusammen, so spricht man von P 0 1 y - S ä u r e n \0H SiO; SiO: SiOs OH ÖH OH . OH OH SiO: = SiOs SiO: OR 0 ^OH + 2H2O CH2-COOH CHa-CO^ 1 / = I /0-f H2O CH2-COOH CHa-CO-^ Bernsteinsäure Bernsteinsäureanhydrid Es können sich aber auch hier zwei oder ! mehr Moleküle aneinanderlagern. Anhy- drisieren sich hierbei nicht alle Hydroxyl- gruppen, so behält die neue Verbindung noch den Charakter einer Säure (An- hydridsäuren). Die durch Austritt von 1 Molekül Wasser aus 2 Molekülen einer mehrbasischen Säure gebildeten Anhydrid- säuren nennt man P y r 0 - S ä u r e n im Gegensatz zu den ursprünghchen, nicht anhydrisierten Ortho-Säuren 3 Moleküle Kieselsäure Poly-(Tri-)kieselsäure Anhydridbildung kann nicht nur zwischen den Hydroxylgruppen gleichartiger, sondern auch verschiedenartiger Moleküle erfolgen; man erhält in diesem Falle gemischte Anhydride ^OH .OH SO,:'" S02< :0 + H20; ^OH ~ NO— öH NO^ Schwefelsäure Nitrosylschwefelsäure und salpeterige Säure CH3-COOH C2H5— COOH Essigsäure und Propionsäure CH3— CO. )0-|-H20 C2H5-CO/ Acetpröpionanhydrid Anhvdiide — Annelidae 427 3, Bildung und Darstellung der Säure- anhydride. Manche Säuren spalten schon bei gewöhnlicher Temperatur Wasser ab und gehen in ihr Anhydrid über wie z. B. Kohlen- säure und schweflige Säure H2CO3 = CO2 + H,0; H2SO3 = SO, + H2O In anderen Fällen ist hierzu eine höhere Temperatur erforderlich wie bei der Kiesel- säure. Von den zweibasischen organischen Säuren geben jene beim einfachen Erhitzen Anhydride, bei denen hierdurch ein fünf- oder sechsgMedriger Ring gel)ildet wird z. B. Bernsteinsäure und Phtalsäure, nicht aber Isobernsteinsäure, sowie Iso- und Terephtal- säure 4. Verhalten der Säureanhydride. Die Säureanliydride besitzen neutralen Charakter. Durch Aufnahme von Wasser gehen die meisten mehr oder weniger leicht wieder in Säuren über P2O5 CH3 CO, /^ CH3-CO/ Doch gibt hvdride z. B. Mit Alkoholen Regel zu Estern CH,-CO. + 3H2O = 2H3PO4 + H,0= 2CH3-COOH es auch sehr beständige An- SiOa. vereinigen sie sich in der :0 + 2 C2H5-OH = CH2-COOH CH2-COOH H CH,-CO. CH,-CO' CHa^CO' 2CH. + H2O H H-C C-COOH H-C H-C C^COOH ~ H-C C-CO C-CO / H H Durch Erhitzen der einfach sauren Salze der mehrbasischen Säuren erhält man Salze der PjTosäuren, während die zweifach sauren Salze hierbei die Salze der Metasäuren liefern (A n h y d r i d s a 1 z e) '2KHSO4 = KaSoO, + H2O 2Na,HP04 = ^v^Y^O, + H,0 NaH2P04 = XaPOs + H2O Li vielen Fällen muß die Wasserabspal- tung durch Zusatz eines wasserentziehenden Mittels befördert werden. Als solches benutzt man häufig das Anhydrid einer anderen Säure 2HNO3 + P2O5 = N2O, CH3-CO 2Ci6H3202-f /0= )0 CH3-C0^ CieHaiO/ + 2C2H4O2 Manche Anhydride entstehen durch Oxy- dation der Elemente C4- 02= CO2; S + 02= SO2 Auch durch Einwirkung von Säure- chloriden auf die AlkaHsalze der Säuren erhält man Anhydride CH3-COCI + CH3-COOK = CH3-CO /O + KCl CH3-C0^ COOC2H5 + H2O Mit Ammoniak geben sie häufig das Säure- amid und das Ammoniumsalz der Säure CH3-CO, )0 + 2 NH3 = CH3-C0'^ CH3-CONH2 + CH3— COONH4 :0 + H2O Mit Salzsäure bilden sie zu weilen Säurechlorid und Säure SO3 + HCl = SO,^ ^OH CH,-CO ^0 + HCl = CH3-CO CH3-COCI + CH3— COOH W. Meigen. + 2HPO3 CißHaiO. Annelidae. 1. Morphologie: aj Die Körperregionen, b) Parapodien und Borsten, c) Die Leibeshöhle, d) Haut und Muskulatur, e) Nervensystem imd Sinnesorgane, f) Darmkanal. g) Blut imd At- mung, h) Nephjidien. i) Gonaden xmd Fort- pflanzmig. 2. Ontogenie: a) Einleitimg. b) Fm- chung des Eies bis zum 64-Zell-Stadium. c) Zell- mosaik der fertigen Blastula. Lagerung und prospektive Bedeutmig der fünf Quartette, d) Gastrulation. e) Die Keimblätter, f) Ent- stehung der Trochophora-Organe. g) Entstehung der Wurmorgane, h) Metamorphose, i) Besonder- heiten der direkten Entwdckehmg bei Oligo diäten und Hirudineen. 3. Systematische Uebersicht. 4. Biologie (Oekologie) xmd Verbreitung. I. Morphologie. la) Die Körper- reg i 0 n e n. Die Anneliden sind Würmer mit meist langgestrecktem Körper, der oft schon äußerlich (Archiannelida, Chaetopoda) eine Gliederung in einzelne Metameren oder Segmente (daher ,, Ringelwürmer") erkennen läßt, und einen mehr drehrunden oder vom 428 Annelidae Rücken zum Bauch, d. i. dorsiventral, abgeplatteten Querschnitt aufweist. Die Gliedemng (Segraentienmg) ist bei den Hirudineen, die nach Livanow stets 32 Metameren besitzen, durch eine sekundäre Ringelung und durch das Verschmelzen einer Anzahl von Segmenten vorn und hinten zu saugnapf ähnlichen Haftscheiben, äußerlich verwischt. Bei den Echiuroidea ist sie meist nur während der Entwickelung, bei den Sipunculoidea überhaupt nicht mehr zu erkennen. Das im Gegensatz zu dem übrigen, den „Rumpf" bildenden Körper als „Kopfab- schnitt" bezeichnete Vorderende enthält die stets ventral gelegene Mundöffnung und trägt bei den Archiannelida und den Chaetopoda einen das Cerebralganglion enthaltenden Fortsatz, das Prost omium (Kopflappen). Das den Mund umgebende Segment wird Peristomium genannt und ist mit wenigen Ausnahmen (Aphrodite, Nephthys, Capitella) borstenlos. Häufig sind vorn mehrere Segmente miteinander äußerlich und innerlich verschmolzen, so daß sie höchstens durch die iVi't ihrer Inner- vierung oder an ihren noch vorhandenen An- hängen erkannt werden können. Ueber diese Verhältnisse am Vorder- ende der Anneliden haben Racovitza 1896, Viguier 1896, Pruvot 1885 und Gra- vier 1899 berichtet. Das Vorderende der Chloraemidae,Ster- naspidae und der Te- lethusae kann mehr oder weniger zurückge- zogen und eingestülpt werden. Der Kopf- lappen ist bei einigen Oligochaeten (Rhinodrilus, Nais lacustris) stark verlängert und zurückzieh- bar, bei den Echiuroidea ist er immer rüsselförmig ausgezogen. Sehr lang ausge- streckt werden kann er bei Bonellia, wo sein vorderes Ende außerdem gegabelt ist. Die Sipunculoidea können ihr Vorderende wie einen Rüssel einstülpen. Die einzelnen Metameren des Rumpfes gleichen einander gewöhnlich bis auf das letzte, das Analsegment (Pygidium), nur daß nach hinten zu ihre Dimensionen geringer zu werden pflegen; doch findet sich auch nicht selten der Rumpf durch eine besondere Ausbildung bestimmter Segmente in 2, dann als Thorax und Abdomen bezeichnete (Ca- pitellidae, Sabellidae, Serpulidae), oder mehrere Regionen gegliedert. Vor allem Fig. 1. Bonellia viridis $. bei den in Röhren lebenden Familien der Polychaeten ist das der FaU im engen Zusammenhang mit ihrer Lebensweise; wohl am stärksten ausgeprägt bei den Chaetopte- ridae. In manchen Polychaetenfamilien tritt eine Umbildung gewisser Rumpfmeta- meren im Zusammenhang mitder Geschlechts- reife auf, so daß durch diese sogenannte Epitokie (auch Epigamie) epitoke Formen, manchmal auch Heteroformen genannt, ent- stehen. Das Analsegment ist mitunter gegen die vorhergehenden Körperringel etwas ver- dickt, meist in besonderer Weise als Ab- schluß des Körpers nach hinten umgebildet oder mit lappigen Anhängen versehen. Es enthält die nur selten nicht endständige Afteröffnung. ib)Parapodien und Borsten. Bei den Polychaeten tragen die einzelnen Körperringel seitliche Fortsätze, Par ap o di en oder Fußstummel, die sich nach außen in je einen oberen (Notopodium) und unteren (Neuropodium) Ast teilen können, von denen jeder wieder eine weitere Gliederung in lappige Fortsätze, Züngelchen und Lippen, aufweisen kann. Den Parapodien der Eunicidae, Syllidae und Phyllodocidae fehlt der obere Ast, und bei vielen in Röhren lebenden Polychaeten sind sie bis auf nur wenig aus der Körperoberfläche hervorragende Borsten- höcker oder Borstenwülste rückgebildet. Häufig tragen die Parapodien fadenförmige Anhänge, Girren, und zwar meist je einen dorsalen und einen ventralen, die ursprüng- lich als eine Art Fühler dienen, die aber auch blattartig verbreitert als Ruderplatten fungieren können, oder die, auf der Dorsal- seite wenigstens, in Form breiter Schuppen sich dachziegelig deckend (Elytren) den Wurm schützen. Duncker 1905 wies die Homo- logie von Girren und Elytren nach. Auf der Dorsalseite der Parapodien oder Segmente finden sich nicht selten fadenförmige oder bäum- resp. kammförmig verästelte An- hänge, die als Kiemen der Atmung dienen und öfters ebenfalls aus Girren hervorgegangen I sind. j Am Vorderen de sind die Anhänge oft besonders umgebildet, indem die Parapodien j rudimentär werden oder ganz fehlen, während die Girren hier häufig als sogenannte Fühler- cirren besonders stark und lang sind. Das Prostomium trägt meist eine Anzahl von Fühlern (Tentakel) und bei den Aphrodi- tidae, Lycoridae, Syllidae, manchen Eunicidae und den Chloraemidae auch noch ein paar ventrale Anhänge, die Palpen. Während die Fühler der meisten Poly- chaeten solide sind, sind die der Spioni- dae, Polydoridae, Ghaetopteridae, Magelonidae und Ammocharidae hohl und können sehr stark verkürzt sowie durch Auuflidae 429 den Druck der in ihnen enthaltenen Flüssig- keit lang ausgestreckt werden. Aehnlich verhalten sich die Fühler von Protodrilus und Saccocirrus. Das Vorderende der Sipunculidae trägt einen Kranz von be- wimperten Tentakeln. Auch am Analsegment sind die Girren meist besonders lang und heißen Aftercirren. In vielen Segmenten der Chaetopoden sind chitinige Borsten (Chaetae, Setae) vorhanden, deren jede das Produkt einer einzigen ektodermalen Zelle ist. Der Bau der einzelnen Borsten und der Hauttaschen, in denen sie gebildet werden, wurde neuer- dings von Schepo- tieff 1903 und 1904 untersucht. Bei den Polychaeten ragen die Borsten meist in Ibis SBündeln aus den Fußstummeln hervor. Jedes dieser Bündel gruppiert sichgewöhn- lich um eine oder zwei starke, nur wenig aus der Körperoberfläche vorstreckbare Stütz- borsten (Aciculae). Nicht immer stehen die Borsten an Bündeln, sondern sie sind in ' Querreihen angeordnet oder als Haken- borsten auf seitliche, die Parapodien ver- tretende Wülste der Körperoberfläche (Tori uncinigeri) verteilt (Terebellidae, Sabel- lidae, Serpulidae u. a.). Fig. 2. Vorderende einer Eunice. Nach Ehler s. Fig. 3. Polychaetenborsten. Die Oligochaeten besitzen nur wenige Borsten im Verhältnis zu den Polychaeten, welche in einem Segment entweder in 4 Bündeln angeordnet sind, oder welche zu 8 in einem Segment stehen, endhch auch ringförmige Reihen um das Segment bilden. Fig. 4. Oligo- chaetenborsten. Einzelne Oligochaeten besitzen überhaupt keine Borsten (Anachaeta, Branchio- bdella). Dies ist die Regel für die Hirudi- neen, von denen allein die eine Uebergangs- form von den Oliogochaeten darstellende Acanthobdella einige Borsten aufweist. Man teilt die Borsten, die größtenteils als Lokomotionshebel oder zum Festhalten in den Wohnröhren dienen, und die nach ihrer Gestalt und Anordnung wichtige An- haltspunkte für die systematische Unter- scheidung der Familien und Gattungen ab- geben, nach Grube ein in einfache und zu- sammengesetzte. Die einfachen erscheinen als haarförmige, ge- säumte, lanzettförmige, meißeiförmige, gezäh- nelte, gewimperte, ge- kerbte, zweizinkigeoder alsBorstenund Stacheln mit Widerhaken ; die zusammengesetzten dagegen sind Spieß-, Sichel-, Gräten-, Pfeil-, Messer-, Geißel- oder Besenborsten. Dazu kommen noch die ein- fachen verbreiterten Hakenborsten und die Plattborsten (Paleen). Die Borsten der Oligo- chaeten sind immer einfache, meist an dem äußeren Ende haken- förmig umgebogene, deren Mitte nicht selten knopfartig verdickt ist. Oefters stehen einige besonders große und eigentümlich umgestal- tete Borsten in Zu- sammenhang mit der Geschlechtstätigkeit (Geschlechtsborsten). Die Echiuridea be- sitzen vorn auf der Ventralseite an der Stelle des larvalen 1. Segments 2 starke Hakenborsten und außerdem 1 bis 2 Hakenkränze am Hinter- ende. ic) Die Leibeshöhle. Zwischen der Körperwand und dem den ganzen Rumpf der Anneliden durchziehenden Darm liegt ein Hohlraum oder ein System von solchen, die sekundäre Leib e^ höhle (C/ilom), die mit einem Epithel (Peritoneum) ausgekleidet ist. In ihrer ursprünghchen Form, wie sie sich besonders bei den Archianneliden erhält, besteht die Leibeshöhle aus einer An- zahl von einzelnen Säckchen, von denen je Fig. 5. Echiurus. Nach G r e e f f aus Claus-Grobben. 430 Ajinolidae eines in jedem Segment rechts und links neben dem Darm liegt. Man nennt den an die Körperwand stoßenden Teil des Perito- neums Somatopleura, den den Darm um- hüllenden, Splanchnopleura, und die auf- einanderstoßenden vorderen und hinteren Wände je zweier Säckchen bilden die Dissepi- mente oder Septen. Die über und unter dem Darm aufeinander treffenden Teile der beiden Cölomsäckchen jedes Segments dienen als Aufhängebänder des Darmes (Mesenterien). Durch transversal die Leibeshöhle durch- setzende Muskeln kann jeder Cölomabschnitt nochmals in 2 meist ungleiche Abteilungen (Darm- und Seiten- oder Geschlechtskammer) geschieden werden. Bei den Chaetopoden pflegen die Septen meist nur im ventralen Teile der Leibeshöhle erhalten zu bleiben, so daß die einzelnen Leibeshöhlenabschnitte jeder Seite miteinander in offener Verbindung stehen. Vor allem schwinden die Septen bei den Erwachsenen der im Boden grabenden oder in Röhren lebenden Polychaeten. Mitunter werden Thorax und Abdomen durch ein besonders starkes Septum (Dia- phragma) getrennt und auch bei den Echiu- roidea trennt ein solches die Kopf höhle von dem übrigen Cölora. Die Leibeshöhle reicht sowohl in die Parapodien wie in die basalen Glieder der Fühlercirren und Palpen hinein. Das Cölom der Hirudinea ist durch Bindegewebe und die mächtig entwickelte Muskulatur bis auf ein System von oft mit kontraktilen Wänden versehenen Kanälen und Lakunen sowie Sinussen reduziert. Im allgemeinen sind 4 Längslakunen vorhanden, die durch ein La- kunennetz verbun- den sind und mit ringförmigen hypo- dermalen Hohlräu- men in Verbindung stehen. Bei den Echiuroidea werden im Embryo- nalstadium zwar metamere Cölom- säckchen angelegt, die Dissepimente schwinden aber bald, so daß ein ein- heitlicher Cölom- raum vorhanden ist. Auch die geräumige Leibeshöhle der Sipunculoidea ist ein- heitlich, nur vorn gliedern sich von ihr ein dorsaler und ein ventraler Blindsack ab, welche durch einen Ringkanal mit den Hohlräumen in den Tentakeln kommuni- zieren. Ebenso sind auch hier unter der Haut verstreichende Kanäle Teile des Cöloms. Die Leibeshöhle sehr vieler Oliochaeten Rückengefäß\ (Darm) / 3 C u) Fig. 6. Schematischer Querschnitt durch Glo s - sosi phon ia. Nach Ko w alc wsky. steht durch dorsale Poren, die u. a. von Ude untersuchten Rückenporen, mit der Außenwelt in Verbindung. In dem Kopflappen von Polygordius finden sich Hohkäume, die nach Woltereck Reste des Blastocöls sind, und ebenso umgibt den Anfangsdarm dieses Archianneliden ein Raum, der nach demselben Autor aus einer Verschmelzung des Blastocöls mit einem Schizocöl entsteht. Bei den Chätopoden herrschen wahrscheinlich teilweise ähnliche Verhältnisse, die aber noch nicht geklärt sind. Die Leibeshöhle der Anneliden enthält eine Flüssigkeit (Cölomflüssigkeit), in der meist amöboid bewegliche Zellen (Amöbo- cyten, Cölomocyten) und oft auch noch andere Körperchen flottieren. Wo ein Blut- gefäßsystem fehlt, kann das Cölom auch noch das Blut enthalten. Die Cölomflüssig- keit hat die gleiche Funktion wie etwa die Lymphe der Wirbeltiere, d. h. sie führt den einzelnen Organen die von der Darmwand verarbeitete Nahrung zu und bringt die von den Körperzellen ausgeschiedenen stickstoff- haltigen Stoff Wechselprodukte zu den Ex- kretionsorganen. id)Haut und Muskulatur. Die Körperwand der Anneliden wird von dem so- genannten Hautmuskelschlauch gebildet, wie der Name sagt, eine Verbindung von Muskulatur mit der Haut. Die Haut ist fast immer ein einfaches Epithel, dessen Zellen (Hypodermiszellen) nach außen eine Cuticula, ein Faserwerk mit hineingelagerter Zwischensubstanz, aus- scheiden. Die Substanz dieser Cuticula ähnelt dem Chitin der Insektenhaut und ist in Pottasche löslich (Eisig). Auf der dem Körper zugewandten Seite sitzen die Hy- podermiszellen einer Basalmembran, der StützlameUe auf. Zwischen ihnen finden sich, besonders zahlreich auf der Bauchseite, einzellige Drüsen, die mitunter sehr stark entwickelt sein können, so vor allem in der Geschlechtsregion der Oligochaeten und Hirn diu een, wo sie die Ursache einer ring- förmigen Verdickung der Haut (Sattel, Gürtel, Clitellum) sind. In den Parapodien der Polychaeten pflegen große Drüsen zu liegen, die als Spinndrüsen das Material für den Röhrenbau dieser Würmer Mefern. Stellenweise ist die Haut bewimpert, so bei Archianneliden und Ophryotrocha in Gestalt von Wimperringen, bei Röhrenwür- mern oft als Auskleidung einer ventralen Längsfurche (Kotrinne). Von den Oligo- chaeten besitzt nur Aeolosoma bewegliche Cilien. lieber die ganze Körperoberfläche verstreut, besonders zahlreich aber an den Fühlern, Palpen, Fühlercirren und Cirren sind Sinneszellen, die an ihrer freien Ober- fläche Borsten, Härchen oder auch bewegliche Aimelidae 431 Wimpern tragen, rezipierende Elemente für mechanische oder chemische Reize; bei den Oligochaeten sind solche Zellen oft zu Sinnesknospen zusammengedrängt. Hinter dem Kopf läppen vieler Chaetopoden, auch bei Polygordius, ist die Haut rechts und links grubenförmig eingesenkt und mit Flimmerepithel ausgestattet und bildet so die wahrscheinlich chemische Reize auf- nehmenden Flimmergruben (Nackenorgane). Unter der Epidermis der Echiuroidea liegt noch eine Unterhaut, unter der der Sipunculoidea eine bindegewebige Cutis. Die Stammmuskulatur hegt zwischen der Stützlamelle der Haut und der Somato- pleura. Es sind gewöhuHch 4 Längsmuskel-, bänder, 2 dorsale und 2 ventrale vorhanden, die oben und unten durch das Herantreten der Mesenterien an die Haut, seitlich in der Regel durch schräg die Leibeshöhle durch- setzende Muskeln (Transversalmuskeln) von- einander getrennt werden. Die Längsmuskeln sind bei den meisten Anneliden zusammen- gesetzt aus flachen Lamellen, die auf dem Querschnitt wie die Blätter eines Buches nebeneinander stehen. Jedes dieser Muskel- bänder reicht durch mehrere Segmente und enthält die von dem plasmatischen, der Körpermitte zugewandten Teile einer einzigen Zelle abgeschiedenen kontraktilen Fibrillen. Manchmal, so bei den größeren Oligo- chaeten zeigt der Querschnitt eines solchen Muskelbandes eine kompliziertere Struktur, andererseits finden sich Ijei denHirudinea röhrenförmige Längsmuskeln. Gewöhnlich werden die Längsmuskelbän- der von einer mehr oder weniger starken Ringmuskulatur umgeben. Bei den Oligochaeten, Echiuroidea und Sipunculoidea fehlen die Transversal- muskeln, bei den Hirudinea werden sie durch zahlreiche vom Rücken zum Bauch ziehende Dorsoventralmuskeln ersetzt. Durch die Kontraktionen dieser verschie- denen Elemente der Stammuskulatur werden die großen Bewegungen des Annehden- körpers, wie Strecken, Sich-Verkürzen, Dün- ner- oder Stärkerwerden und seithche Be- wegungen sowie das Einbohren in den Unter- gnind ermöghcht. Es finden sich nun noch zahlreiche andere Muskeln in dem Annelidenkörper, die zur Bewegung der Organe und ihrer Teile dienen. So durchziehen vielfach Muskelfasern die Leibeshöhle, einerseits an der Haut, anderer- seits am Darm befestigt; das Vorderende der Sipunculoidea ist durch 4 starke Retrak- toren einstülpbar. Vor allem zur Bewegung der Parapodien und der Borsten sowie der Palpen und sonstigen Anhänge sind besondere Muskeln ausgebildet. Auch der Darm wird in seiner ganzen Länge von einer inneren Ring- und einer äußeren Längsmuskelschicht umgeben. Schließlich verlaufen auch in den Septen Muskelfasern, und da, wo die Dissepimente an den Darm stoßen, kann dessen Ringmuskulatur zu Sphinkteren ver- stärkt sein. lejNervensystem und Sinnesorgane. Das aus dem Ektoderm hervorgehende Nervensystem hegt bei den iVrchianne- liden, Protochaeten und manchen Po- lychaeten zeitlebens in der Haut, während es bei den anderen Anneliden in die Leibes- höhle tritt. Es ist bei allen Anneliden nach demselben Prinzip gebaut: ein im Krpf- lappen über dem Anfangsdarm gelegenes paariges Cerebralganglion steht durch 2 Schlundkommissuren mit einem Unter- schlundganghon in Verbindung, von dem nach hinten der paarige Bauchstrang zieht, gebildet von in den einzelnen Segmenten gelegenen Bauchganglien, die durch Längs- konnektive und durch Querkommissuren miteinander verbunden sind, so daß da, wo die beiden seithchen Hälften dieses Bauch- stranges nicht, wie es oft geschieht, mit- einander verschmolzen sind, ein typisches Strickleiternervensystem entsteht, so vor Fig. 7. Gehirn, Unterschlundganglien und Bauchnervenstrang A von Serpula, B von Nereis. Nach Quatrefages. allem im Vorderende der Serpulidae. Von allen Ganglienanschwellungen gehen periphere Nerven aus, welche teils sensibel oder motorisch oder gemischter Natur sind; nicht selten finden sich an diesen Nerven besondere Ganghen, so vor allem in den Parapodien und an den die Fühlercirren innervierenden Nerven. Auf dem Darm zieht ein sympathisches Nervensystem, das mit dem Hauptnervensystem in Verbindung steht, entlang und pflegt besonders am Schlund stark entwickelt zu sein, wo auch die meisten der in ihm auftretenden Gang- hen liegen. Entsprechend der gelegenthchen Ver- 432 Annelidae Schmelzung mehrerer Segmente vereinigen sich auch öfters die Ganglien der betreffen- den Körperabschnitte. So sind vor allem bei den Hirudineen das Ober- und Unter- schlundganglion und die letzte große Bauch- ganglienanschwellung solche Ganghenkom- plexe. Bei dieser Annelidengruppe verstreicht in dem Bauchmark auch noch ein dritter unpaarer Nerv, der Fai vre sehe oder Ley- digsche. Der Bauchstrang der Sipunculidae enthält keine metamer geordneten Ganglien, sondern diffus verteilte Ganghenzellen, gibt aber ebenso wie der der Echiuridae einige paarige Nerven ab. Den Echiuridae und den Priapulidae fehlen auch eigeathche Cerebralganglien; die Ganglienzellen sind bei ihnen diffus auf einem den Oesophagus umgebenden Nervenring verteilt. Die anatomische und histologische Struk- tur des Nervensystems der Annehden ist vielfach untersucht worden, u. a. von Ret- zius 1891 bis 1902, und mit der Physiologie des Nervensystems, der Reizfortleitung usw. haben sich beschäftigt u. a. Steen, Loeb, Jenkins and Carlson. Es sei hier noch bemerkt, daß vieKach Stützzellen (Ghazellen) mit ihren Ausläufern zwischen die eigenthchen nervösen Elemente vor allem des Bauch- stranges verteilt sind. Zu diesen gehören auch die sogenannten Neurochorde, Aus- läufer von Riesenzellen, die als eigentlich stützendes Element eine röhrenförmige Scheide aufweisen. Die Organe desTastsinnes werden durch einzelne oder in Gruppen über die ganze Haut verstreute, an ihrer freien Oberfläche Härchen und Borsten tragende Sinneszellen repräsentiert, die besonders zahlreich an den Fühlern und Girren sind. Inwieweit solche Zellen allein dem Getast dienen, ist nicht leicht festzustellen; wahrscheinhch ver- mitteln viele von ihnen auch chemische Reize. Das geschieht sicher bei den ähnlich gebauten Sinneszellen auf den Palpen der Polychaeten, sowie bei den zu knospen- förmigen Geschmacksorganen am Mundrand und in der Mundhöhle der Anneliden zusam- mengescharten. Chemische Sinnesorgane sind ferner die erwähnten Flimmergruben der Polychaeten, die bei manchen (Ophe- liidae, Capitellidae) ausgestülpt werden können. Vielfach finden sich freie Nerven- endigungen in der Haut, die vielleicht mehrere Reizarten, mechanische, chemische oder pho- tische rezipieren. Statische Organe kennt man bisher nur von wenigen Polychaeten, so ein Paar am Schlundringe von Arenicola; sodann finden sie sich bei Serpuliden und jungen Terebelliden. Sie sind beschrieben worden von Fauvel 1902 und 1907. Sehorgane fehlen teils ganz (manche Archiannelida, Oligochaeta und Echi- uroidea), teils sind sie als mehr oder weniger kompliziert gebaute Augen vorhanden. Bei Lumbricus finden sich pigmentlose Nerven- zellen (Lichtzellen) in und unter der Haut verteilt. Einen einfachen Bau weisen die im Vorderkörper der Hirudinea gelegenen Sehorgane auf, deren Sinneszellen im Innern eine vakuolenartige Bildung besitzen und beim medizinischen Blutegel in 10 Gruppen in je einen Pigmentbecher eingehüllt sind. Manche Sipunculoidea besitzen den Cere- bralganghen aufliegende einfache Augenflecke. Nicht nur am Vorderende, sondern auch an- derswo kann der Annehdenkörper Sehorgane tragen, so finden sich einfache Ocellen am Hinterende von Myxicola und Fabricia, sowie am hinteren Saugnapf von Piscicola. Die früher als Augen gedeuteten Organe, welche sich zu 12 Paar an einer Reihe von aufeinanderfolgenden Rumpfsegmenten bei Polyophthalmus finden, sind vielleicht Leuchtorgane. Dagegen dienen die mit einer Linse versehenen Organe auf der Bauchseite des pazifischen Palolo nach Woodworth wohl sicher zur Rezeption von Licht-, viel- leicht auch von Wärmestrahlen. Kompliziertere Kameraaugen mit Retina Sekretzelle des licht- brechenden Körpers Sehnerv Fig. 8. Auge von Pli yllodoce. Nach Hesse. und Pigmentumhüllung, teils mit, teils ohne Linse, sind häufig am Kopflappen der Poly- chaeten. Wohl in vollendetster Form sind riie bei den Alicopidae ausgebildet. Branchiomma trägt am Ende eines jeden Tentakels ein an die zusammengesetzten Augen der Arthropoden erinnerndes Seh- organ; und ähnhch gebaute finden sich in regelmäßigen Abständen auf den Fühlfäden der Tentakelkrone von Dasychone. An- drews 1892 hat einiges über die Sehorgane der Polychaeten zusammengefaßt. if) D armkanal. An dem Darmkanal kann man einen entodermalen Mittel- und den ekto dermalen Vorder- sowie Enddarm unterscheiden. Die Mundöffnung liegt ven- tral, nur selten ist sie in Anpassung an be- sondere Verhältnisse an das vordere Ende des Körpers gerückt. Bei manchen Poly- chaeten ist der Anfangsdarm (Oesophagus) Annelidae 433 zu einem mehr oder weniger muskulösen Schlundsack erweitert; auch sonst pflegt er mit einer kräftigen Muskulatur versehen zu sein und ist oft entweder ganz oder teil- weise als Rüssel vorstülpbar; in diesem Falle umgibt dann der nicht ausstülpbare Teil den anderen als Rüsselscheide. Häufig trägt der Rüssel einen Besatz von Papillen oder zahlreichen kleineren Zähnchen (Kiefer- spitzen), und nicht selten sind in ihm starke chitinige Kiefer mit scharfen Spitzen und Zähnen ausgebildet, die von besonderen Muskeln bewegt werden, durch deren An- wesenheit der betreffende Teil des Rüssels zum Schlundkopf wird. Ein sogenannter Uebergangsteil verbindet den ausstülpbaren Rüssel mit dem übrigen Darm. Dieser Ueber- gangsteil mancher Polychaeten trägt öfters paarige Blindsäcke, die bei Sylliden dau- ernd, bei Lycoriden nur in der Jugend rhythmisch pulsieren. Seltener kommen Speicheldrüsen vor (Protodrilus, Syl- lidae). Auch die Oligochaeten besitzen einen mehrteiligen Vorderdarm mit muskulösem Schlundkopf und langem Oesophagus. Bei den Lumbricidae reicht letzterer bis ins 13. Segment und ist mit zahlreichen Drüsen- zellen versehen. Außerdem finden sich bei den auf dem Lande lebenden Formen und bei Enchytraeiden Jederseits mehrere Blind- säcke am Anfangsdarm (Kalksäckchen, Morrensche Drüsen), die kohlensauren Kalk enthalten und oft von vielen Blutgefäßkapil- laren durchzogen werden. Während man früher annahm, daß der Kalk von den Wän- den dieser Säckchen sezerniert würde, wies Michaelsen darauf hin, daß diese Organe wahrscheinlich Kalk absorbieren. Auf den Oesophagus der Oligochaeten pflegen ein Kropf mit elastischen Wänden sowie ein oder mehrere muskulöse Kaumägen zu folgen. Die Gnathobdellidae besitzen einen Pharynx mit 3 durch Muskeln gegeneinander beweglichen Kiefern, deren freier Rand mit Fig. 9. Kopfende des Blutegels. Nach Gr ebben. Mundhöhle aufgeschnitten, um die 3 Kieferplatten zu zeigen. Zähnchen besetzt ist. Der Oesophagus der Rhynchobdelliden ist als Rüssel aus- stülpbar. Der Anfangsdarm der Kieferegel enthält auch Speicheldrüsen, deren Sekret das Gerinnen des Blutes der angefallenen Beutetiere verhindert. Ein Muskelmagen am Ende des Oesophagus ist bei den Hiru- Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Band I. dineen gewöhnlich vorhanden; oft findet sich an ihm eine Anzahl von Blindsäckchen. Der Anfangsdarm der Echiuroidea ist als einfacher Schlundabschnitt ausgebildet, ebenso der mit Papillen oder hakenförmigen Zähnen besetzte der Sipunculidae. Die Priapulidae dagegen besitzen wieder einen muskulöse Papillen und Zähne tragenden Schlundkopf. Der IVIitteldarm ist in den meisten Fällen ein gerades einfaches Rohr ohne Anhänge, das bei den Archianneliden und Chaeto- poden durch die herantretenden Septen meist intersegmental eingeschnürt wird; nur wenige Polychaeten (Amphictenidae, Ammotrypane, Sternaspis) besitzen einen gewundenen Mitteldarm. Bei den Aphro- ditidae erweitert sich derselbe segment- weise jederseits zu einem langen Blindsack, dessen mit weiteren kurzen Aussackungen versehenes Ende bis in die Parapodien reicht. Ein Nebendarm, der parallel mit dem Mittel- darm verstreicht und vorn und oft auch hinten in ihn einmündet, findet sich bei Capitel- 1 i d e n und E u n i c i d e n. Auf der Dorsal- seite der Lumbricidae läuft eine rinnen- förmige Einsenkung (TyphlosoMs), durch welche die resorbierende Darmoberfläche vergrößert wird. Der Mitteldarm der Hiru- dinea ist entweder segmentweise einge- schnürt, oder er trägt, so bei Hirudo, in jedem Segment ein Paar blindsackartiger Erweiteningen, die nach hinten zu durch mehrere Segmente reichen können und deren letztes Paar besonders lang ausgebildet ist. Mitunter schließt sich bei den Hirn dineen an diesen Teil des Darmes noch ein manchmal mit Blindsäcken versehener Chylusdarm. Die Echiuroidea besitzen einen ziemlich langen, deshalb in Windungen gelegten Mitteldarm, dem ein vorn und hinten in ihn mündender Nebendarm parallel geht, und auch die Sipunculidae haben einen langen zu einer spiraligen Schleife gedrehten Mitteldarm, während dieser bei den Pria- pulidae gerade verläuft. Bei allen Sipun- culoidea wird der Mitteldarm durch zwi- schen ihm und der Leibeswand ausgespannte Fäden in seiner Lage gehalten. L-gendwelche besonders abgesetzte Mitteldarm drüsen sind nirgends bei Anneliden vorhanden. Der Enddarm ist ein einfaches Rohr, das terminal, nur bei manchen Amphinomidae und Aphroditidae, auch bei den Hiru- dinea infolge der Anwesenheit des hinteren Saugnapfes mehr dorsal, durch den After nach außen mündet. Bei den Echiuroidea wird das letzte Stück des Darmes durch die Einmündung der Exkretionsorgane zur Klo- ake, und bei den Sipunculoidea besitzt der Enddarm 2 Analdrüsen. Ig) Blut- und Atmung. Ein Blut- gefäßsystem fehlt nur selten (Glycera, 28 434 Annelidae Capitella, Polycirrus). Immer ist e? ein' geschlossenes und zeigt es ein bestimmtes Schema der Anordnung, das bei den Archi- anneliden und Protochaeten rein bei- behalten wird, bei den übrigen Anneliden durch spezielle Differenzierungen oft eine kompliziertere Gestalt annimmt. Fuchs 1906 gibt eine Uebersicht über die Topographie der Chaetopodengefäße. Es setzt sich zu- sammen aus einem kontraktilen dorsalen und einem ventralen Längsgefäß, die durch inter- segmentale paarige Schlingen miteinander in Verbindung stehen, meist auch noch mit einem den Darm umgebenden Blutsinus Fig. 10. Querschnitt durch den Eumpf von N er e 1 s. ^'ach B e n h a m . Blutgefäße schwarz. (Cirratulidae, Terebellidae, Ophelii- dae, Spionidae, Serpulidae) oder einem wohl aus einem solchen hervorgegangenen Darmgefäßnetz kommunizieren. Bei den Polychaeten, deren Rückengefäß manch- mal doppelt ist, finden sich dann noch Ge- fäße, welche die Parapodien und Kiemen Splanchnopkura Somatopleura dorsales Blutgefäß im dor> Mesenterium dorsale Längsmuskeln Tansversalmuskeln Nephridium ventrale Längs- muskeln ventr. Blutgefäß im Bauchstrang ventr. Mesenterium Fig. 10 a. Querschnitt durch ein Rumpfsegment von Polyg ordius. mit Blut versorgen, auch pflegen bei ihnen ebenso wie bei den Oligochaeten am Bauchnervenstrang und an den Seiten des Körpers besondere Gefäße entlang zu ziehen. Im Rückengefäß mancher Polychaeten liegt als Herzkörper eine Einwucherung von pigmenthaltigen PeritonealzeUen, die vielleicht auch als Klappe fungiert. Klappen- artige Bildungen, die das Zurückfließen des Gefäßinhaltes verhindern, finden sich auch sonst vieKach bei den Chaetopoden. Der Inhalt des Gefäßsystems wird durch die Kontraktionen des Rückengefäßes nach vorn bewegt und fließt im Bauchgefäß zurück. Selten sind bei den Polychaeten auch einige der intersegmentalen Schlingen kon- traktil, was dagegen die Regel ist bei den 5 bis 8 in der Genitalregion der Lumbriciden liegenden seitlichen Schlingen. Das beson- ders von Johansson und Oka untersuchte Blutgefäßsystem der Hirudinea steht in engem Zusammenhang mit der äußerst reduzierten Leibeshöhle und ist bei den Gnathobdelliden vielleicht ganz in dieser aufgegangen. Im Rückengefäß der Rhyn- chobdelliden finden sich auch Klappen. Die Echiuroidea besitzen einen den vor- deren Teil des Mitteldarmes umgebenden Darm bin tsinus, der nach vorn zu in ein Rückengefäß übergeht, das durch 2 seitliche Schlingen mit dem Bauchgefäß in Verbin- dung steht, welches durch den ganzen Rumpf nach hinten zieht und durch eine Schlinge mit dem Darmsinus kommuniziert. Das Gefäßsystem der Sipunculoidea ist auf einen ringsgeschlossenen Darmsinus reduziert. Das sich in dem Gefäßsystem bewegende Blut ist entweder farblos oder durch seinen Gehalt an gelöstem Hämoglobin rot gefärbt ; bei Chloraemidae, Sabellidae und Ser- pulidae dagegen wird die rote Farbe durch eine grüne .verdeckt. Tiefrot ist das Blut von Lumbricus und Hirudo. Mitunter flottieren farblose Zellen oder sonstige Blut- körperchen in der Flüssigkeit. Bei den gefäß- losen Polychaeten führt die Cölomflüssig- keit hämoglobinhaltige rot gefärbte Zellen, welche das Blut ersetzen. UeberaU bei den Anneliden hat das Blut in erster Linie eine respiratorische Funktion. • Die Atmung geschieht wohl in den meis- ten Fällen einfach durch die Vermittelung der Haut. Bei zahlreichen Polychaeten wer- den besondere Stellen derselben, vor allem auf der Dorsalseite der Parapodien und auf dem Rücken von einem reichentwickelten Gefäßsystem durchzogen, was dann bei manchen dieser Würmer zur x\nsbildung besonderer respiratorischer Fortsätze, der Kiemen führt (s. Fig. 2), die faden-, baum- oder fiederförmig sich an vielen oder nur einigen Segmenten des Körpers finden. Bei den Glyceridae sind sie einstülpbar. Auch einige Oligochaeten besitzen solche oft retraktilen Kiemen, unter den Hirudineen aber nur Branchellion und Cystibran- chus. Neben dieser Haut- und Kiemen- atmung findet sich namentlich bei Poly- chaeten ziemlich häufig eine Atmung mit Annolidae 435 Hilfe des Darmes, wobei manchmal rhyth- misch in dessen Anfangs- oder Endteil Atem- wasser aufgenommen wird. ih) Nephridien. Als Exkretions- 0 rg an e fungieren die Nephridien (Segmental- organe), die ursprünglich in allen Segmenten mit Ausnahme der ersten und letzten paar- weise auftreten. Ein solches Nephridium stellt in der Hauptsache einen geraden oder ge- wundenen Kanal dar, der durch einen Wim- pertrichter (Nephrostom) in die Leibeshöhle und durch einen die Haut durchsetzenden Ponis nach außen mün- det. Dabei durchbricht der Kanal gleich hinter dem Nephrostom das | hintere Septum des Seg- mentes, in dem seine innere Mündung liegt, und verläuft mit seinem Hauptteile in dem näch- sten Segment, in der ; Seitenkammer, wenn eine solche vorhanden, Fig 11. Schema wo er auch nach außen der Segmentalorgane münclet. Kurz vor dieser äußeren Mündung pflegt er sich zu einer kleinen Harnblase zu er- '■ weitern. Goodrich vor allem hat 1895 bis 1900 die Exkretionsorgane der Anneliden ausführ- lich beschrieben, Vejdovsky 1900 ihre Entwickelung untersucht. Bei Dinophilus und manchen Poly- chaeten (Glyceridae, Phyllodocidae) sind die Nephridien gegen das Cölom zu ge- schlossen und besitzen statt des Wimper- trichters sogenannte Solenocvten, das sind eines Anneliden. Nach S e m p e r. Wimperzelle rchen phridialkanal Fig. 12. Solenocji;en von Glyceia. Nach Goodrijch. Zellen, die zylindrische Röhrenfortsätze tra- gen, m deren Lumen eine plasmatische Geißel schwingt. In den Segmenten der Capitel- liden können mehr als ein Paar von Nephri- dien vorhanden sein, während andererseits bei manchen Polychaeten diese Organe auf bestimmte Körperregionen beschränkt sind. So liegen in der thorakalregion der jTerebellidae meist 3 Paar großer Nephri- ' dialkanäle mit kleinen Wimpertrichtern, in der der Cirratulidae und Serpulidae sogar nur 1 Paar. Bei Lanice conchilega verbindet jederseits ein Längskanal die 4 Nephridien der hinteren Thorakakegion. (roodrich fand bei Nereis außer den Nephridien noch dorsale Wimperorgane (s, Fig. 10), die über den Rückenlängsmuskeln als Kanäle mit sehr weiter Oeffnung und ohne permanente Ausmündung nach außen viel- leicht weniger der Exkretion als vielmehr der Ausführung der Geschlechtsprodukte dienen. Auch die Oligochaeten besitzen solche Segmentalorgane, deren Kanäle durch be- sondere Differenzierung ihrer Wandzellen oft in mehrere Abschnitte gegliedert werden (Meganephridien). Manche Megascolecidae fuhren mehrere Nephridien in einem Segment, die ebenso wie die vieler anderer Oligochae- ten mit den vorhergehenden und folgenden durch Kanäle verbunden sein können.' Auch findet sich manchmal in einem Segment eine sehr große Anzahl kleiner Nephridialtrichter, deren Kanäle ein Netzwerk bilden, um dann mitunter durch mehr als 100 Oeffnungen in einem Segment nach außen zu münden (Mikronephridien). Manche Nephridial- kanäle der Oligochaeten führen auch in den Darm. Bergh bearbeitete vielfach die Exkretionsorgane der Oligochaeten. Bei den Hirudineen sind die Kanäle der Segmentalorgane mehrfach gewunden (Schleifenkanäle). Ihre von ihnen getrennten Nephrostome, die neuerdings von Loeser beschriebenen sogenannten Wimperorgane, pflegen in eine mit der Ventrallakune der Leibeshöhle zusammenhängende seitliche La- kune (Perinephrostomialsinus) zu münden. Die Harnblase ist hier gewöhnlich ziemlich groß. Bei den Gnathobdelliden finden sich meist 17 Paar solcher Schleifenkanäle. Branchellion und Pontobdella weisen untereinander netzförmig verbundene Seg- mentalorgane auf. Die Echiuroidea besitzen 1 bis 4 Paar I von ventral ausmündenden Nephridien, [(Echiurus 2, Thalassema 4, Bonellia nur 1 unpaares), die metamer angeordnet ! noch die ursprüngliche Segmentierung an- deuten. Zu chesen kommt dann noch 1 Paar großer Nephridien (Analschläuche), die mit , dem Enddarm zusammen in die Ivloake [münden. Die Exkretionsorgane der Si- punculoidea liegen in der Gegend des Afters in Gestalt von 2, seltener nur 1, ven- tral ausmündenden Bauchdrüsen. Bei den Priapulidae öffnen sie sich nicht in die Leibeshöhle, sondern sind mit Solenocyten besetzt. Außer diesen eigentlichen Exkretions- organen beteiligen sich noch andere Organe 28* 436 Aimelidae an der exkretorischen Tätigkeit, so bei den Polychaeten besondere Stellen des Peri- toneums (Chloragogendrüsen), deren mit Endprodukten des Stoffwechsels beladene Zellen sich ablösen, in die Leibeshöhle ge- langen und durch die Nephridien nach außen entleert werden. Solche mit grünlichen Körnchen gefüllte Chloragogenzellen be- kleiden in großer Zahl die Darmgefäße der Oligochaeten und bilden als Bothryoidal- gewebe den Wandbelag der den Darm der Hirudineen umgebenden Lakunen. Wahr- scheinlich hat auch der Herzkörper im Rük- kengefäß der Polychaeten eine • exkre- torische Funktion. Grobben 1888 unter- suchte die Perikardialdrüsen der Chaeto- poden, D. Rosa die Chloragogenzellen der Oligochaeten. In der Leibeshöhle der Sipunculidae finden sich mit Cilien be- setzte napfförmige Gebilde, die Urnen, die weil mehrzellig und sich teilend, zeit- weilig für Parasiten gehalten, wenn auch nicht gerade exkretorisch tätig sind, so doch allerlei Partikelchen in der Cölomflüssigkeit festhalten und agglutinieren. I i) G 0 n a d e n u n d Fortpflanzung. Die Geschlechtsorgane der Anneliden 'sind meist sehr einfach. Oft bestehen sie nur aus den Keimstöcken; in anderen Fällen kommen zu diesen noch Ausführgänge für die Geschlechtsprodukte. Die Archianne- liden, Protochaeten, Polychaeten, Echiuroidea und Sipunculoidea sind ge- trennt geschlechtlich, eine Ausnahme machen nur wenige zwittrige Formen, wie Polygor- dius triestinus, Protodrilus, einige He- sionidae, Ophryotrocha, Amphiglena, Amphicora, Haplobranchus, Protula, Salmacina, Spirorbis u. a. Dagegen sind stets zwittrig die Oligochaeten und Hirudineen. Aeußerhch unterscheiden sich die Geschlechter der Polychaeten in der Regel nicht (Ausnahme einige Polynoinae). Wohl aber läßt sich im Zustand der Ge- schlechtsreife bei vielen Polychaeten das Geschlecht an der Färbung erkennen, in dem die männhchen Würmer infolge der durch- schimmernden weißlichen Spermamassen hell, die weiblichen aber von den in der Leibeshöhle aufgespeicherten Eiern gelblich, grünlich oder bläulich erscheinen. Die Geschlechtsdrüsen entstehen als Wu- cherungen bestimmter Teile des Peritoneums und kommen paarweise in zahlreichen oder nur wenigen Segmenten gewöhnlich der mittleren Körperregion vor, meist in der Nähe des ventralen Gefäßes oder dessen Abzwei- gungen, manchmal auch an besonderen blindendenden Verästelungen der seitlichen Gefäßschhngen oder in der Nähe der Ne- phridien. Die Geschlechtsprodukte fallen bei den Polychaeten in die Leibeshöhle, wo sie eventuell erst ihre volle Reife erlangen, und werden durch die Nephridien oder durch besondere, diesen ganz ähnhch gebaute Kanäle mit großen Wimpertrichtern entleert (G o o d - richs Gonodukte und Cölomodukte). Die männhchen Protochaeten haben etwas kompliziertere Geschlechtsausführgänge, die mit je einer Vesicula seminahs und je einem als Kopulationsorgan dienenden Penis in Verbindung stehen, während bei den Weibchen Receptacula seminis vorhanden sind, von denen aus die noch unreifen Eier im Ovarium befruchtet werden. Auch die Capitelliden besitzen in beiden Geschlechtern Kopulationsorgane. Bei man- chen Polychaeten mit innen geschlossenen Exkretionsorganen verbindet sich mit deren Kanälen zur Zeit der Reife ein Wimper- trichter, der nun die Ausleitung der Ge- schlechtsprodukte ermöghcht. Die Ge- schlechtsausführgänge der Terebellidae, Cirratulidae und Serpulidae hegen in der Abdominalregion dieser Würmer. Bei P 0 ly g 0 r d i u s werden die Geschlechts- produkte einfach in der Weise entleert, daß die Leibeswand an einer oder mehreren Stellen reißt, so daß die Eier oder das Sperma hinaus- gelangen können. Der hinter der Bruchstelle liegende Teil des Körpers geht zugrunde, während der vordere dann das Fehlende rege- neriert. Die Entleerung der Geschlechts- produkte geschieht bei Clistomastus auf die gleiche Weise, doch ist es ein ganz bestimmtes, durch einen Schnürrauskel aus- gezeichnetes Segment, an welchem das Hinterende abreißt. Diese Verhältnisse leiten über zu den Erscheinungen, die bei manchen anderen Polychaeten die Regel sind, und als Epitokie (Epigamie) bezeichnet werden. Es bildet sich bei diesen Würmern zur Zeit der Geschlechtsreife die eine Körperhälfte, meist die hintere (Phyllodocidae, He- sionidae, Lycoridae, Syllidae, Euni- cidae, Glyceridae und Cirratulidae), seltener die vordere (Ceratocephale os- sawai, japanischer Palolo, vgl. Izuka 1903 und 1905) zu einem schwimmfähigen Organis- mus um (sogenannte epitoke Strecke), vor allem durch blattartige Verbreiterung der Parapodien und ihrer Anhänge und durch das Auftreten von Borsten mit breiten schauf ei- förmigen Anhängen (Schwimmborsten). Dabei pflegen dann die Geschlechter in ver- schiedener Weise umgebildet zu werden, so daß die reifen Männchen sich von den reifen Weibchen unterscheiden (Geschlechtsdimor- phismus). Bei Nereis dumerilii wechseln nicht umgewandelte geschlechtsreife Genera- tionen mit umgewandelten ab (Heterogonie), auch kann ein und dasselbe Tier zweimal geschlechtsreif werden, einmal ohne sich umzuwandeln, dann in der epitoken Form (Dissogonie). Während nun bei den meisten der oben genannten Famiüen die so ver- Annelidae 4S7 änderten Individnen schwimmend an die Oberfläche des Meeres wandern, um dort ihre Geschlechtsprodukte abzulegen, bleibt bei anderen das Vorderende am Boden, das mit Sperma oder Eiern gefüllte Hinterende dagegen reißt ab und schwimmt allein nach oben (Schizogonie). Das ist vor allem der Fall bei den Schwimmknospen von Syllis hamata und bei den pazifischen Palolo- würmern, Eunice viridis und dubia von Samoa, sowie bei dem atlantischen Palolo, Eunice fucata, den A. G. Mayer be- schrieb, die alle noch das merkwürdige Ver- halten aufweisen, daß sie nur an bestimmten, mit dem Phasenwechsel des Mondes zusam- menhängenden Tagen des Jahres in unge- heurer Menge schwärmen, welche Gewohn- heit besonders von Friedländer und Krä- mer ausführhch beschrieben wurde. Bei manchen Syllidae geht die hier angezeigte Kichtung der Umbildung noch weiter, indem der umgewandelte hintere Teil einen eigenen Kopf ausbildet und so zu einem ganz selbständigen Tier wird. Schließhch kann sich dieser Prozeß gleich- zeitig mehrmals an demselben Muttertier (Stock, Amme) wiederholen, so daß ganze Ketten von zunächst noch zusammenhängen- den, stets gleichgeschlechtlichen Geschlechts- tieren (Stolonen, Zoi- den) entstehen (Gem- miparie). Ehe man diesen Zusammen- hang erkannt hatte, wurden die weiblichen Zoide von Autoly- tus einer besonderen Gattung Saccone- reis, die männlichen ebenso einer Gattung Polybostrichus zu- gerechnet. Ebenso werden bei Myria- nida die Geschlechts- tiere durch eine solche Stolonisation gebildet, doch hat man sowohl hier als auch bei Autolytus eine Bildung von Geschlechtsprodukten in dem Stammtier beobachtet, so daß dieses also sowohl direkt geschlechtlich als auch auf dem ungeschlecht- lichen Wege der Stolonisation Nachkommen- schaft erzeugen kann. Wie nun diese Stolonenbildung eine Art ungeschlechtlicher Fortpflanzung darstellt, so kommt eine solche auch bei anderen Poly- chaeten vor in Gestalt einer einfachen Teilung, wobei das hintere kopflose Stück einen neuen Kopf ausbildet (Filograna, Salmacina, Ctenodrilus). Auch die laterale Knospung bei Syllis ramosa, wo seitlich an den Rumpfsegmenten neue Tiere gebildet werden, sodaß baumförmig verästelte Kolonien entstehen, und die Fig. 13. Ctenodrilus monostylos in Quer- teilung. Nach Zeppe- lin. ventroterminale Knospung bei Trypano- syllis, wo etwas vor dem Hinterende ganze Büschel jnnger Zoide knospen, müssen wohl hierher gerechnet werden. Die sehr interes- santen Reproduktionserscheinungen der Syl- liden hat Potts 1911 zusammengestellt. Während alle übrigen Polychaeten Eier ablegen, bringen Syllis vivipara, Cirratulus chrysoderma, Marphysa sanguinea, Nereis diversicolor und manchmal wohl auch Nereis dumerilii lebende Junge zur Welt. Manche Poly- chaeten zeigen eine xVrt Brutpflege, indem sie die Eier in ihren Röhren ablegen, be- fruchten und die heranwachsenden Jungen dort schützend bewachen, oder in dem sie die sich entwickelnde Brut eine Zeitlang mit sich herumtragen, so Exogone und Piono syllis an den Baucheirren, Grubea auf dem Rücken, Autolytus in einem ven- tralen Brutsack, der durch eine besondere Sekretausscheidung gebildet wird. Bei Salmacina und Spirorbis entwickeln sich die Eier in dem Operkulum, einem zu einem Verschhißdeckel der Wohnröhre umgebildeten Kiemenfaden der Tentakelkrone. Die Geschlechtsorgane der zwittrigen Oligochaeten liegen in bestimmten Seg- menten der vorderen Körperregion, die männ- lichen stets vor den weiblichen. Bei den einzelnen Individuen werden Eier und Sperma zu verschiedenen Zeiten reif, so daß eine Selbstbefruchtung ausgeschlossen ist. Es sind 1 bis 2 Paare Hoden und Ovarien vor- handen, aus denen die Geschlechtsprodukte durch Kanäle mit inneren Wimpertrichtern nach außen entleert werden können. Die Ge- schlechtsorgane bei den kleineren Formen von einfachem Bau (Aeolosoma mit ein- fachen ventralen Poren zum Entleeren der Vesiculae semiiialcs Receptaculum seminis Sanientrichter, darüber d. Hoden Vas Ovidukt, darüber deferens d, Ovarium Fig. 14. Gesclüechtsorgane von Regenwurm. Nach E. Herino;. Eier) sind bei den meisten Oligochaeten, vor allem bei den Lumbriciden kompli- zierter. Lumbricus besitzt ein Paar Ova- rien im 13. Segment, deren Ovidukte im 14. ausmünden, und je 1 Paar Hoden im 10 und 11. Segment, denen je 1 Paar Wimper- 438 Aiinolidao trichter gegenüberliegen. Die von diesen gerade nach hinten ziehenden Kanäle ver- einigen sich jederseits zn einem Vas deferens, das im 15. Segment anf einer ventralen Papille ansmündet. Die Hoden und ihre Wimpertrichter liegen in unpaaren Blasen (Samenkapseln), die rechts und links je 3 Blindsäcke (Vesiculae seminales), Aus- stülpungen der entsjjrechenden Dissepimente aufweisen. Zum weiblichen Geschlechts- apparat sind noch 2 Paar Samentaschen (Receptacula seminis) zu rechnen, die zwi- schen dem 9. und 10. und zwischen dem 10. und 11. Segment münden und einfache blindsackartige Einstülpungen der Haut dar- stellen. Es findet bei dem Regenwurm im Juni oder Juli eine Kopulation statt, bei der die beiden Würmer sich mit der Bauchseite in entgegengesetzter Richtung so aneinander legen, daß die Samentaschen eines jeden in der Gegend des Clitellums des Partners zu liegen kommen. Das ausfließende Sperma gelangt durch AVimperrinnen in die Samen- taschen des anderen Tieres, worauf sich beide trennen. Später bildet dann jeder für sich aus dem von seinem Clitellum abgeschiedenen Schleim einen Kokon, in welchem er seine Eier mit dem aufbewahrten Sperma des anderen Wurmes befruchtet. Manche Oli- gochaeten scheiden in diese Kokons auch noch eine eiweißartige Substanz ab, die zur Ernährung der sich entwickelnden Jungen dient. Es sei hier noch erwähnt, daß manche Oligochaeten ihr Sperma in Form von Samenpatronen (Si)ermatophoren) ablegen. Auch bei den Oligochaeten geht neben der geschlechtlichen eine ungeschlechtliche Vermehrung einher, indem sich vor allem die Naididae und Aeolosomatidae durch Teilung fortpflanzen; allerdings werden auch hier diese ungeschlechtlichen Generationen im Herbst abgelöst von sich geschlechtlich vermehrenden, so daß auch wieder ein Gene- rationswechsel vorliegt. Nach K 1 e i n e n b e r g teilen sich die sich furchenden Eier von Lumbricus trapezoides, so daß aus je einem Ei mehrere Embryonen hervorgehen. Die Geschlechtsorgane der zwittrigen Hi- rudineen bestehen ebenfalls aus mehreren Hodenpaaren und 1 Paar Ovarien. Bei Hirudo sind 9, selten 10 Paar Hoden vor- handen in Gestalt von rundlichen Bläschen, deren Ausführungsgänge in 2 nach vorn ziehende Vasa deferentia führen. Letztere sind vorn aufgeknäuelt (Nebenhoden) und etwas erw'citert zu Samenblasen, dann ver- einigen sie sich in Form eines ausstülpbaren Ductus ejaculatorius zu dem unpaaren, bei Herpobdella und Rhynchobdellidae 2- zipfeligen, bei vielen " Gnathobdellidae U-förmig gebogenen Penis, der vor seiner in der ventralen Mittellinie gelegenen Aus- mündung mit einer Drüse (Prostata) ver- sehen ist. Hinter der männlichen Geschlechts- öffnung liegt die ebenfalls unpaare weibhche, in der bei den Rhynchobdelliden die beiden langgestreckten Ovarien ausmünden. Bei den Gnathobdelliden führen 2 Ovi- dukte die reifen Eier aus den beiden kleinen Ovarien in einen mit einer Eiweißdrüse verbundenen Kanal, der sich zu einer Vagina erweitert, in die bei der Kopulation der männ- liche Begattungsapparat eines anderen In- dividuums eingeführt wird. Der männliche Apparat der Rhynchobdellidae und von Herpobdella scheidet eine Spermatophore Prostata Nebenhoden Vas deferens Hoden Vagina Ovarium Fig. 15. Geschlechtsorgane des Blutegels. Nach G r 0 b b e n. aus, deren chitinige röhrenförmige Hülle in die Haut des Partners gestoßen und so befestigt wird. Das Sperma gelangt dann, wie es Whitman 1891 untersucht hat, durch die Leibeshöhle unter Durchbohrung der Wände der Ovarien in dieselben und befruch- tet die Eier. Auch hier läßt zur Zeit der Ei- ablage die drüsenreiche Haut der Genital- region einen Schleimkokon entstehen, in den die befruchteten Eier zusammen mit einer eiweißartigen Substanz abgesetzt werden. Manche Hirudineen bilden aber keine Kokons, sondern heften ihre Eier an Steine oder Pflanzenteile. Glossosiphonia trägt die mit ihrem hinteren Saugnapf angehefteten Jungen an ihrer Bauchseite mit sich hemm. Die Geschlechtsdrüsen der Echiuroidea entstehen als unpaare und nur in der Einzahl vorkommende Wucherungen in dem Peri- tonealepithel oberhalb des Bauchgefäßes im hinteren Körperabschnitt. Die ventralen Nephridien fungieren als Uterus resp. als Vesiculae seminales, indem sie die in das Cölom entleerten Geschlechtsprodukte nach außen führen. Bemerkenswert ist der Ge- schlechtsdimorphismus von Bonellia, bei der das Männchen im Verhältnis zum Weib- chen äußerst klein ist und außer dem gewaltig entwickelten Hoden und dessen Ausführungs- Annelidae 439 gang nur rudimentäre Organe besitzt. Ge- wöhnlich halten sich diese Männchen zu mehreren in dem Uterus des Weibchens auf. Auch bei den Sipunculoidea führen die beiden in der Aftergegend gelegenen Nephri- dien die Produkte der beiden an der Basis der ventralen Retraktoren des Vorderendes entwickelten Geschlechtsdrüsen aus, nachdem diese durch Vermittelung des Cöloms in sie gelangt sind. Die Keimdrüsen der Priapu- lidae sind mit den Wimpertrichtern der beiden sonst geschlossenen Nephridien ver- wachsen, so daß auch hier die Exkretions- organe gleichzeitig die Rolle von Ei- und Samenleitern übernehmen. 2. Ontogenie. 2 a) E i n 1 c i t u n g. Zwei Entwicklungsformen. Be- deutung der ,, T r 0 c h 0 p h 0 r a ". Während die Oligochaeten und Hiru- dineen eine mehr oder weniger direkte Entwicklung innerhalb des Eikokons durch- machen, wobei es nur zu ,, larvenähnlichen" Embryonalstadien kommt, entwickeln sich dieArchianneliden, Polychaeten, Echi- uriden und Sipunculiden vermittels einer typischen freischwimmenden Larve, der T r 0 c h 0 p h 0 r a. Die Trochophora (Fig. 16) stellt einen kugeligen oder interpolar abge- platteten Körper dar, dessen Aequator von dem Hauptwimperkranz (Prototroch) umzogen wird. Mund Seid. Län:;<- nerv (2 Paar lerRad.-Nerv.) Seitlicher Längsmuskel Larvale Nephridien Mesoderm-Streifen R u m pf- Zap f en Fig. 16. Trochophora -Larve von Polygordius. Ferner liegt in dieser äcpiatorialen Wimper- region der breite, schlitzförmige Mund der Larve. Am oberen Pol befindet sich eine Verdickung des sonst dünnwandigen Epithels, die Scheitelplatte. Am unteren Pol liegt der After, umgeben von der zapfenförmigen Anlage des Wurmrumpfes. Im Blasto- cöl, welches den Hohlraum der Larve bildet, liegt der kugelförmige Magen, mit dem Munde durch einen schräg aufsteigenden Oesophagus verbunden, während zum After sich der Enddarm erstreckt. Im Blastocöl finden sich ferner einige Muskel- und Binde- gewebszellen, sowie die larvalen Nephri- dien. Der Wandung des ektodermalen Rumpfzapfens liegen von innen die beiden Mesodermstreif en an. Diese indirekte Entwicklungsform müssen wir als die ältere betrachten, erstens weil die Oligochaeten und Hirudineen ihrer Morpho- logie und Lebensweise nach von den ursprüng- licheren Archianneliden und Polychaeten abzuleiten sind, zweitens weil wir ganz ähnliche Larvenformen auch bei anderen wurmartigen Tieren (Bryozoen, Brachio- poden, Phoronis), ferner bei dem großen Stamm der Mollusken (mit Ausnahme der am meisten differenzierten Gruppen), sowie bei den Enteropneusten finden. Drittens zeigt die typische Trochophora insbe- sondere der Archianneliden sowohl in ihrer Entwicklung (Anlage der Wimperorgane) als in ihrer Organisation (Scheitelorgan mit 8 Radiärnerven) Merkmale, welche auf die Herkunft aller dieser Formen von turbel- larien- oder ctenophorenähnlichen Vor- fahren hinzuweisen scheinen (vgl. den Ar- tikel ,, Wurm er"). Bei dieser Sachlage erscheint es zweckmäßig, wenn wir bei un- serer Schilderung der Aunelidenentwicklung hauptsächlich die bei den Polychaeten und Archianneliden gefundenen Verhältnisse be- rücksichtigen. 2b) Die Furchung des Eies bis zum 64-Zellen-Stadium. Die Furchung ist am besten bei den indirekt sich entwickelnden Amieliden bekannt, sie folgt hier dem spiral ig -radiären Typus, der auch für viele andere Tiere: Mol- lusken, Polycladen, Nemertinen usw. gilt, m\ä auf den sich auch die noch nicht so gut bekannte Fm'chmig der Oligochaeten und Hirudineen wdrd beziehen lassen. Die Eier fmchen sich, wenn viel Dotter vor- handen ist, von vornherein in äqual; seltener ist der Dotter gering entwickelt, dann fmden ■wir eine mehr oder minder ausgesprochen äquale Furchung (Polygordius, Podarke, Lepidonotus). Die Gestalt des imbefruchteten Eies ist zumal bei den letztgenannten Formen häufig linsenförmig; bei der weiteren Entwickehmg runden sie sich dann entweder ab (Podarke), oder sie flachen sich bis zm^ Gastrulation immer mehr zur Scheibenform ab (Polygordius: Fig. 18 c). Trotz aller Verschiedenheiten der Form mid des Dottergehaltes verläuft jedoch die Fmchung durchweg in folgender Weise. Die beiden ersten Teilungen liefern 4 in einer Ebene liegende Zellen, die den Aus- gangspunkt der hier vorliegenden Differenzie- rungsart bilden. Sie werden als ABCD bezeich- net; jede teilt sich in Uebereinstimmimg mit den drei anderen weiter, so daß man später vier zunächst gleichartige ,, Quadranten" des sich bildenden Embryos unterscheidet. Die Zelle D und der daraus sich entwickelnde D- Quadrant 440 Aimelidae ist häufig durch besonderen Umfang ausgezeich- net. Sie nimmt die dorsale Fläche des Embryos ein, während B ventral, A mid C lateral gelegen sind. Der dritte Teilungsschritt liefert 8 Zellen, die in zwei Ebenen übereinander liegen. Die oberen, d. h. dem später oberen, animalen Teil des Embryos zugehörenden Zellen sind meistens kleiner als die Zellen der miteren, vegetativen Keimhälfte. Man unterscheidet daher ,,Micromeren" und ,,Macromeren" imd bezeichnet die vier oberen Zellen des 8-Sta- diums als das ,, erste von den Macromeren abgeschiedene ^licrnmcrenquartett". Es liegen mm nicht die Micromeren gerade über den zugehörigen Macromeren, sondern jede weicht von dem die mitere Schwesterzelle schnei- denden Meridian nach rechts (also im Sinne der Uhizeigerbewegung) ab, wenn wir das Ei vom oberen Pol her betrachten. Diese ,,dexio- trope" Abweichimg bewirkt nun, daß die oberen Zellen genau in die Zwischenräume zu liegen kommen, welche die oberen Kuppen der 4 Macro- meren zwischen sich frei lassen. Im weiteren Ver- lauf der Fmchmig wird durch regelmäßig ab- wechsebide ,,läotrope" (nach links abweichende) imd dexiotrope Furchung bewirkt, daß immer wieder die jeweils oberen Zellen in solche Zwischen- räume der unteren einrücken, so daß eine über- aus vollkommene Raumausnützung zustande- kommt. Vierter Teilungsschritt. Die 8 Zellen des ersten Quartetts teilen sich gleichzeitig mit den 4 Macronieren, von welchen jetzt das zweite Micro merenquartett sich abtrennt; Resultat: 16 Zellen (Fig. 17). Fig. 17. Sechzehnzellen-Stadium von Areni- cola cristata. Nach Child. Vom oberen (animalen) Pole gesehen. Die Grenzlinien der Micromeren sind ausgezogen , die der Macro- meren punktiert. Die Ursprungszellen der Trachoblasten sind durch Punktierung gekenn- zeichnet. Fünfter Teilungsschritt: Die 8 Zellen des ersten Quartetts, die 4 Zellen des zweiten Quartetts und die 4 Macromeren teilen sich gleichzeitig, wobei von letzteren das dritte Quartett produziert wird; Resultat: (8 + 4 + 4) x 2 = 32 Zellen (Fig. 18a). Der sechste Teilungsschritt wird wenig- stens bei den dotterarmen Eiern von Podarke un d P 0 1 y g 0 r d i u s no ch regulär durchgeführt, indem die 16 Zellen des ersten, die 8 Zellen des zweiten und die 4 Zellen des dritten Quartetts sich migefälii- gleichzeitig mit den Macromeren teilen, welch letztere nun das vierte Quartett entstehen lassen. Residtat: (16+8 + 4+4) x 2 = 64 Zellen (Fig. 18b). Bis zu diesem Stadium liegt der Embryo ohne äußere Bewegung in seiner Eihaut; jetzt aber hat er funktionsfähige Bewegungsorgane in Gestalt von 4x4 Wimperzellen (den sogenann- Eihaut Richtungskörper Blastocöl Eihaut Rosette Biastocöl Fig. 18. Optische Längsschnitte durch Fur- chungsstadien von Polygordius. a 32 Zellen, b 64 Zellen, c fertige Blastiüa. ten primären Trochoblasten des ersten Quar- tetts) erhalten. Er wird damit fähig, die Eihülle zu verlassen und das Larvenleben zu begiimen. Die eigentliche Embryonalzeit (embryonale Furchmig) kann deshalb z. B. bei Poly- gordius nur bis zu diesem Stadium gereclmet werden. Es folgt eine zweite Periode, die der ,,larvalen Fmchung", wälu'end welcher die junge Larve bereits frei herumschwimmt und deutliche positive Phototaxis zeigt. Zu diesen Bewegmigen wird sie außer dmch die Trocho- blasten noch dmch ein zweites larvales Organ befähigt, dmch den am animalen Pol entstehenden langen Wimperschopf, der hauptsächlich als Sinnesorgan und Steuer zu dienen scheint. Noch in 3 anderen Beziehungen marldert dieses wichtige Stadium von 64 Zellen einen Absclmitt in der Ontogenie: Durch die Ausbildmig und Vorwölbmig der primären Wimperzellen prägt sich am Rande der Larve ein äquatorialer Zellring aus, durch welchen die obere, animale Zellkappe (spätere ,,Episphäre") scharf von der miteren, vegetativen Zellkappe (spätere ,,Hyposphäre" + Darmanlage) geschieden wird. Die Zellen der letzteren zeigen von jetzt an auch bei den äqual gefurchten Eiern ein größeres Volumen als die animalen Zellen (Fig. 18b). In einigen Fällen findet eme bedeutende interpolare Abplattmig während des folgenden Stadiums statt (Fig. 18 c). Die Zellteilungen innerhalb der verschiedenen Quartette sowie diejenigen der Macromeren (jetzt auch p]ntomeren genannt) verlaufen nicht mehr synchron. Einige teilen sich überhaupt Aimelidae 441 nicht weiter (die primären Trochoblasten), die anderen teilen sich in einem sowohl für die Quartette wie für die einzelnen Quadranten ver- schiedenen Tempo. Die Furchmig hört auf, dem Spiraltypus zu folgen, die weiteren Teihuigen gehen teils in radiärer (meridionaler) Richtmig, teils in deut- lich bilateralem Sinne vor sich (Fig. 23). 2c) Das Zellmosaik der fertigen Bla- stula. Lagerung und prospektive Bedeu- tung der Quartette. Durch einige weitere Teihuigen, zumal auf der vegetativen Eihälfte, wird das Ende des Blastulastadiums erreicht, das z. B. bei Poh'go rdius ein Mosaik von 112 Zellen darstellt (aus den Entomeren und aus 5 Quar- tetten gebildet). Diese Zellen sind in völlig ge- setzmäßiger Weise auf die 4 Quadranten ver- teilt; ich schicke zur Orientienmg voraus, daß Stammzellen", deren jede einem Quadranten angehört. Zwischen den Kreuzarmen liegen die radialen ,, Intermediärzellen ". Die Kreuzarmzellen teilen sich später in der Richtung der Meridiane weiter (Fig. 21). Die Rosettenzellen bilden den schon erwähnten apikalen Wimperschopf aus; sie und die benach- barten Kreuzzellen entwickeln sich zu der ,,Schei- Fig. 19. Schema der Quartettverteilung auf der vegetativen Seite einer Anneliden-BIastula. A, B, C, D die Entomeren. Vgl. Figur 22. wir- sowohl auf der animalen als auf der vege- tativen Blastulahälfte je 8 Radien miterscheiden müssen, die wir als die vier (median -lateralen) Hauptradien mid als die vier ,,Inter radien" (,,Trochoblast-"Radien) bezeichnen können. Die Verteihmg der Quartette auf diese Radien geht aus beistehendem Schema hervor; wir wollen weiterhin die Anordnmig der Zellen als ,, radial" mid ,, interradial" unterscheiden. Betrachten wir nun kurz den Anteil, welchen die 5 Quartette an dem Mosaik der Blastula imd an der späteren Organogenese nehmen. Das erste Quartett liefert einerseits die sämtlichen Zellen der Episphäre, andererseits in jedem Quadranten die 4 primären Trocho- blasten, die interradial angeordnet sind (Fig. 20). Die Episphärenanlage zeigt eine sehr auf- fällige Konfiguration, welche für die Trocho- phora-Entwickelung stets — auch bei den Mol- lusken — • besonders charakteristisch ist. Es liegen nämlich am oberen Pol vier kleine streng radial orientierte Zellen, die sogenannte ,,Ro- sette", und von den Winkeln dieses vierteiligen Sternes gehen vier interradiale größere Zellen (später Zellreihen) aus, die zusammen als ,, Kreuz" bezeichnet werden (Fig. 20 und 21). Die vier Rosetten Zellen und die vier ursprünglichen Kreuz- armzellen entstehen bei dem Teilungsschritt 32 bis 64 durch Spiralfurchimg der vier ,, apikalen Fig. 20. Uebergang vom 82- zum 64-Zellen- stadium von Arenicola cristata; vom oberen (animalen) Pole gesehen. In der Mitte die vier kleinen Zellen der ,, Rosette", davon ausgehend die vier ,, Kreuz"- Zellen la^^-, Ib^^- usw. Die primären Trochoblastzellen punktiert. Nach Child. telplatte" der Trochophora weiter. Aus der Scheitelplatte geht später der Kopfzapfen des Wmmes hervor, diese Teile des ersten Quar- tetts können daher als ,, Kopf keim" bezeichnet werden. Fig. 21. Weitere Gestaltung der Rosette, des Kreuzes (gestrichelt) und der Trochoblasten bei Arenicola. Nach Child. Die Zellen des zweiten Quartetts, am Aecjuator und auf der vegetativen Larvenseite radial angeordnet, fallen einerseits die Lücken 442 Amiclidae zwischen den 4 Tiochoblastanlagen aus imd verbinden andererseits die äquatoriale Zone mit dem vierten Quartett, das den Entomeren benachbart ist. Die Zellen dieses Quartetts erlangen besonders in dem dorsalen Quadranten (D) eine große Bedeutung, hier liefern sie nämlich entweder in ihi'er (iesamtheit die ,, somatische Platte" (Arenicola), mindestens aber wird von der untersten, polnächsten dieser Zellen ein wesentlicher Teil des späteren ,, Rumpf- keimes" gebildet (Polygordius). Die Zelle 2d wird wegen dieser besonderen Aufgabe häufig als ,, erster Somatoblast" bezeielmet, auch wohl mit einem besonderen Buchstaben (X) belegt. Bei Polygordius haben die Abkömmlinge von 2d ein mannigfaltigeres Schicksal, sie liefern nämlich auch einige zwischen den äqua- torialen Trochoblasten eingeschobene sekimdäre Wimperzellen, und aus deren Schwesterzellen geht das dorsale Hyposphärenepithel hervor. In diesen beiden Leistungen gleichen nun die 2d-Abkömnüinge hier den entsprechenden Zellen der anderen (Irei (,)uadranten : man wird nicht Fig. 22. ßlastula von Polygordius, vege- tative (untere) Seite. Die zu einem Quartett gehörigen Zellen sind durch Strichelinig und Punktierung kenntlich gemacht, die Entomeren durch römische Buchstaben bezeichnet. fehlgehen, wenn man ein derart gleichmäßiges Verhalten für ursprünglicher hält als die Spezi- alisierung der sämtlichen 2d-Abkömmlinge zu Rurapfbildnern. Nur auf die imteren, d. h. nach dem vege- tativen Pol zu gelegenen Zellen des zweiten Quar- tetts erstreckt sich die Verschiedenheit der Quadranten: in D sehen wir daraus Ru-mpf- bildner werden; in A, B und C werden aus den entsprechenden Zellen Teile der Unterlippe und des Schlundes, also immerhin Zellbezirke, die später ebenfalls in die Organisation des Wurmes eintreten (im Gegensatz zu den auf das Larven- leben beschränkten Troch- und Hyposphären- zellen). Das dritte Quartett nimmt in den Inter- radien der Hypo Sphäre den an die Primär- trochoblasten zunächst (nach dem unteren Pol zu) angrenzenden Raum ein. Aus der Lage dieser Zellen zur Meridianebene folgt, daß 3a und 3b, 3c und 3d sich (ebenso wie die ent- sprechenden Trochoblasten) spiegelbildlich glei- chen; dem entspricht ihr Verhalten: Die beiden ventral gelegenen Zellbezirke (3a und 3b) nehmen an der Mrmdbikhmg teil \md liefern außerdem — dmxh Abspaltimg winziger Fmchungszellen — larvales Mesenchym (Bindegewebe). Die beiden anderen Anlagen (3c und 3d) enthalten folgende scheinbar recht heterogene Bildungen: Unterlippe, i\Ietatrochanlage, ven- trale Hyposphäre, Wimperorgan des Rumpf- keims (aus 3d), endlich die rechte und linke N e p h r i d i e n a n 1 a g e. Diese kann ilirer Bildungsweise nach mit den ]VIesenchymkeimen verglichen werden: es sind die einzigen Fur- chungszellen, w^elche das Oberflächen mosaik ver- lassen imd in das Blastocöl eindringen (Fig. 25). Viertes Quartett. Viel einfacher liegen die Verhältnisse beim vierten Quartett, das wiederum eine radiale Lagerung zeigt. Auf dem Blastulastadium verbinden diese Zellen (im A-, B-, C-(,)uadrant je 2, im D- Quadrant 4 an Zahl) die Entomeren mit dem zweiten Quar- tett. Li den ersteren 3 Quadranten handelt es sich um Mitteldarmzellen, aus 4d dagegen gehen die I\Ieso blast anlagen (Mesodermstreifen) des Wurmes hervor. Die Zellen des fünften Quartetts sind sämtlich Darmbildner; sie liegen bei der Blastula interradial zwischen den Ento- meren und den Zellen des dritten Quadranten. Die Abkömmlinge von 5a und 5b bilden bei Polj'gordius die rechte imd linke Darmwand, w^ährend die von 5c mid 5d, nur mit der Entomere D zusammen, den larvalen Enddarm aufbauen. Die Entomeren endlich, d. h. die nach Abspaltimg der 5 Quartette übrig bleibenden Zellen des vegetativen Pols, haben die gleiche Bestimmimg: sie zeiclmen sich durch eine fortan völlig bilateral-symmetrische Lagenmg imd Tei- lungsart aus, die in starkem Gegensatz zu der im typisch spiral-radiären Sinne erfolgenden Abschnürung des fünften Quartetts steht (Fig. 22). 2 d) ( T a s t r 11 1 a t i 0 n. Je nach dem Gehalt des vegetativen Eipoles an Dottersubstanzen — ein Umstand, von dem wir auch äquale und inäfiuale Zellteihmg abhängig sahen — verläuft die Gastrulation als eine typische Einstülpung (Polygordius, Podarke, Eupomatus) oder durch Umwachsung der allzu massiven Entomeren durch die Ektodermbildner (die Mehrzahl der Poly- chaeten). Diese sogenannte ,,epibolische" Gastrula ist von jener, der ,,Invaginations"- Gastrula offenbar abzuleiten. "Wir legen daher wiederum unseren Betrachtungen die Verhältnisse der dotterarmen Eier zugrunde, welche einer Analyse am zugänglichsten sind. Die Gastrulation beginnt damit, daß die Zellen des fünften Quartetts und die lateralen Aiinelidcie 443 Zellen des vierten Quartetts (4a und 4c) sich in zwei der Medianebene parallele Reihen ordnen, welche sich einander zu nähern be- strebt sind. Dabei sind wahrscheinlich che- motaktische Ursachen im Spiel, denn die Vereinigung erfolgt stets zwischen ganz be- stimmten Zellen, z. B. verbindet sich 4 a mit 4c, 5 d mit 5c usw. Die Vereinigung ist nur dadurch möglich, daß die zwischen den sich anziehenden Zellen gelegenen Entomeren in die Tiefe rücken : dabei bilden sie eine läng- liche Mulde, die einen Hohlraum, das ,,En- terocöl" oder die Urdarmhöhlung um- schließt (Fig. 23). Rand des Blastoporus Fig. 23. Gastrulation von Polygordiiis. Die Zellgrenzen der peripheren Zellen und d^r in die Tiefe gesunkenen Entomeren sind fort- gelassen. Ehe es zur An- einanderlagerung der Quartettzellen kommt, haben wir einen schlitzförmi- gen ,,Blastopo- rus" (Urniund) vor uns, aus dem nach der Vereinigung dann eine Nahtlinie, die ,,Blastoporus- Raphe" wird. Die Xaht schließt sich zuerst nur in der Mitte des Schlitzes (Zellen 4a und 4c), so daß vorüber- gehend ein vorderer y und ein hinterer ji Blastoporusrest offen bleibt. Die hintere Oeff nung schließt sich (vorübergehend) zwischen denselben Zellen (4d, 5d und 5c), welche später dem iVfter benachbart sind, wir können diesen Teil des Blastoporus als ,,Urafter" bezeichnen. Der vordere Blastoporusrest bleibt stets geöffnet, er wird zum ,, Prostoma" der Larve, zur vorderen Oeffnung des Enterocöls, also später zur Verbindung zwischen Oeso- phagus und Magen (Fig. 24). Der Blastoporus der x\nnelideji reprä- sentiert demnach die gesamte Ventralseite des larvalen Darms (Prostoma + Raphe + Urafter). 2 e) D i e ,,K e i m b 1 ä 1 1 e r'\ Mit der Ga- strulation wird die Differenzierung der „Keimblätter" entschieden; wenigstens sondern sich zu dieser Zeit das larvale Ek- toderm und Entoderm sowie das larvale Mesoderm (,,Pädomesoblast", ,,Ektomeso- derm") deutlich voneinander. Nur das Mesoderm des Wurmes (,,Entomesoderm") wird erst später als solches erkennbar. Nun ist der Begriff ., Keimblatt" zwar nur in solchen Fällen unentbehrlich, wo eine Herleitung der Organanlagen von analy- sierten Zellterritorien nicht wie es hier ge- schehen konnte durchführbar ist. Im Inter- esse der Vergleichbarkeit mit weniger gut analysierten Fällen wollen wir aber doch zusammenstellen, was zu den ,, Keimblättern" der Gastrula und Trochophora gehört. Zum ,,Ektoderm" wird das ganze erste und zweite Quartett, und zwar bildet das erste Quartett einerseits larvales Ektoderm (Epithel der Episphäre und primäre Wimper- zellen), andei-erseits das imaginale Ektoderm der Kopfzapfenanlage (Scheitelplatte). Das zweite Quartett bildet ebenfalls teils larvales Ektoderm (Hyposphäre und ?. 24 mit Schemata des Urmundverschlusses. A mit weitem Urmund b b', größtenteils durch Ausbildung einer ventralen Blastoporus-Raphe n n' verschlossenem Urmund. m Stelle des Mundes, n vorderes Ende, n' hinteres Ende (After-Region) der Raphe . p p' Prototroch. Nach K 0 r s c h e 1 1 und H e i d e r. 444 Ajinolidae sekundäre Wimperzellen) teils iniaginales Ektoderm der Rumpf anläge und des Sto- modaeums. Bei der Bildung von Mund und Oesopha- gus spielen zunächst Abkömmlinge des dritten Quartetts eine größere Rolle, doch läßt sich (bei Polygordius) zeigen, daß der definitive Oesophagus des Wurmes ganz oder vorzugsweise aus dem zweiten Quartett erste Nephri dien- Anlage, die man somit auch — wenn man will — als (ekto-)meso- dermal bezeichnen kann. Das imaginale Mesoderm (,,Ento- mesoderm") geht aus zwei Abkömmlingen der Zelle 4d in der Weise hervor, daß von diesen ,,Telomesoblasten" sukzessive Zell- material nach vorn zu abgeschnürt wird, so daß je ein „Mesodermstreif en" ent- steht (Fig. 16). 2f) Entstehu ng d er Trochophora- hervorgeht. Auch bei dem larvalen Ek- toderm der Hyposphäre ist das dritte Quar- tett wesentlich beteiligt, es liefert den ganzen Organe. a) Die Umwandlung der Epithelbezirk zwischen Mund und Rumpf- Gastrula in die junge Trochophora keim, sowie den sekundären Wimperkranz erfolgt bei Polygordius sehr rasch und — (Metatroch). j was die Analyse sehr erleichtert — fast ohne Von besonderer Bedeutung ist die Anlage gleichzeitige Zellteilungen. Solche setzen des imaginalen Ektoderms. Diese An- 1 erst wieder mit Energie ein, wenn die Larve Nahrung aufgenommen hat. Die wichtigste Veränderung betrifft den Verschluß der ventralen Larven- wandung über dem der Länge nach ein- sinkenden Darm. Dieser Verschluß er- folgt durch eine ganz ähnliche Konkreszenz, wie wir sie beim Ur- darmverschluß beob- achten, nur daß hier Zellen des dritten Quartetts (3c und 3d) das Sichnähern und die Verlötung voll- ziehen. Zu gleicher Zeit wandern die N e p h r i d i e nanlagen in das Blastocöl ein, wo sie einen Stütz- punkt am eben ein- gesunkenen Oesophagus finden (Fig. 25). Die junge Trochophora besitzt nun fol- gende Organe: 1. Ein sehr dünnwandiges Epithel der Episphäre und Hyposphäre mit den stärkeren Zellen der äquatorialen des apikalen Winiper- 2d, 3d, 3c und 4d zu einem präanalen Zell- Schopfs. 2. Am unteren Pol der Larve grenzt komplex zusammen, der sich um eine Wimper- das Hyposphärenepithel an die präanale zelle (aus 3 d) gruppiert. In dieser Zellplatte Rumpf keimplatte an, deren Zusammen- zeigt die 2d-Zelle die größte Teilungsenergie; setzung wir oben kennen lernten. Sie ist in sie scheint hauptsächlich das Bauchmark einem Wimperorgan zentriert, das dem ge- zu liefern. Von solchen Verhältnissen dürfte nannten Apikaischopf der Scheitelplatte der sonst herrschende Modus der Rumpf- gerade gegenüberliegt. 3. Der larvale Darm Fig. 25. Eben fertig gewordene Trochophora von Polygordius. Die Quartette und Entomeren sind wie in Fig. 22 und 23 unterschieden. läge wird als „somatische Platte" oder „Rumpfkeim" bezeichnet und bei den meisten Anneliden ausschließlich auf die Zelle 2d (bei Capitella auf 2d und 4d) zurückgeführt. Bei Polygordius treten Abkömmlinge von Wimperkränze und anläge (ausschließlich aus 2d) abzuleiten sein Zum Entoderm treten die Zellen des vierten und fünften Quartetts mit den En- tomeren zusammen. Das larvale Mesoderm (Mesenchym, läßt schon auf diesem Stadium (auch bei anderen Anneliden) seine drei Teile erkennen: den breit-schlitzförmigen Mund im Aequa- tor der Larve, von Prototroch und Unter- lippe begrenzt; den kugelförmigen Magen Ektomesoderm) geht aus kleinen Zellen des und den von diesem durch eine ventro-dorsal dritten Quartetts (in a und b) hervor; ent- aufsteigende Klappe abgegrenzten Enddarm. sprechende Zellen in c und d liefern die Der After ist zunächst geschlossen, bricht Aimeliclae 445 aber alsbald im Bereich der Zellen 4d, 5c und 5d durch; eine besondere „ektodermale Proktodäum"-Bildung kommt bei diesen primitiven Formen nicht vor; sie scheint ein sekundärer Erwerb der höheren Anne- liden zu sein (vgl. Nereis Fig. 26). 4. Das Blastocöl der Larve wird durchsetzt einer- seits von den kleinen Mesenchymzellen, die zunächst an der Oberseite des Storno- häufigsten; sie stellen Einrichtungen dar, die das Schweben erleichtern sollen; hierher ge- hören z. B. die oben genannten sekundären Wimperkränze (,,telotroche"und,,polytroche" Larven). Hierher gehört ferner die oft kompli- zierte Faltung des Prototrochs bei der ,,Mitraria"-Larve von Maldaniden, und hier- her gehören vor allem die sogenannten pro- visorischen Borsten zahlreicher Polv- ;(, Scheitelplattc mit Augen 6 Scheitclplatte \y mit Augen Stomo- däum Bauchmark Fig. 26. Trochophora von Nereis nach Wilson und Capitella nach Eisig. Von eigent- lichen Trochophora-Organen wird nur noch der Prototroch ausgebildet. däums ansetzen, aber ihre pseudopodien- artigen Fortsätze dann weiter spannen, und von den Nephri dien anlagen, die auf diesem Stadium zwar nur zweizeilig sind, die aber wie die Wimpemng in ihrem (geschlossenen) Innern verrät, bereits lebhaft funktionieren (Fig. 25). ß) Weitere Differenzierung der larvalen Organe. Bei sehr vielen Anneliden bleiben die larvalen Organe — wenn sie über- haupt sich soweit entwickeln — auf diesem Stadium stehen. In diesen Fällen beginnt sogleich nach Beendigung der Furchungs- periode die Verdrängung der larvalen Organe durch die mächtig wuchernden Anlagen des imaginalen Kopfzapfens und Rumpfes. Häu- fig bleibt dabei nur der Wimperkranz aL speziell larvales Organ übrig (Capitella Fig. 26); er wird bei seiner Aufgabe, den schwerer werdenden Körper zu tragen und fortzubewegen, häufig durch einen oder mehrere Wimperkränze im Bereich des Wurmrumpfes unterstützt. Nur bei denjenigen Formen, welche längere Zeit hindurch das pelagische Larven- leben beibehalten (Polygordius, Malda- niden, Nerine, Spio usw.) kommt es zur weiteren Differenzierung von Larvenorganen, bei denen wir aber sorgfältig zwischen ursprünglichen Trochophora - Merk- malen und sekundären Anpassungen unterscheiden müssen. Die letztgenannten sind bei weitem am chäten-Larven (Fig. 27). Bei solchen Larven sind oft die eigentlichen Trochophora- Organe stark zurückgebildet, die genannten Borsten-An- hänge gehören daher in der Regel den Wurmsegmenten an. Besonders merkwürdig sind zusammenklappbare Bündel von Schwebborsten, wie sie entweder an den Seiten des Rumpfes oder hinter dem After sich finden (Fig. 27 a, 28). Von diesen offensichtlich sekundären Anpassungen ist dieDifferenzierung der eigent- Fig. 27. Polychaetou-Larven mit provisorischen (vergänglichen) Borsten und Anhängen. Nach A 2; a s s i z.l 446 Anni^lidae liehen (ursprünglichen) Trochophora-Organe zu trennen, wie sie sich bei Polygordius am deutlichsten erhalten hat. In erster Linie interessiert uns das larvale Nerven- system, bestehend aus: der Scheitel- platte nebst Wimperschopf als Zentrum, ferner aus acht radiären Nerven, die von hier aus zum Wimperapparat ziehen (ein Nervenpaar geht bis zum Rumpfkeim weiter), endlich aus diffus verzweigten Gan- glienzellen des Episphären-Epithels. Der sekundäre Anhänge zum Schweben benützen. Als Extreme nenne ich Capitella, deren Larve infolge von Brutpflege die typischen Trochophora-Organe bis auf den Prototroch zurückgebildet hat (P"ig. 26 b), auf der einen, und Polygordius auf der anderen Seite (Fig. 16, 29). Auch hier werden wir das — am wenig- sten reduzierte — Verhalten dieses Archian- neliden mit Vorteil als Beispiel verwenden. a) Anlage des Kopf zapf ens (Pro- Scheittlplatte Prototroch Fig . 28 . , ,M i t r a r i a" - L a r V e mit larval en B ors ten a Die Larve schwimmt mit zusammengelegten Borsten vorwärts, b Die Larve schwebt mit liorizontal aus- gebreiteten Borsten. Vergleich dieser Verhältnisse mit der Organi- sation von Ctenophoren liegt sehr nahe und unterstützt die Vorstellung, daß die frei- schwimmenden Vorfahren der Ringelwürmer den heutigen Ctenophoren in mancher Be- ziehung ähnlich gesehen haben möchten. Von den übrigen larvalen Organen sei hier nur kurz aufgezählt: die komplizierte Weiterbildung der larvalen Nephridien, die Entstehung eines nicht weniger ver- wickelten larvalen Muskelsystems, ferner die massenhafte Entwickelung von ein- zelligen Drüsen im Epithel und an den Wimperkränzen. 2g) Entstehung der Wurmorgane. Für die Anneliden-Ontogenese ist charakte- ristisch, daß der Wurmkörper aus zwei Keimen entsteht, welche an beiden Polen der Larve sich anlegen und weiterentwickeln, und welche nur durch Verdrängung der zwischenliegenden Larventeile in Zusammen- hf.ng kommen können. Diese Verdrängung geschieht entweder allmählich, oder durch einen plötzlichen und tief eingreifenden Akt der Metamorphose. Letzteres trifft für die- jenigen Formen zu, welche die eigentlichen Trochophora-Organe (Larvenblase mit Wim- perreifen) für ihre pelagische Existenz ge- brauchen, das erstere Verhalten finden wir bei den viel zahlreicheren Polychäten, welche entweder die pelagischen Larven- stadien zurückgedrängt haben, oder welche stomiums). Das Prostomium entsteht als eine paarige (bei Polygordius unsymme- trische) Anlage zu beiden Seiten der unpaaren mit Wimperorgan versehenen Scheitel- platte. Auch die paarige Anlage wird weiter Scheitelplatte genannt; sie enthält die Ten- Prostomium-Anlage (Scheitelplatte) mit Gehirn, Tentakelanlagen und Augen I. Paar der Rad, -Nerven Prototroch Metra troch Mund Larvale Nephridien Längsmuskcl in Verbindung mit den Muskel- feldcrn der Rumpfarilage Längsnerv (2. Paar der Radiär-N.) in Ver- bindung mit dem Bauchstrane Fig. 29. Trochophora von Polygordius mit Prostomium- Anlage und Rumpf- Anlage. takeln (in eingestülptem Zustand), die Augen und die Geruchsgruben des späteren Prosto- miums; wenn das larvale Epithel wenig oder gar nicht ausgebildet ist (z. B. bei Capitella), so erhält man den Eindruck, AlIlK 447 als ob die ganze Episphäre sich zum Kopf- zapfen entwickle (Fig. 26). ß) Anlage des Wurmrumpfes. Wäh- rend bei den reduzierten Larven die Runipf- anlage (somatische Platte) zunächst an der dorsalen Fläche des Embryos (Fig. 30) sich entwickelt, sehen wir bei Polygordius die 2d-Zelle zuerst die Präanabegion aufsuchen und sich hier mit den anderen Zellen des Kumpfkeims vermehren. Erst später wird aus diesen präanalen Rumpf keim ein peri- Fig. 30. Entstehung des Wurmrumpfes bei einer reduzierten Trochophora. Ansicht von der linken Seite. Schema zur Verdeutlichung der Ausbreitung und des ventralmedianen Verwacli- sungsprozesses der somatisclien Platte, pa Para- troch, p Prototroch, sp somatische Platte, st Stomodaeum. Nach Child aus Korscheit und Hei der. analer Rumpfzapfen, in den sich dann der larvale Enddarm tütenförmig hineinzieht. Im Ektoderm dieses Zapfens ist früh- zeitig die Anlage des Bauchmarks zu erkennen, welche durch zwei larvale Epithelnerven mit dem nervösen Zentrum der Prostomi- umanlage (Scheitelplatte) verbunden ist. Etwas später erfolgt — bei den Borsten- würmern — die Ausbildung von Parapodien und Borsten der einzelnen Segmente. In einzelnen Fällen (Nerine, Spio usw.) werden hier provisorische Borsten als Schwebeorgane für das Larvenleben gebildet (Fig. 27). Zwischen Ektoderm und Entoderm liegen seitlich- ventral die Mesoderm- Streifen, die großen Mesoblastzellen dem After am nächsten. In jedem Streifen ist eine metamere Gliederung zu erkennen, bald darauf auch eine Aushöhlung der einzelnen Teile, die als Ursegmente oder „Somiten" bezeichnet werden. Jedes dieser kästchenartigen Me- soderm-Segmente besteht dann aus einer inneren Wand, die dem Darm anliegt und zum „splanchnischen" Mesodermblatt wird, während das äußere, „somatische" Me- sodermblatt unter dem Ektoderm liegt. Fig. 10a). Die Grenzflächen der Ursegmente ver- Die zusammengehörigen Ursegmente der rechten und linken Anlage vereinigen sich später ventral und dorsal vom Darm; aus dieser Vereinigung entstehen die „Mesen- terien" der Ventral- und Dorsalseite, (vgl. den Querschnitt vorderen und hinteren hintereinander liegenden einigen sich zur Bildung der Dissepimente Im somatischen Mesodermblatt differenzieren sich die vier breiten Längsmuskeln des Wnrmkörpers, welche durch bestimmte Mus- keln der Larve mit der Scheitelplatte in Verbindung treten. Etwa gleichzeitig be- ginnen die segmentalen Nephridien sich auszubilden und die Blutgefäße sich an- zulegen. Letztere entstehen in den (zwei- schichtigen) Mesenterien und Dissepimenten. 2 h) M e t a m o r p h o s e. Aus der zwei- teiligen Wurmanlage geht nun der Anneliden- körper dadurch hervor, daß die beiden unter Ausschließung der lar- Gewebe zur Vereinigung gelangen. Dieser Ausschluß betrifft entweder nur den Wimperreif (mangels eines Larvenepithels: Capitella) oder sie gilt außerdem für mehr oder weniger ausgedehnte Larvenepithelien. Am deutlichsten sind die Verhältnisse wiede- rum bei Polygordius, wo eine recht ge- räumige Larvenblase beseitigt werden muß. Das geschieht nach vorhergegangener Schrum- pfung der Larvenblase ^) dadurch, daß ein Längsnerv jetzt Schlund- kommissur Keime valen Fig. 31. Metamorphose von Polygordius. 1) Bei einer anderen Entwickelungsform dieser Archianneliden findet keine solche Schrump- fung statt, das Larvenepithel funktioniert bis zuletzt als eine Art Schutzhülle um die ganze (stark gefaltete) Rumpfanlage. Der metamorpho- 448 Annelidae äquatorialer Ring von Zellen vermöge eines besonderen Mechanismus von Längs- und Ringmuskeln schließlich abgestoßen wird, worauf die Verlötung des Kopfzapfens mit dem in Umbildung begriffenen Mund und mit dem Vorderrand der Rumpfanlage erfolgt (Fig. 31). Auch das Stomodäum und der Darm der Larve machen bei der Metamorphose ,r,tct tiefgreifende Veränderungen durch. Die im Blastocöl liegenden larvalen Nephridien gehen bei der Metamorphose regelmäßig verloren. 2i) Besonderheiten der dire kten Entwickelung bei Oligochaeten und H^rudineen. a) Oligochaeten. Bei den Oligochaeten ist, da sie anstatt im Wasser sich im Innern von Kokons zu entwickeln pflegen, die Organisation der freischwim- menden Larve völlig unterdrückt mit Ein- schluß der Wimperkränze. Nur eine Wim- perzone um den Mund herum und eine ven- trale Wimperrinne (wie sie auch bei Capi- tella und anderen Polychaeten vorkommt) sind vorhanden. Das Blastocöl ist fast völlig verdrängt, gleichwohl kann ein Paar larvaler Nephridien vorhanden sein. Der After bleibt lange Zeit geschlossen. Die Anlage der Somiten gleicht dem oben Beschriebenen. Wie diese, so soll hier auch das Bauchmark auf „teloblastische" Weise entstehen (Fig. 32 nb). Weitere Teloblasten (jederseits drei) sind als iVnlage der Ringmuskulatur beschrieben worden. Die Anlage des Prostomiums nebst Cere- bralganglion hegt von vornherein direkt über dem Munde. Die Embryonen dieses Stadiums (Fig 32) schwimmen einige Zeit in der Dotterflüssig- keit des Kokone umher, so daß man sie als „larvenähnlich" bezeichnen kann. ß) H i r u d i n e e n. Von den Hirudineen zeigen besonders die Gnathobdelliden interessante Beziehungen zur Entwickelung der sonstigen Anneliden. Das Epithel der Larve — das in der Mundregion Bewimperung aufweist — ist ein ebenso provisorisches ! wie das der typischen Trochophora. j Die definitiven Anlagen des Wurmkörpers ■ V.\V-^^^.|^yy^,|. s'^ uin. sfi Fig. 32. Embryo von Lumbricus. Nach E. B. Wilson aus Korscheit und Heider. a Von der Ventralfläche, b Von der Seite, ec Ectoderm, en Entoderm, mj, nia, nij Telo- blasten der drei äußeren Reihen (Kingmuskel- anlagen), ms Mesodermstreifen, nid Mund, n Neuroblasten, um Urmesodermzellen. sierte Wurm läßt dann dieses Epithel wie eine | Fig. 33. Embryo eines Gnathobdelliden. leere Hülse zurück, ähnlich wie eine Nemertine j Nach Bergh aus Kor sehe It und Hei der. aus der „Pilidium"-Larve ausschlüpft. m Mund; kk Kopf keim; rk Rumpf keim. Aamelidae 449 sind auch hier auf einen paarigen Kopf- keim (seitlich vom Oesophagus gelegen) und ebenso paarigen Rumpf keim (ven- tral gelegen) verteilt. In letzterem spielt wie bei den Oligochaeten die teloblastische Zellproduktion eine wesentliche Rolle (Fig. 33). — Es sind große larvale Nephridien vor- handen. Auch der larvale Schlund wird später durch eine Neubildung ersetzt. 3. Systematische Uebersicht. I. Klasse Archiaiinelida, Urringelwür mcr. Derganze Körper gleichmäßig gegliedert, die einzelnen Seg- mente äußerlich glatt, ohne Anhänge; Nerven- system in der Haut liegend. Getrenntgeschlecht- lich oder zwitterig. Entwicklung durch Meta- morplidse. Leben im ]\Ieere. Familie Polygordiidae. Fadenförmiger zylindrischer Körper, Kopflappen mit 2 Fühlern, Änfangsdarm mit kleinem ventralen Blindsack. Entwicklung aus der für die Annelidae typischen Tro cho phor alarve. Polygordius, Chaetogordius soll an der hinteren Körperregion Borsten besitzen. Familie Protodrilidae. Kleine zylindrische Würmer mit Wimpeningen und bewimperter Bauchseite. Kopflappen mit beweglichen Fühlern. Anfangsdarm mit stark muskulösem ventralen Bulbus. Zwitterig, zuweilen mit Ersatz- männchen. Protodrilus. Familie Dinophilidae. Sehr kleine Würmer mit Wimperringen an den wenig zahlreichen Segmenten. Getrennt geschlechtlich. Der ganze Habitus larvenhaft. Dinophilus. Familie Histriobdellidae. Kleine para- sitische Würmer , deren anatomischer Bau ihre systematische Stelhmg fraglich erscheinen läßt. Histriobdella (Histriodrilus) homari parasitisch an den Eiern des Hummers. II. Klasse Chaetopoda, Borstenwürmer. Mit Borsten imd deutlicher metamerer Gliederimg. Entwicklimg mit Metamorphose. 1. Ordmmg Protochaeta. Mit einfachen Parapodien, zwei beweglichen Fühlern; männ- liche Tiere mit segmental angeordneten Paaren von Samen blasen und Kopulationsorganen, weib- liche mit ebensolchen Receptacula seminis. Be- fruchtung der Eier vor der Reife im Ovarium. Entwicklung mit Metamorphose. Familie Saccocirridae. Saccocirrus papillocercus, Saccorcirrus major. 2. Ordnung Polychaeta. Mit zweiästigen oder modifizierten Parapodien imd zahlreichen Borsten. Die weitaus meisten getrenntgeschlecht- lich. Entwicklimg mit ]\Ietamorphose. Beinahe ausschließlich im Meere lebend. Früher nach ihrer Lebensweise eingeteilt in Errantia und Sedentaria. Familie Amphinomidae. Vollständige Parapodien mit einfachen Borsten. Meist nicht sehr zahlreiche Segmente. Der wenig deutlich begrenzte Kopflappen nach hinten verlängert 1 und mit einer über mehrere Segmente der Rücken- ! fläche reichenden Hautfalte, ,,Karunkel", ver- : schmolzen. Mund von mehreren Segmenten 1 umgeben. Handwörterbuch der Natunvissenscliaften. Band I. Amphinome, Euphrosyne. Familie Chrysopetalidae (Palmyridae). Der deutlich abgesetzte Kopflappen mit Augen und Fühleranhängen; das folgende Segment mit Fühlercirren. Auf dem Rücken der mit gleichmäßigen Anhängen ausgestatteten Seg- mente Paleen. Nur wenige Gattmigen. Chrysopetalum, Palmyra. Familie Aphroditidae. Kopflappen mit Augen und Fühleranhängen, das nächste Seg- ment oft mit Borsten imd Fühlercirren. Alle Segmente oder nur die vorderen in der Weise imgleich ausgestattet, daß abwechselnd die einen Elytren tragen, die anderen nicht. Polynoe, Lepidasthenia; Aphrodite aculeata, Seemaus, Her- mione hystrix; Panthalis, Polyodontes; Sigalion, Sthenelai's. Familie Pisionidae. Zahlreiche Segmente. Prostomium oluie FüMer, mit Augen, völlig mit dem folgenden Segment verschmolzen. Ruder mit Ausnahme der ersten am Bukkai- segment zweiästig. Der kiirze Rüssel mit 2 dor- salen und 2 ventralen starken scharfzahnigen Iviefern. Nur eine Gattimg: Pisione. Familie Nephthyidae. Körper sehr lang; der kleine Kopf läppen mit 2 oder 4 Fühlern. Peristomium mit 2 Fühlercirren. Parapodien zweiästig mit Kiemen. Nm- wenige Gattungen. Nephthys. Familie Phyllodocidae. Der gestreckte Körper meist aus zahlreichen Segmenten zusam- mengesetzt. Prostomium mit Fühlern und Augenflecken. Parapodien ziemlich unbedeutend, aber mit mächtig entwickelten blattförmigen Girren. Phyllodoce, Lopadorhynchus, pela- gisch, glasartig , durchsichtig. Eulalia, Eteone, Notophyllum. Familie Alciopidae. Der mehr oder weniger gestreckte drehrunde Körper glashell dmch- sichtig. Deutlich abgesetztes Prostomium mit 2 großen halbkugeligen Linsenaugen und mit kiuzen Fühlern. Ruder einästig. Girren blatt- förmig. Alciope, Asterope, beide pelagisch. Familie Tomopteridae (Gymnocopa). Nur 18 bis 20 Segmente. Prostomium mit den 2 folgen- den Segmenten zu einem hammerförmigen Kopf verschmolzen, der außer 2 Augen imd 2 resp. 4 Fühlern noch 2 lange, von je einer kräftigen inneren Stützborste versteifte Fühlercirren trägt. Die zweilappigen borstenlosen Parapodien zu Ruder platten verbreitert. Die Geschlechts- ausführgänge erinnern an die der Oligochaeten. Nur eine Gattung." Tomopteris, glashell durchsichtig, pela- gisch. Familie Typhloscolecidae. Das zuge- spitzte Prostomium mit 2 blattförmigen Fühlern. Rumpfsegmente mit blattartig verbreiterten Girren. Kleine pelagische Formen. Nur wenige Arten. Typhloscolex. Familie Hesionidae. Der ziemlich kurze abgeplattete Körper aus wenig, meist 22 Seg- menten bestehend. Prostomium mit 2 bis 3 Fühlern, bisweilen auch mit Palpen, stets mit 29 450 Annelidae 4 Augen. Die vordersten Segmente niit langen Fühlercirren, die Ruder der übrigen einästig oder auch mit einem kleinen oberen Ast. Borsten zusammengesetzt; Girren langgestreckt. Meist zwitterig. Fortpflanzung häufig dmch Epi- gamie. Hesione, Fallacia, Podarke. Familie Syllidae. Meist kleinere Formen mit gestrecktem, abgeplattetem, aus zahlreichen Segmenten zusammengesetztem Körper. Pro- stomium mit 3 Fühlern (bei männlichen Ge- schlechtstieren manchmal 5), und 2 Palpen sowie 4 Augen. Peristomium mit 2 oder auch nur 1 Paar Fühlercirren. Parapodien einästig, zm' Zeit der Geschlechtsreife auch mit oberem Ast. Rüssel mehrteilig. Fortpflanzmig einfach ge- schlechtlich, meist aber durch Schizogamie, Stolonenbildmig, verbunden mit Generations- wechsel. Nicht selten Brutpflege. Syllis, Autolytus, Myriannida, Gru- be a. Familie Ichthyotomidae. Kleine haupt- sächlich auf Meeraalen (Myius) ekto parasitisch schmarotzende, dorsoventral stark abgeplattete Würmer mit 70 bis 90 Segmenten. Mundöffnung zu einer Art Saugnapf, Kiefer zu einem zangen- artigen Haftorgan umgebildet. Im übrigen, den Syllidae ähnlich, die wohl die nächsten Ver- wandten sind, nur eine Art. Ichthyotomus. Familie Lycoridae (Nereidae). Der ge- streckte Körper aus zahlreichen Segmenten zu- sammengesetzt. 2 Fühler, 2 Palpen, 4 Augen am Prostonüum. 2 Paar Fühlercirren. 1 Seg- ment ohne Parapodien. Die Ruder der übrigen Segmente ein- oder zweiästig mit zusammen- gesetzten Borsten. Der zweigliederige Rüssel mit 2 Kiefeni midoft mit chitinösen Ivief er spitzen. Vielfach Epitokie. Nereis (Nereis dumerilii mit Generations- wechsel und Dissogonie), Ceratocephale, Lycastis, Micronereis. Familie Eunicidae. Kopf läppen ohne Anhänge oder mit Fühlern und Palpen, oder auch mit Nacken Wülsten, meist auch mit Augen. Die ersten 1 oder 2 Segmente olme Parapodien, mit oder ohne Fühlercirren. Ruder ein- oder zweiästig, oft mit Kiemen. Kein ausstülpbarer Rüssel. Kieferapparat mit mehrteiligem Ober- kiefer und aus 2 Platten gebildetem Unterkiefer. Vorn mündet ein blindschlauchartiger Neben- darm in den Verdaumigskanal. Eunice, Onuphis, Diopatra, Mar- physa; Halla, Lysarete; Staurocephalus; Lumbriconereis, Lysidice, Arabella, Ophryotrocha, Labrorostf atus (parasitisch in der Leibeshöhle von Syllidae), Oligognathus bonelliae (parasitisch in der Leibeshöhle von ßonellia), Haematocleptes (parasitisch in Marphysa). Familie Glyceridae. Der schlanke, fast drehrunde Körper aus zahlreichen äußerlich geringelten Segmenten zusammengesetzt. Pro- stomium lang kegelförmig mit 4 kleinen Fühlern. Parapodien ein- oder zweiästig. Weit vorstülp- barer Rüssel mit 4 kräftigen Kiefern. Blutgefäße fehlen, Leibeshöhlenflüssigkeit rot. Wenige Gat- tungen. Glycera. Familie Goniadidae. Aehnlich den vorigen, aber Parapodien im ersten Drittel des Körpers einästig, dann mit 2 getrennten Aesten. Rüssel mit 2 mehi'zähnigen Hauptkiefern rmd mehreren (bis zu 20) kleinen Nebenkiefern. Nur wenige Gattmigen. Goniada. Familie Sphaerodoridae. Kopf mit zahl- reichen Papillen statt der Fühler. Parapodien warzenförmig mit kugelförmig aufgeblähten Cirren. Rüssel unbewaffnet. Nur ein paar Gattungen. Ephesia. Familie Spion idae. Kleine Würmer. Prostonüum manchmal mit fühlerartigen Vor- sprüngen, sonst um' mit 2 kleinen Augen. Peri- stomium mit 2 langen mit Papillen bedeckten imd von einer Furche durchzogenen Fühler- cirren. Parapodien meist zweiästig mit einfachen Borsten und fadenförmigen Kiemen. Der aus- stülpbare Rüssel unbewaffnet. Leben in Röhren. Spio, Nerine, Polydora, Magelona. Familie Chaetopteridae. Der in mehrere, sehr verschieden aussehende Regionen geteilte Körper langgestreckt. Das meist mit 2 oder 4 sehr langen Fühlercirren versehene Peristomium trichterartig über den kleinen Kopf läppen vor- geschoben. Letzterer abgestutzt oder dreilappig, oft mit Augen mid kleinen Fühlern. Parapodien in den einzelnen Körperregionen besonders umgestaltet. Dorsalcirren im mittleren Rumpf- abschnitt stark verbreitert imd in jedem Segment dorsal verschmolzen, so daß große lappige An- hänge entstehen. In U-förmigen Röhren im Sande. Chaetopterus, Phyllochaetopterus, Telepsavus, Spio chaetopterus. Familie Ariciidae. Der beinahe zylindrische Körper aus zahlreichen Segmenten zusammen- gesetzt. Der kleine konische Kopflappen selten mit Fühlern. Parapodien zweiästig mit weit dorsal gerückten Kiemen mid haarförmigen Bor- sten. Der kurze Rüssel mibewaffnet. Bohren im Sand. Aricia, Scoloplos. Familie Opheliidae. Kurze Würmer mit wenig Segmenten. Prostonüum ohne Anhänge. Parapodien nm- klein; fadenförmige Kiemen. Die Eier werden in mit Schleim verklebten Massen abgelegt. OpheHa, Polyophthalmus, Ammo- trypane, Travisia. Familie Scalibregmidae. Körper nach hinten verschmälert. Das wenig abgesetzte Prostomium oft mit 2 kleinen warzenartigen Fühlern. Parapodien nur angedeutet durch jederseits 2 warzenartige Erhebungen mit 2 Stützborsten und 2 Borstenbündeln. Gewöhn- lich je 1 lappenförmiger Cirrus darunter und darüber. Keine Kiemen. Scalibregma, Lipobranchius. Familie Telethusae (Arenicolidae). Rumpf mit Thorakal-, Abdominal- imd Caudalregion. Das kleine Prostonüum imd das Peristomium ohne Anhänge. Die im an sehnlichen Parapodien zweiästig, oben mit Haar-, unten mit Haken- borsten. Verästelte Kiemen vom 9. bis 21. Segment. Nur eine Gattung. Arenicola marina (piscatorum) gemeiner Köderwurm. Annolidao 451 Familie Chloraemidae (Flabelli<^eridae, Pheiusidae). Körper kurz mit kurzen kScgmenten. Der 2 lange starke gefurchte Fühler und Kiernen- fäden tragende Kopf läppen ist in den Vorder- körper einziehbar. Erstes oder die ersten zwei Segmente mit selir langen nach vorn gerichteten Borsten, die den eingezogenen Kopf schützen. Parapodien zweiästig oder nur kleine Höcker. Zahlreiche schleimabsondernde Papillen in der Haut. Blut grün. Trophonia, Stylarioides, Flabelligera, Brada. Familie Sternaspidae. Die ersten 7 Seg- mente des gednmgenen, walzenförmigen Körpers sind in den übrigen Rumpf zurückziehbar. Im ganzen gegen 30 Segmente vorhanden, die ersten 3 mit je einem nur in der medianen Rücken- imd Bauchiinie imterbrochenen Borstenkranz. Para- podien äußerlich kaum wahrnehmbar. Borsten hinten ganz in der Haut. Auf der Bauchseite, nahe dem Hinterende jederseits eine hornige schildförmige Platte. Jederseits vom After ein Büschel fadenförmiger Kiemen. Im 7. Seg- ment ventral 2 fingerförmige Genitalanhänge. Darm in Windungen gelegt. Der ganze Bau erinnert an die Gephyreen. Nur eine Gattimg: Sternaspis. Familie Cirratulidae. Die Segmente des zylindrischen Körpers einander sehr gleich. Vorderende olme Anhänge, nur manchmal mit Fühlercirren. Die zweiästigen Parapodien sind nur papillenartige Vorwölbimgen. Die Dorsal- cirren einzelner oder zahlreicher Segmente zu langen fadenförmigen Kiemen umgewandelt. Leben meist in Röhren. Cirratulus, Audouinia, Dodecaceria (mit 3 Geschlechtsformen älmlich Nereis du- merilii), Chaetozone. Familie Capitellidae. Kopf läppen ohne Anhänge. Thorakal- imd Abdominalregion deutlich zu miterscheiden, erstere mit einästigen, anhangslosen Parapodien mit einfachen Borsten; letztere mit Borstenwülsten (Tori) mid einfachen oder verzweigten Kiemen. Blutgefäßsystem fehlt. Die bei beiden Geschlechtern vorhandenen Kopulationsorgane xmd manche andere Eigen- tümlichkeiten des Baues erinnern an die Oligo- chaeten. Capitella, Dasybranchus, Notomastus, Masto br anchus, Clisto mastus. Familie Maldanidae (Clymenidae). An dem drehrimden Körper lassen sich 2 oder 3 nicht allzu deutlich voneinander abgesetzte Regionen imterscheiden. Das anhangslose, häufig Augenflecke tragende mit dem folgenden Segment verschmolzene Prostomium bildet oft eine Nackenplatte von konischer bis zu Scheiben- form. Parapodien zweiästig, vorn der imtere Ast durch einen Querwulst mit Hakenborsten (Torus) ersetzt. After meist von einem Trichter umgeben. Leben in langen Sandröhien. Clymene, Maldane, Nicomache. Familie Ammocharidae. Einige der vorderen Segmente sind länger als die hinteren; Borstenanordnung überall gleich. Den weiten Mimd umgibt eine nur ventral fehlende Membran, die in lange mit Blutgefäßen versehene Kiemen- fäden aufgefasert ist. Nur ein paar Gattungen. Owenia, Myriochele. Familie Ctenodrilidae. Sehr kleine Wür- mer ohne Parapodien mit anhangslosem oder mit einem Fühler versehenen Kopf. In den Rumpf- segmenten wenig Borsten in je 4 Büscheln. Pflanzen sich durch Teilung fort rmd erinnern in vielem an Oligochaeten. Systematische Stel- lung im übrigen zweifelhaft. [Nur wenige Arten. Ctenodrilus. Familie Hermellidae (Sabellariidae). Kör- per mit Thorax und Abdomen, das hinten in einen anhangslosen rmgegliederten Schwanz übergeht. 2 große Tentakeln verdecken den Kopf- lappen, der imten bewegliche Girren, oben einen Kranz von Borsten trägt, mit dem der Wlirm den Eingang zu semer Wolmröhre verschließt (Operkularborsten). Parapodien nur woilst- artige Hautverdickungen. Wolmen in Sand- röhren in großer Zahl beieinander. Nm' wenige Gattungen. Sabellaria, Pallasia. Familie Amphictenidae. Der aus 20 Seg- menten bestehende Körper mit Thorakal- mid Abdominalregion; der umgeschlagene Schwanz rudimentär. Am ersten Segment 2 nach vorn gerichtete Kämme goldgelber Borsten (Paleen), zum Verschließen der Wolmröhre, ferner 2 Fühler. Mimdsegment mit 2 Büschelir fadenförmiger Fühler. Am 2. imd 3. Segment kammförmige Kiemen. Die aus Sandkörnchen zusammen- geklebten, an beiden Enden offenen Wolmröluen können vom Wiuiu umhergetragen werden. Nur wenige Gattungen. Pectinaria, Lagis, Petta. Familie Ampharetidae. Oft, aber nicht bei allen jederseits von dem' faden- oder kammförmige Füliler tragenden Prostomium ein Büschel starrer Borsten (Paleen). Parapodien mit warzenförmigem dorsalem und wulstartigem. Hakenborsten tragendem ventralem Ast. Die ersten 3 bis 4 borstentragenden Segmente mit je einem Paar langer fadenförmiger Kiemen. Wohnen in Schlammröhren, die viel länger als der Körper sind. Ampharete, Amphicteis, Samytha, Melinna. Familie Terebellidae. Der zylindrische Körper gewölmlich vorn breiter als hinten. Das Hinteren de öfters als borstenloser Anhang deut- lich abgesetzt. Der flache manchmal mit Augen- flecken versehene Kopflappen trägt eme Quer- reihe zahlreicher Tentakelfäden imd bildet die Oberlippe, das Peristomium dagegen die Unter- lippe. Die warzenförmigen Dorsaläste der Para- podien tragen Haarborsten, die ventralen Haken- borsten. Kiemen und damit auch die Blutgefäße fehlen bei manchen (Polycirrus); bei anderen sind bis zu 3 Paar kammförmiger mid baum- förmig verästelter Kiemen an den vordersten Segmenten vorhanden. Bauen Röhren aus Sand 0 der Muscheltrümmern . Amphitrite, Polycirrus, Polymnia, Terebella, Lanice, Trichobranchus. Familie Amphicorinidae. Der nur aus wenigen Segmenten bestehende Körper der kleinen W^ürmer trägt an den vordersten Seg- menten wenige fadenförmige Kiemen. Zwitterig, Nur ein paar Gattungen. Fabricia, Haplobranchus. Familie Eriographidae. Körper mit Thorax 29* 452 Aiiiielidae und Abdnmen, letzteres mit Haken borsten führenden Tori. Nur ein paar Gattungen. Amphiglene, Myxicola. Familie Sabellidae. Tentakelkrone be- stehend aus einer beträchtlichen Anzahl von Fäden, die einer hufeisenförmigen Basis ent- springen. Peristomium zu einem lappenformigen Kragen umgebogen. Auf der Ventralseite des aus 9 Segmenten bestehenden Thorax drüsen- reiche Bauchschilder; das Abdomen mit einer ventralen bewimperten Längsfurche (Kotrinne). Leben in Röhren im Sand oder Schlamm. Branchiomma mit Augen an den Enden der Tentakeln, Sabella, Spirographis, Pota- milla, Das^'chone, Caobangia, Mana- yunkia, die beiden letzten im Süßwasser. Familie Serpulidae. Prostomium mit dem in der Regel mit einem Kragen versehenen Mundsegment verschmolzen. Der ^lund terminal zwischen 2 seitlichen halbkreisförmig oder spiralig eingerollten Blättern, an deren Vorder- rande sich fiederförnüge Tentakeln (Kopfkiemen) mit Flinrmerrinne erheben. Nicht selten 1 oder 2 Tentakelfäden zu einem Verschlußdeckel (Operkulum) der Wohnröhre verdickt. Manche zwitterig. Leben in am Untergrunde festge- wachsenen lederartigen oder kalkigen Röhren. Protis, Protula, Salmacina, Apo- matus, Filograna, Spirorbis, Vermilia, Psygmobranchus, Serpula, Hydroides, Pomatocerus. Familie Myzostqmidae. Kleine scheiben- förmig abgeplattete, ektoparasitisch an Cri- noiden und in Asteroiden schmarotzende Wür- mer mit 5 Paar Fußhöckern, die je einen Klammer- haken und 1 bis 3 Ersatzhaken tragen. Am Rande des Körpers kleine Wärzchen oder Girren. Nach außen von den Parapndien 4 bis 6 Paar Saugnäpfe. Der mit Papillen besetzte Rüssel führt in einen verästelten Darm, der hinten mit dem weiblichen Geschlechtsausführgang in einer Kloake ausmündet. Blutgefäßsystem und Ex- kretionsorgane fehlen. Meist Zwitter. Zeigen in manchen anatomischen Einzelheiten eine Aehn- lichkeit mit den Tardigraden, sind aber wohl sicher in Anpassmig an ihre Lebensweise stark umgewandelte Polychaeten. M y zo sto m a , Stele cho pu s. 3. Ordnimg Oligochaeta. Fast stets ohne Schlundbewaffnung imd immer ohne Para- podien. Keine Fühler oder Girren. Zwitterig. Entwicklung direkt. Früher nach der Lebens- weise eingeteilt in Limicolae und Terricolae. Familie Aeolosomatidae. Die meist haar- förmigen Borsten in 4 Bündeln an einem der wenigen Segmente des Körpers. Dissepimente fehlen meist vollkommen. Gehirn in dauerndem Zusammenhang mit der Haut. Schhmdkommis- suren und oft auch das Bauchmark fehlen. Un- geschlechtliche Vermehrung durch Teilung vor- herrschend. Nur wenige Gattungen. Aeolosoma in Süßwasser. Familie Naiididae. Kleine zarthäutige Formen mit 2 oder 4 Bündeln von je einigen Borsten an einem Segment; ventrale Bündel mit gabelspitzigen Hakenborsten, dorsale manch- mal fehlend. Dissepimente wolü entwickelt. Blut farblos oder gelb. Ungeschlechtliche Ver- mehrung durch Teilung vorherrschend. Im Süß- wasser. Ghaetogaster, Nais, Dero, Stylaria, Pristina. Familie Tubificidae. Borsten zu mehreren in 2 ventralen und 2 dorsalen Bündeln an einem Segment; ventrale Bündel mit einfach- oder gabelspitzigen Hakenborsten. Meist im Süß- wasser, z. T. im Brackwasser, am Gezeiten- strande und marin. Tubifex, Limnodrilus, Hesperodrilus. Familie Lumbriculidae. 8 S-förmige, einfach- oder mehr oder weniger deutlich gabel- spitzige Haken borsten in 2 ventralen mid 2 dor- salen Paaren an einem Segment. Rückengefäß meist mit kontralrtilen blinden Transversal- gefäßen. Im Süßwasser. Lurabriculus, Rhynchelmis. Familie Disco drilidae. Körper in 3 Ab- schnitte gesondert. Hinterende zu einem musku- lösen Saugnapf umgewandelt. Segmente des Mittelkörpers zweiringelig. Borsten fehlen. Schlund mit 1 dorsalen vmd 1 ventralen kräftigen chitinösen Iviefer. Sehr kleine hirudineenartige Würmer. Ektoparasitisch am Flußkrebs. Branchiobdella parasita. Familie Enchytraeidae. Kleine Würmer mit Stift- oder hakenförmigen, geraden oder schwach S-förmig gebogenen einfach-spitzigen Borsten, die meist zu mehreren (3 bis 12) in fächer- förmigen Bündeln stehen, selten fehlen. Blut- gefäßsystem einfach. Leben in der Erde, im Süßwasser, teilweise am Gezeitenstrande. Henlea, Lumbricillus, Enchytraeus, Fridericia, Achaeta, (Anachaeta). Familie Alluroididae. Mit 8 S-förmig gebogenen einfach-spitzigen Hakenborsten in 2 ventralen und 2 lateralen Paaren in einem Seg- ment. In den Sümpfen des tropischen Ost- Afrika. Nur 1 Gattimg und Art: Alluroides pordagei. Familie Haplotaxidae. S-förmig gebogene, einfach-spitzige Haken borsten zu 2, 4 oder 8 an einem Segment. Im Süßwasser oder in sehr feuchter Erde. Nur ein paar Gattimgen. Haplotaxis, Pelodrilus. Familie Moniligastridae. S-förraig ge- bogene, einfach-spitzige Hakenborsten paarweise je 8 an einem Segment. Auf dem Lande, in Japan, den Philippinen, Sunda-Inseln, Vorder- und Hinter-Indien, Ceylon. Moniligaster , Drawida. Familie Megascolecidae. S-förmig ge- bogene, einfach-spitzige Hakenborsten zu 8 in 4 Paaren an einem Segment, oder zu vielen, die dann Ringelketten bilden. Meist in der Erde, manchmal im Süßwasser, selten am Gezeiten- strand. Acanthodrilus, Microscolex (Photo- dr ilu s) phosphoreszierend ; Plutellus, Megascolex, Pheretima (Perichaeta); Octochaetus, Dinodrilus; Diplocardia; Trigaster; Ocnerodrilus; Platydrilus, Notykus, Eudrilus, Emi- no SCO lex. Familie Glossoscolecidae. S-förmig ge- bogene, meist einfach-spitzige Hakenborsten zu 8 an einem Segment. Geschlechtsborsten häufig Annelidae 453 vorhanden. Meist auf dem Lande, teilweise im Süßwasser, einige am Gezeitenstrande. Glosso scolex, Onychochaeta; Hermogaster ; Micro chaetus, über 1 m lang, im Kapland; Kynotus; Alma, Criodrilus. Familie Lumbricidae. S-förmig gebogene, einfach-spitzige Hakenborsten zu 8 in regel- mäßigen Längslinien an einem Segment. Rücken- poren vorhanden; Geschlechtsborsten häufig. (Jesophagus mit Kalkdrüsen. Meist auf dem Lande, teilweise im Süßwasser. Eisenia, Helodrilus mit der Untergattung Allolobophora; üctalasium, Lumbricus (Lumbricus terrestris der gemeine Regen- wurm). III. Klasse Hirudinea. Blutegel. Durch sekundäre Ringelung die äußere Metamerie verwischt. Mund von einem Saugnapf umgeben; die letzten Segmente zu einer Haftscheibe um- gewandelt. Ohne Parapodien und mit Ausnahme von einer Gattung stets oluie Borsten. Leibes- höhle durch die stark entwickelte ^luskulatur auf ein Kanalsystem reduziert. Zwitterig. 1. Ordnung Acanthobdellea. Familie Acanthobdellidae. Der vorn zugespitzte, einer Haftscheibe entbehrende Körper mit jeder- seits 5 Paar Haken borsten. Acanthobdella pelledina in Sibirien im Süßwasser. 2. Ordnmig Rhynchobdellea, Rüsselegel. Schhmd einen vor streckbaren, von einer Scheide umschlossenen Rüssel bildend. Familie Ichthyobdellidae. Der aus einer schmaleren vorderen und einer breiteren hinteren Region zusammengesetzte Körper trägt zwei deutlich abgesetzte Saugnäpfe. Parasitisch an Fischen mid anderen Wassertieren. Branchellion , Piscicola, Cystibran- chus, Pontobdella, Macrobdella. Familie Glo sso siphonidae. Der vordere Saugnapf mit dem Körper verschmolzen. Glossosiphonia (Glossiphonia, Clep- sine), Haementeria. 3. Orcbumg Gnathobdellea (Arhynchob- dellea) Kieferegel. Kein vorstreckbarer Rüssel; meist mit Kiefern. Eier in Kokons abgelegt. Familie Gnathobdellidae. Schlund mit 3 bezalmten Kiefern. Hirudo medicinalis der medizinische Blutegel, wild nur noch auf Borkum, in einem kleinen thürmger See und im Allgäu; besonders in Ungarn in Teichen künstlich gezüchtet. Haemopis (Aulastomum) gulo der Pferde- egel, nicht blutsaugend, verschlingt Würmer, Insektenlarven usw., lebt in stehenden und flies- senden Gewässern. Limnatis im Nil. Familie Herpobdellidae. Keine bezalmten Kiefer, nur 3 chitinige Platten im Schlmid. Teilweise als Landegel in den Tropen für die Reisenden imangenehm. Herpobdella (Nephelis) in stehenden rmd fließenden Gewässern, Haemadipsa Land- egel auf Ceylon, Xerobdella, Landegel, Oester- reich. IV. Klasse Echiuroidea (Gephyrea chae- tifera). An dem walzenförmigen Körper ist die Metamerie mein- oder weniger gesch^vunden. Kopflappen rüsselförmig verlängert. Vorder- ende stets mit 2 starken ventralen Hakenborsten* Getrennt geschlechtlich. Entwickhmg mit Metamorphose. Marin. Familie Echiuridae. Echiurus, Thalas- se ma, Bonellia viridis, Weibchen mit sehr langem, vorn gegabeltem Kopflappen, Männchen rudimentär, sehr klein, lebt in dem Eileiter des Weibchens. V. Klasse Sipunculoidea (Gephyrea achaeta, Inermes). Das Vorderende des walzenförmigen Körpers rüsselartig einstülpbar. Kopflappen zurückgebildet; die terminale Mund- öffnung mitunter von Tentakeln umstellt. Ent- wickkmg mit ^Metamorphose. ;\Iarin. Familie Sipunculidae. Tentakeln um den Mund. Der spiralig gewundene Darm mündet dorsal aus. Sipunculus, Aspidosiphon, Phascolion, Phascolo soma. Familie Priapulidae. Keine Tentakeln. Der gerade gestreckte Darm mündet am Hinter- ende des Körpers aus. Schlund mit Papillen imd Zahnreihen. Priapulus, Halicryptus. Zu den Gephyreen gehört wohl auch Epi- thetoso ma norvegicum für das Shipley eine besondere Ordnmig der Epithetosoma- toidea aufstellt. 4. Biologie (Oekologie) und Verbrei- tung. Die Anneliden stammen aus dem Meere und sind auch zum weitaus größten Teil ihrem ehemaligen Element treu ge- blieben. Eigentlich sind es nur die Oligo- chaeten und die Hirudineen, die als einheitliche Gruppen das Meer verlassen haben und nun meist im Süßwasser der Seen, Teiche, Bäche und Flüsse, teilweise aber auch auf dem Lande leben; nur wenige Oligo- chaeten finden sich im Brackwasser oder am Meeresstrande selbst, und auch die Zahl der im Meere lebenden Hirudineen ist gering im Vergleich zu der das Süßwasser oder trockne Land bevölkernden. Dagegen sind die Archianneliden, Protochae- ten, Polychaeten, Sipunculoideen und Echiuroideen vollkommen auf das Meer beschränkt, nur eine äußerst geringe Anzahl von Polychaeten hat sich dem Leben im Brackwasser und teilweise sogar dem Süß- wasser angepaßt. Von diesen Süßwasser- Polychaeten gehören zwei Drittel der Familie der Lycoriden und von denen wieder die meisten der Gattung Lycastis an. Manche Arten bewohnen sowohl das Meer als auch das Brackwasser, z, B. IN'ereis diversicolor. Von den verschiedenen Kegionen des Meeres ist es die Strandzone, welche die meisten Vertreter der Ringelwürmer birgt. Dort, w^o sich oft ein reicher Pflanzen- wuchs in dem nicht sehr tiefen Wasser entwickelt, also bis zu Tiefen von 20 bis 30 m, und wo durch den Wogen- anprall das anstehende Gestein des Ufers in größere und kleinere Felsblöcke 454 Aiiiielidae und Steine zerschlagen wird, und wo sich zwischen den Gesteinstrünimern die zer- brochenen Schalen der Mollusken zu häufen pflegen, zwischen denen sich allerlei kleines Getier verbirgt, da ist auch ein reiches Leben von Anneliden zu finden. An den Pflanzen und Steinen, in den Felsritzen, aber auch im losen Sande bauen sie ihre Wohnrühren und gehen sie dem Kahrungserwerb nach. Dabei werden die Uferzonen mit festem, hartem Gestein solchen mit weichem, sich in feinem Sand auflösendem Sandstein, der keine so bequemen Schlupfwinkel bietet, vorgezogen. Sogar in der Gezeitenzone selbst, wo der Boden des Meeres während der Ebbezeit mehr oder weniger trocken gelegt wird, leben manche dem Wechsel des Wasserstandes speziell angepaßte Poly- chaeten, die sich während der Flut in ihre Röhren zurückziehen, beim Niedrigwasser dagegen aus ihrem Versteck hervorkommen. Auch dort, wo der Meeresboden tiefer liegt, bis hinab zu den Tiefen von etwa 400m sind Vertreter der Anneliden nicht selten, wenn die Arten auch nicht so zahlreich sind, wie im flachen Wasser des Strandes selbst. Ja, es finden sich auch in noch größeren Tiefen bis hinab auf den Boden der Tiefsee, also bis zu mehreren Tausend Metern, ein- zelne Arten. Während im allgemeinen jede Art nur in einer bestimmten Tiefe vor- zukommen pflegt, gibt es doch auch solche, deren Wohnbezirke sich von der flachen Küste bis in große Tiefen erstrecken. Die meisten Polychaeten sind Bewoh- ner des Grundes, nur wenige Familien ent- halten Vertreter, die freischwimmend an- getroffen werden und die sich dann meist in der Nähe der Oberfläche umhertummeln. Vor allem die Angehörigen der Alciopidae, Typhloscolecidae und Tomopteridae, auch manche Phyllodocidae sind solche pelagisch lebenden Formen, denen große plattenförmige Ruder die Fortbewegung und große Augen die Orientierung erleichtern. Auch von den bodensässigen Anneliden können manche Arten wenigstens zur Zeit der Geschlechtsreife, oft unter Umbildung zu besonders modifizierten Schwimmformen (Heteronereis-, Heterosyllis- Formen) den Grund verlassen und an die Oberfläche steigen, um dort ihre Geschlechtsprodukte zu entleeren. Die Larven der im Meere lebenden An- neliden sind meist au eine pelagische Le- bensweise angepaßt und tragen vor allem zur Verbreitung der Arten bei, indem sie diesen durch ihre Wanderungen neue Wohn- plätze erschließen. Während diese Larven eine mehr oder weniger deutliche Umwand- lung durchmachen, ehe sie als junge Würmer die Lebensweise der Erwachsenen aufnehmen, entwickeln sich die Nachkommen anderer Arten auf dem Grunde unter dem Schutze der Elterntiere, wobei die Metamorphose sekundär meist sehr stark reduziert erscheint. Die pelagisch lebenden Larven können zeit- weilig in so großen Mengen auftreten, daß sie einen charakteristischen Bestandteil des Planktons ausmachen, z. B. die Polygor- dius-, Phoronis- und Mitraria-Larven. Die Archianneliden, Protochaeten, manche Polychaeten und Süßwasser-Oli- gochaeten, die Hirudineen und einzelne Echiuroideen undSipunculoideen leben frei auf dem Grunde der Gewässer und des Meeres, wo manche von ihnen sich in den Sand oder Schlamm eingraben; die meisten Chaetopoden aber bauen sich mehr oder weniger kunstvolle Wohnröhren, in denen sie hausen. In ihrer einfachsten Form stellen diese Röhren Kanäle im Bodengrund dar, deren Wände meist mit einer schleimigen Hülle bedeckt und gefestigt werden, die von Drüsen der Haut oder der Parapodien ausgeschieden wird. Nicht selten kommen diese Kanäle dadurch zustande, daß die Würmer das Material des Bodens durch die Mundöffnung in sich aufnehmen und durch den Darm passieren lassen, dessen Zellen gleichzeitig die vielfach zwischen den Sand- körnchen und Steinchen vorhandenen or- ganischen Substanzen, Reste ehemaliger Or- ganismen und von diesen lebende Protisten und Bakterien, als Nahrung aufnehmen. So graben sich auch die Regenwürmer auf dem Lande durch den Boden, und schon Darwin hat in seiner Arbeit ,,Die Bildung der Ackererde durch die Tätigkeit der Wür- mer" darauf hingewiesen, daß wir ihnen zum großen Teile die gleichmäßige frucht- bare Humusschicht verdanken, welche über- all den Boden bedeckt. Sie verfahren dabei in der Weise, daß sie die in der Tiefe aufge- nommenen unverdaulichen Sandkörnchen und Steinchen nach oben aus dem Darm entleeren, so daß diese die verwesenden Blätter und Pflanzenteile ganz bedecken und jene all- mählich mehr und mehr in die Tiefe rücken. So gräbt sich im Meere z. B. auch Areni- cola durch den Sand, wobei sein Wohnrevier, durch einzelne über der Bodenoberfläche ent- leerte Fläufchen von Exkrementen gekenn- zeichnet wird. Manche Polychaeten spinnen sich mit Hilfe ihrer ,, Spinndrüsen", die meist in den Parapodien liegen, mehr oder weniger durch- sichtige Röhren, in denen sie leben und auch ihre Brut aufziehen (Nereis), andere ver- kleben solche Gespinnste äußerlich mit feinen Sandkörnchen (Sabellaria), oder mit Stein- chen (Onuphis conchilega) oder sogar mit Fragmenten von Muschel- und Schnecken- schalen (Terebella conchilega). Viele der Süßwasser-Oligochaeten, die soge- nannten Tubicolen, bauen sich ebenfalls Aimelidae 455 solche Schleimröhren, die auch hier meist mit allerlei Fremdkörpern beklebt zu werden pflegen. Während diese Köhren auf dem Grunde, an Steinen oder Pflanzen festge- heftet werden und meistens cylindrisch und an beiden Enden offen sind, fertigt Pectinaria eine konische Röhre, deren hinteres enges Ende geschlossen ist, und die von dem Wurm auf seinen Wanderungen mit umhergetragen wird. Alle solche Röhren können leicht von ihren Bewohnern verlassen werden, was bei ein- tretenden ungünstigen Existenzbedingungen wohl auch öfters der Fall ist. Die betreffen- den Individuen suchen sich einfach bessere Wohnplätze und bauen sich neue Wohnungen. Anders verhält sich das bei den sogenannten Röhrenwürmern unter den Polychaeten. Hier sind die Röhren, welche ebenfalls auf dem Untergrund befestigt werden, teils lederartig, teils sehr hart und starr durch die Einlagerung von kohlensaurem Kalk, bei manchen Serpuliden durch einen be- sonderen Deckel verschließbar. Die Bewohner selbst sind in diesem Falle mit ihrem ganzen Körperbau genau an ihre Wohnröhre an- gepaßt, deren Herstellung sie bereits in früher Jugend begonnen haben, und die sie mit dem allmählichen Wachstum ihres Körpers auch langsam vergrößert haben. Das Material dieser Röhren wird meist durch besondere im vorderen Körperabschnitt gelegene Drüsen ausgeschieden und immerzu an dem vorderen Rande erneuert und vermehrt. So kommt es, daß diese Röhren wie die Windungen der Schneekengehäuse meist klein und dünn be- ginnen und dann, entsprechend dem Wachs- tum des Wurmes nicht nur länger werden, sondern auch einen größeren Durchmesser bekommen. Ihrer Form nach sind sie ent- weder gerade (Spirographis), spiralig ge- wunden (Spirorbis) oder unregelmäßig ge- bogen (Serpula); der Querschnitt ist oft rund, mitunter auch dreieckig oder sonst mehrkantig. Wenn nun auch der in einer solchen Röhre lebende Wurm sich vöUig frei in ihr bewegen, sich, um Nahnmg aufzunehmen, weit aus ihr vorstrecken und sich, um einem Feinde zu entgehen, in ihr hinterstes Ende zurückziehen, ja, sie sogar völlig verlassen kann, was allerdings nur im äußersten Notfall geschieht, nämlich nur wenn die chemische Beschaffenheit des umgeben- den Wassers direkt schädlich wirkt oder wenn Sauerstoffmangel eintritt, so ist es ihm doch unmöglich, sich eine Röhre völlig neu zu schaffen, da er eben die Grundlage dazu, die er in seiner Jugend gelegt hatte, im Alter nicht wiederholen kann. Andererseits ver- mag der Wurm dann auch nicht, sich mit seinem nur für das Röhrenleben geeigneten Körper weiterzubewegen und Nahrung auf- zunehmen, so daß er zugrunde gehen muß. Gewöhnlich leben die einzelnen Indivi- duen getrennt für sich, aber nicht selten fin- den sich doch größere Mengen von Vertre- tern einundderselben Art auf einem engen Raum beieinander, ohne daß sie sich um- einander kümmerten. Vor allem die Röhren- würmer bauen oft ihre Wohnungen so dicht zusammen, daß fast steinartige Massen ent- stehen können. Durch besondere Färbungen, von in der Haut verteilten Pigmenten herrührend, sind viele Ringelwürmer der Erscheinung ihrer Umgebung trefflich angepaßt, so daß sie auf diese Weise vor der Entdeckung durch Feinde geschützt sind. Manche dagegen zeichnen sich durch auffallende leuchtende Farben aus; Rot und Braun kommen häufig vor, ebenso Grün. Die pelagischen Alcio- piden und Tomopteriden sind glasklar durchsichtig, wie so viele an der Oberfläche schwimmende Organismen. Aphrodite und Chloeia sind mit langen irisierenden Haarborsten bekleidet, welche das Tier in allen Regenbogenfarben schillern lassen. Da- gegen ist die Färbung vieler anderer Anne- liden unscheinbar und verdankt ihren Ur- sprung oft nur dem durchschimmernden In- halt des Darmkanals. Nicht selten verleihen auch zur Zeit der Reife die durchscheinenden Geschle'chtspro dukte dem Körper eine be- sondere Farbe. Einzelne Ringelwürmer können in der Dunkelheit leuchten, indem sie einen phos- phoreszierenden Schleim absondern. Dies ist der Fall bei Chaetopterus, manchen Po- Ijnioe-Arten, bei Polycirrus aurantia- cus und anderen Polychaeten und bei dem Oligochaeten Photodrilus (Micro- scolex). Während die meisten Anneliden den Tag in ihren Verstecken, unter Steinen, im Sand und Schlamm , oder in ihren Wohn- röhren verbringen, wo sie nur geringe schlän- gelnde Bewegungen zur Erneuerung des Atemwassers ausführen, gehen sie mit Ein- brach der Dämmerung auf die Nahrungs- suche, sei es nun, daß sie ganz hervor kriechen oder schwimmen, oder daß sie wenigstens ihre Tentakelkronen entfalten. Dabei stellen sie jede Bewegung sofort ein, wenn etwa ein dunkler Schatten über sie hinweggleitet, und die Röhrenwürmer verschwinden blitz- schnell in ihren Röhren, um erst nach einiger Zeit vorsichtig wieder hervorzukommen. Die Nahrung der Anneliden kann so- wohl pflanzlicher wie animahscher Natur sein. Viele Polychaeten, vornehmlich die früher als Rapacia zusammengefaßten, gehen auf Raub aus, wobei sie sich ihrer bhtzschnell vorgestreckten oft als ansehnliche Greifzangen entwickelten Kiefer zum Fange und Festhalten der Beute bedienen. Kleine Kruster, Mollusken, Hydroiden und Schwäm- 456 Anneliclae me, aber auch andere Ringelwürmer fallen ihnen zum Opfer. Andere weniger gut be- waffnete Polychaeten nehmen pflanzliche Kost zu sich, manche hinwiederum sowohl tierische als auch vegetabilische Nahrung. Eine besondere Anpassung an ganz bestimmte Nahrung zeigen die Hirudineen, indem sie nämlich auf die Bluttlüssigkeit anderer Tiere, meist kleiner Mollusken, oder auf das Blut der Fische angewiesen sind, welch letzteres sie oft an deren Kiemen sitzend (Piscicola) saugen. Am weitesten ist diese Spezialisierung bei dem medizinischen Blutegel und bei den Landegeln der heißen Länder getrieben, indem die erwachsenen Vertreter dieser Gruppe des Blutes warmblütiger Tiere be- dürfen, zu dem sie durch mit ihren scharfen Kiefern geschnittene Wunden gelangen, wo- bei ein besonderes Sekret der Speicheldrüsen das Gerinnen verhindert. Vielleicht die meis- ten der Ringelwürmer begnügen sich aber mit einer weit einfacheren Kost. Wir sahen schon, wie manche den Bodengrund durch- wühlen und die wenigen dort faulenden organischen Substanzen in sich aufnehmen. Andere, vor allem die Röhrenwürmer unter den Polychaeten, aber auch viele der klei- nen freilebenden Formen, iVrchianne- liden, Protochaeten, Oligochaeten, nähren sich von dem feinen organischen Detritus, der auf den Boden der Gewässer und des Meeres herabsinkt. Die Röhrenwürmer kommen zu diesem Zwecke mit dem Vorder- ende aus ihren Röhren hervor, entfalten ihre oft prachtvoll gefärbten Tentakelkronen und strudeln nun mit deren Wimperbesatz alle die kleinen lebenden und toten Organis- men, die im umgebenden Wasser flottieren, ihrer Mundöffnung zu. Bemerkenswert ist die Art und Weise, wie Bonellia ihren zwei- gespaltenen Rüssel bis zu l^<>Jii Länge aus- strecken kann, indem sie ihn zwischen den Steinen und Pflanzen des Bodengrundes hin und her ausspannt. Die aus kleinen Organismen bestehende Nahrung wird von dem Rüssel ergriffen und in der Längsrinne desselben dem Munde zugeführt. Verschiedene Polychaeten leben als Parasiten an oder in anderen Tieren. Acho- loe astericola und Ophiodromus finden sich ektoparasitisch in den Ambulakral- furchen des Seesternes Astropecten au- rantiacus. Ueberhaupt beherbergen die Echinodermen zahlreiche parasitische Po- lychaeten, meist Polynoe-iVrten. Aber auch in der Entenmuschel Lepas anatif era, in der Ctenophore Cydippe finden sich parasitische Polychaeten. Einige Poly- chaeten schmarotzen in anderen Ringel- würmern, so die Eunicide Labrorostra- tus parasiticus in der Leibeshöhle von Odontosyllis ctenostomatus, ja die Eunicide Haematocleptes terebelli- des sogar in der zur gleichen Familie ge- hörenden Marphysa. Die Eunicide Oli- gognathus bonelliae lebt in Bonellia. Auch Kommensalismus zwischen Ringel- würmern und anderen Tieren findet sich. So lebt Nereis fucata mit einem Einsiedler- krebs zusammen in derselben Schnecken- schale. Mehrfach finden sich Ringelwürmer in den Hohh-äumen von lebenden Schwäm- men, einige auch in den Wohnröhren anderer größerer Anneliden gemeinsam mit diesen. Ein paar Arten der Sipunculidengattung Aspidosiphon leben in Kommensalismus mit Korallen. Die Anneliden selbst werden auch von Parasiten heimgesucht. Vor allem sind es kleine Kruster, ektoparasitisch lebende Cope- poden, die besonders an den Parapodien der Polychaeten gefunden werden. Unter den Elytren der Aphroditidae oder an den Kiemen der Eunicidae siedeln sich gern Bryozoen wie Loxosoma an. Am verbrei- tetsten aber sind Gregarinen, die in der Leibeshöhle der Anneliden schmarotzen. Die Bedeutung der Ringelwürmer für den Menschen ist im allgemeinen gering; nur die Regenwürmer machen eine Aus- nahme, indem sie durch ihre bereits er- wähnte Art der Nahrungsaufnahme das Erdreich lockern und die für die mensch- liche Kultur so wichtige Ackererde liefern. Abgesehen von den zur Landplage werden- den Landblutegeln der Tropen fügen die Anneliden dem Menschen und seinen Unter- nehmungen keinen nennenswerten Schaden zu, wie sie auch mit obiger Ausnahme selten Nutzen für ihn bedeuten. Manche Poly- chaeten werden gern als Köder zum Angeln benutzt, so vor allem der Fischerköderwurm Arenicola, in manchen Gegenden aber auch andere, dort gerade häufige Polychaeten oder Oligochaeten, wie Nephthys, Ne- reis, Lumbriciden und andere. Die zur Zeit der Geschlechtsreife auftretenden, nach Millionen von Individuen zählenden Schwär- me von Eunice viridis werden von den Eingeborenen der Samoa-Inseln gefangen und geröstet, um als ,,Palolo" ein treffliches Mahl abzugeben, während man in Japan die dort ebenso zahlreich schwärmende Nereis japonica als Düngemittel verwendet. Literatur. Andouhi et Milne Edwards, Vlassification des Annelides etc. Annal. Sciences Natur. Paris 1832 bis 34. — F. E. Beddard, \ A Monocjraph of the order of Oligochacta. Ox- ford 1895. — Derselbe, Earthworms and Leeches. Cambridge Natural THstory 1901, Vol. 2. — W. Bl. Benhatn, Archiannclida , Polychaeta and Myzostomaria. Cambridge Natural History 1896 Vol. 2. — R. S. Bergh, Neue Beiträge I u. II. Zeiischr. tviss. Zool. Bd. L ti. LH, 1890—1891. — O. Bürger, Beiträge zur Ent- wickhingsgeschichte der Hirudineen. Zool. Jahrb. (Ant.), Bd. IV, 1891; Zeitschr. wiss. Zool., Annelidae — Annelidae ( Paläc jntulogie) 457 Bd. L VIII u. LXXII, 1891—1902. — Brandes- Leuckavt, Parasiten des ßlen.schen (Hirudincen), 2. Aufl.., 1901. — C. M. Chilcl, The early development of Arenicola and Sternaspis. Arcli. Enlw. Mech., Bd. IX, 1900 [u. a. Arb.J. — E. Claparede, Les Annelides clielopodes du Golfe de Naplts. Genf 1S6S, Supjil., 1870 /u. a. Arb./. — E. Ehlers, Die Borstenwürmer. I II. IL Leipzig 1864—68 [u. a. Arb.J. — H. Eisig, Monographie der Capitelliden. Fauna u. Flora d. Golfes v. Neapel 1887, Bd. 16. — J)ersclbe, ZurEntwickelungsgeschirhte der Capi- telliden J/itt. Zool. Siat. Neapel, Bd. XIII. 1898. — J. Eraipoiit, Le genre Polygordius. Fauna u. Flora v. Neapel 1887, Bd. I4 [u. a. Arb.J. — K. Fuchs, Die Topographie des Blutgefäß- systems der Chaetopoden. Jen. Ztschr.f. Nalnnc. 1906, Bd. 42. — E. S. Goodrich, On the Nephridia of the Po ly chaeta. Quart. Journ . Mikroskop. Science, 1897—1900 ti. 1895—1909. — Ch. Gravier, Sur les Annelides polychetes d'eau douce. C. R. Acad. Sc. Paris 1902, T. 135 [u: a. ArbJ. — E. Grube, Die Familien der Anneliden. Arch. f. Naturgesch. 1850 — 51. — Chas. W. Hargitt, Experiments on the beim- vionr of tubicolons Annelids. Journ. e.rp. Zool., 1906 Vol. 3 u. 1909 Vol. 7. — B. Hatschek, Studien über die Entwicklungsgeschichte der Anneliden. Arb. Zool. Inst. Wien, Bd. I, 1878 [u. a. Arb.J. — M. A. Herubel, ßecherches sur les Sipunculides. Mem. Soc. Zool. France 1908, Tome 20 [u. a. Arb.J. — E. Korscheit, lieber Bau und Entwickelung des Dinophilus apatris. Zeitschr. wiss. Zool. 1882, Bd. 37 [u. a. Arb.J. — E. Korscheit und K. Heide)-, Lehrbuch der vergleichenden Entwickelungsge- schichte. Spezieller Teil, Heft 1, Jena 1890. Allgem. Teil, 3. — 4- Lieferung, Jena 1909. — N, Livnnow, Untersuchungen zur Morphologie der Ilirudineen. Zool. Jahrb., Abt. Anal., 1904 bis 1907. — A, Malaqtiin, ßecherches sur les Syllidiens. Mem. Soc. Sc. Arts. Lille 1893 [u. a. ArbJ. — ^-1. J), Mead, The early deve- lopment of marine Annelids Journ. Morph. Vol. XIII, 1897 [u. a. ArbJ. — Ed. Meyer, Studien über den Körperbau der Anneliden. Mitt. Zool. Stat., Neapel, 1887 — 1901 [u. a. ArbJ. — ir. Michaelsen, Oligochaeta. Tier- reich 1900, 10. Lieferung fu. a. ArbJ. — 17. Pierantoni, Protodrilus. Fauna u. Flora. Neapel 1908, Bd. 31 [u. a. ArbJ. — F. A. Potts, Methods of Reproduktion in the Syllids. Ergebnisse und Fortschritte der Zoologie, 1911, Bd. 3. — W. Salensky, 3Iorphogenetische Studien an Würmern. I u. II Mem. Acad. St. Petersb. Vol. XVI u. XVIII. 1905- 1906 fu. a. Arb.J. — K. E. Schreiner, Histologische Untersuchungen über die Augen der freilebenden marinen Borstenwürmer. Bergens Museum. Aar- borg 1897. — .-1. E. Shipley, Gephyrea. Cam- bridge Natural History, 1901, Vol. 2. — J", W. Spengel, Beiträge zur Kenntnis der Gephyreen. Mitt. Zool. Stat. Neapel 1879 u. Zeitschr. wiss. Zool. 1880 fu. a. Arb.J. — J. C. Torrey, The early development of Thalassemu. Ann. N. York Acad., Vol. XIV, 1903, fu. a. ArbJ. — A. L. Trcadwell, The cytogeny of Podarke obscura Jouru. Morph., Vol. XVIJ 1901 fu. a. ArbJ. — F. Vejdovsky, Enlivickelungsgesch ichtliche Unter- suchungen. H. 1 — 4. (Oligochaeta), Prag 1883 bis 1892. — E. B. Wilson, Embryology of the Earthworn. Journ. Morph., Vol. III, 1890. — The Cell-Lineage ih Carhoniferous tubicolar Annelids. Gcol. 3Iag., Dec. 2, Bd. 7, 1880. — Derselbe, On the occurrence of the genus Tiirrilepas H. Woodw. and Annelid jaws in the Upp. Silur, rocics of N.-S.-Wcdes, Geol. Mag., Dec. 3, Bd. 7, 1890. — Th. Fuchs, Studien üb. Fucoiden u. Hieroglyphen, Denkschr. d. Math.-Nat. Kl. d. Akad. d. Wiss., Wien, 1895. ■ — Derselbe, Ueb. einige n. Arbeiten z. Aufklärung d. Natur d. Alectoruriden. Mit f. d. geol. Ges. Wien, Bd. 3, 1910. — G. H. Girty, ' The Car- bonif. Formations and Faunas of Colorado. U. S. Geol. Surv. Prof. Pap. Nr. 16, 1903. — L. v. Graff, Ueb. ein. Deformitäten anfoss. Crinoiden. Paläontogr. Bd. 31, 1885. — G. J. Hinde, On Annelid remains from the Silur. Strata of the Isle of Gotland. K. Svenska. ]"et. Akad. Handl. Bihang Bd. 7, 1882. — Derselbe, On the jaw- apparatus of an Annelid (Eunicites Reidiue n. sp.) from, the Loiver Carbonif. of Halkin Mount. Flintsh, Quart. Journ. Geol. Soc. London, Bd. 52, 1896. — C. J. Lisson, Contribucion a la Geologia de Lima y sits alredcdores, Lima 1907. — S. A. Miller and F. E. Gtirley, New and interesting species of jxdaeoz. fossils. Lllin. State Mus. Nat. Hist. Bull. 7, 1895. — G. A. Nathorst, Om sj>är of nägra evertehrade djur m. m. och der palaeont. ba/ydelse. IC Sveiiska Vet. Akad. Handl. Bd. 18, 1881. — Derselbe, Nouv. observations s. d. traces d'animaux . . . decr. c. algues foss. Ebendort Bd. 21, 1886. — O. M. Reis, Beobachtungen üb. Schichtenfolge und Gesteinsbild. i. d. fränk. Unt. u. MittL Tnas (Lit. üb. RhizocoralUum u. Verwandtes). Geognost. Jahresh. Bd. 22, 1909 (1910). — G. Rovereto, Bryozoi, Annelidi e Spugne perforanti del Neog. Liguri. Paläontogr. Ital. Bd. 7, 1901. — Derselbe, Studi monograßci siigli Anne- lidi fossili, 1. Terziario. Paläontogr. Ital. Bd. 10, 1904. — G. R. Vine, Notes on the Annelida tubicola of the Wenlock shales. Quart. Journ. Geol. Soc. London, Bd. 38, 1882. — Ch, D. Walcott, Precambrian fossiliferous Formations. Bull. Geol. Soc. America, Bd. 10, 1899. — Derselbe, Middle Cambrian Annelids. Smiths. Mise. Coli. Bd. 57, 1911. — Zittel und J. V. Rohon, Weber Conodonten. Sitzungsber. d. math.-na-turw . Cl. d. Akad. d. Wiss., 3Iilnchen, Bd. 16, 1886 (1887). J. F. PompecTeJ, Anodenstrahlen. 1. Entdeckung. Allgemeine Eigenschaften. 2. Sti-iktionsanodenstrahlen. Wirkung elektro- negativer Gase. 3. Spektra und Vorkommen der Anodenstrahlen auf der Sonne. 4. Aj-Strahlen. I. Entdeckung. Allgemeine Eigenschaf- ten. Die Anodenstrahlen sind positive, vom positiven Pol, der ,, Anode", einer Geißler- schen Röhre unter gewissen Versuchsbedin- gungen ausgesandte, korpuskulare Strahlen. Sie wurden 1906 von G e h r c k e und R e i c h e n h e i m entdeckt und zuerst an glühend gemachten Anoden, die Soda und andere Salze enthielten, beobachtet. Später- hin wurden die Entstehungsbedingungen der Anodenstrahlen und ihre Darstellungsweise genauer studiert und verbessert. Sehr lichtstarke und demonstrativ wirksame Anodenstrahlen erhält man beispielsweise in folgender Röhre (Fig. 1): Die Anode A ist eine von einem Glasrohr umgebene Salz- stange, die aus einem Gemisch von ge- schmolzenem Lithiumjodid und Kohlepulver hergestellt ist; die Kathode K ist eine Aluminiumscheibe. Die Luft in der Röhre ist hochverdünnt und enthält Joddämpfe und Wasserstoffreste. Unter diesen Umständen gehen bei Betrieb der Röhre mit einer Influenzmaschine, Hochspannungsbatterie oder mit Liduktorium von der Anode A hellrot gefärbte, scharfe Strahlen aus, deren Spektrum die Lithiumhnien aufweist. Wenn man die Aiiode statt aus Lithiumsalzen aus Salzen anderer Metalle herstellt, so erhält man ebenfalls Anodenstrahlen, und zwar in den Farben der Spektren der betreffenden Metalle; Natriumanodenstrahlen sind gelb, Strontiumanodenstrahlen blau, Calcium- anodenstrahlen violett, ThaUiumanoden- strahlen grün usw. Damit man Anoden verschiedenen Materials gegeneinander aus- wechseln kann, pflegt man mittels eines Fig. 1. Glasschhffs S abnehmbare Anoden zu ver- wenden (Fig. 1). Die Anodenstrahlen stehen senkrecht zu der Fläche der Anode, von der sie ausgehen und werfen an festen, ilmen in den Weg gestellten Körpern scharfe Schatten. Beim Auftreffen auf geeignete feste Körper erregen sie eine Phosphoreszenzfarbe. Thü- ringer Glas wird zu charakteristischer, gelber Phosphoreszenz erregt; das Spektrum des Phosphoreszenzhchtes enthält die D-hnien des Natriums. Ein Magnet, der genügend stark ist, biegt den Anodenstrahl krumm; desgleichen lenkt ein zur Bahn des Anoden- strahls senkrechtes, elektrisches Kraftfeld, hergestellt etwa durch zwei entgegengesetzt geladene Kondensatorplatten, den Strahl ab. Die Ablenkungen geschehen im gleichen Sinne, wie bei dem Teil der von Gold st ein entdeckten Kanalstrahlen (vgl. den Artikel ,,Kan al strahlen"), der im Sinne positiver 464 Anoclenstrahlen Teilchen abgelenkt wird, und umgekehrt wie bei den Kathodenstrahlen. Hieraus wird geschlossen, daß die Anodenstrahlen ebenso wie die positiven Parti alstrahlen der Kanal- strahlen aus schnell bewegten, positiv ge- ladenen Teilchen bestehen. Die quantitative Ausmessung der Ablenkung ergibt auf Grund dieser Theorie die Größe der Geschwindig- keit und das Verhältnis Ladung durch Masse eines Teilchens (auch genannt spezifische Ladung). In folgender Tabelle nach G e h r c k e und Reichen heim sind einige derartige Messungsergebnisse enthalten : Lithium-A. Natrium-A. Strontium-A. Spezifische Ladnng (C.G.S.) 1,15 . IO-* 0,41 . 10^ 0,21 . 10* Die Potentialdifferenz zwischen der Anode und den in ihrer Nachbarschaft hegenden Partieen des Gases (der ,,Anodenfair') be- trug hier im Durchschnitt 3600 Volt, die magnetische Feldstärke 910 Gauß. Vergleicht man mit obigen Werten der spezifischen Ladung die für elektrolytische Jonen gefundenen Zahlen, so ergibt sich, daß die Verhältnisse der spezifischen Ladungen gleich den Verhältnissen der sogenannten Aequivalentgewichte sind. Dies gilt für alle bisher untersuchten Stoffe. Allgemein zeigt sich, daß die spezifischen Ladungen der Anodenstrahlen dieselben sind wie die der elektrolytischen Ionen. Man nimmt deshalb an, daß die Teilchen der positiven Strahlen mit den elektrolytischen Ionen identisch sind. Elektrisch neutrale Partialstrahlen, wie sie bei den Kanalstrahlen auftreten, wurden bei den Anodenstrahlen bisher nicht gefunden. Die Anodenstrahlen zeigen ferner den von Stark an den Kanalstrahlen ent- deckten Doppler- Effekt, d. h. es zeigen die von den schnellbewegten Strahlenteilchen ausgesandten Lichtwellen in der Richtung der Bewegung eine Verkürzung, entgegen- gesetzt der Bewegung eine Vergrößerung der Wellenlänge. Das senkrecht zur Strahlen- richtung ausgesandte Licht zeigt keine Ver- änderung. Man erhält hieraus auf ganz anderem Wege wie oben ebenfalls Auskunft über die Geschwindigkeit der bewegten Teilchen und kann durch Koml)ination dieser Beobachtung mit einer elektrischen oder magnetischen Messung auch die spezi- fische Ladung berechnen. Die so erhaltenen Zahlenwerte stimmen mit den auf die oben genannte Weise erhaltenen überein. Der Doppler -Effekt der Anodenstrahlen unter- scheidet sich nach R e i c h e n h e i m von dem der nahe verwandten Kanalstrahlen: während nämlich in den Kanalstrahlen neben der sogenannten ,, bewegten Intensität", d. h. den von den bewegten Teilchen emittierten Spektrallinien, auch eine ,, ruhende Inten- sität" auftritt, die von ruhenden resp. lang- sam bewegten Teilchen ausgesandt wird und im allgemeinen durch einen Zwischenraum von der bewegten Intensität getrennt ist, so fehlt bei den Anodenstrahlen die ruhende Intensität vielfach, wenigstens konnte sie weder bei Calcium- noch bei Strontium-Ano- denstrahlen erhalten werden. Die Anoden- strahlen sind also auch in dieser Hinsicht einfacher als die Kanalstrahlen. 2. Striktionsanodenstrahlen. Wir- kung elektronegativer Gase. Den Ano- denstrahlen eng verwandt sind die so- genannten Striktionsanodenstrahlen. Diese entstehen nach G e h r c k e und R e i - c h e n h e i m z. B. auf folgende Weise (vgl. Fig. 2): A und K sind zwei Aluminium- bleche, die als Elektroden dienen und sich in Glaskugeln befinden. Beide Kugeln sind durch eine Glasröhre von etwa 7 mm lichter Weite miteinander verbunden, deren Enden, wie ersichthch, in die Kugehi hineinragen. Wenn diese Röhre evakuiert und der Strom einer 30-plattigen Influenzmaschine hindurch- geschickt wird, findet sich, sowohl mit Luft, als auch mit Wasserfüllung, daß außer dem an der Kathode entspringenden Kathoden- strahl noch ein ,,Striktionskathodenstrahl" vorhanden ist, der in der Verbindungsröhre beider Kugehi entspringt. Ist etwa K Ka- thode, A Anode, so erzeugt dieser Striktions- kathodenstrahl bei F— einen grünen Phos- phoreszenzfleck auf der Glaswand. Von irgendwelchen positiven Strahlen dagegen findet sich nichts, so sehr auch das Vakuum variiert wird. Wenn jetzt aber eine Spur Jod in Form eines kleinen Bröckchens von 1 mm ^ in die Röhre gebracht und diese von neuem evakuiert wird, treten plötzhch positive Striktionsstrahlen auf: nunmehr entspricht dem grünen Fluoreszenzfleck F. der Striktionskathodenstrahlen ein gelber Fluoreszenzfleck F+ der Striktionsanoden- strahlen, der von einem spitzkegelförmigen, rosaroten Striktionsanodenstrahl erzeugt wird. Anodenstralilen 465 Außer dem Jod sind auch andere Halogene imstande, die Erzeugung von Striktions- anodenstrahlen zu begünstigen, wie z. B. Dämpfe von Brom, Bromwasserstoff, Chlor- wasserstoff, Jodwasserstoff. Ferner sind auch andere Gase als Luft und Wasserstoff imstande, mit Jod Striktionsanodenstrahlen 7Ai ergeben, z. B. Sauerstoff, Helium. Reines Helium und reiner Sauerstoff — ohne Jod- zusatz — zeigen keine Striktionsanoden- strahlen. Auch von einer metalhschen Anode, z. B. aus Aluminium, gehen in einem Gas- gemisch, z. B. aus Wasserstoff und Jod, Anodenstrahlen aus. Durch den Zusatz des Jods oder eines anderen Halogens wird die Potentialver- teilung in der Röhre bedeutend geändert: überall, wo positive Strahlen entstehen, bildet sich ein Gebiet hohen Potential- gefälles im Gase aus. Dieses Gebiet hohen Potentialgefälles gibt vermutlich die Ursache für die Entstehung der Anodenstrahlen ab. Man denkt sich nach G e h r c k e und R e i c h e n h e i m den Mechanismus der Erzeugung von Anodenstrahlen etwa so: Durch den Zusatz des Jod oder eines anderen, ,, wirksamen" Stoffes wird die Zahl der freien negativen Elektronen im Gase verringert, da das Jod als stark elektronegatives Element die Tendenz hat, negative Elektronen zu verschlucken, also negative Ionen (Jod-Ionen) zu bilden. Die allenthalben im Gase vor- handenen, positiven Wasserstoff- und anderen Ionen werden jetzt, wo die Zahl der Elek- tronen verringert ist, eine starke Be- schleunigung erfahren können und Anoden- strahlen bilden. Aus dieser Theorie sollte u. a. die Existenz negativer Jodstrahlen folgen. Bisher sind diese allerdings noch nicht beobachtet worden. In der Glüh- larapentechnik benutzt man augenschein- hch schon lange diese Eigentümhchkeit von Jod-, Phosphor-Dampf usw., hohe Fälle im Gase zu erzeugen, d. h. den Widerstand der elektrischen Leitung im luftverdünnten Raum zu erhöhen. Viele Glühlampenbirnen w^erden nach einem von M a 1 i g n a n i an- gegebenen Verfahren evakuiert, das darin besteht, Phosphor-, Joddampf u. dgl. in die Birne vor dem Zuschmelzen einzulassen. Hierdurch muß der für die Zerstäubung ■des Glühfadens maßgebende und daher die Lebensdauer der Lampe schädigende Zweig- strom, der außen um den Faden herum durch das Vakuum fheßt, geschwächt werden. Die Emission der Striktionsanodenstrahlen erfolgt, auch bei Betrieb der Röhre mit Gleichstrom, diskontinuierlich in rege! mäßigen Pulsationen. Eine Erklärung hierfür ist nicht gegeben worden. 3. Spektra und Vorkommen der Anodenstrahlen auf der Sonne. Die HaiuUvtirterbuch der Naturwissenscliat'tcn Band I. Spektra der Anodcnstrahlen haben des- wegen ein besonderes, über die reine Physik hinausgehendes Literesse, weil sie viel Aelmlichkeit mit den in den eruptiven Protuberanzen der Sonne beobachteten Spek- tren haben; auch bei den Protuberanz- spektren fehlt ja im allgemeinen die „ruhende Intensität" (vgl. oben Se'te 464). Die große Einfachheit der Anodenstrahl- spektra im Vergleich z. B. mit den Spek- tren des Lichtbogens legt im allgemeinen schon den Vergleich mit den einfach ge- bauten Spektren der Protuberanzen nahe; in den Einzelheiten wird die Gleichheit der beiden noch augenfälhger. So besteht z. B. sowohl das Spektrum der Wasserstoffanoden- strahlen als auch das der Protuberanzen ledighch aus der Balmerschen Linienserie Ha, H;i', H;' Die vielen anderen, sonst noch in Wasserstoffspektren auftretenden Linien fehlen hier vollständig; das Anoden- strahlspektrum des Calciums enthält als hellste Linien das Paar 393/396, das im Sonnenspektrum als H- und K-Linien be- zeichnet wird, während die in den anderen irdischen Calciumlichtquellen hellste Linie 423 sehr schwach ist. Wenn man berücksichtigt, daß die Geschwindigkeit, mit der die Pro- tuberanzen sich fortbewegen, von der gleichen Größenordnung ist, wie die der Anoden- strahlen, so wird die Anschauung, daß die Protuberanzen nichts anderes als Anoden- strahlen sind, fast zur Gewißheit. Die Sonne oder der Sonnenkern wäre hiernach als Anode aufzufassen, und auch diese Folgerung erscheint plausibel, da die Sonne wegen ihres beständigen Verlustes an negativen Elektronen sich notwendigerweise wird positiv aufladen müssen; der Ausgleich dieser La- dungen in Form von mächtigen Gewittern in der heißen, hochverdünnten Sonnen- atmosphäre hat dann das Phänomen der Anodenstrahlen zur Folge. 4. Aj-Strahlen. Unter Ai-Strahlen ver- steht man eine eigentümliche Art an der. Anode G e i ß 1 e r scher Röhren unter ge- Fig. 3. wissen Umständen auftretender, positiver Strahlen, die dadurch merkwürdig sind, daß sie dem elektrischen Kraftfeld scheinbar ent- gegen laufen. Reichenheim fand sie 1909 bei der Suche nach negativen Massestrahlen in Jod- und anderen Dämpfen mit folgender Röhre (vgl. Fig. 3): K ist eine Aluminium- 30 466 Anodenstralilen — Anors'anisclie Chemie kathode, die sich in einer Glaskugel von etwa 12 cm Durchmesser befindet: in diese ragt ein Glasrohr von etwa 25 cm Durchmesser hinein, das sich an seinem Ende zu einem 1 cm langen Glasrohr von 7 mm Durchmesser verjüngt; in dieses ist als Anode ein Platin- blech A eingeschmolzen, das eine schlitz- förmige Oeffnung besitzt. C ist ein Zylinder aus Drahtnetz, in dessen Mitte sich ein Metall- diaphragma D befindet, das ebenfalls eine schlitzförmige Oeffnung hat, die der von A parallel steht; A, C und D waren metallisch miteinander und dem positiven Pol einer Influenzmaschine verbunden; F ist ein Fluo- reszenzschirm, der aus einer mit Willemit bedeckten Glimmerplatte besteht. Ist in dem Entladungsrohr z. B. Wasserstoff und Jod- dampf enthalten, so tritt bei geeignetem Va- kuum an der Anode A ein Anodenfall von etwa 4000 Volt auf; es gehen dann von der Anode A Anodenstrahlen in den Entladungs- raum hinein; auf dem Fluoreszenzschirni F erhält man gleichzeitig einen scharf begrenz- ten, dem Diaphragma D entsprechenden Fluoreszenzfleck, ein Beweis dafür, daß von A auch in der Richtung zum P'luoreszenz- schirni Strahlen gehen. Wenn man aus diesem Strahlen bündel mittels eines schwachen Hand- magneten die negativen Anodenkanalstrah- len ablenkt, die mit den Kathodenstrahlen wesensgleich sind, so bleibt noch ein weiteres Strahlenbündel unverändert stehen. Diese mit schwachen magnetischen Kräften imablenkbaren Strahlen wurden in starken, mittels eines Elektromagneten erzeugten Fel- dern untersucht; es wurde dafür gesorgt, daß die Entladung in der Kugelröhre magnetisch hinreichend geschirmt war. Es ergab sich nun, daß das Strahlenbündel aus äußerst schwer ablenkbaren, möglicherweise zum Teil ungeladenen, und zum anderen Teil verschieden stark ablenkbaren Strahlen be- stand; doch waren diese Strahlen nicht, wie erwartet wurde, im Sinne negativ, sondern .positiv geladener Teilchen ablenk- bar. Ein solches Strahlenbündel zeigt dem nach dieselbe Zusammensetzung wie ein Kanalstrahlenbündel. In einer wie oben beschriebenen Ent- ladungsröhre finden wir daher, daß von der Elektrode A, gleichgültig, ob sie Anode oder Kathode ist, die gleichen positiven Strahlen nach rückwärts ausgehen, in einem Falle die oben beschriebenen, im anderen Falle die bereits bekannten Kanalstrahlen. Die oben beschriebenen Strahlen bilden in vielen Beziehungen ein Analogen zu den von E. G 0 1 d s t e i n entdeckten Kj-Strah- len. Die Ki-Strahlen gehen von der Kathode in derselben Richtung wie die Kathoden- strahlen aus, man sollte daher erwarten, daß sie negativ geladen sind, sie besitzen aber, wie V i 1 1 a r d fand, eine positive Ladung. Nach Analogie zu den Kj-Strahlert werden die obigen, von der Anode ausgehen- den Strahlen Aj - S t r a h 1 e n genannt. Wenn man nicht annehmen will, daß die Aj-Strahlen, ebensowenig wie die K^-Strah- len, einem radioaktiven Vorgang ihre Ener- gie verdanken, so ist es nur möglich, daß sie als negative Ionen durch den Anodenfall ihre Geschwindigkeit erhalten haben, da sie sogleich hinter der Anode in einen elektrosta- tisch geschützten Raum kommen. Zeigen sie nachher eine positive Ladung, so müssen sie auf ihrem Wege negative Elektronen ab- gepalten haben. Man wird daher annehmen dürfen, daß in verdünnten Gasen Masse- teilchen, die eine gewisse Geschwindigkeit haben, negative Elektronen abspalten. Im Falle der A,- Strahlen müssen die positiv geladenen Teilchen nicht nur ein, sondern sogar zwei Elektronen abgespalten haben. Ebenso erklärt sich die Entstehung der Kj- Strahlen, über die es bisher die verschiedensten Hypothesen gab: sie erhalten als negative Ionen durch den Kathoden fall ihre Beschleu- nigung, spalten dann infolge ihrer Geschwin- digkeit Elektronen ab und laden sich so positiv. Mit dieser Auffassung der Ent- stehung dieser positiven Strahlen stimmen auch neuere Versuche von W. Wien überein, der aus einem Kanalstrahlenbündel einen neutralen Strahl magnetisch ausblendete und zeigte, daß auf seinem weiteren Wege die fliegenden, neutralen Partikelchen zum Teil wieder positive Ladung annehmen (vgl. den Artikel ,,Kan al strahlen"). Literatur. -E. Gehrcice, Die Strahlen der jx/si- tiren. Elektrizität. Leijjzirj 1909. In diesem Buche sind eingehende Literaturangaben ge- macht. — E. Gehrcke und O. Reichenheim, Physikalische Zeitschrift II 7.11 bis 734 1910. — O. ßeichenheini, Annalen der Physik (4) 33 747 bis 76:2 1910. — O. Ileichenhelvn, Ver- handlungen I). Phys. Ges. 11 168—178 1909. E. Gehrcke. Anomale Kristalle. Dieser Ausdruck wird gewöhnlich auf das abnorme optische Verhalten der Kristalle angewendet. Es entspricht die optische Symmetrie nicht der geometrischen (siehe den Artikel ,, Doppelbrechung, akzi- dentelle"). Anorganische Chemie. Um das Ende des 17. Jahrhunderts klassi- fizierte man nach dem Vorgange von L e - m e r y die Objekte der chemischen For- schung nach den drei Naturreichen in mine- rahsche, vegetabilische und animahsche.. Diese Klassifikation, die sich nur auf ein. AnorgaiiisL'ho Clieinio — ■ AnthracongiMippe 467 äußeres Merkmal, nämlicli das natürliche Vorkommen der Substanzen gründet, mußte jedoch aufgegeben werden, als sich heraus- stellte, daß manche Stoffe sowohl im Pflan- zen- als auch im Tierreich vorkommen. Dieser Umstand und die Erkenntnis, daß die Zu- sammensetzung der mineralischen Stoffe einfacheren Gesetzen unterliegt — was übri- gens bereits 1669 von Becher ausge- sprochen worden war, aber erst viel später, namentlich durch die Untersuchungen von Berzelius, als begrimdete Tatsache an- erkannt wurde — führten zur Unterscheidung zwischen anorganischer und organischer Chemie. Für diese Gruppierung war weiter- hin der Umstand maßgebend gewesen, daß man glaubte, einen das eigentliche Wesen der Kepräsentanten beider Gruppen be- rührenden Unterschied gefunden zu haben, nämlich den, daß man nur die anorganischen Verbindungen künstlich aufbauen könne, die organischen dagegen nur im tierischen oder pflanzlichen Organismus unter Mitwir- kung einer besonderen Lebenskraft. Diese Auffassung ist zwar bereits 1828 von W ö h - 1 e r durch die Synthese des Harnstoffs widerlegt worden; dennoch hat man aus Gründen der Zweckmäßigkeit, auf die an anderer Stelle (vgl. den Artikel ,,0 r g a n i s c h e C h e m i e") näher eingegangen wird, an dieser Gruppierung festgehalten und behandelt die (organische) Chemie der Kohlenstoffverbin- dungen getrennt von der (anorganischen) Chemie der übrigen Elemente. In die große Mannigfaltigkeit der anorga- nischen Chemie hat man dadurch Ordnungen bringen versucht, daß man die verschiedernen Elemente nach ihrem äußeren Verhalten in Metalle und Nichtmetalle gruppierte. Eine vollkommenere Systematik Ist erst im Jahre 1864 durch das gleichzeitig von dem Engländer N e w 1 a n d s und dem Deutschen Lothar Meyer aufgestellte perio- dische System (vgl. den Art. „C h e - mische Element e") erreicht worden, das auf einen Zusammenhang zwischen den Atom- gewichten und den sonstigen Eigenschaften der Elemente und ihrer Verbindungen ge- gründet ist. Ueber die Bezeichnung anorganischer Ver- bindungen vgl. den Artikel „Nomen- klatur". Literatur. U.Kopp. Die Entwickbwg der Chemie, München. — E. von Meyer, Geschichte der Chemie von den ältesten Zeiten bin zur Geqemcart, 4. Auflage, Leipzig 1905. — H. Bmier', Geschichte der Chemie 1905, Sammlung Göschen Bd. 264, 265. ' W. Böttgcr. Anthracengrnppe. L Formel und Konstitution der Stammsiib- stanz. 2. Anthracen: Uarstollung, Kigcnschaften. Nachweis und Synthesen. 3. Homologe, Halogen - derivate, Siüfosäuren, Carbonscäuren, Nitro- anthraceu und Anthramin. 4. Oxyanthracene. 5. Anthrachinon: Darstellung, Eigenschaften, Konstitution. 6. Sulfosäuren, Nitro- und Araino-' antlirachinone. 7. üxyanthrachinone. I. Formel und Konstitution der Stamm- substanz. Der den Körpern dieser Klasse zugrunde hegende Kohlenwasserstoff, das Anthracen, ist wie das Naphtalin als ein Verschmelzungsprodukt mehrerer Benzol- kerne zu betrachten. Während aber das Naphtalin durch zwei kondensierte Benzol- ringe gebildet wird, enthält das Anthracen deren drei. Seine Konstitution, die aus ver- schiedenen unten noch zu besprechenden Synthesen hervorgeht-, wird durch folgendes Formelbild wiedergegeben /CH. .CR .CH. / \ / \ / CH C C CH CH C {] CH ^ch/^ch/^^ch^ Um die Stellung von Substituenten in Anthracenkernen zu bezeichnen, bedient man sich der in der zweiten Formel angegebenen Numerierung. Es erhellt ohne weiteres, daß es drei isomere Monoderivate des Anthracens geben muß, da nämlich die Kohlenstoff- atome 1, 4, 5 und 8, ebenso 2, 3, 6 und 7 und sclüießlich 9 und 10 unter sich infolge ihrer symmetrischen Stellung in der Molekel keiner- lei Verschiedenheit aufweisen. Analog wie beim Naphtalin spricht man von a- (1, 4, 5, 8) und ß- (2, 3, 6, 7) Derivaten; die' in 9 und 10 substituierten Anthracene heißen y- oder auch meso-Derivate. Ueber die Art der Bindung in der Anthra- cenmolekel gibt am besten das von Thiele aufgestellte Schema Aufschluß, das zwei richtige Benzolkerne (die beiden äußeren) enthält, deren Eigenschaften aber durch die an den beiden y-Kohlenstoffatomen befind- liche freie Partialvalenz etwas modifiziert sind. Diese Formel erklärt alle gefundenen 30*" 468 Anthracengruppe Tatsachen in ansreichender Weise: Bei Additionsreaktionen werden die eintretenden Atome oder Radikale sicli zunäclist der freien Valenz bemächtigen, d. h. Additionen werden zuerst in y-Stellung stattfinden. Die beiden äußeren Benzolringe zeigen etwas andere Eigenschaften wie normale Benzolringe, was, wie oben schon angedeutet wurde, voraus- zusehen ist, so z. B. ist das Anthrol im Gegen- satz zum Phenol leicht ätherifizierbar. Beim Dihvdroanthracen, in dem die freie Partial- H H H - H valenz verschwunden ist, ist dagegen kein Grund mehr vorhanden, ein vom regulären abweichendes ^"erhalten der beiden äußeren Benzolkerne anzunehmen; in der Tat rea- giert das Dihydroanthrol C^Jln.OB. nicht anders wie ein gewöhnhches Phenol. Neben der Thiele sehen Anthracenformel ist viel- fach noch eine andere im Gebrauch, die eine p-Bindung zwischen den meso-Kohlen- stoffatomen annimmt. indessen steht diese mit den Tatsachen weni- ger gut im Einklang. 2. Anthracen: Darstellung, Eigen- schaften, Nachweis und Synthesen. Das Anthracen, Ci^ Hjo, wurde als ein Bestandteil des Steinkohlenteers, von dem OS etwa %% ausmacht, im Jahre 1832 von Dumas und Laurent entdeckt. Man gewinnt es aus dessen höchstsiedenden An- teilen, dem sogenannten Anthracenöl, indem man die es begleitenden Substanzen, von denen nur das isomere P h e n a n t h r e n erwähnt sei, durch Zentrifugieren und Be- handeln mit geeigneten Lösungsmitteln ent- fernt. Das Anthracen ist technisch von großer Bedeutung, da es die Muttersubstanz einer ganzen Reihe sehr wichtiger Farbstoffe bildet. Das Anthracen kristallisiert in weißen monoklinen Tafehi oder Blättchen von prächtig blauer Fhioreszenz, schmilzt bei 213« und siedet bei 351". In den meisten organischen Lösungsmitteln ist es schwer löshch, verhältnismäßig leicht in heißem Benzol oder Toluol. Es ist inter- essant, daß die Fluoreszenz sich bei sämtlichen Derivaten des Anthracens wiederfindet, bei denen noch die freie Partialvalenz der mittel- ständigen Kohlenstoffe erhalten ist, daß dagegen beim Dihydroanthracen, beim An- thrachinon u. a. eine Fluoreszenz sich nicht mehr beobachten läßt. Zum N a c h w e i s d e s A n t h r a c e n s benutzt man entweder seine Additions- verbindung mit Pikrinsäure, die in schönen roten Nadeln vom Schmelzpunkt 138 ° kris- tallisiert, oder man oxydiert es mit Chrom- Schwefelsäuregemisch zu Anthrachinon, wel- ches leicht identifiziert werden kann (vgl. unter 5). Von Synthesen des Anthra- cens oder seiner Derivate kennen wir eine große Anzahl; so entsteht z. B. Anthracen selbst aus o-Tolylphenylketon bei der Destilla- tion über glühendem Zinkstaub CO Die Konstitution des Anthracens ergibt sich am besten aus seiner S}Tithese aus o-Brombenzylbromid mit Natrium CHoBr Br^ \/ \ + 4 Na = 4 NaBi H H Es entsteht zunächst Dihydroanthracen. das aber leicht zu Anthracen oxydiert werden kann. Aus dieser Synthese geht einwandfrei hervor, daß die beiden raeso-Kohlenstoff- atome, welche die zwei äußeren Benzolkerne verbinden, sich an jedem der Kerne in 0- Stellung befinden. 3. Homologe, Halogenderivate, Sulfo- säuren, Carbonsäuren, Nitroanthracen und Anthramin. Von den Homologen des Anthracens finden sich einige im Steinkohlenteer, so Methyl- und Dimethylanthracen ; eine Reihe anderer ist auf synthetischem Wege erhalten worden. Sie lassen sich, ebenso wie das Anthracen selbst sehr leicht zu den entsprechenden y-Dihydro- verbindungen reduzieren; bei Anwendung stär- kerer Reduktionsmittel gelingt auch die voll- ständige Hydrierung, z. B. des Anthracens CiiHm zu Perhydroanthracen C14H24. Halogenderivate des Anthracens entstehen durch direkte Halogenisierung dieses Kohlenwasserstoffs, wobei das Halogen zunächst in 9. 10-SteIlung und weiterhin auch an den äus- seren Benzolkernen addiert wird. Beim Er- AnthracengTuppc 469 wärmen entstehen aus diesen additioneilen Ver- ; bindungen durch Halogenwasserstotfabspaltung die eigentlichen Halogensubstitutionsprodukte des Anthracens, die bis zu 8 Atomen Chlor oder Brom enthalten können. Durch Sulfurieren des Anthracens lassen sich je nach den Bedingungen Mono- und D i - s u 1 f 0 s ä u r e n erhalten, denen jedoch keine größere Bedeutung zukommt, ebensowenig wie den Anthracenkarbonsäuren, von denen eben- falls eine ganze Anzahl bekannt ist. Salpetersäure wirkt sehr leicht auf Anthracen ein, doch entsteht dabei nicht direkt ein Nitro- anthracen, sondern es lagert sich zunächst HNOj glatt an die meso-Kohlenstoffatome des Anthracens an in Alkohol lösen. Es kann auch ebenso wie das 2-Anthramin (1-Anthrainin ist nicht bekannt) aus dem entsprechenden Phenol, dem 9-Anthranol, beziehungsweise dem '2-Anthrol durch Einwirkung von wässerigem Ammoniak erhalten werden Ci, U, OH + NH3 = Ci, H, NH^ + H2O. 4. Oxyanthracene. Eine besondere Be- deutung; kommt unter den Derivaten des Antliracens dem A n t li r a c li i n 0 n zu. Es leitet sich von dem Anthracen durch den Ersatz der beiden mittleren Wasserstoff- atome durcli Sauerstoff ab und bildet den H OH Dieses Zwischenprodukt wird indessen, je nach den Bedingungen, unter denen man arbeitet, sehr leicht weiter verändert und zerfällt z. B., wenn man bei Gegenwart von Essigsäureanhydrid nitriert, in Wasser und 9-Nitroanthracen H NO, Ausgangspunkt für die meisten sauerstoff- haltigen Derivate des Anthracens. Reduziert man Anthrachinon mit Ziiik- staub und Salzsäure, so wird ein Sauerstoff- atom durch Wasserstoff ersetzt, es entsteht das A n t h r 0 n , farblose Kristalle vom Schmelzpunkt 155°, die in kalter Kalilauge 0 0 H OH Gelbe Nadeln, Schmelzpunkt 146" gischere Nitrierung erhält man 9.10- Di- n i t r 0 a n t h r a c e n. Beim Erwärmen mit alkoholischem Kali erleidet das 9-Nitroanthracen eine merkwürdige Umwandlung. Es geht in eine alkalilösliche Substanz über; aus der alkalischen Lösung wird durch Mineralsäuren A n t h r a c h i n 0 n - 0 X i m gefällt H 0 NOo NOH Diese Umlagerung ist auch noch deshalb inter- essant, weil es gelungen ist, den Mechanismus der eigentümlichen Keaktion durch Isolierung einer Anzahl von Zwischenprodukten in allen ihren Phasen aufzuklären. Aus dem 9-Nitroanthracen erhält man durch vorsichtige Reduktion das 9- A m i n 0 a n t h r a- c e n , auch 9 - A n t h r a m i n genannt. Es bildet gelbe, leicht zersetzliche Blättchen, die sich mit gelber Farbe und grüner Fluoreszenz H Anthranol unlösMch sind. Beim Kochen aber lösen sie sich mit roter Farbe auf; aus dieser Lösung wird durch Säuren das mit dem Anthron desmotrop isomere Anthranol in braun- gelben Blättchen vom Schmelzpunkt etwa 120 ° ausgefällt. Die beiden Desmotropen gehen schon durch Aufnehmen in Lösungs- mittehi partiell ineinander über. Ganz ähnliche Verhältnisse finden sich beim 9.10-Dioxyanthracen, dem A n t h r a - h y d r 0 c h i n 0 n. Auch dieses steht in sehr naher Beziehung zu einem Isomeren, dem 0 X a n t h r 0 n 470 Ajitliracengmi )pe OH Anthrahydrocliinon H OH Oxantliron Oxanthron (weiße Nadeln vom Schmelz- punkt 167 °) ist nnlöslich in kalter Natron- lauge, in kochender Alkalilauge geht es dagegen mit roter Farbe in Lösung; die Flüssigkeit enthält das Natriumsalz des Anthrahydrochinons. Das letztere kristalli- siert in braunen Nadeln und wird namentlich in alkalischer Lösung äußerst leicht, schon durch den Luftsauerstoff, zu Anthrachinon oxydiert. Es wird in Form seines tiefroten Natriumsalzes am besten durch Reduktion von Anthrachinon mit Zinkstaub und Natron- lauge erhalten. Andere Oxyderivate des Antliiacens lassen sich aus den entsprechenden Verbindungen des Anthrachinons durch energische Reduktion er- halten, z. B. das Anthrarobin (1.2-Dioxyan- thranol) aus Alizarin nnd das Chrysarobin (Methyldioxyanthranol) aus Chrysophansäure; beide Körper finden als Arzneimittel gegen Hautkrankheiten Verwendung. 5. Anthrachinon: Darstellung, Eigen- schaften, Konstitution. Das A n t h r a - c h i n 0 n wird technisch durch Oxydation von Anthracen mit Kahumbichromat und Schwefelsäure gewonnen. Es kristaUisiert in langen gelblichen Nadeln des rhombischen Systems, ist in den meisten organischen Lö- sungsmitteln sehr schwer löslich, läßt sich aber aus heißem Eisessig gut umkristaUisieren. Gegen Oxydationsmittel ist es sehr beständig. Beweisend für seine Konstitution ist seine sehr glatte Synthese aus 0 - B e n z 0 y 1 - benzoesäure beim Erwärmen mit kon- zentrierter Schwefelsäure seiner Doppelbindungen. Während im Benzochinon die beiden Ketocarbonyle zwi- schen zwei gewöhnlichen ahphatischen Dop- pelbindungen stehen, ist im Anthrachinon die Verbindung durch zwei richtige Benzol- ringdoppelbindungen (also aromatische Dop- pelbindungen) von viel geringerer Aktions- iähigkeit hergestellt. Vom Anthrachinon leiten sich eine Reihe teclmisch sehr wichtiger Beizenfarbstoffe ab ; sie sind fast alle Ö x y a n t h r a c h i - n 0 n e oder Derivate davon ; ihr Ausgangs- material bilden in erster Linie die Anthra- chinonsulfosäuren und in geringerem Um- fange die Nitroanthrachinone. In neuerer Zeit haben auch die Aminoanthrachinone Verwendung in der Farbstoffindustrie ge- funden. 6. Sulfosäuren, Nitro- und Amino- anthrachinone. Da Anthrachinon gegen Schwefelsäure sehr beständig ist, muß man sich zur Sulfurierung hoher Temperaturen und stark anhydridhaltiger Schwefelsäure bedienen. Man erhält bei diesem Sulfurie- rungsprozeß nebeneinander die /5- A n t h r a - c h i n 0 n m 0 n 0 s u 1 f 0 s ä u r e und meh- rere ^ - D i s u 1 f 0 s ä u r e n , von welchen diejenigen, welche die Sulfogruppen in 2. 6- und 2.7-Stellung enthalten!^ für die Farb- stofftechnik von Bedeutung sind, da sie zur Herstellung von F 1 a v 0 - und A n t h r a - purp u r i n Verwendung finden. Die a- Monosulfosäure und die a-Disulfosäuren, die früher nicht durch direkte Sulfurierung dar- gestellt werden konnten, gewinnt man nach einem neueren Verfahren dadurch, daß man dem Sulfurierungsgemisch geringe Mengen Quecksilber zusetzt; auch diese Sulfosäuren werden anf Farbstoffe verarbeitet. Verschmilzt man die Sulfosäuren des Anthrachinons zum Ersatz der Sulfogruppe durch Hydroxyl mit Kaliumhydroxyd, so ' ergibt sich die interessante Tatsache, daß, i bei Gegenwart von Luft, nicht nur an Stelle { der Sulfogruppe, sondern überdies auch noch für ein Wasserstoffatom im Anthrachinon- kern eine Hydroxylgruppe eintritt, so daß man z. B. aus Änthrachinonmonosulfo- säure nicht Monooxyanthrachinon, sondern ein D i 0 X y a n t h r a c h i n 0 n , nämlich A 1 i z a r i n , erhält 0 OH Das Anthrachinon ist, wie schon sein Name andeutet, ein dem Benzochinon ana- loges para-Diketon. Sein von dem eines gewöhnlichen Chinons ziemlich abweichendes Verhalten — es hat keinen chinonartigen Geruch, ist nicht wasserdampfflüchtig, durch schweflige Säure nicht reduzierbar und über- haupt gegen chemische Agentien sehr be- ständig — erklärt sich aus der anderen Natur Analog den Sulfosäuren bilden sich beim Niti'ieren des Anthrachinons Mono- und Dinitrokörper, von denen bloß die 1-3-, AntliracengTuppe 471 1.5- und 1.8-D i n i t r o a n t h r a c li i n o n e technische Bedeutung besitzen. Durch Reduktionder Nitroverbindungen erhält man die entsprechenden Amino- antliracliinone. Das 2 - A m i n o a n t h r a - c h i n 0 n , das Ausgangsmaterial für die wichtigen Küpenfarbstoffe Indanthren und F 1 a V a n t h r e n , läßt sich, da 2- Nitroanthrachinon nicht bekannt ist, nicht auf diesem Wege darstellen; man gewinnt es aus 2-Anthrachinonsulfosäure durch Er- hitzen mit wässerigem Ammoniak oder durch Oxydation des 2-Acetaminoanthracens und darauf folgende Verseifung des 2-Acetamino- anthrachinons. 7. Oxyanthrachinone. Die 0 x y a n - t li r a c h i n 0 n e sind infolge ihrer enormen industriellen Bedeutung sehr genau wissen- schaftlich erforscht. Sie sind leicht synthe- tisch durch Kondensation von Oxybenzoe- säuren mittels Schwefelsäure zu gewinnen. So gibt die m-Oxybenzoesäure beim Er- hitzen mit Schwefelsäure drei isomere Dioxy- anthrachinone nach folgendem Schema (Bil- dung von 2.6-Dioxyanthrachinon) HO OH OH HO—' Die beiden möglichen isomeren M 0 n 0 - •oxyanthrachinone sind bekannt ; sie sind keine Farbstoffe und nur von theore- tischem Literesse. Die Eigenschaft, kräftige Beizenfarbstoffe darzustellen, kommt nur sol- chen Oxyverbindungen des Anthrachinons zu, die mindestens zwei Hydroxylgruppen und zwar diese in Ortho Stellung enthalten. Von den 10 isomeren Dioxyanthrachinonen — 9 davon sind mit Sicherheit bekannt — besitzt daher nur die 1.2- und 2.3-Verbindung diese Eigenschaft. Das 1.2-Dioxyanthra- chinon ist der wichtigste Farbstoff der ganzen Gruppe; er hat den Namen Alizarin und ist in der Krappwurzel (Rubia tinc- torum) in Form eines Glukosids (der R u - b e r y t h r i n s ä u r e) enthalten. Lange Zeit wurde Alizarin ebenso wie Lidigo aus- schließlich aus dem Naturprodukt gewonnen. Es war der erste natürliche Farbstoff, dessen künsthche Darstellung im Laboratorium gelang; heutzutage hat die Fabrikation des Ahzarins aus Anthracen den Krappbau so gut wie vollständig verdrängt. Die technische Gewinnung des Ali- zarins geht aus von der Anthrachinonmono- sulfosäure, die bei der Kalischmelze in Gegen- wart von Luft oder einem Oxydationsmittel — man setzt der Schmelze jetzt stets Kalium- chlorat zu — unter Austausch der Sulfo- gruppe und des in 1-Stellung befindlichen Wasserstoff atoms durch die Hydroxylgruppe in Alizarin übergeht. Das Alizarin schmilzt bei 289 bis 290», siedet bei etwa 430» und ist in organischen Lösungsmitteln löslich; aus Alkohol kristaUisiert es in gelbbraunen Prismen oder Schuppen, aus Benzol in roten Nadeln; in Alkahen ist es als Phenol leicht löslich. In der Natur findet sich auch der 1-Monomethyläther des Alizarins (in der sogenannten Chaywurzel von 0 1 d e n 1 a n - d i a u m b e 1 1 a t a), der früher ebenfalls in der Färberei verwendet wurde. Das Alizarin ist ein Beizenfarbstoff; von seinen Lacken mit Metalloxyden findet hauptsächlich der Tonerdelack in der Türkischrotfärberei Ver- wendung. Vom Ahzarin direkt leiten sich noch einige wichtige Farbstoffe ab, so das A 1 i z a r i n 0 r a n g e (|ö-Nitroahzarin) und das Ali zarinblau, das aus Nitro- alizarin bei Behandlung mit Glycerin und Schwefelsäure entsteht und die Verschmel- zung einer Alizarinmolekel mit einem Chino- linring darstellt: Die bekannten Trioxyanthrachi- n 0 n e sind sämthch Oxyalizarine und als solche Beizenfarbstoffe; das Pur pur in (1.2.4-Tri- oxyanthrachinon) findet sich neben dem Alizarin im Krapp und kann künstlich aus einer Sulfo- säure, die beim Erhitzen des Ahzarins mit rau- chender Schwefelsäure entsteht, der Alizarin- purpursidfosäure, mittels Kalischmelze erhalten werden. F 1 a v 0 p u r p u r i n (1.2.6-Tri- oxyanthrachinon) und A n t h r a p u r p u r i n (1.2.7-Trioxyanthrachinon) werden durch Alkali- schmelze der Anthrachinondisulf osäuren gewonnen und kommen meist miteinander gemischt in den Handel. Tetraoxyanthrachinone stellt man technisch aus den Dioxyanthrachinonen, die ein Hydroxyl in 1- Stellung enthalten, durch Erhitzen mit anhydridhaltiger Schwefelsäure her, wobei sich Schwefelsäureester der höher hydroxylierten Anthrachinone bilden, welche dann verseift werden. Die Tetraoxyanthra- chinone führen den gemeinsamen Namen Bor- deaux und sind wichtige Beizenfarbstoffe. Aus ihnen gewinnt man durch weitere Oxydation mit Arsensäure oder Braunstein die wertvollen C y a n i n e , Penta- und Hexaanthrachinone. 472 Antlu'acengruppe — Anthropogenese Zum Schlüsse möge noch das in der Woll- färberei vielfach verwendete Anthracen- b 1 a u Erwähnung finden, das durch Einwirkung von Schwefel und Schwefelsesquioxyd auf die oben angeführten Dinitroanthrachinone gewonnen wird. Literatur. V. Meyer und Jacobson. Lehrbuch der organischen Chemie Leipzig 2. Band 2. Teil. — Thiele, Theorie der ungesättigten und aro- matischen Verbindungen. Liebig s Annalen SOG 141 1899. — J. Melsenhelmer, Reaktionen aromatibcher Nitrokörper. Li eh ig s Annalen 323 205 1902 und 330 ISS I904. — K. II. Meyer, Zur Keniitnis des Änthracens. Liebig s Annalen 379 37 und 73 1911. — U. Bohn, lieber die Fortschritte auf dem Gebiet der Küpenfarbstoffe. Berichte der deutsch, ehem. Ge- scllsch. 43 987 1910. Jakob Meisenheitner. Anthropogenese. 1. Begriff der Anthropogenese. 2. Phylo- genese und Gliederung der Primaten. 3. Der Siensch innerhalb der Primaten. 4. Ursachen, Art und Weise der Menschwerdung. 5. Zeit und Ort der Menschwerdung. 1. Begriff der Anthropogenese. Der von E. H a e c k e 1 vollends festgeprägte Begriff der Anthropogenese kann als die Lehre vom Werdegang der Primatengruppe „Mensch" bezeichnet werden. Sie sucht also diesen in allen Einzelheiten festzustehen und untersucht demnach 1. die stammes- geschichthche Entstehung (Phylogenese) und verwandtschaftliche Ghederung der gesamten Primaten; 2. die Stellung des Menschen innerhalb dieser Formen; 3. die Art und die Ursachen der Menschwerdung und 4. die Zeit und den Ort der Menschwerdung. Diese sämtlichen Punkte sind noch in vollster Diskussion, die gerade in letzter Zeit außer- ordentlich lebhaft geworden ist. Die neue In- angriffnahme ging aus von G. Schwalbes grundlegenden Arbeiten über Pithecanthropus und Neandertalmensch (1899 und 1901), mit denen eine neue Periode anthropologischer For- schung einsetzt. In ihr hat dann H. K 1 a a t s c h eine Menge Anregungen gegeben und für das Aktuellwerden des Problems gesorgt. Eine große Anzahl neuer Funde kamen dem sehr zustatten (vgl. hierzu den Artikel ,, Fossile Homi- n i d e n "), ebenso die noch mitten im Mei- nungskampf stehende Eolithenfrage. So kann man zurzeit nicht ein fertiges Ergebnis, sondern nur die Probleme und sich widersprechen- den Meinungen darstellen. Kohlbrugge (1908) gibt eine kritische, z. T. hyperkritische Darstellung des Standes der Probleme, B r a n c a (1910) schildert den Stand der fossilen Funde. 2. Phylogenese und Gliederung der Primaten. Es ist wohl am richtigsten, den Namen Primates so anzuwenden, wie es zuletzt M. Weber tat (1904), d. h. nicht als Ordnungsnamen, sondern zur wei- teren Fassung von Tierstämmen (Ordnungen)^ ..die trotz aller Verschiedenheit ein verwandt- schafthches Band vereinigt", also ähnhch wie Ungulaten, nur daß die Primaten weniger solche Einzelstämme umfassen als diese. ,,Es handelt sich um 3 Hauptstämme: Die Prosimiae, die Affen der Alten und die der Neuen Welt" (Webe r). So ganz einfach und einwandfrei ist nun aber diese Dreiteilung nicht, da eine Reihe fossiler und rezenter Formen Schwierigkeiten macht, von Lebenden vor allem Tarsius und dann der Mensch. Die Phylogenese der Pri- maten geht sehr weit zurück, wenn man die sämtlichen Halbaffen mit hereinnimmt, und der Anschluß der Primatenmorpho- logie an die primitiven Formen ist einiger- maßen zu erschließen; allerdings bestehen über alle Einzelheiten noch sehr auseinander- gehende Meinungen. K 1 a a t s c h betont vor allem die Rolle, die der Fuß in dieser Entwnckelung gespielt hat. Er erschheßt ein sehr primitives Säugerstadium, das fünf- fingerige Extremitäten besaß, deren erste Zehe abspreizbar und opponierbar, deren Gebiß einfach, ohne sehr starke Differen- zierung, ohne große Eckzähne, mit höcke- rigen Mahlzähnen war. Er nennt sie ,, P r i - m a t 0 i d e n". Sie entwickelten sich wohl aus Urreptihen. Beuteltiere haben viele solcher Merkmale bew^ahrt; ob diese Pri- matoiden erst ein Beuteltierstadium durch- gemacht haben, ist nicht zu erkennen. Die bekannten Chirotherienfährten gehören hierher. Von diesen Primatoiden aus entwickelten sich eine Menge Säugetiere, meist unter Verlust der altererbten und ursprünghchen Handform der Extremität. Alte Formen, frühtertiäre Carnivoren usw., haben noch viel davon bewahrt. Eine Gruppe nun be- hielt fast alles, bheb zentrale Gruppe, das sind die Primaten. Deren niederste Formen, die Lemuren, haben sogar den Handcharakter (Daumen) ganz besonders ausgeprägt. Von jenen ersten Primaten aus sind clie einzelnen Stämme auseinander gegangen, so daß schon seit dieser ältesten Primatoidenzeit (Tertiär- beginn) Affen und Mensch nichts mehr mit- einander zu tun hatten (so K 1 a a t s c h noch 1901 ; über seine späteren Ausführungen vgl. weiter unten). Sehr frühe Entstehung und Anschluß an allerprimitivste Säugetiere nimmt man jetzt allgemein für die Primaten an (z. B. Hub recht 1909). Von den Vorfahren der als aberrant zu betrach- tenden Beuteltiere entstanden wohl gene- ralisierte Placentaher, denen dann gleichzeitig die primitivsten Insektivoren und Primaten sehr nahe gestanden haben mögen. Das zeigt nicht nur der Bau des Fußes, sondern auch Antliropogenese 47a die Bezalinung- und eine ganze Reihe ana- tomischer Merkmale; so prägt sichs z. B. auch in der an gewisse reptiloide Formen deuthch anldingenden Gestaltung des knor- pehgen Primordialschädels aus (E. F i s c h e r Affen und Tarsius). Auf den Resultaten vergleichender Morphologie der lebenden und fossilen Formen bauten vor allem H u b r e c h t (1909), Schlosser (1907, 1910), W 0 r t - man (1903), Osborn, Cope u. a. ihre Theorien auf, so daß sieh jetzt etwa fol- gende Uebersicht geben läßt. Als älteste Primatengruppe sind (nach Schlosser) die M e s 0 d 0 n t a aufzufassen (Eocän und unterstes Miocän von Europa und Nord- amerika), die dann in 3 Gruppen zerfielen: die älteste, d. h. sich am primitivsten er- haltenden Pseudolemuroidini (mit J [In- 3 cisivi = Schneidezähne]: — und Krallen), dann die Paläopithecini (mit reduzierter Prämolarzahl) und die Mixodentini ebenso wie jene, aber auch bald die Incisivi redu- ziert. Von der ersten Gruppe, den Pseudo- lemuroiden, stammen wieder 3 Familien, die Hyopsodontidae und Notharctidae, von denen beiden möglicherweise die Affen abstammen könnten, die im Miocäli von Europa und Südamerika auftreten und deren Zahnbildung aus jenen sich erklären heße. Dabei kämen von der ersten Famihe die Cercopitheciden, von der anderen die Cebiden und indirekt die Anthropoiden und Hominiden. Die dritte Famihe aber, die Adapiden, hätte dann den meisten fossilen und heutigen eigentlichen Lemuren den Ursprung gegeben. Anderen Stammes wäre dagegen die heutige Form Tarsius, die auch H u b r e c h t aus embryologischen Gründen von den Lemuren ganz abrückt, Andere wenigstens als etwas Besonderes auffassen. Die eocänen Formen A n a p t 0 m 0 r p h u s und N e c r 0 1 e m u r zeigen mit Tarsius viel Uebereinstim- mung, andererseits erlaubt es die Einzelaus- bildung der Zähne nicht, einen vom anderen abzuleiten, so daß man sie zu einer Gruppe vereinigen muß und annimmt, daß Tar- sius sich aus dieser primitiven, wohl von oben genannten P a 1 a e 0 p i t h e c i n i ab- stammenden Familie als primitive und viel- fach generahsiert bleibende Form erhalten hat. Hier sind nun außerordentlich wich- tige neue Funde zu erwähnen, über die aber erst kurze vorläufige Mitteilungen vorhegen. Schlosser (1910) beschreibt sie kurz. Es sind Funde von Affenkiefern aus früh- tertiären Schichten in Fayum-Aegypten. Die Formen P a r a p i t ii e c u s und Moeripithecus sollen (Schlosser 1911) geradezu den Anschluß zwischen anapto- morphiden, tarsiiden-und anthropomorphen Affen vermitteln. Dadurch wird jene lebende Form Tar- sius also abermals unserer phylogenetischen Reihe nahegerückt. Das ist aber besonders, wichtig, weil wir dadurch auch in den Bau der Weichteile solcher Formen Einbhcke gewinnen, und hierin gerade Tarsius deut- liche Beziehungen zu den Affen zeigt. Auch eine andere hierher gehörige fossile Form, 0 m 0 m y s , zeigt im Molarenbau sehr deutliche Beziehung zu Südamerika- affen (W 0 r t m a n). Die Lemuren (ohne Tarsius) sind also danach Primaten,, die relativ früh entsprangen und mit der Entwickelungsbahn der x\ffen nichts zu tun haben; nur durch ihren frühen Ursprung haben sie manches erhalten, was Affen eventuell auch festgehalten haben von ihren eigenen Vorfahren her Uterusform der Lemuren teils duplex, teils bicornis; bei Affen einfach. Zitzen teils 3 Paare, teils 2 oder 1 Paar; bei Affen 1 Paar. Augenhöhle gegen SchLäfenhöhle partiell geschlossen; bei Affen völlig geschlossen usw. Sie haben aber auch, wie H u b r e c h t (1909) betont, manche Dinge weniger primitiv wie Affen, so gewisse Allantois- und Plazentationsverhältnisse. Tarsius aber, die alte Form, läßt er- kennen, daß gewisse Bildungen an Placenta und Fruchthüllen der Affen und Menschen schon so tief unten sich ausbilden. H u b - recht betont, daß der Unterschied zwischen der Scheibenplacenta des Tarsius und den Placenten der Lemuren außerordentlich tiefgehend ist und auf zweierlei Abstammung hinweise, womit obige Ausführung der Pa- läontologie stimmt. Nach oben al3er gleicht diese diskoidale Tarsiusplacenta einigermaßea — nicht ganz, da der große Blutsinus fehlt (s. Strahl Handbuch d. Entwickelungs- gesch. 1906) — der der Affen und Menschen^ ebenso tun dies die Fruchthüllen; ja ein so- genannter „Haftstiel" kommt nur Tar- sius und jenen zu, sie als nahe verwandt und (nach H u b r e c h t) zugleich darin primitiv erweisend. Noch viele Einzelheiten bleiben hier auf- zuklären. Aber daß Lemuren primitive und dann aberrante Primaten sind, T a r s i u a eine in manchem spezialisierte, aber weit abwärts ansetzende und uns Anschlüsse verratende Form ist und daß sich von diesen Wurzeln die Affen und Menschen abspalten, scheint klar zu sein. Außerordenthch schwer ist aber nun wieder die genealogische Ghe- derung der Affen. Schon die oben gemachten paläontolo- gischen Angaben zeigen, daß das alte H a e c k e 1 sehe Schema Lemuren • — Platyrhine — Catarrhine — Anthropoide — Mensch, wobei jedesmal aus Primitivformen der einen. Gruppe solche der nächsten entstammen, lange nicht mehr in allen Einzelheiten haltbar ist. Die schwierigste Frage ist das Verhältnis der x\nthropoiden zu den beiden Gruppen niederer Affen, alt- und neuweltlicher. Da stehen 474 Antliropogenese sich die Meinungen ziemlicli schroff ent- gegen. Oben wurde schon K 1 a a t s c h s An- sicht wiedergegeben, der die heutigen Formen «eibständig sehr weit zurückverfolgen will. Auch in dieser Frage kommt das scharf zum Ausdruck. Er nimmt an, daß in weit zurückliegenden urlemuroiden Stadien sich die heutigen Formen trennten; daß dort die Platyrhinen abgingen und nichts mehr mit den anderen zu tun haben, ebenso die Catar- rhinen, so daß die höheren Formen nicht über deren Wurzeln hinweg ihre Entwicke- lungsbahn nahmen, sondern neben ihnen vorbei. Dem schließt sich A d 1 o f f (1908) völlig an. Er läßt schon bei creodonten- artigen Formen im allerältesten Tertiär 6 selbständige Stämme entstehen, die sich dann unabhängig voneinander und parallel oder etwas divergent nebeneinander alle auf ein pseudolemurines, dann lemurines, dann platyrhines Stadium erhoben, von jedem haben einzelne ihre Organisation beibehalten, so daß dann alle Aehulichkeiten Parallel- und Kcyivergenzerscheinungen wären, außer jenen, die schon von Creodontiern her ererbt sind. Auch A m e g h i n 0 steht auf ähn- lichem Standpunkt. Er leitet Ost- und West- affen je gesondert von eocänen Südamerika- formen ab, leifturenartigen Geschöpfen, aus deren dürftigen Besten er eine ganz außer- ordentliche Menschenähnlichkeit erkennen will. Von ihnen sollen dann vormenschliche Formen, ,, primitive Hominidae", entstam- men und von diesen sowohl Menschen, als auch durch Bestialisierung die Anthropoiden. Danach ständen also die einzelnen Affen- gruppen auch nur in sehr losem Zusammen- hang. Diesen neueren und im ganzen samt und sonders mehr auf Ansichten und Vorstellungen als auf gewaltigem und die alten Ideen stürzendem neuen Beweismaterial aufge- bauten Theorieen einer Parallel- und Konver- genzentwickelung der Affen- und Menschen- gruppen steht die ältere und vor allem von Schwalbe (1899 bis 1910) aufs neue und glänzend verfochtene Ansicht von einer genealogischen näheren Zusammengehörig- keit jener Gruppe, von ihrem zweigartigen Herausspringen aus einem Stamm schroff gegenüber. Sie schließt sich im ganzen an 11 a e c k e 1 (1903) an. Niemand von den Anhängern dieser Lehre hat sich wohl vorgestellt, daß aus „heutigen" Platyrhinen, ja auch nur aus fertig bis e t w a zur heutigen Höhe entwickelten fossilen Platj'- rhinen die Catarrhinen, aus fertigen Catarrhinen die Anthropoiden entstammen oder daß gar aus Schimpansen oder Gorillas die Menschen sich •entwickeln, wie es gelegentlich von Gegnern unterschoben wird. Die Meinung dieser Theorie ist die, daß von der lemurenhaften (tarsiiden) Wurzel aus die Entwickelung ein Stück weit in einer einzigen Bichtung ging; dann trat Divergenz in zwei Sprossen ein: einer führte zu den Platyrhinen, die also von diesem alten Sta- dium her einige wenige gemeinsame Merk- male mit dem anderen Sproß gleichartig er- erbt, andere aber allein behalten haben, während jener sie verlor und wieder andere erst seitdem selbständig erwarb. Dieser zweite Sproß sind die noch vereinigten Catar- rhinen — Anthropoiden — Hominiden. Wie- der trat Zweiteilung ein und die Catarrhinen schwenkten ab, sie entwickelten sich nach ihrer Seite, ,,nach einer Sackgasse hin", ,, während Anthropoiden und Mensch zunächst gemeinsam einen fortschrittlichen Weg ein- schlagen, der die vielen Uebereinstimmungen von Mensch und Anthropomorphen verständ- lich macht, ohne den Menschen direkt von den jetzt lebenden Anthropomorphen ab- zuleitp" (Schwalbe 1909). Neue Stützung wird diese Meinung durch die oben schon erwähnten jüngsten Funde fossiler Affen in Aegypten erfahren. Schlosser (1911) beschreibt außer jenen ,, Affen" noch einen fossilen Anthropoiden ,, P r o p 1 i o - p i t h e c u s " , der ,, sicher der Ahne" des Pliopithecus und „wohl auch aller Simiiden und Hominiden" sein soll. Da würde also der paläontologische Beweis sich neben den vergleichend-anatomischen stellen (eine ausführlichere Darstellung des Fundes steht bevor). Einstweilen ist die Grundlage der ganzen Theorie die Vergleichung der lebenden For- men, und die spricht recht eindeutig. Man kann die von einer systemati- schen Gruppe zur nächsten sich einschrän- kenden Merkmale, Gemeinsamkeit hier und Verschiedenheit dort nur so erklären. Schwalbe bringt als Beispiel, daß bei paralleler Entwickelung aller Gruppen aus einer Urform es nicht zu verstehen ist, daß Ostaffen, Anthropoiden und Hominiden nicht mehr den primitiven Paukenring als Gehöreingang besitzen, während Westaffen ihn noch haben, es müßten also drei Gruppen ihn je selbständig und auf genau dieselbe Weise verloren haben. M a c u a m a r a (1905) zählt nach K e i t h Identitäts,, punkte" in der Organisation der Gruppen auf und zeigt, wie die Kreise sich stets verengern. Natürlich haben auch früh abgezweigte Formen noch manche Merkmale gleich l)ehalten mit den höher entr wickelten, eben solche, die bei diesen auch konservativ blieben. Dadurch erheben sich gewisse Schwierigkeiten in der Beurteilung der gegenseitigen Stellung. Jede von den höheren Gruppen hat ein- zelne Aehulichkeiten mit den Platyrhinen. Am meisten beachtet wurde dabei der Zahn- bau. Der Zalmformel nach gehören die Anthropoiden und Hominiden zu den öst- Antlu'opogenese 475 liehen, catarrhinen Affen, aber die Stellung der Molarhöcker ist bei Catarrhinen paar- weise opponiert, bei Platyrhinen und Anthro- poiden dagegen alternierend. Schlosser erscheint dieses Moment besonders wichtig; Schwalbe findet die Gleichheit der Zahl und Gesamtanordnung doch bedeu- tungsvoller. Da müssen eben die Catarrhinen seit ihrer Abzweigung aus der ihnen und den Platyrhinen gemeinsamen Bahn, sich bezüg- lich der Höckerstellung besonders differen- ziert haben. L. Bolk , .erklärt" die wechselnden Formen (Zeitschr. Morph. An- throp. 1910). Dasselbe läßt sich für andere Dinge nachweisen. Derinterorbitalraum, also die Nasenwurzel zwischen den Augenhöhlen, ist bei den niederen Westaffen relativ breit, dann bei Ostaffen schmal, bei Anthropoiden und Hominiden wieder breit. Sollte die Ge- samtentwickelung so schwankend verlaufen sein ? Nein, Schwalbe (1899) zeigt, daß die ältesten Formen der ,, Schmalnasen", z. B. M e s 0 p i t h e c u s p e n t e 1 i c i , noch breiten Interorl)italraum gehabt haben, so daß die Verschmälerung jüngst erworben sein muß und Fischer (1903) setzt die Parallele aus der Ontogenese daneben, der Schädel legt sich knorpelig, zuerst breit- nasig an. Aehnlich wird es sich wohl mit den an- deren Punkten bei Platyrhinen verhalten, für die eine Reihe von Äehnlichkeiten mit höheren (anthropoiden) Formen angegeben sind, vor allem bei Ä t e 1 e s. Allerdings glatt erklären läßt sich hier die Organisation nicht. A t e 1 e s hat nämlich an fast allen Organsystemen einzelne Bildungen, die viel mehr an die der Hominiden und Anthro- poiden heranreichen, ja ihnen völlig gleichen, als es je bei anderen West- oder sogar Ost- affen viarkommt. A. v. d. B r o e k (1908) stellt 40 solche Merkmale zusammen, von denen solche am Kleinhirn, an Nervenge- flechten, an Muskeln und Schädehiähten am auffallendsten sind. Sie liegen alle in der Entwickelungsrichtung, die auch die Anthro- poiden genommen haben, und K o h 1 - b r u g g e (1908) und v. d. B r o e k (1908) haben recht, wenn sie meinen, ,, Konvergenz" erkläre da nicht befriedigend; indes sofort phylogenetisch zu deuten, also alle Catar- rhinenwurzeln wegzulassen und die Anthro- poiden direkt an atelesartige Formen anzu- schließen, scheint doch verf rührt, zumal wenn man bemerkt, daß gerade A t e 1 e s auch sonst variiert, wo es bei Säugern ganz selten ist, z. B. durch Verdoppehmg der Arteria basilaris (Elze Anat. Anz. 37 1910). Im ganzen bietet das Verhalten des A t e 1 e s noch manches Rätsel. 3. Der Mensch innerhalb der Primaten. Selbstverständlich bedingt es nur das be- .sondere Literesse, das wir eben am Menschen haben, daß wir die Frage nach der Zugehörig- keit des Menschen zum Primatenreich und seine Stellung darin besonders eingehend untersuchen. Daß der Mensch zu den Säugetieren und dann zu den Primaten gehört, ist klar, man wird ihn dann am einfachsten neben die Unterordnungen Cercopithecidae, Anthropomorphae usw. als H 0 - m i n i d a e setzen. Diese Zugehörigkeit hier zu erörtern, ist unnötig; sie zeigt jede Vergleichung irgendeines Lehrbuches mensch- licher Anatomie mit M. Webers (1904) Säugetieren, speziell ,, S i m i a e ". Es sei weiter auf die als Resultat aller vergleichend- anatomischen Untersuchungen allgemein an- genommene und wörtlich verstandene Be- zeichnung Anthropomorphae (An- thropoidea) hingewiesen, Spezialangaben ent- halten zusammengestellt W i e d e r s h e i m s Bau des Menschen (1908), H a e c k e I s Anthropogenie (1903), Friedenthal (1911) und ähnliche Bücher. Auch der von Huxley 1863 aufgestellte ,,Pitliecometra- satz" gehört hierher, daß die Unter- schiede zwischen Mensch und Antliro poiden geringer seien als zwischen diesen und den niederen Affen, ein Satz, der sich in vielen Einzelheiten nicht halten läßt. Nur ein einziger Punkt sei noch besonders erwähnt, der sogenannte Nachweis der Blutsverwandtschaft. Die Arbeiten von Fr iedenthal (1904), Uhlenhuth (1904, 1907), Wassermann, N u 1 1 a 1 1 u. a. zeigen, daß im feinsten Ablauf von Präzipitinreaktionen des Blutes (mehrere Methoden), also in dessen feinstem chemischen Eiweißaufbau, die Anthropoiden dem Men- schen viel näher stehen, als andere Affen, die Platyrhinen am weitesten ab. So inter- essant und wichtig diese Entdeckung ist. für den Morphologen bedeutet sie im Prinzip nichts anderes, als was die Gleichheit gröberer Formen, dann die Gleichheit feinster histo- logischer Strukturen auch dartut; sie ist nur ein noch feinerer Nachweis und einer an einem Merkmal, das nicht gut durch gesonderte Selektion oder Mutation oder sonst einen Prozeß bei nicht genealogisch verwandten Formen identisch geworden sein kann, da- her ein außerordentlich starker Beweis. Jene Gleichheit feinster histologischer Struk- turen bei Mensch und Anthropoiden muß übrigens noch geprüft werden, eine feine vergleichende Histologie dieser Formen (Anthropoiden) fehlt ganz. Sie wird manche Ueberraschung bringen. Ret Zins (Biol. Unters. XV Stockholm 1910) zeigt, daß Orang- Spermien nicht so ganz menschen- ähnlich sind, denen niederer Affen näher stehen — ein bedeutungsvoller Hinweis. Von den Spermien des Gorilla und Schimpanse wissen wir nichts. Andererseits hat K 0 1 m e r (Arch. mikr. Anat. Bd. 74 1909 S. 259) erwiesen, daß in der feinen Anatomie des inneren Ohres Ver- 476 Anthropogenese mehrung der Haarzellen, Stranganordnung der Nervenzellen usw.) die Anthropoiden dem Men- schen am nächsten stehen, der Orang fast nicht von ihm zu unterscheiden ist; die Westaffen stehen weiter ab. Das Problem, welches im einzelnen die Etappenlinie der Menschwerdung sei, ist durch die zahlreichen neuen Funde der letzten Jahre außerordentlich aktuell ge- w^orden, aber noch weit ab von seiner einheit liehen Lösung (auf die Anatomie dieser Funde wird an anderer Stelle eingegangen, vgl. den Artikel „Fossile H o m i - niden"). Man kann augenblicklich nur die Meinungen der einzelnen Autoren neben- einander stellen, es ist nichts Fertiges zu bieten. Die letzten Zusammenfassungen geben tatsächlich auch kein ,,Bild", sondern nur Kritik, ohne eine eigene oder fremde Meinung als richtig herauszuarbeiten , so Kohlbrugge (19C8) und Branca (1910). Die Ansichten variieren also sehr stark. Eme Anzahl Forscher (A m e g h i n o , Klaatsch, Schoetensack, Ad- 1 0 f f ) leiten den Menschen von frühen Pri- matenformen ab, wobei seine Bahn neben der der Anthropoiden vorbeigehen soll, un- abhängig von ihnen. Die Menschheit in sich ist dabei als eines Ursprunges angenommen, monophyletisch. Dann erhebt sich aber auch die Meinung, daß Menschen und Anthropoiden doch näher zusammengehören, aber die Stämme aus jenen Wurzeln getrennt entsprossen, also poly- phyletisch. Das lehrt S e r g i und, seit er die neuesten Funde studiert hat, Klaatsch. Weiter leitet K o 1 1 m a n n den Menschen von Uranthropoiden ab, die aber eher Ur- menschen waren, von denen dann ihrerseits die Anthropoiden entstanden. Endlich lehren H a e c k e 1 und Schwalbe an ein richtiges Uranthropoidenstadium und von da aus an monophyletische Menschenent- stehung denken. Daß dabei nun auch noch die Einzel- vorstellungen bei jedem Autor verschieden sind, ist olme weiteres klar. Folgendes sind die wichtigsten Theorien . A m e g h i n o (1909) nennt eocäne Lemuriden (vielleicht sind sie aber jünger) wegen ihrer Menschen- ähnlichkeit Homunculus und Anthro- p 0 p s. Von ihnen sollen in einer Richtung, je eine aus der anderen, folgende Formen entstanden sein: ,,Homindae primitifs", daraus einerseits alle Anthropoiden, anderer- seits der Te tr ap r 0 tho m 0 argen- t i n u s , aus diesem ein noch nicht ge- fundener T r i p r 0 t h 0 m 0 , aus dem der Diprothomo platensis, aus dem der noch zu findende P r o t h o m o , daraus Homo, daraus Homo p a m p a e u s , daraus Homo sapiens, daraus einer- seits Homo p r i m i g e n i u s , anderer- seits Homo sapiens, d. h. Europäer, Mongolen und Indianer. Dagegen entsprang vom ,,Homo" (kurzweg, also der Stufe vor dem pampaeusj der Homo ater (Neger und Australier). Vom genannten T r i - p r 0 t h 0 m 0 ging als Seitenform P i t h e c- a n t h r 0 p u s ab, vom noch älteren Tetra- p r 0 t h 0 m 0 aber als Seitenform über einen Homosimius der P s e u d h o m o H e i d e 1 b e r g e n s i s. A m e g h i n o be- schreibt das Diprothomo- Schädeldaoli sehr genau. Er schreibt es dem untersten Pliocän zu, andere Geologen halten die be- treffende Schicht für mitteldiluvial (Schwalbe 1910). Das Schädeldach wird von A m e g h i n 0 zu einem den Süd- amerikaaffen etwas älmehiden Urmenschen - Schädel ergänzt ; Schwalbe (1910) weist einwandfrei nach, daß die Orientierung der Abbildungen falsch, die Rekonstruktion ab- solut unhaltbar und das Schädeldach seiner Form nach das eines gewöhnlichen rezenten Menschen olme die geringste Formabwei- chung ist. Ein Diprothomo existiert also nicht. Auch Friede m a n n , v. L u - s c h an (Zeitschr. Etlm. 1910), Mochi u. A. sind der Ansicht. Das Oberschenkelstück des T e t r a p r 0 t h 0 m 0 ist strittig in seiner Deutung; es könnte eventuell einem Huftier angehören (Schwalbe 1909). An einem menschlichen Atlas (vom „Monte hermoso"), den A m e g h i n o ebenfalls hierher zählt und für miocän hält, findet L e h m a n n - N i t s c h e (1907) einige vom heutigen Typ abweichende Einzelheiten, er schreibt ilm einer älteren Form zu, die er Homo neogeiis nennt ; er hält ihn aber für pliocän. Er glaubt, es sei ein Vorfahr von Homo sapiens oder von Homo primigenius, der also dann nicht die einzige erloschene Form darstelle. Ganz andere Beachtung als diese, wohl abgetane, Ameghinosche Spekulation ver- dient die Theorie K 1 a a t s c h s. Er führt in einer großen Zahl sich rasch folgender Ar- beiten aus, daß ,,der zum Menschen führenden Linie eine zentrale Stellung zuzuweisen sei", ,,da sein tierischer Vorfahr direkt an die Wurzel des Säugetierstammes anloiüpft, so verlieren sämtliche Seitenzweige desselben ihre Bedeutung für die Vorgeschichte des Menschen" (1901/02). Alle niederen Affen, aber auch die Anthropoiden sind danach so früh vom Primatoidenstadium abgegangen, daß sie keine nähere Verwandtschaft haben und daß beim Menschen nur alte primatoide Merkmale, nicht Affenälmlichkeiten gefunden werden können. Klaatsch gilDt dann eine Menge Hinweise aus dem Aufbau des Fußes usw. Besonders wichtig für seine Auf- stellung wurde nun die Untersuchung seines Australiermateriales, an das er nach dem Studium der Neandertalformen heranging Antliropogenese 477 und von dem aus er dann wieder die neueren Diluvialfunde beurteilte. Dabei kommt er durch Untersuchung des Schädeldaches und besonders der Nase zu dem Schlüsse, daß die Gruppe der Neandertalformen gegen die heutigen eine Sonderstellung einnehme, aber nicht als Vorfahren anzusehen sei; die Ne- andertaler sind in manchem noch generali- siert, aber der Name ,,primigenius" dünkt Klaatsch ganz ohne Berechtigung, da eben der Neandertaler in vielen Dingen sehr fort- geschritten ist, höher entwickelt als etwa die Australier. Diese knüpfen in der Niedrig- keit ihres Schädels, dem dabei die Breite abgeht, die der Neandertaler erwarb, in manchen Merkmalen der Nase, der Orbita usw., an tertiäre Vormenschen an, sind prä- neandertaloid. Von jenen Formen aus müssen sie sich schon voneinander getrennt und die Australier mehr generalisierte Formen ge- wahrt haben als der Neandertaler. Der P i t h e c a n t h r 0 p u s scheidet ebenfalls aus der Vorfahrenreihe des Menschen aus; ihn sieht Klaatsch an als ein ,, Derivat der gemeinsamen Ahnen, welcher bereits die Anthropoidenbahn betreten hatte, dabei aber noch so , generalisiert' war, daß Anklänge an jetzt weit getrennte Menschenaffenformen bestehen und zugleich größere Menschenähn- lichkeit, als die heutigen Vertreter sie auf- weisen" (1908). Daß er wirklich ,,erectus" war, bezweifelt Klaatsch stark. So haben wir also in allen jenen Fossilen keine Vorfahren, sondern Nebenzweige von der Menschenbalm zu sehen. Diese Bahn aber sieht Klaatsch zunächst als einheitlich an, was aus der Gemeinsamkeit der Details aller Organe, trotz Variabilität, dann aus dem A'orhandensein scheinbar unbedeutender Klei- nigkeiten, die allen Anthropoiden fehlen (Lippenrot, Schanibehaarung usw.), hervor- gehe, ,,es wäre ganz undenkbar, daß zufällig solche speziellen Gestaltungen mehrfach und unabhängig sich gebildet haben sollten" (1901/02). Die Aurignac-Funde veranlaßten dann Klaatsch zur Aenderung dieser Ansicht (s. u.). In engem Anschluß an Klaatsch bewegen sich Schoetensacks (1908) Vorstellungen. Der Unterkiefer von Mauer bei Heidelberg gehört nach ihm einer prä- anthropoiden und zugleich präneander- taloiden Form an, einem generalisierten Typ, von dem Anthropoiden unter Erwerbung tierischer Merkmale (Gebiß) nach einer und Menschen unter Beibehaltung der primi- tiven (menschlichen) Merkmale (Zähne) nach der anderen Seite ausgingen. Hier findet vielleicht am besten Platz, daß B r a n c a (1910) an die Möglichkeit denkt, P i t h e c a n t h r o p u s könnte ein Bastard von Gibbon und Mensch sein, die sich vielleicht damals beide nochnäher standen. Endlich muß A d 1 o f f s (1908) Ansicht hier genannt werden, der auf Grund von Eigenheiten der Bezalmung (Abänderung der ersten Prämolaren der Anthropoiden und anderes) die Anthropoiden und den Men- schen früh sich trennen läßt. Aber auch für den Menschen selbst gelangt A d 1 o f f auf Grund seiner Zahnuntersuchungen zu genea- logischen Schlüssen: Die Zähne des lü'apina- menschen können wegen Ausbildung einer Anzahl von Sonderbildungen (Tubercuium auf der Lingualseite der Incisiven; hochgradige, bei fast 50 % auftretende Verschmelzung der Wurzeln u. a.) nicht einem Vorfahr des heu- tigen Menschen angehört haben. Der Spy- mensch dagegen hat gerade diese Merkmale nicht, hat vielmehr Aehnlichkeit mit dem heutigen Menschen und unterscheidet sich von diesem nur durch einige primitive Merk- male; er kann sein Vorfahr gewesen sein. Danach hätten im Diluvium zweierlei Men- schenarten existiert; die krapinische möchte A d 1 0 f f als Homo a n t i q u u s be- zeichnen. Ohne die Grundideen aller dieser Klaatsch sehen Theorieen völlig zu ver- lassen, aber unter Abänderung des vorher streng betonten monophyletischen Stand- punktes, schlägt ihr Begründer Klaatsch in allerjüngster Zeit (1910 a und b) ganz neue Gedankengänge ein. Er kam zu diesen außerordentlich kühnen und revolutionären Ideen durch eingehendes Studium des A u r i g n a c -Fundes. Dieses Skelett zeigt gegen das der Neandertalspezies deutliche I und scharfe Unterschiede , so daß beide sicher nicht zusammengehören. Die Unter- schiede findet nun Klaatsch derart, daß viele osteologische Eigentümlichkeiten des Aurignacmenschen, wie die Schlank- heit der Extremitätenknochen, ihre grazilen Epiphysenenden, dann eine Anzahl Einzel- heiten (ovaler Humeruskopf; Geradheit des Radius usw.) mehr oder weniger genau beim 0 r a n g sich wiederfinden, während die plumpen, schweren, gebogenen Formen der Neandertalgruppe denen des Gorilla gleichen. Klaatsch nimmt nun einen doppelten Ursprung an. Eine gemeinsame Urgruppe der Primaten, die in Gebiß und Proportionen menschlich war, aber noch keinen Menschenfuß hatte, etwa ,,Propithec- anthrop" genannt werden könnte, son- derte sich in eine Anzahl von Zweigen nach verschiedenen Richtungen. Ein Westzweig ging ab und zerfiel in Prägorilloiden und Prä- neandertaloiden, ein Zerfall, der stattfand, ehe diese Prägorilloiden die starken Eck- zähne erwarben, die aus ihnen Gorillas mach- ten. Als selbständigen Zweig jener Urgruppe betrachtet Klaatsch weiter die Austra- lier, die einen der älteren Zweige bildeten, der früh in Australien isoliert wurde. Ein 478 Antlu-opogenese Ostzweig ging weiter ab, die x\iirignac - 0 r a n - goiden bildend. Vermittebide Zweige werden ebenfalls entstanden sein, Schimpanse und Hylobates zeugen davon. Gerade die Gibbons haben viel Ursprüngliches bewahrt; Klaats ch möchte geradezu eine gibbonoide Unterschicht annehmen, deren etwa fossil er- haltene Ausläufer dann sehr vormenschenähn- lich aussehen müssen, vielleicht gehöre Pithecanthropus hierher. Die Frage nach dessen Natur dürfe dann eigentlich nur die sein, welchem Zweige des Vormenschen er sich anschließt, und da neigt K 1 a a t s c h dazu, ihn wegen Gesamtform und Einzel- heiten des Femur zum orangoiden Oststrom in Beziehung zu bringen. Der Unterkiefer von Mauer dagegen könnte seiner Derbheit wegen vielleicht doch in die Vorfahrenreihe des Neandertalers gehören, seine gibbonoide Gesamtform wäre dann nur primitiver Vor- fahrecharakter. Die Schimpansenbahn muß sich als Präschimpansoiden vom Weststrom abgezweigt haben, ehe Gorilla und Neander- taler sich trennten. Endlich möchte K 1 a a t s c h auch die heutigen Menschenrassen einbeziehen. Er glaubt an Afrikanegern gorilloide und neander- taloide Merkmale zu finden, stellt sie also zum Weststrom. Aber es könnten wohl auch frühere Formen abgezweigt sein, so die Mikronegroiden (negroide Pygmäen), die vielleicht schimpansoide Merkmale in die afrikanische Menschheit gebracht haben. Der Oststrom ist insofern etwas anders wie der Weststrom, als in ihm die beiden Formen, Aurignac — Orang viel weiter aus- einanderwichen durch stärkere Abänderung und Degeneration des Orang. Nur tief unten gehören sie zusammen. Trotzdem hielten sich bei den Menschen Südostasiens orangoide Merkmale ; Malayen und die älteren Schichten (Senoi usw.) müssen daraufhin untersucht werden. Endlich glaubt K 1 a a t s c h nachweisen zu können, daß diluvial die menschlichen Teile je des Ost- und Weststromes in Europa aufeinander trafen. In Krapina kann man Zeichen des Kampfes finden, auch beide Typen nebeneinander. Und dann scheint es Klaatsch ausgeschlossen, daß nicht Mischung sollte eingetreten sein. Er glaubt im Fossilfund von Chancelade solche Bastard- formen zu erkennen und stellt es als künftige x\ufgabe hin, die verschmolzenen und ge- mischten Charaktere in den neolithischen und frühhistorischen Skelettresten Europas wieder zu finden. Diese Ausführungen K 1 a a t s c h s sind allerjüngsten Datums und noch wenig dis- kutiert. Ihre Annahme hängt wohl davon ab, ob wirklich die Aehnlichkeiten und Gleich- heiten in osteologischen Merkmalen der Ex- tremitäten und z. T. des Schädels, die doch alle funktionell so leicht ihre Erklärung finden, derart sicher als Beweise für einheit- lichen Ursprung gelten können, daß alle anderen Aehnlichkeiten im Gesamtbau des Menschen (Haut ; Haar ; Lippen ; Serum- aufbau [Reaktion] ; Gehirn ; Psychisches usw) nichts dagegen bewiesen, vielmehr Konver- genzerscheinungen sind! Diese Einwände wurden von v. Balz, Fischer, Molli- son erhoben (Klaatsch 1910b); sie scheinen unwiderleglich, Klaatschs An- sichten sind nicht haltbar. Angeregt wurde Klaatsch zu seinen neuen Gedanken durch M e 1 c h e r s (1911), der eine Anzahl anatomischer Details bei- bringt, um zu zeigen, daß schon bei Lemuren eine Vierteilung vorhanden sei, aus der vier Formen, je getrennt, nämlich die vier Anthropoiden entstanden: aus der Gorilla- wurzel Neandertaler und Großneger; aus der Schimpansenwurzel der Heidelberger-, der Moustier-Mensch und die negroiden Pygmäen; aus der Orangwurzel der Aurignac- mensch und die Indoaustralier; aus der Gibbonwurzel der Pithecanthropus und die Mongolen. Dabei werden dann die vier Anthropoiden wurzeln über Lemuren direkt an Makis angeschlossen; die Merkmale (I-Cnochenbau; Genitalapparat; Ohr usw.) sind ziemlich aphoristisch zusammengestellt. So ganz neu sind derartige polyphyletische Gedanken nicht; auch die geographische An- ordnung ist schon vertreten worden, und zwar von G. S e r g i. Aber die eingehende Begründung, die Belegung mit Einzelangaben, Beobachtungen und Behauptungen, die Klaatschs Hypothese fruchtbar und anregend machen, auch chne daß sie sich halten wird, fehlen hier. G. S e r g i (1908, 1909) nimmt folgende Entstehung an: von Lemuren kommen die Grundformen der Catarrhinen und aus diesen ein anthropomorpher Typus, der sich in 4 Aeste spaltet, 1. einen europäischen, 2. einen amerikanischen, 3. einen afrikanischen und 4. einen asiatischen. Aus dem euro- päischen entstehen 3 Genera: D r y o p i - thecus, Pliopithecus und P a - 1 a e a n t h r 0 p u s. Während jene beiden ausstarben, entwickelten sich aus dem Palaconthropus wieder 3 Spezies: a) H o m O' europaeus (= Neandertalgruppe ein- schließlich der dolichocephalen Krapinaindi- viduen) ; b) Homo krapinensis (= brachycephaler Krapina-Schädel) und c> Homo h e i d e 1 b e r g e n s i s. Alle sind ausgestorben. x\us dem amerikanischen Zweig entsteht Archaeanthropus und daraus Homo p a m p a e u s (A m e - g h i n o), die ebenfalls ausgestorben sind. Aus dem afrikanischen Stamm entstehen Gorilla, Schimpanse und N o t a n t h r o p us , aus diesen wieder Homo a f r u s (a f e r). Aiitlir()[)()genese 470 Er entfaltet sich reich und läßt 4 Spezies entstehen. a)Homo eurafricanus. der als Varietäten den Homo n o r - d i c u s , m e d i t e r r a n e u s , a 1' r i - canus, polynesianus, austra- 1 i a n u s usw. besitzt; b) Homo s u - d a n e n s i s mit Varietäten ; c) P y g - maeus africus und d) P y gm a e u s 0 c e a n i c u s. Dann hat 4. der asiatische Stamm 5 Genera: a) 0 r a n g ; b) P i t h e c - a n t h r 0 p u s ; c) P a 1 a e o p i t h e c u s ; d)Hylobates; e)Heoanthropus, aus dem der Homo a s i a t i c u s mit seinen Varietäten entsprang, während b und c ausstarben. Die Berechtigung, die geogra- phisch getrennten und anthropologisch z. T. sehr differenten Formen als eigene Spezies aufzufassen, sucht S e r g i vor allem durch den Hinweis auf ähnliches Verhalten bei E 1 e p h a s und anderen Formen dar- zutun. Im Gegensatz zu diesen polyphjietischen Theorieen, aber in anderen Punkten wesens- verwandt, stehen K o 1 1 m a n s (1905, 1907, 1909) Ansichten allen diesen gegenüber. Auch er schiebt — das ist das Charakteris- tische seiner Ansicht — das Aeffische der Anthropoiden und damit das Anthropoiden- ähnliche der primitiven Menschen als nicht genealogisch-nahe beiseite. Er geht von der Tatsache aus, daß die Jugendformen der Anthropoiden mit ihren runden, gewölbten, gratfreien Schädeln dem jugendlichen und erwachsenen Menschen mehr gleichen als erwachsene Großaffen. Er deutet das phylogenetisch und nimmt an, daß die Ausgangsform einen hochge- wölbten Schädel hatte ohne Vorbauten, also eine Art Urmensch, nicht Uraffe war; von da aus entstanden durch sekundäre Bestiali- sierung die Affen, und nach anderer Seite unter weiterer Entfaltung des Schädels der Urmensch. Die /anthropoiden stammen also sozusagen vom Menschen ab, nicht umgekehrt. Indem er davon ausgeht, daß sehr oft ,, kleine" Formen die phj'logenetisch (pa- läontologisch) älteren sind, und der Meinung ist, daß von neolithischer Zeit an bei allen heutigen Rassen ,, Kleine", also Pygmäen- stämme, nachgewiesen seien, nimmt K o 1 1 - man an, daß jene erst entstandenen Menschen Pygmäen waren, mit stark ge- wölbtem Schädel. Durch Mutation seien selbständig aus einzelnen solchen Pygmäen- rassen die ,, Großen" entstanden. Auch die Neandertalrasse sei sekundär, ihre Augen- schirme usw. sekundär ins Tierische gehende Ererbungen ; P i t h e c a n t h r o p u s liege ganz abseits, sei ein Gibbon. Als Zeugnis für die bedeutsame Rolle, die die Pygmäen gespielt haben sollen, ward auf die primitive Natur heutiger Pygmäen hingewiesen. Dem schließt sich W. Schmidt (1910) an, der eine ausführliche Beschreibung der Pyg- mäen, vor allem ihrer geistigen Seite bringt und sie als an der Menschheit Wurzel stehend dartun will. Zwingende Beweise fehlen aber. Die gründlichste endlich, weil auf brei- testem und folgerichtig erarbeitetem Tat- sachenmaterial aufgebaute Theorie für die spezielle Entstehungslinie des Menschen gibt Schwalbe, Sie weicht von den H a e k - k e 1 sehen Versuchen nicht prinzipiell ab, nur ist dort alles mehr geahnt, hier im ein- zelnen ausgearbeitet. Vom Uranthropoidenzustand zum Men- schen wird die Lücke zunächst rein morpho- logisch, nicht genealogisch, aufs schönste ausgefüllt, und zwar tief unten, ganz nahe bei den Affen ahnen durch den Unterkiefer von Mauer. Ihn möchte Schwalbe- (1909) ,, einem Wesen zuschreiben, welches einer von anthropoiden Formen sich ab- zweigenden, zum Menschen führenden Reihe angehört, die nunmehr von der zu den jetzt lebenden Anthropoiden führenden Formreihe divergiert." Dabei hält er nahe Beziehungen zu Pithecanthropus für gar ]iicht ausgeschlos- sen. Dieser steht formal in jener Lücke eben- falls noch nahe den Anthropoidenwurzeln, der ganze Individuenkreis, der als Homo p r i m i g e n i u s bezeichnet wird (wie 1898 W i 1 s e r zuerst vorschlug; also Neandertal, Spy, Krapina, Le Moustier, Chapelle aux Saints usw.), steht in ihr höher, näher zum rezenten Menschen. Daß die Formenreihe wirklich so vorhanden ist, das ei härten nun Schwalbes Arbeiten aufs beste. Er hat zuerst ziffernmäßig das ausgedrückt, was schon eine große Anzahl Autoren ge- sehen hatte, die eigentümlichen Sondermerk- male jener Funde (vgl. die Anatomie in dem Artikel „Fossile H o m i n i d e n"). Seine Ziffern zeigen einwandfrei, daß der Pithecanthropusschädel der Affenvariations- breite sehr nahe steht, sich von der Neander- talgruppe fern hält und daß andererseits diese wirklich einheitlich ist. In ihr vari- ieren natürlich die Einzelindividuen. Mit Schwalbes Methode konnte dann eine Anzahl fraglicher Fossile und anderer Funde nach ihrer zoologischen Stellung präzisiert werden, teils als ganz ausscheidend und ohne jede phylogenetische Bedeutung, teils als der ^eandertalgruppe etwas nähergerückte Formen (LTebergangsformen). Für das Ex- tremitätenskelett haben K 1 a a t s c h und Fischer (1906) wichtige Ergänzungen gebracht. K 1 a a t s c h hat dann die neue- ren hierher gehörigen Funde kennen gelehrt. An der Eigenart der Funde, diesem rein ana- tomischen Resultat Schwalbes, ist wohl kein Zweifel möglich, und es dürfte als feststehend gelten, daß eine Formen- reihe besteht. Aber die Frage, ob nun diese Formenreihe auch wirklich g e n e a - 480 Antlii'opogenese logisch ist, möchte Schwalbe selbst nicht sicher entscheiden. Seines späten Alters ~wegen (altdiluvial) kann wohl P i t h e c - an t h r 0 p u s nicht direkter Vorfahr sein, er würde dann am Anfang der bipedeii Bahn entstanden sein und sich, wenig verändert, so lange erhalten haben, während aus ihm nahen Formen der Mensch ward. Aehnliches, d. h. entsprechende Seitenstellung, könnte auch für die Neandertalgruppe gelten, aber hier weist S c h w a 1 b"e selbst auf W a 1 k - h 0 f f s (1903) Untersuchungen hin, der auf Grund der osteologischen Merkmale des Unterkiefers eine allmähliche kontinuier- liche Fortentwickelung des Primigeniusmen- •schen in die Sapiensform annimmt. Der Mangel des Kinnes, die Grube als Ansatz- -stelle des Genioglossus, die nach hinten zu- nehmende Größe der Molaren, die Rück- wärtskrümmung der Schneidezahnwurzeln verschwinden ganz allmählich, man findet in den verschiedenen paläolithischen Kiefern -alle Uebergänge. Auf denselben Standpunkt stellt sich G 0 r i a n 0 V i c - K r a m b e r g e r ^1906 und 1907), der in scharfem Gegensatz zu A d 1 0 f f gerade auf Grund der Kinn- und Zahnbildung den Krapina- und Neander- talmenschen als direkten Vorfahr des re- ■zenten, speziell europäisch-nordafrikanischen Menschen ansieht. Einzelne Formen des Krapinamenschen stellen diese vorher feh- lenden Zwischenformen dar. Endlich sind hier noch die sogenannten ,,Uebergangsformen" zu erwälmen. Schwalbe {1906) präzisiert auch deren Formwert, nachdem schon K 1 a a t s c h einige Unter- suchungen darüber veröffentlicht hat. Rein morphologisch stellen sie deutlich eine Ueber- gangsreihe dar, und zwar in der Reihenfolge: Gibraltar, der noch fast ganz zur Neandertal- ^gruppe gehört — Brüx — Galley-Hill — Brunn. Der Anatom kann nun dabei nichts finden, was nicht auch erlaubte, eine genea- logische Linie in dieser Formenreihe zu sehen ; «ine gewisse Schwierigkeit macht der Um- stand, daß der Fund von Galley-Hill geo- logisch der älteste sein soll, aus dem ältesten Quartär, älter als die Neandertalgruppe. Eine Nachprüfung wäre da erwünscht. Schwalbe neigt sehr dazu, trotzdem -eine solche tatsächliche Reihe, also allmäh- liche Entwickelung, anzunehmen. So würden uns also die nun so oft ge- nannten fossilen Formen entweder die leib- haftigen Vorfahren oder aber Geschöpfe dar- stellen, die jeweils von solchen Vorfahren, ohne selbst viel verändert zu sein, etwas seitwärts abwichen; auch dann lehrten sie uns also jene Vorfahren formal kennen. Stärker abgewichen wären von den gemein- 'samen Ahnen die fossilen und noch stärker ■die jüngeren, also heutigen Anthropoiden; liier kann nur genaue vergleichende Form- analyse uns noch alte Vorfahrenmerkraale kennen lehren. Die Bahn aber, die über alle jene Vorfahren führte, wäre einheitlich. Der Gegensatz zu K 1 a a t s c h s Theorie ist ziemlich scharf, wenn auch beide Ansichten einander nicht unüberbrückbar gegenüber- stehen. Die vielseitigste Stütze durch das größte und best durchgearbeitete Tatsachen- material und daher die größte innere Wahr- scheinlichkeit und meiste Aussicht auf all- gemeine Anerkennung hat m. E. die Schwalbe sehe Theorie. 4. Ursachen, ArtundWeiseder Mensch- werdung. Mag die phylogenetische Reihe gewesen sein, wie sie will, wir haben uns als Ausgangspunkt ein primatoides Geschöpf vorzustellen, also eine Form mit Kletter- füßen, mit halbaufrechter Ivörperhaltung, mit primitivem, nicht spezialisierten Gebiß. Welche Umformungen erlitt sein Körper und durch welche Faktoren waren diese bedingt ? Man darf als sicher annehmen, daß zunächst der ,,Fuß" geworden sein muß. Man muß sich also denken, daß äußere Umstände die betreffende Form zwangen, das Kletterleben, Waldleben aufzugeben (geologisch-klimatische Aenderungen ; allmählicher Waldschwund). Solche Uebergänge sind bei Primaten wohl mehrfach erzwungen worden, die Paviane z. B. sind dadurch wieder richtige Quadru- peden geworden, deren Beine trotz Beibe- haltung der Hände sich osteologisch in man- chem als Gangbeine verraten. Warum die zum Menschen führende Form statt aus der halbaufrechten Stellung sich niederzusenken, umgekehrt sich vollends aufrichtete, wissen wir nicht. Es muß primär in etwas nicht auf die Hinterhand Bezüglichem gelegen sein (Nahrungserwerb?). Durch den ver- suchten Gang wird die mechanische Be- anspruchung anders und die Extremität reagiert darauf. Die Ansicht, die zuerst Schoetensack (1901), dann Klaatsch (1901) aussprach, daß das Klettern auf hohe Baumstämme durch Anpressen des inneren Fußrandes das Fußgewölbe hervorrief, hat keine Anerkennung gefunden. Jede von der einfachen quadrupeden Lokomotion befreite Extremität weicht in ihrer Länge von der der verwandten cpiadru- peden Form ab (Känguruhs; Springmäuse; Tarsius; Dinosaurier; Hangelarme der Gib- bons usw.). So wurde namentlich die hintere Extremität jener Form länger; es bahnte sich der aufrechte Gang an. All das kann also von der klimatisch-geologisch erzwun- genen Aufgabe des eigentlichen ür- und Hoch- waldlebens abhängig gedacht werden. Ist der Beginn des aufrechten Ganges gegeben, so muß sich notwendig eine große Menge statisch mechanischer Anpassungen aus- bilden. Da entstand das Fußgewölbe, dann die Ausbildung der Tibia als Hauptstütze Antliropogenese 481 (Parallelerscheinimgen bei Vögeln und Huf- tieren), die Entfaltung der Waden- und Ge- säßmuskeln; weiter wurden andere Anforde- rungen an den Rumpf gestellt, die Lenden- lordose, das Promontorium, die festere Ein- fügung der Wirbelsäule ins Becken, d. li. das große Sacrum, wurden nötig, große Beckenscliaufeln mußten die Eingeweidelast tragen helfen. Sehr früh muß auch der äus- sere Schwanz geschwunden sein, wie die Uebereinstimmung aller Anthropoiden zeigt; aber wir können uns kausale Momente nicht vorstellen. Jetzt erst, bei aufrechter Wirbel- säulenstellung konnte der Kopf ohne großen Bänder- und Muskelapparat balanziert werden (Verlagerung der Condyli occipitales), jetzt erst konnte also sein Gewicht ohne Be- einträchtigung seiner Beweglichkeit so stark vermehrt werden, wie es das Menschenhirn verlangte (vgl. Bandapparat und Größe der Brustwirbeldorne bei Hornträgern und Muskelentfaltung und Größe der Halswirbel- dorne bei kieferschweren Anthropoiden). Da- mit ist also gesagt, daß zuerst der aufrechte Gang und dann erst die Gehirnentfaltung erlangt wurde ; Schwalbe (1904) weist darauf hin, wie in der Tat Pithecanthro- p u s , der nur erst die Bahn zum Menschen hin beschritt, ein menschlich ausgebildetes Femur, wahrscheinlich aufrechten Gang, aber noch ein recht kleines Gehirn hatte. Auch diese Gehirnentfaltung ging aus jenem Wechsel der Umwelt hervor. Er mußte einen Nahrungswechsel bedingen. Flora und Fauna wurden ja anders; er mußte neue Kon- kurrenten und wirkliche Feinde bringen, so daß durch all dies die Anforderungen an die Hirnfunktionen gewaltig wuchsen (Aufmerk- samkeit; Vorsicht; List; Intelligenz). Auch daß das Balanzieren, der Gebrauch der Vorderextremität zum Fangen, zum Werfen, zum Schlagen neue Bahnen brauchten, ver- mehrte Koordination, da die alten nicht auf- gegeben wurden, könnte Hirnvergrößerung gebracht haben. Morris (Man and his Ancester New York 1902) erwähnt, daß im Gegensatz zu anderen Tierordnungen bei Affen fast alle Genera intelligente Formen sind, so daß die Ausgangsstufe für diese Hirnentwickelung schon gleich anfangs re- lativ hoch entwickelt war. C u n n i n g h a m (Journ. Anthr. Inst. 1902) weist darauf hin, wie spät sich ontogenetisch im Vergleich zu den Rindenzentren für Armbewegung das Zentrum für die Sprache ausbildet, und deutet diese Erscheinung phylogenetisch. Waren diese Dinge alle gegeben, so kamen sekundär die anderen minder wichtigen. Die Handmuskulatur spezialisierte sich vollends, eine Anzahl sonstiger Muskeln wurden abgeändert {vgl. W i e d e r s h e i m). Die Nase entwickelte sich, und zwar die innere zurück und die äußere spezifisch menschlich: Parallelerscheinung beim Nasenaffen, aber Bildung nicht genau homolog Hanclwörterbucli der Naturwissenschaften. Band I. W i e d e r s h e i m) , wobei wir uns ohne kau- sale Erklärung bescheiden müssen. Auch über den Verlust des Haarkleides und die Erhaltung oder Ausbildung der spezifisch menschlichen Haare können wir nur als mögliche Erklärung auf geschlechtliche Auslese hinweisen, was schon Darwin (1871) tat. In dieselbe Richtung fällt wohl die Ausbildung der Lippen, vielleicht die des weiblichen Busens. Daß auch Nachteile entstanden bei diesen vielen Umänderungen der Organisation, ist selbstverständlich, und nicht alle wurden ausgemerzt, es sei die exponierte Vorderseite des Bauches, die Neigung zu Leisten- brüchen erwähnt. Ebenso mußten sich aUe möglichen Triebe, Gewohnheiten usw. ändern, verheren oder neu- bUden; es kann hier nicht auf die Frage nach der Entstehung der menschlichen Ehe- formen, der Staatenbildung usw. eingegangen werden. Auf die bei diesem Werdegang erlangte hohe Ausbildung der geistigen Fähigkeiten soll aber besonders hingewiesen werden, ebenso auf die Tatsache, daß diese in ihren Grundzügen so- wohl, wie in aUen den Details, worin sie sich bei irgend welchen Menschen vom Affen unter- scheiden, stets auch allen Menschen gemeinsam sind, daß erst die letzten, feinsten und kompli- ziertesten psychischen Züge und damit die geistige Leistungsfähigkeit auch rassenmäßig verschieden verteilt sind. Erst als all das einigermaßen fixiert war, dürfte die Sonderung in Rassen eingetreten sein, wobei die ersten großen Scheidungen offenbar sehr weit zurückreichen (vgl. den Artikel ,, Rassenbildung "). 5. Zeit und Ort der Menschwerdung. Aus obigen Ergebnissen aller Untersuchungen der Primatenentstehung und der Ausge- staltung des Primatenstammes ergibt sich als zoologisch einwandfrei begründete Fol- gerung, daß der Mensch im oder mindestens am Ende des Tertiär entstanden sein muß. Aber das ist auch alles, was man sicher be- haupten kann. Schon über die Frage nach der Zugehörigkeit zu bestimmten tertiären Stufen ist keine Einigkeit erzielt, ob alt- oder Jungtertiär, steht nicht fest; die Un- stimmigkeit ergibt sich aus der dargestellten Verschiedenheit der Ansicht über den mensch- lichen Stammbaum. Sicherheit würden ein- wandfreie Funde geben, und zwar solche von Resten des menschlichen Körpers und solche von menschlichen Manufakten, die geologisch datierbar wären. Der älteste stratigraphisch beglaubigte Fund ist der Unterkiefer von Mauer bei Heidelberg, aus den alleruntersten dilu- vialen, zum Oberpliocän Beziehungen haben- den Schichten (mit Rhinoceros etruscus, Equus Stenonis usw. vgl. S c h 0 e t e n s a c k 1908). Ueber die ältesten Artefacte herrscht der denkbar größte Streit. Es handelt sich um die Frage, ob Feuersteine, die in pliocänen und miocänen, ja oligocänen Schichten (besonders Frankreichs) gefunden sind 31 482 Antliropogenese und an ihrer Oberfläche „Absplisse", „Sprünge", „Schlagmarken", ,,Retouchen" zeigen, ,, Arte- fakte" d. h. menschliche ,,Manufakte" oder „Isifakte" (Naturprodukte) sind. Man nennt die Steine „Archäolithen" und ,, E o - 11 1 h e n ". Die Frage ist noch völlig ungeklärt. Zuletzt hat P. S a r a s i n (1909) gezeigt, daß die Brandung an der Seeküste völlig einwand- freie ,,Eolithen" zustande bringen könne. Man muß daher seinen Schluß billigen: ,,Im Hinblick auf die Möglichkeit einer natürlichen Entstehung der sedimentären Eolithen ist die Behauptung, daß sie mensch- liche Artefacte darstellten," nicht bewiesen." Die Möglichkeit aber muß zugegeben werden; die hilft freilich zur Lösung unseres Problems noch nichts, d. h. wir haben keinerlei Funde, die uns das wirkliche Alter der Menschen bezeugen (lieber das Eolithenproblem vgl. Klaatsch 1905. 1908; Rutot 1904; P. Sara sin 1909; Verworn 1905). Ueber den Ort der Mensch- werdung gilt auch heute noch das Darwin sehe Wort, daß es zwecklos sei, darüber nachzugrübeln. Tatsächlich hat man alle Kontinente dafür in Anspruch genommen. Daß A m e g h i n o Südamerika, S e r g i Afrika, Schoetensack Australien als Urheimat erweisen wollten, sei kurz erwähnt. Wirklich diskutierbar ist wohl nur die viel geteilte Meinung, daß irgendwo zwischen Indien und Madagaskar (oder Ostafrika), also etwa im Sundaarchipel (oder dem vor- hergehenden Festland) die Heimat zu suchen sei, wofür H a e c k e 1 und viele andere ein- treten, oder die W i 1 s e r sehe (1907) Idee, daß die heutige Arctica, die im Tertiär warm war, die Ausgangsstelle wie der Tierwelt überhaupt, so der Primaten und des Menschen war. Eine Diskussion würde hier zu weit führen, auch darüber liegt also wie über so mancher Frage der Anthropogenese vorläufig noch Dunkel. Literatur. P. Adloff, Das Gebiß des 3Ienschen und der Anihropomorphen. Berlin 1908. — F. AmeghinO) Lc Diprot.homo Platensis. Anal. Mus. Nacion. de Buenos Aires T. 19 1909 (dort frühere Literatur). — W. Branca, Der Stand unserer Kenntnisse vom fossilen Menschen. Leipzig 1910. — A. J, B. V. d. BroeJc, Ueber einige anatomische Merkviale von Ateles usw. Anat. Am. Bd. SS 1908 ( Liter atxir über Ateles). — Ch. Darwin, The Descent of man and on Selection in Relation to Sex. London 1871. — E. Fischer, Zur Ent- wickelungsgeschichte des Affenschädels. Zeitschr. Morph. Anthr. Bd. 5 1903. — Derselbe, Das Primordialcranium von Tarsius spectrum. K. Acad. y. Wetensch. Am^terdnm 1905. — Derselbe, Die Variationen an Radius und Ulna des Menschen. Zeitschr. Morph. Anthr. Bd. 9 1906. — H. Friedenthal, Ueber einen experimentellen Nach- weis von Blutverwandtschaft. Arch. f. Anat. und Phys. Jahrg. 1900. — Derselbe, Beiträge zur Naturgeschichte des Menschen I — F. Jena 1910. — Gorjanovic-Kramberger, Der diluviale Mensch von Krapina (U Taf. 277 S.). Wiesbaden 1906. — Derselbe, Die Kronen und Wurzeln des Homo primigenius etc. Anat. Anz. Bd. 31 1907 (hier Literatur zur Diskussion mit Adl off). — E. Haeckel, Anthropogenie 5. Aufl. Leipzig 1908. — ^-1. A. W. Hubrecht, Die Säuge- tierontogenese in ihrer Bedeutung für die Phy- logenie der Wirbeltiere. Jena 1909 (hier alle früheren Arbeiten des Verfassers). — H. Klaatsch, Mehrere zusammenfassende kritische Darstellungen vom Stand der Lehre der fossilen menschl. Reste Ergebnisse der Anat. u. Entwickehmgsgeschichte Bd. 9 10 12 17 (hier die ganze Literatur). — Derselbe, Entstehung imd Entwiekelung des 3Ienschengeschlechts. In ,, Weltall und Menschheit" Berlin-Leipzig 1901102. — Derselbe, Die tertiären Silexartefacte ciiis den subvulkanischen Sauden des Cantal. Arch. f. Anthr. N. F. Bd. 86 1905. — Derselbe, Die Steinartefacte der Atistralier und Tasmanier verglichen mit denen der Urzeit Eu- ropas. Zeitschr. f. Ethnol. 1908. — Derselbe, Das Gesichtsskelet der Neandertalrasse und die A\i- stralier. Verhandl. Arial. Ges. 27. Vers. Berlin 1908. — Derselbe, The Skull of the Australian Aboriginal. Rep. Pathol. Labor. New S. Wales Vol. I PL S Sydney 1908. — Derselbe, Die Aurignac-Rasse und ihre Stellung im Stammbaum der Menschheit. Zeitschr. f. Ethnol. Bd. 42 1910 [aj. — Derselbe, Menschenrassen und 3Ienschen- äffen. Korrespbl. deutsch, anthr. Ges. 4I 1910 [bj. — T. H, F. Kohlbmgge, Die morphologische Abstammung des Menschen. Stuttgart 1908. — J. Kollntann, Neue Gedanken über das alte Prob- lem von der Abstamnnmg des Menschen. Correspbl. deutsch. Anthr. Ges. 1905. — Derselbe, Die Neandertal-Spy Gi'uppe. Bericht über die Prä- historikerversammlung. Köln 1907. — Derselbe, Kleine Menschenformen unter den Eingeborenen- stämmen von Amerika. Verh. des 16. internal. Amerikanisten Kongr. Wien 1909. — JK. Leh- niann-Nitsche, Nouvelles recherches sur la For- mation pampeenne et l'homme fossile de la Re- publique argentine. Rev. 3Ius. de la Plata T. l^- Biienos-Aires 1907. — N. C. Macnaniara, Be- weisschrift betreffend die gemeinsame Abstammung des ßlenschen und der anthropoiden Affen. Arch. Anthr. N. F. Bd. 3 1905. — F. Melchers, Zur Naturgeschichte der 3Ienschenrassen . Polit.- anthr op. Revue Bd. 9 1911. — G, Rutot, Le prehistorique dans VEurope centrale. Namur 1904 '^"'^ zahl- reiche Aufsätze in Bull. Soc. d' Anthr. de Bruxelles und Bull. Soc. Beige de Geol. — P. Sarasln, Einige Bemerkungen zur Eolitho- logie. Jahresber. d. geogr.-ethnogr. Ges. in Zürich 1909. — M, Schlosser, Beitrag zur Osteologie und systematischen Stellung der Gattung Necro- lemur, sowie zur Stammesgeschichte der Primaten überhaupt. Neues Jahrb. 3Iiner. Geol. und Pal. Festband 1907 (hier palaeontologische Literatur). — Derselbe, Ueber einige fossile Säugetiere aus dem Oligocaen von Aegypten. Zool. Anz. Bd. 35 1910. — Derselbe, Grundzüge der Palaeontologie V. K. V. Zitttel neubearbeitet von Broili, Koken und Schlosser. München-Berlin 1911. — W. Schmidt, Die Stellung der Pygmaeen- völker in der Entwickelungsgeschichte des Menschen. Stuttgart 1910. — O, Schoetensack, Der Unterkiefer des Homo Heidelbergerisis. IS Tafeln. Leipzig 1908. — Derselbe, Die Bedeutung Atistraliens für die Heranbildung des Menschen aus einer niederen Form. Verhandl. naturhist.- med. Ver. Heidelberg 1901. — G. Schwalbe, Antliropogenese — Aiitlu-opulogie 483 Studien über Pithccanlhropus ercctvs Dubais. Zeiischr. 3[orph. Anthr. Bd. 1 1899. — Derselbe, Der Neanderthalschädcl. Bonner Jahrbücher 1901. — Verseihe, Die Vorgeschichte des ßlcnschen. Braunschweig 1904. — Derselbe, Stralien zur Vorgeschichte des 3Ienschen. Sonderheft zur Zeitsch. ßlorph. Anthr. Stuttgart 1906 (Schädel von Brüx u. a.J. — Verseihe, lieber fossile Pri- maten und ihre Bedeutung für die Vorgeschichte des Menschen. Mitt. d. philomat. Ges. in Elsaß- Lothr. Bd. 41 1908. — Verselbe, lieber Darwins Werk „Die Abstammung des 3Ienschen". Zeitschr. Morph. Anthr. Bd. 12 1909. — Verselbe, Studien zur Morphologie der südamerikanischen Primaten- formen. Zeitschr. ßlorph. Anthr. Bd. IS 1910. — Sergt, Europa. Torino 1908. — Verselbe, L'apo- logia del niio poligenisrno. Atti Soc. Rom Antr. Vol. 15 1909. — Uhlenhiith, Ein 7ieuer biolo- gischer Beiveis für die Blutsverwandtschaft ztvischen Menschen- und Affengeschlecht. Arch. Rassen- und Gesellsch. Biol. Bd. 1 I904. — Verselbe, lieber die Entwickelung und den jetzigen Stand der biologischen Blutdifferenzie- rung Beih. zur Med. Klinik H. 9 1907. — M, Verworn, Die archaeolithische Cultur in den Hifparionschichten von Aurillac (Cantal). Abh. K. Ges. d. Wiss. Göttingen. Math. phys. Kl. 4 1905. — Walkhoff, Die diluvialen menschlichen Kiefer Belgiens und ihre pithecoiden Eigen- schaften (Selen ka, Menschenaffen VI). Wiesbaden 1903. — M. Weber, Die Säxigetiere. Jena 1904 (Literatur über Primaten u. a.J. — R. Wieilers- heim. Der Bau des Menschen als Zeugnis seiner Vergangenheit 4- Aufl. Tübingen 1908. — i. Wilser, Menschwerdung. Stuttgart 1907 (hier die früheren Arbeiten des Verfassers) . — Wortman, Studies of Eocene 3Iammalia in the 3Iarsh Collection Peabody 3Tuseum Pt. II Primates Am. Journ. of Science Vol. 15 1903. — Verseihe, On the Affinities of the Lemuridae ebenda Vol. 17 1904." E. Fischer, Anthropologie. 1. Begriff der Anthropologie. 2. Einteilung der Anthropologie: a) Allgemeine Anthropologie ; b) Spezielle oder systematische Anthropologie; c) Die Anthropographie. 3. Einteilung der Lite- ratur. Geschichte. Gesellschaften und Zeit- schriften. I. Begriff der Anthropologie. Anthro- pologie umgreift heute nach deutschem Sprachgebrauch nur die Natur geschichte des Menschen, die kulturelle Seite wird von anderen Disziplinen bearbeitet. Anthropologie mit rein philosophischem In- halt, wie bei Kant und anderen, oder iden- tisch mit menschlicher Anatomie ist nicht mehr Brauch. In England und Amerika dagegen wird Anthropologie meist in einem allgemeineren Sinne gefaßt, als die Lehre vom gesamten Wesen des Menschen, dem körperlichen und geistigen; sie scliließt dort also auch noch die Lehre vom geistigen Leben der einzelnen sozialen Gruppen des Menschen (Völker, Stämme, soziale Schichten) mit ein, also Völkerkunde (Ethnologie; Ethno- graphie; Ergologie), Volkskunde (Folklore), So- ziologie und anderes. Bei uns klingt dieser Brauch noch darin nach, daß man Gesellschaften und Zeitschriften, die alle diese Gebiete umfassen, „anthropologische" (offiziell oder in Abkürzung) nennt. Aber sonst ist bei uns, ebenso in Frank- reich und den anderen Ländern, der Name Anthro- pologie auf die Untersuchungsergebnisse der Physis des Menschen, nicht der Psyche, be- schränkt; man spricht gelegentlich, um das aus- drücklich anzudeuten, von somatischer oder physischer Anthropologie. Der Begriff Anthropologie ist am besten und zuletzt von R. M a r 1 1 n definiert (1907). Er schließt sich ziemhch eng an P. B r 0 c a an. Danach ist Anthropologie die „Naturgeschichte der Hominiden in ihrer zeitlichen und räumhchen Ausdehnung. Da- mit soll festgelegt sein", so fährt Martin fort, „1. daß die Anthropologie eine Gruppen- wissenschaft ist, daß also^ die Individual- wissenschaften, wie Anatomie, Physiologie usw. aus ihrem Rahmen ausgeschlossen sind; 2. daß sie sich nur mit der Physis dieser Formen beschäftigt und 3. daß sie den ganzen Formenkreis der Hominiden ohne jede Ein- schränkung umfaßt.'' Tatsächhch muß die Antliropologie in diesem Sinne die ganze Primatengruppe be- rücksichtigen; nur in deren Rahmen läßt sich „der Mensch" verstehen nach Herkunft, systematischer Stellung nnd Morphologie. So ist die Anthropologie ein aus der Gesamt- zoologie ausgeschnittenes nnd wegen des großen Interesses und der intensiven Be- arbeitung, die ihrem Objekt zuteil werden, selbständig gewordenes Kapitel der Zoo- logie. Daraus ergibt sich die scharfe und deuthche Abgrenzung gegen benachbarte Disziplinen, die neben diesem Unterschied im Inhalt auch durch den in der Methode gegeben ist. Was auch vom geistigen Leben mit naturwissenschafthchen Methoden zu erfassen ist, wie vergleichende experimentelle Psychologie usw., die naturwissenschafthche Seite der Soziologie (Sozialanthropologie), gehört mit herein, das andere gehört in die Kulturwissenschaft, wie S. Graebner (1911) ausgeführt hat, der die „Methode der Ethnologie" sehr klar darlegt und als eine ,, historische" erweisen will. Natürlich bleiben enge Beziehungen zu diesen Nachbarwissenschaften bestehen, ihre Resultate dienen der Anthropologie als An- regungen, eröffnen neue Probleme, geben für anthropologisch gesicherte Resultate willkom- mene Ergänzung, wie sie ihrerseits von der Anthropologie genau dasselbe erfahren, so die Ethnologie, die vergleichende Sprachwissenschaft, Geschichte, Vorgeschichte, Soziologie usw. 2. Einteilung der Anthropologie. Das große Gebiet der Anthropologie kann fol- gendermaßen eingeteilt werden, wobei Mar- tins (1907) Einteilung zugrunde - gelegt ist (sie schheßt sich an E. Schmidt 31* 484 Anthropologie — Aiitildinale L e li m a n n - N i t s c li e , M a s o n u. a. an). Die Anthropologie zerfällt in allgemeine und spezielle oder systematische Anthro- pologie. 2 a) Die allgemeine Anthropo- logie behandelt die allgemeinen bio- logischen Probleme für den Menschen (Ho- minidengruppe), also Variabihtät, Vererbung, Selektion usw.; sodann die Phylogenese der Primaten "und Hominiden, die Anthropo- genese, deren Faktoren, Weg, Ort und Zeit, die Ausprägungsformen der Hominiden (fos- sile); weiter die Kassenbildung, die Rassen- mischung und den Rassentod; endlich die Wechselwirkung zwischen der Gesamtheit der Individuen einer sozialen Gruppe und dem Schicksal der Gruppe selbst (Rasse und Famihe; Rasse und soziale Schicht; Rasse und Staat), also Sozialanthropologie. 2b) Die spezielle oder syste- matische Anthropologie betrach- tet die Anatomie, Physiologie (einschheßhch der phsyiologischen Psychologie) und Patho- logie vom anthropologischen Standpunkt aus; sie beschreibt und erläutert also die einzelnen Organsysteme und ihre normale und pathologische Tätigkeit. Daß dabei einzelne Kapitel besonders in den Vorder- grund treten, so die äußere Körperforra (Größe; Proportionen; Physiognomie), Kra- niologie (Schädellehre), Haar und Haut, ist prinzipiell ohne Bedeutung; daß dabei nicht nur menschliche Rassenanatomie, sondern Hominidenmorphologie getrieben wird, ist nach obigen Ausführungen klar. Neben diese beiden Teile tritt 2 c) Die Anthropogra p hie (M ar- tin), d. h. die synthetische Behandlung, die rein deskriptive Darstellung aller ein- zelnen Gruppen (ausgestorbene und lebende Spezies; Varietäten; Rassen oder Unter- rassen usw.), woran sich allgemeine Fragen über Rassengeographie und Rassensystematik reihen. 3. Einteilung der Literatur. Geschichte. Gesellschaften und Zeitschriften. Gleich- zeitig schlägt Martin (1908) eine entsprechende Einteilung der Literatur vor, und es wäre sehr zu wünschen, daß sie, wie die zoologische, zur Durchführung käme. Im übrigen sei, was die reiche Literatur angeht, auf die unten zitierten wichtigsten Zeitschriften verwiesen. Eine Geschichte der Anthropologie soll hier nicht gegeben werden. Es sei erwähnt, daß sich natürlich schon von den griechischen Klassikern an anthropologische Angaben zer- streut in der Literatur finden, daß aber erst am Ende des achtzehnten Jahrhunderts eigent- liche anthropologische Arbeiten einsetzen (Buffon f 1788; dann Blumenbach De varietate hominum 1775). Erst 1859 gründete P. B r 0 c a die erste, dauernde, anthropologische GeseUschaft in Paris; dazu traten 1863 die zu London, 1869 die zu Berlin. Um diese Zeit er- schienen zahlreiche kraniologische Arbeiten; 1842 führt A. R e t z i u s die ,,Index"betrachtung ein. Der Aufschwung der vergleichenden Anatomie wirkte auch auf die Anthropologie befruchtend; aber erst die Schwalbe sehe Untersuchung des Pithecanthropus (1899) und des Neandertal- schädels (1901) brachten die anthropogenetischen Fragen in neuen Fluß. Die letzten zwanzig Jahre endlich sehen die Sozialanthropologie, den jüngsten Zweig der Anthropologie, sich ent- falten. Heute hat Franki-eich 9 ordentliche Lehr- stühle der Anthropologie, Italien deren eine sehr große Zalü, Deutschland zwei. Eigene anthro- pologische Laboratorien im deutschen Gebiet haben München, Berlin, Zürich, Breslau und Freiburg i. B. ; Sammlungen gibt es eine große Anzahl (vgl. Kataloge der Sammlungen im Suppl. zu Arcli. f. Anthrop.). Von Gesehschaften seien erwähnt: die Deutsche Gesellschaft für Anthi-opologie, Ethnologie und Urgescliichte und die Berliner GeseUschaft für Anthropologie, Ethnologie und Urgeschichte; die Wiener anthro- pologische Gesellschaft; das Royal Anthropo- logical Institut of Great Britain and Ireland in London, die Societe d' Anthropologie de Paris; die Societä Romana di Anthropologia in Rom usw. Die wichtigsten Zeitsclu-iften sind: Das Archiv für Anthropologie (Braunschweig) seit 1866; Korrespondenzblatt der deutschen Anthropo- logischen Gesellschaft (Braunschweig) seit 1870; die Zeitschrift für Ethnologie (Berlin) seit 1869; das Anthropologische Centralblatt (Braunschweig) seit 1895; der Anthropologische Literaturbericht in S c h w a 1 b e s Jahresbericht für Anatomie (Jena) seit 1896; das Archiv für Rassen- und Gesellschafts-Biologie (Leipzig) seit 1904; die Politisch-antln"opologische Revue seit 1902; die Bulletins et Memoire« de la Societe d' Anthropo- logie de Paris seit 1860; das Journal of the Royal Anthrop ological Institut seit 1872; die Mittei- lungen der Wiener anthropologischen GeseU- schaft seit 1870; L' Anthropologie seit 1889; das Archivio per l'Antropologia e la Etnologia seit 1870; die Atti deUa Societä Romana antropo- logica seit 1894 und zahlreiche kleinere. Literatur. R. Martin^ System der (physiKchen) Anthropologie und anthropologischeji Biblio- graphie. Anthr. Correspbl. 38 1907 S. 105 (hier ist die ganze Literatur angegeben). — JP. W. Schmidt, Die moderne Ethnologie. Anthropos Bd. 1 1906 S. 134 (besonders nach der ethno- graphischen Seite). — F. Graehner, Methode der Ethnologie.^ Heidelberg 1911. — Lehrbücher: Topinarcl, Elements d'anthropologie generale. Paris 1885. — Frassetto, Lezioni di Antropologia (Bd. I u. II; weitere folgen). Rom 1909/10. — Alles andere ist populär — Ei7i Lehrbuch von R. 3Iartin wird voraussichtlich 1912 er- scheinen. E. Fischer. Antiklinale bezeichnet das von einem Punkt der Erd- oberfläche nach dem Erdinnern hin entgegen- gesetzte Fallen der Schichten. Das Gegen- Antüclinale — Arachnoidea 485 teil ist die Synklinale (vgl. den Artikel ,,Schiclitenbau"). Apophysen sind die kleineren Verzweigungen von Ge- steins- und Mineralgängen (vgl. den Artikel „Lagerungsform der Gesteine"). Appim Anton. Geboren am 20. Jimi 1839 in Hanau, ge- storben ebenda am 13. Januar 1900. Er war Organist an der französischen Ivirche in Hanau und ist Verfasser mehrerer akustischer Abhand- hmgen. Die Sch^\'ingmlgszahl hoher Pfeifen bestimmte er auf optischem Wege. E. Drude. Arachnoidea. 1. Morphologie und Pliysiologie: a) Chitin- skelett, b) Körpergiöße und Körperform. c) Gliederung des Rumpfes, d) Beine, e) Sinnes- orgai.e. f) Atmimgsorgane, g) Blutkreislauf, h) Mundwerkzeuge, i) Verdauungskanal, k) Ex- kretions Organe. 1) Geschlechtsorgane, m) Spimi- organe. — 2. Embryonalentwickelung. — 3. Geo- graphische Verbreitung. — 4. Systematik: a) Scor- pionida. b) Pseudoscorpionida. c) Solifuga. d) Pedipalpa. e) Araneida. f) Phalangida. g) Aea- rida. h) Pentastomata. I. Morphologie und Physiologie. Die Araclinoiden oder Spinnentiere sind land- bewohnende, seltener sekundär im Wasser lebende Gliederfüßer. Sie unterscheiden sich von allen anderen Landarthropoden dadurch, daß das erste Ghedmaßenpaar nicht in Form von Fühlern, sondern von Mnndwerk- zeugen und zwar von zwei- bis dreigliedrigen, meist scherenförmigen Organen zur Aus- bildung gelangt ist, daß fast immer vier Beinpaare und daß oft blätterförmige, durch Stigmen nach außen ausmündende Atmungs- organe vorhanden sind. — Mit Einschluß der im Meere lebenden Limuliden und Pycnogoniden werden die Spinnentiere auch Chelicerata genannt, im Gegensatz zu den Landarthropoden mit entwickelten Fühlern, den Atelocerata. la) C h i t i n s k e 1 e 1 1. Als Glieder- füßer besitzen die Spinnentiere ein äußeres Chitinskelett, an das sich innerhch die Mus- keln ansetzen. Das Chitinskelett wird durch eine Zellschicht, die sogenannten Hypodermis- oder Matrixzellen geliefert. Es bildet physio- logisch nicht nur das Stütz- und Hebelwerk bei allen Bewegungen, sondern zugleich eine schützende Decke gegen äußere Eingriffe und gegen Austrocknung. ib) Körpergrößeund Körper- form. Wie die anderen Landarthropoden, so besitzen auch die Spinnentiere eine durch- schnittlich geringe Körpergröße: Die Länge des Körpers ohne die Anhänge schwankt beim ausgewachsenen Tiere zwischen 0,01 und 7 cm, während sie bei Landwirbel- tieren zwischen 1,5 und 300 cm schwankt. Da die Fühler der Insekten physiologisch als Tastorgane aufzufassen sind, bei den Spinnentieren aber die Fühler fehlen, tritt die Tastfunktion am vorderen Körperende offenbar zurück und dieser physiologischen Eigenschaft entspricht die Lebensweise der Spinnentiere: Es sind meist Tiere von geringerer Ortsbewegung. Nur in einzelnen Gruppen wird die Beweglichkeit größer. Dann treten die Maxillarpalpen oder die Vorderfüße als Tastorgane stark nach vorn heraus, um die fehlenden Fühler zu ersetzen. ic) Gliederung des Rumpfes. Die Gliederung des Rumpfes ist un- vollkommener als bei den Insekten. Nur am Hinterleibe ist sie oft noch vorhanden (A r t h r 0 g a s t r a). Bisweilen fehlt sie gänzlich. Stets ist der Körperteil, der das erste Beinpaar trägt, unbeweglich mit dem Kopfe verbunden. Man nennt die ver- schmolzenen vorderen Körperringe Kopfbrust oder Cephalothorax. Das Ver- schmelzen der Körpersegmente hängt, wie das Fehlen der Fühler mit der trägeren Lebensweise zusammen; denn bei den leb- haftesten Spinnentieren, den Sohfugen, kommt es am wenigsten zum Ausdruck. I d) Beine. Die fast durchweg vor- handene Achtzahl der Beine ist höher, als sie bei Landarthropoden zum Gehen und Klettern unbedingt erforderlich ist. Das zeigen uns die Lisekten mit 6 Beinen. Physiologisch erklärt sich, wie wir in den einzelnen Gruppen sehen werden, die höhere Zahl dadurch, daß die Beine meist weitere Funktionen als das Gehen und Klettern übernehmen müssen. Mit diesen weiteren Funktionen hängt es auch zusammen, daß die Zahl der Bein- gheder in vielen Fällen größer ist als bei den Insekten. Während dort von der Wurzel an gerechnet ein Hüftglied (Coxa), ein oder zwei Schenkelringe (Trochanter), ein Schenkel (Femur), eine Schiene (Tibia) und ein meist mehrghedriger Fuß (Tarsus) unterschieden werden (Fig. 1), tritt bei den Spinnentieren zwischen dem Schenkel und der Schiene oft noch ein Knieghed (Patella) auf (vgl. Fig. 24). Der Fuß ist meist zweighedrig und am Ende mit 1 bis 3 Krallen versehen. Das erste Fuß- ghed wird auch Metatarsus (Protarsus oder Basitarsus), das letzte Tarsus im engeren Sinne (oder Telotarsus), die Krallen mit dem oft vorhandenen Haftapparat, dem Pulvillus werden, namentUch wenn das Ganze als Ghed abgegrenzt ist, Onyclridium (oder Prätarsus) genannt. Flugorgane fehlen stets. 486 Arachnoidea le) Sinnesorgane. Die Augen der Spinnentiere sind stets einfach, nie zusammen- gesetzt wie die Facettenaugen der Insekten. Sie sind oft in der Aclitzahl vorhanden und stehen mehr oder weniger auf Höckern, so daß die Achsen nach verschiedenen Seiten gerichtet sind. Durch die größere Zahl und die Stellung ist also ein durch die fehlende Beweglichkeit Der histologische Aufbau ist nicht bei allen Spinnenaugen gleich. Zwei Formen treten auf, die man als Hauptaugeu oder invertierte Augen und Nebenaugen oder konvertierte Augen unterscheidet (Fig. 3 und 4). lieber die Verschiedenheit der Funktion herrscht noch nicht vöUige Klarheit. Soviel steht jedenfalls fest, daß die sogenannten mit Augenmuskeln versehenen Hauptaugen stets zur Anwendung kommen, wenn ein deutliches Bild von einem Gegenstand erforderlich ist, während die oft nach hinten und nach den Seiten ge- richteten Nebenaugen wohl l)esonders Be- wegungen oder hell und dunkel unterscheiden lassen. Eine Springspinne, die ein genieß- bares Tier von einem ungenießbaren unter- scheiden will, richtet stets die Achsen der Hauptaugen auf dieses Tier. Fig. 3. Haupt- auge einer Spinne Nach W i d - mann. 1 Linse Fig. 1. Dickschwanzskorpion , B u t h u s australis. Rückenseite, c Coxa; tr Tro- chanter; f Femur; ti Tibia; ta Tarsenglieder. des Kopfes gegebener Mangel ersetzt. Bei Tieren, die nächtlich oder gar unterirdisch und in Höhlen leben, treten die Augen natür- lich, anderen Sinnesorganen gegenüber, mehr oder weniger zurück. Bei beweghchen Tag- tieren (wie den Springspinnen) sind die am vorderen Kopfrande stehenden Augen groß. Fig. 2. Bauchseite des Skorpions, ch Cheliceren; c. p. Coxa der Palpen; c 1 und c 2 Coxa des 1. und 2. Bempaares; st Sternum; g Geschlechts- platten; k Kamm; sti Stigmen. gl Glaskörper; r Retina; nNerv. Fig. 4 Nebenauge einer Spinne, t Tapetum. Außer den Augen treten bei den Spinnen- tieren als Sinnesorgane besonders die Tastnervenendigungen in den Vordergrund. Man findet sie zahlreich an den Enden der Beine, namentlich dann, wenn diese als Fühler ausgebildet sind. Da die Oberfläche des Körpers meist mit mehr oder weniger an- liegenden Haaren, zum Schutze gegen Nässe, bedeckt ist, müssen Tastorgane, wenn sie ihre Funktion erfüllen sollen, natürlich aus dieser Haardecke heraustreten. In der Tat sind, namentlich an den exponierten Stellen des Körpers, Haare vorhanden, die sich schon äußerlich durch ihre steile Stellung aus- zeichnen (Fig. 5 t) und an die gut ausgebildete Nervenendigungen herantreten. Diese Haare sind also als Tasthaare aufzufassen. Außer den Tasthaaren tiitt bei den Spinnentieren Araelmoidea 48-; noch eine zweite Form von Sinneshaaren auf (Fig. 6), die sich durch ihre äußerst bewegliche Einlenkung im Grunde eines kleinen Chitin- niipfchens, ferner durch ihre Feinheit und durch ihre oft äußerst regelmäßige Längen- abstufung (Fig. 5 h) von den Tasthaaren unterscheiden. Man hat ihnen, da sie oft keineswegs an ex- ponierten Körper- stellen stehen und beispielsweise an den als Fühler dienenden Vorderbeinen der Tarantuhden ganz fehlen, eine höhere Funktion als den Tasthaaren zuge- schrieben und sie als Organe gedeutet, die Luftbewegungen zur Wahrnehmung bringen. Einerseits mag es sich darum handehi, einen leich- ten Windhauch, wie er bei Annäherung eines Feindes ent- steht, erkennen zu lassen, andererseits handelt es sich wohl sicher auch um die Wahrnehmung von Tönen und Ge- räuschen. Die regel- mäßige Längenab- stufung spricht für die zuletzt genannte Funktion. Und diese Deutung wird durch zwei Tatsachen be- stätigt. Erstens sieht man die längeren der genannten Haare unter dem Mikroskop (bei 600 f acher Ver- größerung), sobald man einen tieferen Ton auf der Geige anstreichen läßt, deutlich in Schwing- ungen geraten und zweitens konnte man bei Wolfspinnen beob- achten, daß sie dem Brummton einer Fliege nachgingen, auch dann, wenn sie die Fliege nicht sehen konnten. Nach der wahrschein- lichen Funktion der genannten Haare hat man sie Hörhaare genannt. Ohne Rücksicht auf die Funktion nannte man die Näpfchen Trichobothrien, die Haare Bothriotrichien. Fig. 5. Fuß einer Spinne, h Hörhaare; t Tasthaare. Fig. G. Hörhaar einer Spinne. Noch eine dritte Art von Sinnesnerven- endigungen hat man bei den Spinnentieren beobachtet. Es sind das eigenartige spalt- förmige Vertiefungen der C-hitinhaut, die namentlich an den Beinen auftreten (vgl. Fig. 32 ly). Man hat diese Spalten, an die Nerven- endigungen herantreten, lyraförmige Organe genannt und ist über ihre Funktion noch im unklaren. Da Geruchswahrnehmungen bei Spinnentieren sicher festgestellt sind, wird es sich vielleicht um (xeruchsorgane handeln. Das Zentralnervensystem besitzt bei den Spinnentieren in seiner Hauptmasse, wie bei allen Arthropoden , eine möglichst geschützte Lage, indem es sich im un- tersten Teil des Körpers, über der Bauch- wand befindet. Nur der vordere Teil, aus dem die Augennerven entspringen, liegt über dem Verdauungskanal. Der verschiedenen Körperform entsprechend ist das Zentral- nervensystem mehr oder weniger konzen- triert. Bei den langgestreckten Skorpionen schheßt sich an das untere Schlundganglion, wie bei anderen Arthropoden, eine Ganglien- kette an. Meist ist aber nur eine untere Schlundganglienmasse vorhanden (Fig. 10 u. s.). if) Atmungs Organe. Als Atmungs Organe treten bei den Spinnentieren, wie schon oben angedeutet wurde, vielfach sogenannte Fächertracheen oder Lungen auf. Die Fächertracheen, eine Form der Atmungs- Organe, die wir sonst im Tierreiche nicht kennen, bestehen aus Blättern, die, wie die Blätter eines zusammengeklappten Fächers nebeneinander liegen (Fig. 7). Da in diesen Blättern das Bhit zirkuliert und zwischen Fig. 7. Fächertrachee einer Spinne. Nach Bertkau. b die Blätter derselben, a das letzte Blatt, st Stigma. sie atmosphärische Luft von außen durch Stigmenöffnungen eintritt, kann ein Aus- tausch der Gase stattfinden. Neben den Fächertracheen treten oft auch Röhren- tracheen (Fig. 8) auf, ähnhch denen, die wir bei den Insekten kennen. Die feinen Röhrchen werden meist, wie dort, durch eine spiralige Verdickung der Chitinwand gespannt erhalten. Der Luftwechsel in den Röhren wird vielleicht durch gewisse dorsoventrale Muskeln des Körpers" bewirkt. Aeußerhch erkennbar sind die Atembewegungen gewöhnlich nicht. Bei 488 Arachnoidea sehr kleinen Spinnentieren fehlen Atmungs- organe bisweilen gänzlich. Es besorgt dann die äußere Körperhaut den Gasaustausch. Sind Atmungsorgane vorhanden, so stehen die Stigmen meist in Paaren und sind segmen- tal angeordnet (Fig. 2). Sie können an allen Körpersegmenten vor- kommen, beschränken sich aber stets auf eins oder wenige Segmente. Ig) Blutkreis- lauf. Der Blutkreis- lauf entspricht im all- gemeinen den At- mungsorganen und ist wie diese in ver- schiedener Weise aus- gebildet. Bei Spinnen- tieren, die ausschheß- lich Köhrentracheen besitzen, ist oft nur ein pulsierendes Rückengefäß mit seit- st Stigma, liehen Spaltöffnungen oder Ostien vorhanden. Dieses Rückengefäß oder Herz (Fig. 9) setzt sich vorn als Aorta mindestens bis zum Gehirn fort. Im übrigen vollzieht sich der Kreislauf in langsamer Bewegung durch lakunäre Räume, die sich zwischen den verschiedenen Geweben ccc Fig. 8. Röhrentracheen einer Spinne. Nach Bertkau Fig. 9. Herz einer Spinne. Nach Schimke- wi tsc h. ai, 3.2, a.3 Seitengefäße, aa hinteres Ge- fäß, ac Aorta, m Muskeln, o Ostien, pc Peri- cardium, vp Vena pnlmonaris. ccai befinden und durch Bindegewebe äußerlich mehr oder weniger abgeschlossen sind. Spin- nentiere, die nur Fächertracheen besitzen, sind mit einem etwas vollkommeneren Gefäß- system ausgestattet. Vor allem führen dann stets Gefäße vom Herzen zu den Lungen. Der Gasaustausch mittels der Röhrentracheen scheint aber trotz des damit verbundenen unvollkommeneren Kreislaufs der vollkommenere zu sein; denn bei leb- haften Tieren walten Rölu-entracheen vor. Die Fächertracheen sind also, wie der ganze Bau der Spinnentiere, das Zeichen einer im Vergleich zu den Insekten ursprüngUch wenig beweghchen Lebensweise. ih) M u n d w e r k z e u g e. Wie die Atmung so ist auch die Nahrungsaufnahme bei den meisten Spinnentieren eine andere als bei den Insekten. Schon die Form der Mundwerk- zeuge läßt dies erkennen. Das vordere Mundgliedmaßenpaar, die Cheliceren oder Mandibehi, auch Kieferfühler genannt, sind zwei- bis mehrgliedrig und oft scherenförmig (Fig. 1). Die Seheren dienen, wie man sich durch Beobachtung überzeugt, dazu, die Nahrung schon außerhalb des Mundes ent- weder fein zu zerkleinern oder auszupressen, um sie dann erst dem Munde zuzuführen. Sind keine Scheren vorhanden, wie bei den Spinnen, so wird die Beute extraoral reichUch eingespeichelt und die Nährstoffe werden Fig. 10. Längs- schnitt und Quer- schnitt des Ce- phalothoraxeiner Radnetzspinne , a. Aorta ;c. Coxa; m. Bliad- schläuche des Magens; oe. Oe- sophagus; ol. Oberlippe; o. s. oberes Schlund- ganglion; s. Pha- rynx; sk. Ento- sternit;s.m.Saug- magon; u.s. un- teres Schlund- ganglion. dann aufgesogen. Die Grundgheder des zweiten GMedmaßenpaares, die Maxillen oder Scherenkiefer (Fig. 2cp), dienen dazu, die Nahrung dem Ende des Saugapparates, dem Rostrum zuzuführen. li) V e r d a u u n g s k a n a 1. Der erste Teil des Verdauungskanals, an dem man den Pharynx (Fig. 10 s), den Oesopha- gus (oe) und den Saugmagen (sm) unier- scheidet , bildet stets ein Pumpwerk. Strahlenförmige Muskeln bewirken eine Erweiterung und ringförmige Muskeln eine Verengung (Fig. 12). In den vorderen Teil des Verdauungskanals einmündende Speicheldrüsen kennt man bei den Spinnen- tieren nicht. Eni umfangreiches Organ, das den größten Teil des Körpers einnimmt und früher als Leber gedeutet wurde, hat sich als ein, meist reichverzweigter, Darmteil er- wiesen. Die hohen Zellen, die dessen Ver- zweigungen umkleiden, nehmen die Nahrungs- Araclinoidea 489 bestandteile in sich auf. Auf noch ein Organ muß liingewiesen werden, das außer den Spinnentieren nur noch einigen Krebsen zu- kommt, auf das sogenannte Entosternit (Fig. 10 sk). Es ist das eine Skelettbildung im Innern des Cephalothorax. Es liegt zwischen dem Nervensystem und demVerdauungskanal. Da es nicht nur für die basalen Beingheder Muskelansätze liefert, sondern auch mit der Kückenwand des Cephalothorax durch Mus- kehi verbunden ist, dient es offenbar dazu, den oberen Teil des Cephalothorax zu ver- engen. Diese Verengung trifft die Aorta, die Röhrentracheen und den Saugmagen und Fig. 11. Schema des Verdauungs- kanals einer Spinne. Nach Boas, b, b', b" Blindsäcke des Vor der dar mes, e Enddarm, 1 sog. Leber, m ilittel- darm, o Oesopha- gus, o' Saug- magen, u Malpi- ehische Gefäße. mag für alle diese Organe ihre Bedeutung haben. Da die Ringmuskehi des Saugmagens zurücktreten, wenn diese Muskeln stcärker werden (Radnetzspinnen Fig. 10), so ist Fig. 12. Saugmagen von Taran- tula. Nach Börner. anzunehmen, daß sie besonders die Saug- muskehi unterstützen. ik) E X k r e t i 0 n s 0 r g a n e. Als Ex- kretionsorgane oder Nieren kommen bei den Spinnentieren wieder zweierlei Organe vor, oft beide nebeneinander, Coxaldrüsen und Malpighische Gefäße. Die Coxal- drüsen münden an der Wurzel der Hüfte des 3., seltener auch des 1. Beinpaares nach außen. Oft ist eine kleine Drüse ohne Gang vorhanden. Die meist in der Zweizahl vorkommenden Malpighischen Ge- fäße münden gewöhnlich in den Anfang des Enddarms. Nach ihrem Bau zu urteilen, sind sie kaum als mit den Malpighischen Gefäßen der Insekten homolog zu be- trachten. il) Geschlechtsorgane. Die Mün- dung der Geschlechtsorgane befindet sich bei den Spinnentieren an der Bauchseite des Kör- pers, meist in der Nähe der Wurzel des Ab- domens (Fig. 2 g). Auch darin unterscheiden sich die Spinnentiere von den meisten andern Landarthropoden. Da das Ende des Ab- domens bei den Spinnentieren oft in anderer Weise Verwendung findet, ist an dieser Stelle daan für die Geschlechtsöffnung kein Platz vorhanden und wir dürfen wohl an- nehmen, daß ursprünglich bei allen Spinnen- tieren das Hinterleibsende, wie jetzt noch bei den echten Spinnen und bei den Skor- pionen anderweitig besetzt war. Sonst wäre es völlig unverständhch, daß nicht wenigstens bei einigen Formen, die keine derartigen Organe besitzen, die Kopulations- organe an das Hinterende des Körpers ge- rückt sind. Bei den Landtieren ist das Hinterende des Körpers zweifellos die ge- eignetste Stelle für die äußern Geschlechts- organe. Durch die Lage derselben an der Wurzel des Abdomens wird die Kopulation entschieden erschwert und es sind deshalb oft Hilfsorgane erforderlich und vorhanden. Hoden und Ovarien kommen meist in der Zweizahl vor, schließen aber oft zu einem Ring oder gar strickleiterförmig zusammen. Das Weibchen besitzt meist 2 Samentaschen (receptacula seminis); außerdem sind viel- fach Anhangdrüsen vorhanden. im) S p i n n 0 r g a n e. Mit den Ge- schlechtsorganen dürften die Spinnorgane, die den Spinnentieren ihren Namen ge- geben haben , ursprünghch in physio- logischer Beziehung stehen. Vielfach dienen diese Organe nur dazu, die Eier in einen Kokon einzuhüllen, und dem Körper an- zuheften. In diesem Falle können sie sehr unvollkommen entwickelt sein und in der Nähe der Geschlechtsorgane auftreten. Andererseits können sie an fast allen Seg- menten vom Vorderende bis zum Hinterende des Körpers vorkommen. Bei den Pseudo Skorpionen münden sie am Ende der Cheh- ceren (Fig. 15 g), bei den Spinnmilben am Ende der Palpen, bei den Pedipalpen neben den Geschlechtsorganen und bei den Spinnen meist am Hinterende des Körpers. 2. Embryonalentwickelung. Die Embryonal- entwickekmg verläuft bei den verschiedenen Spinnentierordnmigen recht verscliieden. Schon bei der Eifurchmig kommen sehr bedeutende Diffe- renzen vor. Die im mütterlichen Körper sich voll- ziehende Entwickelung der Skorpione fügt sich am besten dem bekannten Schema. Die Ei- furchung ist hier diskoidal. In allen anderen Fällen schwankt die Furchung zwischen einer totalen und einer superfizialen. Bei den Eiern einiger IVIilben finden zunächst Furchungen mit vollkommener Zellabschnürung statt. In den 490 Araclinoidea allermoistcn Fällen aber setzt die Entwickelung mit einer imvollkommencn totalen Furchung ein imd die Zellen rücken erst nach einigen Teilungen an die Oberfläche, um ein vollkom- menes Blastoderm zu bilden. Auch die Entoderm- bildung vollzieht sich nur bei den Skorpionen in normaler Weise. Bei allen anderen Spinnen- tieren ist die Entstehung des Darmes so unklar, daß man neuerdings das Auftreten eines be- sonderen Keimblattes, aus dem sich der Darm entwickelt, vollkommen in Abrede stellt und den Darm aus einer Anhäufung freier Dotter- zellen hervorgehen läßt. Bei der Segmentierung oder Gliederung des Körpers tritt am Vorder- körper für das Prosoma (Cephalon), für jedes ]\Imid- gliedmaßenpaar imd für die vier Beinpaare je em besonderes Segment auf (Fig. 13). Eme mehr oder weniger deutliche Gliederung zeigt sich anfangs auch am Hinterkörper (Opisthosoma), obgleich der Hinterleib später oft nicht die geringste Gliederung erkennen läßt. Meist zeigen sich am \- V__ Fig. 13. Embryonalentwickchnm einer Spinne. Aus Lang, Vergl. Anat. kl Kopflappen, 1 bis 6 die Gliedmaßenanlagen des Vorderkörpers, aa Gliedmaßenanlagen des Hinterkörpers. Hinterleib nicht nur Segmente, sondern auch Gliedmaßenanlagen raid diese stehen zu den späteren Atmungs- vmd Spinnorganen in engster Bezielnmg. Bemerkt sei, daß die Cheliceren, wie die Fülüer der Insekten, erst im Laufe der Entwickelung vor den Mund rücken und daß sich bei den echten Spinnen das Segment der hinteren Atmungsorgane meist stark räch hinten streckt, so daß erst dadvuxh das liintere Stigmenpaar vor die Spinnwarzen zu liegen kommt. Während der Entstehung der Gliedmaßen tritt meist eine Umrollung des Körpers ein, so daß nach dieser Rollung der Rücken nach außen gerichtet ist. Nach dem Ausschlüpfen des jungen Tieres aus dem Ei kommen stets noch mehrere Häutungen vor. Von einer eigentlichen Verwandlung aber kann gewöhnlich nicht die Rede sein. Nur bei der Meluzahl der Milben unterscheidet sich das 1. Larvenstadium von den folgenden durch das Fehlen des 4. Beinpaares. Bisweilen schiebt sich bei Milben sogar ein beinloses Entwickelungs- stadium ein. Die höheren Arachniden kommen stets mit allen vier Beinpaaren aus der Eihülle hervor. Im übrigen tritt aber auch bei ihnen erst nach der ersten Häutiuig, gleichzeitig mit dem Beginn der Nahrungsaufnahme, die defi- nitive Ausbildung des Körpers zutage. Die Geschlechtsorgane nehmen erst bei der letzten Häutung ilu-e endgültige Form an. 3. Geographische Verbreitung. Die g e 0 - graphische Verbreitung der Spinnen- tiere ist, wie die mancher der anderen niederen Land- und Süßwassertiere schein- b a r völlig regellos. Oft kommen die nächst- verwandten Arten an geogi'aplüsch weit von- einander entfernten Orten vor, oluie daß man eine Verschleppung annehmen dürfte. So gibt es, um nur einige Beispiele zu nennen, Gattungen oder Untergattungen, die einerseits im tropischen Amerika, andererseits in China und Japan (T r i c h on e p h ila), die einer- seits an der Südspitze von Südamerika, ande- rerseits auf den Philippinen (B i g 0 i s) oder in Madagaskar (A r c h a e i d a e) vorkommen. Da manche Formenki-eise dem tropischen Amerika, Afrika und Australien gemein sind, hat man, um deren Verbreitimg zu erklären, frühere Land- verbindungen dieser Kontinente angenommen. AUe derartigen Hj'pothesen aber haben nicht ausgereicht, um die Tatsachen auch nur einiger- maßen vollkommen zu erklären , so daß man sich neuerdings einer Theorie zuneigt, die auf keine Widersprüche zu stoßen scheint, der Reliktentheorie. Da Gruppen, die über die Tropen der Erde verbreitet sind (H e r s i 1 i i d a e) oder die jetzt nur auf Madagaskar und im süd- lichen Teil von Südamerika vorkommen (A r - c h a e i d a e), im Bernstein Nordeuropas gefunden werden, nimmt man an, daß die regellos ver- breiteten Formen früher, bei gleichmäßigeren Temperaturen, auf weite Strecken hin gleich- mäßig verbreitet waren, imd daß sich aUe Formen von einem nördlichen Länderkomplex aus nach den drei Südspitzen der Kontinente hin ver- breiteten und sich auf Grund der an verschie- denen Orten versclüedenen Lebensbedingungen nur hier und da bis auf die Gegenwart erhielten. Diese Theorie verwandelt also, sobald \vir die Lebensbedingungen der einzebien Tierarten ken- nen, die oben genannte schembare Regellosigkeit in eine Gesetzmäßigkeit. Um diese erkennen zu können, müssen wir freilich die Art des Vorkommens bei den einzelnen Arten genau kennen, müssen wissen, ob die Tiere auf Pflanzen, unter Steinen, auf feuchtem oder trockenem Boden usw. vor- kommen. Berücksichtigt man diese ökologischen Tatsachen hinreichend, so kann man trotz der scheinbaren Regellosigkeit bei den Spinnentieren etwa sechs Hauptverbreitungsgebiete deutlich unterscheiden. Am meisten hebt sich das neotropische Gebiet ab mit den Centnuinen, Chactinen, Gonyleptiden, Platoriden, SenocuHden, Anyphaeninen, Micrathenen usw. Ihm schließt sich an das nearktische Gebiet, charakterisiert durch die Gattungen Uroctonus, Vejovis, Brachybothrium usw. Das nearktische Gebiet leitet zu dem pal ä arktischen über, charakteri- siert durch die Euscorpiinen, Nemesien usw. Dem paläarktischen Gebiet nähert sich einer- Araclinoidea 491 steis das äthiopische Gebiet, charakterisiert durch die Gattungen Pandinus, Babycuriis, die Animoxeniden, Harpactirinen usw. imd anderer- seits das Orient alis che Gebiet, charakterisiert durch die Chaeriliden, Heterometren, Liphistiiden, Ornithoctoninen usw. Dem orientaUschen Gebiet s chlie ßt sich das australische am n ächsten an, charakterisiert durch die Urodacinen, Hadro- tarsiden usw. Ein arktisches und antarktisches Gebiet lassen sich nicht auf Grund positiver Charaktere abgrenzen. Die Spinnentierfauna von Madagaskar und Neuseeland weichen von dem ätliiopischen bzw. dem austraUschen Gebiete nicht mehr ab als andere Untergebiete von- einander. 4. Syste-natik. Die Hasse der Spinnentiere zerfällt in folgende Ordnmigen: I. Es sind gegliederte Beine vorhanden. A. Die Palpen, sind echte, mit Hörhaaren versehene Scheren; weitere Hörhaare fehlen. a) Als Mundwerkzeuge wirken außer den Cheliceren die Grundglieder der Palpen und der beiden vorderen Beinpaare; der Hinterleib zer- fällt in ein breites Präabdomen und ein schmales, am Ende mit einem Giftstachel versehenes Postabdomen; am 2. Abdominalsegmente be- finden sich zwei kammförmige Tastorgane S c 0 r p i 0 n i d a. b) Außer den Cheliceren wirkt nur das Grund glied der Palpen als Kiefer; der Hinterleib zer- fällt nicht in 2 Teile und trägt keinen Gift- stachel und keine Kämme P s e u d 0 s c 0 r p i 0 n i d a. B. Die Palpen sind keine mit Hörhaaren be- setzten Scheren. a) Atmungs Organe sind sowohl am Vorder- ais am Hinterkörper vorhanden; der Cephalo- thorax trägt nur die Mundwerkzeuge und das erste Bein paar; die Palpen und das erste Bein- paar sind Tastorgane ; die Mandibebi sind mächtig entwickelte Scheren; Hörhaare fehlen, aber Tasthaare sind mächtig entwickelt S 0 1 i f u g a. b) Atmungsorgane befinden sich entweder nur am Vorder- oder nur am Hinterkörper oder sie fehlen ganz; zwischen dem 1. und 2. Bein- paar ist der Körper nicht deutlich gegliedert; die Cheliceren sind weniger entwickelt. n) Hörhaare befinden sich entweder an allen Beinen oder doch an einem Beinpaare ; der Vorder- und der Hinterkörper sind deuthch voneinander abgesetzt. * Hörhaare befinden sich nur an den Beinen: der stets gegliederte Hinterleib sitzt dem Vorder- körper breit an und trägt keine Spinnwarzen P e d i p a 1 p a. ** Hörhaare sind auch an den Palpen vor- handen; der Hinterleib ist durch ein^n sehr dünnen Stiel mit dem Cephalothorax verbunden, meist ungegliedert und stets mit Spinnwarzen versehen A r a n e i d a. /5) Hörhaare fehlen entweder ganz oder sie befinden sich am Rumpfe; der Vorder- imd Hinterkörper sind hinter dem letzten Beinpaare nicht oder wenig voneinander abgesetzt. * Die Beine des 2. Paares sind verlängert und unterscheiden sich als Tastorgane auffallend von den beiden benachbarten Beinpaaren, fast immer sind sie, wie die Vorderbeine, nur mit einer Kralle versehen; die beiden Augen stehen, wenn sie vorhanden sind, median, meist zu beiden Seiten eines Hügels oder einer über die Mund- werkzeuge vorragenden Kapuze; der Körper ist stets deutlich gegliedert Phalangida. ** Die Beine des 2. Paares sind nicht oder nicht auffallend von den benachbarten Paaren verschieden imd enden meist mit zwei Krallen; die Augen fehlen entweder ganz oder sie stehen am Seitenrande des Vorderkörpers ; der Körper ist undeutlich gegliedert A c a r i d a. II. Gegliederte Beine sind nicht vorhanden. A. Es besitzen höchstens zwei rudimentäre Extremitätenpaare und leben parasitisch Pentastomata. B. Es besitzen vier Beinpaare und leben nicht parasitisch Tardigrada. a) Scorpionida (Ctenophora) Skor- pione. Da wir Skorpione schon aus dem Silur kennen, hält man die Skorpione vielfach für die ersten Spinnentiere, die auf der Erde auftraten. Wahrscheinlich bilden sie aber trotzdem nur einen Seitenzweig der Urform, da sie allen anderen Spinnentieren gegenüber viele Spezialeliaraktere besitzen. Daß sie sich schon früh von den übrigen Spinnentieren abgesondert haben, macht be- sonders die abweichende Embryonalent- wickelung im höchsten Grade wahrscheinlich. Im Gegensatz zu den anderen Spinnentieren ist die Furclmng des Eies diskoidal und die Entodermbildung vollkommen. Außerdem treten die Genitalzellen schon sehr früh hervor und es sind 2 Embryonalhüllen vor- handen. Ist unsere Annahme richtig, so würden die Silurskorpione deshalb von den Urspinnentieren allein erhalten sein, weil sie einen so festen Chitinpanzer besaßen. Auf- fallend ist die geringe Veränderung, die die Skorpione in ihrem Bau seit jenen ältesten Zeiten erfahren haben. Die Konstanz wird nur dadurch verständlich, daß wir die ge- fährliche Giftwaffe der Skorpione in den Vordergrund der Betrachtung stellen. Gerade diese Waffe hat, wie ein Vergleich der Silur- skorpione mit unseren jetzigen zeigt, eine weitgehende Vervollkommnung erfahren. Der Stachel ist viel spitzer und glatter geworden und die Blase, die die beiden getrennt mün- denden Giftdrüsen enthält, ist größer als bei der Urform. Ein Tier, das mit einer derartigen Waffe ausgerüstet ist, bedarf keiner großen Beweglichkeit. Deshalb ist auch das Nahrungsbedürfnis bei den Skor- pionen äußerst gering. Wie die Beobachtung lehrt, frißt der Skorpion selten und wenig, kann bis zu 9 Monaten hungern und nimmt seine Nahrung sehr langsam auf. Ein Mehlwurm wird beispielsweise von Buthus occitanus in etwa 8 Stunden verzehrt. Bei der Nahrungsaufnahme halten die Scheren der Maxillarpalpen die Beute fest. Die Cheliceren zerkleinern die Nähr- 492 Araclmoidea Stoffe und führen sie mit Hilfe der Maxillen in den Mund. Nach dem Mahl werden die Maxillarscheren an der dichtbehaarten Unter- seite der Chehceren gereinigt. Der Schwanz (Cauda, Postabdomen) wird bei den dick- schwänzigen Formen über dem Rücken ge- tragen. Der Stachel ist dann zur Vertei- digung gegen einen Feind oder zur Hilfe- leistung beim Angriff stets bereit. Seine Anwendung geschieht derart, daß die Cauda wie eine Peitsche vorgeschnellt wird. Der Stich ist auch für den Menschen nicht un- gefährhch. Namentlich soll der in Nord- afrika vorkommende Dickschwanzskorpion Buthus(Androctonus)australis (Fig. 1) Kindern und Frauen oft den Tod bringen. Daß die Angaben über Skorpion- stiche den Tatsachen entsprechen, wird einerseits von bekannten Forschern und Aerzten bestätigt, andererseits aber durch Experimente, die man mit warmblütigen Tieren ausführte, indem man einige Tropfen des Giftes durch den Reiz des elektrischen Stromes dem Skorpion entzog und in die Blutbahnen des Versuchstieres überführte. Es zeigte sich, daß z. B. ein Hund von 15 bis 20 kg Körpergewicht durch 1 bis 1,5 mg Gift in 10 Stunden getötet wurde. Auf Frösche ist die Wirkung des Giftes geringer und Larven von Insekten mit vollkommener Verwandlung sollen ganz immun sein. Ob auch der Skorpion selbst immun ist, darin gehen die Ansichten noch auseinander. Die Angabe, daß sich der Skorpion selbst in der Gefahr töte, hat sich jedenfalls bei wissenschafthcher Beobachtung nicht be- stätigt. Ueber tödhche Stiebe von Skorpionen wird besonders aus Nord- und Südafrika, aus Mexiko und von den Antillen berichtet. Bei den kleinen Arten Südeuropas (E u - s c 0 r p i u s. B u t h u s) steht der Stich etwa einem Bienenstich gleich. Manche Skorpione (Heterometrus. Pan- d i n u s usw.) können, wie andere mit ge- fährlicher Giftwaffe ausgerüstete Tiere, ein Zischen hervorbringen. Dasselbe wird beim Skorpion durch einen Stridulationsapparat, bestehend aus 2 fein gekörnten oder be- haarten Flächen, die sich an dem HüftgUede des Maxillarpalpus und des ersten Bein- paares befinden, erzeugt. Als Atmungs- organe dienen den Skorpionen 4 Paare von Fächertracheen, die jederseits auf der Fläche der vier vorderen Bauchplatten aus- münden (Fig. 2 sti). Auch durch diese Stigmen unterscheiden sich die jetzt lebenden Skor- pione von den Silurskorpionen. An Sinnesorganen sind stets Augen vor- handen, wiewohl die Skorpione ausschheßlich nächtlich auf Raub ausgehen. Die beiden Hauptaugen stehen zu den Seiten eines Hügels mitten auf dem Kopfe und 2 bis 5 Nebenaugen stehen an jedem der beiden Seitenränder. Mit Tasthaaren sind besonders die Endglieder der großen Palpenscheren ausgestattet. Zwi- schen diesen stehen die kürzeren, feinen Bothriotrichien, die bei den Skorpionen wohl nicht nur zum Hören, sondern auch zur Wahrnehmung eines jeden Lufthauchs dienen mögen. Zieht doch ein Skorpion, wenn er sich mit seinen Scheren tastend vorwärts bewegt, bei dem leisesten Hauch seine Scheren ein. Die 8 verhältnismäßig kurzen Beine, die den langen plumpen Körper zu tragen haben, sind weniger als die Scheren mit Tasthaaren ausgestattet. Die beiden vor der 1. Bauchplatte befiudlichen, reich mit Nervenendigungen ausgestatteten Kämme sieht man beim Gehen in lebhafter, tastender Bewegung. Das Nervensystem be- steht aus dem oberen und unteren Schlund- ganglion und einer Kette von Bauchganglien. Drei Ganglien hegen im Abdomen und 4 im Postabdomen. iVls Schlupfwinkel wählen die Skorpione meist Höhlungen. Die flachsten Formen (H o r m u r u s usw.) verbergen sich unter lockerer Rinde, die großen Tropen- formen (z. B. P a n d i n u s d i c t a t o r) in hohlen Baumstämmen, die meisten aber, namentlich die in vegetationsarmen Gegenden vorkommenden Arten, unter Steinen. Manche Arten (Buthus occitanus, Opisth- ophthalmus usw.) graben selbst tiefe Röhren in den Boden. Sie stützen sich mit den Scheren und Hinterbeinen und führen mit den anderen Beinpaaren schar- rende Bewegungen aus. Von Zeit zu Zeit schieben sie die gelockerten Erdmassen mit dem Schwänze zurück. Die Familien, in denen grabende Arten vorkommen, zeichnen sich durch eine reichere Bedornung, nament- lich an den Beinen, aus. Das reife Männchen unterscheidet sich von dem Weibchen besonders durch seine schlan- kere Körperform und schlankere Ghedmaßen. Der Paarung gehen gewisse Liebesspiele vor- aus, die darin bestehen, daß Männchen und Weibchen, die bis dahin stets getrennt vor- kamen, zusammen allerlei Bewegungen aus- führen, sich mit den Scheren fassen usw. Bei der Paarung selbst legen sich, wie man sicher beobachtet zu haben glaubt, die Tiere mit der Bauchseite aneinander, das Männchen mit der Bauchseite nach oben gekehrt, Sie halten sich dabei mit den Scheren aneinander fest. Vielleicht spielen auch die Kämme als Klam- mer- oder Tastorgane bei der Kopulation eine gewisse Rolle. Nach der Paarung wird das Männchen, wie bei vielen anderen Spinnen- tieren, wenn es nicht schleunigst das Weite sucht, vom Weibchen verzehrt. Daß der Körper des Männchens, nachdem dieses seine Aufgabe erfüllt hat, noch als Nahrung zur Erhaltung der Famihe zur Geltung kommt, kann uns bei einem Raubtiere, das vielleicht nur einmal zur Fortpflanzung Arachnoidea 493 schreitet, nicht überraschen. Bei den Skor- pionen fällt diese Tatsache nur deshalb auf, weil ihnen sonst nur kleinere und schwächere Tiere zur Nahrung dienen. Die jungen Skor- pione durchbrechen unmittelbar nach der Ge- burt die Eihüile, werden also gewissermaßen lebend geboren. Sie besteigen zunächst den Körper der Mutter, die ihnen dabei behilf- lich ist, indem sie ilmen die Schere vor- hält. Nach der ersten Häutung, die in etwa 8 Tagen vor sich geht, zerstreuen sie sich und werden selbständig. Da der Skorpion in einem Jahre nur wenig größer wird und da man außerdem 5 verschiedene Größen in der Natur nebeneinander beobachtete, nimmt man an, daß er erst in etwa 5 Jahren erwachsen ist. Man unterscheidet folgende Familien: .1. Das Sternum ist mindestens halb so lang wie breit. A. Es sind jederseits 3 bis 5 Seitenaugen vorhanden. a) Das Sternum ist fast dreieckig. Buthi- dae. Die Familie ist teils im neo tropischen Gebiet (Centrurinae und A n a n t e r i s), teils in der alten Welt (Buthinae) zu Hause. Die Gattung Isometrus ist Kosmopolit. b) Das Sternum ist nach vorn weniger ver- schmälert. cc) Am Grunde des Tarsenendgliedes steht nur ein Stachel in der Gelenkhaut Scorpio- onidae. Die Gattungen dieser Familie sind teils neotropisch (D i p 1 o c e n t r u s) , teils mediterran (Nebo, Hemiscorpius), teils äthiopisch (P a n d i n u s , H a d o g e n e s , 0 p i s t h 0 p h t h a 1 m u s) , teils orientalisch (H e t e r 0 m e t r u s) , teils von den Sunda- inseln bis Neu-Guinea verbreitet (Hormurus), teils australisch (U r o d a c u s). ß) Am Grunde des Tarsus stehen zwei Stacheln in der Gelenkhaut. V e j o v i d a e. Die Gat- tungen sind teils neotropisch (Hadruroides, Caraboctonus), teils nearktisch (U r o c - tonus, Anuroctonus, Vejovis, Hadrurus), teils mediterran (Jurus), teils indisch (S c o r p i o p s). B. Es sind nur 2 Augen jederseits vorhanden. a) Hinter dem 2. Auge steht ein hellgelber Fleck. C h a e r i 1 i d a e. Die Familie ist nur orientalisch. b) Hinter dem 2. Seitenauge steht kein hell- gelber Fleck. C h a c t i d a e. Die Gattungen dieser Familie sind teils neotropisch (C h a c - t i n a e), teils mexikanisch (;\I e g a c o r m u s), teils mediterran (Euscorpius, Beii- sa r i u s). IL Das Sternum ist nicht halb so lang wie breit. Bothriuridae. Die Gattungen sind meist südamerikanisch. Nur eine Gattung (C e r c 0 p h 0 n i u s) ist australisch. b) Pseudoscorpionida (C h e 1 o n e t|hji. C h e r n e t i d a e) Pseudoskorpione. Die Pseudoskorpione sind als verkümmerte Skor- pione aufzufassen. Schon auf den ersten Blick erscheinen sie als solche; gibt es doch unter den echten Skorpionen einige Gat- tungen (H 0 r m u r u s usw.), bei denen der Schwanz und der Schwanzstachel äußerst klein sind. Bei eingehender Untersuchung gewinnt diese Auffassung immer mehr an Wahrscheinhchkeit. Sie ist- auch biologisch durchaus verständlich. In allen Tierklassen gibt es einzehie Formen, die äußerst klein sind und gerade auf Grund ihrer geringen Größe ihr Dasein fristen. Sie brauchen, weil sie kleiner sind, weniger Nahrung, werden wegen ihrer geringen Größe von vielen Raubtieren als Beute verschmäht und finden leicht einen Schlupfwinkel, in dem sie sich verbergen können. Wenn es Raubtiere sind, so können sie ihrer Beute in engere Höhlen folgen. Der auffallendste Unterschied zwischen Skorpionen und Pseudoskorpionen ist das Fehlen des Stachels bei diesen (Fig. 14). Es fehlen nicht etwa die sämtlichen Schwanzsegmente. Da die Pseudoskorpione 10 bis 11 Tergite besitzen, die Skorpione aber im Präabdomen nur 7, so ist in dem eiförmigen Hinterleibe der Pseudoskorpione der vordere Teil der Cauda mit enthalten. Statt der 4 Stigmenpaare Fig. 14. Chelifer, Bauchseite. Nach Croneberg. sind bei den Pseudoskorpionen nur 2 Paare vorhanden und diese befinden sich nicht auf der Fläche der Bauchplatten, sondern zwischen den Platten, wie wahrscheinlich auch bei den Sikirskorpionen. Die Atmungsorgane selbst nehmen gewissermaßen eine Zwischenstufe zwischen den Röhrentracheen und den Fächertracheen ein. Sie bestehen aus einem starken Basalstamm, aus dessen Ende zahl- reiche, sehr feine Röhren hervorgehen. Das Herz ist kurz, reicht vom Cephalothorax bis zum 4. Abdominalsegment, besitzt hinten nur wenige, jederseits 3, Spaltöffnungen und vorn eine einfache, sich vorn gabelnde Aorta. Die Sinnesorgane sind wie bei den Skorpionen entwickelt. Die Mittelaugen auf dem Kopfe fehlen aber stets und die Bothriotrichien, auf den Endghedern der Palpenscheren, stehen nicht zwischen längeren Tasthaaren, sind also unter allen Spinnen- 494 Araclmoidea tieren hier am meisten Tastreizen ausgesetzt. Immerhin sind sie gerade bei den Pseudo- skorpionen durch die Form der Eitilenkung sehr scharf von unzweifelhaften Tasthaaren, wie sie an den Chehceren und an den Füßen vorliommen, verschieden. Das Zentral- nervensystem ist auf ein oberes und ein unteres Schlundganghon reduziert. Die 4 Beinpaare sind trotz der geringen Größe und der Konzentration des Körpers alle er- halten geblieben. Das Sternum aber ist fast verschwunden und als Mundwerkzeuge beteiligen sich nur die Grundglieder der Palpen. Die Füße zeiclmen sich von denen der Skorpione durch das Fehlen der Grab- und Stützstacheln und durch das Vorhanden- sein eines Haftorganes aus. Das letztere befähigt die Pseudoskorpione an glatten Wänden zu klettern. Ein wichtiger Unter- schied ist in dem Bau der Cheliceren be- merkbar (Fig. 15). Einerseits besitzen die Tiere in den Cheliceren ein hochentwickeltes Reinigungsorgan für die Palpenscheren, indem am Innenrande des beweglichen Scheren- fingers stets ein Kamm (k) mit einem meist etwas ausgehöhlten Grad (Serrula) vorhanden ist. Die Kämme der beiden Cheliceren umfassen beim Reinigen gc- Fig. 15. CheUcere eines C h e 11 f e r. Nach Croneberg. g Galea ; k Kamm; h Hautsaum. meinsam die Finger der Palpenscheren. Oft befindet sich an dem unbeweg- lichen Scherenfinger der Cheliceren noch ein 2. Kamm oder ein Hautsaum (Fig. 15 h). Da Reinhchkeit besonders bei Kleintieren ein Lebensbedürfnis zu sein scheint, ist dieser Unterschied zwischen Pseudoskor- pionen und Skorpionen sehr wohl verständ- lich. Als zweite Abweichung der Chehceren von denen der Skorpione kommt hinzu, daß am Ende des beweglichen Scheren- fingers, meist auf einem Fortsatz (Galea) (Fig. 15 g), ein Spinnorgan ausmündet. Die Pseudoskorpione schließen sich nämlich zur Häutung, zur Eiablage, z. T. auch während der ungünstigen Jahreszeit in eine feine Gespinsthülle ein und bedürfen dazu der Spinnorgane. Die beiden aus mehreren Schläuchen bestehenden Spinndrüsen liegen vorn der Dorsalwand des Cephalothorax an. Die Nahrung der Pseudoskorpione besteht in sehr kleinem Getier, Springschwänzen, Bücherläusen usw. Einzehie Arten fand man öfter auf dem Körper größerer Tiere, z. B. unter den Flügeldecken der Käfer, am Bein einer Fliege, welches der Pseudoskor- pion mit einer Palpenschere krampfhaft festhielt. Auch auf dem Kopfe von Kindern fand man sie. Im letzteren Falle waren stets auch Kopfläuse vorhanden und man nahm an, daß die Pseudoskorpione diesen nachstellten. Durch Fliegen, an deren Bein das Tier sich anklammert, wird es an einen neuen Ort getragen und mag darin ein wich- tiges Verbreitungsmittel besitzen. Man sah andererseits, wie ein Pseudoskorpion eine Ameise am Bein festhielt, bis diese gestorben war, ohne sie zu fressen. Die Paaiung ist noch nicht beobachtet worden. Die Eier werden als kleines Paket in der Nähe der weib- lichen Geschlechtsorgane befestigt, ob mittels der oben genannten Spinndrüsen oder mittels einer Anhangdrüse der Geschlechtsorgane, die in zwei verschiedenen Formen bei dem- selben Tier vorkommt, dürfte noch nicht hinreichend festgestellt sein. Die Entwicke- lung des Eier setzt mit einer totalen Fur- chung ein und unterscheidet sich dadurch von der Entwickelung des Skorpions. Eine Aehnlichkeit zwischen beiden besteht darin, daß Embryonalhüllen zur Ausbildung ge- langen. Die Entwickelung des Embryos weicht aber sehr erheblich von der Ent- wickelung anderer Spinnentiere ab. Zunächst kommt ein großes Saugorgan zur Ausbil- dung, bevor noch die Gliedmaßen sich ent- wickeln. Mittels dieses Organes saugt sich der Embryo an die Bauchhaut der Mutter an, um nun von dieser ernährt zu werden, wahrscheinlich aus einer der oben genannten Anhangdrüsen und zwar der umfangreiche- ren. Bei der ersten Häutung schwindet der Saugapparat und die Gliedmaßen treten auf. Man unterscheidet folgende Familien: I. Die Cheliceren sind so groß, daß die Ent- fernung ihrer hinteren Außenecken wenigstens 2/3 so weit ist wie der Hinterrand des Cephalo- thorax; der Kamm des beweglichen Cheliceren- fingers ist wenigstens am Ende frei. A. Der Tarsus des 1. Beinpaares ist eingliedrig. C h t h 0 n i i d a e. B. Der Tarsus des 1. Beinpaares ist zwei- gliedrig. U b i s i i d a e. Hierher gehurt als häufigster Vertreter der gemeine Moosskorpion übisium muscorum; ferner eine schlanke Höhlenform Blothrus spelaeus usw. H. Die Cheliceren sind viel kleiner; die Serrula ist bis zum P^nde angewachsen. A. Alle Tarsen sind zweigliedrig; es sind 4 Augen vorhanden. Cxarypidae. B. Alle Tarsen sind eingliedrig; es sind nur 2 oder gar keine Augen vorhanden. Chelife- r i d a e. Hierher gehört der in Häusern häufige Bücherskorpion , Chelifer can- c r 0 i d e s. c) Solifuga (S 0 1 i f u g a e), Walzen- spinnen. Wie die Skorpione, so sind auch die Sohfugen Spinnentiere, die zweifellos Arachnoidea 495 manche ursprünglichen Charaktere bewahrt haben und die deshalb als Relikte gelten können. Bei den Solifugen sind es aber andere ursprüngliche Charaktere, die sich erhalten haben; deshalb machen die Soli- fugen einen völlig anderen Eindruck als die Skorpione. Nur einer der ursprünghchen Charaktere ist beiden Gruppen gemein, der langgestreckte, reichgegliederte Körper. Wäh- rend aber beim Skorpion die gestreckte Körperform auch innerlich durch eine Bauch- ganghenkette zum Ausdruck gelangt, sind bei den Solifugen die die Beine innervierenden Ganghen eng miteinander verschmolzen, so daß nur ein einzehies Abdominalganghon getrennt bleibt. Ein Charakter, dessen Fortentwickelung den Sohfugen die Exi- stenz bis in die Gegenwart gesichert hat, tritt uns in den mächtig entwickelten Cheli- ceren entgegen (Fig. 16). Die Muskulatur der Chehceren ist so kräftig, daü die So- lifugen die Panzer der hartschahgsten Käfer zerbeißen können. Sie können deshalb in Wüsten und Steppengegen- den, wo hartschalige Käfer die Haupt- vertreter der spär- lichen Fauna sind, ihr Dasein fristen und sich hier trotz mancher ursprüng- lichen Charaktere, im Gegensatz zu anderen kleinen Räubern, erhalten. Fig. 16. Eine Soiifuge. ^ie kräftigen Cheli- Nach Pocock. Unten ^eren gestatten es die Chelicere. dem Tier außerdem, in einen fast stein- harten, trockenen Lehmboden Höhlen zu graben oder eigenthch einzufressen und sich dadurch in der heißesten Jahreszeit der Sonnenglut zu entziehen. Man meinte früher, daß der Biß der Soli- fugen giftig sei und wurde zu diesem Glauben vielleicht besonders durch die Tatsache ver- leitet, daß die Tiere, gereizt, einen zischenden oder fauchenden Ton hervorbringen, indem sie die geriefelten Innenseiten der beiden Cheliceren aneinanderreihen. Man hat aber trotz eifrigen Suchens Giftdrüsen nicht auf- finden können und da außerdem zuver- lässige Beobachter bei Bissen niemals die geringste Giftwirkung beobachten konnten, muß man annehmen, daß in wirklichen Ver- giftungsfällen entweder eine Verwechslung mit einem Skorpionsstich oder eine nach- träghche Blutvergiftung vorlag. Die Soli- fugen sind nächtlich auf Beute ausgehende Tiere. Sie sind zwar nicht vollkommen und auch nicht immer in gleichem Maße licht- scheu. Namentlich zur Paarungszeit scheinen manche Arten das Tageslicht keineswegs zu meiden. Es darf uns also nicht wimder- nehmen, wenn von den Augen wenigstens die beiden Hauptaugen wohl entwickelt sind und wenn diese, wie man experimentell nachweisen konnte, beim Fange der Beute eine nicht unwichtige Rolle spielen. Die wichtigsten Sinneseindrücke aber werden den Solifugen, wie die rauh behaarte Ober- fläche des Körpers erkennen läßt, durch die mächtig entwickelten Tasthaare vermittelt. Außer diesen Haaren dienen wahrscheinlich auch eigentümliche, am Ende erweiterte, nervenreiche Hautanhänge an den 3 Grund- gUedern der Hinterbeine (Fig. 17 m) die soge- nannten Malleoh oder Raquets als Tastorgane. Beim Auffinden des Weibchens spielen, wie die Beobachtung gelehrt hat, Geruchswahrneh- mungen eine Hauptrolle und da nach Ab- schneiden der Palpen dem Männchen die Orientierung schwindet, an seinen Palpen aber eigenartige Nervenendigungen gefunden wurden, dürfen wir diese Nervenendigungen wohl für Cxeruchsorgane halten. Im, Gegen- satz zu den meisten anderen Spinnentieren süid die Sohfugen sehr beweglich; damit steht die Tatsache in Einklang, daß als Atmungsorgane reichverzweigte Röhren- tracheen vorhanden sind. Die Tracheen münden in 2 wohlentwickelten Stigmen- paaren und einem rudimentären Stigma zwi- schen den vorderen Bauchplatten des Hinter- leibes und in einem ein wenig dorsal ge- rückten Paar zwischen den Hüften des 2. und 3. Beinpaares. Das Herz ist sehr zartwandig, langgestreckt und mit 8 Ostienpaaren, 2 im Cephalothorax und 6 im Abdomen versehen. Im Einklang mit der großen Lebhaftigkeit der Solifugen steht es auch, daß sie im Gegensatz zu den Skor- pionen äußerst gefräßig sind. Ein Galeodes c a s p i u s fraß nacheinander 4 bis 5 Gerad- flügler von der Größe einer Wanderheu- schrecke. Eine so große Nahrungsmenge kann der Magen fassen, weil er mit aus- gedehnten Blindsäcken versehen ist. Die Bhndsäcke sind für einen Räuber, der zeit- weise nicht viel Nahrung findet, von großer Bedeutung. Mit der Lebhaftigkeit der Solifugen hängt ferner die Ausbildung der Extremitäten zusammen: Nicht nur die langen Palpen, sondern auch die Vorder- beine sind wohlentwiekelte Tastorgane. Frei- lich spielen die Palpen zugleich bei der Lokomotion eine nicht unwichtige Rolle. Eine an ihrem Ende befindhche Haftblase kommt nämlich beim Erklettern glatter Steine zur Anwendung. Sogar bei der Nahrungsaufnahme treten die Palpen in Tätigkeit, indem kleine Beutetiere mittels 496 Arachnoidea der etwas klebrigen Haftblase gefangen und zum Munde geführt werden. Die Grund- glieder der Palpen stoßen, wie die der Beine, auf der Älittellinie der Brust zusammen und lassen darin eine Aelmlichkeit mit den Pseudoskorpionen erkennen. Alle größeren Beutestücke werden von den Solifugen mit den Cheliceren zerbissen und ausgefressen. Fig. 17. Bauchseite einer Soli- fuge. Nach B 1 a n c h a r d. r Rostrum; st Stigma; m Malle oli. Nach dem Mahl werden die Cheliceren durch Aneinanderreihen gereinigt. Beim Männchen besitzen sie einen z. T. eigenartig geformten Aufsatz, der bei der Paarung nicht un- mittelbar in Tätigkeit tritt und deshalb wohl nur als Schmuck gedeutet werden kann. Zur Paarungszeit streifen die Solifugen mehr umher als sonsi. Besonders häufig trifft man dann die reifen Männchen. Zur Nacht- zeit kommen die Tiere oft in die Nähe der Lagerfeuer. Sie nähern sich dabei keines- wegs unausgesetzt dem Lichte. Von einem Tropismus, wie bei den Pflanzen, kann also nicht die Rede sein. Auch bei Tage nähern sie sich gerne auffallenden Gegenständen, z. B. den Eisenbahnschienen. Den Drang, sich zur Paarungszeit dem Lichte und anderen auffallenden Gegenständen zu nähern und dabei sich zusammenzufinden, teilen die Solifugen mit vielen anderen Tieren. Wenn sich das Männchen dem Weibchen nähern will, sucht dieses seine Verteidigungsstellung einzunehmen, indem es den Vorderkörper mit den geöffneten Cheliceren und den Hinter- leib ein wenig hebt. Das Männchen aber stürzt sich auf dasselbe, kneift mit seinen Cheliceren in die weiche Rückenhaut des Hinterleibes ein und wendet den Körper des Weibchens so, daß dieser nun eine Rückenlage einnimmt. Alsdann bohrt es die Spitzen seiner Cheliceren in die Vulva ein. Diese wölbt sich vor und öffnet sich. Dann hebt das Männchen den Hinterleib ein wenig, läßt einen Sperma- ballen aus der Geschlechtsöffnung austreten, faßt diesen mit einer Chelicere, stopft ihn in die Geschlechtsöffnung des Weibchens hinein und kneift nun deren Ränder zu- sammen. Damit ist der Vorgang beendet. Jetzt muß das Männchen sich schleunigst davon machen, wenn es nicht von dem stärkeren Weibchen ergriffen und verzehrt werden will. Bei einer zweiten Paarung, die dasselbe Männchen ausführt, ist der Spermaballen schon bedeutend kleiner und das Männchen zeigt sich weniger behend. Die Wahrscheinlichkeit, daß es vom Weib- chen verzehrt wird, wächst also mit der Zahl der ausgeführten Kopulationen. Schheß- iich geht es auch ohnedies bald zugrunde. In den weiblichen Geschlechtsorganen wan- dern die Spermatophoren des Ballens all- mählich nach dem Eierstock hin, um hier die Eier zu befruchten. Während die Eier sich entwickeln und dabei an Umfang zu- nehmen, verliert das Weibchen den Appetit, gräbt sich etwa 20 cm tief ein und kommt jetzt, zur heißesten Jahreszeit, nicht mehr hervor. Nach einigen Wochen werden 50 bis 100 Eier abgelegt und aus diesen kommen, bisweilen schon nach Ibis 2 Tagen, die kleinen, zunächst noch unbeweghchen Jungen her- vor. Erst nach der ersten Häutung, die in 2 bis 3 Wochen erfolgt, zerstreuen sich die Jungen. Das Weibchen läßt sich nach der Eiablage noch einige Zeit am Leben er- halten, dürfte aber immer schon in dem- selben Jahre zugrunde gehen. In ilu-er Ent- wickelung unterscheiden sich die Sohfugen von den Skorpionen besonders dadurch, daß keine Embryonalhüllen vorkommen. Eigenartig ist das Auftreten von 2 flügel- artigen ,, Lateralorganen" zwischen dem 1. und 2. Beinpaar. Da man derartige Organe in gleicher Form und Lage sonst nur bei den Pedipalpen, bei Limulus und bei Krebsen kennt, hat man aus ilmen auf eine nähere Verwandtschaft dieser Formen geschlossen. Später verschwinden diese Organe. Phy- siologisch werden sie für embryonale Blut- kiemen gehalten. Man unterscheidet folgende Familien: I. Das lairze 4. Beinpaar ist krallenlos. H e X i s 0 p 0 d i d a e. In Südafrika. IL Das stark verlängerte 4. Beinpaar ist mit großen Krallen versehen. A. Die Abdominalstigmen sind von einer am Hinterrande gezähnelten Platte bedeckt. Die lü-allen sind behaart. G a 1 e o d i d a e. Mediterran. B. Die Abdominalstigmen sind nicht von gezcähnelter Platte geschützt; die Krallen sind kahl. S o 1 p u g i d a e. Die Gattungen sind teils afrikanisch (Solpuga usw.), teils alt- weltlich (D a e s i a , R h a g o d e s , [R h a x] K a r s c h i a), teils nordamerikanisch (E r e - m 0 b a t e s usw.), teils auch in Südamerika ver- breitet (A m m o t r e c h a [G 1 e o b i s] usw.). d) Pedipalpa(Pedip alpi) Pedipalpen. Die Pedipalpen sind in morphologischer Be- ziehung äußerst interessant; im Haushalte der Natur aber haben sie eine sehr geringe Bedeutung. Morphologisch sind sie gewisser- maßen ein Bindeglied oder richtiger eine verbindende Kette zwischen den übrigen Spinnentiergruppen. Biologisch aber bilden sie keine größere einheitliche Gruppe, füllen vielmehr hier und da nur eine Lücke in dem Getriebe der ganzen Tierwelt aus. Es Araelmoidea 497 mag deshalb in diesem Falle eine Ueber- sicht der Unterordnungen oder Familien vorausgeschickt werden. I. Die Cheliceren sind dreigliedrig, scheren- förniig; die Palpen und die Beine lies ersten Paares sind ie mit 2 Endkrallen versehen; die Hüfte der Palpen tritt nicht als Maxille an den Mnnd heran; Ilörhaare befhiden sich nur am ersten Beinpaar und zwar in größerer Zahl. P a 1 p i g r a d i (!\I i c r o t h e 1 y p h o n i d a) Familie Koeneniidae. Einzelne Arten kennt num aus Paraguay, Chile, Texas, dem Mittel- meergebiet und Ost-Asien. II. Die Cheliceren sind zweigliedrig und selten richtig scherenförmig; die Palpen imd die Beine des ersten Paares enden niclit nüt zwei Ivt-allen; die Coxa des ersten Bein])aares tritt als Maxille an den Mund heran; Hörhaare befinden sich stets an dem Metatarsus der drei hinteren Beinpaare, an dem Bein des 1. Paares höchstens 2. (Abalius) nebst einigen Vertretern in Amerika (M a s t i g 0 p r o c t u s usw.). B. Der Körper ist breit und flachgedrückt und hinten nicht in ein Flagellum verlängert (Fig. 19). Der ungeteilte Cephalothorax ist wenig- stens so breit wie lang; die Beine des 1. Paares sind in eine sehr lange Geißel verlängert; Hör- haare befinden sich nur auf den drei hinteren Beinpaaren und zwar am Ende und an der Wurzel des Metatarsus, in größerer Zahl. A m b 1 y - pygi, Familie Tarantulidae. Hierher ge- hören eine indisch-afrikanische (Phrynichi- n a e), eine indisch-pacifische (C h a r o n t i n a e) und eine amerikanische Unterfamilie (T a r a n - t u 1 i n a e früher P h r y n u s). Was die Lebensweise der Pedipalpen anbetrifft, so haben alle genannten Gruppen nur das eine geraein, daß die Tiere äußerst versteckt vorkommen. Die Vertreter der beiden ersten Gruppen gehören außerdem zu den Kleintieren und besitzen deshalb alle bei den Pseudoskorpionen schon ge- nannten Vorteile. Die beiden letztgenannten Gruppen schließen sich mehr den Skorpionen an, indem sie äußerst träge in ihren Be- wegungen sind und langsam wachsen, so daß sie einer sehr geringen Nahrungsmenge bedürfen. Vor Feinden gewähren den Thelyphoniden die beiden als Analorgane gedeuteten Stinkdrüsen, den Tarantuhden die äußerst langen Tastorgane geeigneten Schutz. Die Koenenien leben an feuchten Orten unter Steinen, besonders in sub- tropischen Gebieten, die Schizonotiden da- gegen unter abgefallenem Laub in feuchten Tropenwäldern. Die Thelyphoniden graben sich in wärmeren Gebieten in den feuchten Waldboden ein. Die flachgedrückten Taran- Fig. 18. Ein Thelyphonus. Nach Pocock. A. Der Körper ist langgestreckt und endet hinten in einen dünnen Anhang (Flagellum) (Fig. 18); der Cephalothorax ist länger als breit; das 1. Beinpaar ist wenig verlängert, der Tarsus weniggliedrig; Hörhaare befinden sich je eins am Ende des Metatarsus der drei hinteren Bein- paare, am vorderen Metatarsus deren zwei (Uropygi). a) Der Rückenschild des Cephalothorax zerfällt in 2 bis 3 Teile, einen größeren Vorder- teil und 1 bis 2 schmale Hinterschilder; die Cheli- ceren bilden eine deutliche Schere; das Flagellum ist 1- bis Sgliedrig, Tartarides (Tartaridi, S c h i z 0 p e 1 1 i d i a ), Fam. Schizonoti- d a e. Nur wenige Arten sind bekannt, aus dem neotropischen, dem äthiopischen und dem orien- talischen Gebiet bis Neu- Guinea. b) Der Rückenschild des Cephalotliorax ist ungeteilt; die Cheliceren bilden keine richtige Schere ; das Flagellum ist vielgliedrig. U x y - p 0 e i (H 0 1 0 p e 1 1 i d i a), Familie T h e 1 y - p h 0 n i d a e. Hierher gehören zahlreiche Ver- treter des orientalischen Gebietes (T h e 1 y - , phonus usw.) bis Neu- Guinea und Samoa j Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Band L Fig. 19. Eine Tarantulide. Nach Pocock. tuliden endhch halten sich unter lockerer Rinde und zwischen den Brettstützen der Tropenbäume auf. Nach diesen kurzen Angaben über die Lebensweise wird der Bau, soweit es sich nicht um ursprüngliche Charaktere handelt, leicht verständlich sein. Bei den Vertretern der beiden Kleintier- gruppen ist, da sie eine größere Beweglich- 32 498 Ai'achnoidea keit besitzen, der Rückenschild des Cephalo- thorax (Peltidium) in ein großes Propeltidium und ein kleines Metapeltidium gegliedert. Die Cheliceren sind wie bei den ebenfalls kleinen Pseudoskorpionen in weitem Maße Reinigungsorgane und deshalb an den Scherenfingern niit Kammzähnen versehen. Mit den Pseudoskorpionen haben die Koene- nien auch das gemein, daß die Bothrio- trichien offenbar zugleich Organe des feinen Tastsinnes am vorderen Körperende sind. Die Augen fehlen den beiden Kleintier- gruppen gänzhch. Bei den beiden anderen sind sowohl Mittel- als Seiten äugen, in frei- lich nicht sehr vollkommener Ausbildung, vorhanden. Das bei den Thelyphoniden noch weit getrennte Al)dominalganglion rückt bei den beiden Kleintiergruppen nahe an das untere Schlundganglion heran, um bei den Tarantuhden ganz mit diesem zu verschmel- zen. Die gleichen Abstufungen zeigt das Herz. Während es im Abdomen der Thely- phoniden noch 7 Ostienpaare zeigt, sinkt diese Zahl bei den Tarantuliden auf 6, bei den Schizonotiden der geringeren Größe wegen auf 5 und bei den Koenenien sogar auf 4. Außer diesen Anpassungscharakteren sind auch einige scheinbar ursprüngHche Charaktere zu nennen: Das segmentierte Sternum ist allen Pedipalpen gemein. Bei den Koenenien fehlen die Malpighischen Gefäße und sind durch die stark entwickelten, bis in das Abdomen verlängerten Coxal- drüsen ersetzt. Die Palpen und Vorderbeine besitzen bei den Koenenien Beinform. Sie sind mit je 2 Krallen versehen und das Basalghed der Palpen ist nicht als Maxille (Gnatiiocoxit) entwickelt. Als Atmungsorgane sind bei den Thely- phoniden und Tarantuliden 2 Paare von Fächertracheen vorhanden. Die Schizonotiden dagegen besitzen nur ein Paar und die Koene- nien garkeins. Dafür treten bei einigen Koene- nien eigentümliche, vorstülpbare Yentralsäck- chen auf, die wahrscheinlich zur Vergrößerung der hier als Atmungsorgan fungierenden Körperoberfläche dienen. Ein Paar der- artiger Ventralsäcke wurde auch bei den Tarantuliden nachgewiesen und zwar an dem Segment des 2. Stigmenpaares. Sollten wir in diesen Säckchen Atmungsorgane vor uns haben, die den ursprünghchen ähnlich sind, so müssen wir annehmen, daß sich an dem genannten Segment der Tarantuliden das ursprüngliche Atmungsorgan geteilt und in verschiedener Richtung weiterentwickelt hat. Die Chehceren nehmen bei den Pedi- palpen stufenweise die Form an, die wir bei den echten Spinnen als Mandibeln kennen lernen werden. Die Palpen zeigen uns eine umgekehrte Umwandlung von einem den Skor|)ionscheren ähnlich wirkenden, bei den Tarantuliden sehr weit vorstreckbaren Greiforgan bis zu der oben schon genannten Fußform bei Koenenia. Im Gegensatz zum Taster der Spinnen fehlt den Palpen der Koenenien die Patella. Sekundäre Ge- schlechtscharaktere treten bei den Pedi- palpen namentlich an den Palpen und am ersten Beinpaar auf. Die abgelegten Eier werden, offenbar durch ein Sekret der An- hangdrüsen, in einen Kokon eingeschlossen und am Bauche getragen. e) Araneida (Araneae). Echte Spinnen. In den echten Spinnen haben wir zum ersten- mal einen wirklich lebenskräftigen Zweig des Spinnentierstammbaumes vor uns. Der außerordentliche Formenreichtum läßt das zur Genüge erkennen und ebenso der Bau. Die Reliktencharaktere treten ganz zurück. Was man an dem Körper der Spinnen sieht, steht mit Aeußerungen ihrer Lebensweise in engster Beziehung (Fig. 24). Biologisch wird die Spinne besonders durch ihr Fadenspinnen charakterisiert. In der einfachsten und wahrscheinlich auch ursprünglichsten Form dient diese Spinntätigkeit zur Herstellung eines Kokons für die Eier. An die Herstellung des Kokons schheßt sich der Bau einer Wohnung an. Als höchste Stufe der Spinn- und Webetätigkeit aber ist die Herstellung eines Fanggewebes zu betrachten. Auch das Nachziehen eines Fadens beim Gehen ist übrigens von nicht geringer Bedeutung für die Erhaltung der Art. Spinnen, die nicht unmittelbar am Boden leben, können sich ihren Feinden entziehen, indem sie sich fallen lassen und mit angezogenen Beinen ruhig am Boden liegen bleiben, ,,sich tot stellen". Nachdem die Gefahr vorüber ist, können sie jederzeit an dem hinterlasse- nen Faden in ihr Jagdgebiet zurückkehren. Endhch ist das sogenannte Fadenschießen, d. h. das Hervortretenlassen eines freien, vom Windhauch fortgeführten Fadens ein un- schätzbares Verbreitungsmittel. Spinnen, die auf Pflanzen leben, gelangen mittels dieser Fäden von Halm zu Halm, von Blatt zu Blatt, von Baum zu Baum, ohne jedesmal an den Boden hinuntersteigen zu müssen. Ja, die junge Spinne wandert, solange sie noch leicht ist, mittels dieser Fäden hunderte von Kilometern weit, indem sie sich durch den vom sonnenbeschienenen Boden auf- steigenden warmen Luftstrom, namentlich im Herbst und Frühling, mittels eines flat- , ternden Fadens aufheben und fortführen läßt (,, fliegender Sommer", ,, Altweiber- sommer", „Marienfäden"). Bei dieser außer- ordentlich hohen Bedeutung der Spinntätig- keit für die Erhaltung der Art darf man sich nicht wundern, daß sie den ganzen Bau der Spinne beherrscht. Das wichtigste morphologische Substrat der Spinntätigkeit sind die Spinnorgane selbst. Sie bestehen aus den Spinndrüsen (Fig. 20), die einen Arachnoidea 499 bedeutenden Raum im Hinterleibe ein- nehmen und je nach ihrer speziellen Funktion verschieden umfangreich und verschieden geformt sind und aus den auf 2 bis 8. meist am Ende des Hinterleibes stehenden Spinn- warzen mit zahlreichen feineren und dickeren Fig. 20. Spinndrüsen einer Radnetzspinne. Nach A p - stein. Eine Hälfte, ag Glandulae aggregatae ; am Gl. ampullaceae ; p Gl. ph-iformes und acmiformes ; t Gl. tubu- liformes. Spinnröhren oder Spinnspulen (Fig. 21). Jede Spinnspule liefert einen Faden. Diese Fäden trocknen wegen ihrer Feinheit — die feinsten fand man 0,0004 mm dick — sehr schnell und treten, ohne Zutun der Spinne zu einem, wegen ihrer Zusammensetzung aus vielen Fäden, sehr gleichmäßigen und deshalb sehr haltbaren Faden von etwa 0,005 mm Dicke zusammen. Von anderen Organen haben sich zunächst die Füße der Webe- tätigkeit angepaßt. Ein Tier, das Fäden herstellt und benutzen soll, muß diese auch handhaben, muß auf ihnen laufen, an ihnen klettern können. Die Spinne kann tatsäch- lich einen Faden festhalten. Die Krallen sind nämlich mit dichtstehenden Kamm- rn.s/iK Fig. 21. Spinn Warzen einer Radnetzspinne. Nach Emerton. p Pygidium; c Colulus; h, m, V, sp hintere, mittlere m\^ vordere Spinn- warzen. Zähnen versehen und der Faden klemmt sich zwischen diese ein. Oft kommen noch eigenartige Haare hinzu, die an der Unter- seite tief gesägt sind (Fig. 27g). Auch sie, tragen dazu bei, daß die Spinne auf den Fäden laufen kann. Für die verschiedenen Arten des Webens sind, wie wir noch sehen werden, besondere Einrichtungen vorhanden. Für einen so vollkommenen Spinnapparat, wie die Spinnen ihn besitzen, stand nur im Hinterleibe ein hinreichender Platz zur Ver- fügung. Sollte aber der Hinterleib zum Spinnen geeignet sein, so mußte er hinreichend bewegt werden können und dabei doch einer sicheren Führung nicht entbehren. Beides wurde er- reicht einerseits durch die stielartige Ab- schnürung des Hinterkörpers und andererseits durch das Fehlen einer weiteren Ghederung. Bei der einzigen Spinnengattung mit ge- gliedertem Hinterleib (L i p h i s t i u s) sind die Spinnwarzen tatsächlich am Bauche weit nach vorne gerückt. In allen anderen Fällen befinden sie sich am freien Ende des unge- gliederten Hinterleibes oder doch in dessen Nähe, also an einer sehr günstigen Stelle. Da das Hinterleibsende einerseits von den Spinnwarzen und andererseits von dem auf dem Pygidium ausmündenden After voll- kommen eingenommen wird, ist an dieser Stelle^ wie schon oben hervorgehoben wurde, für die Kopulationsorgane kein Platz mehr. Fig. 22, Taster einer Spinne, s Samen- schlauch; a Aus- führmigsgang des- selben; e Embolus; k Ivlammer haken. Für sie, namentlich auch für die weib- liche Geschlechtsöffnung, die bei Landtieren am Hinterende des Körpers entschieden den günstigsten Ort findet, bleibt also bei den Spinnen nur die Bauchseite des Abdomens, Durch diese Lage wird gerade bei Tieren, die der Greiforgane entbehren, die Kopu- lation sehr erschwert. Es treten deshalb Klammerorgane an den Palpen oder Tastern der Männchen auf und mit den Klammer- organen zugleich ein Uebertragungsorgan des Spermas: Das verdickte Endghed der männlichen Taster enthält einen Schlauch mit langem röhrenförmigen Aus- führungsgang und besitzt oft auch Klammer- haken (Fig. 22). Vor der Annäherung an das "Weibchen spinnt das Männchen ein kleines deckenförmiges Gewebe, läßt einen Spermatropfen aus der Geschlechtsöffnung auf dasselbe treten, saugt diesen mit den beiden Tasterschläuchen auf und führt nun die röhrenförmige Spitze, den sogenannten Embo- 32* 500 Ai^aelmoidea lus der beiden Taster abwechselnd in die weibliche Geschlechtsöffnung ein. Zugleich greifen Klammerhaken in entsprechende Vertiefungen der Vulva (Epigyne) ein. Zur Anfeuchtung des Spermas dient das Sekret einer beim Männchen aus zahlreichen Schläuchen bestehenden Drüse an der Vorder- seite der Maxille (Fig. 23). Da das Männchen oft schwächer ist als das Weibchen, wird Fig. 23. Querschnitt durch die MaxiUardrüse einer männlichen Spinne. es nach der Befruchtung oft von diesem ver- zehrt. Bisweilen ist das Männehen freilich so klein und dünn (N e p h i 1 a usw. Fig. 24), daß es vom Weibchen als Nahrung ver- schmäht wird (Zwergmännchen). Oft ist auch das Männchen größer und kräftiger als das Weibchen (A r g y r o n e t a , P a c h y- g n a t h a usw.), so daß auch dann eine Gefahr, aufgefressen zu werden, für dasselbe nicht besteht. Vielfach sind beim Männ- chen auch sekundäre Geschlechts- charaktere vorhanden, entweder Form- oder Farbencharakterc, Die Männchen von Tetragnatha, Salticus usw. zeichnen sich durch mächtig entwickelte Mandibeln aus. die Männchen vieler Linyphiideu und Micryphantiden durch Koptaufsätze, die entweder die Augen tragen oder zwischen denselben stehen. Vielfach zeichnet sich auch das Männchen durch schöne Farben aus(Eresus, Philaeus usw.). Seltener zeichnen Stridulationsorgane das Männchen ( A s a g e n a usw.) , die dann mit Sicherheit darauf schließen lassen, daß Fig. 24. Männchen und Weibchen uer Seidenspinne, N e p h i 1 a. Nach Simon und P 0 c 0 c k. % der natürlichen Größe. die Weibchen hören können. Wie durch einen Spinnapparat, so zeichnen sich alle echten Spinnen auch durch Gift- drüsen aus. Die Giftdrüsen liegen im Vorderteil des Cephalothorax, sind je von einem Spiralmuskel eingeschlossen und mün- den vor der Spitze" der Mandibelklaue (Fig. 25). Die Giftwaffe dient zur Bewäl- tigung der Beute, da diese verhältnismäßig groß zu sein pflegt, oft auch mit einer Waffe versehen ist (Bienen). In manchen Fällen dient die Waffe aber sicher auch zum Schutz gegen Feinde; denn manche Spinnen sind mit lebhaften Farben versehen, mit Farben, die ganz den Eindruck von Schreck- oder Warnfarben machen, zumal wenn die Spinne diese Farben zeigt, sobald sie ange- griffen wird (Poecilotheria). Die großen Spinnenarten bringen oft auch mittels eines Stridulationsapparates einen zischenden Ton hervor. — Die Arten einer fast über die ganze Erde verbreiteten Gattung (Latrodec- t u s) sollen Menschen gefährhch werden. Als Greiforgane besitzen die Spinnen nur ihre Chehceren oder Mandibeln. Die Palpen würden, als umfangreiche Greiforgane ausgebildet, vielleicht beim Weben hinder- lich sein. Für das fehlende Greiforgan der Pedipalpen tritt hier die Giftwaffe als Ersatz ein. Freilich kann das Greifen trotz der Giftwirkung des Bisses nicht ganz entbehrt werden. Deshalb sehen wir innerhalb der Ord- nung der Spinnen eine eigenartige Umwandlung eintreten. Die senkrecht sich öffnenden einzeln als Zange wirkenden Cheliceren wandeln sich jede in einen Zangenarm um, und be- wegen sich nun als eine einzige Zange seithch gegen- einander (Fig. 25). Durch diese Umwandlung geht frei- lich die halbe Kraft ver- loren, da für jeden Arm der Zange Muskeln nötig sind, aber ebensoviel wird an Exkursionsfähigkeit ge- wonnen; d. h. die Zange kann sich weiter öffnen. In gleicher Weise stehen bekanntlich die Wirbeltiere und die Insekten einander gegenüber. Bei den Wirbeltieren mit innerem Skelett imd größerer Exkursions- fähigkeit wird durch Vertikalbewegung der Kiefer und durch Unbeweghchkeit des Ober- kiefers als des oberen Zangenarmes Kraft gewonnen. Bei den Insekten wird Exkur- sionsfähigkeit unter Verlust der halben Kraft gewonnen. Die Spinnen geben uns physiologisch die Lösung des Problems. Da bei ihnen Kraft durch Giftwirkung er- setzt ist, kann Exkursionsfähigkeit ge- wonnen werden. Ist das Beutetier getötet, so wird es, wie es scheint, mit demselben (Gift-) Drüsensekret einge- speichelt und nun tritt der bei den Spinnen so hoch entwickelte, hinter den Schlund- ganglien hegende Saugapparat (Fig. 10 s. m.) in Tätigkeit. Die Nährstoffe werden, nach- dem die sogenannte Leber gefüllt ist, in umfangreiche, oft bis in die Hüften der Fig. 25. Man- dibeln einer Spinne mit Giftdrüsen. Ai'acJmoidea ÖOI Beine verlängerte Vorratsschläuche gepumpt. Welche Aufgabe die unter Poren am Vorder- rande der Maxillen liegenden hohen Zellen, die als Geruchsorgan gedeutet wurden, besitzen, ist noch nicht aufgeklärt. Als Atmungsorgane sind bei den trägeren, meist großen Arten (T e t r a p n e u m o n e s) zwei Paare von Fächertracheen vorhanden, bei allen anderen treten an die Stelle des hinteren Paares Röhrentracheen (D i p n e u ni o n e s), selten auch an die Stelle des vorderen Paares (C a p 0 11 i a). Die Oeffnungen der Röhren- tracheen bleiben selten vorn am Hinter- leibe (Dysdera, Segestria). Meist rücken sie nach hinten, entweder bis auf die Mitte des Bauches (Argyronetidae. A n y p h a e n i n a e) oder gewöhnlich bis vor die Spinnwarzen. Das Herz der Spinnen liegt im Abdomen, besitzt nur wenige Ostien und entsendet eine in zwei Aeste sich teilende Aorta bis zum Gehirn. Zur Reinigung der Füße dienen lange dicke Haare an den Mandibeln,. Vielleicht hat ein behaarter drüsiger Spalt auf der Oberlippe (Fig. 10 ol) dieselbe Funktion. Bei der Entwickelung der Spinnen interes- sieren uns besonders die Spinnwarzen, da sie hier zum erstenmal auftreten. Ihre Ent- wickelung setzt in derselben Weise ein, wie die Entwickelung der Extremitäten am vorderen Körperende. Zwei Paare von Ex- tremitätenanlagen liefern die 6 Spinnwarzen. Von den hinteren schnürt sich nämlich innen ein Teil ab, um das mittlere Spinn- warzenpaar zu liefern und wenn eine Spinn- platte vor den Spinnwarzen, ein Cribrellum (Cribellum) vorhanden ist, so wird diese vom vorderen Paar gehefert. Von einem Exo- und Entopoditen kann nach neueren Untersuchungen nicht die Rede sein. Das bei den meisten Spinnen unter den Spinnwarzen befindhche kleine Zäpfchen, der Colulus (Fig. 21 c), ist als letzter Rest der Spinnplatte und damit auch als letzter Rest des vorderen inneren Spinnwarzenpaares, welches sich nur noch bei L i p h i s t i u s erhalten hat, zu betrachten. Die meisten Spinnen leben nur ein Jahr (Aranea, Theridium, Linyphia, Agelena, Lycos a). Einige werden erst in 2 Jahren reif (D o 1 o - medes, Anyphaena usw.), noch andere erst in etwa 4 Jahren (Tetrapneu- m 0 n e s). Diese letzteren bleiben nach der Reife bisweilen noch 3 bis 4 Jahre am Leben und können vielleicht mehrere Jahre nachein- ander Eier ablegen. Bei dem außerordentlichen Formenreichtum in dieser Ordnung kann eine Ueberssicht aller Familien nicht gegeben werden. Die Unter- ordnungen sind folgende: - I. Das Abdomen ist dorsal segmentiert; es 1 sind 8 Spinnwarzen vorhanden, die weit vor dem After stehen. Verticulatae (Meso- thelae). Hieiher nur die hinterindische Gattung li i p h i s t i u s (L i p i s t i u s). II. Das Abdomen ist nicht segmentiert; es sind höchstens 6 Spinnwarzen imd bisweilen ein Cribellum vorhanden. Die Spinnorgane stehen meist in der Nähe des am Hinterleibsende be- findlichen Afters (0 p i s t h 0 t h e 1 a p). A. Es sind 4 Fächertracheen vorhanden und die Mandibellvlaue bewegt sich meist von oben nach unten, Vogelspinncn, Tetra- pneu m o n e s. B. Es sind 2 oder keine Fächertracheen vor- handen; die Mandibelklaue schlägt stets nach innen ein. a) Es sind 2 Fächertracheen vorhanden. a) Das Tarsenendglied trägt kein Hörhaar. Viele sind Netzspinnen, Sedentariae. * Das vorletzte Tarsenglied ist am Ende mit 2 Hörhaaren versehen, von denen eins nach oben, eins nach vorn gerichtet ist. C h a 1 i n u r a e , Familie H e r s i 1 i i d a e. Die wenigen Arten dieser durch lange Spinn war zen ausgezeichneten Gruppe sind über die Tiopen der ganzen Erde verbreitet, aber auch aus dem Bernstein be- kannt. ** Das vorletzte Tarsenglied ist mit einem oder mit einer Reihe von Hörhaaren versehen; meist Netzspinnen, Oligotrichiae. /3)Das Tarsenendglied ist wenigstens mit einem Hörhaar versehen. ^Vielfach nicht an ein Netz gebundene Spinnen, V ? g a b u n d a e. ««) Das Tarsenendglied ist mit einer einfachen Reihe von regelmäßig abgestuften Hörhaaren (Fig. 5hh) oder mit eüiem einzigen Hörhaar versehen, höchstens steht ein kleines Haar außerhalb der Reihe. * Die Füße sind mit einer kleinen dritten Kralle versehen. Trichterspinnen, Sticho- trichiae. ** Die Füße sind mit nur 2 Krallen versehen. t Die vorderen Mittelaugen sind sehr groß und genau nach vorn gerichtet. Spring- spinnen, Saltigradae. ff Die vorderen Mittelaugen sind nicht sehr groß und nicht nach vorn gerichtet. Krabben- Spinnen, Laterigradae. ßß) Das Tarsenendghed ist entweder mit 2 Reihen von Hörhaaren oder mit zahh'eichen, nicht regelmäßig abgestuften Hörhaaren ver- sehen. * Die hintere Augenreihe ist an den Seiten so stark nach hinten gebogen, daß eine an den Vorderrand der beiden Seitenaugen angelegte Ta,ngente, die Älittelaugen nicht schneidet. (Fig. 26 l u. m) Laufspinnen, Citigradae, ** Die Mntere Augeureihe ist an den Seiten nicht stark nach hinten gebogen. t Der Fuß ist mit einer kleinen diitten lüaUe versehen. Polytrichiae s. str. ff Der Fuß ist mit nur 2 Ilrallen imd meist mit Hafthaaren (Skopula) versehen. Röhren- spinnen, T u b i t e l a e. b) Es sind nur Röhrentracheen vorhanden. Apneumones (Caponia usw.). Wenige in Südafrika und im neotropischen Gebiete vor- kommende Arten. Zu den Tetrapneu mones gehören vor allem die großen Vogelspinnen, die man früher unter dem Namen M y g a 1 e zusammen- faßte, jetzt aber Aviculariidae oder 502 Ai-acluioidea Theraphosiidae nennt. Sie besitzen eine dichtbehaarte Fußsohle und können mittels dieser Hafteinrichtung an glatten Baumstämmen laufen. Bei Tage halten sie sich in Baumhöhlen oder zwischen Astgabehi versteckt, um nachts auf Beute auszugehen. Die Beute besteht, wie die Beob- achtung lehrt, besonders in Insekten. Doch sind die Tiere auch imstande, kleine Wirbeltiere zu bewältigen. Daß sie gelegentlich ein Vogelnest plündem, ist von zuverlässiger Seite bestätigt. Immerhin dürfte das eine seltene Ausnahme von der Regel sein. Sie besitzen nur eine Alt von Spinn- drüsen (Glandulae piriformes) und 4, bisweilen recht lange, Spinnwarzen. Dem einfachen Spinn- apparat entsprechend stellen sie höchstens eine sehi" unvollkommene Decke als Fangnetz her. Als weitere Gruppe gehören hierher die Tapezier- oder Falltürspinnen (Cteniza, Nemesia usw.), die eine selbstgegrabene oder vorgefimdene Fig. 26. Augenstellung a Dysdera; b Segestria; c Aranea; d Linyphia; e Hyptiote-s; f Eresus; g Scytodes; h Pholcus; i Sitticus; k Philodro- m u s ; 1 P i s a u r a ; m L y c o s a ; n 0 x y - 0 p e s. Röhre im Boden oder in einem Baumstamme mit dichten Fäden auskleiden imd die Ueffnung mit einem äußerst künstlich hergestellten Deckel schließen. Innen ist der Deckel wie die Röhre mit Fäden dicht bekleidet, äußerlich mit Steinchen oder Flechten dicht beklebt, so daß es sehr schwer ist ihn zu erkennen. An einer Stelle des Randes besitzt der Deckel ein Chaniier. Die Arten emer Gruppe (C y c 1 o c o s m i a usw.) schheßen die Röhre wahrscheinlich, statt mit einem Deckel, mit dem scheibenförmigen Hinterleib. Eine Gattmig, mit 6 Spinnwarzen versehen, A t y - p u s , gibt es auch bei uns. Sie stellt eine lange Gespinströhre her, die größtenteils im Boden steckt, aber in einen freien, dem Boden aufliegenden Endteil sich fortsetzt. Der Endteil dient zum Fange von Insekten, welche über denselben hin- weglaufen wollen. Die H y p o c h i 1 i d a e , mit nach innen einsclilagbaren Mandibelklauen, bilden den Uebergang zu den D i p n e u m o n e s. An sie schließen sich unter den 0 1 i g o - trichiae die Dysderidae (Dysdera Se'gestria usw. Fig. 26 a und b), mit zwei hintereinander liegenden Stigmenpaaren mid meist 6 Augen an ; femer die Filistatidae, Oecobiidae und Urocteidae mit eben- falls dicht zusammengedrängten Augen. Als wichtigste Familie der Oligotrichiae kön- nen wir die Radnetzspinnen Araneidae (0 r b i t e 1 a r i a e. E p e i r i d a e Fig. 26 c) betrachten. Sie unterscheiden sich von allen anderen Spinnen durch den Besitz eines stumpfen Stachels am Hinterfuß, den Webestachel (Fig.27w). Fig. 27. Hinter- fuß einer Rad- netzspinne, ak Afterkralle; g Gehborsten; k KraUe; t Tast- haar ; w Webe- stachel. Die Radnetzspinnen sind Tiere mit hochent- wickelten Kimsttrieben (Instinkten). Das Rad- netz, das übrigens der Art nach erhebUch variiert, wird etwa in folgender Weise hergestellt; Zu- nächst läßt die Spinne einen freien Faden vom Winde fortführen. Haftet dieser irgendwo, so läuft die Spinne über ihn liin und verstärkt ihn. Dann läßt sie sich von dessen Mitte herab zu irgendeinem Halm am Boden. In diesem Vertikalfaden sind die beiden ersten Speichen des künftigen Radnetzes geschaffen. Dann folgt die Vervollständigimg des Rahmens, dessen oberer Teil der erste Horizontalfaden ist. Im Gezweig eines Strauches werden zuerst einige Fäden scheinbar ziemlich regellos gezogen. Bald aber kommt ein Rahmen zustande und gleichzeitig mit diesem meist der erste Durchmesser (Fig. 28). Von einem Mittelpunkt des ersten Durchmessers aus werden alsdann zahlreiche Speichen bis an den Rahmen gezogen, bald nach dieser, bald nach jener Seite, damit das Ganze immer straff ge- spannt bleibt. Wird einmal eine Speiche schlaff, so wird sie durch einen Seitenfaden wieder ge- spannt. Der neue Faden wird jedesmal mit dem Hmterfuß gehalten, damit er nicht zu früh anklebt. Er gleitet durch eine Oeffnung hindurch, die einerseits dmxh die dritte IvraUe, andererseits durch Borsten gebildet wird (Fig. 27 ak u. g). Mit den Speichen zugleich ent- steht eine Decke um den Mittelpunkt (Fig. 28 d). Dann wird eine Spirale bis zum äußeren Rande ge- zogen und endlich von außen nach innen die eigent- liclie Fangspirale. Der Fangfaden wird durch Drücken mit dem Hinterfuß aus den Spinndrüsen gleichsam hervorgezogen. Dabei wird, wie es scheint, der glatte Webestachel am Hinterfuß (Ha- nnilus, Fig. 27 w) verwendet. Die Fangspirale wird im äußersten Winkel des Rahmens (Fig. 28 1) begonnen. Dann werden zuerst Querfäden gezogen, bis dieser äußerste Winkel ausgefüllt ist. Darauf wird der nächste Winkel ausgefüllt usw., bis die Spirale rings um den ^Mittelpunkt verläuft. Zwischen der Fangspirale und der mittleren Decke bleibt ein kleiner Raum frei. Beim Spinnen und Weben der Radnetzspinnen treten verschiedene Drüsen in Tätigkeit: Läßt sich z. B. die Spinne an einem Faden herab, um später wieder hochzusteigen, so drückt sie zunächst die etwa 200 kleinen Spinnröhren Arachnoidea 503 der vorderen oder unteren Spinn- warzen, in denen die Glandulae piri- formes ausmünden, an den Gegenstand, von dem sie sich herablassen will, an (Fig.21v.sp.u.20p). Es entsteht eine Haftscheibe, die un- mittelbar in einen Faden ausläuft. Bei Herstellung des Rahmens und der Speichen des Netzes spielen die vier großen, auf großen Spinnröhren der mittleren und vor- deren Spinnwarzen ausmündenden Glandulae ampulla- ceae die Hauptrolle. Der sehr ela- stische Faden der Fangspirale wird wahrscheinlich von den kleinen Glandulae aciniformes (Fig. 20 p), so- weit sie auf den mittleren Spinn- warzen in kleinen Röhren ausmünden, geliefert. Die klebrigen Tröpfchen aber, mit denen die Fangspirale be- setzt ist (Fig. 29), liefern die sechs Glandulae aggregatae (Fig. 20 ag), die auf drei nahe beieinander stehenden großen Spinnröhren der hinteren Spinnwarzen ausmünden. Die Glandulae tubuliformes (Fig. Ißt) treten erst später, bei Herstellung des Eikokons, in Tätigkeit nnd gelangen deshalb erst beim reifen Weibchen zur vollen Entwickelung. Beim Netzbau wechselt, wie aus obigem hervor- geht, nicht nur die Tätigkeit des ganzen Körpers der Spinne fortwährend ; es treten dabei auch verschiedene Drüsen in Funktion und diese komplizierte Tätigkeit ist in- stinktiv; denn sie erfolgt bei allen Tieren derselben Art in derselben Weise. Sie vollzieht sich freilich nicht maschinen- mäßig: denn das Netz wird den Verhält- nissen angepaßt. Reißt man vorsichtig einen Sektor des Ketzes (ohne das be- treffende Stück des Rahmens) fort, bevor das Netz ganz fertig ist, so wird zunächst der fortgerissene äußere Teil des Netzes, soweit er schon fertig war, wieder hergestellt, erst die Speichen und dann die Querfäden und dann erst wird das ganze Netz fertiggestellt. :\Iit den Hinter- füßen nach oben hängt die Spinne schließlich im Netz und fühlt mit den Vorderfüßen , wo eine Beute sich gefangen hat. Der Tastsinn ist in den Vorderfüßen äußerst hoch entwickelt. Fällt irgendein Fremdkörper ins Netz, so sucht die Spinne durch Zupfen an den Speichen festzustellen, an welcher Stelle des Netzes sich der Fremdkörper befindet und läuft dann vorsichtig auf der Speiche Fig. 28. Netz einer Radnetzspinne, d mittlere Decke, a gegabelte Speiche, bc Seitenfaden zum Spannen einer schlaff gewordenen Speiche, 1 Anfang der Fangspirale, f und g Wendungen der Spirale. Fig. 29. Teil der Fangspirale eines Radnetzes mit klebrigen Tröpfchen. 504 Aracluioiclea entlang, um den Fremdkörper mittels Abbeißens der Fäden, die ihn tragen, zu entfernen. In dieser Weise wird möglichst wenig vom Netze zerstört. Viele Radnetz- spümen haben eine Wohnung neben dem Netz und verbinden diese mit dem Mittelpunlrt durch einen Signalfaden. Bei dem Radnetz der Gattung Z i 1 1 a fehlt sogar ein Sektor für diesen Faden. (Fig. 30). Es ist dieser FaU dadurch interessant, daß das erste Netz der jungen Spinne, oft auch noch das zweite und diitte, ein vollständiges Radnetz ist. Dann erst tritt, ohne äußere Ver- anlassung, die andere Netzform auf. Wir haben hier also eine Aenderung des Instinktes vor uns. die wahrscheinlich der Aenderung des Instinktes bei den Vorfahren unserer Spinne entspricht (Chambers' Regel; „Biogenetisches Grundgesetz"). Die Fäden für den Eikokon liefern die sechs Glandulae tubuliformes, welche auf gi'oßen Spümröhren der hinteren und mitt- leren Spinnwarzen münden. Außer der ge- c u 1 a t a. Ihr Netz hat im Gegensatz zu dem der meisten anderen Arten eine mehr geneigte Stellung und ist besonders zum Fange schwebend fliegen- der Insekten (Mücken usw.) geeignet. Die Buckel- spinne, Cyclosa conica, stellt in ihrem Radnetz aus Beuteresten und anderen Fremdkörpern ein senkrechtes Band her, in dessen Mitte sitzend die bucklige Spmne schwer zu sehen ist. Die oft. gelb geringelten Arten der Gattung Argyope (Argiope) stellen in ihrem Netze aus flockigem Spinnstoff, der allen Spinnwarzen entstammt, weiße Bänder von bestimmter Form her. Manche zu den Radnetzspinnen gehörende Arten bauen kein Radnetz, sondern ein zeltförmiges aus regel- mäßigen viereckigen Zellen bestehendes Netz. Dahin gehört die über die Ti-open der alten Welt verbreitete Cyrtophora citricola mit sechs paarig gestellten Höckern am Hinterleibe. Die Lin yphi idae (Fig. 2r)d)stellen im Gebüsch usw, deckenförmige Netze her und lauem an der Unter- seite dieses Netzes. Unregelmäßige Fäden über Fig. 30. Netz einer Zilla. S Signalfaden, w Wohnung. meinen Kreuzspinne, Aranea (Epeira) d i a d e m a und der Winkelradnetzspinne, Zilla, gehören zu den Radnetzspinnen eigentümlich bestachelte Tropenformen (Gasteracantha) und die in den Tropen häufigen großen N e p h i 1 a - Arten (Fig. 24), deren Fäden man versucht hat, technisch zu verwenden. In ein Gitter von kleinen Kästchen schließt man melrrere Tiere dieser Gattung ein und haspelt allen zugleich den schönen gelben Seidenfaden direkt aus den Spinnspulen heraus. Zu den größten Arten dieser Gattung gehören in Westafrika Nephila turneri und Nephilaconstricta, in Ostafrika und Mada- gaskar N. madagascariensis, in Südostasien (ein- schließlich Carolinen und Neu- Guinea) Nephila maculata. Unsere gemeinste, im Gebüsch ihr Netz ausspannende Radnetzspinne ist Meta re ti- der Decke sind klebrig und bringen fliegende Insekten zu FaU. Den Linj'^phiiden schließen sich an die M i c r y p h a n t i d a e , zu denen die kleinsten miserer Spinnen gehören. Sie leben meist zwischen Moos, imd ziehen dann nur einzelne Fäden. Viele von ihnen werden im Winter reif imd viele zeichnen sich im männ- lichen Geschlecht durch eigenartige Kopfaufsätze aus. Da diese Aufsätze oft mit der Augenstellung nichts zu tun haben, muß man sie wohl als Schmuck auffassen. Zu den Älicryphantiden gehört auch die Gattung E r i g o n e , deren kleine dmikel gefärbten Arten auch noch im erwachse- nen Zustande zu den Luftschiffern gehören. Da sie sich oft unerwartet an imseren Kleidern einstellen, haben sie den Namen Glück- spinnen bekommen. Die Kugelspinnen, The- Ai-achnoidea 505 r i d i i d a e , ziehen büschelförmig, meist von einer oberen Wohnimg ausgehende klebrige Fäden. Verwickelt sich ein fliegendes Insekt in den Fäden, so wird es von der Spinne mit einer Gespinstmasse, die aus großen lappenförmigen Drüsen durch weite Spulen entleert wird, be- worfen. Als Werforgan dient eine Reihe langer gesägter Borsten am Hintertarsus (Fig. 31 ). Einige T h e r i d i u m - Arten sind geschickte Ameisen- also gesellig lebt. Hyptiotes gleicht den Knospen der Fichte, auf der sie mit ihren geki-äuselten Fäden einen Kreissektor webt, zum Verwechseln (Fig. 26 e). Aus der Familie der Eresidae (Fig. 26f) leben die Arten der Gattung Stegodyphus eben- falls gesellig, indem sie dichte Gespinste, oft von einem Baum zum anderen herstellen. Bei einer auch bei ims (auf Heideboden) vorkommen- den Art, Eresus cinnabarinus, zeichnet sich das Männchen durch schön roten, mit 4 schwarzen Flecken gezeichneten Hinterleib aus. Die Sicariidae (Fig. 26g) sind durch 3 Augen- paare ausgezeichnet. Die langbeinigen, unter ihrem lockeren Netz iir Häusern hängenden Pholcidae (Fig. 26 h) sind meist an 2 Gruppen von je 3 gi'oßen Augen kenntlich. Die M i m e - t i d a e machen Jagd auf andere Spinnen und sind durch eine Reihe langer Fangstacheln am länger. Zu den Kugelspinnen gehört auch die Vordermetatarsus ausgezeichnet. DieArchae- Gat'timg Latrodectus, die über die Tropen i d a e zeichnen sich durch einen hohen Kopf und Subtropen der ganzen Erde verbreitet ist im d aus und die Dinopidae durch die großen, fast überall in dem Gerücht steht, daß ihr Biß nach vorn gerichteten liinteren Mittelaugen. auch für den Menschen tödlich sein könne. Zu den S t i c h o t r i c hi a e (Fig. 5) ge- Die Arten sind kaum einen Zentimeter lang, hören an erster Stelle die A g e 1 e n i d a e , meist schwarz gefärbt mid oft mit leuchtend roten j deren Hauptvertreter die Lab}Tinthspinne ist. oder gelben Zeiclmmigen am Hinterleibe versehen. I Age(a)l e n a steht im Rasen imd niederen Ge- Die südeuropäische Art wird Malmignatte oder büsch ein Trichtemetz her und hat ihren Namen Hintertarsus T h e r i d i u m. daher bekommen, daß sie ihren Kokon oft in einem labyrinthartigen Gewebe, das imter Be- nutzung eines zusammengerollten trockenen Blattes oder Stückes Rinde zustande kommt. Auch die Winkelspiime unserer Fig. 32. Hinterfuß von Dictyna. ca Calamistrum; haar ; ly lyi'af örmiges Organ. h Hör- Karakurte, die neuseeländische Art Katipo ge nannt. AUe Ai'ten stellen entweder, wie unsere Steatoda bipunctata in Häusern oder zwischen niederen Pflanzen in Gärten usw. ihr Büschelnetz her. Bei einigen Gattungen (As agena unterbringt usw.) besitzt das Männchen zwischen Abdomen und Ce- phalothorax einen Stridu- lationsapparat. Zu den Theridiiden rechnet man auch kleine silber- glänzende Formen (A r g y r o d e s), die ihre Fäden in den Netzen großer Spmnen ziehen; femer feine, faden- förmige Spinnen der Gat- trmg Ariamnes. Büschel- netze mit eigenartig gekräuselten Fangfäden stellen die D i c t y n i d a e her. Die Fang- fäden entstammen hier der mit sehr feinen Spulen besetzten, unter den Spmn Warzen stehenden Spmnplatte (Cribellum) und werden durch eine regelmäßige Haarreihe am Meta- tarsus des 4. Beinpaares, dem Calamistrum (Fig. 32 ca), gekräuselt. DieTetragnathidae haben Hörhaare auch an den Schenkeln. Es sind meist langgestreckte, blattknospenförmige Tiere. Sie sitzen mit nach vom imd nach hinten aus- gestreckten Beinen an Zweigen. Als weiterer Vertreter dieser Famiüe, speziell in den Ti-open, ist die Gattung Leucauge (früher ArgjToepeira) zu nennen, deren Arien meist durch Silber- oder Goldglanz ausgezeichnet sind und ein fast wagerechtes Radnetz zum Fange schwebend fliegender Insekten (wie unsere Gattung Meta) herstellen. _ An die Tetragnathiden schließen auszeichnen sich an die mit Spinnplatte versehenen U 1 o - machen die, besonders in den Tropen vorkommen b 0 r i d a e , die dadurch interessant geworden den Zodariidae mit nicht gezähntem sind, daß in Venezuela eine Art Uloborus Mandibelende und die in den Wüsten Süd- republicanus vorkommt, deren Individuen, westafrikas lebenden, durch spitz vorragende Radnetz an Radnetz webend, einen Raum aus- Mandibelbasis ausgezeichneten A m m o x e n i - füllen, um gemeinsame Sache zu machen, die d a e. Häuser (Tegenaria) mid eine rmten an Kiefemstämmen ihren zierlichen Trichter bauende Art (Text rix) gehören hierher. Eine durch ihre Augenstellung ausgezeichnete Gattung dieser Familie, M}to, ist der einzige Vertreter der Spinnen auf den Inseln des ausgedehnten Süd- meeres, z. B. auf den Kerguelen. Da diese Gat- tmig auch in Südafrika, Südamerika imd Neu- holland vorkommt und wegen des lange dauern- den Eistadiums der Ageleniden zur Verschlep- pung durch Meeresströmungen sehr geeignet ist, wird ihr Vorkommen auf jenen Inseln durch- aus erklärlich. Es schließen sich an die Agele- niden an die mit einem CribeUum versehenen, imter Steinen und Rinde lebenden A m a u r o - b i i d a e und die kleinen, im Moos usw. lebenden H a h n i i d a e , die sich durch die in gerader Querreihe stehenden 6 Spinnwarzen Einen theridienartigen Eindruck 506 Arachnoidea Zu den Saltigradae (Fig. 26i) gehört nur die Familie der S a 1 1 i c i d a e. Die Spring- spinnen haben oft vorzügliche Aupassimgsfarben und nahem sich ihrer Beute durch katzenartiges Beschleichen. Manche unter ihnen sind Ameisen täuschend ähnlich. Dahin gehört miser Salti- c u s (M y r m a r a c h n e) f o r m i c a r i u s. Andere gleichen hartschaligen Käfern zum Ver- wechsebi (B a 1 1 u s , C o c c o r c h e s t e s). An sonnenbeschienenen Wänden imd Steinen findet man die kleinen schwarz imd weiß querge- bänderten, dem Gestein oft sehr ähnlichen Zebras pringspinnen (Epiblemum). Inter- essant sind die Springspinnen dadurch, daß die Männchen oft schön gefärbt oder eigenartig ge- formt sind, daß sie mit erhobenen Vorderfüßen vor den Weibchen allerlei Bewegungen und Tänze ausfühi'en (Habrocestum, Astia, E u 0 p h r y s usw.). Eine Art Australiens Saitis volans hat einen stark ver- breiterten Hinterleib. Ob dieser aber wirk- lich als FaUscliirm dient, wie man behauptet hat, oder ob es sich auch hier nur um einen Schmuck des Männchens handelt, bedarf noch einer weiteren Prüfung. Die weibliche Springspmne schließt sich selbst mit ihren Eiern ein und entbehrt deshalb der Glandulae tubuli- formes (Fig. 20t), die zur Herstellung des Ei- kokons dienen. Die Laterigradae (Fig. 26 k) sind, ebenso wie die Saltigradae, durch vorzügliche Form- und Farben an passun gen ausgezeichnet. Sie haben einen flachen Körper uncl bewegen sich, wie Krabben, auch seitwärts und rückwärts. Die Vorderbeine sind lang und dienen zum Fange, die meist kurzen Hinterbeine nur zum Anklammem. Die M i s u m e n i d a e sind zum Fange der Bienen an den Vorderbeinen mit zwei dichten Stachelreihen versehen. Sie gleichen oft den Blüten, auf denen sie sitzen, in Form und Farbe, können sogar ihre Farbe nach der Farbe der Blüte wechseln. Sie wissen, wenn sie eine Biene gefangen haben, den Hinterleib derselben so zu wenden, daß der Stachel nach außen sticht. Die Philo- d r 0 m i d a e und X y s t i c i d a e besitzen die Farbe der Baumrinde oder des Erdbodens, auf dem sie leben. Die imter lockerer Rinde sich verbergenden Philodromiden, namentlich aber die Gattung C o r i a r a c h n e sind blattartig dünn. Einige Diaeidae gleichen trockenen Fli'cken an Blättern, auf denen sie sitzen. Beine unt! Vorderkörper sind blattgrün, der Rücken des Hinterleibes braun. Die Aphantochili- d a e des tropischen Amerikas gleichen stache- ligen Ameisenarten, und die zudenStepha- n 0 p i d a e gehörende Phrynarachne (Or- nithoscatoides) gleicht Vogelkot so vollkommen, daß Schmetterlinge sich auf sie setzen, um zu saugen und dann gefangen werden. Unter den Citigradae zeichnen sich die Ly- cos idae oder Wolfspinnen dadurch aus, daß sie ihren Eiersack stets mit sich führen, teils zwischen den Kiefem (Pisaura Fig. 261), Dolomedes usw. teils an die Spinn warzen angeheftet (L y c o s a , Fig. 26 m usw). Sie sind dadurch befähigt-, ihre Eier jedem Sonnenstrahl zuzuführen und können die Eier selbst auf den höchsten Bergen und im höchsten Norden zur Entwickelung bringen. Der Kokon wird hergestellt, indem erst eine kleine Scheibe gewebt wird, die Eier darauf entleert werden, ein zweites Scheibchen über den Eiern gewebt mrd und schließlich die Ränder unter ständigem Drehen der Scheiben zwischen den Beinen miteinander verwebt werden. Vor dem Ausschlüpfen der Jungen lockert die Mutter die Naht, läßt später die Jungen dm'ch Vorhalten eines Fußes den Rücken besteigen und trägt sie nun bis zur ersten Häutung mit sich umher. Einige Wolfspinnen (Arctosa, Taren tula, Hogna usw.) stellen mehr oder weniger tiefe Röhren her, an deren ^lündmig die Eier der Sonne ausgesetzt werden. Zu ihnen gehören diejenigen Arten, die in Südeuropa vom Volke Taranteln genaimt werden rmd deren Biß nach dem Volksglaul)en den Taranteltanz zur Folge habensoll. Die Artender Gattungen Dolomedes und Pirata laufen geschickt auf dem Wasser und tauchen auch, indem sie an Pflanzen unter die Oberfläche des Wassers gehen. Den Wolfspinnen schließen sich die durch 2 isolierte Augen vorne am Kopfe ausgezeichneten oft mit nur 2 Krallen versehenen großen tropischen C t e n i d a e und die mit Cribellum versehenen Zoropsidae an. Den Uebergang zu den Clubioniden bilden die Z 0 r i d a e , denen die dritte Fußkralle ganz fehlt. Unter den Polytrichiae sind die Wasser- spinnen A r g y r 0 n e t i d a e die interessan- testen. Unsere A r g y r o n e t a a q u a t i c a ist unter Wasser am Hinterleibe stets mit einer Luftschicht umgeben und besitzt deshalb unter Wasser Silberglanz. Die Luft wird zurückgehalten durch sammetartige Behaarung und durch Fäden, mit denen die Spinne den Hinterleib mittels der Hinterfüße überzieht. Da die Spinne meist rücklings im Wasser sitzt mid kriecht, wird die Luft nach den Stigmen hingedrängt. Erneuert wird die Luft, indem die Spinne die Spitze des Hinterleibes aus dem Wasser streckt. Die Wasserspinne bewegt sich im Wasser auf Fäden, die ilrre Straßen darstellen. Ein eigentliches Fangnetz stellt sie nicht her. Sie lebt von Wasserassehi und Insektenlarven und fängt diese besonders nachts. Bei Tage hält sie sich meist in einer Behausimg auf, die an Wasserpflanzen angeheftet ist. Um dieselbe her- zustellen, webt die Spinne zunächst eine fast wagerechte, lockere Decke, holt, indem sie die Hmterbeine über dem Rücken kreuzt, Luft von der Oberfläche, streift diese unter der Decke ab und baut mittels der so geschaffenen Form weiter. Im oberen Teil der Luftglocke werden auch die Eier abgelegt. Zur Ueberwinterimg begibt sich die Spinne oft in Höhhuigen von Pflanzenwurzehi, Schneckengehäuse usw. Eine verwandte Gattung D e s i s kommt auf Korallenriffen vor. Die mit Cribellum versehenen P s e c h r i d a e imd T e n - gel 1 i d a e leben in den Tropen. Die ersteren stellen zwischen den Brettstützen der Bäume ein Deckennetz her. Die 0 x y o p i d a e , meist ausgezeiclmet durch 4 Reihen von je 2 Augen (Fig. 26 n), leben frei auf niederen Pflanzen. Ihre Beine sind mit langen brüchigen Stacheln reich besetzt. Die S e n o c u 1 i d a e Süd- amerikas sind durch 2 weit von den andern getrennte große Augen vom am Kopfe ausge- zeichnet. Unter den T u b i t e 1 a e sind besonders die Araclmoicloa 507 Clubionida e und unter ihnen in Süd- amerika die Anvphaeninae selu- arten- reich. Sie führen "fast aussclüießlich ein nächt- liches Leben. Bei Tage trifft man die meisten von ihnen in fiespinst eingehüllt unter Rinde oder in einem zusammengesponnenen Blatte. Sie sind dann unscheinbar gefärbt, hell oder braun. Nur einige lebhaft gefärbte, z. T. metal- lisch glänzende Arten (M i c a r i a usw.) findet man im Sonnenschein. Von der in Südamerika sehr artenreichen Unterfamiüe der Anyphaeninen kommt bei uns nur eine Art, Anyphaeiia accen- tuata vor, ausgezeichnet durch zwei dunkle Längsflecke, auf dem hell gefärbten Abdomen. In Südafrika, Neuseeland und Neuholland fehlt die Unterfamilie ganz. Da dieselbe nun in dem mitten auf dem Bauche des Hinterleibes lie- genden Stigma einen entschieden ursprünglichen Charakter "besitzt, wäre ihr Fehlen im Süden der alten Welt ganz unverständlich, wenn früher eine Land Verbindung zwischen den Südspitzen der Kontinente existiert hätte. Einige amerika- nische Tubitelen gleichen Ameisen zum Ver- wechseln (^I y r m e c i u m , S p h e c o t y p u s). Die großen an Wänden mid Bäumen, oft mit ihrem Eiersack umherlaufenden krabbenförmigen Sparassi dae trennt man meist als Familie ab. Eine in Ti-openhäusem überall vorkommende Art dieser Familie ist Heteropoda regia. Die mehr oder weniger flachgedrückten G n a - p h 0 s i d a e (D r a s s i d a e) leben besonders in düiTcn Gegenden unter Steinen. Einige unter Rinde vorkommende Formen (H e m i c 1 o e a) sind blattartig dünn. An sie sclüießen sich die zu den &abbenspinnen überführenden P 1 a - t 0 r i d a e Südamerikas an. f ) Phalangida (0 p i 11 o n i d a e). Weber- knechte (K a 11 k e r). Die Phalangiden sind träge und trotzdem oft wenig ver- steckt lebende Tiere. Manche sitzen, weithin sichtbar, an Wänden und Baumstämmen und werden doch von Vögeln usw. nicht oder kaum gefressen. Sie müssen also eine Schutz- vorrichtung haben. Und in der Tat finden wir bei allen Phalangiden 2 Stinkdrüsen, die vorn an den Seiten des Cephalothorax münden. Bei unseren frei lebenden Arten sind diese Drüsen freilich meist sehr klein und verbrei- ten einen kaum merkhchen Geruch. Es ist also anzunehmen, daß noch eine weitere Schutzeinrichtung hinzukommt. Wichtiger wird diesen Formen eine ebenfalls allen gemeinsame Eigenschaft sein, das starke Vorwalten fester Skeletteile den Weich- teilen gegenüber. Mit ihren oft umfang- reichen hartschaligen Beinen und ihrer festen Körperhaut auf einem verhältnismäßig kleinen Rumpf (Fig. 33) gewähren die Phalangiden Raubtieren aller Art zweifellos eine schlechte oder minderwertige Nahrung. Manchen Feinden entziehen sich die langbeinigen Formen vielleicht auch durch ihre als Taster rings weit vorgestreckten Beine und durch die Fähigkeit, diese Beine bei Gefahr ab- werfen zu können (Autotomie). Die Trogu- hden sind wegen ihrer geringen Beweghchkeit am Boden schwer aufzufinden, zumal da die Chitinhaut erdfarbig und oft mit Höckern besetzt ist. Mittels eines klebrigen Haut- drüsensekrets halten diese Höcker sogar Erdpartikelchen fest. Was den Nahrungs- erwerb anbetrifft, so spielen die langen Beine des 2. Paares eine wichtige Rolle. Die Phalan- giden nähren sich nämlich von unbeweglichen oder von kaum beweglichen tierischen Stoffen, namenthch von abgestorbenen Insekten; einige Arten auch von lebenden Schnecken. Wegen ihrer Unbeweglichkeit sind diese Nährstoffe mittels des Gesichtssinnes nicht Fig. 33. Ein P h a 1 a n g i u m eierlegend. Nach H e n k i n g. leicht zu finden und ebenso versagt der Ge- ruchssinn, weil die kleinen Körper wenig riechen. Nur der Tastsinn ist zum Auf- finden geeignet. Mit den langgestreckten Tastbeinen, namenthch denen des 2. Paares, können die Phalangiden leicht eine große Fläche absuchen. iVUe inneren Organe der Phalangiden sind stark verkürzt. Das Zentrahiervensystem besteht aus einer oberen und einer unteren Schlundmasse. Das Herz besitzt nur 2 Ostienpaare und die Atmungsorgane sind nur in einem Paar vorhanden. Trotz ihrer geringen Beweg- lichkeit besitzen die Phalangiden Röhren- ( tracheen und diese in einer Form, wie wir sie schon bei den Pseudoskorpionen kennen gelernt haben; feine Röhren, die aus einem weiten Basalstamm entspringen. Die Stig- men liegen an der Basis des Abdomens, nur bei den Cryptostemmen am Hinterrande des Cephalothorax. Bei den langbeinigen Formen sind auf den Schienen der 8 Beine je 2 akzessorische freie, kreisförmige Stigmen vorhanden, die mit den Tracheen im Innern in Verbindung treten. Die Blindschläuche des Mitteldarmes sind, den verschiedenen Graden in der Verkürzung des Körpers ent- sprechend, verschieden entwickelt. Als Exkretionsorgane sind 2 gewundene Schläuche vorhanden, die als Endbläschen beginnen und jederseits zwischen der 3. und 4. Coxa ausmünden. Malpighische Gefäße fehlen. Die Geschlechtsdrüsen bilden mit den Aus- führungsgängen einen geschlossenen Ring. Als äußere Organe treten hier zum ersten Male, im weiblichen Geschlecht eine Lege- 508 Arachnoiclea röhre (Ovipositor) (Fig. 33), im männlichen Geschlecht ein Penis auf. Nur bei den Cryptostemmen fehlt beides. Dafür ist bei diesen am Ende des 3. Beinpaares im männ- lichen Geschlecht ein hochentwickelter Klammerapparat vorhanden. Bei den anderen Gruppen sind die männlichen Cheliceren oft stark entwickelt, bisweilen so stark, daß beide zusammen fast dem übrigen Körper an Gewicht gleichkommen (R h a m p s i n i t u s. G u r n i a). Daß es sich hier nicht nur um ein Organ zum Festhalten, sondern auch um einen Schmuck handelt, läßt der hornartige obere Fortsatz bei P h a 1 a n g i u m o p i 1 i o (cornutum) erkennen. Die meisten Pha- langiden sind im Herbst erwachsen, weil dann die meisten Insekten absterben und reiche Nahrung bieten. Zur Be- fruchtung sucht das Männchen nach einigem Klopfen mit den Tastbeinen sich dem Weibchen zwischen dessen Vorder- beinen gegenüberzustellen. Dann heben sich die Körper etwas, der Penis wird hervor- gestülpt und eingeführt. Die Eier legt das Weibchen mittels der langen Legeröhre in die Erde. Die jungen Tiere sind oft den alten recht unähnlich, so daß man sie sogar in andere Gattungen gestellt hat. Die Famihen unterscheiden sich in folgender Weise: I. Es sind zwei wolilentwickelte Augen vor- handen ; der Körper ist hinter dem letzten Bein- paar nicht eingeschnürt; die Stigmen befinden sich an der Basis des Hinterleibes. A. Die Füße sind alle mit nur einer einfachen FußkraUe versehen; die Maxillarpalpen sind dünn. Palpatores (PI a g i o s t e t h i). a) Die Palpen enden mit einer lüalle. P h a- langidae. Ueber die ganze Erde verbreitet. b) Die Palpen sind ki-allenlos. «) Der Cephalothorax ist vorn in zwei Fort- sätze verlängert, welche die Cheliceren imd Palpen kapuzenartig mehr oder weniger ein- schließen. Trogulidae. Fast nur im palä- arktischen imd nearktischen Gebiet. t-i) Die Cheüceren mid Palpen sind frei. * Die CheUceren sind länger als der ganze Körper und sehr kräftig, dienen zum Zerbrechen von Schneckengehäusen. Ischyropsalidae. Im paläarktischen und nearktischen Gebiet. ** Die CheUceren sind kürzer als der Körper mid weniger kiäftig. Nemastomidae. Im paläarktischen und nearktischen Gebiet. B. Die Füße der beiden lünteren Beinpaare sind entweder mit 2 Iviallen oder ftüt einer, jederseits eine Nebenkralle tragenden Kralle ver- sehen; die Palpen smd kiäftig, ihr EndgUed ist flachgedrückt und bedornt. a) An den Hinterfüßen sind 2 KraUen vor- handen. L a n i a 1 0 r e s (M e c o s t e t h i). «) Nur die letzte Dorsalplatte ist frei. On- copodidae. Nur auf den Simdainseln ge- fimden. ß) Die 4 hinteren Dorsalplatten sind frei. * Die hinteren Hüften sind sehr groß und mit der ersten Bauchplatte vöUig verwachsen. Gonyleptidae. Fast mn* in Südamerika vor- kommend. ** Die Hinterhüften sind kaum größer als die anderen imd nur an der Basis mit der ersten Bauchplatte verwachsen. f Die Palpen sind mit Stacheln versehen, welche auf Fortsätzen stehen. " Auch an den Schenkeln der Palpen sind Stachehi vor han d en . E p i d a n i d a e. Von Hinterindien bis Australien verbreitet. "° Die Schenkel der Palpen sind unbestachelt. Biantidae. In Afrika und Indien gefunden. ff Die Palpen sind nicht mit echten, auf Fortsätzen stehenden , Stacheln versehen. A s s a m i i d a e. Von AustraHen bis Afrika verbreitet. b) Die Hinterfüße tragen eine Ivialle, die jederseits mit NebenkraUen versehen ist. In- sidiatores, Familie Triaenonychidae. Auf allen ckei südüchen Kontinenten vertreten. II. Die Augen felüen vollkommen ; der Körper ist zwischen Cephalothorax und Abdomen eüi- geschnüit; die Stigmen befinden sich am Ende des Cephalothorax. Ricinulei. Familie Cryp- tostemmidae. Im tropischen Afrika und Südamerika. g) Acarida. Milben, In den Milben haben wir die zweite formenreiche, lebens- kräftige Gruppe der Spinnentiere vor uns. Während wir bei den echten Spinnen eine Weiterentwickelung der Spinn- organe an die Spitze unserer Betrachtung stellen mußten, tritt uns hier die Re- duktion des Körpers und seiner Teile in ihrer Weiterentwickelung entgegen. Schon in den Pseudoskorpionen und Koenenien lernten wir Kleinformen kennen und bei den ersteren wairden auch die Vorteile der geringen Körpergröße genannt. Die Milben bilden eine umfangreichere Gruppe, die sich wahrscheinlich schon zu einer Zeit von den anderen Arachniden abzweigte, als die At- mungsorgane noch auf dem Vorder- und Hinterkörper zugleich vorkamen. Die all- mähliche Reduktion der verschiedenen Organ- systeme ist es, die uns hier besonders inter- essiert und zwar müssen an erster Stelle die Atmungsorgane genannt werden, weil die Art ihrer Ausbildung Anlaß zur Auf- stellung eines Systems der Milben gegeben hat, eines Systems allerdings, das um so künstlicher sich zeigt, je weiter es ausgebaut wird. Gehen wir von den Formen aus, deren Stigmen am Hinterleibe liegen, den C y p h 0 p h t h a 1 m i und Notost ig- m a t a , von Formen, die zu den Phalangiden überführen, so stoßen wir zunächst auf die M e t a s t i g m a t a (I x o d i d a e), bei denen zwei Stigmen vorhanden sind und hinter dem 4. Beinpaar hegen (Fig. 34). Bei den Mesostigmata (Parasiti- da e und A r g a s i d a e) liegt das Stigmen- paar zwischen dem 3. und 4. Beinpaar, bei den P a r a s t i g m a t a (U r o p o d i d a e) zwischen dem 2. und 3. Beinpaar, bei den Araclmoidea 509 HeteroStigmata (Tarsonemi- d a e - Weibchen) zwischen den Palpen und dem 1. Beinpaar, bei den S t o m a t o - Stigmata (L a b i d o s t o m i d a e) zwi- schen den CheHceren und den Palpen und bei den Prostigmata (Bdellid ae , Trom- bidiidae, H y dr a c h n i d ae , Ka- la c a r i d a e) vor den Cheliceren. Dann kommen die Formen, die am Vorderkörper mehr als 2 Stigmen besitzen. Zwei Paare sind vorhanden (das hintere freilich ohne Tracheen) bei den H o 1 o t h y r i d a (H 0 1 0 t h y r i d a e), 4 Paare bei den Cryptostigmata (Oribatidae). Gar keine Stigmen besitzen die A s t i g - mata (Sarcoptidae, Tyrogly- phidae, Demodicidae, Eri- 0 p h y i d a e). Zu den A s t i g m a t a ge- Fig. 34. Ein Ixodes-Männchen. Nach Stiles. Bauchseite. hören aber auch die Männchen der T a r s o - nemidae, die Hoplodermatidae (H 0 p 1 0 p h 0 r i d a e), die von den 0 r i - l3 a t i d a e kaum zu trennen sind und die Larven aller Milben, z. T. auch die Nymphen. Daß die Larven bei den Milben in der Ent- wickelung voranschreiten, kann nicht wunder- nehmen, da es sich bei den Milben doch um Reduktionsformen handelt. Natürlich schwin- det das Tracheensystem nicht immer auf genau derselben Größenstufe. Es spielen dabei die Lebensäußerungen eine wichtige Rolle. Ein Herz kennt man nur noch bei wenigen Milben, den Ixodiden, Holothyriden und einigen Parasitiden. Ein vollkommener Verdauungskanal mit in den Enddarm ein- mündenden Malpighischen Gefäßen ist nur noch bei einem Teil der IVIilben vorhanden (Ixodidae, Parasitidae, Tyro- g 1 y p h i d a e usw.). Bei den P r o s t i g - mata endet der Darm, wie bei einigen Insektenlarven (Bienen, Ameisenlöwen usw.) blind. Die Malpighischen Gefäße münden dann meist noch in den früheren After und bilden einen vorn gegabelten, weiten Schlauch. Bei den Tarsonemiden schwindet auch die Ausmündung dieses Schlauches, jedoch erst nach der Embryonalentwickelung. Bei den Ixodiden und Notostigmaten sind neben den Malpighischen Gefäßen noch Coxal- drüsen vorhanden. Bei den Cyphoph- thalmen fand man nur Coxaldrüsen. Das Zentralnervensystem ist so stark konzen- triert, daß sich oft kaum eine Grenze zwischen dem oberen und unteren SchlundgangUon erkennen läßt. Als Sinnesorgane kommen bei den größeren Formen meist noch 2 oder 4 Augen vor (Notostigmata, Cyph- 0 p h t h a 1 m i , P r o s t i g m a t a) ; bei den Prostigmata findet sich oft auch noch ein mittlerer Augenfleck. Hörhaare kommen vor bei den Oribatiden und bei vielen Trombidiiden. Ein Geruchsorgan wurde am Vorderfuß der Ixodiden nach- gewiesen. Tasthaare sind weit verbreitet In der Ausbildung der Geschlechtsorgane schließen sich die Milben eng den Phalan- giden an. Die Geschlechtsdrüse bildet oft mit den beiden Ausführungsgängen einen geschlossenen Ring (C y p h o p h t h a 1 m i , Ixodidae, T r o m b i d i i d a e). Bei allen kleineren Formen aber ist nur ein Aus- führungsgang vorhanden. Ein Penis scheint fast nie ganz zu fehlen. Eine Legeröhre kommt aber scheinbar nur noch bei den N 0 t 0 s t i g m a t a , C y p h 0 p h t h a 1 m i und Ixodidae vor. Zur Eiablage können sich die Tiere nämlich, ihrer geringen Größe wegen, verkriechen und so einen für die Eier geeigneten Versteck erreichen. Zur Paarung schlüpft das Männchen meist derart unter das Weibchen, daß die Geschlechts- öffnungen aneinander liegen. Oft ist ein Beinpaar beim Männchen stark verdickt und zum Festhalten des Weibchens mit Klammern versehen, entweder das 1. Paar (A 1 e u r 0 b i u s) oder das 2. (Parasiti- dae) oder das 4. (T a r s o n e m u s , H y d r a c h n i d a e) oder wie bei C r y p t o- stemma das 3. Paar (Pteronyssus usw.). Die Reduktion des Körpers , die den Bau des Tieres beherrscht, macht sich auch schon bei derEmbryonalentwickelung geltend, so daß diese hier bei Fragen nach der Ver- wandtschaft völlig versagt. Das 4. Bein- paar wird beim Embryo angelegt, um dann während des Larvenstadiums völlig zu ver- schwinden. Die postembryonale Entwicke- lung verläuft bei den verschiedenen Milben- arten in äußerst verschiedener Weise. Ja, es entwickeln sich bisweilen die Individuen derselben Brut verschieden. So können sich die ersten Eier eines Weibchens von P e d i - c u 1 0 p s i s g r a m i n u m (intrauterin) gleich, mit Ueberspringung des sechsbeinigen Larvenstadiums, zur achtbeinigen Nymphe (9) oder gar zum ausgebildeten Tier, zum Prosopon (c/^) entwickeln, während die letzten Eier desselben Weibchens ein frei- lebendes Larvenstadium durchmachen müs- •)10 Araclinoiclea sen. Die erste Häutung findet bei manchen Milbenarten (z. B. T r o m b i d i u m) schon im Ei statt. Die Ei hülle wird gesprengt und der Embryo erscheint von einer neuen Hülle, dem Apoderma, umgeben. Man nennt das neue Stadium Deutovum (Scha- danophanstadium). In derselben Weise kann noch ein Tritovum entstehen (bei M y - 0 b i a). Dann folgt das bei den meisten Milben freilebende, bisweilen aber (P t e r o p- t u s , L e i 0 g n a t h u s usw.) an die Ent- wickelung im Ei unmittelbar sich anschhes- sende 6-beinige Larvenstadium. An das Larvenstadium schließen sich bisweilen 3 freilebende 8-beinige Nymphenstadien an (0 r i b a t i d a e), jedes durch eine Häutung eingeleitet. Das mittlere Nymphenstadium kann auch ein Ruhestadium sein und zur Ausbreitung der Art dienen. Es wird dann Hypopus genannt (Glycyphagus do- m e s t i c u s usw.). Oft fällt eins cler Nym- phenstadien aus (T e t r a n y c h u s , P ar a - s i t i d a e usw.) oder zwei fallen aus (E r i - ophyes, Hydrachna usw.) oder alle drei (T a r s o n e m u s , P h y t o p t i - p a 1 p u s usw.). Endlich kann auch das erste und letzte Stadium ein Ruhestadium sein (T r 0 m b i d i u m , D i p 1 o d o n t u s usw.) und wird dann Nymphochrysallis und Teleiochrysallis genannt. Diese beiden Ruhestadien werden dann bisweilen (T r o m - b i d i u m) durch Auftreten eines Apoderma in das freilebende Nymphenstadium oder in das ausgebildete Tier (Prosopon) übergeführt, wodurch noch ein Nymphophan- oder Teleio- phanstadium zustande kommt. Seiten werden Milben im 6-beinigen Stadium ge- schlechtsreif; bisweilen nur die Männchen (P 0 d 0 p 0 1 i p u s). Stets nur vier Beine besitzen die Eriophyidae. Nachdem sich die Respü'ationsorgane als künstliches und deshalb unzureichendes Ein- teilungsprinzip erwiesen haben, dürfen wir auch von den anderen inneren Organen bei diesen in Reduktion begriffenen Tieren nichts Besseres erwarten. Es kann deshalb vorläufig nur eine Uebersicht der Familien nach äußeren Merkmalen für praktische Zwecke gegeben werden. I. Die Stigmen liegen, entweder dorsal oder ventral, an der Basis des Abdomens, dessen Ghederung stets noch leicht erkennbar ist. A. An den 4 ersten Abdominalsegmenten be- findet sich dorsal jederseits je ein Stigma; am Cephalothorax befinden sich vorn jederseits 2 Augen. Notostigmata Familie E u c a r i - d a e. Die wenigen bekannten Arten dieser Gruppe wurden im Mittelmeergebiet gefunden. B. An dem 1. Abdominalsegment kommt ventral jederseits 1 Stigma vor; am Kopfteil mündet jederseits eine Drüse auf einem Höcker aus, vor diesem Höcker steht höchstens ein Auge. Cyphophthalmi. Familie Sironidae. Die Arten kommen im äthiopischen, im orientalischen Gebiet und im Mittelmeergebiet, bis Krain nord- wärts vor. IL Die Stigmen felden entweder ganz oder sie kommen am Yorderkörper, allenfalls hinter dem 4. Beinpaar vor; eine Gliederung des Ab- domens ist nicht oder kaum erkennbar. A. Die Mundteile treten zu emem Rüssel zu- sammen, der nüt vielen Widerhaken versehen ist; die Stigmen befmden sich meist hinter dem 4. Bein paar. I x o d i d a e. B. Die Mundteile bilden keinen mit zahl- reichen Widerhaken versehenen Rüssel; die Stigmen stehen nie hinter dem 4. Beinpaar, oft fehlen sie ganz. a) Größere, derbe, meist gefärbte, im reifen Zustande meist mit Atmungsorganen versehene Tiere. f() Die Füße enden mit emem von zwei sehr kleinen lüallen eingefaßten Haftorgan; bei den Nymphen imd dem Prosopon befüidet sich über den Hüften der Beme ein Stigma, das sich meist als Rinne nach vom fortsetzt. Parasitida e. /i) Die Füße sind mit größeren IvraUen und daneben oft mit Haftorganen versehen; über den Hüften befindet sich kein Stigma. * Augen fehlen ganz; an den Füßen ist ent- weder nur 1 oder es sind 3 KraUen, aber keine Haft organ e vor han den . 0 r i b a t i d a e . ** Augen sind meist vorhanden ; an den Füßen shid 2 KraUen, oft auch Haftorgane, selten (bei der Larve) 3 Krallen vorhanden. f Die Geschlechtsöffnung hegt m emer festen, fast die Hinterhähte des Bauches einnehmenden Platte ; die Taster sind 3- bis 4-ghechig ; meist im Meere lebende Tiere. Halacaridae. ff Die Geschlechtsöffnmig liegt höchstens in einer klemen Platte. " Es sind an den Füßen meist längere Haare zum Schwimmen, niemals aber Haftorgane vorhanden; im Süßwasser lebend. Hydrach- n i d a e. "" Es smd an den Füßen nie Schwimmhaare, meist aber Haftorgane als Läppchen oder eigen- artige Haare vorhanden ; auf dem Lande lebend. T r 0 m b i d i i d a e. b) Sein- kleme (nicht Y^ uim lange), zarte, größtenteils dmThscheinend weißliche, meist tracheenlose, oft parasitisch lebende Arten. «) Es sind nündestens 3 Beinpaare vorhanden. * Die Beine sind mehr als 3-gliedjig; der Körper ist nicht wurmförnüg, im Hmterteil nicht fein geringelt; z. T. parasitisch lebende Tiere. Sarcoptidae. ** Die Beine sind sehr kurz, 3-gliedrig; der Körper ist lang, fast wurmförmig, der Hmterleib fein gerhigelt; stets parasitisch lebende Tiere. Demodieida e. I*) Es smd nur 2 Beinpaare vorhanden; der Körper ist lang, fast w^u-mförmig; der Hinterleib fein geringelt; in PflanzengaUen lebende Tiere. Eriophyidae. Die Ixodidae (Fig. 34) oder Holzböcke, auch Zecken genannt, saugen sich an Wirbel- tiere an, um die umfangreichen Darmfortsätze mit Blut zu füUen. Vollgesogen besitzen sie Erbsen- bis Bohnengröße. Sie sind neuerdings dadurch interessant geworden, daß sie Krank- heitserreger, Hämatozoen übertragen. Zuerst erkaimte man in dem Boophilus (Rhipi- cephalüs) annulatus und d e c o 1 o - r a t u s den Ueberträger des tropischen Texas- fiebers der Rinder. Jetzt weiß man, daß Ixodes Arachnoidea 511 ricinus in Deutschland eine ähnliche, aber weniger gefäluliche Krankheit der Rinder, daß R h i p i c e p h a 1 u s b u r s a eine Ivrankheit der Schafe, daß A r g a s p e r s i c u s , die besonders Federvieh, aber auch den Menschen, wie AVanzen, nachts überfällt, das Rückfall- fieber der östUchen ]\littelmecrländer, 0 rn i - t h 0 d 0 r u s m o u b a t a das afrikanische Rück- fallfieber überträgt. Die P a r a s i t i d a e (G a ra a s i d a e), auch Käfermilben genannt, leben besonders in zer- fallenden Stoffen, Kot, Tierleichen usw., doch auch vom Honig in Hummehiestem, bei Ameisen, einzelne auch parasitisch. Manche Arten sind dadurch interessant, daß sie sich im Nymphen- stadium durch größere Tiere von emem Futter- platz zum anderen tragen lassen und dann fälsclilich fih- Parasiten gehalten werden. Auf Käfern fmdet man den Parasitus (Ga- rn a s u s) c 0 1 e 0 p t r a t 0 r u m , der sich frei auf dem Körper bewegt imd einige U r o p o d a - Arten, die sich mittels eines aus dem After ab- geschiedenen Stieles festsetzen. Auf Hummehi kommt Parasitus fucorum (bombo- r u m) vor. Auf Säugetiere und auch auf den Menschen gehen die Nymphen von L a e 1 a p s m a r g i n a t u s. Auch sie sind keine echten Parasiten und können doch nervöse Personen zur Verzweifhuig bringen. Die Arten der Gat- tungen Der m a n y s s u s mid Liognathus (Lc i 0 gn a t h u s), als Vogelmilben bekannt, überfallen nachts Hühner, Kanarienvögel usw. Die 0 r i b a t i d a e oder Hornmilben haben vielfach ein käferaiiiges Aussehen. Manche Arten sind mit eigenartigen Anhängen, Stachehi, Schuppen usw. versehen und dann oft sehr schwer als Tiere zu erkennen. Sie leben an Baumstämmen, im Moos usw. Die H y d r a c h n i d a e oder Wassermilben leben im Süßwasser, teils frei schwimmend (hierher die bis 8 mm lange rot imd schwarze H y d r a c h n a g e o g r a p h i c a , die Gattimg A r r h e n u r u s usw.), teils zwischen den Kiemen der ■Muscheln (A t a x). Die Nymphen des an Pflanzen kriechenden, roten L i m n o c h a r e s a q u a t i c u s findet man als rote Körnchen an Wasserinsekten. Unter den Trombidiidae oder Lauf- milben ist besonders die schönrote Sammet- oder Erdmilbe zu nennen. Die schön rote Farbe scheint Trutzfarbe zu sein, denn das Tier wird von vielen Räubern nicht gefi-essen. Die La.rve dieser Milbe ist als August- oder Erntemilbe (französisch rouget, lateinisch fälschlich L e p t u s a u t u m n a 1 i s genannt) oft sehr lästig, da sie sich beim Menschen ansaugt und einen juckenden Aussclilag, das sogenannte Herbst-Erythem, er- zeugt. Die Larve von Trombidium para- siticum (Ottonia trigona) kommt als rotes Könichen an Heuschrecken usw. vor. Die Spinnmilbe, Tetranychus telarius, tritt an Linden mitunter" so häufig auf, daß diese schon im August ihr Laub verlieren. Sie überwintert in einer besonderen Form an den Stämmen imter Plcchten usw. Diese Gattung und die Gattung B de IIa (Schnabelmilbe) werden oft auch als Vertreter besonderer Famiüen betrachtet. Die Sarcoptidae in dem hier ange- wendeten Sinne bilden sicher keine einheitliche Gruppe, sie schließen sich teils den Oribatiden, teils den Parasitiden, teils vielleicht auch den Trombidiiden an. An erster Stelle sei die Krätze- milbe Sarcoptes scabiei (Fig. 35) ge- nannt, die in der Haut des Menschen Gänge bohrt rmd dadurch die juckende ,,Ivrätze" er- zeugt. Einige bei Haustieren vorkommende Krätz- milben, S. canis, ecjui, ovis, suis, unterscheiden sich von S. scabiei sehr wenig, werden aber für besondere Arten gehalten, weil sie, auf den Menschen übertragen, gewöhn- lich von selbst wieder verschwinden. Die Räude- milben Psoroptes (bovis, equi, ovis) imd Chorioptes (equi, bovis usw.) stellen keine Gänge her, erstere sollen Blutsauger, letztere nur Hautfresser sein. Auf Vögeln er- zeugen die Arten der Gattmig C n e m i d o - c 0 p t e s eine Art Räude. C n e m i d o c o p t e s g a 1 1 i n a e verursacht beim Haushuhn den Ausfall der Federn, Cnemidocoptes mutans befällt besonders die Füße des Federviehes. Die ebenfalls auf Vögeln lebenden Pterolicheae, Analgeaeusw. erzeugen keine eigentliche Räude, dringen aber doch zuweilen in die Haut ein. Die Derma- g 1 y p h e a e leben in den Spulen der Fedeni. Die G a - nestriniinae leben auf Käfern . Die L i s t r 0 p h 0 - r i n a e halten sich mittels eigenartiger häutiger Klammer- organe an den Haaren verscliiedener Säuge- tiere fest. Unter den freilebenden Arten (T y r o g 1 y p h i n a e) ist be- sonders die Haus- milbe (} 1 y c y p h a- g u s d 0 m e s t i c u s zu nennen, die oft als Hausplage auftritt. Gewöhn- lich wird sie durch Möbel mit sclüecht entfettetem und gereinigtem Polstermaterial eingeführt. Die Käsemilbe Tyroglyphus siro imd die Mehlmilbe A 1 e u r o b i u s f a r i n a e kommen nicht nur am Käse und im Mehl, sondern in allen möglichen animalischen und vegetabilischen Stoffen vor. Die T a r s o n e m i n a e erzeugen z. T. Pflanzen gallen. Eine Ait Tarsonemus hominis wurde bisher niu" in Ivrebsgeschwüren des Menschen gefimden. Die D e m 0 d i c i d a e oder Haarbalgmilben leben parasitisch in der Haut und zwar in den Haarbälgen und Talgdrüsen des Menschen imd der Säugetiere. Die beim Menschen vorkommende Art (Demodex folicu forum Fig. 36) erzeugt die als Mitesser bekannten kleinen Ge- schwüre an Nase, Backen und Stirn. Die Eriophyidae (Ph y t o p t i d a e) oder Gallmilben bringen an den Blättern, seltener an anderen Teilen der Pflanzen sog. (lallen hervor. Die MilbengaUen sind im Inneni durch zarte, früher für Pilzfäden (E r i n e u m) ge- haltene fadenartige Zellwiicherungen ausgezeich- net. Meist befinden sie sich an der Unterseite des Blattes und treten oberseits als Pusteln Fig. 35. Krätzemilbe des Menschen. Nach Leu ckart. 512 Araclinoidea (Gallen der WeingallmUbe Eriophyes vitis usw.) oder als kegelförmige Aufsätze (Gallen der Lindengallmilbe Eriophyes tiliae) hervor. Die Wucherungen werden durch ein Enzym, das den Speicheldrüsen der MUbe ent- stammt, veranlaßt. Zwischen den Fäden be- finden sich die den Fäden sehr ähnlichen, lang- gestreckten Milben. Die GaUe gewährt den Milben Schutz gegen Regen usw. Die Fäden bUden ihre Nahrimg. An der imveränderten Blattfläche vermögen sie nicht zu saugen. Einige Gallmilben leben als Einmieter oder Inquilinen in den Gallen anderer. Raubmilben sind ihre Femde. Das Wachstum der Gallen hört mit der Vegetationsperiode auf. Die Milben der aus- dauernden Gewächse gehen während des Winters miter die Schuppen der Knospen des nächsten Jahres. h) Pentastomata (Familie Linguatuli- dae). Zungenwürmer. In den Pentastomen haben wii-, ebenso wie in den Milben, Re- duktionsformen vor uns, aber Reduktions- formen ganz anderer Art. Nicht Verringe- rung der Körpergröße, sondern parasitäre Lebensweise hat hier die Re- duktion herbeigeführt. Durch Wirtswechsel ist bei den Pen- tastomen alle selbsttätige Nahrungssuche ausgeschaltet. Deshalb ist das obere Schlund- ganglion mit den zugehörigen Sinnesnervenendigungen ge- schwunden. Nur eine dünne Kommissur verläuft über den Oesophagus. Ebenso sind die Lokomolionsorgane geschwun- den (Fig. 37). Nur bei der Larve sind noch 2 Paare stummelartiger, in 2 Krallen endigenden Beine und ein Bohr- apparat zum Durchbohren der Darmhaut des Wirtes vor- handen (Fig. 38). Tracheen fehlen ebenfalls und die Be- des Blutes wird in genügender durch den Hautmuskelschlauch Es bleibt also nur ein ein- wurmförmiger Körper, der, wie der Hinterkörper der beiden letzten Milben- familien, dicht geringelt ist. Da das Tier in seiner Nahrung schwimmt, können sogar die äußeren Mundwerkzeuge fehlen. Nur 4 Haken zum Anheften und ein Verdauungs- kanal, der mit einem Saugapparat beginnt und mit einem Enddarm endet, sind vor- handen. Daß wir trotz der Wurmform keinen Eingeweidewurm vor uns haben, er- kennen wir an den quergestreiften Muskeln, an dem Bau des Verdauungskanals und be- sonders an der 4-beinigen Larve. Was in den schon genannten Organsystemen ge- spart wird, wird für den Geschlechtsapparat, der, wie bei allen Entoparasiten, hoch- entwickelt ist, reichlich verausgabt. Kom- Fig. 36. Haar- balgmilbe des Menschen. Nach M e g - n i n. wegung Weise bewirkt, f acher pliziert gebaut ist der Kopulationsapparat, besonders beim Männchen. Außerordenthch groß ist die Produktion von Eiern. Der nach der Befruchtung lange, gewundene, mit befruchteten Eiern gefüllte Uterus fällt im Körper der größeren Tiere (9) besonders in die Augen. Ziemlich umfangreich sind außer den Geschlechtsorganen und dem Darm nur noch 2 dem Darm der Länge nach anliegende, an der Basis zweier Klammerhaken ausmündende Drüsen. Man hält diese „Haken- drüsen", wie die Speichel- drüsen der Krätzemilben, für Reizorgane, die eine reichere Absonderung von Nährflüssigkeit zu bewirken haben. Ferner müssen die auf allen Ringen, besonders an der Bauchseite zahlreich vor- kommenden, auf stig- menartigen Oeffnungen ausmündenden Haut- drüsen genannt werden, die wahrscheinlich mit der Einkapselung des Tieres in Beziehung stehen, indem ihr Sekret auf die Gewebe des Wirtes einen Reiz beson- derer Art ausübt. Die ausgebildeten Tiere kommen in den Nasen- höhlen der Fleischfresser, in der Lunge der Schlangen usw. vor. Die Eier gelangen mit dem Schleim entweder dmch Niesen direkt nach außen oder sie werden ver- schluckt und mit dem Kot entleert, um dann von dem zweiten Wirt, einem Gras-, Körnertresser oder Omnivoren Tier aufgenom- men zu werden. Von Linguatula rhinaria (Pentastomum taeni- 0 i d e s und denticu- 1 a t u m) kommt das erste Entwickehmgsstadium bei Grasfressern, luid beim Menschen vor. Die Eier gelangen mit Salat oder auch direkt durch Umgang mit Hunden (von denen in Berlin 6,7% mit Linguatula behaftet sind), in den Magen des Menschen. Die Larve durchbohrt die Darm- wand und gelangt mittels der Blut- und Lymph- bahnen in Lunge, Niere oder Leber. Hier kapselt sie sich ein und ist dann in 6 Monaten zur weiteren Uebcrführung reif. Jetzt muß der Parasit (meist mit den Geweben des Wirtes) von einem Raub- tier, z. B. einem Hunde gefressen werden, um durch Fig. 37. Lingu- atula rhinaria 9. Nach Leuckart. d Darm, h Haken, oe Oesophagus, ov Ovarium,rs recepta- cula seminis , va Uterus. Fig. 38. Larve eines Pentasto- men. Nach Leu- ckart. Araclmoidea 513 den Oesophagus in dessen Nasenhöhle aufzu- steigen. Beim Menschen sterben die Tiere schließ- lich ab. Sie werden in Berlin bei 12 % aller sezierten Erwachsenen in der Leber geiunden. In den Tropen kommt eine andere Art P o r o - cephalus constrictus beim Menschen vor. Literatur. E. Blanchard, L' Organisation du rhjne animal Arachnides. Paris 1852 ff. — B. Weissenborn, Beiträge zur Phylogenie der Arachniden. Jen. ZcitKchr.f. Nalurw. Bd. 20 1887 S. SS ff. — F. Dahl, Die Hör haare %ind das System der Spinnentiere. Zool. Anz. Bd. 37, jyil, S. 522 ff'. — E. Simon, Les arachnides de France. Pari* 1874 bis 84. — E. Bay Lan- kester, Notes on certain points m the anatomy und genetic characters of scorpions. Trans. Zool. Soc. London Vol. 2 1885 p. 372ff. — E. J. Beck,, Descripfion of the muscular and endo- skeletal Systems of Scorpio ib. p. 3S9 f. — Ä. Kraejieiin, Scorpiones und Pedipalpi. Berlin 1S99. — Verselbe, Die sekundären Geschlechts- charaktere der Skorpione, Pedipalpen und Soli- fugen. Mitt. d. 7iaturw. 3fus. Hamburg Bd. 26 1908 S. 181ff. — O. Schröder, Die Sin7ies- Organe der Skorpion kämme, Zeilschr. f. wiss. Zool. Bd. 90 1908 S. 4S6 ff. — R. J. Pocock Scorpions and their geogrnphical distribution. Nat. Sei. Vol. 4 1894 p. SSSff. — K. Kraepe- Hn, Die geographische Verbreitung der Skorpione. Zool. Jahrb. Syst. Bd. 22 1905 S. 321 f. — A. Brauer, Beiträge zur Kenntnis der Entwickelungsgeschichtc des Skorpions. Zschr. f. wiss. Zool. Bd. 57 1894 S. 402ff. n. Bd. 69 1895 S. 361 ff. — A. Menge, Ueber die Scheren- spinnen. Sehr. d. naturf. Ges. Damig Bd. 5 Heft 2 1865. — A, Croneberg, Beitrag zur Kenntnis des Baues der Pseudoskorpione. Bull. Soc. Imp. Naturalistes Moscou 1888 p. 41^ ff- — C «J. With Chelonelhi. The Danish Exped. to Siam Bd. 3 Kopenhagen 1906. — L. Koch, Uebersichtliche Darstellung der europäischen Chernetiden. Nürnberg 1873. — H. Becker, Zur Lebensweise der Af ter Skorpione. 22.Jahresber. irestf. Prov.-Ver. f. Wiss. 1894 S. 103 ff. — E. Green, Curiotis habits of Chelifer. Zoologist (4) Vol. 12 1908 p. 159 f. — J. Barrois, Me- moire sur le developpment des Chelifers. Revue Suisse Zool. T. 3 1896 p. 46lff. — H. M. Ber- nard, The comparative morphology of the Gale- odidae. Trans. Linn. Soc. London Zool. N. S. Vol. 6 1896 p. 305ff. — P. Bertkan, lieber Sinnesorgane in den Tastern der Solpugiden. Zool. Am. Bd. 15 1892 S. 10 u. 110. — H. Bühle- mann, Ueber die Jlfalleoli der Solpupiden. Zeilschr. f. wiss. Zool. Bd. 91 1908 S. 599ff. — K. KraepeUn, Palpigradi und Sohfugae. Berlin 1901. — B. J. Pocock, The nature and habits of Pliny's Solpvgu. Nature Vol. 67 1898 p. ölSff. — B. Heymons, Biologische Be- obachtungen an Asiatischen Solifugen. Anh. d. Abh. Ak. d. Wiss. Berlin 1901. — Derselbe, Die flüg eiförmigen. Organe der Solifugen. S.-B. d. Akad. d. Wiss. Berlin 1904 VIII. — C. Börner Beiträge zur 3Iorphologie der Arthro- poden. Zoologica Heft 42 1904 . — H. J. Han- sen and W. Sörensen, The Order Palpi- gradi. Eni. Tidskr. Arg. 18 1897 p. 223 ff. — A. Bucker, Further observations on Koenenia. Zool. Jahrb. Syst. Bd. 18 1903 S. 401ff. — Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Band I Pergande, Habits of a specimen of Thely- phonus. Proc. ent. Soc. Washingt. Vol. 1 1886 p. 42 ff. — G. Marx, Contributions to the knowledge of the iife history of Arachnida. Ib. Vol. 2 1891 p. 252 ff. and 3 1894 P- 54. — F. Dahl, Analytische Bearbeitung der Spinnen Norddeutschlands. Schrift naturw. Ver. Schlesw.- Holst. Bd. 5 1883 S. 13 ff. — Derselbe, Ein Versuch den Bau der Spinnen physiologisch zu erklären. Zool. Jahrb. Syst. Bd. 25 1907 S. 339 ff. C Apstein, Bau und Funktion der Spinn- driisen der Araneida. Arch. f. Naturg. Bd. 55 I 1889 S. 29 ff. — E. Widniann, Ueber den feineren Bau der Augen einiger Spinnen. Ztschr. f. wiss. Zool. Bd. 90 1908 S. 258 ß. — E. Oetcke, Histologische Beiträge zur Kenntnis der Ver- dauung.svorgänge bei den Araneiden. Berlin 1911. — E. Simon, Histoire naturelle des Araignees. Paris 1892 bis 1903. — C. Chyzer et L. Kul- czynski, Araneae Hungariae. Budapesti 1891 bis 1897. — • F. Dahl, Das System der Spinnen. S.B. d. Ges. naturf. Fr. Berlin 1904 S. 9Sff. und Zool. Anz. Bd. 29 1906 S. 614j}. — Der- selbe, Die Lycosiden oder Wolfspinnen Deutch- lands und ihre Stellung im Haushalte der Na- tur. Nova Acta Bd. 88 Nr. 3 Halle 1908. — Derselbe, Versuch einer Darstellung der psychi- schen Vorgänge in den Spinnen. Vierteljahrsschr. f. wiss. Philos. Bd. 9 I884 S. 84ff. u. 162 ff'. — H. C, McCook, American Spiders and their spinn ingtvork, Philadelphia 1889 bis 9S. — W. Wagner, L'induslrie des Araneina. Mem. Acad. Sei. St. Petersb. (7) T. 42 N. 11 1894. — B. Ti) verschoben, so findet man die ganze, hierdurch bedingte Aenderung der poten- tiellen Energie A = kmi.mg. Betrachten wir jetzt unter m^ die Sonnen- masse und unter ri den Sonnenradius, so findet sich die Energie des aus Sonne und Planet m^ (in der Entfernung r) bestehenden Systems : 524 Ai'beit A = Hier bedeutet knii . ma knii . m^ knii-riij Ao denjenigen Betrag an potentieller Energie, den die beiden Körper in sehr großem Ab- stand (r = oc) voneinander befindlich besitzen. Am unmittelbarsten tritt uns die Gravi- tationsenergie in der Nähe der Erdoberfläche entgegen. Ein Körper von der Masse m besitzt ein um so größeres Arbeitsvermögen, je höher er über der Erdoberfläche liegt. Gestattet man ihm, sich der Erdoberfläche zu nähern, so geht die dem System Erde- Körper innewohnende potentielle Energie über in kinetische Energie des Körpers m. Hierfür gilt die Gleichung: nigh = 14 K^ v^ wo h die durchlaufene Höhe über der Erd- oberfläche und V die nach Durcheilen der Höhe h erreichte Geschwindigkeit des Kör- pers bedeutet. Streng genommen nimmt auch die Erde bei dem Vorgang kinetische Energie an, was jedoch der Kleinheit des Betrages halber vernachlässigt wird. ß) Elektrische Kräfte (vgl. die Artikel ,, Elektrische Felder" und „Elektrische Influenz"). Coulomb ermittelte ein Gesetz, nach welchem sich gleichnamige elektrische Ladungen abstoßen, ungleichnamige sich an- ziehen. Sind die beiden gleichnamigen elek- trischen Mengen e^ und e^ in einem Gebiet der Dielektrizitätskonstante k, so wird die abstoßende Kraft in der Entfernung r: Gl .62 A='^=V er und wir nennen V das Potential von e^. Man kann also sagen: Hat man ein System elektrischer Mengen, welches auf einen gege- benen Punkt das Potential V hat, so wird die elektrostatische Energie des Systems um Vej vermehrt, wenn man Cg an jenen Punkt bringt. Liegt ein Leiter der Kapazität C und der Ladung e vor, so ist sein Potential V = p- (Siehe ,, Kapazität") Bringt man nun die kleine Elektrizitäts- menge de auf den Leiter, so verlangt dies die Arbeitsleistung dA = -^ oder wenn e auf E vergrößert wird, E ^-J C - 2 War e anfänglich Null, so wird E^ ^~ 2C V haben wir: A- E EV und mit ^ = V haben wir : A = -^- = V2 CV P = kr2 Dieser Kraft entsprechend besitzen elek- trisch geladene Körper elektrostatische Ener- gie, welche der Energie der Gravitation ganz analog ist. Zwei Elektrizitätsmengen ei, e, befinden sich im Abstände r^ voneinander. Wir be- rechnen die Energieänderung A des Systems, die dadurch entsteht, daß wir unter Ueber- windung der abstoßenden Kraft Co aus der Entfernung r^ in die Entfernung Y2 zu 61 bringen: 61 ea / 1 1 F 'ri ra- Setzt man r^ = r und r^ =00, so erhält man als potentielle Energie zweier elektrischer Mengen e^ und e^ im Abstand r ^2 1 /'ei.e, , A = ^1 62 £ r Setzen wir es = 1, so wird Dies ist die Arbeit, die zur Ladung eines Leiters auf das Potential V oder die Ladung E aufgewendet werden muß und die dann als elektrostatische Energie auf ihm auf- gepeichert ist. y) Magnetische Kräfte (vgl. die Ar- tikel ,, Magnete" und „Magnetische In- fluenz"). Ebenfalls von Coulomb stammt das Gesetz, welches die zwischen zwei magne- tischen Mengen m^ und nig im homogenen Medium der Permeabilität /i in dei Entfernung r stattfindende Kjaftwirkung K beschreibt. _ niiJUa Hiernach wird die potentielle Energie der beiden magnetischen Mengen _ m^ ma Die durch diese Formeln begründete Ana- logie zur Elektrostatik ist nur eine teilweise Es ist nicht möglich, die Energie einer ein- zelnen magnetischen Menge m zu bestimmen, weil eine solche nicht zu verwirldichen ist. Man kann allerdings die Energie von Sy- stemen natürlicher und künstlicher Mag- nete bestimmen, was indessen hier zu weit fühlen würde. Wichtiger erscheint eine kurze Betrachtung der magnetischen Ar- beit, die auf einen Körper übertragen werden muß, um ihn aus dem unmagne- tischen Zustand in den mao-netischen zu Arbeit r^9r brins^en. Der Körper werde einer magne- tischen Kraft § ausgesetzt und erlialte unter ihrer Wirlamz pro Vohtmeinheit das magne- tische Moment 3; es gilt dann die Beziehung S = §>^ Wir stellen uns eine magnetische Volumein- heit als kleinen Magneten mit dem Momente S = m.l vor, wo m die Magnetismusmenge der End- flächen, 1 die Länge des Magneten bedeutet. "Wird jetzt die induzierende magnetische Kraft um d^ gesteigert, so wachse das magnetische Moment der Volumeinheit um d3 = dm.l Der Vorgang kommt darauf hinaus, daß durch die induzierende Kraft die weiteren magnetischen Mengen ± dm um die Strecke 1 voneinander entfernt werden. Hierzu muß eine Arbeit geleistet werden, die sich berechnet als das Produkt von Kraft und Weg. Die auf die Menge dm im Mittel ausgeübte Kraft ist P == dm (.§ + % d§) der Weg ist 1, die Arbeit also dA = dm (§ + 14 d§) Da dm = d^ und d^ = >cd^, so kommt dA=^d§(§+ 1/0 d§) Integriert man, nachdem man ^ x d§^ gegen y^.d^ vernachlässigt hat, so folgt: Die Magnetisierungsarbeit, welche nötig ist, um einen Körper der Suszeptibilität x vom un- magnetischen Zustand bis zum magnetischen Moment :3 der Volumeinheit zu magneti- sieren, ist ö) Elastische Kräfte (vgl. den Ar- tikel „Elastizität "). Die Arbeits- fähigkeit, die wir an elastisch gespannten Körpern beobachten, erfordert die Annahme von Kräften, welche die kleinsten Teilchen in molekularem Abstand aufeinander aus- üben. Die Natur dieser Ivräfte hat sich bisher der Erforschung verschlossen. Nichts- destoweniger kann in bestimmten Fällen die Arbeitsfähigkeit eines Körpers, soweit sie von den Molekularkräften zwischen seinen kleinsten Teilen herrührt, bestimmt werden. Dies ist in einfacher Weise möglich bei elastischen Körpern, die einer Deformation unterworfen werden. Das einfachste Bei- spiel bietet ein Stab dar, der einer longi- tudinalen Zugkraft P unterworfen wird. Ist sein Querschnitt q, seine Länge L, sein Elastizitätsmodul E, so wird seine Verlänge- rung X unter dem Einfluß von P qE Die Spannkraft P leistet dabei die Arbeit A = 14 p A die sich als Spannungsenergie des Stabes wiederfindet. Setzt man P d. h. gleich der Spannung pro Einheit des Stabsquerschnittes, und q.L = V d. h. gleich dem Stabvolumen, so wird A = V2 P^ E Hieraus findet man die Spanuungsenergie der Volumeinheit A - V P' A- /2 £ Ganz allgemein wird der Energieinhalt A eines Volumelementes dx.dy. dz, Figur 1, an dessen Seiten die Spannungen px, Py, Pz an- greifen, wenn k das Verhältnis der Längs- dilatation zur Querkontraktion des be- treffenden Materiales bedeutet: A = |^(Px'^+p/+P^)- g- (px Py + Py p"z + Pz px)J dx.dy. dz Auf den Beweis dieser Formel muß hier ver- zichtet werden. £) Die Oberflächenspannung (vgl. den Artikel ,,Molekularkräf te"). Im vorigen Abschnitt haben wir gesehen, wie die Volum- änderung fester Körper Arbeit verbraucht, und wie man daher durch Volum- änderung in den Volum- elementen Energie an- sammeln kann. Die Eigenschaft der Volumenergie besitzen auch flüssige Körper. Bei ihnen tritt jedoch noch eine zweite Form der Energie auf, die ihren Sitz in den Oberflächenelementen hat. In der Figur 2 sei z. B. '^ eine Lamelle aus Seifen- F'g. 2. lösung in den Rahmen ABC gebracht; nach unten werde die Lamelle durch die bewegliche Rahmenseite D begrenzt. Hängt man an D ein Gewicht K, so wird D um die Strecke a nach unten bewegt, bis 526 Aiteit wieder Gleichgewicht eingetreten ist. Die geleistete Arbeit a.K, die zur Bildung der Oberfläche diente, hat sich als potentielle Energie in der Lamelle aufgespeichert. Um diese Oberflächenenergie zu erklären, müssen wir annehmen, daß in der Oberfläche Tan- gentialspannungen T, bezogen auf die Längs- einheit eines Querschnittes, herrschen; da die Lamelle von zwei Oberflächen begrenzt wird, gilt die Gleichung: 2 T . b . a = Ka. Es ist 2 Tba die Zunahme der Oberflächen- energie der Lamelle. C) Chemische Kräfte. Ein System von zwei Körpern, die sich chemisch ver einigen, besitzt häufig Arbeitsfähigkeit. So entwickeln viele chemische Prozesse große Wärmemengen, während alleidings andere nur durch Zufuhr von Wärmeenergie ein- geleitet werden können. Diese Arbeits- fähigkeit chemischer Systeme beruht auf den Kräften, welche zwischen den Atomen und Molekülen wirksam sind. Die chemischen Arbeitsprozesse ordnen sich also denjenigen unter, die Kräfte der Ruhe als ihre Quelle in Anspruch nehmen. Es ist bemerkenswert, daß die beiden zu vereinigenden Körper nicht verschieden zu sein brauchen, z. B. besitzt ein Wasserstoff molekül Ho eine andere potentielle Energie als zwei getrennte Wasser- stoffatome H. Man bezeichnet die bei einer bestimmten chemischen Reaktion eintretende Energieänderung, wenn Druck und Tem- peratur zu Anfang und Ende der Reaktion die gleichen sind, die Wärmetönung der Reaktion. 3. Einige Anwendungen des Arbeits- begriffes. 3a) In der Mechanik starrer Körper. Seine größte Bedeutung hat der Arbeitsbegriff in der Mechanik erlangt. Die Beziehungen zwischen Kraft, Weg und Arbeit treten hier unter Be- nutzung der mathema- tischen Formel- sprache am vielseitigsten zutage. a) Allge- meine Fest- setzungen. Das Produkt P ds cos ff einer Kraft P in die Projektion ds cos (p (Fig. 3) des vom Angriffs- punkt zurückgelegten Wegelementes auf die Kraft heißt: Elementararbeit. Zerlegt man die Kraft P in eine Kormal- komponente Pn senkrecht zur Bahn des Punktes M und in eine Tangentialkompo- nente Pt, so wird Pt = P cos q? und die Elementararbeit gleich dem Produkt der Tangentialkomponente in das Wege- element. Kräfte, die an einem Punkt angreifen, werden nach dem Parallelogrammgesetz zu einer Resultierenden vereinigt. Die Resultierende R wird nach Richtung und Größe durch die Schlußlinie MP4 des Kräfte- polygons (Fig. 4) dargestellt, wenn die Poly- Fig. 4. gonseiten nach Richtung und Größe die zusammenzusetzenden Kräfte darstellen. Das gilt auch im Raum. Analog den Kräften werden ihre Elemen- tararbeiten summiert. Handelt es sich um die Summierung von Elementararbeiten einer Kraft, deren Angriffspunkt nach- einander verschiedene Wegelemente durch- läuft, so wird eben- falls der Polygonsatz angewendet, da sich auch die Weg demente nach ihm summieren. Der Polygonsatz für die Summierung der El em ent ar ar 1) eit en einer Kraft P längs eines Weges Mj Mg (Fig. 5) lautet in Integralgestalt .S2 A = 1 P cos 9? ds ^' s, Graphisch wird diese Formel durch Figur 6 interpretiert. ß) Prinzip der virtuellen Arbeit. Die erste Anwendung des Arbeitsbegriffes zur Bestimmung von Gleichgewichtspro- Fisr 5. Arbeit 527 blemen verdankt man Galilei. Er erkannte, daß ein System paralleler Kräfte P (z. B. Schwerkrätte) sich dann im Gleichgewicht befindet, wenn die Summe aller Produkte Ph verschwindet, wo die h die Wege der Angriffspunkte bedeuten, die zurückgelegt werden, wenn das im Gleichgewicht befind- liche System verschwindend wenig aus dem Gleichgewicht heraus verschoben wird. Hiermit wird zum erstenmal ein ganz allgemein-gültiges Prinzip angewendet, das Prinzip der virtuellen Arbeiten. Unter virtueller Arbeit versteht man die Elementar- Fig. 6. arbeit, die jede der angreifenden Kräfte bei einer verschwindend kleinen Verschiebung ihres Angriffspunktes leistet oder verbraucht Das Prinzip der virtuellen Arbeiten sagt aus: Ein System von Kräften ist im Gleich- gewicht, wenn die Summe aller virtuellen Arbeiten = 0 ist. Die allgemeine analytische Formulierung des Prinzips der virtuellen Arbeit gibt die Formel: ÖA = 2;(Xn6x+ Yn(5y+ Z„(3z) = 0 wo dieXYZ die Komponenten der am Punkte Fig. 7. X y z angreifenden Gesamtkraft bedeuten. Die öx, dy, dz sind die Komponenten der virtuellen Verschiebungen. Die Summe er- streckt sich über sämtliche Kraftangriffs punkte des Systems. Auf eine tiefeie Dis- kussion des Prinzips und seiner strengen Formulierung kann hier nicht eingegangen werden (vgl. auch die Artikel ,,Gleichge- wicht"und,,PhysikalischePrinzipien"). 3b) In der Mechanik deformier- barer Körper, a) Feste Körper. Hier handelt es sich wesentlich um feste defor- mierbare Körper. Zunächst bedarf es der Definition der inneren und äußeren Kräfte. Befindet sich ein materielles System (Fig. 7) unter Einfluß der Kräfte Pj P^ im Gleichgewicht, und denkt man sich das- selbe durch einen Schnitt a— b in zwei Teile I und II zerlegt, und z. B. den Teil II ent- fernt, so muß offenbar, wenn das Gleich- gewicht des Teiles I erhalten bleiben soll, an der Schnittstelle ein Kräftesystem ITg angebracht werden, welches der Wirkung des Teiles II auf I äquivalent ist. Dann hält das System der äußeren Kräfte P1P2P3 dem System der ///////y, inneren Kräfte V//////////// k 172 das Gleichge- wicht. Die Mechanik der deformierbaren Körper bildet nun die Begriffe der iVrbeit der inneren und äußeren Kräfte. Bei der Betrach- tung des Gleich- gewichtes starrer Körper kommt offenbar Arbeit nicht in Frage. Lediglich bei der Gleichgewichts- betrachtung defor- mierbarer Körper muß die Arbeit in Rücksicht gezogen werden, da sowohl die inneren wie die äußeren Kräfte infolge der Deformation, resp. der Ver- schiebung ihrer Angriffspunkte Arbeit leisten. Die Begriffe Formänderungsarbeit, Defor- mationsarbeit, Verschiebungsarbeit sind sy- nonym. Wir erörtern die oben eingeführten Be- griffe an einem einfachen Beispiel. Ein gewichtlos gedachter elastischer, an seinem Ende A befestigter Stab (Fig. 8) AB (Elasti- zitätsmodul E) werde zur Zeit t = 0 an seinem Ende B von der konstanten Kraft P erfaßt. Es beginnt jetzt eine Deformation des Stabes in Richtung seiner Achse, die beendigt ist, sobald die durch die Deforma- tion im Innern des Stabes w^ichgerufenen Kräfte S der äußeren Kraft P gleich werden. Zur Zeit t = 0 war ja der Stab spannungslos, also S = 0. Ist Gleichgewicht eingetreten, so hat sich der Stab um das Maß /. ver- B Fi-. 8. 528 Ai-ljeit längert, für welches unter den Vorausset- zungen der Elastizitätstheorie gefunden wird ,_ L^ _ L^ ^■~ E.F "~ E.F Man nimmt nun an, daß diese Gleichung dauernd während des ganzen Formände- rungsvorgangs gültig sei und bildet die Formänderungsarbeit der inneren Spannung S p ^r Sd/. woraus mit folü-t: d/.= L.d S EF A = EF 2 Verschiebungsarbeit für elastische Tor- sion (Torsionsarbeit) A= M^l wo M das Torsionsmoment und -9' den Tor- sionswinkel, 1 die Länge des tordierten Stabes bedeutet, und die Verschiebungsarbeit für elastische Biegung (Biegungsarbeit) ^- 2 wo P die in der Mitte de^ freiaufliegenden Stabes angreifende Kraft und f die Durch- biegung bedeuten (Fig. 9). "^T^ Dies ist die Verschiebungsarbeit der in- neren Kräfte. Betrachtet man jetzt die Verschiebungs- arbeit der konstanten äußeren Kraft P, so hat ihi Angriffspunkt den Weg 1 zurück- gelegt und ihre Verschiebungsarbeit ist also 2{ = P.A=2A Es ist also die Arbeit der konstant gedachten äußeren Kräfte gleich dem doppelten der Verschiebungsarbeit der inneren Kräfte. Dieser Satz ist in der Mechanik defor- mierbarer Körper unter der Bezeichnung Clapeyron sches Theorem bekannt. Er gilt unter den Voraussetzungen der Elastizitäts- lehre für isotrope Körper unter Einwirkung beliebiger äußerer Kräfte. Für die Verschiebungsarbeit des Clapey- ronschen Theorems hat Castigliano in der Theorie der Fachwerke eine Anwendung von weittragender Bedeutung geschaffen. Stellt man die Verschiebungsarbeit A für ein Fachwerk auf, so wird A Funktion der sämtlichen unbekannten inneren Stabkräfte und der unbekannten Stützwiderstände X Y... sein. Castigliano bewies, daß bei ge- gebenen äußeren Kräften sich die oben an- geführten Unbekannten stets so einstellen, daß die Verschiebungsarbeit des Fach- werks ein Miniraum wird. Man kann also die Unbekannten , sobald die Ver- schiebungsarbeit A berechnet ist, aus einem Gleichungssystem Fig. 9. Der Begriff der Verschiebungs- resp. Formänderungsarbeit wird auch bei Form- änderungen, die die Elastizitätsgrenze über- schreiten, verwendet. Nach dem Vorgang von T e t m a i e r zieht man die Deformations- arbeit, welche aufgewendet werden muß, um einen Probekörper eines bestimmten Materials durch Zug, Biegung oder Torsion zum Bruch zu bringen, zur Beurteilung der Zug-, Biegungs- oder Torsionsfestigkeit des Materials heran. Zur Bestimmung dieser Arbeit dienen die Festigkeitsmaschinen, welche selbsttätig Diagramme aufzeichnen, deren Flächeninhalt der Deformationsarbeit proportional ist. Die Figur 10 gibt ein solches Diagramm für die Zerreißung eines Stabes. Aus den Ausdrücken für die Verschie- bungsarbeit hat Steiner den Satz abge- leitet: Die Arbeiten, durch die ähn- liche Deformationen ähnlicher Kör- per gleichen Materials innerhalb der ÖA ÖX ÖA ÖY = 0 0 usw. Fig. 10. ermitteln. i In der Elastizitätslehre interessieren neben I Elastizitätsgrenze hervorgebracht der Verschiebungsarbeit für die elastische j werden, verhalten sich wie die Ge- Längenänderung (Dilatationsarbeit) auch dielwichte der Körper. Ai'beit 529 Diesen Satz hat Kick auch auf Form- änderungen oberhalb der Elastizitätsgrenze übertragen und mit dem Namen „Gesetz der proportionalen Widerstände" belegt. Dieses Gesetz ist für eine Anzahl Materialien durch Versuche hinreichend gesichert und leistet in der mechanischen Technologie gute Dienste zur Vorausbestimmung des Arbeits- bedarfes bei technischen Formänderungsvor- gängen (Pressen, Ziehen, Stanzen usw.) aus Versuchen an kleinen Probekörpern. ß) Flüssige und gasförmige Körper. Ein Beispiel für die Arbeitsfähigkeit gas- förmiger und dampfförmiger Körper bietet der Arbeitsprozeß der Wärmemotoren. Hier drückt im Zylinder der Maschine ein Gas oder Dampf auf den Kolben und leistet dabei Expansionsarbeit. Da der Gasdruck im Zylinder und damit die auf den Kolben aus- geübte Druckkraft veränderlich ist, kann zunächst die Arbeit nur für ein kleines Wegelement ds des Kolbens bestimmt werden. dA = Fpds, wo F den Zylinderquerschnitt bedeutet (Fig. 11). Die Arbeit, die das Gas leistet, Fig. 11. wenn sich der Kolben von einem Ende des Zylinders zum anderen bewegt, findet man hieraus durch Integration über den ganzen Kolbenwes: "f. pds Kennt man hier den Zusammenhang zwischen p und s, dann kann A ermittelt werden. Der umgekehrte Fall hegt vor bei der Kompressionsarbeit. Uebt man eine Druckkraft auf den Kolben, indem man ihn vom Zylinderende 2 gegen 1 hinschiebt, so wird von der Druckkraft Arbeit auf das Gas geleistet, die sich analog den obigen Formeln berechnet. Handwörterbuch der Naturwissenschaltcn. Band I. 4. Messung der Arbeit und Leistung. 4 a) Einheiten. Die Arbeitseinheit im absoluten Maßsystem heißt: Erg = Dyne mal Zentimeter. Ein P>g ist die Arbeit, die die Krafteinheit einer Dyne leistet, wenn sie längs des Weges 1 Centimeter wirkt. Dimension = (gr cm^ sec— 2) Die Arbeitseinheit des technischen Maß- systems heißt: Meterkilogramm (mkg) = Kilogrammge- wicht mal Meter. Es ist: 1 mkg = 98 100 000 Erg. Das Erg ist also ein verhältnismäßig kleiner Arbeitsbetrag. Oft l)enutzt man darum 10000000 Erg als neue Einheit, die man 1 Joule nennt. Also ist: i 1 mkg = 9,81 Joule. Die Leistung oder der Effekt ist die Ar- beit in der Zeiteinheit. Die absolute Einheit des Effektes ist das Sekunden-Erg (gr cm- sec— ^). Im technischen Maßsystem ist die Leis- tungseinheit die Pferdestärke: 1 PS = 75 mkg: sec = 75 x 9,81 Joule: sec. Die Leistung: 1 Joule: sec heißt Watt, also ist 1 PS ^ 75 X 9,81 Watt = 736 Watt. Ferner gilt: 1 Kilowatt = 1000 Watt = 1,36 PS 1 Wattstunde = 3600 Joule = 367 mkg 1 Kilowattstunde = 367000 mkg 1 Pferdekraftstunde = 270000 mkg. Die Beziehungen zwischen Wärme und Arbeit werden wie folgt zahlenmäßig fest- gestellt : 1 kg Kalorie = 426 mkg 1 Pferdekraftstunde = 636 Kai. 1 Kilowattstunde = 867 Kai. 4b) Meßmethoden. Die Arbeitsmes- sungen haben den Zweck, die Arbeitsbilanz der physikalischen und technischen Arbeits- prozesse aufstellen zu können. Bei Wärmemotoren handelt es sich hier- bei um I a) Messung der verfügbaren W^ armem enge, I ß) Messung der indizierten Arbeit, y) Messung der effektiven oder Nutz- arbeit. Die Messungen zu a) laufen im wesent- lichen auf Gewichts- oder Volumenmessungen am Brennstoff hinaus nebst kalorimetrischer Bestimmung des Heizwertes des Brennstoffes (vgl. den Artikel „Kalorim etrie"). Zur Messung der indizierten Arbeit ist erforderlich die Feststellung des Indikator- diagramms der Maschine und ihrer minut- 1 liehen Umlaufzahl. 34 530 Arbeit Das Indikatordiagramm wird mittels des Indikators (Fi^. 12 und 13) genommen, der die im Arbeitszylinder herrschenden Drücke pi Fig. 12. der Ai'beitsflüssigkeit in ihrer Abhängigkeit vom Kolbenwege s aufzeichnet. Der Indi- kator besteht aus einem kleinen Dampf- zylinder C, der durch eine Ueberfallmutter M und Gewinde G an den Cylinder der zu untersuchenden Dampfmaschine angeschraubt wird. Im Zylinder C bewegt sich mög- lichst dampfdicht eingeschliffen der Kolben K, dessen Bewegung durch einen Gerad- führungsmechanis- mus proportional auf den Schreib- stift S übertragen wird, wobei die Kolbenwege und damit die auf den Kolben ausge- übten Dampf- drücke den Ver- kürzungen oder Verlängerungen der Indikatorfeder J pro- portional werden. Am Zylinder C ist ferner eine Schreib- trommel T angebracht, die vermittels des Schnurlaufs s in eine der hin- und hergehen- den Bewegung des Kolbens der Dampfe maschine proportionale Bewegung versetzt wird. Auf dieser Trommel verzeichnet der Schreibstift S das Indikatordiagramm. Das Diagramm (Fig. 14) ist infolge der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens ein geschlossenes und da seine Ordinaten nach dem oben Gesagten den Kolbenkräften Fig. 13. und seine Abszissen dem Kolbenweg pro- portional sind, so ist sein Flächeninhalt der pro Kolbenhub auf den Kolben übertragenen Arbeit proportional. Mit Hilfe des Planimeters (vgl. den Artikel „Flächenmessung") stellt man die mittlere Höhe hm des Dia- gramms bezogen auf den Kolbenhub s fest. hm drückt man in Millimetern aus. Hat man nun durch Prüfung der Indikatorfeder J mittels Gewichtsbelastung den Federmaß- stab f des Indikators bestimmt, der angibt, welcher Druck in kg/qcm einem Mllimeter Diagrammhöhe entsj)richt, so ist Pm = fhm der mittlere Druck im Zylinder pro Hub in kg/qcm. Kennt man jetzt den Kolben- quersehnitt F in qcm, so ist Pm = F.pm die mittlere Kolbenkftift pro Hub in kg. Ist schließlich s der Kolbenhub in m und n die minutliche Umlauf zahl, so ist N=2Fpm sn die indizierte Ai'beit in mkg pro Minute. Gebräuchlicher ist in der Technik die Angabe der indizierten Arbeit pro Sekunde, d. h. der indizierten Leistung (vgl. den Artikel Fig. 14. „Leistung"). Vorzugsweise gibt man diese in Pferdestärken an. Es ist '^FpmS.n L = 60.75 die indizierte Leistung der Maschine in Pferdestärken. Zur Messung der effektiven Leistung einer Maschine dienen die Bremsdynamo- meter. Diese haben die Aufgabe, das von der Maschine erzeugte Drehmoment abzu- bremsen und dabei zu messen. Mit der Messung der Umlauf zahl resultiert hieraus die Leistungsmessung. Das einfachste Brems- dynamometer ist der Pro ny sehe Zaum, Figur 15. Es sei S das Schwungrad einer Maschine, die zu bremsen sei. Der Zaum besteht aus zwei Backen BB, die durch Schrauben Sj Sg um das Rad S herumgespannt werden. An der einen Bremsbacke ist ein Hebel H an- Arbeit 531 gebracht, dessen freies Ende durch Gewichte P belastet werden kann. Durch die Schrauben S1S2 wird die Reibuu'j; zwischen den Backen BB und dem Rad S so geregelt, daß das Reibungsmonient dem Moment P.l bei kon- stanter" minutlicher Umlaufzahl n dauernd gleich ist, wobei 1 den Radius des Schwung- rades bedeutet. Durch Wasserzuführung zwischen die Backen und das Rad wird für gleichmäßigen Gang und Al)führuiig der frei- werdenden Wärme gesorgt; Störungen des gemessen wird. Die Wirbelstrombremse zeichnet sich durch Bequemlichkeit und leichte Regulierbarkeit aus. Technisch verwendet werden noch die Transmissionsdynamometer, von denen das von Kitt 1er nachstehend dazu diene, das Wesen dieser Apparate zu kennzeichnen Figur 17. Zwei gleiche Zahnräder Ri und R3 den Gleichgewichtes hält eine Hubbegrenzung in nötigen Schranken. Nach diesen Fest- setzungen ist die effektive Arbeit pro Minute in mkg Ne = 27i?\n und die effektive Leistung in Pferdestärken _ 271 Pin " ~ 75 . ÜO wenn P in kg und 1 in Metern gemessen ist. Neben dieser einfachsten Form des Pronyschen Zaumes existieren noch ver- besserte für selbsttätige Regulierung und Ausgleich des Eigengewichtes, auf die wir hier nicht eingehen. Eine andere Form von Bremsdynamo- meter ist die Wirbelstrombremse Figur 16. stehen miteinander durch ein Zahnrad Rg im Eingriff. Ri und R,, sind fest gelagert, R2 am einen Ende eines um den Mittelpunkt von Ri schwingenden Hebels. Das andere Ende des Hebels kann durch Gewichte P belastet werden. Wird in Rj ein Drehmoment M^ eingeleitet, welches von H^ abgenommen wird, so ent- stehen an den Berührungspunkten von R2 Zahndrücke Z resp. Z\ die einander gleich sind, R2 im Gleichgewicht halten, und deren Summe bei P gemessen wird. Kennt man noch die minutliche Umlauf- zahl n, dann ist die zwischen Ri und R3 übertragene Leistung in Pferdestärken: _ 2 jT Z R n ^~ eo 75 wenn Z in kg, R in Metern gemessen wird. Eine besondere Stelle nehmen schließlich die Torsionsdynamometer ein. Sie gestatten an Maschinen mit langen Wellen die Leistungs- messung im gewöhnlichen Betriebe (ohne künstliche Bremsung). Die Figur 18 zeigt das Schema einer ^TL Fig. 16. Bei dieser siud die Backen BB durch zwei Elektromagnete EE ersetzt, die durch ihre das Schwungrad durchsetzenden Kraftlinien Hysteresis- und Wirbelstromarbeit erzeugen, die ganz analog dem Pronyschen Zaun durch das Produkt 27rPln 75.60 =ur j=u 1 M t Fig. 18. Schiffsdampfmaschine. Die lange Welle zwischen Antriebsmaschine und Schiffs- schraube wird im Betriebe durch das zu übertragende arbeitende Moment M meßbar tordiert. Die Torsion wird gemessen durch den Winkel (p, um den sich die Wellenquer- 34* 532 Arbeit schnitte ab und cd gegeneinander verdrehen. Das Torsionsmoment Mt ist proportional dem Winkel cp: Mt = G.rp Die Konstante c bestimmt sich aus den be- kannten Elastizitätseigenschaften des Wellon- materials und den Wellenabmessungen. Zu- sammen mit der ebenfalls zu messenden Umlaufzahl der Welle ergeben sich dann effektive Ai'beit und Leistung. Mittels dieses Verfahrens wurde es möglich, den mecha- nischen Wirkungsgrad selbst der größten Schiffsdampfmaschinen zu bestimmen. Die Messung des Winkels cp erfolgt entweder mittels elektrischer Kontaktmarken auf einer rotierenden Trommel oder auf mechanischem Wege. 5. Wirkungsgrad und Wirtschaftlich- keit bei der Umwandlung und Uebertra- gung von Arbeit. Alle Vorgänge der Natur bestehen in Form- oder Ortsveränderungen von Arbeitsfähigkeit oder Energie. Die Aufgabe der Technik besteht darin, solche Energieumformungen und Energie- übertragungen zur Leistung bestimmter, für die Lebenserhaltung und Lebenssteigerung nötigen Arbeiten zielbewußt zu organisieren. Die Hilfsmittel hierzu sind die Maschinen (vgl. die Artikel ,, Maschinen", ,, Wärme- maschinen", , ,Tr ans portm aschinen"). Nun lehrt die Erfahrung, daß jede Arbeits- umformung und jede ArbeitsüDertragung mit Verlusten an Arbeitsfähigkeit verbunden ist. Sie möglichst klein zu machen, ist eine Haupt- aufgabe der wissenschaftlichen Technik. Das Maß, inwieweit dieses Ziel erreicht ist, bildet der Wirkungsgrad oder Nutz- effekt. Er gibt an, welcher Bruchteil der in den Arbeitsprozeß hineingegebenen Lei- stung das gewünschte Ziel erreicht, also ent- weder in der gewünschten neuen Form er- halten oder an dem gewünschten Ort abge- liefert wird. In den meisten Fällen ist es zur Ermitt- lung des Wirkungsgrades nötig, den Arbeits- prozeß einer Maschine in seine physikalischen Grundbestandteile zu zerlegen. Der gesamte Arbeitsprozeß der Maschine zerfällt dadurch in eine Anzahl von Teilprozessen, von denen jeder einzelne einen Wirkungsgrad hat. Das Produkt der Wirkungsgrade der Einzel- prozesse ergibt dann den Wirkungsgrad des Gesamtprozesses. Bei einer Dampfmaschine hat man hier- nach zunächst Anlaß, von einem Wirkungs- grad rjv des Verbrennungsprozesses zu reden, der sich in der Feuerung des Dampfkessels abspielt. Niemals wird die ganze, im Brenn- material zur Verfügung stehende Wärme in der Feuerung zur Entwickelung gebracht. Verbrennt man in der Zeiteinheit B kg eines Stoffes vom Heizwert H, so wird die Wärme entwickelt Q = ?yv B.H. Bei einer Explosionsmaschine wird 7/v = 1, da hier der Verbrennungsprozeß sich in dem Arbeitszylinder selbst vollzieht und die ganze, dabei entwickelte Wärme dem Arbeits- prozeß zugute kommt. Der Uebergang der Wärme an die Arbeits- flüssigkeit wird bestimmt durch den Wir- kungsgrad der Feuerung rji, d. h. durch den Bruchteil der entwickelten Wärme- menge, der von den Feuerungsgasen auf den Kessel übergeht. Bei Explosionsmotoren ist wiederum rji = 1. Weiterhin fragt man nach dem Wirkungs- grade, mit dem sich in der Wärmemaschine die Umwandlung der Wärmeform der Arbeit in die mechanische Form vollzieht. Die Wärmetheorie lehrt, daß im besten Falle der Bruchteil 1 — Tx der in den Arbeitsprozeß hineingegebenen Wärme als mechanische Arbeit gewonnen werden kann, falls die Arbeitsflüssigkeit den idealen Arbeitsprozeß (Car not scher Kreis- prozeß) zwischen den Temperaturen To und Ti vollzieht. Die diesem Prozeß entsprechende Arbeit heißt die disponible oder maximale und ')jth = i — Y ist sein idealer oder theoretischer Wirkungs- grad. Ein solcher Kreisprozeß ist praktisch aber nicht durchführbar. Man muß also einen weiteren Verlust in Kauf nehmen, der auf Rechnung der Unvollkommenheit des Arbeits- prozesses zu setzen ist. Diesem Verlust trägt der indizierte Wirkungsgrad ?^i Rechnung, der angibt, wieviel von der disponiblen Arbeit sich als indizierte Arbeit Li wiederfindet. Es ist also A.Li = '}]th.rjiQ das Produkt ^th.iyi heißt auch thermischer Wirkungsgrad 7p rjt = 'r]th.'y]i Die indizierte Arbeit ist die aus Q erzeugte mechanische Arbeit, die auf den Mechanis- mus (Kolben- und Kurbelgetriebe) des Wärme- motors übertragen wird. Die Weiterleitung der indizierten Arbeit durch diesen Mechanis- mus an den Umfang des Schwungrades der Maschine bedingt einen weiteren Verlust durch Reibung, den man durch Festsetzung des mechanischen Wirkungsgrades rjm be- stimmt. Am Umfang des Schwungrades wird die Nutzarbeit Ne (effektive Arbeit oder Bremsarbeit) abgenommen und es ist: Ne = ?7m . Li Arbeit 533 Das Produkt: rj— i^v .r]i.7]th.rji.7]m heißt der Gesamtwirkungsgrad desMotors. 71 gibt also an, wieviel von der im Brenn- material (Kohle, Gas, Petroleum, Spiritus, Benzin) enthaltenen Wärme durcli die Wärme- motoranlagc in Nutzarbeit verwandelt wird. Die Verteilung der oben geschilderten Verluste auf die einzelnen Teile einer Kraft- maschinenanlace zeigen die Diagramme. Figur 19 und 20. ' Figur 19 zeigt die „Wärmebilanz" der Dami)t'niaschine. Das Diagramm soll zeigen, wie die Wärme oder die Arbeit durch die Maschine hindurcliwandert und wie sich unterwegs die einzelnen Verluste abzweigen, Die in die Feuerung in Gestalt von Kohlen Jnfl.'Ar't)ei'r'l6%;'Eff^Arbeir 14.4% ■Reibung 1,6% Verlu' Kessel 24 (tu'ch Raul Fig. 19. Wcärmebilanz der Dampfmaschine. Arbeif 22% ibung jetzt durch den Prozeß der Umwandlung der Wärme in Arbeit ein gewaltiger Verlust statt, indem nur 16 "/o der dem Kessel zur Verfügung gestellten Energie in Gestalt von indizierter Arbeit auf den Kolben der Maschine übertragen werden; alles übrige, d. h. 63 % werden im Kondensator der Maschine ab- geführt. Von diesen 63 "/o werden 5% mit Hilfe der Speisewassrevorwärmung wieder, in den Kessel gebracht. Der Rest (öS^/o) ist verloren, wenn man nicht durch Aufstellung einer Abwärmemaschine noch etwa T^/o aus- nutzen kann. Von den 16 %5 die als indizierte Arbeit im Zylinder gewonnen wurden, gehen nun noch weitere 1,6% durch Reibung im Ge- triebe der Maschine verloren, so daß am Schwungrad der Maschine im besten Falle 14,470 der im Kessel verfeuerten Kohlen- energie zur Verfügung stehen. 0,144 würde also der Gesamtwirkungsgrad der Dampf- maschinenanlage sein. Die Wärmeliilanz der Gasmaschine und zwar zusammen mit einem Gasgenerator (Fig. 20) wird hiernach leicht zu verstehen sein. Als Gesamtwirkungsgrad resultiert 0,22, aUes übrige d. h. 78% der der Anlage zur Verfügung gestellten Energie gehen in den einzelnen Teilen der Maschine verloren. Gelten die beiden Wärmebilanzen Figur 19 und 20 für zwei wichtige Typen moderner Maschinen, so soll uns Figur 21 zeigen, wiesich •zuqeführre Wärme 100% verlusr irr ■^,,///////// ///■/' f..: £iu^ Kessel ?>"/ Fig. 20. Wärmebilanz der Gaskraftniaschine. eingeführte Wärmemenge wird gleich 100 ge- setzt. Bei der Verbrennung der Kohle wird nun gemäß dem Wirkungsgrade der Verbren- nung nicht die ganze disponible Wärme frei, da ein gewisser Prozentsatz der Kohle un- verbrannt durch den Rost fällt oder mit der Verbrennungsluft in den Schornstein geführt wird. Der hierbei resultierende Wärmeverlust ist im Diagramm mit dem viel wichtigeren Verlust durch die Feuerung, durch Rauch- gase und Strahlung (j^f) zusammengenommen. Es resultiert hierlDei der Wirkungsgrad des Kessels mit 0,76 oder 76%. Dieser Anteil geht tatsächlich an das Kesselwasser über. Dem Kessel werden 57o an Wärme im Speisewasser zugeführt, so daß 81% der auf den Rost gebrachten Kohleenergie in die Fig. 21. die Gesamtwirkungsgrade wärmemotorischer Dampfleitung übergehen. Auf dem Wege Anlagen seit Saverys Auftreten bis auf vom Kessel zur Dampfmaschine verliert der unsere Tage vervollkommnet haben. Von Dampf 2%, so daß 79% in den Zylinder Wirkungsgraden von 0,003 und darunter ist der Maschine eintreten. Im Zylinder findet 1 man heute mit 0,36 beim Dieselmotor, der 534 Ai'beit wärmetechnisch vollkommensten Maschine der Gegenwart, angekommen. Wie sich heute die wichtigsten Wärme- motoren hinsichtlich ihrer Wirkungsgrade zueinander verhalten, zeigt Figur 22, in der dargestellt ist, wieviel Energie in Gestalt von Wärme man den einzelnen Maschinen- typen zur Verfügung stellen muß, um am .Schwungrade eine effektive Pferdekraft- stunde gleich 636 kg-Kal. zu erhalten. Wir sehen, am ratif;' 'listen ist der Dieselmotor, er geht am sparsamsten mit der ihm anver- trauten Wärmeenergie um. Verschwen- 2)Spfrftusl^itor2200 500 P.S. 220ÖI 3,)Leucntgas Maschine 1000 P.S. 4)Gicht|as Maschine 2700 500 P.S. 5)Mor4an-Generator 2700 8; Benzin Mofor^'^' 3300 . 60 P. S. .. 4200 lOjHeissdampf Maschine; Dopp.Uberheizur^ 6000 P.S. 11)Dreifech Expansions Masch. 4400 5000 P.S. 12)Dampfturbine 4400 10000 P.S. 13) Schiffsdampfmaschine 200 P. s . 14) Verbund-ßetriebsdampfmaschine Fig. 22. Vergleichende Uebersicht der Oekonomie der heutigen Wärmekraftmaschinen. Wärme- verbraucli in Kalorien für die eff PS- Stund?. derischer arbeiten die übrigen Explosions- motoren, noch unrationeller die Dampf- maschinen, von denen die Lokomotiven den größten Wärmeverbrauch berechnet auf die effektive PS-Stunde aufweisen. Durch Division der bei den einzelnen Typen angegebenen Zahlen in 636 erhält man natürlich die Ziffern für die Gesanit- wirkungsgrade. Analog liegen die Verhältnisse bei an- deren Arbeitsumformungen. Bei Turbinen, Wasserrädern, Elektromotoren usw. fallen die durch den Wärmeprozeß bedingten ge- waltigen Verluste fort und es werden Wir- kungsgrade bis zu 0,9 und darüber erreicht. Von dem Wirkungsgrad sehr wesentlich bestimmt, aber nicht allein von ihm abhängig ist die Wirtschaftlichkeit einer Maschine. Was man darunter versteht und welche Faktoren sie bestimmen, soll hier noch kurz erörtert werden. Die Wirtschaftlichkeit einer Maschine kommt zum Ausdruck in dem Preise, zu dem die Maschine die Energieeinheit abzugeben im- stande ist; je niedriger er ist, desto größer die Wirtschaftlichkeit. An der Bildung dieses Preises beteiligen sich: 1. Die Kosten für die der Maschine zu- geführte Ausgangsenergie (Kohle, Petroleum, Gas usw.). 2. Die Betriebskosten (Schmier- und Putz- material, Instandhaltung, Reparatur). 3. Verwaltungs- und Lohnkosten. 4. Kapitalkosten (Verzinsung und Tilgung des Anlagekapitals). Von diesen Kosten nennt man 1 und 2 die beweglichen, weil sie sich ganz nach der abgegebenen Engeriemenge richten; 3 und 4 aber die festen, weil sie unabhängig von der Energielieferung feststehende Lasten dar- stellen. Die festen Kosten liringen auf den Preis der gelieferten Energieeinheit einen um so größeren Anteil, je weniger man die Lei- stungsmöglichkeit der Maschine ausnutzt. Es folgt daraus, daß eine Maschine um so wirtschaftlicher arbeitet, je gleichmäßiger ihre Belastung ist. Diese Tatsache spielt bei der Tarifpolitik moderner Elektrizitätswerke die bestim- mende Rolle. Bekanntlich sind unsere Elek- trizitätswerke in den Abendstunden durch die elektrische Beleuchtung voll in Anspruch genommen, während die Energielieferung in den Tagesstunden relativ gering ist. Um möglichst wirtschaftlich zu arbeiten, müssen die Werke bemüht sein, möglichst viele Tages- konsumenten heranzuziehen, um auch am Tage die teure Anlage voll auszunutzen. Die verschiedenen Tarife bemühen sich, durch die Abstufung der Energiepreise je nach der Bezugszeit sowie durch Rabatte auf gleichmäßigen Energiebezug ihre Be- nutzunaszeit heraufzusetzen und so die Wirtschaftlichkeit des betreffenden Werkes zu verbessern. Literatur. crAlembert, Traue de dynamique, Paris 17Jf(i. — Galilei, IHscorsi e demostrazioni intorno a due nuove sieme, Leida 1638. — Coriolis, Traue de la mecaniqtie des corps solides et du calcid de l'eß'et des macliines, Paris 1829. ■ — E. Düring, Kritische Geschichte der Allgemei'nen Prinzipien der Mechanik, 1872. E. Mach, Die Mechanik in ihrer Entwickelung historisch und kritisch dargestellt, 1830. — Tod- hunter, History of the Theory of elasticity, Cambridge 188GJ94. — Müller- Breslau, Die graphische Statistik der Baiikonstruktionen, Berlin 1887. — lUecke, Lehrbuch der Physik, 1908. — Chwolson, Lehrbuch der Physik, 1902. — H. Lorenz, Technische Wärmelehre, 1904. — Derselbe, Technische Mechanik starrer Systeme, 1902. — Gramberg, Technische Mes- sungen bei Maschinenuntersuchnngen U7id im Be- triebe, 1910. W. Hort. Archäiciun 535 Archäicnm. 1. Definition 2. Entstellung 3. (Jliederung und Einteilung 4. Fossilienfüliiung 5. Das paläogeographisclie Alter der archäisehen Ge- biete 6. Verbreitung 7. Oekonomischer Wert. Erze. I. Definition. Unter der Bezeichnung A r c h ä i c u m oder archäische G r u p p e faßt man jetzt allgemein alle die aus kristallinen Schiefern, Gneisen, Graniten und anderen Eruptivgesteinen bestehenden Grundgebirgskomplexe zusam- men, für welche ein frühpräcambrisches Alter nachgewiesen oder wahrscheinlich gemacht werden kann. Der Name ar- chäisch wurde 1876 von J. D. Dana vorgeschlagen, und zwar damals als Be- zeichnung für alle Formationen, die älter als die ältesten versteinerungsführenden paläo- zoischen Systeme sind. Später hat man jedoch, sowohl in Nord- amerika als auch in Europa, China usw. eine Reihe Sedimentformationen vorcambrischen Alters kennen gelernt, welche ihrer Beschaf- fenheit nach vollkommen klastisch sind, in keiner Hinsicht von jüngeren schichtigen Gesteinen abweichen und auch durch deut- liche Diskordanzen von den darunterliegen- den kristallinen Basalkomplexen getrennt sind. Erstere hat man aus der Gesamtheit des Präcambriums (vgl. den Artikel „Präcam- b r i u m") als eine besondere jüngere, zwischen Paläozoicum und Archäicum hegende Gruppe abgetrennt, so daß das Archäicum jetzt nur den ältesten Teil der vorcam- brischen Bildungen umfaßt. Da jedoch die Altersbestimmung innerhalb Formationen, in denen man keine sicher erkennbaren fossilen Reste gefunden hat, sehr schwierig ist, kann man nicht bestimmt sagen, ob die archä- ischen Komplexe in den verschiedenen Län- dern einander chronologisch vollständig ent- sprechen. Archäicum bedeutet also dasselbe wie sehr altes Grundgebirge oder mit anderen Worten U r g e b i r g e , wie es auch häufig, beson- ders in Skandinavien, benannt wird. Früher nahm man an, die kristallinen Basalkomplexe, welche überall auf der Erde unter den versteinerungführenden Sedi- menten lagern, besäßen stets sehr hohes Alter, so daß die Begriffe kristalliner Ba- sal k o m p 1 e x oder Grundgebirge und Archäicum oder Urgebirge einander vollkommen entsprächen. Wie man jetzt weiß, hat ein Teil der Komplexe kristalhner Schiefer ihre jetzige Beschaffenheit viel später als in archäischer Zeit, d. h. während paläozoischer, teilweise sogar mesozoischer oder tertiärer Zeit er- halten. Da jedoch das Grundgebirge jüngeren Alters sowie das Archäicum oft in der Haupt- sache dieselbe petrographische Beschaffen- heit aufweisen, haben sich auch die Auf- fassungen über ihre Entstehung gleichzeitig entwickelt, um so mehr als es in vielen Fällen schwierig ist, bestimmt zu entscheiden, welche von den kristallinen Komplexen archäisch und welche davon jüngeren Alters sind. So ist z. B. das sächsische Granuht- gebiet und die Gneisformation des Erzge- birges, welche früher als klassisches Urgebirge angesehen wurden, nach H. C r e d n e r und G ä b e r t von paläozoischem Alter. 2. Entstehung. Die Frage nach der Ent- stehung des x\rchäicums ist vor allem p e t r o- g r a ]) h i s c h e r Natur. Nach ihrer Be- schaffenheit weichen die dasselbe aufbauenden kristalhnen Schiefer, Gneise, Granite usw. mehr oder weniger stark von allen den Sedimenten und vulkanischen Eruptiv- gesteinen ab, welche während späterer geo- logischer Zeiträume gebildet wurden und noch heutigen Tages durch die aktu- ellen Ursachen vor unseren Augen entstehen. Ihre kristaUine Beschaffenheit und viele ihrer übrigen Eigenschaften haben diese Gesteine unter Verhältnissen erworben, welche unserer direkten Erfahrung mehr oder weniger fremd sind und nur durch Apriori- oder Analogieschlüsse erklärt werden können. Zwei prinzipiell verschiedene Deutungen der eigentümhchen Natur der Gesteine des Archäicums sind möglich und sind auch seit den ältesten Zeiten dafür verwendet worden. Nach der einen legt man das Hauptge- wicht auf ihr Alter. Man nimmt hier an, indem man konsequent nach der Kant- L a p 1 a c e ' sehen Theorie schließt, daß sie während einer Zeit gebildet wurden, wo die Verhältnisse auf der Erdoberfläche so sehr von den jetzigen Verhältnissen abwichen, daß die Bedingungen für die Gesteinsbildung da- mals ganz anderer Art waren. Ungeheuere Massen schmelzflüssigen Magmas, so stellt man sich vor, ergossen sich damals über die Erdoberfläche und nahmen bei der Erstarrung infolge der bedeutenden Wärme und unter dem Drucke einer Atmo- sphäre, welche in Gasform alles Wasser, was jetzt die Meere bildet, sowie große Mengen von Kohlensäure, Schwefel, Chlor usw. ent- hielt, dieselbe körnige Struktur an, welche Magmagesteine jetzt erst in größerer Tiefe unter der Oberfläche erhalten. Die Massen- eruptionen waren von entsprechenden Mengen vulkanischer Asche begleitet. Nachdem die Temperatur so weit gesunken, daß ein Urmeer entstehen konnte, besaß letzteres anfangs noch mehr als 100" Wärme. Sihkatminerale konnten sich in diesem Meere durch direkte Auskristallisation aus heißen Lösungen bilden, 536 Ai'chäicuiu welche die Tuffschichten zugleich verkitteten und in gewissen Fällen umwandelten. In dieser Weise lagerten sich, so nahm man an, zuerst hauptsächlich gneisähnhche Gesteine, dann Ghmmerschiefer, Hornblende- schiefer usw. ab und sclüießhch, zu einer Zeit, wo die Verhältnisse auf der Erdober- fläche schon mehr den später herrschenden ghchen, Phyllite, Tonschiefer usw. Gemäß der klassischen Dreiteilung, welche man noch recht häufig zitiert findet, zerfiel das Archäi- cum somit in eine Gneis-, eine Glim- merschiefer- und eine P h y 1 1 i t - T 0 n s c h i e f e r f 0 r m a t i 0 n. Diese Auffassung, wonach das Archäicum unter Verhältnissen entstand, welche von den jetzt herrschenden (aktuelle n) ganz verschieden, also „exzeptionell", waren, kann als die e x z e p t i o n a 1 i s - tische (oder auch kataklysmati- s c h e) Auffassung des Archäicums be- zeichnet werden. Sie wird auch von einem ihrer Anhänger, Sterry Hunt, bezeich- nend genug, die chaotische genannt. Man findet sie noch in einer Menge ver- schiedener Variationen, besonders in popu- lären und halbwissenschaftlichen Arbeiten, worin sie oft noch als ,,die bisher von fast sämthchen Geologen geteilte" Ansicht be- zeichnet wird. Doch schon früh machte sich eine andere, entgegengesetzte Auffassung des Archäicums und des Grundgebirges im allgemeinen gel- lend. Diese legt das Hauptgewicht auf den Umstand, daß die kristaUinen Komplexe eine tiefereLageals alle darüberhegen- den klastischen Sedimentformationen ein- nehmen. Selbst da, wo sie jetzt zutage hegen, müssen sie früher von mächtigen Gesteins- massen bedeckt gewesen sein, die später durch die Denudation entfernt wurden. Die archäischen Bildungen können somit in großer Tiefe hoher Wärme, starkem Drucke, wässerigen und gasförmigen Emanationen aus dem heißen Erdinneren und anderen ähn- lichen Agentien ausgesetzt gewesen sein, welche sie dort umgewandelt, teilweise viel- leicht umgeschmolzen haben. Gesteine, welche ursprünglich dieselbe Beschaffenheit besessen haben mögen, wie die durch ak- tuelle Ursachen an der Erdoberfläche gebil- deten (superkrustalen) Formationen, können daher durch eine in der Tiefe vorsichge- gangene Metamorphose eine verän- derte kristalline Beschaffenheit erhalten haben, während andere Urgebirgsbildungen direkt durch die Erstarrung geschmolzener Magmamassen in großer Tiefe entstanden. Obgleich diese aktualistische Auffassung des Archäicums in ihrer einfach- sten Form schon durch den großen Lehr- meister der Geologie, Hutton, ausge- sprochen und später von Lyell weiter aus- gebaut wurde und die theoretisch möghchen, verschiedenen Formen der Metamorphose schon von den französischen und deutschen Forschern in der ersten Hälfte des 19. Jahr- hunderts, also während der heroischen Periode der Geologie, ausgedacht worden waren, währte es noch lange Zeit, ehe eine plausible Erklärung der Einzelheiten der Metamorphose oder eine für Kartierungszwecke anwendbare, auf jenen Theorieen fußende Einteilung und Terminologie der kristalhnen Schiefer ge- schaffen wurde. Erst nachdem die Gesteinslehre nach Ein- führung des Mikroskops, und besonders durch die fleißige Arbeit der deutschen petrogra- phischen Schule unter F. Zirkel und IL Ro- 'senbusch, eine derartige Entwickelung er- reicht hatte, daß jedes Eruptivgestein in ein 1 geordnetes System eingereiht, nach Struktur und Älineralbeschaffenheit genau bestimmt und aus letzteren die Entstehungsbedingungen abgelesen werden konnten, kam das Studium der kristaUinen Schiefer wieder an die Reihe. Seit einigen Jahrzehnten hat die Frage nach der Entstehung des Archäicums wieder auf der Tagesordnung gestanden und in den großen Zügen ihre Lösung gefunden, ob- gleich der Streit darum noch fortdauert. Da diese ältesten und untersten Bildungen uns sowohl zeithch, als auch räumhch am entferntesten hegen, so ist es klar, daß die geologische Forschung, deren Vorschreiten naturgemäß von oben nach unten vor sich geht, erst zuletzt die Frage nach ihrer Ent- stehung anschneiden konnte, und es dürfte daher noch lange dauern, ehe vollständige Einigkeit darin erzielt wird. Sucht man dieses Problem von induk- tiven Gesichtspunkten aus zu lösen, d. h. also durch Vergleich mit jüngeren Gesteins- formationen, deren Entstehung uns bekannt ist, so fragt es sich vorerst, ob wir irgendwo noch — trotz der angenommenen Umwand- lung — deuthch erkennbare Spuren einer ursprünglichen Beschaffenheit derselben^ Art vorfinden, wie wir sie bei jüngeren Sedi- menten oder bei Eruptivgesteinen, welche sich über die Erdoberfläche ergossen haben, beobachten. Die grobkörnigen Teile der Sedimente müssen sich natürhch länger erhalten, als die feineren. Es ist daher wahrscheinlich, daß die durch Anhäufung von Geröll ent- standenen Konglomerate — auch nach der Umwandlung — eher ihre ursprüngliche Struktur deuthch hervortreten lassen werden als feinkörnigere Gebilde. In der Tat hat man an vielen Stellen auch in stark umgewandelten archäischen Gesteinskomplexen sicher erkennbare Konglo- merate gefunden. Solche scheint zuerst Törnebohm in Schweden, am Ufer Ai-chäiciun 537 des Wäner Sees (1870), beobachtet zu daher schheßen, daß auch wenigstens ein haben. Viel Aufsehen erregte auch Sauers Teil der zwischen diesen metamorphosierten Fund eines Gneiskonglomerates bei Ober- Sedimenten eingeschalteten kristaUinen Mittweida in Sachsen (1879); und ob- 1 Kalksteine durch Metamorphose aus Kalk- gleich sich dieses später als paläozoischen i schlämm oder^aus Anhäufungen von Schalen Alters erwies, so hat diese Entdeckung Organismen entstanden sein doch bedeutenden Einfluß auch auf die Auffassung des Archäicums gehabt. Im Archäicum Finnlands trifft man kristallin- schiefrige Konglomerate geradezu auf Schritt und Tritt an: in Yhvieska in Oesterbotten, wo kalkreicher können. Das Archäicum wird so m i t zu einem bedeutenden Teil aus Gesteinen aufgebaut, die ur- sprünglich normale Sedimente sie 1885 von S e d e r h o 1 m zuerst gefunden oder vulkanische Ergußge wurden, in der Tammerforsgegend, von wo steine und deren Tuffe waren, derselbe solche i. J. 1893 beschrieb ; in Ost- aber nachträglich eine mehr Finnland (von Frosterus 1902 beschrie- oder weniger starke Metamor- ben), in Lappland (Fig. 1) usw. In Schweden p h o's e erlitten haben, kennt man dieselben, nach H ö g b o m , Ein sehr großer Teil der im ebenfalls von verschie- denen Lokah täten: das Skellefteä-Feld in Norr- land, das Grythytte- Feld in Nerike, Smä- land; die Gegend von Vestanä in Schonen (1884 von De Geer gefunden; äußerst sorg- fältig von B ä c k - ström beschrieben) usw. Ferner hat man auch unter den Ge- '"*' steinen des nordeuro- päischen, sowie auch des nordamerikanischen Archäicums solche ge- funden, welche trotz der erhttenen Um- wandlung deuthch die charakteristischen Fig. 1. Strukturen vulkani- scher Gesteine zeigen. Solche sind 1885 von L a w s o n aus der Rainy Lake- Gegend in Canada, von S e d e r - h 0 1 m 1890 aus dem südwesthchen Finnland (metamorphosierte Basalte, Andesite usw.) und von Otto Nordenskjöld 1894 aus Smäland in Schweden (metamorpho- i^i«*= Fels von kalewischem Konglomeratschiefer am L f er des Sees Kuivajärvi. Kuolajcärvi in Lappland. Archäicum auftretenden Ge- steine ist aber offenbar auch aus mehr oder weniger stark umgewandelten, in der Tiefe erstarrten Eruptivgesteinen entstanden, wie z. B. aus Graniten, sierte Rhyohte, Trachyte usw.) beschrieben Dioriten (granitische und dioritische Gneise), worden. aus Diabasen (Plagioklasamphibolite oder Jedoch nicht nur die sehr grobkörnigen Metabasite) aus Peridotiten und Ohvinfels metamorphosierten Sedimente, sondern auch (Amphibohte , Serpentine , gewisse Talk- die feinkörnigeren lassen bei genauem Stu- und Chloritschiefer). Diese gneisigen Ge- dium viele Züge ihrer ursprünglichen Be- steine haben eine Umwandlung erhtten, schaffenheit deuthch hervortreten. bei welcher die mechanische Ausquetschung Manhatsofeststellenkönnen, daß unter den der Mnerale und die Bildung paralleler Schiefern des Archäicums in Nordeuropa (im Sprünge und Gleitflächen, auf denen Ghm- sogenannten Fennoskandia) auch solche mer und andere fadenähnliche oder blättrige vorkommen, welche durch Umwandlung von IVIinerale auskristallisierten, eine sehr wichtige Quarzsand (Quarzite in verschiedenen Sta- ; RoUe gespielt haben. dien der Umwandlung), feldspathaltigem Sand Sowohl die Minerale im kleinen, als auch, (grauwackenähnhche PhyUite), Ton (dichte in manchen Gegenden, die Gesteinsmassen Phyllite), basischen und saueren Tuffen usw. im großen besitzen oft die durch Aus- entstanden sind. Ex analogia muß man j quetschung verursachte Linsenform. 538 Ai^chäicum Die moderne Petro^raphie hat die Meta- morphoseprozesse in allen ihren Einzelheiten erforscht (vgl. den Artikel ..Minerogenesis und P e t r 0 g e n e s i s der m e t a m o r - phischen Gestein e"). Die Umwandlung der Minerale lassen sich besonders gut nach L o s s e n s Vorbild durch das Studium der P s e u d o m o r - p h 0 s e n nachweisen, bei welchen die Kristallformen der ursprünglichen Minerale noch vorhanden sind, während die Substanz in eine andere umgewandelt ist. Besonders J. Lehmann, dessen große Arbeit „Untersuchungen über che Entste- hung der altkristalhnischen Schiefergesteine" auf diesem Gebiet revolutionierend wirkte, Kosenbusch, van Hise, Becke und Grubenmann sind beim Studium der durch die D y n a m o m e t a m o r - p h 0 s e (Druckmetamorphose) hervorge- brachten Wirkungen bahnbrechend gewesen. Nach der Ansicht der Rosenbusch sehen Schule soll diese sogar Hauptursache der eigentümlichen Beschaffenheit der archä- ischen Gesteine sein. Die Wirkung der durch die Wärme der Eruptivmassen und der von ihnen ausgehenden Emanationen verursach- ten K 0 n t a k t m e t a m 0 r p h 0 s e hätte sich dagegen auf eine Umkristallisation inner- halb der ahernächsten Umgebung beschränkt. Im Gegensatz hierzu nehmen andere Forscher, besonders die französische petro- graphische Schule unter Michel-Levy, B a r r 0 i s und L a c r o i x , ferner auch J. Lehmann und eine Menge anderer deutscher Geologen, sowie viele britische, amerikanische und nordische Petrographen an, daß eine weitgehende Injektion von granitischem Material eine große Rolle bei der Entstehung einiger im Archäicum sehr häufiger Gesteine gespielt habe. Be- sonders im nordeuropäischen Urgebirge be- sitzen diese A d e r g n e i s e (A r t e r i t e) (Fig. 2) große Verbreitung. Die Aederung Fig. 2. Adergneis von Kainari in Ylöjärvi, Finland. ist oft mit einer äußerst starken F'altung ver- bunden, welche offenbar im Zusammenhang mit dem Eindringen der Adern vor dem völligen Erkalten des Granites entstanden sind. Man kann den Uebergang dieser arte- ritischen Gesteine mit scharf begrenzten Adern in solche Mischgesteine (Migma- t i t e) verfolgen, in welchen die verschie- denen Komponenten so intim gemengt sind, daß man sie nur schwierig von einander unter- scheiden kann. Die migmatitischen Gneise mit vorherrschend schiefrigem Material gehen ihrerseits in migmatitische Granite über, welche von unscharf hervortretenden'dunk- leren Streifen, Flecken und Flamnienferfi'dlt sind. In nahem Anschluß an die Intektionslehre erklärt S e d e r h o 1 m die Entstehung migmati tischer Gesteine durch eine teilweise Wiederaufschmelzung sechmentärer Schiefer, oder druckschiefriger Eruptivgesteine, welche in großer Tiefe unter der Oberfläche statt- Aieliäicum 539 gefunden hätte. Unter dem Druck darüber- gelagerter oder darübergeschobener Gesteins- massen sind diese Gesteine in solche Tiefen hinabgepreßt worden, daß sie den aus dem schmelzflüssigen Inneren der Erde empor- steigenden granitischen Massen begegneten. S e d e r h 0 1 m nennt diesen Prozeß, wodurch schon erstarrte feste Eruptivmassen auch eine erneute „pahngene" Eruptivität erhalten können A n a t e x i s. Schon viel früher hat Lawson sich der gleichen Auffassung einer „subkrustalen Wicderaufschmelzung" bedient, um die eigen- tümliche Tatsache zu erklären, daß den archäischen Sedimenten gewisser Teile Cana- das so oft ein erkennbarer Basalkomplex fehlt, daß sie vielmehr gleichsam in den umgebenden Graniten schwimmen. Auch Adams hat ausgezeichnete Beispiele migma- titischer Gesteine aus dem Archäicum Canadas geschildert. Unter den Forschern, die sieh mehr oder weniger bestimmt zugunsten der Wiederaufschmelzungslehren ausgesprochen haben, sind nochDaly, Gavelin, Gürich, Kjerulf, Klemm, Loewinson-Lessing, Philipp, Eduard Suess, Teall und Termier zu nennen. Wenn nun also auch ein großer Teil der gneisähnlichen Gesteine des Archäicums durch die erwähnten metamorphen und „ultrametamorphen" Prozesse aus super- krustalen Sedimenten und vulkanischen Ge- steinen, sowie in der Tiefe erstarrten Eruptiv- massen entstanden sind, ist man doch auf mancher Seite geneigt, einem Teil derselben eine andere Herkunft zuzuschreiben. Was die granitischen Gneise betrifft, welche allein für sich große einförmige Ge- biete bilden, so begegnet man immer wieder der Auffassung, sie könnten Teile der ersten Erstarr nngskruste der Erde sein. R 0 s e n b u s c h neigt einer solchen Auf- fassung zu, ebenso T ö r n e b o h m , be- sonders in betreff der ältesten granitischen Gneise des westhchen Schweden, denen je- doch von anderen Forschern ein jüngeres Alter zugeschrieben wird. Die Ansicht, die größten Massen der gra- nitischen Gneise wären k r u s t a 1 , Teile der von außen nach innen langsam erstar- renden Erdkruste, braucht jedoch nicht unbedingt mit der Annahme vereinigt zu werden, sie seien in ihrer (lesamtheit vor der Ablagerung der ältesten Sedimente er- starrt. Denn man kann in dieser Erstarrung schwerhch einen ein für allemal abge- schlossenen Vorgang erblicken, sondern die Erdkruste muß in dem Maße, wie die Ero- sion ihre obersten Teile entfernt, noch heutigen Tages durch Erstarren der darunter- liegenden schmelzflüssigen Massen einen Zuwachs von unten erfahren. Selbst falls Teile der e r s t e n Erstar- rungskruste erhalten und sichtbar gebheben sind, können sie schwerhch von solchen Teilen der Kruste getrennt werden, welche später unter einer u. a. auch Sedimente enthalten- den Decke erstarrten, wo aber die erkalten- den Massen zu tief lagen, um mit ersteren in Berührung zu kommen. Naturgemäß müssen jedoch vor allem die allerältesten Formationen einer so tief- greifenden Denudation ausgesetzt gewesen sein, daß die ,,krustalen" Granitgneismassen an die Oberfläche gelangen konnten und deshalb sind diese in vielen Fällen von sehr hohem archäischen („katarchäischem") Alter. Die Tatsache, daß die archäischen Bil- dungen ohne Ausnahme stark disloziert, kristalhn und oft in großer Ausdehnung mit Granit gemischt sind, hat zu der Annahme Veranlassung gegeben, die Gebirgsfaltungen seien zu jener Zeit zahlreicher und die eruptive Tätigkeit stärker als in späterer Zeit gewesen. Da die erwähnten Züge als für das Archäicum charakteristisch angesehen werden und man somit, sobald inan Sedimente hohen Alters trifft, die nicht ebenso stark disloziert und umgewandelt sind, dieselben vom Archäicum abzutrennen geneigt wäre, obgleich sie möghcherweise gleichaltrig mit dem sein können, was anderswo als archäisch bezeichnet wird, so kann diese Annahme auf einem Zirkelschluß beruhen. Da die archäischen Bildungen so alt sind, haben sie natürlich mehr Gebirgsfaltungen mitgemacht als _ die späteren Bildungen. Doch steht es nicht im Widerspruch mit dem, was man bis jetzt vom Archäicum kennt, daß die Granitintru- sionen und Gebirgsfaltungen auch hier, was ihre Verbreitung betrifft, lokal gewesen sein können. 3. Gliederung und Einteilung. Da nun das Archäicum zum nicht unwesenthchen Teil aus umgewandelten Sedimentgesteinen mit eingelagerten Tuffen und Ergußgesteinen besteht, fragt es sich, ob man auch hier ihre ursprünglichen Lagerungsverhältnisse und ihre Altersfolge bestimmen kann. Im all- gemeinen sind die archäischen Bildungen äußerst stark disloziert. Die Schichten sind zusammengefaltet, auseinandergezerrt, oft mit Graniten gemischt, innerhalb deren die sedimentären Gesteine häufig größere oder kleinere fragmentarische Gebiete bilden, und die Schichtenstellung ist meist ganz senk- recht. Es ist klar, daß unter solchen Verhält- nissen die Erforschung ihrer Stratigraphie immer sehr schwierig bleiben muß. Die meisten Einteilungsversuche für die archä- ischen Gesteine sind auf nunmehr als un- richtig erkannter Grundlage gemacht worden und besitzen daher nur historisches Interesse. Dieses gilt z. B. für die Einteilung des bayri- schen Grundgebirges in eine „bojische" 540 Ai'chäicuni Gneisformation und eine „herzynische" Schieferformation. An einigen besonders günstig gelegenen Stellen kann man jedoch konstatieren, daß auch im Archäicum große Diskordan- zen in der Schichtenfolge vorkommen und vermag, von diesen ausgehend, die Sediment- formationen des Urgebirges voneinander ab- zutrennen und im einzelnen einzuteilen. Dies ist besonders in gewissen Teilen Finnlands und des nördlichen Schweden der Fall. Man kann an solchen Stellen kon- statieren, daß gewisse weit verbreitete Granite zur Unterlage einiger sedimentärer Schieferformationen gehören, während sie andere in Form von Adern und Gängen durchdringen. Die Ablagerungszeiten dieser verschiedenen archäischen Sedimente müssen also durch lange Zwischenperioden getrennt gewesen sein, während welcher er- stere Zeit hatten, durch Gebirgsfaltungen in große Tiefen unter die Oberfläche gepreßt zu werden, wo granitische Maßen in sie ein- drangen. Nach der Erstarrung der letzteren fand eine so tiefgreifende Abtragung statt, daß diese Granite an die Oberfläche kamen. Von der Grenze der einstmahgen Unterlage jeder Formation ausgehend, kann man die Schichtenfolge innerhalb der letzteren be- stimmen. Hierbei stellt man fest, daß diese archäischen Sedimentformationen häufig eine bedeutende Mächtigkeit, bis einige 1000 m erreichen. Im westhchen Finnland tritt besonders deuthch eine große Diskordanz hervor zwischen einem älteren Komplex, welcher neben granitischen Gneisen (dynamometa- morphosierten Graniten) stark umgewan- delte Sedimente (Ghmmerschiefer, Quar- zite usw.) sowie besonders feldspatreiche feinkörnige Schiefer, sogenannte Leptite umfaßt, die umgewandelte Ergussgesteine und ihre Tuffe sind und ferner auch Einlagerungen von kristallinem Kalkstein enthält, und den jüngeren sogenannten bott- nischen Schiefern, welche am besten bei Tammerfors aufgeschlossen sind und aus metamorphosierten sandigen und tonigen Se- dimenten, Konglomeraten, vulkanischen Er- gußgesteinen und Tuffen bestehen. Die Ge- samtmächtigkeit beträgt bis £000 m. Die Leptite nebst zugehörigen Schiefern besitzen ihre Hauj.tverbreitungim mittleren Schweden, wo besonders H o 1 m q u i s t genaue Unter- suchungen über ihre Genesis angestellt hat. Ein großer Teil der mittelschwedischen Eisenerzvorkommen gehört zu dieser For- mation. Aber auch den bottnischen ähnhche Schiefer und darunter, wie schon erwähnt, auch Konglomerate , kommen an vielen Stellen in Mittelschweden und bei Skellefteä in Norrland vor. Im östhchen und nördlichen Finnland nimmt man auch eine Diskordanz an zwischen den älteren ladogischen Schiefern am Ladoga (Ghmmer- und Hornblendeschiefer, Kalk- steine, Quarzite usw.) und den jüngeren kale- wischen Schiefern (umgewandelte Quarzsand- steine und Konglomerate, Metabasite, Phyl- tite usw.). Die Diskordanz ist jedoch nicht immer deuthch, offenbar weil die kalewi- schen Sedimente an vielen Stellen auf einer Unterlage von ladogischen Schiefern ähn- Mcher Zusammensetzung abgelagert wurden. Alle in diesen verschiedenen Formationen, welche große Mächtigkeiten besitzen, vor- kommenden Schiefergesteine gehen da, wo sie mit Graniten in Berührung kommen, in migmatitische Gneise über. Die kalewischen Schiefer sind sicher jünger als die bottnischen, da sie dem postbott- nischen Granit aufgelagert sind, die ladogi- schen wahrscheinlich etwas älter als letztere. Auch im Archäicum des mittleren Canada und der angrenzenden Teile der Vereinigten Staaten hat man eine aus superkrustalen Gesteinen bestehende Abteilung (Keewatin) unterschieden, die sowohl basische und sauere vulkanische Ergußgesteine und deren Tuffe, als auch Ghmmerschiefer, Kalksteine, Quar- zite, Grauwackenschiefer, Konglomerate und Brekzien enthält. Auch schichtige Eisenerze kommen in dieser Formation vor. Einige Schiefer sind kohlenführcnd. C o 1 e m a n hält die normale Sedimentnatur dieser Schiefer für erwiesen. Von etwa demselben Alter sind die sogenannten Grenville- und Hastings-Serien des östhchen Canada, in welchen besonders Kalksteine eine große Mächtigkeit besitzen. Der sedimentäre Teil des Keewatin ist auch (von Lawson) Coutchiching benannt worden. Die Grenville- und Hastings-Serien wurden früher in die sogenannte Laurentische For- mation eingeschlossen. Jetzt werden aber hierzu hauptsächhch Granite, sowohl solche, welche die archäischen Schiefer durch- dringen, als auch jüngere gerechnet; und dieser Begriff hat also jetzt keine chrono- logische Bedeutung mehr. In Canada nahm man früher an, daß unter den superkrustalen Gesteinen des Archäicums vulkanische Ergußgesteine und Tuffe vorherrschten. Nach neueren An- sichten überwiegen aber unter ihnen meta- morphosierte normale Sedimente. Dies ist auch im östhchen Teil von „Fennoskan- dia" der Fall, während dagegen in Schweden vorwiegend sauere Ergußgesteine und deren Tuffe auftreten. 4. Fossilienführung. Nichts in der pri- mären Beschaffenheit der archäischen Scliiefer widerspricht der Annahme, daß zur Zeit ihrer Bildung Organismen hätten leben können. Archäiciiiii 541 Der reiche Kohlengehalt vieler archäischer Schiefer deutet auch an, daß organisches Leben schon damals existierte. Zwar kann ja Kohlenstoff auch auf anorganischem Wege entstehen, so daß Graphit bekannthch gang- förmig auftritt. In vielen Fällen tritt aber der Kohlenstoff der archäischen Schiefer als Zement ihrer klastischen Körner und in naher Verbindung mit den ursprünglichen Gemengteilen des Gesteins auf und dürfte dann ein organischer Detritus gewesen sein. Das sogenannte Eozoon canadense ist nach M ö b i u s ' überzeugender Darstellung ein anorganisches Gebilde. Seine Entstehung durch Dislokationsprozesse und AuskristaUi- sation neuer Minerale kann im einzelnen ver- folgt werden. Bei Tammerfors in Finnland findet sich ein von S e d e r h o 1 m be- schriebenes rätselhaftes Gebilde (sackförmige, durch kohhge Substanz markierte Figuren), für welches er eine wahrscheinhch organische Entstehung in Anspruch nimmt und das er C 0 r y c i u m e n i g m a t i c u m benannt hat (Fig. 3). Es erinnert etwas an gewisse fossile Algen. 1 1 (• i -r * '^' " 1 \ I Fig. 3. C 0 r y c i u m e n i g m a t i c u m in einem bosnischen Schiefer von Ajonokka. Messiikylä. Finland. % 'ler natürlichen Größe. Wenn auch die fossile Natur dieser Gebilde zweifelhaft ist, so kann doch das Fehlen von Fossilien im Archäicum nicht als ein wesent- hches Kennzeichen desselben angesehen wer- den, denn seine Gesteine sind in der Regel so stark umgewandelt, daß die etwa vor- handen gewesenen Fossilien zum größten Teil vernichtet worden sein müssen. Immer- hin bleibt also die Möghchkeit bestehen, an ungewöhnlich gut erhaltenen Stellen Fossi- hen vorzufinden. Die Bezeichnung azoisch (frei von Organismen), welche früher ganz allgemein gebraucht wurde, darf daher m'cht als Synonym für archäisch benutzt werden. 5. Das paläogeographische Alter der archäischen Gebiete. Man darf sich nicht vorstellen, die archäischen Gebiete müssten immer in paläogeographischer Beziehung sehr alt sein. Zwar gehören sie oft zu den resistenten Teilen der Erdkruste, welche während sehr langer Perioden Festland waren, in vielen Fällen sind sie jedoch im Laufe der geologischen Zeiträume zu wiederholten Malen vom Meer überschwemmt worden, das auf ihnen Sedimente verschiedenen Alters hinterheß, welche teilweise erst während der letzten geologischen Zeiträume fortdenudiert wurden. So erhielt das hauptsächlich aus archä- ischen Gesteinen bestehende Gebiet in Nord- europa erst in tertiärer Zeit seine jetzige Begrenzung und sein heutiges Rehef, wäh- rend es früher, ebenso wie das angrenzende russische Flachland, zum großen Teil von jüngeren Sedimentlagern bedeckt war. Das große canadensisch-grönländische Ge biet archäischer Gesteine, das sogenannte Laurentia, scheint dagegen zum bedeuten- den Teil nicht in postcambrischer Zeit von Meeressedimenten bedeckt gewesen zu sein. Dagegen wurde es wiederholt in präcambri- scher Zeit von Meeren bespült, welche post- archäische („algonkische") Sedimente darauf ablagerten. 6. Verbreitung. Der Umstand, daß, wie schon erwähnt, ein großer Teil der kristal- linen Gebiete, welche früher als typisches Archäicum angesehen wurden und ihrer Be- schaffenheit nach mit letzterem überein- stimmen, später als jüngeren Alters erkannt wurde, ist einer genaueren Angabe seiner Verbreitung sehr hinderlich. Die früher als klassisches Gebiet ange- sehene kristalline Formation in Sachsen wird ja jetzt von den dortigen Geologen als in paläozoischer Zeit entstanden aufgefaßt, und was einen großen Teil der übrigen, als Archäicum bezeichneten Gebiete in Zentral- europa, besonders den Alpen betrifft, so muß ihr Alter als sehr ungewiß, in vielen Fällen sicher als postarchäisch angesehen werden. Besonders was die Gneisgebiete des Schwarzwaldes und der Vogesen betrifft, welche durch die darüber veröffenthchten klassischen petrographischen Untersuchungen berühmt geworden sind, so ist ihr archäi- sches Alter keineswegs sicher erwiesen. Da wo die cambrischen Lager direkt die kristalhnen Bildungen bedecken, läßt sich ihr Alter leichter bestimmen. So besteht ein Teil des kristalhnen Untergrundes im 542 Archäicuin bayriscli-böhraischen Grenzgebirge aus Archäi- cum. Ebenso das Grundgebirge der Auvergne und ein Teil der übrigen kristallinen Gebiete in Frankreich und auf der iberischen Halbinsel. In Sibirien und ganz Ostasien besitzt das Archäicum große Verbreitung und wird an verschiedenen Stellen von jüngeren prä- kambrischen und kambrischen Sediment- lagern bedeckt. Auchin Australien und Indien kann das archäische Alter eines großen Teiles der kristallinen Gebiete dieser Länder sicher bestimmt werden. Ebenso kommen in Afrika, sowohl im Süden des Landes, als auch inner- halb der weitausgedehnten Saharafläche große archäische Gebiete vor. Die kristallinen Gebiete Südamerikas sind teilweise auch sicher archäisch, teilweise aber dem Alter nach nicht sicher bestimmbar. Doch das größte Gebiet archäischer Ge- steine (L a u r e n t i a) kommt in Nordamerika vor, erstreckt sich von Canada weiter nach NO und tritt auch in großen Teilen Grön- lands auf. Ein Gegenstück hierzu in kleinerem Maßstabe bildet das Urgebirgsterrain Nord- europas Fennoskandia, wo jedoch neben archäischen Gesteinen auch jüngere prä- cambrische und paläozoische Gesteine in großer Verbreitung vorkommen. 7. Oekonomischer Wert. Erze. Die archäischen Gebiete, in deren Gesteinen der Kalkgehalt im allgemeinen niedrig ist und die im übrigen zum größeren Teil aus schwer- löshchen Mineralen bestehen, zeichnen sich gewöhnhch durch verhältnismäßig kargen Boden aus, um so mehr als viele dieser Gebiete auch vor nicht allzulanger Zeit von einer zu- sammenhängenden Eiskruste bedeckt ge- wesen sind, unter welcher steinige Moränen- ablagerungen sich abgesetzt haben. Die Granite dieser Gegenden zeigen oft bis an die Oberfläche hinauf eine seltene Frische, wodurch sie als Material für die Steinindustrie Wert bekommen. Dagegen mangelt es ge- wöhnhch in dieser Gegend an loseren Bau- steinen. Die kristallinen Kalksteine be- sitzen große ökonomische Bedeutung, so- wohl als Material für die chemische Inclustrie als auch für die Steinindustrie (Marmor). Von anderen wertvollen Mineralen im Archäicum sind weiter der Feldspat der Pegmatitgänge, der Apatit (Canada und Norwegen), Graphit und Asbest (besonders Canada) zu erwähnen. Erze kommen in vielen anderen Gebieten reiclüich vor. In Europa ist besonders Schwe- den berühmt wegen seines Reichtums an Erzen, von denen viele archäischen Alters sind. Dies gilt u. a. für die großen Vor- kommen von Magneteisenerz bei Kiruna- vaara, Gellivaara usw. im schwedischen Lapp- land, sowie für Grängesberg, Dannemora und andere Eisenerzfelder im mittleren Schwe- den. Auch die Eisenerze von Arendal, Kra- gerö und Südvaranger in Norwegen gehören zum Archäicum, ferner eine Menge titan- reiche Eisenerzvorkommnisse. Das gewal- tige Knpferkiesvorkommen von Falun in Dalarne gehört auch zum Archäicum. Aus dieser Grube ist im Laufe der Zeiten Kupfer mit einem Geldwert von wenigstens einer Milharde gefördert worden. Nickelerze kommen bei Sudbury in Canada und an mehreren Stehen in Skan- dinavien vor. Die großen Eisenerzvorkomm- nisse der Adirondacks im Staate New York sind auch von archäischem Alter. Das Urgebirge Canadas ist überhaupt sehr reich an Erzvorkommen, diese gehören aber im aUgemeinen zum jüngeren Prä- cambrium, weshalb wir sie unter letzterer Rubrik schildern wollen. Ueberhaupt wer- den wir Veranlassung finden, auf verschie- dene hier berührte Fragen zurückzukommen. Literatur. Fratih D. Adams, On the Structure and Rclations of the Laureniian System in Eastern Canada. Quart. Journal Geolog. Society of London May 1908 Vol. 64. — Derselbe, The Basis of Pre-Cambrian Correlation. Journal of Geology Bd. 17 2 Feb.-March 1909. — A. P. Cole- man, Climate and Physical Conditions of the Keewatin. Journal of Geology Bd. 19 1 Jan.-Febr. 1911. — Hermann, Credner Genesis des säclis. GranuUtgebirgcs. Eenuntiationsprogramm. Leipzig 1906. — C Gäbert, Die geologischen Verhält- nisse des Erzgebirges. Das Erzgebirge. 1911. — JP. J. Holmquist, The Archean Geology of the Coast-regions of Stockholm. Guides des Excursions en Suide du XI Congres geol. intern. 1910. — A. G. Högboni, Prccambrian Geology of Sweden. Bull Geol. Inst. Upsala X 1910. — A. C. Lau- son, The Archean Geology ^of the Region north- ivest of Lake Superior. Etudes sur les schistes cristaUins. Congres geol. intern. 4 Session Londres 1888 S. 66. — A. Michel-L^vy, Sur l'origine des terra.ins cristaUins primitifs. Ebenda. S. 53. — Möbius, Der Bau des Eozoon Cana- dcnse. Paleontographica Bd. 28 1878 S. 175. — H. Rosenbusch, Zur Avffassung des Grundge- birges. N. Jahrb. f. Mm. 1889 Bd. 2 S. 82. — A. Sauer, üeber Conglomerate in der Glimmer- Schieferformation des sächs. Erzgebirges. Zeitschr. für ges. Naturwiss. Bd. 53 S. 706 Leipzig 1879. — Derselbe, Das alte Grundgebirge Deutsch- lands Conipte rendu du IX. Congres geol. intern. Vienne 1908 II S. 587. — J. J. Sederholm, Les roches prequaternaires de la Fennoscandia. Atlas de Finlande 1910 und Bulletin de la Com- mission geologique de Finlande Nr. 24. — Der- selbe, Subdivision of the pre- Cambrian of Fenno- Scandia. Comples rendus XI. Congres geol. intern. Stockholm 1910. — Franz E. Suess, Bau imd Bild Ocsterreichs. Wien und Leipzig 1903. — A. E. Törnebohni, Geologisk öfversiktskarta öfver Sveriges berggrund jemtc upplysningar 1: 500,000 Svcriges Geol. Und. Ser. Ba. 1910. — C. R. van Hise und C. H. Leith, Pre-Cambrian Geology of North America Ball. U. S. Geol. Survey Nr. 360. tf. J, Sederholm, Arc-hiinodes — Aristoteles 543 ArcMmedes. Griechischer Mathematiker und Physilver, lebte von 287 bis 212 v. Chr. in Syrakus. Er war der Sohn eines Astronomen, studierte in Alexandria. Die Geometrie verdankt ihm wichtige Sätze. Er wies nach, daß die Inhalte eines Kegels, einer Halbkugel und eines Zylinders von gleicher Höhe und Basis sich verhalten wie 1:2:3. Dieser Entdeckung maß A r c h i m e d e s solche Wichtigkeit bei, daß auf seinen Wunsch eine von einem Zylinder umschriebene Halbkugel auf sein Grabmal gesetzt wurde; 137 Jahre später führte dieses Kennzeichen zur Auffindung des Grabes durch Cicero. A r c h i m e d e s gab die mathematischen Grundlagen für die Statik fester und tropfbar flüssiger Körper und fand das Gesetz für das Gleichgewicht am Hebel auf. Am bekanntesten hat seinen Namen das durch ihn aufgestellte Gesetz des hydrostatischen Auf- triebs (A r c h i m e d i sches Prinzip) gemacht. Von dem ihm befreundeten König H i e r o n IL mit der Untersuchung betraut, wieviel Silber eine angeblich aus reinem Gold gefertigte Krone enthielt, grübelte er dieser Frage lange erfolglos nach, bis er beim Einsteigen in die gefüllte Bade- wanne auf dem richtigen Gedanken verfiel. Mit dem begeisterten Ruf „Heureka!" soll er unbe- kleidet durch die Straßen der Stadt nach Hause geeilt sein. Seine Entdeckungen hat A r c h i - m e d e s vielfach praktisch nutzbar gemacht. Die römische Flotte hatte zwei Jahre lang bei der Belagerung von Syrakus durch A r c h i - med es' Kriegsmaschinen schwere Verluste zu erleiden; als endlich die Stadt von der Landseite überrumpelt wurde, kam der 75 jährige Greis ums Leben; in seinem Hause mathematische Figuren in den Sand zeiclmend wurde er von dem römischen Krieger M a r c e 1 1 u s vorge- funden und, entgegen dem Befehl des Feldherrn, niedergestochen. Seine Wasserschraube verwertete er zur Bewässerung der Felder, durch den von ihm erfundenen Brennspiegel soll er feindliche Schiffe in Brand gesetzt haben; mittels eines Systems von Flaschenzügen bewegte er schwere Schiffe auf der Helling, welche Leistung ihn zu dem stolzen Aussprucli veranlaßte: Gib mir einen Standpunkt, und ich bewege die Erde! Auch die Sphära, ein Himmelsglobus, der durch Umdrehung einer Kurbel den Umlauf der Pia- I neten um die Erde darstellt, ist sein Werk. | Literatur. Bunte, Ueber Archimedes. Pro- gramvi der Realschule in Leer. Ostern 1877. — ./. i. Heiberg, Questiones Archimedeae. Kopen- hugcncr Dissertation 1870. E. Vrudc. [von besonderem Einfluß auf ihn war. 1867 wurde er als Nachfolger von A g a r d t ordent- licher Professor in Lund, nahm 1878 seinen Abschied und starb am 21. Dezember 1908 daselbst. Er hat auf die Entwickelung der Botanik in Schweden bedeutenden Ein- fluß ausgeübt. Unter seinen Arbeiten sind zu nennen vor allem seine vergleichenden Unter- suchungen über die Anatomie des Blattes, in der die verschiedenen Typen des Baues be- schrieben, und die anatomische Struktur auf äußere Lebensbedingungen, besonders die Trans- pirationsverhältnisse, zurückgeführt wird. Aehn- liche Tendenzen verfolgen auch u. a. seine Untersuchungen über den Blattbau der Mangrove- pflanzen. Andere Arbeiten sind floristischer, systematischer (besonders über Rubus, worin über die Artentstehung ähnliche Anschauungen, wie in de V r i e s's Mutationstheorie, geäußert werden) und biologischer Natur. Literatur. Lidfors in Her. d. deutsch. Bot. Gesellsch., Bd. 27, 1909, S. 47. A. Ituhlund, Argeuterio Giovanni. 1513 bis 1572. Er wurde in Castelnuovo bei Chieri in Piemont geboren, studierte in Turin Philosophie und Medizin, ließ sich 1538 als Arzt in Lyon nieder, war dann folgeweise in Antwerpen, seit 1544 in Pisa, Neapel, Rom. Mantua und zuletzt bis zu seinem Ableben in Turin als Professor der Medizin tätig. Argen- t e r i 0 gehörte in dem durch Paracelsus gegen Galen eingeleiteten Kampfe zu des letztgenannten schärfsten Gegnern. In der seit 1553 mehrfach aufgelegten Schrift In artem medicinalem Galeni commentarii tres nempe de corporibus, de signis et de causis salubribus wandte er sich besonders gegen die G a 1 e n i sehe Lehre von den vier Kardinalsäften, die er durch eine einzige ,, Lebenskraft", die eingepflanzte Wärnie, ersetzte. Außerdem wies er im Gegen- satz zu Galen der Leber eine untergeordnete Rolle für die Ernährung zu und verlegte diese in das Blut. LIebrigens war A r g e n t e r i o ein bei den Zeitgenossen durchaus geschätzter und anerkannter Praktiker trotz H a 1 1 e r , der ihn als einen ,,exosus practicus" bezeichnete. Literatur. Biotjr. hen-orr. Acrzte I ISS. J. Pagcl. Areschoiii:: Fredrik Wilhelm Christian. Botaniker, Geboren am 9. Oktober 1830 in Sim- rishamer in Schonen, studierte von 1847 ab in Lund, hauptsächlich Botanik. 1854 habilitierte ; er sich daselbst. 1855 bereiste er Süd-Uester- j reich. Nachdem er 1858 zum Adjunkten für Botanik ernannt war, arbeitete er 1860/61 bei 1 H. V. M 0 h 1 in Tübingen, ein Aufenthalt, der Aristoteles. Geboren 384 v. Chr. zu Stagira (Stageiros) in Mazedonien ; gestorben zu Chalkis auf Euböa. Er hat das Verdienst, Begründer der Zoologie als Wissenschaft zu sein. Er sammelte nicht nur zum ersten Male die bekannten biologischen Tatsachen, sondern verwertete sie auch durch eigene Beob- achtungen und verband sie zu einem System. Die eigentlichen zoologischen Schriften des Ari- stoteles bilden Qur einen kleinen Teil seiner 544 Aristoteles — Aromatische Reihe naturwissenschaftliclien Schriften überhaupt, aber j sie sind so reich an Beobachtungsmaterial und j systematisch so klar durchgearbeitet, daß sie bis ins 16. Jahrhundert hinein als unübertroffen ! zu gelten haben. In den zoologischen Werken j des Aristoteles treten uns zum ersten Male nicht nur Zoologie, sondern auch allgemeine | Biologie, Entwickelungsgeschichte, Teratologie und Physiologie, als systematisch entwickelte und auch nach dem Stand des damaligen Wissens ausgebaute Wissenschaft entgegen. Die Mängel der aristotelischen Schriften leiten sich haupt- sächlich aus dem für die damalige Zeit erklärlichen Fehlen geeigneter Hilfsmittel, sowie aus der kritiklosen Verwertung von Einzelbeobachtungen her. Den Werken fehlt außerdem die letzte redaktionelle Ueberarbeitung. Gesamtwerke: Opera omnia lat. Venedig 1489; Opera omnia graece Venedig 1495/98. Davon zoologische Schriften: Historia animalium; De partibus ani- malium; De generatione animalium; De anima. Literatur. V. Carus, Geschichte der Zoologie, München 1872. — Lewes, ' Aristotel A chapter Jrom ihe hintory of Science, London I864. Deutsch von Carus. — J. B. Meyer, Aristoteles Tier- kunde, Berlin 1853. W. Harms. CH CHs CH Aromatische Reihe. 1. Begriffsumgrenzung 2. Name 3. Charak- teristische Reaktionen 4. Konstitution. I. Begriffsumgrenzung. Man teilt die organische Chemie in zwei große Gruppen ein, die aliphatische und die aro- matische Reihe. Im Gegensatz zu den aliphatischen Verbindungen, welche die Kohlenstoffatome in offener Kette anein- andergereiht enthalten, ist den aromatischen eine ringförmig geschlossene Struktur eigen- tümlich^ ihre Grundsubstanz ist der Kohlen- wasserstoff Benzol CgHe, dessen 6 Kohlen- stoffatome unter sich zu einem Ringe ver- knüpft sind, wie es nachfolgende Figur andeutet CH CH CH CH / CH Es können sich auch zwei oder mehr solcher Ringe zusammenlagern, wie z. B. im N a p h t a 1 i n und Anthracen Naphtalin Anthracen + Auch können sich außer Kohlenstoff an- dere Elemente an der Bildung des Rings beteiligen (,,h eterocyclische Ring e") CH CH Pyridin Chinolin Endlich sind noch Ringe mit einer anderen Anzahl von Ringelementen bekannt CH - CH CH — CH CH — CH II II II II II II CH CH CH CH CH N \ / \ / \ / NH S NH Pyrrol Thiophen Pyrazol Von sämtlichen derartigen Ringsystemen leiten sich zahlreiche Derivate ab; alle diese Verbindungen faßt man unter dem Namen ,. aromatische Reihe" im weitesten Sinne (vgl. den Artikel ,,Systematik und Nomenklatur der organischen Ver- bindungen") zusammen. Sie übertrifft an Zahl der bisher bekannt gewordenen Sub- stanzen die aliphatische Reihe bei weitem. 2. Name. Der N a m e ,,a r 0 m a t i s c h e Reih e" rührt daher, daß zufällig einige der zuerst erforschten Substanzen dieser Klasse einen aromatischen Geruch besaßen, eine Eigenschaft, die keineswegs allen Ver- tretern dieser Reihe zukommt; statt aroma- tische Verbindungen sagt man daher auch viel- fach bezeichnender „cyklischeVerbindungen". 3. Charakteristische Reaktionen, Die der aromatischen Reihe angehörenden Sub- stanzen sind durch eine Anzahl charak- teristischer Reaktionen von den aliphatischen scharf unterschieden. Dazu gehört in erster Linie ihr Verhalten gegen Salpetersäure und Schwefelsäure. a) Während Methan und seine Homologen gegen Salpetersäure und Schwefelsäure sehr beständig sind, reagieren aromatische Sub- stanzen lebhaft mit konzentrierter Salpeter- säure unter Bildung sogenannter Nitro- k ö r p e r , indem ein Wasserstoffatom des Kerns durch die Nitrogruppe ersetzt wird CßHß + HNO3 = CeHsNOa + H2O. Aliphatische Nitrokörper können dagegen nur selten durch direkte Nitrierung und auch dann nur unter ganz anderen Bedingungen erhalten werden. b) Auch mit konzentrierter Schwefel- säure reagieren aromatische Verbindungen leicht; es entstehen dabei unter Ersatz eines Wasserstoffatoms gegen die Sulfogruppe die Sulfosäuren CgHe + H.SO4 = C6H5SO3H + H2O. Wie bei den Nitrokörpern der Stickstoff, so ist in den Sulfosäuren der Schwefel direkt, nicht etwa durch Vermittelung eines Sauer- stoffatoms, an ein Ringkohlenstoffatom ge- bunden. Ai'omatisclie Reilie 545 c) Die in den aromatischen „Kern" ein- getretenen, d. h. direkt an ein Kohlenstot'f- atom des Rings gebnndenen Snbstituenten zeigen ein in mancher Hinsicht charali;teris- tisches Verhalten. Während die Halogen- substitutionsprodukte der Fettkörper sich durch eine große Beweglichkeit, d. i. Reak- tionsfähigkeit des Halogenatoms auszeichnen, gilt gerade das Gegenteil von den aromati- schen Substanzen: Halogen atome, die in einem aromatischen Kern stehen, haften dort sehr fest nnd sind gar nicht oder nur sehr schwierig gegen andere Radikale, wie Amino-, Hydroxyl- oder Alkylrest, aus- tauschbar. d) Die Hydro xylverbindungen, die soge- nannten Phenole, besitzen einen stärker sauren Charakter als die aliphatischen Alko- hole, umgekehrt sind die aromatischen Amine schwächere Basen als die der Fettreihe. e) Die Homologen des Benzols sind im Gegensatz zu den aliphatischen Kohlenwasser- stoffen in der ,, Seitenkette" leicht oxydierbar, indem diese in die Carboxylgruppe umge- wandelt wird von den 6 Wasserstoffatomen man auch immer substituiert, man kommt immer zum gleichen Produkt. Wir schließen daraus auf die Gleich- wertigkeit der 6 Wasserstoffatome. Demnach bleiben für die Formel C^ll^ nur drei Möglich- keiten übrig I. C,{CR,),. II. C3(CH,)3. III. (CH)e. Es Läßt sich ferner beweisen, daß 2. die Disub- stitutionsprodukte des Benzols stets in 3 Iso- meren auftreten. Damit kommen, wie man leicht sieht, die Formeln I und II in Wegfall, denn beide vermögen nur je 2 Disubstitutionsprodukte zu liefern. Ib. C4(CHoX),. IIb. C3(CHX)2(CH,). .C.H, COOK — > 4. Konstitution. Alle den aromatischen Verbindungen zugrunde liegenden Ring- systeme sind ungesättigt, d. h. sie sind imstande, noch mehr Wasserstoff auf- zunehmen. So kann z. B. das Benzol durch Anlagerung von 6 Wasserstoffatomen in Hexamethylen übergeführt werden CH CH CHo OHo I 11 +6H= I " I " CH CH CHjj CHj ^ch/ ^ch/^ Dabei verschwindet der aromatische Charakter, wie er in den oben angeführ- ten Reaktionen zum Ausdruck kommt, voll- ständig; das Hexamethylen verhält sich durchaus wie ein aliphatischer Kohlenwasser- stoff. Daraus folgt, daß der aromatische Charakter nicht durch das Vorhandensein des Rings bedingt wird, sondern in den eigentümlichen Bindungsverhältnissen des ungesättigten Ringsystems begründet ist, die an dem wichtigsten Vertreter, dem Benzol, erläutert sein mögen. Das Benzol ist oben ohne nähere Erklärung als ein ringförmiges Gebilde hingestellt worden. Der Beweis für diese Anschauung folgt aus den Isomerieverhältnissen und Isomeriemöglichkeiten der Benzolsubstitutionsprodukte. Es läßt sich experimentell mit absoluter Sicherheit feststellen, daß es 1. nur ein einziges Mouosubstitutions- produkt des Benzols gibt; gleichgültig, welches Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Band I. la. C4(CHX,)(CH3). IIa. C3(CH.,):(CX2). Es bleibt also nur die dritte Formel übrig, wo- nach das Benzol aits G miteinander verbundenen CH-Gruppen besteht. Da die Wasserstoffatome vollständig gleichwertig sind, darf von den CH-Gruppen keine in ihrer Stellung irgendwie ausgezeichnet sein, es darf in der Formel keinen Anfang und kein Ende geben, d. h. die 6 Gruppen müssen unter sich zum Ring verbunden sein, sie bilden die Ecken eines regelmäßigen Sechsecks CH CH / \ I I oder schematisch | \ CH CH \ch/ Den 3 isomeren Disubstitutionsprodukten kom- men folgende Formeln zu: XXX man unterscheidet sie als ortho- (0-), meta-(m-) und para- (p-) Derivate. In den obigen Formeln sind nur 3 Valenzen jedes Kohlenstoffatoms berücksichtigt; über den Verbleib der 4. Valenz ist in ihnen noch nichts ausgesagt. lieber die Art der Bindung dieser 4. Valenz im Benzolring sind zahlreiche Hypo- thesen aufgestellt worden, ohne daß es einer bis jetzt gelungen wäre, alle Reaktionen des Ben- zols restlos zu erklären. Die ersten eingehenden Spekulationen über die Konstitution des Benzol- kerns stammen von Kekule, und seine Benzol- formel behauptet noch heute ihren Platz unter den Formeln, die die Wahrscheinlichkeit, ein Bikl der Wirklichkeit zu geben, für sich haben. Kekule nimmt an, daß die 6 Kohlenstoff- atome im Benzolring abwechselnd einfach und doppelt gebunden sind , so daß sich folgendes Formelbild ergibt. pTT Jedes Kohlenstoffatom ist dem- yf'y^ \ nach mit 3 Valenzen wieder an CH6 2CH Kohlenstoff gebunden und hat nur I i| noch eine Valenz für Wasserstoff CH5 3CH oder einen anderen Snbstituenten <\ i / frei. Die nach dieser Formel vor- CH auszusagenden Isomerieen entspre- 35 546 Aromatische Reihe — Ai'thropoda chen den oben aufgestellten Isomeriegesetzen, nur sollte es 2 verschiedene o-Disub- , stitutionsprodukte geben, da eine Verbindung, in der die Wasserstoffatome 1 und 2 sub- stituiert sind, andere Eigenschaften zeigen sollte als eine andere, in der die Substitution an den Wasserstoffatomen 1. und 6. eingesetzt hat; denn in dem ersten Falle wären beide Radi- kale durch einfach gebundene, im zweiten Fall durch doppelt gebundene Kohlenstoffatome ver- knüpft. In der Tat haben sich aber sämtliche bisher gefundenen o-Derivate als identisch er- wiesen. Kekule begegnet diesem Widerspmch durch die Aufstellung der 0 s z i 1 1 a t i o n s - t h e 0 r i e , welche annimmt, daß jedes Kohlen- stoffatom um eine Gleichgewichtslage derart hin- und herschwingt, daß die Doppelvalenz bald nach dem einen, bald nach dem anderen Kohlenstoffatom gerichtet ist. Noch ein anderer Einwand muß gegen Kekules Formel geltend gemacht werden. Das Benzol und seine Derivate zeigen den ('harakter völlig gesättigter Verbin- dungen, entfärben z. B. Kaliumpermanganat in sodaalkalischer Lösung nicht, was doch ein Kennzeichen sämtlicher ungesättigten, d. h. eine Doppelbildung enthaltender aliphatischer Sub- stanzen ist. Alan hat sich daher genötigt gesehen, im Benzol und natürlich überhaupt in allen aro- matischen Ringsystemen eine besondere Art von Do])pelbindungen anzunehmen und den gesättigten Charakter auf das eigentümlich in sich Geschlossene eines solchen Rings zurück- zuführen. Neuerdings hat nun Thiele durch seine Theorie der P a r t i a 1 v a 1 e n z e n der Kekule sehen Formel eine neue Stütze gegeben. Diese Theorie sagt in kurzen Worten folgendes: Wenn zwei Kohlenstoffatome unter- einander doppelt gebunden sind, so werden die iieiden Valenzen bei der Bindung nicht völlig aufgebraucht, sondern es bleibt an jedem Kohlen- stoffatom noch ein Rest von freier Valenz übrig, welcher in den Formeln durch punktierte Linien angedeutet sei: — CH = CH— . Solche freie „Partialvalenz" macht die Kohlenstoffatome natürlich sehr geeignet, neue Verbindungen ein- zugehen, indem sie andere Radikale an sieh reißen, addieren, die sich erst der Partialvalenz und dann der ganzen Valenz bemächtigen; das Vorhanden- sein solcher freien Partialvalenzen bedingt dem- nach den ungesättigten Charakter einer Verbin- dung. Li dem Falle nun, daß zwei solcher doppelt gebundener Kohlenstoffpaare zusammentreten, sättigen sich zwei freie Partialvalenzen unter- einander ab, so daß in einem solchen System „konjugierter D o p p e 1 b i n d u n g e n" auch mir an zwei Kohlenstoffatomen Reste freier Valenz übrig sind, wie dies das nachfolgende Schema, in welchem die gegenseitige Absättigung zweier Partialvalenzen durch einen Bogen an- gedeutet ist, wiedergibt: — CH-CH — CH-CH— . Li der Tat verhält sich ein dieses System enthaltender Körper nicht wie eine doppelt, sondern wie eine einfach ungesättigte Substanz, indem zunächst nur an den zwei endständigen Kohlenstoffatomen Addition erfolgt. Betrachten wir nun den Benzolkern unter dem Gesichts- punkt dieser Theorie, so zeigt sich, daß in ihm CH CH CH durch eine 3 konjugierte Doppelbindungen enthalten sind, und zwar derart, daß sich sämtliche freien Partial- valenzen untereinander absättigen können, so daß das Benzol für Additionsreaktionen keinen Angriffspunkt mehr bietet, sich also wie ein gesättigter Körper verhalten muß. Bei dieser Auffassung von der Konstitution des Sechsrin^s existiert kein Unterschied mehr zwischen , »einfachen" und ,, dop- pelten" Bindungen im Ring; sämt- liche Kohlenstoffatome sind an ihre beiden Nachbaratome völlig gleichartig gebunden, nämlich ganze und eine Partialvalenz. Es fällt mithin auch die Forderung der Existenz zweier isomerer o-Biderivate fort. Neben der Ke knie scheu Formel hat die sogenannte ,,Diagonalformer' des Benzols Be- deutung erlangt; sie vermeidet die Annahme von Doppelbindungen durch die Hypothese, daß je zwei im Ring sich gegenüberlie- gende Kohlenstoffatome durch eine Valenz verbunden sind, so daß sich neben- stehendes Schema ergibt. Diese Formel ist von Armstrong und Baeyer dahin abgeändert worden, daß über die 4. Valenz des Kohlenstoffs nichts weiter ausgesagt wird, als daß sie nach dem Innern des Benzolkerns gerichtet ist, wäh- rend über die Art, wie sie dort gebunden ist, keinerlei feste Annahme gemacht wird. Doch läßt sich diese ,,zen- t r i s c h e " Formel ebenso wie die Diagonalformel nur sehr schwierig mit unseren räumlichen Anschauungen über die Richtung der Valenzen der Kohlenstoff- atonie in Einklang bringen. Literatur. Kekule, Chemie der Benzolderivate. Erlangen 1867. — Ladenburg, Theorie der aromatischen Verbindungen. Braunschweig 1876. — Thiele, Theorie der ungesättigten und aroma- tischen Verbindungen. Liebigs Annalen 306 87 (1899). — F. 3Ieyer und JP. Jacobson, Lehr- buch der organischen Chemie. Leipzig 1902 bis 1911. Jakob Meisenlieimer. Artesische Brunnen sind Quellen, welche erbohrt werden und dann selbsttätig springen. Die Ursache ist in einer muldenförmigen Lagerung der Schich- ten zu suchen. Die erste derartige Quelle wurde in der Landschaft Artois in Frankreich im 12. Jahrhundert erbohrt. Heute sind artesische Brunnen am meisten in Nofdafrika verbreitet (siehe den Artikel ,, Quellen"). Arthropoda. 1. Morphologie. 2. Entwickelungsgeschichte. 3. Systematik. 4. Literatur. I, Morphologie. Die über die ganze Erde in allen nur denkbaren Lebenslagen Artliropoda 547 verbreiteten, als Wasser-, Land- und Luft- tiere, als freilebende, seßhafte oder schma- rotzende Formen auftretenden, im Haus- halte der Natur eine höchst wichtige Rolle spielenden Arthropoden oder Glie- derfüßler (Kerbtiere, Kerfe) sind Tiere mit bilateral-symmetrischem, ungleichartig (heteronom) segmentiertem Körper und paarigen gegliederten Segmentanhängen oder Extremitäten. Zusammen mit den niederen Würmern (Scolecida), den Gheder- wiirmern (A n n e 1 i d a ), den Weichtieren (Mollusca) und Kranzfühlern (M o 1 - 1 u s c 0 i d e a) gehören sie zu den P r o - t 0 s t 0 m i a oder Zygoneura, bei denen der Mund des ausgebildeten Tieres auf den embryonalen Urmund zurückzuführen, der After dagegen sekundär am Körperhinter- ende entstanden zu denken ist. In den Grundzügen ihrer Organisation schließen sich die Arthropoden eng an die Anneliden an, mit denen sie vielfach als A r t i c u 1 a t a oder G 1 i e d e r t i e r e zusammengefaßt werden. Beide stimmen, abgesehen von der Glie- derung des Körpers in eine Anzahl hinter- einander gelegener Segmente, insbesondere auch in Lage und Bau des Nerven- systems überein, das aus dem über dem Mundrohr gelegenen Gehirn und einer mit diesem durch zwei Schlundstränge ver- bundenen, ventral, d. h. unter dem Darm- kanal gelagerten, ursprünglich mit den Seg- menten korrespondierend gegliederten Gan- ghenkette besteht, deren Abschnitte indessen untereinander und mit dem Gehirn teilweise oder vollständig zu größeren Ganglienmassen verschmolzeil sein können. Der mit der stärkeren Chitinisierung ihrer Haut zusammenhängende Erwerb ge- gliederter, frei beweghcher Extremitäten oder Gliedmaßen schuf den Arthropoden eine vielseitige Bew^gungsmöghchkeit, deren die Anneliden mit ihren plumpen Parapodien noch nicht befähigt sind. Während diese sich durch schlängelnde Bewegungen ihres Körpers kriechend oder schwimmend fort- bewegen, bedienen sich die Vertreter der jüngeren Arthropodenreihen bei der Loko- motion ausschließlich der Extremitäten oder überdies noch besonderer Rückenanhänge (geflügelte Insekten). Indem des weiteren die Extremitäten verschiedener Körperseg- mente verschiedenen besonderen Zwecken angepaßt oder teilweise rückgebildet wurden, kam es meist zur Sonderung mehrerer Körper- abschnitte. Der vorderste oder Kopfab- schnitt trägt außer den faden- oder scheren- förmigen, vor der Mundöffnung stehenden Fühlern die entweder ausschließhch (Ringel- krebse, Tausendfüßler, Insekten) oder neben der Lokomotion (Cheliceraten, Pantopoden) der Nahrungsaufnahme dienenden Mund- ghedmaßen (Gnathopoden), umfaßt deshalb im Gegensatz zu den Anneliden außer dem eigentlichen Kopfsegment stets noch einige der nächstfolgenden, miteinander verschmol- zenen Segmente. Der Rumpf behält ent- weder seine ursprüngliche gleichartige Ghe- derung (Peripatiden, Tausendfüßler) oder zerfäUt in einen beintragenden Brustab- schnitt und einen der Beine entbehrenden Hinterleib (Phyllopoden, Insekten), Doch hat man sich die Sonderung dieser Leibes- regionen in den verschiedenen Reihen der Arthropoden unabhängig entstanden zu denken, da sie eine verschiedene Zahl der Segmente aufzuweisen haben. Die beinlosen Körperringe zeigen im embryonalen Zustande meist noch Spuren der ehemals vorhandenen Gliedmaßen; auch durch Vergleich der aus- gebildeten Tiere kann man eine fast lücken- lose Reihe aufstellen, die von Formen mit wohlentwickelten zu jenen mit rückgebildeten Hinterleibsbeinen hinüberführt (Krebse, In- sekten). Kopf- und Brustabschnitt (Cephalo- thorax der Schalenkrebse und mancher Blatt- füßler), Brust und Hinterleib (viele Cheli- ceraten, maden- und schneckenförmige In- sektenlarven) oder alle drei Leibesregionen (Milben, Pantopoden) können miteinander mehr oder weniger verschmolzen sein, so daß die ursprünghche Gliederung des Arthro- podenkörpers in den extremsten Fällen weit- gehend verwischt wird. Ein einzelner vollständiger Körperring besteht bei den Arthropoden ursprünglich aus einer Rückenplatte (Tergit), einer klei- neren Bauchplatte (Sternum) und dem ventrolateral ansitzenden Extremitätenpaar, dessen Grundgheder (Subcoxen) nur selten (Pantopoden, manche Phyllopoden und Hexa- poden) frei beweglich sind, vielmehr meist die sogenannten Seitenplatten (Pleuren) bilden. Wie die einzelnen Körperringe und Bein- glieder sind auch die Segmentplatten durch weiche Zwischenhäute verbunden und gegen- einander verschiebbar, zeigen im besonderen aber eine große Veränderhchkeit. Sie können in Teilplättchen zerfallen oder ganz weich- häutig werden oder umgekehrt miteinander zu einem festen Panzer verschmelzen, mit dem die Gliedmaßen durch Scharnier- oder Rotationsgelenke beweglich verbunden sind. Die Rückenplatten neigen vielfach zur Bildung oft weit vorspringender Randwülste, die an ein- zelnen Segmenten zu starren oder beweglichen, den übrigen Körper mehr oder weniger bedecken- den Schildern oder Schalen auswachsen können; auch die Flügel der Insekten sind auf solche Verbreiterungen der thorakalen Rückenplatten zurückzuführen. Bei der Rückbildung der Gliedmaßen wird außer der bereits erwähnten Subcoxa auch die eigentliche Hüfte mehr oder weniger abgeflacht und verschmilzt meist mit dem Sternum zu einer einheitlichen Urosternalplatte, deren Zusammen- setzung aus sternalen und Teilen der Extremi- 35* 548 Ai'thro})oda täten sich oft auch durch den Besitz paariger, sonst der Extremitätenbasis angehörender An- hänge, wie Hüftgriffel (Styli), Hüft- oder Bauch- säckchen, lüemenlungen der Spinnentiere, ver- gleichend-morphologisch offenbart. Die von der Hypodermis, der zelligen Körper- haut der Arthropoden, schichtrnweise abgeschie- dene Chitinhaut bleibt entweder elastisch oder erstarrt wie bei den Crustaceen und Progoneaten durch Aufnahme von Kalksalzen. Die begrenzte Dehnbarkeit dieses Chitin- kleides bringt es mit sieh, daß das Wachstum der Arthropoden die wiederholte Bildung einer neuen größeren Haut erfordert, die während der „Häutung" durch Abstreifen der zuvor geplatzten alten Haut frei wird. Während viele Arthropoden sich vielmals und auch noch als geschlechtsreife Tiere häuten, haben andere eine Beschränkung der Häutungen, zumal nach Eintritt der Geschlechtsreife erfahren (Pterygoten). Die Extremitäten lassen sich trotz der mannigfaltigsten Verschiedenheiten in ihrem Bau auf ein gemeinsames Grund- schema zurückführen. Homolog mit den Parapodien der Anneliden, treten sie zu- nächst in Form geringelter, durch ein kompliziertes System von Ring- und Längs- muskelfasern allseitig beweglicher, an Stelle der Annelidenborsten mit beweglichen Krallen versehenen Beinstummel (Arcliipodien der Peripatiden) auf. Die Ausbildung bestimmter, meist durch verschieden orientierte Scharnier- i gelenke miteinander verbundener Beinglieder und eines zweckmäßigen Systems von Beuge- 1 und Streckmuskeln kennzeichnet die typi- schen Gliedmaßen der übrigen eigentlichen Arthropoden. In Uebereinstimmung mit den Parapodien der Anneliden kann bei den meisten Krebsen und einzelnen Vertretern anderer Arthropodenreihen (Limulus, Machi- lis,? Ephemeridenlarven) die Extremität in einen dorsalen oder äußeren, meist kürzeren und nie typisch gegliederten Ast (Exopodit) und den ' Hauptstamm (Endopodit) geteilt sein (Spaltfuß). Die paarigen Kauwerkzeuge der Arthropoden lassen sich auf die Hüft- glieder der Gnathopoden oder Teile der- selben zurückführen, die paarigen äußeren Geschlechtsorgane auf Hüft- oder Endglieder der Gonopoden. Die K ö r p e r m u s k u 1 a t u r bildet nur noch bei den Peripatiden einen konti- nuierlichen Hautmuskelschlauch mit äußeren Ring- und inneren Diagonalfasern; die inner- halb dieser Muskelschicht gelagerte Längs- muskulatur zeigt wie die Muskulatur der übrigen Arthropoden auch bei Peripatus eine Auflösung in einzelne Muskelgruppen. Die Muskelfasern sind mit seltenen Aus- nahmen (Peripatiden) quergestreift; im Kopf- abschnitt können sie zu einer zwischen Oeso- phagus und Unterschlundganglion liegenden sehnigen Platte differenziert sein (Ento- sternum der CheUceraten); zur besseren Be- festigung am Chitinskelett bildet dieses nicht selten Einstülpungen, die zu einem kom- plizierten System (dem Entoskelett) ver- bunden sein können. Das den Anneliden noch zukommende Wimperepithel haben die Arthro- poden verloren. Die bei den Anneliden mit der Leibeshöhle durch einen Wimpertrichter frei kommunizierenden segmentalen E x - kretionsorgane (Nephridien) sind bei ihnen am inneren Ende geschlossen und mit einem drüsigen bläschen- oder schlauch- förmigen Endabschnitt ausgestattet, aber meist nur noch in wenigen Paaren ent- wickelt (Fühler- und Schalendrüse der Krebse; Coxaldrüse der Spinnentiere) oder ganz rückgebildet, bisweilen anderen Funk- tionen (z. B. als Speichel- oder Spinndrüsen) angepaßt. Auch die Geschlechts- drüsen (Ovarien und Hoden) sind gegen die Leibeshöhle abgegrenzt und mit ihren Ausführungsgängen (ebenfalls umgewandelten Exkretionsorganen) in dauernde Verbindung getreten. Die erste indifferente Anlage der Geschlechts- organe läßt sich vielfach bereits in ganz jungen embryonalen Stadien nachweisen und ist schon wiederholt auf eine oder zwei Furchungszellen zurückgeführt worden. Der Anlage nach sind die Geschlechtsorgane stets paarig und behalten ihre paarige Natur vollständig oder doch in ge- wissen Teilen bei. Verwachsungen zu unpaarigen Abschnitten treten am häufigsten im Bereiche der Ausführungsgänge auf, seltener betreffen sie die keimbereitenden Organe selbst. Diese sind in Gestalt einfacher oder mehrästiger, ; selten netzartig verzweigter (Skorpione) Schläuche ' entwickelt und lassen bisweilen noch eine seg- I mentale Gliederung erkennen (manche Krebse 1 und Insekten). Die Eibildung erfolgt an der ' ganzen Oberfläche der Ovarien oder in besonderen Kammern (Endkammer der Insekten-Ehöhren, Eibläschen der Arachniden). Sehr verbreitet sind verschiedenen Bestimmungen dienende An- hangsdrüsen der inneren (mesodermalen) und Blindsäcke der äußeren (ektodermalen) Aus- führungswege. Die paarige oder (meist) unpaare Geschlechtsöffnung liegt in der Regel ventral (selten, wie bei gewissen niederen Krebsen, ist sie auf die Dorsalseite verschoben) und gehört sehr verschiedenen Körpersegmenten an. Wie die vordersten Extremitäten z. T. in den Dienst der Nahrungsaufnahme ge- treten sind, so können die den Segmenten der Geschlechtsöffnung angehörenden Ex- tremitäten in einem oder mehreren Paaren den Zwecken der Kopulation oder Eiablage mehr oder weniger weitgehend angepaßt sein; selten dienen andere Extremitäten (Maxillartaster der männlichen echtenSpinnen, vordere Abdominalfüße der männlichen Libelluliden) als Kopulationsorgane. Die Spermatozoen der Arthro- Artliropoda 549 poden sind bei den Insekten, den Chilopoden, Peripatiden und Limulus frei beweglicti und langgeschwänzt, bei den anderen Arthro- poden herrschen unbeweghche, bisweilen abenteuerlich gestaltete Formen vor, die man als Spermatosome bezeichnet; weit verbreitet ist die Uebertragung des Spermas durch S p e r m a t 0 p h 0 r e n. Die meist dotterreichen Eier werden frühzeitig im Ovarium, Eileiter oder Uterus mit einer chitinähnhchen Hülle bekleidet und sind deshalb mit bisweilen kompliziert gebautem Mikropylenapparat versehen; die Gestalt der Eier ist sehr verschieden, nicht selten sind sie mit Anhängen versehen oder ge- stielt oder zu mehreren in Kokons oder Gallerthüllen eingeschlossen. Ihre Ent- wickelung erfolgt meist außerhalb des Mutter- tieres; doch kommen vivipare Formen unter den Arachniden, Opisthogoneaten und Peri- patiden vor. Während sich hier die Eier in den Eiröhren oder im Uterus ohne spätere plazentale Nahrungszufuhr entwickeln, kommt es bei einzelnen Peripatus-Arten sogar zur Bildung von Plazenta und Nabel- strang. Bei Krebsen werden die Eier häufig in Eiersäckchen herumgetragen oder in Bruträumen entwickelt, die durch blatt- artige Anhänge der Extremitäten oder durch das Rückenschild gebildet werden. Auch die ihre Eier ablegenden Arthropoden üben häufig eine sich in der verschiedensten Weise äußernde Brutpflege aus, die bei den Insekten vereinzelt (Termiten und Hymeno- pterenjzurEntwickelung der biologisch hoch- stehenden ,, Tierstaaten" geführt hat. Neben der normalen Amphigenese ist die parthenogenetische Entwickelung der Eier keine Seltenheit. Die meist geräumige Leibes höhle der Arthropoden verdankt ihre Entstehung einer Verschmelzung der primären (blasto- cölen) mit der sekundären (cölomatischen) Leibeshöhle, eine Eigentümhchkeit, auf die auch der Bau des B 1 u t g e f ä ß s y s t e m s zurückzuführen ist. Dieses besteht nicht wie bei den Annehden aus geschlosseneu Blutbahnen, stellt vielmehr ein offenes Gefäß- system vor. In den typischen FäUen wird das Blut aus dem über dem Darmkanal in einem gesonderten Teil der Leibeshöhle (dem Perikardialsinus oderHerzvorraum) gelegenen, schlauchförmigen und mit mehreren Spalt- öffnungen (Ostien) versehenen Herzen durch arterielle Bahnen in den ventralen Teil der Leibeshöhle und zu den Kiemen oder Lungen getrieben und gelangt durch venöse Bahnen zunächst in "den Perikardialsinus und schließhch zum Herzen zurück. Meist fehlen besondere arterielle und venöse Ge- fäße, bisweilen, besonders bei kleinen Formen, fehlt sogar das Herz. Die A t m u n g wird nur bei kleinen und zarthäutigen Arthropoden ausschüeßhch durch die Haut vermittelt. Die größeren Formen atmen entweder durch Kiemen, die als sack-, schlauch- oder blattartige, bis- weilen aus- und einstülpbare Anhänge der Ex- tremitätenbasis, selten des Enddarmes (Li- bellenlarven) auftreten oder umgewandelten Extremitäten entsprechen (so vornehmUch bei den Wasserbewohnern); oder sie besitzen wie die Landbewohner und die von solchen abzuleitenden Wasserbewohner innere röhren- förmige, einfache oder verzweigte und meist anastomosierende Atmungsorgane, Tra- cheen, die durch feine, meist paarige, Oeffnungen (Stigmen) mit der Außen- luft in Verbindung stehen. Bei manchen Formen, (gewissen Spinnen, Insekten und Tau- sendfüßlern) sind gleichzeitig Kiemen oder diesen gleichwertige Lungen und Tracheen entwickelt. Während bei der Kiemenatmung das Blut den Atmungsorganen zuströmt, suchen bei der zuletzt genannten Atmungs- weise die Tracheen die mit Sauerstoff zu versorgenden Organe auf und erfüllen den Körper häufig mit einem dichten Netzwerk feiner Luftkanäle. Diese Tracheen bilden sich entweder an den verscliiedensten Stellen der Körperoberfläche (Peripatiden), oder sie zeigen paarweise eine bestimmte seg- mentale Anordnung und eine der den Kiemen vergleichbare Beziehung zu der Basis der Extremitäten, so daß sie gewissermaßen als eingestülpte Kiemen interpretiert werden können. Bei den Spinnentieren läßt sich die Umwandlung der zunächst in Lungen umgebildeten eingestülpten Kiemen in Tracheen vergleichend -morphologisch mit großer W^ahrscheinhchkeit nachweisen; es folgt daraus zugleich, daß der Besitz von Tracheen kein Maßstab für die Verwandt- schaft ihrer Träger sein kann, wenn die übrige Organisation eine solche unwahr- scheinhch macht (vgl. die Beziehungen der Spinnentiere zu den Insekten). Der D a r m k a n a 1 zieht wie bei den Annehden frei durch die Leibeshöhle; er ist nur selten bei parasitären (Rhizocephalen) oder solchen geschlechtsreifen Formen rück- gebildet oder funktionsuntüchtig, die ent- weder eine freie larvale Entwickelungszeit durchlaufen (Cocciden) oder von dem aus dem Ei übernommenen Dottervorrat zehren, ohne je selbständig Nahrung aufzunehmen (Sexuales vieler Blattläuse; Zwergmännchen der Rankenfüßler). Die Mundöffnung ist im Kopfabschnitt, der After am Ende des Körpers gelegen, seltener erscheint jene bis hinter die vordersten Rumpf- oder Brust- beine gerückt (Pflanzenläuse) oder ist die Verbindung von Mittel- und Enddarm unter- brochen oder der Enddarm rückgebildet (Phylloxeren und Larven anderer Insekten wie Bienen, Pupiparen, iVmeisenlöwe). In den 550 Ai'tliropoda einfachsten Fällen ist der Darmtraktus in eine enge Speiseröhre (Oesophagus), den der Nahrungsresorption dienenden Magen oder Mitteldarm und den stark muskulösen E n d d a r m (Rektum) gegliedert (Peri- patiden, Phyllopoden, CoUembolen). Häu- figer indessen bilden Mittel- oder Enddarm oder beide Abschnitte Blindsäcke oder -schlauche, die zum Teil einer gesteigerten Assimilation (L e b e r s c h 1 ä u c h e bei Spinnentieren, Schalenkrebsen und gerad- flügehgen Insekten), zum Teil einer Unter- stützung oder dem Ersatz der segmentalen Exkretionsorgane (M a 1 p i g h i s e h e Ge- fäße der Spinnentiere, Ringelkrebse, Tausendfüßler und Insekten) dienen. Auch können einem Kropf- oder Kaumagen ent- sprechende Darmabschnitte sowie ein Dünn- darm differenziert sein. Als Speichel- drüsen funktionieren entweder besondere, bestimmten Segmenten der Mundgliedmaßen angehörende, bisweilen sehr umfangreiche, umgewandelte Nephridien (Tausendfüßler, Insekten) oder besondere in der Umgebung der Mundöffnung ausmündende Hautdrüsen (Spinnentiere). In der Nähe des Afters münden bisweilen noch Rektal- und A n a 1 d r ü s e n , die zum Teil übelriechende oder ätzende Flüssigkeiten oder Gase abson- dern und für die Verteidigung von Wichtig- keit sind (Insekten, Geißelskorpione). Bindegewebe ist im Körper der Arthropoden allgemein verbreitet und spielt als Fettkörper beim Stoffwechsel eine größere oder geringere Rolle; er enthält häufig Fetttropfen und Proteinkörner, oft außerdem Harnsäurekristalle. Bindegewebiger Natur sind auch die Bekleidungen der Blut- bahnen, ferner gewisse Leuchtorgane und die sogenannten B 1 u t g e w e b e. Sinnesorgane und Drüsen hypoder- malen Ursprunges sind bei den Arthro- poden allgemein verbreitet. Drüsen können über die Körperoberfläche zerstreut oder in mehreren oder wenigen Paaren als Bauch- und Beindrüsen eine segmentale Anordnung zeigen; solche sind morphologisch mit den Spinn- und Borstendrüsen der Annehden zu vergleichen und zum Teil mit exkretorischen Funktionen ausgestattet; auch manche Gift- drüsen und Spinndrüsen sind den Haut- drüsen zuzuzählen. Von Sinnesorganen sind Tast-, Geruchs- und Sehapparate allermeist ent- wickelt. Die Körperhaare können der Tast- und Geruchsfunktion angepaßt sein; Riech- haare finden sich besonders an den Fühlern und Mundgliedmaßen, hier zugleich dem Geschmack dienend, ausgebildet. Manche in eigenartige Hautgrübchen eingesenkte feine Haare werden als H ö r h a a r e an- gesprochen (besonders bei Spinnen, vgl. den Artikel ,,Arachnoidea"). In gewissen grubenartigen, seltener bläschenartig ge- schlossenen Einsenkungen der Chitinhaut (Hörgruben und Hörbläschen der Schalen- krebse) vermitteln sie die durch den Druck von Othohthen erzeugten statischen Reize. In die Sinneshaare treten Nervenfasern direkt oder unter Zwischenschaltung einer Ganglienzelle ein. Komplizierter gebaute c h o r d o t o n a 1 e und tynip anale, als Gehörorgane gedeu- tete Sinnesorgane treten bei den Insekten auf. Die Augen der Arthropoden treten entweder in Gestalt von Blasenaugen auf oder sie sind auf Napf- oder Becheraugen zurückzuführen. Die Peripatiden, die in so vielen Merkmalen annelidenähnhch organi- siert sind, stehen auch im Bau der Augen allen anderen Arthropoden gegenüber; ihr einfaches mit einer inneren Linse versehenes Blasenauge erinnert lebhaft an die Augen der polychäten Alciopiden. Inverse Blasenaugen mit kutikularer Linse sind die bei den Cheli- ceraten vorkommenden Mittel- oder Haupt- augen, mit denen das auf niederer Ent- wickelungsstufe stehen gebhebene oder rudi- mentäre Stirnauge (Nauphusauge) der nie- deren Krebse, niederen Insekten und Panto- podenlarven homologisiert wird. Vom Typus der Napf- oder Becheraugen sind die Seiten- augen der Antennaten und Cheliceraten, die durch Verschmelzung oder Anhäufung mehr oder weniger zahlreicher Einzelaugen (Ommatidien) oder durch Ueberkippung der embryonalen Augenbecher sehr komplizierte Strukturverhältnisse darbieten können; am bekanntesten sind sie in Gestalt der Facetten- augen der Krebse und Insekten. Tonerzeugende Apparate sind bei Landarthropoden (besonders bei In- sekten) in blattförmigen (inneren) Anhängen der Tracheenmündungen und in rauhen gegeneinander reibbaren Hautstellen ge- funden worden. Die Männchen der Sing- cikaden besitzen am 1. Hinterleibsring ein Paar elastischer, durch starke Muskeln be- wegter Trommelhäute, manche Insekten bringen durch rasche Flügelschläge Töne hervor. Die Arthropoden sind in der Regel ge- trennt geschlechtlich, nur in seltenen Fällen, bei Krebsen mit festsitzender (Cirripedien) oder parasitischer (Cymothoiden) Lebens- weise sind sie normal, gelegentHch auch sonst in einzelnen abnormen Individuen zwittrig. Gewisse Cirripedien besitzen außer zwittrigen Individuen auch Zwergmännchen einfachster Bauart; andere Arten sind rein weiblich mit Zwergmännchen; wieder andere aussclüießhch zwittrig. Die Trennung der Geschlechter hat hier einen hohen Grad des sexuellen Dimorphismus ge- zeitigt; weniger auffälhg sind Männchen und Weibchen bei den meisten Arthropoden unterschieden, doch beschränkt sich in Artlu'opoda 551 einigen Gruppen der Unterschied auf die inneren und äußeren Gesclilechtsorgane. Neben Arthropoden mit gleicliartiger Gene- rationsfolge gibt es andere, bei denen ver- schiedenartige Generationen einander ab- lösen. Bleiben alle Generationen zwei- geschlechtlich und sind sie an verschiedene Jahreszeiten gebunden, so spricht man von S a i s 0 n d i m 0 r p h i s m u s. Entbehren einzelne Generationen der Männchen, indem sich die AVeibchen parthenogenetisch fort- pflanzen, so kommt es zur Heterogonie, einer besonderen Form des Generations- wechsels. Bei manchen heterogenetischen Arthropoden werden die Männchen nur noch in einer einzigen, der sexuellen (besser bisexuellen) Generation ausgebildet (Phyllo- poden, Aphiden); bei einzelnen Arten hat man seither sogar vergebhch nach Männchen gesucht; sie alle gehören in die Verwandt- schaft p a r a z y k 1 i s c h e r Formen, bei denen neben dem heterogenetischen Haupt- zyklus rein parthenogenetische Nebenzyklen bestehen, die untereinander in bestimmter Weise zusammenhängen. Bei den para- sitischen Pflanzenläusen wird die para- zyklische Heterogonie noch durch fakul- tativen oder obhgatorischen Wirts- Wechsel komphziert. Im Gegensatz zu den heterogenetischen Arthropoden mit beschränkten Männchen stehen andere mit D o p p e 1 m ä n n c h e n (Anisopoden). Formen mit zwei oder mehr weiblichen, gestalthch verschiedenen Indi- viduen, die als fruchtbare und begattungs- fähige ,, Königinnen" und nicht begattungs- fähige und oft ganz unfruchtbare ,, Arbeiter" imterschieden werden, sind unter den staaten- bildenden Insekten (Termiten, Ameisen, Bie- nen, Wespen) wohlbekannt. Die Geschlechtsreife tritt in der Regel erst im formvollendeten End- stadium ein; selten sind neotenische (Cocciden-Weibchen) und pädogenetische (Cecidomyiden) Arthropoden. 2. Entwickelungsgeschichte. Die Ent- w i c k e 1 u n g der Arthropoden ist im all- gemeinen durch eine postembryonale Meta- morphose ausgezeichnet. Die "aus dem Ei ausschlüpfenden Jugendformen sind teils armsegmentiert (oligomer) und wachsen unter allmählicher Neubildung von Segmenten heran, teils besitzen sie bereits die für die Reifeform typische Segmentzahl und sind dann holomer; dementsprechend vollzieht sich das Wachstum bei jenen im Rahmen der A n a m 0 r p h 0 s e , bei diesen im Rahmen der H 0 1 0 m 0 r p h 0 s e (Holomerie). In beiden Fällen können die bereits ausgebildeten Körperteile der Jugendform denen "der Reife- form ähnlich oder mehr oder weniger erheb- lich modifiziert sein. Den Erwachsenen ähnhche, imaginiforme Jugendformen zeigen ein einzielig auf das Reifestadium ge- richtetes, epimorphes, die abweichend organi- sierten Jugendformen ein metamorphes Wachstum. Epimorphe Arthropoden finden wir unter Arachniden, Artlirostraken, Chilo- poden und den niederen, primär oder sekun- där flügellosen Insekten; zugleich epi- und anamorphe unter den Progoneaten, Chilo- poden und Insekten (Proturen); einzig stehen die angeblich orthoplastischen Thermito- xeniden da, die das Ei als Imago verlassen. Die Metamorphose der Arthropoden ist anamorph oder holomorph. Jene ist allgemein bei den Crustaceen, diese bei den Hexa- poden und Cheliceraten verbreitet. Beide Verwandlungsarten können mit primären (phyletischen, pahngenetischen) oder mit sekundären (cänogenetischen) Jugendformen oder Larven beginnen. Indessen ist meistens der archaistische Charakter der Primär- larven mehr oder weniger modifiziert. Die Larve als solche ist auch bei den Arthro- poden als ein phyletisches Produkt im Sinne des biogenetischen Grundgesetzes aufzu- fassen, so beispielsweise die primär flügel- lose und in dieser Hinsicht apterygotenartige Jugendform der geflügelten Insekten oder die sogenannte Trilobitenlarve der Limuliden, und die sekundären Larven der Arthropoden sind letzten Endes auf derartige Priraär- larven zurückzuführen. Das Studium der Arthropodenlarven bietet die interessan- testen Wechselbeziehungen zwischen dem durch die Gesetze derVererbung in bestimmten Entwickelungsrichtungen festgehaltenen Or- ganismus und seinen äußeren Lebensbedin- gungen, insbesondere ist auch der rück- wirkende Einfluß des Reifestadiums auf die Jugendformen wiederholt zur Geltung und Fixierung gelangt (darmloser Nau plins der Rhizocephalen) und hat bei holomorphen Formen im Sinne epigenetischer Ent- wickelung nicht selten eine Epimorphie der wichtigsten Organsysteme (archimeta- bole Insekten, Thelyphoniden) oder der Ge- samtorganisation (die streng epimorphen Arthropoden) erreicht. So wird auch die Nauphus-Larve der Crustaceen als eine mit Crustaceen-Merkmalen epigenetisch ausge- stattete Annehden-Trochophora aufgefaßt, die in der Pantopodenlarve gleichfalls in epigenetischer Richtung abermals modi- fiziert worden ist. Die Metamorphose selbst kann bei parasitären Formen einen scheinbar regressiven und durch Auftreten von Ruhe- stadien, die keine Nahrung aufnehmen und mehr oder weniger tiefgreifende Umwand- lungsprozesse der inneren Organe durch Histolyse und Regeneration erleiden (holo- metabole Insekten, Cirripedien), einen dis- kontinuierhchen Charakter annehmen. Die Embryonalentwicklung der Arthropoden hat wichtige spezifische 552 Ai'thi'opoda Erscheinungen aufzuweisen, die die Einheit- lichkeit dieses Tierkreises darzutun geeignet sind. Der meist in Menge vorhandene Nah- rungsdotter bewirkt eine zu dem für die Arthropoden typischen einschichtigen Blasto- derm führende superfizielle Eifurchung, die im Hinbhck auf die Entwickelung mancher Krebse aus der totalen und äqualen Furchung abzuleiten ist. Die Keimblätterbildung be- ginnt mit einer Invagination oder Zellen- einwucherung auf der ventralen Seite des Eies, derart, daß der Blastoporus oder sein vorderes Ende zur späteren Mundöffnung wird. Die Anlage des Mesoderms ist aller- meist vielzelhg und auf Bildung seithcher Divertikel des Urdarms oder auf Wucherungen am Rande des Blastoporus zurückzuführen; diese paarige Mesodermanlage zerfällt früh- zeitig in U r s e g m e n t e , die in der Regel zu Cölomsäcken differenziert werden, deren Bildung nur bei den Crustaceen fast völhg unterdrückt wird. Die Cölomhöhle der Ursegmente wird indessen nicht zur definitiven Leibeshöhle, da die Ursegmente — nach Abschnürung der für die Bildung des Herzens, der Kephriclien oder der aus solchen abzuleitenden Organe (wie Speicheldrüsen, Analdrüsen, Ausführungsgänge der Genital- drüsen) und der Genitaldrüsen bestimmten Zellen — einen teilweisen Zerfall erleiden, in die primäre Leibeshöhle einwandern und ein mesenchymatisches Gewebe hefern. In diesem Mesenchym entsteht die definitive Leibes- höhle durch Auftreten von später zusammen- fheßenden Hohlräumen. Als letzter Rest der Ursegmente wird das für die Arthro- poden charakteristische, die Leibeshöhle in einen dorsalen, das Herz enthaltenden perikardialen und einen ventralen Hohl- raum teilende Perikardialseptum angesehen, während die Genitalhöhle in den ursprünghchen Fällen, wie sie die Peri- patiden und Myriopoden noch heute zeigen, in Uebereinstimmung mit den Annehden als Rest der Cölomhöhle interpretiert wird. Im allgemeinen wii;d bei den Arthro- poden zuerst die ventrale Seite des Embryos in Form eines Keimstreifens an- gelegt, dessen vorderes Ende sich frühzeitig zum embryonalen Kopflappen verbreitert; erst später dehnt er sich über die anfangs von dünnen Zellschichten bedeckten seit- lichen und dorsalen Teile des Eies aus oder er wird zunächst unter gleichzeitiger Bildung von Embryonal hüllen als invagi- nierter oder überwachsener Keimstreif ins Innere des Eies verlagert (Skorpione, In- sekten, Peripatus). Das Ektoderm des Keimstreifens liefert die Anlage des Nerven- systems durch Einsenkung eines mittleren und zweier seithcher Zellstränge, welche frühzeitig in Segmente zerfallen; an der Bil- dung des Gehirns nehmen außerdem paarige Einstülpungen teil, die als Scheitel- gruben angelegt werden und bei der Bildung der optischen Ganghen und der Mittelaugen der Cheüceraten und wohl auch der Stirnaugen der übrigen Arthropoden von Bedeutung sind. Ektodermaler Her- kunft sind bei den Arthropoden auch der Vorder- und Enddarm, während der j\Iittel- darm entweder aus entodermalen Zellen oder, wie bei den Opisthogoneaten, aus Wuche- rungen des ektodermalen Stomo- und Procto- daeums entsteht, indem in diesem Falle das nur aus Dotterzellen bestehende Entoderm abortiert. Der Nahrungsdotter verbleibt bei Bildung des Mitteldarms nicht selten teilweise in der Leibeshöhle und wird dann von Mesodermzellen dicht umlagert und durchwachsen, in der Regel wird er aber auf verschiedenem Wege durch Resorption oder Umwachsung in den Mitteldarm aufge- nommen. Als Ersatz der nephridialen Ex- kretionsorgane entstehen die Malpighischen Gefäße bei den Arachnideu als entodermale, bei den Tracheaten (Antennaten) als ekto- dermale Darmblindsäcke. Die Extremitäten treten zu beiden Seiten des Keimstreifens als ektodermale Ausstülpungen auf, in die sich die Cölomsäckchen oder Wucherungen der Ursegmente hineinstrecken. Der Anlage des Keimstreifens entsprechend ist die äußere Gestaltung des Embryos erst vollendet, wenn der Rückenschluß der ein- ander entgegenwachsenden Seitenteile der Embryonalanlage erfolgt ist. Bei den mit Embryonalhüllen versehenen Arthropoden- embryonen wird dieser Vorgang durch einen EinroUungsprozeß der Embryonalhüllen, dem bei den Formen mit eingestülptem Keim- streif dessen AusroUung vorangeht, kom- pliziert. Haben die embryonalen Organe des Embryos eine der Jugendform ent- sprechende Weiterentwicklung rücksichtlich ihrer Struktur und Lagerung erfahren, so beginnt mit dem Verlassen des Eies (oder bei viviparen Formen des Muttertieres) die postembryonale Entwicklung des Tieres, , deren Grundzüge bereits oben dargelegt I sind. Erwähnt sei noch, daß bereits im Ei Häutungsprozesse erfolgen können, wie sie im allgemeinen (Ausnahmen nur bei den ; Termitoxeniden [Dipteren]) für das post- i embryonale Wachstum charakteristisch sind. 3. Systematik. Die in den vorstehenden Zeilen in gedrängtester Kürze angedeuteten morphologischen und entwickelungsgeschicht- hchen Verhältnisse der Arthropoden ge- statten heutzutage die Aufstellung folgender Hauptgruppen. Die früher allgemein zu den Arthropoden gerechneten Tardigrada (Moos- oder Bärentierchen) haben in diesem System keine Aufnahme mehr gefunden, da ihnen das Haupt- merkmal der Arthropoden, der Besitz echter, Arthropocla 553 Extremitäten homologer Mundwerkzeuge, fehlt; ihre den Borsten der Anneliden-Parapodien gleichwertigen Krallen, der bei Würmern (Nema- toden, Anneliden) weitverbreitete muskulöse ei- oder kugelförmige Pharynx, die ebenfalls für gewisse Würmer (Nematodcn-Männchen) typische Kloakenbildung und die glatte, nicht quergestreifte Muskulatur beweisen die Wurm- natur der Tardigraden. Die ähnlich problemati- schen L i n g u a t u 1 i d a (Zungenwürmer) dürften hingegen parasitisch veränderte Arthropoden sein und bleiben vorläufig als Anhang der Arachnoideen aufgeführt (vgl. den Artikel „A r a c h n 0 i d e a")- Es genügt der Hinweis auf die eigenartigen ersten Larvenformen gewisser polymetaboler Schlupfwespen oder derfreilebenden Gailmilben (Kriophyiden), um bei Annahme neotenischer Differenzierung die Möglichkeit der Entstehung der Linguatuliden aus typischen Arthropodenformen wahrscheinlich zu machen. Artliropoda oder Gliederfüß- ler. Annulaten oder Gliedertiere mit echten Mundextremitäten, Nephridien (oft veränderter Funktion) und Genitalorgane gegen die Leibeshölile abgekapselt. 1. Hauptstamm A r c h i p o d i a t a (0 n y c h 0 p h 0 r a) oder W u r m f ü ß 1 e r. 3 Paar Kopfextremitäten (Antennen, Kiefer, Oralpapillen). Zahlreiche Nephridien. Zwei weit getrennte durch viele Querkommissuren verbundene ventrale Nervenstränge. Haut- muskelschlauch noch neben isolierten Muskel- bündeln vorhanden, Muskelfasern in der Hauptmasse glatt. Blasenaugen. Ringel- beine; Fußkrallen mit eigener direkter Mus- kulatur. Nicht-segmentale Tracheen. Frei bewegliche Spermatozoen. Nur die I. monotypische Hanptklasse der Protracheata mit der Famihe der Peripatidae. 2. Hauptstamm Arthropodiata oder Gelenkf üßler. 5 bis 7 Paar Kopf- extremitäten oder deren Segmente. Ne- phridien nur in wenigen Segmenten vor- handen und meist mit veränderter Funktion. Ventrale Nervenstränge meist genähert oder verschmolzen. Die segmentalen Ganglien meist nur durch eine Querkommissur ver- bunden. Nur isoMerte Muskelbündel oder daneben Reste des Hautmuskelschlauches, Muskelfasern stets quergestreift. Napf- augen und invertierte Blasenaugen. Glieder- beine; Fußkrallen (wenn differenziert) mit indirekter Muskulatur. Hautatmung oder solche durch segmentale Kiemen oder Tracheen. 1. Unterstamm Antennata oder fühlertragende Gliederfüßler. 1 oder 2 Paar (seltener ganz reduzierte) primär fadenförmige, dem Tast- und Riech- sinn dienende Antennen. Ursprünghch 4 Paar Mundgliedmaßen im engeren Sinne. Lokomotion in erster Linie durch Rumpf- gliedmaßen. Die invertierten Mittelausfen rudimentär oder rückgebildet zugunsten der nicht invertierten Seitenaugen, diese typisch als multikorneale Fazettenaugen. Fuß- krallen (wenn vorhanden) nur mit Flexor- muskeln. Eibildung nicht in traubigen Folhkeln. II. Hauptklasse Branchiata (Te- leiocerata) oder kiemenatmende f ü h 1 e r t r a g e n d e Gliederfüßler. 2. Metamer des Körpers Extremitäten (2 Antennen, Pedipalpen) tragend. Atmung durch die Haut oder Kiemenanhänge der Extremitätenbasis. Extremitäten mit Aus- nahme des 1. Antennenpaares ursprüng- lich mit dorsalem (oder Außen-) Anhang (Spaltfuß), der indessen in manchen Gruppen nur an einzelnen Beinpaaren erhalten bleibt. Mandibeln ursprünghch und meist mit Taster (Bein-Telopodit). Kopf und Brust- absclmitt meist zu einem Cephalothorax verschmolzen, seltener ein für sich isoherter Kopfabschnitt ausgebildet(Trilobiten, Anomo- und Arthrostraken). Nephridiale Exkretions- organe (Schalen- und Antennendrüse), die selten rückgebildet und durch Darmdivertikel (Malpighische Gefäße) ersetzt sind (Arthro- straken). Genitalöffnung im mittleren Körperabschnitt. Chitinpanzer durch Auf- nahme von Kalksalzen mehr oder weniger erstarrt. Postembryonalentwickelung meist durch Anamorphose, oft mit aberranten Larvenformen, von denen bei niederen Krebsen der Nauphus typisch ist. Sper- matozoen meist in Form unbeweghcher Sper- matosome. 1. Klasse Trilobita oder Trilo- b i t e n. Paläozoische Branchiaten mit Kopfschild, einer wechselnden Zahl freier Rumpfsegmente und einem aus der Ver- wachsung mehrerer Segmente hervorge- gangenen Schwanzschild (Pygidium). Nur 1, neuerdings mit dem 2. Antennenpaar der Crustaceen homologisiertes, Antennen- paar, hinter diesem 4 Paar Gnathopoden mit breiten coxalen Kauladen. Meist sind große P^acettenaugen vorhanden. Die im Cambrium bereits in vielen Familien und Gattungen vertreteneu Trilobiten starben gegen Ende des Paläozoikums aus. Morpho- logisch stehen sie den Crustaceen nahe, weisen aber zugleich unverkennbare Beziehungen zu den Gigantostraken auf; hier sei in dieser Hin- sicht nur an das larvale Trilobitenstadium der Limuliden und daran erinnert, daß die 4 auf die Antennen folgenden Extremitätenpaare angeb- lich als Gnathopoden mit wohlerhaltenen Telo- poditen entwickelt sind. 2. Klasse Crustacea oder Krebs- tiere. Branchiaten mit (ursprünghch 2 Antennenpaaren und 3 (oder 4) Paaren echter, ausschließhch der Nahrungsaufnahme (nicht zugleich der Lokomotion) dienender Gnathopoden, deren 1. Paar zur Mandibel differenziert ist. 554 Ai'tlu-opoda 1. Unterklasse Entomostraca. Krebstiere mit wechselnder Zahl der Rumpf- segmente, diejenigen des Körperhinterendes oft ohne Extremitäten. Neben den ver- breiteten Facettenaugen bleibt beim er- wachsenen Tier das unpaare Stirnauge (Naupliusauge) erhalten. Ein Kaumagen fehlt. Die stets anamorphe Metamorphose beginnt mit dem Naupliusstadium. Meist kleinere, oft parasitisch stark umgebildete Formen, die 5 stark differenten Ordnungen angehören. 2. Unterklasse Malacostraca. Krebs- tiere mit konstanter Segmentzahl; nur das Telson als Endsegment (selten [bei Nebalia] auch das vorletzte) extremitätenlos. Facetten- augen fast stets vorhanden, das unpaare Stirnauge im Reifestadiuni rudimentär oder fehlend. Kaumagen stets ausgebildet. Die vordersten Brustgliedmaßen oft als Maxillar- füße der Nahrungsaufnahme angepaßt. Post- embryonalentwicklung meist anamorph, doch kommt das Nauphusstadium nur noch selten vor; einzelne Formen (Arthrostraken) sind epimorph. Oft große, meist freilebende Formen, die man auf mehrere Legionen und Ordnungen verteilt. III. Hauptklasse Tracheata(Ateio- c e r a t a) oder tracheenatmende fü hier tragen de Gliederfüßler. 2. Metamer des Körpers (Prämandibular- segment) rudimentär, extremitätenlos. At- mung allermeist durch Tracheen, selten aus- schheßlich durch die Haut oder gleichzeitig durch kiemenartige Anhänge. Spaltfuß- bildung sehr selten (Apterygoten). Man- dibeln stets ohne Taster. Kopf meist vom Rumpf getrennt. Nephridialorgane nur noch mit geänderter Funktion (Speichel-, Spinn- drüsen) vorhanden. Malpighische Gefäße als Nicrenorgane meist vorhanden. 1. Klasse Progoneata. Paarige (seltener unpaare [Symphylen]) Geschlechts- öffnungen in einem der vorderen (2. bis 4.) Rumpfsegmente. Laufbeine stets mit einem dem Coxalgelenk gleich gelagerten, meist bicondyhschen Trochanterofemoralgelenk und nur durch Flexormuskeln bewegten tibiotarsalen Gliedern. Rumpfgliederung homonora. Spermatozoen wie bei den Bran- chiata (vgl. auch den Artikel „ M y r i o - p 0 d a"). 1. Unterklasse D i p 1 o p o d a. Ex- tremitäten des labialen (letzten) Kopf Seg- mentes rückgebildet, Maxillen zum Gnatho- chilarium differenziert. Rumpfsegmente mit Ausnahme des 1. (Pauropoden) oder der ersten 5 (Diplopoden) und des Endsegmentes mit je 2 Paar Extremitäten, auch in anderen Eigenschaften (Ganghen, Stigmen) Doppel- segmenten entsprechend. Cerci fehlen. 9 bis über 100 Laufbeinpaare. Erstes anamorphes Larvenstadium mit 3 Paar Laufbeinen. 2 Ordnungen mit zahlreichen Familien. 2. Unterklasse S y m p h y 1 a. Labiale Extremitäten in sehr speziähsierter Form vorhanden. Rumpfsegmente mit je 1 Bein- paar. Cerci vorhanden, mit Spinndrüsen. 12 Laufbeinpaare. — Eine formenarme Ord- nung. 2. Klasse 0 p i s t h o g o n e a t a. In der Regel unpaare (seltener paarige [Ephe- meridenj) Geschlechtsöffnung in einem der präanalen Rumpfsegmente. Laufbeine meist mit einem nahezu vertikal zum Coxalgelenk gelagerten (syndetischen) Trochanterofemoral- gelenk. Labiale und die anderen Mund- extremitäten (wenigstens vorübergehend) postembryonal entwickelt. Cerci bei den ur- sprünglichen Formen stets vorhanden. Sper- matozoen meist frei beweglich und ge- schwänzt (vgl. auch die Artikel „M y r i o - p 0 d a" und „I n s e c t a"). 3. Unterklasse C h i 1 o p o d a. Rumpf- segmentierung homonom, 15 bis 173 bein- tragende Rumpf Segmente. Entwickelung anamorph, hemianamorph, selten epimorph. Extremitäten des 1. Rumpfsegmentes als Giftfüße dem Kopfe angeghedert (falls die Homologie der Mundbeine nicht etwa in der Reihenfolge Mandibeln, Maxillulen, Maxillen, Labiopoden [Giftfüße] erwiesen wird). Genitalöffnung im präanalen Seg- ment. Beine mit nur durch Flexormuskeln bewegten tibiotarsalen Ghedern. Vier auf 2 Ordnungen verteilte Familien. 4. Unterklasse H e x a p o d a oder In- sekten. Rumpfsegmentierung bei ge- schleehtsreifen Tieren (Imagines) stets hetero- nom; drei mit gegliederten Beinen versehene Brust- und niclit über 12, mit rudimentären oder zu Cercis differenzierten Extremitäten versehene oder beinlose Hinterleibssegmente. Entwickelung meist epimorph oder durch Metamorphose, selten (Proturen) anamorph. Keine labialen oder prothorakalen Giftfüße. Genitalöffnung im präanalen oder einem der nächstvorhergehenden Segmente. Beine am Grunde des tibiotarsalen Abschnittes meist mit Flexor- und Extensormuskeln. Die jüngeren Vertreter der Gruppe mit tergalen Flügel- anhängen an Meso- und Metathorax, in diesen Fällen die Jugendstadien primär flügellose (apterygotoide), oft sekundär modifizierte Larven. Zahlreiche auf 2 Legionen ver- teilte Ordnungen und Familien. 2. Unterstamm Chelicerata oder scherenfü hiertragen de Glieder- füßler. 1 Paar, primär scherentragende, bei der Nahrungsaufnahme als Greif- oder Stechwerkzeuge beteiligte, selten bei ge- schlechtsreifen Tieren rückgebildete (Panto- poden) Cheliceren anstatt der 1. Antennen der A n t e n n a t a. Lokomotion ausschheßhch Arthropoda — Astronomische Ortsbestimmungen 0Oi> durch Ko|)fc;liedmaßen, diese sämtlich oder in einit^^en Paaren mit coxalen Kanladen, selten Mundöifnuno; frei, und die Extremi- täten ohne Kauladen (Pantopoden, Palpi- j;raden, Solpngiden). Die invertierten Mittel- an^en meist als Hauptau^en entwickelt und oi't allein erhalten. Fußkrallen (wenn vor- handen) mit Plexor- und Extensormuskeln. Eibildung meist in traubigen Follikeln der Ovarien. Nephridiale Exkretionsorgane allein oder neben Malpighischen Gefäßen vorhanden. IV. Hauptklasse E u c h e 1 i c e r a t a oder r n m p f t r a g e n d e scheren- f ü h 1 e r t r a g e n d e Gliederfüßler. Koi)fabsclinitt ursprünglich mit 6 Extremi- tätenpaaren, mit einheithchem, selten ge- gliedertem Rückenschild. Extremitäten ohne subcoxales Beinghed. Rumpf stets wohl- entwi ekelt. Genitalöffnungen primär im 2. Rumpfsegment, bei Formen mit ver- schmolzenem Kopf-Rumpfabschnitt (Opilio- niden, Acariden, Linguatuliden) wohl auch sekundär oralwärts verschoben. 1. Klasse Merostomata (Palaeo- s t r a c a) oder Schwertschwänz- 1 e r. Die 5 hinteren cephalen Extremi- tätenpaare mit coxalen Kauladen. Rumpf stets vom Kopfe getrennt mit freien oder auf dem Rücken verwachsenen Segmenten, deren vordere 5 (oder 6) blattartig verbreiterte (aus Hüftgliedern mit verkümmerten Telo- poditen bestehende), freie, auf der Hinter- seite kiementragende Extremitäten be- sitzen. Telson schwertartig. Geschlechts- öffnungen paarig auf der Hinterseite der Extremitäten des 2. Rumpfsegmentes. Sper- matozoen lang geschwänzt und beweghch. ]\Ieist sehr große, vorwiegend paläozoische, auf zwei Ordnungen oder Unterklassen zu verteilende Meerestiere, von denen nur die Familie der Limuhden noch rezent vor- kommt. 2. Klasse Arachnida oder Spinne n- t i e r e. Höchstens noch 3 cephale Ex- tremitätenpaare (des 1. bis 3. postoralen Seg- mentes) mit coxalen Kauladen. Rumpf vom Kopf getrennt oder mit ihm verschmol- zen, seine vorderen Segmente mit rudimen- tären Extremitäten oder ohne solche. At- mung durch eingestülpte Kieraenlungen oder Tracheen, selten ausschheßhch durch die Haut. Telson in Gestalt eines Giftstachels oder geißeiförmig oder (meist) rückgebildet. Geschlechtsöffnung unpaar, primär wne bei den Merostomata gelagert. Spermatozoen meist in Form unbeweglicher Spermatosome. Große bis sehr kleine, vielgestaltige, bis- weilen durch Parasitismus deformierte (Lin- guatuliden), auf 2 Unterklassen, mehrere Ordnungen und zahlreiche Familien ver- teilte, meist landlebige oder Süßwasser be- wohnende Ghederfüßler. V. Hauptklasse Pantopoda oder A s s e 1 s p i n n e n. Kopfabschnitt ur- sprünglich mit 7 Extremitätenpaaren. Ex- tremitäten mit frei beweglichen Subcoxal- ghedern. Rumpf stets klein, stummei- förmig, beinlos. Genitalöffnungen paarig, im $ Geschlecht meist an den 4, im (^ an den 2 oder 3 letzten Beinpaaren im Coxal- gliede (d. h. dem 2. Gliede) gelegen. Darm- und Genitalblindsäcke sich tief in die Ex- tremitäten hineinerstreckend. Nur eine formenarme Klasse bildende, ansschließhch im Meere lebende, meist nur mäßig große, der Atmungsorgane entbehrende Cheliceraten. Literatur. Da die wichtigste neuzeitliche Literatur der Arthropoden bei den einzehien Klassen der- selben angegeben wird, sei hier bei dem 3fangel eitles modernen Handbuchs der Arthropodenl-imde auf die drei wichtigsten deutsch- S}>r(i zufälliger Natur sind. 2d) Horreb 0 w-Talco tt-Methode (Differenzen von Meridianzenitdi- stanzen). In neuerer Zeit ist eine schon von dem dänischen Astronomen Horrebow (3) angegebene und später von dem Engländer Tale Ott wieder aufgenommene Methode der Breitenbestiramung wieder in Verwendung genommen, die darin besteht, daß man im Meridian südlich und nördlich des Zenits, zwei die gleiche oder sehr nahe die gleiche Zenitdistanz erreichenden Sterne beobachtet und deren Meridianzenitdistniz mißt. Man hat nach der Grundformel für die beiden Sterne 93 = (5s + Zs und qo—Ön — Zn ; ist Zs = Zn, so wird (f' =^ {ös + (5n) . . . . 3) Da zwei Sterne, die genau in gleichen Zenitdistanzen südlich und nördlich des Zenits kulminieren, kaum vorhanden sein werden, oder wenn dieses für einen bestimmten Tag der Fall sein sollte, doch der Einfluß von Präzession und Nutation diese Uebereinstimmung gleich wieder stören würde, so gelangt in der Praxis das Problem nicht rein zur Darstellung, sondern man wird zwei Sterne aussuchen, die nur inner- halb enger Grenzen (einiger Bogenminuten) gleiche Zenitdistanz erreichen. Stellt man dann die Absehenslinie des Fernrohres so ein, daß diese etwa auf das Mittel der Zenitdistanzen gerichtet ist, so kann man die Abweichungen der Zenit- distanzen der beiden Sterne von diesem Mittel mikiometrisch messen, und werden diese Be- träge mit ms und nin bezeichnet, so hat man + ^(rs — rn) wo (rs — rn) die Wirlamg einer etwa in Betracht zu ziehenden Refraktionsverschiedenheit be- rücksichtigen soll. Da derartige Beobachtungen aber nur in geringen Zenitdistanzen (nicht über 20 bis 25 Grad) ausgeführt zu werden pflegen, wenn sie den höchsten Anforderungen an Genauig- keit genügen soUen, so wird rs — rn stets der Null gleichzusetzen sein. Die gleiche Neigung der Absehenslinie gegen die Normale am Beobach- tungsort wird gesichert durch die Anwendung einer oder besser zweier sehr empfindlichen Libellen, die nach erfolgter Einstellung der mitt- leren Zenitdistanz mit der Achse des Fernrohres sehr sicher verbunden werden können. Da diese Libellen in beiden Lagen in praxi nicht genau Astronomische Ortsbestimmungen 559 die gleichen Einstellungen der Blase zeigen werden, also bei der Umdrehung des Fernrohres um eine vertikale Achse, die Absehenslinie nicht immer genau den gleichen Winkel mit der Nor- malen einschließen wird, der event. Unterschied aber eben durch die verschiedenen Ausscliläge der Libelle gemessen werden kann, so würde obigem Ausdruck noch das den Unterschied der Libellen- angaben berücksichtigende Glied V2 (Is — In) anzufügen sein, wenn ebenso wie (ms — nin) und (rs— rn) auch (U— In) in Bogensekunden ausgedrückt wird. Abgesehen davon, daß man den Betrag der mikiometrisch zu messenden Bögen nicht zu groß Wcählt (ihre Summe soll etwa 10' bis 12' nicht überschreiten), wird man auch darauf zu sehen haben, daß zwischen den beiden Kulminationszeiten eines Sternpaares kein zu großes Zeitintervall liegt, da sonst die absolute Un Veränderlichkeit des Winkels zwischen Libellenachse und Absehenshnie, die unbedingte Voraussetzung ist, nicht verbürgt werden kann. Außerdem soll bei der Auswahl der Sternpaare, deren man 20 bis 30 in einem Abend beobachten kann, darauf gesehen werden, daß die Gesamt- summe der nis — nin möglichst nahe gleich Null wird, da dann ein Fehler in der Kenntnis des Winkelwertes einer Umdrehung der Mikrometer- schraube ohne Einfluß bleibt. Das gleiche gilt auch bezüglich der Werte von Is — In und des Winkelwertes eines Niveauteiles. Durch die scharfe Durchführung der Polhöhenbestiramungen nach der Horrebow-Talcott-Methode ist es geglückt, die schon früher von Bessel vermutete 2e) Zirkurameridi anzenitdi stanzen. Wird die Zeit der Beobachtung, d. h. also die an die benutzte Beobaclitungsuhr anzu- bringende Korrektion auf richtige Zeitangabe als bekannt vorausgesetzt, so würde mit deren Hilfe der Moment des Meridiandurch- ganges für einen jeden Stern, dessen Rektas- cension bekannt ist, sich scharf angeben lassen. Die vorher erwähnten Methoden der Breitenbestimmung werden durch diese Kennt- nis insofern eine Vereinfachung und Verscliär- fung erfahren, als der Moment für die aus- zuführende Zenitdistanzmessung mit größe- rer Schärfe angegeben werden kann, als durch die Einschaltung der irgendwie bestimmten Meridianrichtung. Außerdem werden sich auch für den Fall, daß die Zenitdistanz- jeo>^ FiK. 3. Die Bewegung des Nordpols der Erde von 1899 bis 1910. Veränderlichkeit der Polhöhe mit Sicherheit nachzuweisen und ihren Verlauf zu verfolgen (4). Diese Schwanlamgen der jeweiligen Lage der Erd- achse sind von sehr geringem Betrag etwa 0.2 bis 0.3 Bogenselmnden (das sind 6 bis 9 Meter line- aren IMaßes) gegenüber einer mittleren Lage. So- wohl Amplitude als die Periode der Schwankungen (diese beträgt etwa 420 Tage) sind selbst wieder starken, bis jetzt noch nicht übersehbaren Ver- änderungen unterworfen (vgl. dazu die Skizze). Fig. 4. Astronomisches Dreieck. messung um ein kleines Zeitintervall vor oder nach dem Meridiandurchgang stattge- funden haben sollte, mit Hilfe eben dieser zeitlichen Abweichung (dem Stundenwinkel) Korrektionen auf die Meridianzenitdistanz angeben lassen. Die Ableitung der geographischen Breite aus einer Höhen- oder Zenitdistanzmessung wird aber bei scharfer Kenntnis der Uhr- korrektion J u auch gar nicht mehr an die Messung im Meridian oder in dessen aller- nächster Nähe gebunden sein, da die sphäri- sche Trigonometrie auf Grund der Beziehun- gen in dem sphärischen Dreieck: Pol — Zenit — Stern (sogenanntes astronomisches Dreieck) aus gemessener Zenitdistanz (z) und Stundenwinkel (t) und den bekannten Koor- dinaten des Gestirns (a u. ö) die Breite (99) zu bestimmen gestattet, es ist cos z ^ sin 99 sin d + cos 99 cos d cos t . . 5) Diese Formel ist aber für die Ableitung des "Wertes von 99 aus den übrigen Stücken nicht zweckmäßig, da sie quadratisch ist. Man gestaltet dieselbe deshalb in geeigneter Weise um, indem man entweder, wie vielfach ge- bräuchlich, Hilfswinkel einführt oder bezüg- lich des Stundenwinkels zum halben Winkel- übergeht. Dann hat man: , T-irs cos z sinM p. cos (99— M) = — ^7^-^ — 6) und sin <5 tg M = tg(3 sec t 560 Astronomische Ortsbestimiiiun"'en oder man rechnet unter Anwendung eines genäherten Wertes von 99 die Korrektion aus, die an die wirklich gemessene Zenitdistanz (z) anzubringen ist, um sie auf die Meridian- zenitdistanz z" zu reduzieren. Das geschieht dann mit Hilfe der Beziehung: sin 72(2 — z") = oder wenn man z — cos cp cos ö sin 1/2(2+ z°) z" = ^ z setzt sm-, 7) sin 72-^ z cos cp cos d i sin72(<5— 99+z) ' 2' ■ ^ Differenziert liefert die Fundamentalformel die Abhängigkeit der resultierenden Breite vom Stundenwinkel in der Form sin t. dt dcp = TT^ — 7 7 = — tga cosQp dt ... 9) ^ tgd — tgg^cost *= ^ ' Daraus geht hervor, daß ein Fehler im Stunden- winkel oder was dasselbe ist in der Uhrkorrektion um so geringeren Einfluß auf die Bestimmung von (p oder auf ^ z hat, je mehr sich das Azimut 0" oder ISO" nähert, also in der Nähe des Meri- dians. Macht man von diesem Umstand Ge- brauch, so wird es erlaubt sein, bei der Kleinheit von ^ z und t zu Reihenentwickelungen für ^ z nach Potenzen des Stundenwinkels über- zugehen. Die gebräuchlichste Form einer solchen Reihe ist die folgende: z/z cos q> cos 8 sin(qF — ö) sinl" cosqp cos d\ sin(qp— (3) . cotg {(f—d) + ^ 2 /cosqp C0S^\3 (1 -f 3 cotg2 {(p—6). 2sin*-3' sin 1" 2sin«— 10) 3\sin(9— (3)/ - ■ ° - 'sinl" dann wird 9 = ö -f (z — Jz) und obgleich diese Reihe recht gut konvergiert, ist sie doch nur zweckmäßig, wenn t so klein und z so gewählt wird, daß man das 3. Glied vernachlässigen kann. Das gilt im allgemeinen für t <30 Minuten und z> 25", je grüßer z desto größer kann auch t als noch zulässig gelten, für z setzt die Unrulie der Bilder und die Unsicher- heit der Refraktion die Grenze auf etwa 70 Grad. Für die praktische Rechnung gibt man der Formel die Gestalt tp = 6 -\- z wo A = - Am + A"cotg (qp — 6) n, v- 2 sm- — cos qp cos o 2 sm (qp — 0) 2 sin* - sin 1" und sin 1' 11) bedeutet. Für alle drei Größen besonders aber in ausgedehnter Form für m und n hat man zweckmäßige Hilfstafeln, die die Rechnung außerordentlich erleiclitern (5). Man mißt natürlich eine ganze Anzahl (8 bis 12) Zenit- distanzen in der Nähe des Meridians, möglichst symmetrisch zu diesem und auf die verschiedenen Lagen des Instrumentes verteilt. Es ist aber für die Diskussion des Resultates dringend zu raten, die Beobachtungen einzeln auszurechnen, da sonst Beobachtungsfehler leicht unentdeckt bleiben. Der Ausdruck von A bleibt für alle solche Messungen derselbe, solange sie sich auf denselben Stern und Erdort beziehen. Für die untere Kulmination kehrt sich das Vor- zeichen von -1 z um, und man hat statt qc — ö den Wert (f+6 zu setzen. Für Sterne zwischen Zenit und Pol ist nur qp^6 mit 6 — qp zu ver- tauschen. 2f)Zenitdistanzen polnaher Sterne besonders des Polarsternes (a Ursae minoris). Mit besonderem Vorteil kann in ähnlicher Weise auf der nördlichen Halbkugel auch der Polarstern (a Ursae minoris) zur Bestimmung der Breite benutzt werden. Da seine Höhenänderung für alle Stundenwinkel auch im ungünstigen Fall nur gering ist (in der größten Digression, d. h. wenn der durch ihn gelegte Höhenkreis senkrecht auf seinem Stundenkreis steht), nur etwa 20" in der Zeit- minute, so braucht man die Beobachtungs- zeit auch dann nicht genauer als auf etwa 3^ zu kennen, um in z noch auf 1" sicher zu sein. (Abgesehen von anderen Fehlerein- flüssen auf die Messungen.) In der Nähe seiner Kulminationen liefert auch in diesem Falle der Polarstern noch viel günstigere Eesultate. Man kann zur Auswertung der Messungen ent- weder die oben angegebene strenge Reclmungs- vorschrift anwenden oder bei kleinen Stunden- winkeln auch die bequemeren Reihenentwicke- lung benutzen. Da, cc Ursae minoris jetzt aber nur etwa 70' vom Pole absteht, wird mit Vorteil von diesem Umstand zum Zwecke der Reihenentwickelung Gebrauch gemacht, indem man die an die ge- messene Zenitdistanz anzubringende Verbesse- rung zum Teil in eine Reihe entwickelt, die nach Potenzen des Polabstandes (p) fortschreitet. Man hat danach qp = 90° — (z -f p cos t ^ p- sin 1" tgqp sin^ t 6 p3 sin2 1" (1 -f 3 tg2g:) sin2 1 cos t . . 12) Für die praktische Rechnung pflegt man diese Reihe noch etwas umzugestalten, indem man setzt: M = -^ p2 sin 1" tg qp 13) undN 6 p3 sin- 1" (1 -f 3 tg qp) sin^ t cos t und diese Werte mit qp und t als Argumente tabuliert (5). Dabei ist man zunächst gezwungen, wenigstens in der zweiten Tafel für p einen kon- stanten Wert zu nehmen, was der Wirklichkeit nicht entspricht, da p wegen der Aenderung der Fundamentalebenen stark veränderlich ist (p nimmt jetzt im Jahr etwa 18 72 Bogensekun- den ab) und schwankt im Jahre um nahe 50". Diesem Umstand wird Rechnung getragen durch die aus kleinen Täf eichen mit p zu entnehmenden Werte : M = M„ 1: und N = N„ Po indem Astronomische Ortsbestimmims-en 561 man nicht 'M und X tlirekt, sondern AIq und No f ür den konstanten Betrag Po tabuliert (für welchen man einen für etwa 10 Jahre gültigen Mittelwert von p wählt). Ist das zu beobachtende Gestirn die Sonne, so muß beachtet werden, daß diese nur zur Zeit der Solstitien ihre größte Hölie im ]\Ieridian er- reicht, sonst aber wegen der Aeiulerung ihrer Deklination entweder vor (abnehmende Dekli- nation) oder nach (zunehmende Deklination) dem Moment des Meridiandurchganges. Es ist dann zweclanäßig das Formelsystem (10) mit der Modifikation anzuwenden, daß man die t nicht vom Äleridiandurchgang, sondern vom Moment der größten Höhe an zählt. Die an die Stundenwinkel anzubringende Korrektion r> ist nach der Gleichung (9.40594—10) (tgqr— tg^) Jö zu berechnen, wo die Zahl in den^ Klammern den Logarithmus eines konstanten Faktors und zlö die stündliche Aenderung der Deklination der Sonne bedeutet. 2g) Methode der ,, gleichen Höhen". An die Stelle der Bedingung, daß die Be- obaclitungen in nächster Nähe des Meridians ausgeführt werden, kann auch z. B. die treten, die Zeiten zu beobachten zu denen zwei oder melir Gestirne die gleiche Höhe erreichen. Wählt man zu diesem Zwecke zwei Sterne aus, so ist deren Nähe am Meri- dian für die Momente der Beobachtung noch wünschenswert; werden aber drei oder mehr Sterne unter dieser Bedingung beobachtet, dann ist eine mögliclist gleichmäßige Ver- teilung über den ganzen Horizont vorzu- ziehen. Bei drei oder mehr Sternen ist auch die Kenntnis der Höhe und der Zeit selbst nicht mehr nötig, da diese aus der Berechnung der Beobachtungen mit erhalten werden können. Die Auswertung der Beobachtungs- daten hat dann nach den einfachen Funda- mentalformehi in der Weise zu geschehen, daß man unter Annahme von Näherungs- werten die wahrscheinlichsten Korrektionen der in erster Näherung angenommenen Werte für (p, Ju und z resp. h ausrechnet (vgl. Zeitmessung). Mit Ausnahme der Horrebow-Talcott- Methode und (in gewissen Grenzen) der letzt- angeführten Methode der Breitenbestimmung sind die bisher angegebenen Verfahren von der Güte der Kreisteilung des zur Zenitdistanz- messung benutzten Instrumentes abhängig, soweit nicht durch möglichste Variation der Ablesungsstellen der Kreise diese Fehler nahe- zu unschädlich gemacht werden können. 2h) Beobachtungen der Durch- gänge von Gestirnen durch den ,, Er- sten Vertikal" bei geringer Zenit- distanz. Die geographische Breite kann aber auch ganz olme Benutzung einer Kreisteilung (abgesehen von der Aufsuchung der Gestirne) gefunden werden. Dahin gehört die Beobach- tung der Zeiten, zu denen ein Gestirn genau den I. Vertikal, d. h. den zum Meridian senk- recht stehenden Höhenkreis passiert. Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Band I. Diese zuerst wohl von Römer (6) an- gegebenen Methoden der Breitenbestimmung im ersten Vertikal beruht darauf, daß das Dreieck Pol — Zenit — Stern in diesem Fall Fig. 5. rechtwinklich am Zenit wird und die Bezie- hung zwischen Stundenwinkel (t) und der geographischen Breite {(p) die einfache Gestalt tgcp = tg^ sec t . . . . 14) annimmt, in welcher außer der Kenntnis von t zur Zeit des Durchgangs durch den I. Ver- tikal nur noch die der Deklination des Sternes notwendig ist. Wird die Durchgangszeit so- wohl im Ost- als im Westzweig des I. Verti- kals beobachtet, so erhält man als Differenz beider Uhrangaben 2t, nur abhängig vom Uhrgang (du) während dieser Zeit, aber ohne, daß die Uhrkorrektion (_/u) selbst be- kannt zu sein braucht. Eine andere häufig verwendete Gleichung für die Berechnung der Beobachtungen im I. Vertikal ist die folgende: sin {(p — d) = sin 99 cos 99.2 sin^ -„ , . 15) In diesem Fall ist ein möglichst genäherter Wert von 99 nötig, was bei der Anwendung dieser Methode stets der Fall sein wird; außer- dem gestaltet sich die Rechnung einfach, da bequeme Tafeln für 2 sin^ „ vorhanden sind. In der Praxis pflegt man diese Methode gewöhnlich mit Hilfe eines Durchgangsinstru- mentes (am besten eines solchen mit gebroche- nem Fernrohr, da bei diesem die Bestimmung der Achsenneigung wesentlich bequemer ward) auszuführen, dessen Umdrehungsachse im Meri- dian liegt. Dann wird bei Bewegung um diese Achse die Absehenslin ie den ersten Vertikal be- schreiben. Mit Hilfe eines kleinen Vertikalkieises am Instrument kann die Zenitdistanz, in welcher der Stern den ersten Vertikal passiert, einge- stellt werden. Die Methode ist unabhängig von jeder Kreisteilung, aber die Fehler des Instru- mentes und seiner Aufstellung, der KoUima- tionsfehler (c), der Neigungs- (i) und der Azimut- fehler (k) haben auf die Durchgangszeit und damit auf den resultierenden Wert von qp Ein- fluß. Er läßt sich für beide Formeln wie folgt darstellen: 36 562 Astronomische Ortsbestimniimgen Man setzt tg (f^ = tg ö sec t wird qp = qpi ± c sec z + i ± k tg z . . 16) oder sin (g;^— (3) = sin (ff) cos 5.2 sin^ -^ und qp = qpi ± c + i cos z ± k sin z wo (qp) ein Näherungswert und qp^ den nicht für die Instrumentalfehler korrigierte Wert von qp bedeutet. Die doppelten Vorzeichen gelten bei c für den Durchgang im Ost- oder Westzweig des I. Vertikals. Daraus ist zu sehen, daß sich diese beiden Fehler durch geeigneten Beobachtungs- modus — Umlegen des Instruments zwischen Ost- und Westdurchgang oder noch besser während des Ost- und Westdurchganges — eliminieren lassen (ihre Konstanz vorausgesetzt). Die Neigung der Umdrehungsachse gegen die Horizontalebene geht aber mit ihrem vollen oder nahezu vollen Betrage stets in das Resultat ein. Deshalb ist vor allem eine sehr genaue Bestimmung dieser Abweichung von der idealen Aufstellung des Instruments notwendig (7). Für die zweckmäßige Berechnung der Beob- achtungen gibt es sehr bequeme Hilfstafeln. Diese Methode gewährt bei sicherer Auf- stellung des Instruments eine sehr große Ge- nauigkeit, die den Resultaten aus dem Horre- bow-Talcott-Verfahren nahezu gleichkommt. Die Abhängigkeit des Resultates von t und d stellen die Differentialausdrücke dar: d9 = sinq:.tg z.dt_= sin cp tg{rp—d) dt 1 sin2fD -. > und dq: = sin2qp sin2d dS .18) Daraus geht hervor, daß man ä so nahe als [ möglich gleich qp wählen muß, um sowohl den | Einfluß eines Fehlers in t als auch in d so klein als möglich zu machen. Es soll d nicht mehr als 2 bis 3 Grad kleiner als cp sein. Weiterhin zeigt sich, daß die Methode in nie- deren Breiten im allgemeinen günstiger, in höheren ungünstiger wird. 2i) Beobachtungen der größten Di- gressionen und sogenannte absolute Methoden. Zur Breitenbestimmung können noch eine Keihe anderer Methoden verwendet werden, die aber entweder wegen geringerer Sicherheit oder wegen großer Umständlich- keit der Rechnung wenig Eingang für geo- graphische Ortsbestimmungen gefunden ha- ben, sondern nur in Ausnahmefällen oder auch dann zur Anwendung empfohlen worden sind, wenn es darauf ankommt das Resultat unab- hängig von den Orten der benutzten Gestirne zu erhalten (vgl. dazu die Beobachtungen von Zirkumpolarsternen S. 556). Wird der azimutale Unterschied der beiden Punkte des Himmels beobachtet, in denen ein Stern im Osten und im Westen in seine größte Digression (s. oben) gelangt, so liefert das Dreieck Pol— Zenit— Stern, welches dann am Stern rechtwinkelig wird, die Beziehung cos 99 = cosö coseca .... 19) Da der Wert von a dann als halber Betrag der fast unabhängig von allen Instrumentalfeh- lern — wenn nur die Stabilität während kurzer Zeit verbürgt werden kann — erhal- tenen Azimutdifferenz gefunden wird, so sind die Resultate ziemlich sichere. Die praktische Ausführung läuft darauf hinaus, mittels eines Universalinstrumentes das Ge- stirn zur Zeit seiner größten Digression zu ver- folgen und dann, wenn keine Azimutänderung mehr erfolgt, den Horizontalki-eis abzulesen. Wird diese Ablesung mit einer solchen für die Visur auf ein möglichst entferntes aber deutlich einstellbares irdisches Objekt verbunden und dasselbe Verfahren in der anderen Digression wiederholt, so wnrd die Azimutdifferenz ganz unabhängig von der Einstellung auf das irdische Objekt. Und da die Einstellungen auf das Gestirn und die auf die Marke beidemale in gleicher Zenitdistanz erfolgen, kommt auch die Wirkung etwaiger Instrümentalfehler nicht in Betracht. Auch die Teüungsfehler des Kreises können durch Wiederholung der Messung an verschiedenen Sternen oder an verschiedenen Abenden bei Drehung des Kreises unschädlich gemacht werden. Auch die Digressionen verschiedener Sterne können auf diese Weise miteinander verbunden werden. Das hat den Vorteil, daß man nicht auf die beiden Digressionen desselben Sternes zu w^arten braucht. Es bedarf dann aber einer zweckmäßigen Auswertung der Beobachtungs- daten nach der Methode der kleinsten Quadrate. Das noch erwähnte absolute Verfahren der Bestimmung der geographischen Breite erfor- dert umständliche Beobachtungen verschiedener Kombinationen von Sternen entweder im gleichen Vertikal (Vorschlag von W. Förster) (8) oder in gleicher Höhe im Meridian und im Osten und I Westen (Vorschlag von Kapteyn)(9). Es kann hier auf näheres Eingehen verzichtet werden und muß auf die betreffenden Originalabhand- lungen verwiesen werden. 2k) Beobachtungen von Gestirnen im Norden und Süden und im Osten und Westen in paarweise gleichen Höhen. In neuerer Zeit sind zur Breiten- bestimmung mehrfach Methoden, die an sich nicht neu sind, in Vorschlag gebracht worden (und die z. T. den eben erwähnten ähnlich sind), wegen der Umständlichkeit der Vor- • bereitungsrechnungen und der endgültigen Auswertung aber wenig zur Anwendung ge- langten. Durch die zweckmäßige Gestaltung von Tafeln und besonders zu diesen Zwecken angelegter Verzeichnisse geeigneter Stern- gruppen, ist ihre Anwendung allgemeiner geworden. Es gehören dorthin die Beob- achtung zweier Gestirne in der Nähe des südlichen und nördlichen Teiles des Meridians in genau gleichen Zenitdistanzen, oder wenn auch die Uhrkorrektion mit bestimmt werden muß, die Beobachtung weiterer Paare in der Nähe des I. Vertikals ebenfalls in gleicher eventuell in derselben Zenitdistanz wie die des Süd- und Nordsternes. Die Anwendung dieser Methode beruht auf der Gleichung tgqp = COS 5s cos ts — cos 6n COS tn sin 5s — sin 5n Astronomische Ortsbestimmunoon 563 wo ts = Us + -^u — ■ «s und tn = Un + ^u — an bedei tet. Diese Formel läßt sich bequemer gestalten, wenn man setzt 8n + (3s imd T tn + ts dann hat man: tg 9 = cotg £ sin ö sin T + tg 6 cos c cos r Die Differenzierung liefert cos qp ^^ dqp — te g "V (as + an) und dqp dz cos as + cos an woraus hervorgeht, daß die Sterne so ausgewählt werden müssen, daß as + an nahezu 180» ergeben, d. h. wenn die Sterne symmetrisch zum I. Ver- tikal, aber auf derselben Seite des Meridians stehen, während sie andererseits in mittleren Azimuten stehen müssen. damit die Beobachtungs- fehler, welche ja durch die Zeitangabe für den Durchgang durch die Horizontalfäden die Zenit- distanz bestimmen, keinen zu großen Einfluß auf die Breitenbestimmung gewinnen. 3. Methoden zur Zeit- und geographi- schen Längenbestimmung. 3a) Zeitrech- nung. Uhrstancl und Uhrgang. All- gemeine Erläuterungen. Nullmeridi- an. Zeitbestimmung. Die Längen- differenz zweier Orte ist, wie eingangs be- merkt, direkt der Unterschied der an diesen beiden Orten im gleichen Moment gültigen Ortszeit. Es ist daher eine geographische Längenbestimmung ohne Kenntnis der Orts- zeiten nicht möglich. Es muß also die Be- stimmung der Ortszeit oder der jeweilig gültigen Uhrkorrektion (Ju) als bekannt vor- ausgesetzt werden, so daß die geographische Längenbestimmung selbst sich schließlich nur auf die Angabe oder Ausführung zweck- mäßiger Methoden zur Vergleichung der Orts- zeiten beziehen wird. Obgleich die Bestimmung der Ortszeit aus astronomischen Beobachtungen und die Mes- sung bestimmter Zeitabschnitte einem be- sonderen Aufsatz (vgl. den Artikel ,,Zeit- messung) vorbehalten bleibt, so muß zum Verständnis des Folgenden doch auf das Fundamentale der astronomischen Zeitbestim- mung auch hier kurz eingegangen werden. Die Bestimmung der Ortszeit für einen gegebenen Moment besteht darin, daß man mit Hilfe von Gestirnen, die geeignet aus- zuwählen und an zweckmäßigen Stellen des Himmels zu beobachten sind, den Fehler einer Beobachtungsuhr bestimmt. Die Hin- zufügung der so gewonnenen Korrektion zu der Ulirangabe (U) liefert die Ortszeit. Die Einheit für unsere Zeitmessung ist die Dauer einer Umdrehung der Erde um ihre Achse, die, soweit wir sie heute messen können, völlig gleichmäßig und in gleichen Intervallen vor sich geht. Eine solche Umdrehung wird vollendet sein, wenn ein Punkt des Himmels zweimal hintereinander durch den Meridian ein und desselben Ortes hindurch gegangen ist. Ein solcher Punkt am Himmel wird durch einen jeden Fixstern gegeben sein (abgesehen von dessen Eigenbewegung und von der V^irkung der Präzession und Nuta- tion). Beobachtet man also zwei seiner Durchgänge durch den Meridian, so soll eine Uhr in dem dazwischen liegenden Zeitraum genau 24 Stunden zurückgelegt haben. Es ist das dann ein sogenannter Sterntag. Wird die Sonne als Beobachtungsobjekt benutzt, wie es das bürgerliche Leben er- fordert, so wird das Zeitintervall zwischen zwei Meridiandurchgängen derselben ein wahrer Sonnentag genannt. Da die Sonne unter den Sternen scheinbar zurückweicht — wegen des Umlaufs der Erde um die Sonne — so ist ein Sonnentag länger als ein Sterntag und zwar um etw^a 3 Minuten 56 Sekunden. Die Erde bewegt sich ungleichmäßig (in einer Ellipse) um die Sonne, daher sind die Sonnentage nicht gleich lang im Verlaufe eines Jahres (vgl. den Artikel ,,Zeitmes- sung"). Man muß daher, um gleichmäßig gehende Uhren, die zur Gewinnung der gleichmäßigen Einteilung des Tages in Stunden, Minuten und Sekunden nötig sind, gebrauchen zu können, an die Stelle des wahren Sonnentages einen mittleren Sonnen- tag setzen, der der Bedingung genügt, daß im Laufe eines Jahres ebenso viele wahre als mittlere Tage verstreichen, nur daß die mitt- leren Tage alle genau gleich lang angenommen werden, wodurch sie dem Fortschreiten einer Sonne (der sogenannten mittleren Sonne) entsprechen, die sich scheinbar mit gleicher Geschwindigkeit um die Erde drehen würde. Uhren, die nach Sternzeit reguliert sind, nennt man „Sternzeituhren" und solche nach mittleren Tagen regulierte „Mittlere Zeit-Uhren"; diese sind die überall im gewöhn- lichen Leben gebräuchlichen. Wahre Sonnen- zeit zeigen alle Sonnenuhren. Der im Laufe des Jahres veränderliche Unterschied zwi- schen wahrer und mittlerer Zeit im gleichen Moment heißt die für diesen gültige Zeit- gleicimng (vgl. den Artikel ,,Zeitmes sung")- Null Uhr mittlere Zeit für einen Ort setzt man auf den Moment, in dem das Zentrum der mittleren Sonne durch den Meridian dieses Ortes geht. Null Uhr Sternzeit ist es in dem Moment, in dem der Frühlingsanfangspunkt durch den Meridian des betreffenden Ortes geht. Astronomisch zählt man die Stunden 1 von 0^ bis 2411 während des ganzen Tages I dur«h und man beginnt diese Zählung im 1 Gegensatz zum bürgerlichen Leben für die i mittlere Zeit bei der oberen Kulmination der Sonne, also um Mittag und nicht um 564 Astronomische Ortsbestimiuiino-en Mitternacht, einmal damit in der Nacht, während der Hauptbeobaclitungszeit ein Wechsel des Datums vermieden wird und dann, weil man bei der Zählung der Sternzeit auch so verfährt. Da die Umdrehung der Erde gleichmäßig vor sich geht und direkt als zeitmessend verwendet werden kann, so wird die Zeit, welche verstreicht, von dem Durchgang des Meridians eines Ortes durch einen bestimmten Punkt des Himmels bis zum Durchgang des Meridians eines anderen Ortes durch den- selben Punkt des Himmels direkt den Winkel messen, den eben diese beiden Meridiane auf der Erde miteinander einschließen, und das ist die Längendifferenz dieser beiden Orte. Wenn im Orte A ein bestimmter Punkt des Himmels (ein Fixstern) zur Zeit Ta durch den Meridian geht — es ist hier nur an die Stelle der wirklichen Umdrehung der Erde, die scheinbare des Himmelsgewölbes gesetzt, was natürlich an der Zeitangabe nichts ändert — so wird er durch den Meridian des Ortes B gehen, wenn die Uhr in A die Zeit Tb angibt, während in B selbst eine richtig gehende Uhr Ta zeigen muß. Ist man also auf irgendeine Weise imstande, auf der Uhr A die Kulmination desselben Sternes in A und in B zu bemerken, so wird Tb — Ta sofort die Längendifferenz beider Orte angeben. Jede geographische Längenbestimmung läuft also darauf hinaus, an dem Ort, dessen geographische Länge aufgesucht werden soll, für einen gegebenen Moment eine Zeitbe- stimmung zu machen und die im gleichen Moment gültige Zeit des Nullmeridians (oder eines Meridians, der durch einen Anschlußort geht) zu ermitteln. Die er- forderlichen Zeitbestimmungen müssen für die Zwecke von Längenbestimmungen mit größerer Schärfe ausgeführt werden, als es z. B. für Breitenbestimmungen nach der Methode der Zirkummeridianzenitdistanzen oder anderer Beobachtungen im oder nahe dem Meridian nötig ist, da ein Fehler in der Uhrkorrektion mindestens mit dem vollen Betrage die Längendifferenz beeinflußt. Man wählt deshalb auch nur die Beob- achtung von Sterndurchgängen durch den Meridian oder durch den Vertikal des Polar- sternes (mittels Durchgangsinstruments) oder die der korrespondierenden Höhen (mittels Reflexions- oder Universalinstru- ments). Andere Methoden werden nur in be- stimmten Fällen angewandt, wie z. B. bei den Längenbestimmungen aus Mondhöhen. Die Zeitbestimmung im Meridian beruht darauf, daß man beobachtet, welche Zeit die Beobachtungsuhr angibt im Moment der ' Kul- mination eines Gestirnes, dessen Rektaszension genau bekannt ist. Da eine nach Sternzeit gehende Uhr immer genau so viel Zeit anzeigen muß, als ein Stern, der eben durch den Meridian geht, Rektaszeusion besitzt, so wird die Ab- weichung der Uhrangabe von der Rektaszension des Sternes in diesem Moment direkt ihre Korrektion (der Uhrstand) sein. Solcher Beobachtungen macht man eine An- zahl kurz hintereinander und wählt dazu die Sterne so aus, daß man durch die Beobaclitung ihrer Durchgangszeiten auch die Instrumental- fehler eliminieren kann (vgl. den Artikel ,,Zeit- messung"). Ganz ähnlich erfolgt die Beobach- tung im Vertikal des Polarsternes, nur ist in diesem Fall noch der Stundenwinkel für die einzelnen Sterne aus der jeweiligen Lage des Beobachtungs- vertikals zu berechnen. Die erlangte Genauigkeit ist fast dieselbe wie im Meridian, aber die Rechen- arbeit ist erheblich größer. Man erhält den Fehler der Uhr durch solche Beobachtungen bis auf etwa rt 0,02 Zeitsekunden sicher bei guter Anordnung der Beobachtungen und genügender Geschicklichkeit des Beobachters. Die Bestim- mung des Uhrstande^ aus korrespondierenden Hüben beruht auf der Ueberlegung, daß ein Fixstern in gleichen Abständen vom Meridian, also im gleichen Stundenwinkel genau die gleiche Höhe erreicht. Beobachtet man also die beiden Zeiten, in denen diese gleiclien Höhen erlangt werden, so wird das Mittel aus den beiden Uhrangaben diejenige ergeben, die man beobachtet haben würde im Moment des Meridiandurchganges und da diese wieder gleich der Rektaszension des beobachteten Gestirnes sein soll, so wird der Unterschied zwischen V2 (Uo-fUw) — cc sofort gleich der Uhrkorrektion sein. Es ist dazu nur erforderlich, daß die benutzte Uhr in der ZwischenzeitUo bis Uw gleichmäßig geht. Man soll deshalb diese Zwischenzeit nicht zu lang wählen ; bei zu großer Nähe am Meridian werden aber die Momente für die gleichen Höhen unsicher, da dann die Höhenänderung nur langsam erfolgt. Uw — Uo soll etwa zwischen 3 bis 5 Stunden liegen (ver- schieden nach der geographischen Breite). Bei beiden hier angeführten Methoden der Zeitbe- stimmung ist die Kenntnis der Breite entweder gar nicht oder nur genähert erforderlich. Das Vorhandensein guter Zeitbestim- mungen vorausgesetzt, wird also die Längen- bestimmung nur darauf auszugehen haben, die Ortszeit zweier Orte miteinander zu ver- gleichen. Das kann auf verschiedene Weise geschehen. 3b) Gleichzeitige Beobachtung cö- lestischer Phänomene. Meteore. Mondfinsternis. Am einfachsten gelangt man dazu, wenn von beiden Orten aus irgendein scharf beobachtbares Phänomen gleichzeitig gesehen werden kann. Solche Ereignisse können cölestischen oder auch irdischen Ursprungs sein. Das Auftauchen und Verschwinden einer Sternschnuppe läßt sich benutzen; werden an beiden Orten A und B die betreffenden Zeiten (Ta und Tb) notiert, so wird die Längendifferenz (_/A) sofort Tb — Ta sein. Es ist dabei gleich- gültig, ob für die Zeitangaben Sternzeit oder mittlere Zeit-Uhren verwendet werden. Astronomische Ortsbestinimimgen oG5 In früherer Zeit sind solche Beobachtungen nicht selten wirklich verwendet worden, nur macht es häufig Schwierigkeiten, die Identität der Meteoriten festzustellen. Es ist dazu schon eine ziemlich genaue Kenntnis von jI notwendig und außerdem ist die persönliche Auffassung des Aufleuchtens und Verschwindens von erheblichem Einfluß. Die Beobachtungen des Verschwindens lie- fern die genaueren Resultate. Andere Ereignisse sind die Verfinsterung des Erdmondes "oder die Eintritte der Monde des Jupiters in den Schatten des Planeten. Beide Phänomene sind objektiver Art, sie werden also an allen Punkten der Erde, an denen sie überhaupt sichtbar sind, auch in absohlt gleichem Moment wahrgenommen ; werden. Der Unterschied der beobachteten Ortszeiten an verschiedenen Orten wird also ohne weiteres wieder deren Längendifferenz ergeben. Anfang und Ende einer ^Mondfinsternis sind tatsächlich nicht ganz frei von parallaktischer Verschiebung, diese ist aber so gering, daß sie gegenüber der großen Unsicherheit mit der die Beobachtung des Ein- und Austrittes des Mondes in und aus den Erdschatten angegeben werden kann, ganz zurücksteht. Die Grenze des Schatten- kegels der Erde ist sehr unscharf, einmal des ihn umgebenden Halbschattens wegen und zum anderen deshalb, weil auch der Kernschatten durch Refraktions Wirkungen in der Erdatmo- sphäre keineswegs scharf ersichtlich wird. Ge- nauere Resultate geben die Beschattungen der ausgeprägten Gebirgsformationen, da die Beob- achtung der ]\Iomente ihres Ein- und Aus- trittes in und aus den Kernschatten mit ziem- licher Sicherheit auf die Zeit ihres Durchganges durch die Mittelebene schheßen läßt. Eine eigentümliche Erscheinung bei solchen Finster- nissen ist die, daß der Schattendurchmesser am Mond um etwa Vso bis ^/go größer erscheint als die Theorie ihn angibt (10). Es scheint das im wesentlichen auf physiologischen Gründen zu beruhen, wie Seeliger in München (11) durch zahlreiche entsprechende Versuche gezeigt zu haben scheint. , \ Die Verfinsterung der vier hellen^ Jupiter- monde lassen sich schon mit geringen optischen Hilfsmitteln wahrnehmen. Ihre Beobachtung würde eine recht zuverlässige Zeitvergleichung gestatten, wenn nicht auch diese Ivürper noch zu groß wären, als daß plötzliches Verschwinden des von ihnen reflektierten Lichtes erfolgte. So- wohl der Eintritt in den Schatten des Jupiters, als auch das Wiederhervortreten aus dem Schatten erfolgt allmählich und zwar um so schneller, je sclmeller sich der betreffende Mond in seiner Balm um den Planeten bewegt. Diese Bewegung hängt von der Entfernung des Mondes vom Hauptkürper ab, ist also bei dem, dem Jupiter nächsten Mond am größten. Deslialb würden die beiden inneren Monde auch die besten Resultate liefern. Die wie kleine Sternchen erscheinenden Monde werden deshalb in einem kleinen Fernrohr früher verschwinden und später wieder sichtbar werden als in einem Fernrohr mit großer Oeffnung. Daher können auch hier nur die Beobachtungen der Ein- u n d Austritte in ilirem Mittelwert Resultate geben, die von der optischen Stärke der Fernrohre unabhängig sind. Die Ein- und Austritte können bei den beiden inneren Monden nicht am gleichen Abend beobachtet werden, da entweder der Eintritt oder der Austritt hinter der Planetenscheibe erfolgt. Wohl aber ist diese Beobachtung an den beiden entfernteren Monden möglicli; dadurch gewinnen die Verfinsterungen dieser beiden wieder an Bedeutung. Bleibt man lange Zeit am selben Orte, so können allerdings die Eintritts-Beobachtungen der inneren Monde vor der Opposition des Jupiters mit denen des Austritts nach der Opposition zu guten Resul- taten kombiniert werden. Gegenwärtig wird von Beobachtungen der Mondfinsternisse im wesent- lichen nur noch zu astrophysikalischen Zwecken und von denen der Jupitermonde zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit usw. Gebrauch gemacht. Man hat auch früher einmal vorgeschlagen, das Wiederaufleuchten geeigneter Mondberge im aufgehenden Sonnenlicht als Signale im hier verwendeten Sinne zu beobacliten. Die an sich gar nicht üble Idee hat aber ähnliche Nacliteile, wie sie die Beobachtung der Jupitermonde bietet und sie ist wohl nur sehr selten zur Verwendung gelangt. 3 c) Beobachtung irdischer Er- scheinungen. Lichtsignale. An die Stelle der erwähnten cölestischen Signale können auch auf der Erde gegebene treten, wenn diese nur von den beiden zu verbindenden Orten aus direkt sichtbar sind oder wenn durch Zwischenschaltung anderer Beobach- tungsstationen eine Verbindung hergestellt werden kann. Solche Signale pflegt man entweder des Nachts durch Pulverblitze, Leuchtkugeln u. dgl. oder bei Tage durch Heliotrope zu geben (12). Je nach der Schärfe, mit der solche Signale gegeben und aufgenommen werden können, wird die aus ihnen gefundene Längendifferenz größere oder geringere Genauigkeit besitzen. Solche Beobachtungen sind bis zur Einfüh- rung des elektromagnetischen Telegraphen viel- fach benutzt worden, besonders bei geodätischen Vermessungen, um die Entfernung der End- punkte größerer Triangulationen außer auf linearem Wege auch durch den Winkel zwischen ihren Meridianen kennen zu lernen und dadurch Material für die Kenntnis der Gestalt unserer Erde beizubringen. Sind A und E die Orte deren Längendifferenz bestimmt werden soll, und SjSa. . . Punkte, an denen Signale gegeben werden, wäh- rend OiOo. . . zwischengeschaltete Beobachtungs- plätze sind, so wird man ein in S^ gegebenes Signal in A zur Zeit Tii und in 0^ zur Zeit t\ wahr- nehmen, weiterhin ein in So gegebenes Signal in Ol zur Zeit t'j und in Oj zur Zeit tj- und so fort bis in E das Signal vom letzten Zwischen- punkt zur Zeit Tc wahrgenommen wird. Aus einer genauen Verfolgung des Vorganges ersieht man dann, daß genaue Zeitbestimmungen nur in A und E notwendig sind, während in den Zwischenpunkten nur der Gang der Beobach- tungsuhren für die kurz zu wählenden Zwischen- 566 Astronomis ehe Ortsbestimmiinq-en Zeiten tg — t^ usw. bekannt zu sein braucht. Man kann als Schlußwert sofort angeben, ^l = Ta"— {t\ — t\) — {t\ — t^i — . . . - Te wenn E der westlich gelegene von beiden Orten ist. 3(1) Bestimmung der Längen- differenz mit Hilfe des elektrisch-en Telegraphen. „Persönliche Glei- chung". Mit Einführung des elektrischen Telegraphen sind für die Gegenden, in denen solche Verbindungen bestehen, alle anderen Methoden der Längenbestimmungen stark in den Hintergrund getreten, da die elek- trische SignalüTaertragung wesentlich genauer als jene gestaltet und zu jeder Zeit ausgeführt werden kann. Auch sind außer den zu den Zeitbestimmungen nötigen Instrumenten nur noch wenig andere Apparate erforderlich. Diese dienen einmal zur Abgabe und zum Empfang der Signale und weiterhin zur Ausgleichung der benutzten Stromstärken, sowie zur gegenseitigen Verständigung wäh- rend der Beobachtungen. Es ist leicht einzusehen, daß der Zweck der Zeitvergleichung schon erreicht wird, wenn ein Beobachter in A in einem bestimm- ten Moment seiner Ortszeit ein Signal nach B gibt durch Schließen oder Oeffnen eines elektrischen Stromkreislaufes, der beide Orte verbindet. Der Beobachter in B nimmt die Ankuft dieses Signals nach der dort herr- schenden Ortszeit auf und unter der Voraus- setzung, daß beide Uhren richtig gehen resp. ihre Korrektionen gegen richtige Zeit bekannt sind, liefert die Differenz beider Zeitangaben sofort die Längend ifferenz. Da die Ueber- mittelung des Signals oder seiner Abgabe und Aufnahme nicht als momentan erfolgend anzusehen ist so wird es tatsächhch nötig sein, einmal ein Signal von A nach B und das andere Mal ein solches von B nach A zu geben, um im wesentlichen die entstehen- den Verzögerungen durch Bildung des Mittel- wertes aus dem Resultat zu eliminieren. Neuerdings sind auch schon Versuche ge- macht worden drahtlose Telegraphi ezur Ueber- tragung der Signale zu benutzen. Es war zu ermitteln, ob die gebräuchlichen Empfangs- apparate die nötige Konstanz in ihrer Wir- kungsweise besitzen. Die zwischen Potsdam und dem Brocken vor einigen Jahren ange- stellten Bestimmungen haben die Brauch- barkeit der Methode bewiesen und es wird wohl in Zukunft häufig von dieser Art der Signalgebung Gebrauch gemacht werden (13). In der praktischen Ausführung wird die Er- langung der schärfsten Resultate nicht. ganz so einfach sein als das Prinzip vermuten läßt. Wie schon angedeutet, müssen die benutzten elektrischen Ströme sowohl der Linien- als auch der Lokalbatterien, die zur Aufzeichnung der Signale dienen, sehr genau gegeneinander abge- glichen werden, um die sogenannten ,, Strom- zeiten" in beiden Richtungen einander^^gleich zu machen; denn sonst würde die Mittelbildung nicht zuverlässig sein. Außerdem treten aber bei der Ausführung der Zeitbestimmungen und der Signalabgabe Unterschiede zwischen den verschiedenen Beob- achtern auf, die man in der Astronomie als ,, per- sönliche Gleichung" bezeichnet. Die beobach- teten Uhrkorrektionen sind von diesen Ver- schiedenheiten abhängig (vgl. den Artikel ,, Zeit- messung"), deshalb ist es für die Erlangung der zuverlässigsten Resultate notwendig, daß nicht nur Signale in beiden Richtungen gewech- selt werden, sondern daß auch ein Austausch der Beobachter und wenn möglich auch der Instrumente zwischen den beiden Stationen vorgenommen whd. Neuerdings hat man diese persönlichen Einflüsse, da sie selbst für den selben Beobachter nicht konstant sind, durch instrumentelle, gewissermaßen automatische Ein- richtungen (unpersönliche Mikrometer) auszu- schalten versucht, was auch zum großen Teil gelungen ist. Vielleicht gelingt es durch photo- graphische Einrichtungen für die Bestimmung der Uhrkorrektion die beobachtende Persön- lichkeit ganz auszuschalten. Solcher Längen- bestimraungen, die gegenwärtig als die genauesten anzusehen sind, hat man im Laufe der letzten 4 bis 5 Dezennien eine große Anzahl ausgeführt (14). Da auf diese Weise viele Orte mehrfach und in verschiedenen Kombinationen miteinander in Beziehung gesetzt worden sind, w^ar es von Wichtigkeit aus allen Bestimmungen, die am besten zueinander passenden zu ermitteln. Es sind deshalb von mehreren Seiten entsprechende Ausgleichungen vorgenommen worden, die als Resultate ein großes einheitliches System von Längendifferenzen ergeben haben (15). Ebenso wie man aus der Verbindung genauerer Breiten- bestimmungen mit den trigonometrischen Mes- sungen der wirklichen Bögen auf der Erdober- fläche Auskiuift über die Gestalt und Größe der Erde erhalten kann, so ist es bei der zurzeit zu erlangenden Genauigkeit in der Ermittelung der Längendifferenzen möglich, die lineare Länge von Parallelkreisbögen mit jenem zu dem Zwecke der Bestimmung der Gestalt der Erde mit Erfolg in Beziehung zu setzen (16). 3e). Zeitübertragung. Außer durch Abgabe von Signalen läßt sich die Zeit eines Ortes auch noch dadurch nach einem anderen übertragen, daß man direkt Uhren, die die Ortszeit des Ortes A anzeigen nach B bringt und sie dort mit einer Uhr vergleicht, die die Ortszeit von B angibt. Der Unterschied der Uhren im gleichen Moment ist selbst- verständlich wieder die Längendifferenz. Dieses Verfahren wird heute noch sehr viel angewandt, wo mittelst Telegraphen oder an- derer Signaleinrichtungen keine Verbindung zu erzielen ist oder wo von vornherein gar nicht angegeben werden kann, welche Orte in Betracht kommen, also auf Forschungs- reisen. Das Verfahren der Zeitübertragung durch Uhren oder Chronometer beruht darauf, daß man durch längere Beobachtungsreihen imstande ist, das Verhalten guter Uhren für einige Zeit Astroiioiuisi-ho Ortsliostininiiiny-on 567 im voraus anzvigeben. Die Aenderung der Kor- rektion wird bestimmt in besonders dazu einge- richteten Instituten (z. B. in der Deutschen See- warte in Hamburg) oder auf Sternwarten. Kennt man diese Aenderungen, die im allgemeinen von der Temperatur und der Zeit selbst, im geringen Maße auch von der Feuchtigkeit der Luft und vom Luftdruck, abhängig sind, so läßt sich je nach der Güte der Uhren während einiger Wochen die Zeit eines Ausgangsmeridians mit ihrer Hilfe angeben. Die Schiffahrt macht in weitestem Maße von dieser Älethode Gebrauch. Jedes Schiff auf größerer Fahrt führt 2 bis 3 Chronometer an Bord, deren Stand gegen Greenwich-Zeit täglich berechnet wird. Ist go der tägliche Gang der Uhr für 15" C, t die mittlere Temperatur der letzten 24 Stunden und To eine bestimmte Epoche für die das go gilt, so kann man setzen, wenn der tägliche Gang der Uhr bei t" C zur Zeit T gleich g sein soll g =go + a (f-lö») + ß (t«-15«)2 + 7 (T-To). Dabei ist auf den Einfluß des Luftdrucks und der Feuchtigkeit keine Kücksicht genommen. Die Größen a, ß, y sind Koeffizienten, die eben aus längeren Beobachtungsreihen in den betreffen- den Instituten ermittelt werden und auf längere Zeit unter sonst gleichen Umständen konstant zu bleiben pflegen. Es ist klar, daß man durch Summation der einzelnen Werte von g über die seit der letzten Bestimmung der Uhrkorrektion {J u) ver- flossene Anzahl der Tage, das J u für die Zeit T erhalten kann. Man würde dann haben JUx = ^Ux„ + ^(g)To- Diese Uhrkorrektion verglichen mit einer am Beobachtungsort gemachten Zeitbestimmung lie- fert dann sofort die Längendifferenz. Es ist der Sicherheit des Resultates wegen nötig, daß solche Vergleichungen für mehrere Uhren ausgeführt werden können. Daher sollen die Schiffe mehrere Chronometer mit sich führen und die Reisenden zu Land so viel wie möglich gute Taschenuhren (Ankeruhren), da diese den Landtransport viel besser aushalten, als die mit sehr schweren Unruhen versehenen Schiffschronometer, welche mit sogenannten Chronometerhemmungen versehen sind, die eben- falls gegen Erschütterungen sehr empfindlich sein können« Am besten ist es, wenn bei solchen Zeit- übertragungen der Reisende wieder zum Aus- gangspunkt der Reise zurückkehren kann, um dort den Stand seiner Uhr von neuem zu bestim- men. Durch solche Schleifenbüdung werden die Resultate erheblich verschärft, weil man dann eine Kontrolle für das Verhalten der Uhren während der ganzen Reise erhält. 3f) Beobachtungen des Mondes. Außer den bisher erwähnten Methoden der Längenbestimmungen, die gewissermaßen alle auf der Beobachtung irgendwelcher direkter Signale oder auf der wirklichen Zeitüber- tragung beruhen, gibt es noch eine Reihe cöl estischer Erscheinungen, die ebenfalls ge- eignet sind, für einen gegebenen Moment die Zeit eines Ausgangsmeridians zu be- stimmen. Diese gründen sich alle auf die Bewegung unseres Erdmondes. Da dieser in etwa 27 Tagen einmal um die Erde herum- läuft, in dieser Zeit also scheinbar einen Um- lauf zwischen den Sternen am Himmel vol- lendet, so wird seine jeweilige Stellung, d. h. seine Rektaszension, wenn dieselbe — ge- sehen vom Mittelpunkt der Erde aus — für die einzelnen Stunden der Ortszeit eines Null- meridians (z. B. Grecnwich oder Paris) tabuliert wird, erkennen lassen, wieviel es auf diesem Ausgangsmeridian Zeit sein muß, wenn der Mond eine bestimmte Rektaszension besitzt. Der Mond legt also in 24 Stunden im Mittel einen Bogen von 13° zurück, so daß für eine Zeitminute sich etwa 30 Bogen- sekunden Rektaszensionsänderung ergibt. Daraus geht hervor, daß man Längendiffe- renzen auf diese Weise nur mit etwa 30mal größerer Unsicherheit erhalten kann, als man imstande ist, die Mondrektaszension selbst zu bestimmen. Es wird also nur darauf ankommen. Verfahren aufzusuchen, die diese Rektaszension möglichst genau zu finden erlauben. Auf dieser Ueberlegung beruhen alle Längenbestimmungsmethoden, die die Beobachtung des Mondes benutzen. Die Rektaszension des Mondes kann auf verschiedene Weise gefunden werden. 3f) 1. Mondkulminationen. Zur Bestimmung der Mondrektaszension be- obachtet man an einem Durchgangsinstru- ment die Zeiten, zu denen der Mond und einige mit ihm auf nahezu gleicher Dek- lination stehenden Sterne den Meridian passieren. Hat man so die Rektaszensions- differenzen nach einer Sternzeituhr ermittelt, so ist es nur nötig, diese additiv oder sub- traktiv, je nachdem die Sterne vor- oder nach dem Mond den Meridian passierten, an die Rektaszensionen der betreffenden Sterne an- zubringen, um aus jeder Sternbeobachtung einen Wert für die Rektaszension des Mondes zu erhalten. Diese Rektaszension des Mondes gilt dann für das Moment seines Meridian- durchganges am Beobachtungsort. Aus den Tabellen (Ephemeriden) findet man auch die Veränderung der Rektaszension des Mon- des für die Zeit, welche zwischen den Kul- minationen desselben an zwei Orten eintritt, die um 1 Minute in Zeit (15 im Bogen- maß) auseinander liegen, damit gibt eine ein- fache Division die Längendifferenz in dieser Einheit (vgh den Artikel „Zeitmessung"). Bei derartigen Beobachtungen muß auf möglichst gleichmäßige Verteüung der Sterne zu beiden Seiten des Mondes Bedacht genommen werden, da nur so etwaige Unsicherheiten in der Kenntnis des Ulirganges und der Instrumental- fehler für das Resultat unschädlich gemacht werden können. Auch darf die Zwischenzeit zwischen den Meridianpassagen der Sterne und der des Mondes nicht zu groß sein, da sonst die Stabilität kleinerer Intsrumente, mittels deren 568 Astronomische Ortsbcstinimung-en diese Ai't der Längenbestimmung an Feldstationen zumeist ausgeführt wird, nicht genügend verbürgt werden kann. Andere Fragen, welche alle Mond- beobachtungen betreffen und die auch hier von Einfluß auf die zu erlangende Genauigkeit sind, sollen später noch gemeinsam erörtert werden. 2. Sternbedeckungen. Der Mond wird auf seinem Lauf nicht allzu selten zwischen hellere Sterne und die Erde treten. In diesem Falle werden die Sterne hinter der Mondscheibe verschwinden und in diesen Momenten hat der betreffende Stern einen Ab- stand von dem Mondzentrum, der dem Mond- radius entspricht. Kennt man diesen und außerdem den Ort des Ein- oder Austritts am Mondrand, d. h. den Winkel, welchen der entsprechende Mondradius mit dem Stunden- kreis des Zentrums einschließt, so kann aus beiden Daten der Unterschied in der Rektas- zension zwischen Mond und Sternzentrum berechnet werden. Ist für den Moment des Ein- oder Austritts die Ortszeit genau be- kannt, so läßt sich aus der Mondephemeride wiederum durch Uebergang auf die gefundene Rektaszension des Mondes die Zeit des Null- meridians und damit die Längendifferenz bestimmen. Diese Methode liefert sehr ge- naue Resultate, nur sind leider, die an einem Erdort wirklich beobachtbaren Be- deckungen hellerer Gestirne nicht häufig. Obgleich für einen beliebigen Erdort 150 bis 200 Bedeckungen von Sternen bis zur sechsten Größe im Jahre stattfinden, werden doch nur selten mehr als 20 wirklich beobachtet, abgesehen von Orten mit anhaltend klarem Wetter. Die Zeiten des Ein- und Austrittes finden aber für jeden Ort wegen der geringen Entfernung des Mondes von der Erde und der dadurch in hohem Maße eintretenden parallaktischen Verschiebung zu anderer absoluter Zeit statt. Es ist deshalb nötig, die beobachteten Momente erst auf diejenige Zeit zu reduzieren, die gemessen worden wäre, hätte sich der Beobachter am Erd- zentrum befunden, um die Zeiten unterein- ander vergleichbar zu machen. Dieser Umstand macht die schließliche Erlangung der Längendifferenz aus Sternbe- deckungen rechnerisch etwas umständlich. Der Methoden zu dieser Rechnung gibt es mehrere, am becjuemsten ist die von Bessel angegebene und später noch etwas verbesserte zu der die nötigen Formelsysteme in jedem astronomischen Jahrbuch (Ephemer iden- Sammlung) mit durch- gerechnetem Beispiel zu finden sind. Hier kann auf diese Formel nicht näher eingegangen werden. Ein Spezialfall der Bedeclauig eines Sternes durch den Mond ist der, daß das bedeckte Ge- stirn die Sonne wird, also eine Sonnenfinsternis eintritt. Auch aus der Beobachtung der Be- rührung von Sonne und Mondscheibe lassen sich Längendifferenzen finden. Diese Phänomene sind früher vielfach zu solchen Bestimmungen benutzt worden, aber ihre Sicherheit ist nicht erheblich und außerdem treten sie so selten für einen bestimmten Erdort ein (etwa 2 bis 3 in zwei Jahren), daß ganz abgesehen von der Vereitelung ihrer Beobachtung durch bedeckten Himmel auf ihre Ausnutzung wenig zu rechnen ist. Außerdem ist auch die Ableitung der Resul- tate, da man es hier mit zwei nicht unendlich entfernten Himmelskörpern zu tun hat, und nur die Berührung der Ränder der Scheiben als die sie uns erscheinen beobachtet werden können, mit nicht unerlieblichen rechnerischen Weit- läufigkeiten verbunden. Die Beobachtung der Sonnenfinsternisse bietet heute im wesentlichen ebenso wie der Durchgang des Mondes durch den Schattenkegel der Erde erhebliches astro- physikalisches Interesse und zu diesem Zwecke werden die Verfinsterungen regelmäßig photo- metrisch oder spektrographisch beobachtet. 3. Monddistanzen. Eine andere, aber auch ähnliche Artder Rektaszensions- bestimmung des Mondes beruht auf der Mes- sung der Distanz des Mondes von helleren Ge- stirnen mittelst eines Reflexioninstruments. An die Stelle des Mondraclius tritt hier eine direkt gemessene größere Distanz. Dieses Verfahren ist aber erstens in der Praxis der Messung ziemlich schwierig und zweitens müssen diese Messungen sehr genau sein, da sonst die dabei begangenen Fehler etwa 25 bis 30 mal vergrößert in das Resultat der Längenbestimmung eingehen (vgl. unter 5). Die Messung von Monddistanzen war früher auf Schiffen sehr geschätzt, da es dazu keiner festen Aufstellung des Instruments bedarf und durch geeignete voraus berechnete Tafeln die Ableitung der auf dem Erdniittel})unkt reduzierten Distanz und die Aufsuchung der dazu gehörigen Zeit des Nullmeridians sehr erleichtert wurde. Seit einigen Jahren geben aber die Jahrbücher, namentlich die letzteren Tafeln nicht mehr und es haben daher die Messungen von Monddistanzen nur noch historisches Interesse, wegen der vielen Arbeiten, die namhafte Astronomen zu ihrer zweckmäßigen Reduktion unternommen haben und die z. T. theoretisch von Bedeutung sind. Es kann aber hier auf weiteres darüber verzichtet werden. 4. Mondzenitdistanzen. Messungen der Zenitdistanz des Mondes können, da dadurch dessen Stundenwinkel gefunden wird, in Verbindung mit der zur Beobachtungszeit herrschenden Sternzeit ebenfalls zu Rektas- zensionsbestimmungen des Mondes benutzt werden. Die Ausführung ist nur insofern an bestimmte Bedingungen geknüpft, als es erforderlich wird, diese Messungen von ver- schiedenen Fehlern freizumachen, mit denen Höhenmessungen außerhalb des Meridians mittelst Universalinstruments oder Höhen- kreises behaftet sein können. Diese Bedin- gungen beziehen sich zunächst auf die Aus- wahl der für die Zenitbestimmung zu be- nutzenden Sterne, die sich in der Nähe des Mondes möglichst auf gleicher Höhe befinden Astronoiuiselie Ortsbestimmungen 569 müssen. Wird die Zeitdistanz des Mondes nicht durch direlite Messung ermittelt, sondern durch Vergleichung mit einem nahe- stehenden Stern in der Weise, daß man die Differenz der Höhen beider Gestirne aus der Zwischenzeit bestimmt, in der die beiden Gestirne durch denselben Höhenparallel (Almukantar) hindurchgehen, so muß die betreffende Ortszeit auf andere Weise er- mittelt werden, meist aus Durchgangs- beobachtungen im Meridian. Die erstere Me- thode pflegt man die, der absoluten Mond- ' höhen, die zweite als die der relativen Mondhöhen zu bezeichnen. Unter Voraus- setzung besonders eingerichteter Instrumente liefert das letztere Verfahren die genaueren Resultate, da dasselbe von den Fehlern der Höhenmessung frei ist; allerdings ist der Aufwand an rechnerischer Arbeit größer. Bei den letzterwähnten Methoden der Läii- genbostimnumg tritt in erhöhtem Maße die Umständlichkeit der Rechnung hervor, die die geringe Entfernung des Mondes von der Erde bedingt, weites deshalb nötig wird, alle Messungen erst auf den Mittelpunkt der Erde zu reduzieren, bevor sie mit den an anderen Orten ausge- führten vergleichbar werden. Wenn auch eben diese Nähe, d. h. die kiu-ze Umlaufszeit, den Mond überliaupt erst für die Zwecke der Längen- bestimmung brauchbar macht, so ist es doch z. B. bei der Berechnung der Mondkulminationen nicht nötig solche Reduktionen vorzunehmen, da diese Beobachtungen direkt im Meridian vor sich gehen, und dort kein parallaktischer Ein- fluß auf den Stunden-Winkel entsteht. Außer den scharfen Parallaxenrechnungen für Zeuit- distanzmessungen kommt aber bei allen Mond- und auch Sonnenbeobachtungen die Reduktion von dem anvisierten Rand auf den Mittelpunkt der Seheibe hinzu. Der scheinbare Durchmesser ist aber wieder Veränderungen durch die I^arallaxe, die von der Zenitdistanz und von der jeweiligen Entfernung des Mondes abhängen, unterworfen. Außerdem spielen die optischen Vorgänge im Fernrohr und physiologisch-persönliche Einflüsse eine Rolle, die ebenfalls die Auf f assung des Randes und damit des Halbmessers bedingen. Aus alledem geht liervor, daß Mondbeobachtungen nur zu guten Resultaten führen können, wenn man wegen der angedeuteten Fehlerquellen die Anordnung der Beobaclitungen so einrichtet, daß sie vor und nach Neumond und im Osten und Westen des Meridians ausgeführt werden. Nur genau zur Zeit des Vollmondes kann man beide Ränder des Mondes gleichzeitig beobachten (oberen und unteren, oder vorangehenden und nach- folgenden), was bei der Sonne natürlich jeder- zeit möglich ist. Deshalb kennt man den Durch- messer des Mondes bei weitem nicht mit der- selben Schärfe als den der Sonne, und außerdem wird die oben angegebene Verteilung behufs der Elimination der Einstellungsfehler notwendig. In hohem j\Iaße tritt diese Eigentümlichkeit bei den Sternbedeckungen, die sonst sehr gute Resultate ergeben, störend ein, da mit Ausnahme sehr heller Sterne immer nur die Erscheinungen am unbeleuchteten Mondrand und von diesem meist nur die Eintritte mit genügender Schärfe beobachtet werden können; am hellen Rande werden die Eintritte wegen des starken, über- strahlenden Lichtes des Mondes meist zu früh und die Austritte erlieblich zu spät beobachtet werden. Das hat natürlich systematische Fehler in der daraus abgeleiteten Länge zur Folge. Da zur Zeit einer totalen Mondfinstemis der Mond immer noch recht gut sichtbar zu sein pflegt, eignen sich, die zu dieser Zeit statt- findenden Sternbedeckungen — ■ die Dauer einer totalen Mondfinsternis kann bis zu 2 Stunden betragen — besonders zU Längenbestimmungen, zu Auffindung genauerer Werte des Mond- radius oder solcher der Mondparallaxe. Die Fehlerquelle aber, die allen Mondbeobachtungen eigen ist und ihre Resultate oft sehr in Frage stellt, ist die LTnsiclierheit, mit der wir bis heute noch in der Lage sind, auf Grund der Theorie der Mondbewegung die Orte des Mondzentrums anzugeben, also die nötigen Vergleichs-Rektas- zensionen für den Nullmeridian zu liefern. Die von Tobias Mayer, Plana, Hansen a. u. (17) angestellten theoretischen Untersuchungen über die Mondbewegung entsprechen heute nicht mehr den Beobachtungen und auch eine später von S. Newcomb im Jahre 1878 ausge- führte, zum Teil empirische Verbesserung der auf Grund der Hansenschen Tafeln gerechneten Mondorte stimmt nicht mehr genau (18) . Es ble ibt für die genaue Auswertung aller Mondbeobach- tungen zum Zwecke der Längenbestimmung nichts anderes übrig, als solche immer mit nahezu gleichzeitig an festen Observatorien angestellten zu vergleichen, oder auf Grund längerer Reihen solcher, die für den betreffenden Zeitabschnitt gültigen speziellen Korrektionen der Tafelwerte abzuleiten und diese in Rechnung zu ziehen. Die nach Newcomb verbesserten Mondrektas- zension können schon wieder bis über 0,6 Zeit- sekunden falsch sein, das gibt in der Länge Fehler bis zu 4 Bogenminuten. 4. Einzelne Methoden der Ortsbe- stimmung zu speziellen Zwecken. 4 a) Ortsbestimmungen auf See. Stand- linien-Methoden. An Bord eines Schiffes werden sich nur die Methoden der Orts- bestimmungen zur Ausführung eignen, die mit Hilfe von Instrumenten angestellt werden können, die keiner festen Aufstellung be- d,ürfen. Das sind der Sextant und der Prismen- oder Spiegelkreis ; abgesehen von den Mitteln, die unter den Begriff der terres- trischen Navigation fallen (Kompaß und Logg). Es würden also Höhenmessungen über dem Meereshorizont (der Kimm) und Distanz- ! messungen in Frage kommen. Die letzteren sind, wie schon angeführt, heute nur noch von geringer Bedeutung, dagegen hat eine besondere Auswertung der Höhenmessung, die von den oben angegebenen Verfahren nicht theoretisch, wohl aber praktisch ab- weicht, weitgehende Verwendung gefunden. Das sind die sogenannten Standlinien- methoden, nach ihrem Erfinder ,,Sumner- linien" (19) genannt. Das Prinzip ist sehr einfach und mag hier 570 Astronomische Ortsbestimmuncren noch in Kürze angeführt werden. Denkt man sich die Zenitdistanz (oder Höhe) eines Sternes gemessen, so wird sich der Beobachter sicherlich auf einem Kugelkreis befinden, der mit der gemessenen Zenitdistanz um den Ort auf der Erde beschreiben wird, für den das beobachtete Gestirn sich gerade im Zenit selbst befindet. Damit ist ein sogenannter geometrischer Ort für den Beobachtungs- punkt gegeben. Wird nun gleichzeitig oder kurz darauf auch noch die Zenitdistanz eines zweiten Gestirns gemessen, so hat man einen zweiten solchen Kugelkreis, und es ist klar, daß sich der Beobachter auf einem der beiden Durchschnittspunkte befinden muß. Sind die Gestirne zweckmäßig ausge- wählt — in nicht zu kleiner Zenitdistanz und mit einem Azimutunterschied von nahe 90" — so wird man über denjenigen der beiden Punkte, welcher für den gegebenen Fall in Betracht kommt, nicht zweifelhaft sein können, und die beiden Kreise werden sich nahezu rechtwinkelig schneiden, so daß der Durchschnittspunkt möglichst sicher be- stimmt ist. Die Auswertung solcher Messungen kann sowohl auf rechnerischem Weg (Zweihöhen- problem) als auch konstruktiv erfolgen. Das letztere wird im allgemeinen von den Seeleuten vorgezogen, da die zur See benutzten Karten in Merkatorprojektion dazu besonders geeignet sind. Setzt man an die Stelle der lüeise in der Nähe der Durchschnittspunkte deren Tangenten, so braucht man nur diese in geringer Ausdehnung in die Karten einzuzeichnen (Standlinien), um durch ihren Schnittpunkt den Beobiichtungs- platz, also den Schiffsort, zu bestimmen. Not- wendig ist zur praktischen Ausführung der Ortsbestimmung die Kenntnis der Zeit. Bei Beobachtungen an Bord wird unter Umständen noch eine kleine Korrektion berücksichtigt werden müssen, die dadurch bedingt wird, daß man beide Zenitdistanzmessungen meist nicht genau zur gleichen Zeit machen kann und daß sich während der Zwischenzeit der Schiffsort selbst verändert hat. Man nennt das die ,, Kor- rektion wegen Versegelung", sie muß besonders berücksichtigt werden, wenn auf dem Schiff die geographische Breite durch Mittagshöhe der Sonne und die Ortszeit am Vormittag oder Nachmittag auch aus Sonnenhöhen abgeleitet wird. Diese Methode, den Schiffsort zu bestimmen, ist die bei weitem gebräuchlichste und sie genügt heutzutage auch fast immer, da die Kursrech- nung (der sogenannte Koppelkurs) bei den vorzüglichen nautischen Hilfsmitteln und der recht genauen Kenntnis der Strömungsverhält- nisse völlig ausreicht, um den genäherten (ge- gießten) Schiffsort und den Fortgang der Fahrt mit ziemlicher Sicherheit angeben zu können. Alle komplizierten Methoden der Ortsbestimmung wendet der Seemann nur sehr selten und nur dann an, wenn die hier gegebenen aus irgend- welchen Gründen versagen (lange Zeit bedeckter Himmel, starkes Abkommen vom gewöhnlichen Weg durch Stürme oder Fahrt in ganz unbe- kannten Gewässern). 4b) Anwendung der Photographie zu astronomischen Ortsbe- stimmungen, Breitenbestim- m u n g e n. L ä n g e n b e s t i m m u n g e n. Auch mit Hilfe von photographischen Aufnahmen sind vielfach Versuche zur Be- stimmung der geographischen Position ge- macht worden und zwar z. T. mit gutem Erfolge. Abgesehen davon, daß man bei der Ausführung der Horrebow-Talcott-Me- thode (s. S. 557) an die Stelle der direkten Mikrometermessung die Fixierung des Unter- schieds in der Zenitdistanz die photographi- sche Platte gesetzt hat, ist es auch gelungen durch geeignete Instrumente direkt diejenige Stelle des Himmels auf der Platte ausmeßbar anzuzeigen, welche in einem gewissen Moment sich gerade im Zenit befindet. Da die Punkte des Himmels, welche genau den Zenit eines Ortes passieren, auch genau die Deklination besitzen müssen, die der geo- graphischen Breite gleich ist, so kann auf diese Weise die letztere bestimmt werden. Werden auf einer horizontal gelegenen photo- graphischen Platte (20) durch ein senki-echt darüber angebrachtes Objektiv die dem Zenit nahestehenden Sterne abgebildet, so werden vermöge der täglichen Bewegung der Gestirne auf der photographischen Platte Spuren gezogen werden als Bild dieser Bewegung. Durch kurzes Abblenden des Objektivs können Zeitmarken in diesen Spuren hervorgebracht werden. Wird nun die photographische Platte mittels geeigneter Einrichtungen (vertikale Achse des Apparates) in ihrer Ebene um 180** gedreht, und wieder einige Minuten expo- niert mit Zeitmarken und sodann die Expo- sition in der ersten Lage symmetrisch wiederholt, so wird man drei Spuren der zenitnahen Sterne erhalten, die etwa die Anordnung der Skizze zeigen. Figur 6. Durch Verbindung der Zeit- marken erhält man zwei Linien, welche denjenigen Punkt auf der Platte aufzufin- den gestatten (durch Bestimmung ihrer Mitten, welcher dem Zenit entspricht). Wird dieser Punkt zu den Sternspuren durch miki'oskopische Aus- messung in Beziehung gebracht, so kann man seinen Abstand von diesen Sternen und somit auch seine Deklination bestimmen, die dann gleich der geographischen Breite sein muß. In der Praxis macht man solche Aufnahmen nicht nur in diametraler Stellung der Platte, sondern in allen vier Quadranten, wodurch nicht nur die Breite, sondern auch eine Be- stimmung der Zeit mit erhalten wird. Weiterhin sind natürlich Vorkehrungen zu treffen (durch Ablesen von Libellen), die die senki'echte Stellung des Apparates und die horizontale Lage der photographischen Platte verbürgen oder an die Messungsresultate entsprechende Verbesse- Figf. 6. Astronomische OrtsVtestiminiinuon 571 rungen anzubringen gestatten. Auch hat man den Vorschlag gemacht, ähnhch gebaute Apparate auf Flüssigkeiten schwimmen zu lassen (21), so daß dadurch die richtige Einstellung zur Ver- tikalen erzielt werden sollte. Diese Einrichtungen haben sich aber nicht zu bewähren vermocht, während Breitenbestimmungen in der erst- erwähnten Anordnung mehrfach mit guten Resultaten ausgeführt worden sind. Zu der Bestimmung der geographischen Länge hat man versucht, den Mond in seiner Stellung zu nahestehenden Gestirnen zu photographieren. Das gelingt auch mit einfachen Hilfsmitteln, wenn man bei nahezu nach dem Mond gerichteten Apparat die Sterne und den Mond kurze Spuren mit durch Abblenden hervorgebrachten Zeitmarken ziehen läßt. Da der Mond sehr hell ist, muß dessen Aufnahme in Form von Momentbildern zwischen die Sternpaare eingeschaltet werden. Die Ausmessung solcher Platten ist aber nicht ganz einfach und außerdem ist die Reduktion der Messungen selbst etwa gleichbedeutend mit jener, wie sie für die oben erwähnten Monddistanzen im Gebrauch waren. Bei allen pliotographischen Methoden der Orts- bestimmung ist die Vereinfachung durch die Aufnahme auf der Platte gegenüber dem visuellen Verfahren doch insofern nur scheinbar, als an Stelle der direkten Mikro- metermessung oder Kreisablesung dann doch wieder die Ausmessung der Platte mittels mikrometrischer Einrichtungen geschehen muß. Daß sich allerdings eine bessere Aus- nutzung günstiger klimatologischer Ver- hältnisse ermöglichen läßt, muß zugegeben werden, indem alle Messungsarbeit im Zim- j mer und in vielen Fällen auch von Hilfs- i personal gemacht werden kann. Distorsionen der lichtempfindlichen Schicht oder der- gleichen Beeinträchtigungen der Genauigkeit lassen sich dadurch umgehen, daß man in ihren Dimensionen genau bekannte ziemlich enge (5:5 mm) Liniennetze vor der Be- lichtung auf die Platte aufkopiert, so daß alle Distanzen nur immer auf kurze Entfer- nungen, auf die nächstgelegenen Linien, bezogen zu werden brauchen. Die photographischen Methoden zu ver- vollkommnen und in ihrer Benutzung zu vereinfachen, ist die Wissenschaft gegen- wärtig immer noch bemüht. Literatur, (l) Vgl. dazu die Mitteihmgen bei R. Wolf, Handbuch der Astronomie, Bd. II, § 365. — (2) Dieses schon früher gebräuchliche Verfahren ist neuerdings wieder von Oberst v. Stern eck empfohlen tind von ihm, und auf Anordnung von Geh. Rat H elmert vom Kgl. Geodätischen Institiit vielfach benutzt ivorden. — (3) JP. Horve- how, Opera mathematico-physica 3, Havniae 1740 bis 1741- — A. Talcott, Report of fhe superiiürrident of the U. S. coast Survcy for 1857, ]Vaghiu(jti>n 1858, S. 824fg. — (4) F, Küstner, Zur Besliinmung der Aberrationskonstante, Publk. der Kgl. Sternwarte Berlin. Beobachtungsergeb- nisse, III Bl. 1S88. Briefwechsel ztvischen Bessel und Humboldt, Juli 1844- — -ö/e verschiedenen seit Einrichtung des regelmäßigen Breitendienstes vom Kgl. Geodät. Institut heraus- gegebenen Berichte (Internationale Erdmessung), in denen Th. Albrecht über den Verlauf der Polhöhenschwankungen regelmäßig berichtet. Auch die auszugsweisen Mitteilungen in den Astro- nomischen Nachrichten. — (5) Th. Albrecht, Formeln und Hilfstafeln für geographische Orls- bestimmung, IV. Auflage, Iripzig 1909, S. 104fg. — L. Ambroiui inid l>omke, Hilfstafeln für geographische Ortsbestimmungen, Bl. 1909. Außerdem sind .solche Tafeln in vielen der Ichrbücher der sphär. Astronomie in geringerer Ausdehnung enthalten. — (6) P. Horrebow, Basis ast.ronomiae, Havniae 1795. Der Verfasser teilt dort die Beobachtungen Römers mit, dessen Beobachtungsmaterial größten Teils verloren ge- gangen ist. — (7) F. W. Bessel, Astron. Nach- richten, Xr. 8 (1825). Abhandlungen, heraus- gegeben von W. Eng elmann , Bd. I, S. 317. — J, F. Encke, Bemerkungen über das Durch- gangsinstrument im I. Vei't. Berl. Astrono- misches Jahrbuch, I843. — F. G. W. Struve, Notice svr l'instrument du Passage de Repsold etabli dans Ic I. Vertic. St. Petersburg bull, scient. 10 (I842), S. 209. — O. Struve, Tabulae auxi- liares etc. Petropoli 1868. — Auch die Hilfstafeln von Th. Alb recht enthalten zweckmäßige Formeln tmd Tafeln. — (8) W. Förster, Zur Theorie des Durchgangsinstruments. Berl. Astro- nomisches Jahrbuch, 1880 und 1882. Beiträge zur Ausgleichung der fundamentalen Orts- bestimmungen am Himmel. Astron. Abhand- lungen, Ergänzungsheft zu den Astron. Nachr., Nr. 5, Kiel 1904. — (9) J. C. Kapteyn, Methode die Polhöhe möglichst frei von systematische?} Fehlern zu bestimmen, Dublin 1884- In der nicht mehr erscheinenden Zeitschrift „Coperni- cus". — (10) J. Hartmann, Die Vergrößerung des Erdschattens bei Blondfinsternissen, Leipzig 2891. — (11) H. Sceliger, Die scheinbare Vergrö- ßerung des Erdschattens bei Mondfinsternissen. ' Vgl. Ak. München, Abh. 19, München 1898, S. 383. — (12) Die größten derartigen Zeitübertragungen sind die auf nahe 46 ° N. Br. zwischen dem Atlan- tischen Ozean und Fiume und zwischen Ofen, Wien und Bogenhausen b. München gemachten. — (13) Bezüglich der Längenbestimmung mittels des elektrischen Telegraphen ist besonders die schon mehrfach angeführte Sammlung von Formeln und Hilfstafeln v. Th. Alb recht zu vergleichen. — (14) Wegen der Ergebnis.ie der drahtlosen Telegra- phie ist zu verweisen auf Astron. Nachr., Bd. 166, S. 338, (1904). — Publikationen der Internatio- nalen Erdmessung herausgegeben von He Imert, Kgl. Geodät. Ins'titut Potsdam. — (15) H. G. van de Sande Bakhiiijzen, Compensation du reseau des longitudes. Neuchatel 1894- Auch ab- gedruckt in dem Generalbericht d. Intern. Erd- messung. — (16) Veröffentlichungen des Kgl. Geodät. Instituts, Nr. 48 (Telegr. Längenbestimmung, Potsdam, Jena, Gotha und Göttingen 1910), ^'. 49 fg. — (17) P. ,1. Hansen, Tables de la Lune d'ap'res la principe Newtonien de la gravitation universelle, Londres 1857. — (18) S. Neivcomb, Researches of the motion of the Moon, Washing- ton 1876 und 1878. — 3Iitteilungen aus den deutschen Schutzgebieten herausgegeben von Astronomische Ortsbestimmungen — Atmosphäre (Meteorologie) A. V. Danckelman, 1905, S. loSfg. und spätere Jahrgänge. — (19) Hierzu sind zu ver- gleichen die neueren Handbücher der Nmitik, vor allen F. Bolte, Handbuch der Schiffahrtskn lulr, Hamburg 1809, S. 99 fg. — (20) M. Schnauder, Geographische Ortsbestimmung mit der Zenit- kamera, Astron. Nachr., Nr. 367S, Bd. 154, 1900. — K. Schivarsschild, Ueber photographische Ortsbestimmungen, Jahrbuch für Photographie. — C. Jtunge, Geogr. Länge und Breite, ihre Be- stimmung auf photographischem Wege, Zeit- schrift für Vermessungswesen, 1899, S. 94- L. Anihronn. Atmosphäre. Metereologie. 1. Bestandteilo der Atmosphäre. Er- forschung der höheren Schichten mittels Ballons und Drachen. Troposphäre und Strato- sphäre. Zusammensetzung der oberen Luft- schichten. Bedeutung und Mengen des Ozons, der Kohlensäure, des Staubes. Meteorologische Elemente. 2. Wind. Beziehungen zum Luftdruck und zur Temperaturverteilung. Ablenkung durch Erddrehung. Barisches Windgesetz. Gradient. Beauf ort- Skala. Beobachtung der Piloten. Allgemeines Windsystem der Erde. Land- und Seewind (Monsun). Berg- und Talwind. Unter- und Oberwind. Täglicher Gang. Wind- fahne. Anemometer. 3. Temperatur. Boden- temperatru-. Sonnenstrahlung und Boden- strahlung. Solarkonstante. Zerstreuung und Absorption der Sonnenstrahlen in der Atmo- sphäre. Täglicher und jährlicher Temperatur- gang. Mitteltemperatur abhängig von geogra- phischer Breite (Zonen), Höhenlage, Meeres- formen und Meeresströmen. Aenderungen des Golfstromes und nachfolgende Temperatm'ände- rungen. Jahres- und Tagesschwankung der Temperatiu- abhängig von geographischer Breite, Verteilung des Landes und Wassers, Wald, Bodenbeschaffenheit, Bodenform, Jahreszeit, Be- wölkung. Unperiodische Aenderungen. Ver- änderlichkeit. Temperatur der tieferen Boden- schichten. Wirkung der Schneedecke. Tempe- ratur der oberen Luftschichten. Dynamische Erwärmung und Abkühlung. Kältewirkung des Bodens. Isotherme Schicht (Stratosphäre). Thermometeraufstellung. Schleuder- und Aspi- rationsthermometer. 4. Bewölkung. Wol- kenbildung im aufsteigenden Luftstrom, kaum durch Luftmischung. Wassergehalt der Wolken. Trocken-, Regen-, Hagel-, Schneestadium der aufsteigenden Luft. Haufen-, Schicht-, Feder-, Regenwolken. Andere Wolkenformen. Wolken- höhe. Wolkenspiegel. Sonnenscheinautograph. 5. Niederschlag. Tau, Reif, Beschlag, Glatteis, Rauhreif. Regen. Tropfengröße. Schnee. Graupeln. Hagel. Platzregen. Nieder- schlagshöhe und ihre räumliche Verteilung. Einfluß der Gebirge und des Waldes. Versuche künstlicher Regenerzeugung. Hagelschießen. Regenmesser. 6. Wetter. Böen. Hoch- und Tiefdruckgebiete, ihre Eigenschaften und Bewegungen. Guilbertsche Regel. Steige- und .Fallgebiete. Wetterdienst. I. Bestandteile der Atmosphäre. Unter dem Namen ,, Physik der Atmosphäre" faßt man neuerdings und nach v. B e z o 1 d s Vorgang die gesamten Erscheinungen des Klimas und des Wetters zusammen. Wenn auch der Boden aurch seine Temperatur- änderungen und durch das Verhalten der in den Erdporen vorhandenen Luft einen wesentlichen Einfluß auf die Witterungs- erscheinungen ausübt, so ist doch als deren Schauplatz und Ausgangsstelle hauptsäch- lich die Atmosphäre anzusehen. Sie besteht aus Stickstoff und Sauerstoff, ferner Wasser- stoff, Argon, Helium, Krypton, Neon, Xenon, und zu diesen in gleichbleibender Menge vorhandenen Gasen kommen noch stetig wechsehide Massen von Ozon, Wasserdampf, Kohlensäure, Ammoniak, schwefliger Säure, Schwefelwasserstoff u. a. Dichte und Menge der in der untersten Luftschicht vorhandenen Bestandteile außer Wasserdampf sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt (nach J. Rinn Met. Zt. 20 122—125 1903. W. R a m s a y Nature 65 161—164 1901-02 und Proc. Roy. Soc. London (A) 80 599 1908. Die Dichte nach L an dolt-Börn stein Physikahsch-chemische Tabellen). Zusammen s e t z u n g der trockenen Luft am Boden. Dichte, bezogen auf Luft Gewicht V. 1 Liter bei 0" und 1 Atmo- sphäre Volu- menpro- zente Stickstoff 0,9673 1,2542 78,03 Sauerstoff .... 1,1053 1,4292 20,99 Argon 1,379 1,782 0,937 Kohlensäure . . . 1,529 1,9652 0,03 Wasserstoff .... 0,0696 I 0,0900 0,01 Neon 0,674 0,893 0,0123 Krypton 2,818 | 3,654 0,01 Helium 0,1382 1 0,1787 0,0004 Xenon 4,422 | 5,717 0,0011 Luft, trocken mid j kohlensäurefrei . i 1 1,2928 100 Für Kohlensäure ist ein Durchschnitts- wert in der vorstehenden Zusammenstellung enthalten, der nicht für alle Gegenden zu- trifft. Mehr noch ist der Wasserdampf ört- lichen und zeitlichen Schwankungen aus- gesetzt, so daß auch die prozentischen Mengen der anderen Luftbestandteile da- durch andere Werte erhalten können. H a n n (a. a 0.) gibt bierfür folgende Zahlen an: Stickstoff .... Sauerstoff . . . Argon Wasserdampf . . Kohlensäure . . Geograph. Breite ^^^^^^^^ 70» I 48» I Volumenprozente 77,87 20,94 0,94 2,22 0,03 77,32 20,80 0,94 0,92 0,02 75,99 20,44 0,92 2,63 0,02 Atmosphäre (3Ieteorolo,iiio) 573 Wäre die Atmosphäre völHg in Ruhe und Gleichgewicht, dann würde jedes Gas für sich und unabhängig von den übrigen eine gesonderte Atmosphäre bilden, deren Gesamthühe und deren Dichte in den ein- zehien Höhen nur von der Gesamtmenge des betreffenden Gases imd seinem spezifischen Gewiclit sowie von der Temperaturverteihmg abhinge. Diese Voraussetzung trifft aber für die unteren Luftschichten keineswegs zu, sondern hier finden beständige Strömungen statt, die namentlicli auch in senkrechter Richtung verlaufen und eine stete Durch- mischung der verschiedenen Schichten be- wirken sowie außerdem Temperaturände- rungen in der bewegten Luft erzeugen, aus denen für den Wasserdampf vielfache Aende- rungen des Aggregatzustandes, Bildung und Verdampfen von Wolken und Niederschlägen, hervorgehen. Für diese unteren Schichten der Atmosphäre ist also die dem Gleich- gewicht entsprechende Anordnung der ver- schiedenen Gase nicht möglich; dagegen hat man aus der Erforschung der höheren Schichten entnehmen können, daß die ge- schilderte Luftmischung sich nicht über den als ,, Wolkenzone" bezeicluieten untersten Teil der Atmosphäre lünaus erstreckt. Dieser Erforschung dienten die Beobachtungen, welche mittels bemannter Luftballons, Drachen und Registrierballons ausgeführt wurden. Den bemannten Fahrten sind in der Höhe durch Luftverdünnung und Sauerstoffmangel Grenzen gesteckt, und es wird wohl lebenden Menschen nie gelingen, höher zu steigen als B e r s 0 n und S ü r i n g am 31. Juli 1901, die 10 800 m erreichten und bis zu 10 500 m noch Luftdruck und Temperatur (202 mm und — 40») ablasen. Weiter hat man Registrierapparate mit Hilfe von Drachen in die Höhe zu senden vermocht, die an dünnem Stahldraht hochgelassen werden. Ist ein Drachen so hoch ge- stiegen, daß er eine größere Drahtlänge nicht mehr zu heben vermag, so be- festigt man an das untere Ende des Drahtes einen zweiten Drachen, der nun ein weiteres Drahtgewicht hin aufhebt. Auf solche Art hat man 4 und 6 Drachen hintereinander emporgesendet, jeden mit Registrier apparaten versehen, und damit gleichzeitige Angsben über Temperatur, Feuchtigkeit und Wind aus den verschie- denen Höhen erlangt. Die größte durch Drachen erreichte Höhe dürfte am 5. Mai 1910 vom Mount Weather Observatory in Nordamerika mit 7265 m Seehöhe erzielt sein, Drachenaufstiege von 6 bis 7000 m sind dort wie am aeronautischen Observatorium in Lindenberg (Mark) nicht mehr selten. Noch größere Höhen zu erreichen, gelang mit frei fliegenden Registrierballons. Man verwendet dazu kleine Gummiballons, deren Größe und Wasserstoffüllung gerade zum Erlangen der gewünschten Höhe ausreichen. Dort platzt der Ballon infolge des verringerten äußeren Drucks uiul des demnach ent- standenen inneren Ueberdrucks, und es ent- faltet sich ein Fallschirm, der die Vorrichtung vor zu raschem Herabfallen hindert und die Registrierapparate gegen Beschädigung sichert. Diese Apparate pflegen als Ruß- schreiber oder auch mit photographischer Registrierung ausgeführt zu sein. Um den herabgefallenen Apparat leichter aufzufinden, bedient man sich wohl auch der ,, Tandems", nämlich zweier Ballons, die durch eine Schnur verbunden sind, und deren einer in der Höhe platzt, während der andere von dem herabfallenden Registrierapparat mit- genommen wird und an seiner Schnur über dem Boden schweben bleibt, so daß man ihn von weitem sehen kann. Mit solcher Vorrichtung hat man von Uccie bei Brüssel am 5. November 1908 eine Höhe von 29 040 m erreicht. Vermittels derartiger Untersuchungs- methoden gelang der von L. Teisserenc d e B 0 r t''(Compt. rend. 134 987 1902) und fast gleichzeitig auch von R. A ß m a n n (Berl. Ber. 1902 495) gefiihrte Nachweis, daß die Wolkenzone, charakterisiert durch vertikale Luftbewegungen und die hieraus entstehende Temperaturabnahme mit wach- sender Höhe, nicht mehr als etwa die unteren drei Viertel der gesamten Luftmasse umfaßt und in unseren Breiten bis etwa 11 km, am Pol vielleicht bis 9, am Aequator bis 17 km hinaufreicht. Ueber dieser von Teisserenc de Bort als „Tropo- sphäre" bezeichneten untersten Schicht der Atmosphäre liegt die ,, S t r a t 0 s p h ä r e " mit zunächst gleichförmiger oder ein wenig steigender und darüber wahrscheinlich lang- sam abnehmender Temperatur, ohne Mischung durch vertikale Ströme und daher von „blätterartiger Struktur" (Teisserenc de Bort). Für diesen Teil der Atmosphäre kann daher die Anordnung der Bestandteile angenommen werden, die der Menge und Schwere der einzelnen Gase als Ruhelage entspricht, und es ist möglich, die Dichte der Gase für die verschiedenen Höhen zu bereclmen. Auf Grund der neueren Er- gebnisse von Registrierballons hat A. Wegen er (Beitr. z. Phys. d. freien Atm. 3 225—232 1910) Mittelwerte für die Tem- peratur der verschiedenen Schichten an- genommen, die zwar recht unsicher sind, aber auf die folgenden Angaben auch nur einen geringen Einfluß haben. Aus den für die unterste Luftschicht oben angegebenen Werten bereclmet W e g e n e r nun für die höheren Schichten folgende Volumen- prozente: 574 Atmosphäre (Meteorologie) km Stickstoff Sauerstoff Argon Wasserstoff o 78,03 20,99 0,94 0,01 20 84,5 15,2 0,3 0,1 40 86,9 10,1 0,1 2,9 50 79,7 7,3 0,0 12,9 60 57,9 4,2 0,0 37,6 70 24,3 1,3 0,0 73,8 80 6,6 0,3 0,0 92,5 90 1,4 0,0 0,0 98,1 100 0,3 0,0 0,0 99,2 200 0,0 0,0 0,0 99,8 und fügt die durch Figur 1 wiedergegebene Zeicluiung hinzu, in der bis zu 140 l^m Höhe die Volumenprozente der vier vorstehend genannten Gase dargestellt sind. Man sieht, wie in etwa 70 km Höhe sowohl Sauerstoff wie Stickstoff nur noch in Wasserstoff 10 20 30 40 60 60 70 Fig. 1. Volumenprozente der atmosphärischen Gase in verschiedenen Höhen. Aus A. W e g e n e r Medizinische Klinik, Wochenschr. f. prakt. Aerzte 1910 Nr. 40 Abb. 2 auf S. 9. ganz geringen Mengen vorhanden sind, während der Wasserstoff vermöge seines geringen spezifischen Gewichtes eine sehr viel höher hinaufreichende Atmosphäre bildet und oberhalb 80 oder 90 km fast allein den Raum erfüllt. Von den in der letzten Tabelle nicht genannten Gasen hat in der Höhe nur Helium noch geringe Beträge, die übrigen sind in verschwindend kleinen Mengen vor- handen. Damit hängt es zusammen, daß die spektroskopische Betrachtung von Me- teoren die Linien des Wasserstoffs und des Heliums zu zeigen pflegt. Von den in wechselnden Mengen vor- handenen Gasen der Atmosphäre hat das Ozon zwar keine eigentlich meteorologische, wohl aber biologische Bedeutung, indem seine oxydierende Kraft die Zerstörung von Fäulnisprodukten fördern kann. Messungen von M. de T h i e r r y (Compt. rend. 124 460 1897) ergaben für je 100 cbm Luft emen Ozongehalt von 2,3 bis 2,4 mg in Paris (Mont- souris), 3,5 bis 3,9 mg in Chamonix am Mont- blanc (1050 m) und 9,4 mg auf den Grands Mulets (3020 m). Die Kohlensäure ist am Boden im durchscluiittlichen Betrage von 0,03 Volumenprozenten vorhanden, aber steten Schwankungen unterworfen. Auf die an der einzelnen Stelle vorhandene Menge wirken mancherlei örtliche Vorgänge. Bei allen Oxydationen wird Kohlensäure ge- bildet, und ihre Menge wächst also durch Verbrennung, Verwesung, durch Atmen der Menschen und Tiere, wie auch außerdem durch Emporsteigen von Grundluft aus dem i Boden. Andererseits wird durch die Pflanzen- atmung stets Kohlensäure verbraucht, na- mentlich unter Einfluß des Sonnenlichtes, also ist bei Sonnenschein und am Tage weniger Kohlensäure in der Luft vorhanden als bei trübem Wetter und nachts, in den Städten mehr als auf dem Lande, und m der Nachbarschaft großer Städte nimmt der Kohlensäuregehalt zu oder ab, je nachdem der Wind von der Stadt oder von draußen her weht. Ausgleichend wirkt dabei die Meeresfläche, insofern als zwischen der im Wasser gelösten und der darüber befind- lichen freien Kohlensäure das Gleichgewicht sich nach jeder erheblichen Aenderung von selbst herstellt. Von Bedeutung für das Wetter ist endlich noch die Menge der in der Atmosphäre ent- haltenen, nicht luftförmigen Bestandteile, die man als Staub zu bezeichnen pflegt. Er setzt sich aus Körperchen mannigfachen Ursprungs zusammen, mineralische und Pflanzenteile sowie organische Keime bilden auf dem Lande den Staub, während über dem Meere kleine Salzteilchen als Reste von durch Seegang verspritzten und dann verdampften Wassertröpfchen die Luft er- füllen. Welche Rolle dergleichen Stäubchen als Kondensationskerne bei der Entstehung von Nebel und Wolken spielen, darüber ist der Artikel „Feuchtigkeit" zu ver- gleichen. Hier sei lediglich auf diese Ein- wiikung hingewiesen. Zur Zählung der in der Luft vorhandenen Staubteilchen hat J. A i t k e n (Proc. Roy. Soc. Edinb. 16 135—172 1888—89 und Trans. Roy. Soc. Edinb. 35 1—19 1890) ein leicht durchführ- bares Verfahren angegeben. Die zu unter- suchende Luft wird in ein kleines verschlos- senes Gefäß gebracht und durch eine damit verbundene Pumpe auf ein größeres Volumen ausgedelmt. Die hierbei entstehende Druck- veränderung ist mit Abkühlung verbunden und bewirkt teilweise Kondensation der innen befindlichen Feuchtigkeit. Indem hierbei die Staubteilchen sich mit einer Wasserhülle beladen, sinken sie infolge dieser Belastung zu Boden und können mittels Atmosphäre (Meteorologie) einer passend angebrachten Lupe auf der mit Milhmeterquadraten versehenen gLäsernen Bodenplatte gezählt werden. So konnte G. L ü d e 1 i n g (Veröffentl. d. Kgl. Preuß. Met. Inst. 1904 und 1908 und III. Aeron. Mitt. 7 321—329 1903) auf Inseln (Misdroy, Helgoland, Rotesand-Leuchtturm) beob- achten, wie der Staubgehalt sich mit der Windrichtung änderte: auf dem Rotesand- Leuchtturm wurden durchschnittlich bei Nord-(See-)Whid 1795, bei Südost-(Land-) Wind 4G()() Stäubchen im Kubikzentimeter gezählt. "Dabei fielen die Tageszeiten größerer Sichtigkeit mit geringem Staubgehalt zu- sammen. Derselbe Forscher beobachtete gelegentlich einer Luftfahrt von Berlin aus bei der Abfahrt 4000, in 3325 m über Meer nur 450 Staubkerne im Kubikzentimeter und sah dann plötzlich deren Zahl auf 3600 wachsen, als der Ballon zur Mittagszeit (2 Uhr) die Stadt Spremberg überflog. So- bald der Ballon dem in der Mittagswärme aufsteigenden und mit städtischem Rauch und Staub erfüllten Luftstrom entronnen war, sank der Staubgehalt sogleich wieder und betrug in 4700 m Höhe nur noch 300 Kerne im Kubikzentimeter. A i t k e n (a. a. 0.) verglich den Staubgehalt der Luft auf dem Rigi mit den Farben der unter- geheiiden Sonne und fand kalte, klare und seharfe Beleuchtung bei wenig Staub, da- gegen bei hohem Staubgehalt intensivere, wärmere und mildere Beleuchtung. Viel- leicht sind auf derartige Beziehungen auch die vielen örtlichen Wetterregeln zurück- zuführen, die an bestimmte Färbungen des Sonnenunter- oder -aufganges anknüpfen. Denn wenn einerseits die Menge und viel- leicht auch die Art nnd Herkunft des in der Luft befindlichen Staubes von Einfluß auf bevorstehende Kondensation und Bildung von Wolken imd Niederschlag ist, anderexseits die Himmelsfärbung gleichfalls vom Staub- gehalt abhängt, so wäre es wohl zu verstehen, dal) auf Grund langjähriger Erfahrung sich örtliche Regeln herausgebildet haben, die ohne Kenntnis des Staubes und seiner Be- deutung eine unmittelbare Beziehung zwischen Himmelsfärbung und kommender Witterung aussprechen. Je nachdem das Wetter einer Gegend mehr von Westen oder mehr von Osten her beeinflußt wird, kann dann die Himmelsschau bei untergehender oder . bei aufgehender Sonne für die Vorhersagung inehr in Betracht kommen. Selbstverständ- lich haben aber solche Regeln nur örtlichen Wert und gelten allein in der Gegend ihres P^ntstehens. Welche Staubmengen sich in der Luft befinden können, geht aus Wägungen hervor, die R. A ß m a n n (Festschr. d. Stadt Magdeb. gewidm. d. 57. Natur- forschervers. 1884 210) in Magdeburg an- stellte. An der dem Winde vorzugsweise ausgesetzten und daher weniger staub- reichen Westseite der Stadt wurden in 31 m Höhe als Mittel zahlreicher Versuche 3 bis 4 mg Staub im Kubikmeter Luft ge- funden und daraus berechnet, daß über der etwa 2 qkm großen Stadt in einer 50 m hohen Luftschicht mindestens 300 kg Staub schweben. Diese Menge wurde durch Regen auf ein Zehntel bis Zwanzigstel ihres Betrages vermindert. Die Atmosphäre bildet nun den Schau- platz für das Auftreten und die Aenderungen der sechs ,,m eteorologischen Eie- rn e n t e", nämlich Luftdruck, Wind, Tem- peratur, Feuchtigkeit, Bewölkung und Nieder- schlag. Der aus ihrer Wechselwirkung her- vorgehende Zustand der Atmosphäre über einem weiten Gebiet zu einem gewissen Zeitpunkt bildet das Wetter dieses Zeit- punkts; den durchschnitthchen atmosphä- rischen Zustand samt seinen durchschnitt- lichen Aenderungen während langer Zeit an einem Orte nennen wir das K 1 i m a dieses Ortes. Da Luftdruck und Feuchtig- keit in besonderen Artikeln behandelt werden, soll hier nur von den anderen Elementen ausführlicher die Rede sein. 2. Wind. Zunächst sei die Beziehung zwi- schen Luftdruck und Wind erörtert. Wäre die Erde in Ruhe (ohne Drehung) und überall gleich warm, so würde die Atmosphäre sie in völligem Gleichgewicht umgeben und lauter konzentrische Schichten bilden, in denen nach oben hin Dichte und Druck sowie die Temperatur abnähmen. Dabei gäbe es, weil ja ungestörtes Gleichgewicht herrschte, keinerlei Bewegung. In Wirklich- keit wird aber das Gleichgewicht fortwährend und an zahlreichen Stellen gestört, durch einseitige Sonnenstrahlung, verschiedene Erwärmung der Bodenflächen, Kondensation, Verdampfung und die hieraus entstehenden mannigfachen Druckänderungen, und indem eine jede solche Störung Bewegungen her- vorruft, die auf Wiederherstellung des Gleich- gewichts gerichtet sind, entstehen die Winde und die auf- und absteigenden Luftströme. Man hat darum nicht mit Unrecht gesagt, das ganze Wetter bestehe eigentlich aus Störungen, nämlich Störungen des atmo- sphärischen Gleichgewichts und deren Wir- kungen. Ein Beispiel solcher Vorgänge liefert uns folgende Betrachtung. Eine Luftsäule (Fig. 2) werde vom Boden her derartig erwärmt, daß ihr unterstes Stück sich von der ursprünghchen Größe bis zu den durch gestrichelte Linien angegebenen Grenzen ausdehnt. Da diese Ausdehnung sowohl nach den Seiten als auch nach oben hin geschieht, ergibt sich daraus eine dop- pelte Aenderung des Luftdrucks. Die seit- liche Ausdehnung hat zur Folge, daß der untere ausgedehnte Luftteil jetzt ein größeres 576 Atmosphäre ( ^Meteorologie) U Bodenstück bedeckt und sein Gewicht über eine größere Fläche verteilt wie vorher; also wird am Boden der Druck sinken und kleiner werden als rundum. Die aufwärts gerichtete Ausdehnung hebt den darüber befindlichen, nicht erwärmten Teil der Luft- säiile empor und bringt dessen einzelne Schichten samt den darin herrschenden Drucken in höhere Lage, so daß nun in diesem Luftteil an jeder einzelnen Stelle der Druck herrscht, der sich vorher an einer tieferen Stelle befand; also wird im oberen Teil der Luftsäule der Druck steigen und größer werden als rundum. Dadurch ist y K ^ V ^ 7 1 1 1 1 1 1 r 1 1 ~1 1 1 y. -4^ M <4- 1 V V : 1 1 1 1 i-> 1 1 1 1 X 1 Fig. 2. Bodentemperatur und Wind. unten wie oben das Gleichgewicht gestört, und es beginnen die ausgleichenden Luft- bewegungen, wie sie durch gestrichelte Pfeile in der Figur angegeben sind: unten nach der Mitte hin, oben von innen heraus, außer- dem innen aufsteigend und rundum ab- steigend. Der umgekehrte Vorgang würde ähnhch verlaufen, wenn nämlich der unterste Teil der Luftsäule durch Abkühlung vom Boden her auf ein geringeres Volumen ge- bracht wäre und nur den mit punktierten Linien umgrenzten Raum einnähme. Dann ruht dieser abgekühlte Luftkörper auf einem kleineren Bodenstück als vorher, sein Ge- wicht verteilt sich auf eine geringere Fläche und belastet diese stärker, so daß im unteren Teil der Luftsäule der Druck wächst und größer wird als rundum. Zugleich sinkt aber der obere Teil der Säule um so viel herab als der untere kürzer geworden ist, und es kommt jetzt oben an jede Stelle ein Druck, der vorher an höherer Stelle war und kleiner ist, also muß im oberen Teil der Druck sinken und geringer werden als rundum. Aus diesen Gleichgewichtsstörungen ergeben sich Bewegungen, wie sie die punk- tierten Pfeile der Figur andeuten: unten von innen heraus, oben nach der Mitte hin, außerdem innen absteigend und rund herum aufsteigend. In beiden Fällen, beim Er- wärmen wie beim Abkühlen der untersten Luft, sahen wir Wirkungen auf Luftdruck und Wind, die viel höher hinaufreichten, als die Temperaturänderungen, welche doch die eigentliche Ursache des Ganzen bildeten. Vorgänge dieser Art finden in der Atmosphäre fortwährend statt; nicht gerade müssen solche Temperaturänderungen vom Boden ausgehen, sondern sie können durch Er- scheinungen der Strahlung, der Konden- sation und Verdampfung in allen möghchen Höhen entstehen und ihre Wirkung aus- üben, und recht zahlreich sind auch die Fälle, in welchen ähnliche Störungen und unregel- mäßige Druckverteilungen durch Luftbewe- gung erzeugt werden. Charakteristisch für die soeben betrach- teten Witterungserscheinungen ist das Auf- treten eines D r u c k z e n t r u m s , d. h. einer Gegend, in der der Luftdruck entweder kleiner oder größer ist als rundumher. Von den barometrischen Tiefs und Hochs, die für unser Wetter eine so überaus große Bedeutung haben, unterscheiden sich die gedachten ruhenden Luftsäulen unserer letz- ten Ueberlegung durch einen wichtigen Um- stand, der noch zur Vervollständigung be- rücksichtigt werden muß, nämlich die täg- liche Erddrehung und ihre Einwirkung auf die Bewegungen der Luft. Es findet nämlich bei jeder auf der gedrehten Erde gesche- henden horizontalen Bewegung eine durch jene Drehung erzeugte Ablenkung von der ursprünglichen Richtung statt, die auf der nördlichen Erdhälfte nach rechts, auf der südlichen nach links gerichtet ist. Will man diese Ablenkung ohne Rechnung her- leiten, so kann etwa folgendermaßen ver- fahren werden. Wir betrachten zunächst nördhche und südliche Winde auf der nörd- lichen Erdhälfte. Ln Korden einer Gegend herrsche höherer, im Süden geringerer Druck, und infolge dieser Gleichgewichts- störung beginnt die Luft vom größeren zum kleineren Druck, also von Nord nach Süd zu fließen. Dabei kommt sie in nie- drigere Breiten und erreicht Gegenden, die bei der täglichen Erddrehung einen längeren Weg (größeren Parallelkreis) zurücklegen und deshalb rascher gegen Ost fortschreiten, als es für die höhere Breite, aus der die Luft kommt, zutrifft. Diese hat aber bisher die Atmosphäre (Meteorologie) 577 geringere west-östliclie Geschwindigkeit ihrer Herkunftsgegend mitgemacht und behält aus Trägheit ihre geringere Geschwindigkeit solange bei, bis sie durch Reibung an der neuen Umgebung sich dieser angepaßt hat. Daraus ergibt sich eine Ablenkung der nach Süden geströmten Luft gegen West, also nach rechts. Wäre umgekehrt die ursprüng- Ablenkune: des Ost- und Westwindes. Für die entsprechende Betrachtung der Ost- und Westwinde kommt die Zentrifugal- kraft in Betracht. Ein Ort P (Fig. 3) bewegt sich samt der dem Boden aufUegenden Luft tägüch von West nach Ost auf seinem Parallelkreis und erzeugt dadurch, wie bei jeder Drehung, eine Zentrifugalkraft, die vom Mittelpunkt der gekrümmten Bahn, hier des Parallelkreises, fort gerichtet ist. Für den betrachteten Punkt P hat diese aus der Erddrehung herrührende Zentri- fugalkraft die durch den Pfeil Z bezeich- nete Richtung, während der Pfeil 0 für einen in P befindhchen Beobachter die Rich- tung nach oben bezeichnet. Demnach ist für diesen Beobachter die Zentrifugalkraft schräg aufwärts gegen Süd gerichtet. Wenn keinerlei Bewegungsursache auf der Erde herrscht, befinden sich die Luftmassen und alle sonstigen beweghchen Gegenstände in Ruhe und Gleichgewicht unter dem gleich- zeitigen Einfluß von Schwerkraft und Zentri- fugalkraft. Eine Verstärkung der Zentri- fugalkraft muß wnrken, wie wenn eine neue, gegen Süd gerichtete Kraft hinzukäme, und eine Schwächung der Zentrifugalkraft, wie eine neue Kraft, die nach Nord ge- ' richtet ist. Wenn nun die im Punkt P be- findliche und täglich mit der Erde auf dem Parallelkreis herumgeführte Luft durch hohen Druck im Westen und niederen Druck im : Osten veranlaßt wird, gegen Ost auf der Erdoberfläche fortzuschreiten, so eilt I sie der Erddrehung voraus und gewinnt i eine beschleunigte Bewegung auf dem Paral- ilelkreis; damit ist dann eine Verstärkung 1 der Zentrifugalkraft verbunden und also \ eine vermehrte Wirkung gegen Süd, durch j die der ursprünghche Westwind nach Süden, , d. i. nach rechts, abgelenkt wird. Wenn da- gegen im Westen niederer und im Osten hoher Druck auftritt und also Ostwind er- zeugt, so ist diese Bewegung der Erddrehung entgegengesetzt, verringert die Zentrifugal- kraft und wirkt ablenkend nach Norden, also wieder nach rechts. Ueberträgt man \ diese Betrachtung auf die südhche Erd- ! hälfte, so können alle Einzelheiten auf j ganz entsprechende Art zur Darstellung 1 kommen und ergeben schUeßhch, daß dort Fig. 4. Allgemeines Windsystem der Erde eine jede Bewegung durch die Erddrehung nach Hildebrandsson. Aus R. Born- nach links abgelenkt wird. Die mathe- stein, Leitfaden der Weltkunde, 2. Aufl. 1906 matische Durchführung hefert den Aus- Fig. 26 auf S. 119. druck 2 m v co sin (^ für jene nach rechts I ablenkende Kraft, die infolge der Erddrelmng hche Bewegung von Süd nach Nord gerichtet auf eine Masse m ausgeübt wird, wenn diese und führte also die Luft in Gegenden höherer sich mit der Geschwindigkeit v in behebiger Breite, deren west-östliche Fortschreitungs- Richtung unter der geographischen Breite ^ geschwindigkeit geringer ist, so würde diese bewegt, wobei a> die Winkelgeschwindigkeit - Untere Winde — Obere Winde Luft vermöge der größeren Geschwindigkeit ihrer Herkunftsgegend nach Osten hin von ihrer ursrpünglichen süd-nördlichen Bewegung abweichen, d. i. gleichfalls nach rechts. Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Band I der Erddrehung ist und die nördhche Breite positiv, die südhche negativ gerechnet wird. Es ist also die Ablenkung vom Aequator gleich Null und nimmt von dort ab nach den 37 578 AtmOvSphäre (Meteorologie) Polen hin zu, auf der nördlichen Halbkugel nach rechts, auf der südhchen nach Mnks wirkend. Bedenkt man, daß ohne Erddrehung der Wind zum Ausgleich 'des gestörten Druck- gleichgewichts auf dem kürzesten Wege vom hohen zum niederen Luftdruck wehen würde, so ist nun die folgende, herkömmlich als barisches Windgesetz i) be- zeichnete Regel verständlich: Der Wind weht so, daß er auf der nördlichen (süd- lichen) Erdhälfte den höheren Druck rechts (links) und etwas hinter sich, den ge- ringeren Druck links (rechts) und etwas vor sich hat. Die Wirkung der von der Erddrehung erzeugten ablenkenden Kraft ist ferner ab- hängig von der Reibung, indem diese ver- kleinernd auf die Ablenkung wirkt. Darum ist der Ablenkungswinkel, d. h. der Richtungsunterschied zwischen dem Wind und dem sogleich näher zu besprechenden Gradienten nicht bloß von der geographischen Breite abhängig, sondern auch von der Bodenbeschaffenheit und demnach an den einzelnen Orten von der Herkunftsrichtung des Windes. Dieser Winkel ist gering in niederen Breiten; größer auf dem Meere als auf dem Lande, weil die Luftreibung auf der glatten Wasserfläche klein ist; und größer, wenn der Wind aus bergiger oder bewaldeter Gegend herkommt, als bei See- wind. Ist hiernach die Richtung des Windes auf Druckverteilung, geographische Lage und örtliche Bodenbeschaffenheit zurück- geführt, so können wir entsprechende Er- wägungen auch für die Windstärke anstellen. Da der Wind die Wirkung der Druckverschiedenheit an benachbarten Orten ist, darf man zwischen dieser Ursache und der Wirkung nahe Beziehungen erwarten, und die Erfahrung bestätigt, daß der Wind um so stärker weht, je näher hoher und niederer Luftdruck beisammen liegen. Ist die Druckverteilung in der üblichen Weise durch Isobaren, nämlich Linien gleichen Luftdrucks, dargestellt, wie man es z. B. in den täglichen Wetterkarten der meteoro- logischen Anstalten findet, so steht auf den Isobaren senkrecht die Richtung, in 1) Das Gesetz wird vielfach auch nach dem holländischen Meteorologen Buys-Ballot ge- nannt, neben dem indessen auch andere Forscher diese Erkenntnis förderten. Eine genaue Zu- sammenstellung der hierher gehörigen Literatur findet man bei S. Günther und Simon Dam- beck, Sitzber. d. math.-phys. KI. d. K. b. Akad. d. W. München 35 381—426 1905, wo nament- lich auch die Verdienste Lamberts und Gal- tons hervorgehoben werden. der ohne Erddrehung der Wind wehen würde, weil dies der kürzeste Weg zwischen höherem und geringerem Druck ist. Die Druck- änderung beim Fortschreiten in dieser Rich- tung gibt das Maß für die Stärke des daraus entstehenden Windes ab, und zwar bezeichnet man nach T h. S t e v e n s o n's ( Journ. Scot. Met. Soc. 2 132 1867) Vorgang als barometrischen Gradienten den Unterschied im Barometerstand zweier Orte, deren Verbindungslmie auf den Isobaren senkrecht steht und die Länge eines Aequator- grades (111 km) hat. Die Beziehung zwischen Gradient und Wind ist nicht unveränderhch. Wie der Ablenkungswinkel durch örtUche Verhältnisse beeinflußt wird, sahen wir soeben, und in älmlicher Weise kann die Er- fahrung begründet werden, daß die Wind- stärke, welche durch einen bestimmten Gradienten hervorgerufen wird, nicht immer die gleiche ist, sondern von der Bodenbe- schaffenheit, der die Reibung entspricht, und von der Luftdichte abhängt, welch letztere wiederum durch Druck, Temperatur und Feuchtigkeit bestimmt wird. Darum kann man auch nur ganz ungefähr und mit Durchschnittszahlen angeben, welche Wind- stärken den verschiedenen Gradienten zu entsprechen pflegen; es sind das für Gra- dienten von 1, 2, 3, 4 mm Quecksilberdruck etwa die Windstärken 2, 4, 6, 8 nach der im folgenden erwähnten Beaufort- Skala. Die meteorologischen Stationen pflegen ilure Windbeobachtungen derartig aufzuschreiben, daß die Hauptwindrichtungen durch die Anfangsbuchstaben N. S. E. W bezeichnet werden, E für Ost nach dem englischen East, weil 0 sowohl Null wie auch im Französischen (Ouest) West bedeuten und zu Verwechse- lungen Anlaß geben könnte. Dazwischen Hegen die bekannten übrigen Richtungen (NE, SSW usw.), die den ganzen Kreis in 16 Teile zerlegen. Die Stärke des Windes wird, wo nicht gerade besondere Meßapparate zur Verfügung stehen, nach bestimmten An- zeichen geschätzt; dabei hat sich erfalnungs- mäßig eine sehr befriedigende Gleichmäßig- keit der verschiedenen Beobachter, nament- lich der Seeleute, herausgestellt, indem die Zahlen der hierfür üblichen Beaufort- Skala, welche 12 verschiedene Windstärken annimmt, nach den äußeren Wirkungen des Windes geschätzt und an einer Anzahl von Beobachtungsstationen mit den Angaben der Meßapparate verglichen wurden. Die Emzelheiten enthält die Tabelle auf der folgenden Seite. Aus dem Vorstehenden geht hervor, daß der Wind aus Unterschieden des Luftdrucks entsteht, und daß von deren Größe seine Stärke, von der Erddrehung seine Richtung beeinflußt wird. Wie hiernach die Winde der einzelnen Gegend entstehen, soll später Atmosphäre (Meteorologie) 579 Wind- I stärke! Be- (Beau- , zeich- f ort- ' n u n g Skala) 1 10 11 12 Windstille Leiser Zug (sehr leicht) Leicht Schwach Mäßig Frisch Stark Steif Stürmisch Sturm (Voller Stiu'm) Starker Sturm Schwerer Sturm Orkan Geschwindig- keit Meterinder Sek. Kennzeichen Vollkommene Windstille 1.7 Der Rauch steigt fast gerade empor. 3,1 Für das Gefühl ebfn bemerkbar. 4.8 Bewegt einen leichten Wimpel, auch die Blätter der Bäume. 6,7 Streckt einen Wimpel, bewegt kleine Zweige der Bäume. Bewegt größere Zweige der Bäume, whd für das Ge- fühl schon unangenehm. 10,7 Wird an Häusern und anderen festen Gegenständen hörbar, bewegt größere Zweige der Bäume. 12,9 Bewegt schwächere Baumstämme, wirft auf stehendem Wasser Wellen auf, die oben überstürzen. 15,4 Ganze Bäume werden bewegt; ein gegen den Wind schreitender Mensch wird merkhch aufgehalten. 18,0 Leichtere Gegenstände, wie Dachziegel, werden aus ihrer Lage gebracht. 21,0 Bäume werden umgeworfen, etwa 30 Zerstörende Wirktmgen schwerer Arti etwa 50 Verwüstende Wirkungen. besprochen werden, hier werden wir zu- nächst die Bildung des Windsystems der Erde kennen lernen, das in großen Zügen aus den erwähnten Ursachen hervorgeht. Da die Druckverteilung wesentlich auf Tem- peraturverhältnisse zurückzufüliren ist, so hat man schon lange angenommen, daß über der wärmsten Gegend der Erde ein aul- steigender Strom sein müsse, und daß die Luftmassen unten nach dieser wärmsten Gegend hin, oben von ilir fortströmen müßten. Da nun die Menschen nur die horizontale Luftbewegung, nicht aber die auf- oder absteigende als Wind empfinden und be- zeichnen, nannte man die am Aequator liegende wärmste Gegend den Kalmen- g ü r t e 1 und nahm dazu den Polarstrom an, der von beiden Polen her die untere Luft nach den heißen Tropen führt, und darüber den Aequatorialstrom, der in der Höhe die in den Kalmen aufgestiegenen Luftmassen wieder gegen die Pole treibt. Die aus der Erddrehung entstehende Ab- lenkung bewirkt, daß der am Boden für uns erkennbare Polarstrom auf der nörd- lichen Erdhälfte als Nordost-, auf der süd- lichen als Südostwind auftritt. Mit dieser einfachen Erwägung stimmt der wirklich vorhandene Wind bis zu etwa 30° nördlicher und südlicher Breite einigermaßen überein. Man hat aber sowohl durch theoretische Erwägungen namentlich William Fer- r e 1 ' s (The motions of fluids and solids on the Earths surface. Professional Papers of the Signal service VIII 1882), als auch durch zahlreiche Beobachtungen neuerdings eine andere, der Wirklichkeit besser entsprechende Vorstellung gewonnen. Die Beobachtungen bezogen sich zum Teil auf die Bewegung hoher Wolken, aus deren Höhe, Richtung und Geschwindigkeit die Luftbewegung der gleichen Höhenschicht entnommen wurde, und namentlich die Arbeiten des „ Inter- nationalen Wolkenjahres" 1896 bis 1897 haben hier durch die an zahlreichen Stationen gleichzeitig und nach vereinbartem Plane durchgeführten Wolkenmessungen viel neue Erkenntnis geschaffen. Außerdem hat man besonders in neuerer Zeit die Verfolgung von Piloten zum Studium der Luft- bewegungen benutzt, nämlich kleiner, mit Wasserstoff gefüllter Gummiballons, die mit einem Theodoliten beobachtet werden. Aus den gleichzeitig abgelesenen Höhen- und Seitenwinkeln kann die Flugrichtung des Ballons in allen von ihm erreichten Höhen entnommen und daraus auf die Wind- richtimg jener Höhen geschlossen werden. Wird, wie in der Mehrzahl der Fälle, der Pilot nur von einer Stelle aus beobachtet, so ist die nacliherige Aufzeichnung seiner auf die Erde projizierten Flugbahn freilich an die nicht ganz zutreffende Annahme ge- knüpft, daß seine Steigegeschwindigkeit wäh- rend des ganzen Fluges unverändert den einmal angenommenen und vorher bestimm- ten Wert beibehält. In Wirklichkeit ändert sich während des Steigens eine Reihe von Einzelheiten: der Ballon dehnt sich aus, die umgebende Luft wird leichter, ihr Wider- stand geringer, in der Sonne wird der Ballon warm, usw.; außerdem aber entgeht dem Beobachter auch die Wirkung etwa vor- handener auf- oder absteigender Ströme, und alle diese Umstände beeinträchtigen natürlich die Genauigkeit der Ergebnisse, 37* 580 Atmosphäre (Meteorologie) und die gleichzeitige Beobachtung des Theo- doliten von 2 oder besser 3 Stellen aus würde zwar eine genaue und völlig einwandfreie Bestimmung ermöglichen, ist aber für die meisten Fälle zu umständlich und daher nicht immer durchführbar. Indessen hat man durch zahlreiche Pilotbeobachtungen die Wolken- messungen ergänzt, namentlich wurden auch von Schiffen aus auf diese Art die Winde der Höhe durch H. Hergesell, L. Teisserenc de Bort, L. Rotch und andere erforscht, und als bisheriges Ergebnis aller dieser Untersuchungen kann das in Figur 4 nach H. Hildebrandsson (Rapport sur les observations internatio- nales des nuages du comite international möteorologique. I. Historique. Circulation generale de l'atmosphere. Upsal 1903) dar- gestellte allgemeine Windsystem der Erde bezeicluiet werden. Ueber dem wärmsten Teil herrscht in den unteren Schich- ten der Atmosphäre Wmdstille und auf- steigender Strom, darüber Ostwind; dieser ,, Wärmeäquator" liegt durchschnittUch in etwa 10° nördlicher Breite und wandert im Jahreslauf mit der Sonne, so daß er während unseres Sommers mehr nördliche, wälu-end des Sommers der Südhemisphäre mehr süd- hche Lage hat. An diese ,,KaUnenzone" schUeßt sich beiderseits die Gegend der Passatwinde an, unten von Nord- ost und Südost gegen die Kalmen wehend, während darüber in nahezu entgegengesetzter Richtung die Gegenpassate fließen. Zwischen beiden liegt anscheinend eine Mittelschicht mit schwer zu deutender Be- wegung, die auf der nördlichen Hemisphäre oftmals Nordwest, auf der südlichen Süd- westwind zeigt. Li der Nähe des Aequators beginnt der Gegenpassat in einer Höhe von über 2000 m, seine mittlere Höhe über den Tropen ist 2500 m, über Teneriffa (gegen 30° Nordbreite) noch einige hundert Meter liöher. Die Passate sind der Schiffahrt seit lange bekannt und werden vermöge ihres regelmäßigen Wehens stets bei der Kurs- bestimmung berücksichtigt; sie reichen bis zu etwa 30° nördlicher und südlicher Breite. Ihnen schließt sich polwärts auf beiden Erd- hälften der gioße Polarwirbel an, in den unteren Schichten geringere Regel- mäßigkeit zeigend als die Passatregion, und die ganze gemäßigte und kalte Zone ein- nehmend. Die Hauptbewegung dieses Wirbels ist eine von West n ach Ost gerichtete Drehung, wobei außerdem die Luftmassen unten gegen den Pol und oben gegen den Aequator strömen. Während dies allgemeine Windsystem der Erde sich in den unteren Luftschichten der mittleren Breiten nur mit begrenzter Regelmäßigkeit erkennbar macht und durch vielerlei örtliche Einflüsse verändert wird. zeigen andererseits örtliche Zustände sich oftmals als Ursache sonstiger regelmäßiger Vorgänge bei der Windentfaltung. Nament- lich die Verteilimg von Wasser und Land übt eine deutliche Einwirkung auf die Tem- peraturverhältnisse und durch deren Ver- mittelung auf den Wind. Wie bei Besprechung der Wärmevorgänge in der Atmosphäre noch ausführhcher gezeigt werden soll, wird durch Zuführung oder Fortnehmen gleicher Wärmemengen im Wasser eine geringere Erwärmung oder Abkühlung erzeugt als in der gleichen Menge fester Bodenbestand- teile, und die Folge dieser durch Unterschiede in der spezifischea Wärme, Strahlung und Aenderungen des Aggregatzustandes be- wirkten Tatsache ist nun, daß überall der trockene Boden sich leichter erwärmt und abkühlt als die Oberfläche der Gewässer, und daß demnach das Binnenklima größere Temperaturschwankungen als das Seeklima zeigt, im Innern der Länder der Sommer und der Tag wärmer, der Winter und die Nacht kälter werden als bei sonst gleichen Verhältnissen auf der See und auf Inseb. Wenn nun nahe beisammen Land- und Wasserflächen dieser verschiedenen Ein- wirkung unterworfen sind, ergibt sich daraus dieselbe Druckverteilung und Luftbewegung, wie sie vorher (Figur 2) erwähnt wurde: unten strömt die Luft von der kälteren zur wärmeren Seite, und es entsteht, da mit der Jahres- oder Tageszeit auch der Sinn des Temperaturunterschiedes wechselt, der in vielen Küstengegenden wohlbekannte Wechsel von Land- und Seewind. Solche Winde, die auf den jahreszeit- lichen Temperaturwechsel zurückzuführen sind, führen den Namen Monsune. Sie sind teilweise so stark und legen so große Wege zurück, daß ihre Ablenkung durch Erddrehung leicht erkannt werden kann. Als ein Beispiel seien die Monsune von Süd- und Ostasien erwähnt. Im Winter aus dem kälteren Land kommend wehen sie in Indien aus Nordost, in China und Japan aus Nordwest; im Sommer dagegen sind es Seewinde, die an der indischen Küste vorwiegend aus Südwest, an der Ost- küste aus Südost kommen. Aehnliche Winde kennt man auch in anderen Küstengegenden und kann sie in derselben Art deuten. Da ihr Ursprung vom Boden ausgeht, reichen sie nur bis zu geringen Höhen hinauf. Geringere Ausdelmung und Stärke haben die im Tageslauf des Wetters auftretenden Land- und Seewinde, deren Entstehungs- weise im übrigen genau die gleiche ist. Die nächtliche Abkühlung ist auf dem Lande stärker und erzeugt demnach Landwind, während der höheren Tagestemperatur des Landes der vom kälteren Wasser kommende Seewind entspricht. Für die deutsche Ost- Atmosphäre (Meteorologie) 581 seeküste hat neuerdings Max Kaiser (Diss. Halle 1906) diese Winde genauer untersucht und die Eintrittszeit des See- windes örtlich wechselnd zwischen 8 Uhr früh und 2 Uhr mittags gefunden; aus Schiffsbeobachtungen ergab sich dabei, daß der Seewind bei günstigen Verhältnissen noch in 71/2 bis 9 km Abstand von der Küste erkennbar war, der Landwind bis 15 km weit. Ebenfalls auf Temperaturunterschiede zurückzuführen ist der in vielen Gebirgs- tälern regelmäßig auftretende Berg- und T a 1 w i n d. Wird durch die Sonne der Boden der Bergwände erwärmt, so bildet sich durch Wärmeleitung eine dem Boden überall benachbarte und seine Formen be- gleitende Schicht warmer und darum leichter Luft, deren Wirkung ein vom Tal gegen den Berg wehender Tagwind ist ; wird umgekelu-t durch nächthche Abkühlung der Bergwände eine ebenso gestaltete Scliicht kalter, schwerer Luft erzeugt, so ruft diese einen vom Berg gegen das Tal wehenden Nachtwind hervor. Eine örtliche Beeinflussung des Windes zeigt sich endlich bei unregelmäßig gestal- tetem Boden. Ein jeder Berg oder Hügel zwingt den Wind zum Aufsteigen und er- zeugt über dem Gipfel eine vermehrte Ge- schwindigkeit der Luftmassen, die durch den Berg auf einen schmaleren Weg zu- sammengedrängt werden und hier also rascher dahinfließen, als sie es auf gerader, horizon- taler Bahn täten. Dies ist den Luftschiffern wohlbekannt, und ebenso auch das Um- gekehrte: wer mit dem Ballon über ein Gewässer fährt, muß durch Ballastwerfen das sonst eintretende Sinken verhindern, denn das Wasser steht oder fließt im tiefsten Teil des Geländes, und die Bahn des Windes wird beim Ueberschreiten der Vertiefung abwärts gebogen. Wahrscheinlich wird diese Wirkung in vielen Fällen durch Tem- peratur-, namenthch Strahlungseinflüsse, ver- stärkt. In nahem ursächlichem Zusammenhang stehen miteinander die täglichen Aenderungen der Windstärke und Windrichtung sowie die Verschiedenheiten des Windes, der in den untersten und den darüberliegenden Luft- schichten weht. Da der Boden mit seinen Unebenheiten die Luftbewegung hindert, entfaltet sich nach oben hin der Wind stärker und rascher. Da nun aber der rascher wehende Wind auchdurchErddrehung stärker abgelenkt wird, sehen wir über dem Boden und so hoch hinauf, als der Einfluß der Bodenreibung noch merkbar ist, den Wind oben im Sinne jener Ablenkung nach rechts gegen die unterste Strömung abweichen. Höher hinauf ist, wiewohl aus anderen Gründen, die Rechtsablenkung des Ober- windes gleichfalls oft zu bemerken und tritt viel häufiger als das Gegenteil auf. Aus der größeren Stärke des Öberwindes in Ver- bindung mit dem täglichen Temperatur- gang ergibt sich ferner auch der tägüche Gang der Windstärke. Die Temperatur hat, wie nachher ausführhchcr gezeigt werden soll, eine einmahge Schwankung am Tage, die kälteste Zeit trifft am frühen Morgen etwa mit Sonnenaufgang zusammen, die wärmste Tageszeit liegt etwa zwischen 2 und 3 Ulu: nachmittags, und den Temperaturänderungen der Luft gehen solche des Bodens zeithch und ursächlich voraus. Wenn nun gegen Morgen der Boden und die unterste Luft- schicht erkalten und die Luft dabei immer schwerer wird, dann bleibt sie unten; wenn dagegen mittags die Erwärmung vorschreitet, so wird die untere Luft leichter und beginnt über die minder erwärmten Schichten empor- zusteigen, während gleichzeitig kältere Luft von oben herabkommt. Die vertikal be- wegten Luftmassen nehmen dabei ilu-e hori- Fig. 5. Täglicher Gang der Windgeschwindig- keit in Wien, Bermudas und Sonnblickgipfel. Aus R. Börnstein, Leitfaden der Wetter- kunde 2. Auflage 1906. S. 123 Fig. 27. zontale Bewegung mit sich, und so geschieht es, daß mittags zur Zeit des stärksten Luft- austausches zwischen oben und unten auch die stärkste horizontale (Wind-) Bewegung von oben herabkommt, während in der Frühe die untere Luft mit ihrer geringeren Windstärke am Boden verbleibt. Hiernach ist es verständlich, wenn die Beobachtungs- stationen in der Nähe des Bodens die geringste Windstärke frühmorgens, die größte mittags zwischen 2 und 3 Ulu- finden. Als Ergänzung und Bestätigung dieser Auffassung darf er- wartet werden, daß die erwähnten Unter- schiede geringer auf dem Meere und auf einzeln liegenden Insehi auftreten, weil 582 Atmosphäre (Meteorologie) dort die Luftreibung an der glatten Wasser- fläche kleiner und die Windbewegung ver- schiedener Höhen darum minder verschieden ist. Und ferner ist zu erwarten, daß auf Bergen die täghchen Aenderungen der Wind- stärke umgekehrt verlaufen, wie in der Ebene, weil dort frühmorgens die un- gemiuderte Windgeschwindigkeit der Höhe herrscht, mittags dagegen die langsamer bewegte untere Luft teilweise heraufsteigt. In der Tat trifft dies zu, wie Figur 5 mit Windbeobachtungen von Wien, von den Bermudasinsehi und dem Sonnbhckgipfel (3100 m hoch) zeigt. Zur Beobachtung und Messung des Windes dienen Windfahne, Stärketafel, Schalen- Fig. 6. Windfahne und Stärketafel. Aus dem Preisverzeichnis von R. Fuess in Steglitz und R. Born stein, Leitfaden der Wetter- kunde S. 124 Fig. 28. kreuz und sonstige Anemometer. Die Windfahne, die uns die Richtung der Luftbewegung angeben soU, muß so leicht und beweglich sein, daß sie auch wirkhch selbst bei schwachem Wind jeder Richtungs- änderung folgt. Die als architektonische Zierde auf den Dächern und Türmen viel- fach angebrachten metallenen Wetterfahnen sind daher meistens wenig zur Beobachtung geeignet; häufig ist ihre Masse nicht ganz gleichmäßig verteilt und dadurch die ohnehin geringe Beweglichkeit noch vermindert, oder es steht die Stange nicht genau aufrecht und die Fahne ,, hängt" nach einer Seite, so daß die betreffende Windrichtung bei schwachem Winde jedesmal einzutreten scheint. Ein einfacher Wimpel ist eigenthch die ideale Wmdfahne. In Figur 6 ist eine leichte Wind- fahne dargestellt, der zur Erkennimg der Windgeschwindigkeit eine Stärketafel beigefügt ist. Das ist eine rechteckige, um die obere Kaute drehbare Holzplatte, welche mit der Falme so verbunden ist, daß sie deren Drehung mitmacht und sich stets senkrecht zur jeweiligen Windrichtung ein- stellt. Je nach der Windstärke wird die Platte mehr oder minder weit aus der senk- rechten Lage herausgedrückt und gibt durch ihre Stellung die Windstärke an. Viel benutzt wird auch das Schalenkreuz, welches unabhängig von der Windrichtung die Ge- schwindigkeit der Luftbewegung durch die SchneUigkeit seiner Drehung angibt (Figur 7). Auf die äußere Seite der halbkugeligen Schalen wirkt der Winddruck schwächer als auf die hohle Seite , und erzeugt so die Drehung. Vermittels eines Zählwerks kann die Zahl der in einer gewissen Zeit ausge- führten Drehungen abgelesen und registriert werden. 3. Temperatur. Wir wenden uns nunmehr zum nächsten der zu besprechenden meteoro- logischen Elemente, der Temperatur; und zwar ist es nicht die Lufttemperatur, Fig. 7. Robinsons Schalenkreuz. Aus R. Fuess Preisverzeichnis und R. B ö rn - stein, Leitfaden der Wetterkunde S. 125 Fig. 29. welche vorerst in Betracht kommt, sondern als ursächhch voranstehend die Temperatur des Bodens, weil, wie sich sogleich zeigen wird, die unteren Luftschichten, in denen wir leben und unser Wetter sich abspielt, ihre Wärme und Kälte von unten her emp- fangen. Der Boden aber empfängt beides Atmosphäre (Meteorologie) 583 sowohl von unten wie von oben. Die Vor- geschichte des Sonnensystems weist nach der Hypothese von Kant (L a p 1 a c e) eine Zeit auf, in der die Erde als feurig- flüssiger Körper etwa der Sonne in ihrem heutigen Zustand ghch. Die seither wirksam gewesene Abkühlung fand naturgemäß von der Oberfläche aus statt und geschah durch Ausstrahlung in den Weltenraum, während von innen her beständig Wärme durch Leitung gegen die kälter werdende Ober- fläche nachströmte. Wegen der Langsamkeit der Leitimg konnten nun die von innen gegen die Oberfläche geführten Wärme- mengen nicht völlig die von der Bodenober- fläche ausgestrahlte Wärme ersetzen, die Oberfläche erkaltete nicht nur an_ sich, sondern auch im Vergleich zu den tieferen Schichten, und indem dieser Zustand noch heute andauert, sehen wir die Bodentempera- tur nach unten hin wachsen. Im Durchschnitt ist also die Oberfläche kühler und empfängt von unten her geleitete Wärme; in den wärmsten Stunden des Tages aber und namentlich in den Mittagsstunden der warmen Jahreszeit ist vermöge der Sonnenstrahlung die Temperatur der obersten Bodenschicht vorübergehend höher als die der tieferen Schichten, und dann ist umgekehrt die Wärmeströmung nach oben gerichtet. Die zweite Wärme- und Kältequelle für die Bodenfläche ist die Strahlung. Bei Tage sendet die Sonne in Form gestrahlter Energie dem Boden Wärme zu, und beständig strahlt der Boden Wärme gegen den Himmel aus. Dieser Strahlungsverlust steigt und sinkt mit der Oberflächentemperatur des Bodens, und abwechselnd im Tageslauf überwiegt die Ein- oder die Ausstrahlung und äußert sich dies Ueberwiegen im Steigen oder Sinken der Temperatur. Aus dem Zusammenwirken dieser sämtlichen Vorgänge in Leitung und Strahlung ergibt sich die wirkliche Temperatur der Bodenoberfläche. Man hat versucht, die wärmende Kraft der Sonne messend zu bestimmen, indem man die Stärke ihrer Strahlung am Boden und auf Bergen verschiedener Höhe fest- stellte. Dabei sollte auch der Betrag der zu- gestrahlten Wärme ermittelt werden, der in der Atmosphäre zurückgehalten wird, um schließhch die volle Strahlungswärme zu finden, wie sie an einem außerhalb der Atmosphäre liegenden Punkte wirksam sein müßte. Die so erhaltene Zahl heißt Solar- konstante und gibt die Wärmemenge an, die eine zur Sonnenstrahlung senkrechte Fläche von 1 qcm Größe außerhalb der Atmosphäre in einer Minute empfängt. Solche Messungen sind von zahlreichen Forschern zu verschiedenen Zeiten und auf verschiedenen Bergen und sonstigen Be- obachtungsstationen ausgeführt und ergeben einen mittleren Wert von etwa 2,1 Gramm- kalorien (deren eine 1 g Wasser um 1° er- wärmt). Doch ist die Solarkonstante zeit- lichen Aenderungcn unterworfen, die viel- leicht mit wechsehider Durchlässigkeit der Sonnenatmosphäre zusammenhängen; nicht ganz ausgeschlossen sind auch Störungen der Messung durch örtlich veränderte Durch- lässigkeit der Erdatmosphäre infolge vul- kanischen Staubes oder dergleichen. Die so ermittelte Wärmemenge, die die Erde jährlich von der Sonne empfängt, vermag eine die Erdoberfläche bedeckende Eis- schicht von etwa 35 m zu schmelzen. Von dieser Wärme gelangt aber nur ein Teil bis zum Erdboden, ein sehr erheb- licher Betrag wird in der Atmosphäre zer- streut oder absorbiert. Die Zerstreu- ung besteht in Aenderungen der Strahlen- richtung, und zwar sowohl durch Bre- chung, als auch durch Zurückwerfung und Beugung an den Grenzen verschieden dichter, warmer oder feuchter Luftmassen, an der Oberfläche der in der Atmosphäre befind- lichen Staub-, Wasser-, Eisteilchen usw. Indem die von der Sonne kommenden und in die Atmosphäre eintretenden Strahlen solchen Einflüssen begegnen und nach allen möghchen Richtungen immer von neuem abgelenkt werden, geschieht es, daß die Strahlung dann auch aus allen möglichen Richtungen zu uns gelangt. Käme das Licht nur auf dem kürzesten Wege geradlinig von der Sonne in unser Auge, so müßte für uns die helle Sonne am schwarzen Himmel erscheinen, da die Himmelsfläche ja kein eigenes Licht aussendet. Weil aber die Zerstreuung des Sonnenlichtes in der Atmosphäre stattfindet, und weil diese Zerstreuung vorwiegend die kurzwelligen (blauen) Strahlen betrifft, so sehen wir das Himmelsgewölbe hell, und zwar mit blauer Farbe. Scheint die Sonne geradlinig durch Nebel oder Staub, so sehen wir sie rot, denn ihre blauen Strahlen werden teil- weise zerstreut und in dem Rest des gerade hindurchgehenden Lichtes überwiegen die langwelligen (roten) Strahlen. Von der Absorption werden diejenigen Strahlen betroffen, welche vermöge ihrer Weilenlänge (Farbe) die Luft nicht durch- dringen können. Man kann in dieser Hinsicht die Luft mit irgendeinem anderen durchsich- tigen Körper vergleichen, z. B. mit farbigem Glas, um zu verstehen, daß die Durchsich- tigkeit immer nur für bestimmte Strahlen- arten (z. B. in grünem Glas für Grün) be- steht, während andere Strahlen in dem für sie undurchlässigen Körper zurückgehalten werden und an ihn ihre Energie abgeben, d. h. den absorbierenden Körper erwärmen. Wenn aber die in die Atmosphäre eindringen- den Sonnenstrahlen bereits in den obersten 584 Atmosphäre (Meteorologie) Luftschichten der Bestandteile beraubt sind, welche durch Luft absorbiert werden, so bleibt für eine etwaige Absorption m den tieferen Luftschichten wenig übrig; diese nehmen also auch nur sein* wenig Wärme von den hindurchlaufenden Sonnenstrahlen auf, und namentlich die bodennächsten Luftmassen, deren Temperatur wir zu messen pflegen, empfangen von der Sonnenstrahlung un- mittelbar fast gar keine Wärme, sondern ihre Temperatur erhöht sich erst durch Vermittelung des Bodens, der mit seiner, von derjenigen der Luft völlig verschiedenen Ab- sorptionsfähigkeit große Wärmemengen aus der Strahlung aufnimmt und sie auf dem Wege der Leitung langsam an die ihm näch- sten Luftschichten abgibt. Umgekehrt wirkt eine durch Ausstrahlung hervorge- rufene Abkühlung des Bodens gleichfalls unter Vermittelung von Wärmeleitung ab- ■^ \ \ \ ,70 s \, Mittel 18, 1» \ \ / ^ / / /"^ "^ ^^ w lIittel-2,1 " / "^ Ult um. 3 6 tag 3 " MIM Fig. 8. Täglicher Gang der Temperatur in Berlin im Januar (W) und Juli (S). Aus R. Börnstein, Leitfaden der Wetterkunde 1906 S. 6 Fig. 1. kühlend auf die unterste Luftschicht, und auch durch Strahlung von der Luft gegen den erkalteten Boden kann an diesen eine gewisse Wärmemenge übergehen. Aus den vorstehenden Erwägungen ist ers-ichtlich, daß die Lufttemperatur wesent- lich von der Bodentemperatur bedingt ist und durch Wärmeleitung von dieser beeinflußt wird. Da nun die Leitung der Wärme ein ziemhch langsames Fortsclu'eiten bedeutet, so ist damit auch zu verstehen, daß die Temperaturänderungen der Luft denjenigen des Bodens nicht nur ursächHch, sondern auch zeitlich folgen. Hiernach können wir nun den täglichen Temperatur- gang leicht verstehen, wie er für Berlin in Figur 8 dargestellt ist. Vom Untergang der Sonne ab erhält der Boden keine Strah- lung mehr, und seine sowie die Lufttempera- tur sinken. Dies dauert so lange, bis die aufgehende Sonne kräftig genug strahlt, um dem Boden mehr Wärme zuzuführen, als er durch Ausstrahlung gleichzeitig ver- liert, und die Temperatur wird also während der ganzen Nacht immer niedriger, bis etwa zur Zeit des Sonnenaufgangs die kälteste Zeit des ganzen Tages eintritt. Daß dies nicht erst etwas später geschieht, ist vielleicht auf eine gewisse „Wärme- dämmerung" zurückzuführen. Von nun an wächst die von den steiler werdenden Sonnenstrahlen zugeführte Wärmemenge und mit ihr die Temperatur, bis zwischen 2 und 3 Uhr mittags zur wärmsten Tageszeit die vom Boden ausgestrahlte Wärme der zu- gestrahlten Menge zunächst gleichkommt und sie dann mit sinkender Sonne über- wiegt. Eine älmliche Form wie für den täghchen Temperaturgang zeigt die Kurve für den jährlichen Gang, nämlich eine ein- malige Schwankung, die auf der Nordhemi- sphäre die höchste Temperatur im Juh, die niedrigste im Januar erkennen läßt, während auf der südlichen Erdhälfte die Extremwerte umgekehrt auf Januar und Juh fallen. Für die mittlere Jahrestem- peratur eines Ortes ist in erster Linie maßgebend die geographische Breite. Zwar steht für jeden Ort im Laufe des ganzen Jahres die Sonne ebenso lange über als unter dem Horizont, aber ihre Mittagshöhe und die Steilheit der zum Boden gelangenden Strahlung sind durchsclmitthch größer im niederen, kleiner in hohen Breiten, so daß die dem Boden im ganzen Jahre zugestrahlte Wärme mit wachsender geographischer Breite abnimmt. Man unterscheidet bekanntlich: die heiße Zone, zwischen den Wendekreisen mit 23^2" Nord -und Südbreite, in der die Sonne das Zenit erreichen kann; die ge- mäßigten Zonen zwischen Wende- und Polar- kreisen (66^"), in denen die Sonne das Zenit nie erreicht, aber täglich auf- und untergeht; und die kalten Zonen, je von einem Polarla"eis bis zum Pol reichend, in denen die Sonne nicht an allen Tagen des Jahres auf- und untergeht. Verbindet man die Orte gleicher mittlerer Jahrestemperatur durch Linien, die Jahresisothermen, so würden diese mit den Parallelkreisen zu- sammenfallen, wenn die geographische Breite allein für den Wert des Jahresmittels in Betracht käme. Die Karte der Jahres- isothermen Figur 9 zeigt aber erhebhche Abweichungen hiervon, und es sind in der Tat noch andere Umstände für die Mittel- temperatur maßgebend. Davon sei zuerst die Höhenlage genannt. Je höher ein Ort liegt und je weiter er demnach von den warmen tieferen Erdschichten entfernt ist, Atinosphäre (Meteorologie) 585 um so weniger Wärme kann er von diesen empfangen. Für die Alpen liat man 7. B, gefunden, daß auf 300 m Höhenzunalime die Jahrestemperatur an der Nordseite um 0,51, an der Südseite um 0,59° abnimmt (J. Maurer Eigene Berechnungen und solche von J. H a n n Meteorol. Zeitschr. 25 244 1908). Sehr wirksam in der Beein- flussung der Temperaturmittel ist ferner die Verteilung von Land und Wasser. Die größere Beweglichkeit des Wassers sowie seine hohe Aufnahmefähigkeit für Wärme weisen ihm eine ausgleichende Tätigkeit zu, so daß man in der Tat die Meeresoberfläche in niederen Breiten kühler, in höheren förmige Bewegung des Wassers, die um so tiefere Schichten erfaßt, je stetiger und stärker die Luft darüber hinweht. Da nun auf der Südseite des Aequators eine ent- sprechende Bewegung durch den Südost- passat erzeugt wird und das Wasser also von beiden Seiten schräg aus Osten gegen den Aequator hin getrieben wird, bildet sich dort eine westwärts ziehende Strömung, durch welche die Wassermassen langsam unter den Strahlen der Tiopensonne gegen die amerikanische Ostküste geführt werden. Durch diese abgelenkt, biegt die Strömung nach beiden Seiten um, der nördlich ab- gelenkte Teil gelangt in den Golf von Mexiko Jahres- Isothermen Fig. 9. Jahresisothermen. Aus Hann, Lehrbuch der Meteorologie. 2. Auflage. Leipzig 1906. Zwischen S. 110 und 111. wärmer findet, als das Festland. Hierauf beruht es, dalj die südliche Erdhälfte ver- möge ihrer gegen die nördhche erhebhch größeren Wasserfläche entsprechende Tem- peraturunterschiede aufweist: die niederen südlichen Breiten sind kühler als die gleichen nördhchen, umgekehrt aber sind von den höheren Breiten die südüchen wärmer. Mehr noch als die bloße Gestalt der Meere sind die regelmäßigen Meeresströme von Einfluß auf die Wärmeverteilung. Als ein klassisches Beispiel solcher Strömung kann der Golfstrom gelten, der auf den Nordostpassat und seine im nordatlantischen Ozean geübte Wirkung zurückgeführt wird. Indem nämlich die Passatwinde stetig über die See hinströmen, erzeugen sie durch Reibung an der Wasserfläche eine gleich- und von dort durch die Floridastraße in den Ozean. Die nordostwärts gerichtete Geschwindigkeit, mit der er die schmale Straße verläßt, sowie die südwesthchen Winde, welche dort vorherrschen, treiben das warme Wasser so rasch gegen die euro- päische Küste, daß es dort erhebhch höhere Lufttemperatur erzeugt, als der geogra- phischen Breite entspricht. Namentlich an der norwegischen Küste sehen wir die Iso- thermen infolge des Golfstromes recht deut- lich gegen Norden ausgebogen und finden dort einen gegen das Binnenland stark er- wärmten Küstensaum. Den Rückweg nimmt das vom Golfstrom nach Norden geführte Wasser teils als eine westlich von Spanien und Nordafrika nach Süd verlaufende Strö- mung, teils von Spitzbergen aus an der 586 Atmosphäre (Meteorologie) Ostküste von Grönland entlang südwärts fließend, und bei diesen Bewegungen als kalte Strömung, die nach wärmeren Gegenden gerichtet ist. Ganz ähnliche warme und kalte Meeresströme findet man an anderen Stellen der Erde, wo Wind und Sonne die gleichen Vorbedingungen bilden. Der Ein- fluß des Golf Stromes auf die Temperatur der europäischen Küstenländer ist so groß, daß kleine Aenderungen seines Verlaufes seh" deutliche Wärmewirkungen nach sich ziehen. Daher hat man die Luftdruck- verteilung und die aus ihr hervorgehenden Winde zum Ausgangspunkt von Unter- suchungen gemacht, welche die Schwan- kungen in der Bahn des Golfstromes und Nächst der Mitteltemperatur ist für das KUma eines Ortes bedeutsam die Größe der jährlichen und täglichen Schwan- kungen. Man bezeichnet sie auch als Amplituden und findet sie in erster Linie gleichfalls abhängig von der geogra- phischen Breite. Am Aequator beträgt die Mittagshöhe der Sonne niemals unter 66%", und alle Tage und Nächte sind dort gleich lang; daher können auch keine so großen Unterschiede zustande kommen, wie sie in der Temperatur höherer Breiten auftreten, veranlaßt durch die im Jahreslauf stark wechselnde Sonnenhöhe und durch den gleichfalls wechselnden Unterschied derTages- und Nachtdauer. Je mehr man sich vom Januar- Isothprmen Fig. 10. Januarisothermen. Aus Hann, Lehrbuch der Meteorologie. 2. Auflage. Leipzig 1906, Zwischen S. 100 und 111. die nachfolgende Einwirkung auf die Luft- temperatur betrafen. Da diese Temperatur- wirkungen teilweise recht langsam fort- schreiten, konnte man z, B. die Regel aus der Erfahrung bestätigen, daß in Mittel- europa die Temperatur der Monate Februar und März von Jahr zu Jahr in gleichem Sinne schwankt, wie in den vorausgegangenen Monaten September bis Dezember die Luft- druckdifferenz der Orte Thorshavii (Faröer) und Stykkisholm (Island); und eine andere Erfahrungstatsache ist, daß der Temperatur- charakter, welcher zu Beginn des Winters in Christiansund (Norwegen) herrscht, beim Schluß des Winters und Beginn des Frühlings in Mitteleuropa zum Ausdruck zu kommen pflegt (W. Meinardus Meteor. Zeitschr. 15 85 1898). Aequator entfernt und dem Pol nähert, um so stärker treten die längeren Tage des Sommers und die kürzeren Tage des Winters hervor und erzeugen sowohl wärmeren Som- mer und kälteren Winter, wie auch stärkere Tageswärm'e und Nachtkühle. Wie groß die Jahresschwankung sein und welche Wir- kung die verschiedene Tageslänge haben kann, ersieht man aus folgender, von Chr. Wiener (Oesterreich. Zeitschr. f. Meteor. 14 113 1879) herrührenden Berechnung. Für den längsten Tag der nördlichen Erd- hälfte, den 21. Juni, beträgt die dem Boden zugeführte Sonnenstrahlung: am Nordpol 1203 in 62« nördlicher Breite . 1092 in 431/2° nördlicher Breite 1109 Atmosphäre (Meteorologie) 587 am Aequator 881 in 661/2" südlicher Breite 0 Als Strahlungsmenge 1000 ist dabei die- jenige angenommen, welche ein am Aequator liegender Ort am 20. März empfängt, die größte also, die am Aequator überhaupt einen Ort treffen kann. Demnach empfängt der Nordpol an jenem Tage um über 20% mehr Wärme als der Aequator an seinem heißesten Tag, und 56 Sommertage lang erhält der Nordpol mehr Wärme als gleichzeitig irgendein anderer Punkt der Erde. Das entsprechende Gegenbild liefert natürhch der Winter, und die große Wärmemenge, die der Sommer den Polargegenden zuführt, wird darum nur teilweise in der Temperaturerhöhung wirk- Temperatur am so weniger beeinflußt, je mehr Wasser der Boden enthält. Außerdem wird auch von der zugeführten Wärme im Wasser ein Teil zur Verdampfung verbraucht und für die Temperaturerhöhung wirkungs- los, während umgekehrt in wasserreicher Gegend die in Dampfform vorhandene Luft- feuchtigkeit bei der Abkühlung teilweise zu Wasser kondensiert wird und zugleich die frei werdende Wärme der w^eiteren Ab- kühlung entgegenwirkt. Endhch kommt noch in Betracht, daß die Strahlung der Sonne dort, wo sie auf festen Boden fällt, nur die oberste Schicht erwärmt, während sie in das Wasser tiefer eindringt und die herbeigeführte Wärme auf eine dickere Fig. 11. Juliisothermen. Juli-Isothermen. Aus H a n n , Lehrbuch der Meteorologie. 2. Auflage. S. 110 f. Leipzig 1906. sam, und im übrigen zum Schmelzen der großen Eismassen verbraucht, die der Winter erzeugte. Von starkem örtlichem Einfluß auf die Temperaturschwankung ist ferner die Ver- teilung von Land und Wasser. Das Wasser hat eine große spezifische Wärme, d. h. um die Temperatur einer Wassermenge zu erhöhen, muß iln* etwa fünfmal so viel Wärme zugeführt werden als der gleichen Gewichtsmenge, und etwa doppelt so viel als der gleichen Raummenge trockenen Bodens. Daher wird durch die Vorgänge der Strahlung und Leitung, von denen die Temperaturänderungen des Bodens abhängen, um so geringere Wirkung erzielt und die Schicht verteilt, also eine geringere Tem- peraturerhöhung auch aus diesem Grunde erwirkt. Aehnhch kommt bei der Abkühlung des Wassers die ausgestrahlte Wärme auch von tieferen Schichten her, und dadurch wird eine entsprechend geringere Abkühlung er- zeugt als Isei festem Boden. Aus allen diesen Gründen finden wir im Seeklima ge- ringere, im Binnenklima größere Jahres- und Tagesschwankungen der Tem- peratur. Dies zeigt sich recht deuthch in den Januar- und Juh-Isothermen (Fig. 10 und 11). Der Januar ist für die nördhche Erdhälfte der kälteste, für die südhche der wärmste Monat, und der Juh bedeutet um- gekehrt im Norden Hitze, im Süden Kälte. Atmosphäre (Meteorologie) Beide Karten lassen erkennen, wie im Winter die Meere wärmer sind als die Länder in der gleichen geographischen Breite, und im Sommer kühler. Die Isothermen biegen im Januar auf den Meeren nach Norden, im Binnenlande nach Süden aus, im Juh umgekehrt. Namenthch die nördliche Erd- hälfte zeigt dies deuthcher als die südjiche, deren Länderfläche so viel kleiner ist. Uebrigens bezieht sich dieser Unterscliied wesenthch auf das Oberflächenwasser, nach der Tiefe lün hat man die Temperatur- schwankungen im "Wasser größer als im festen Boden gefunden. In früherer Zeit pflegte man auch dem Wald eine ähnlich ausgleichende Wirkung auf die Temperaturschwankung zuzuschrei- ben wie dem Wasser. Es hat sich aber ge- zeigt, daß dem Walde solche Eigenschaft nur in geringem Grade zukommt, und daß bei älteren Beobachtungen durch Strahlungs- einflüsse die Angaben der Thermometer ein- seitig verändert wurden. Seit man die Be- stimmung der Lufttemperatur gegen Strah- lungsfehler zu sichern vermag, hat sich die Annahme eines besonderen WaldkMmas als nicht begründet ergeben. Die örtliche Temperaturschwankung hängt ferner von der Bodenbeschaffenheit ab, und zwar sowohl von Farbe und sonstiger Oberflächenbeschaffenheit, wie von der Ge- stalt des Bodens. Rauhe und dunkelfarbige Flächen werden durch darauf- fallende Strahlung stärker erwärmt, als glatte und helle, und kühlen sich bei eigener Ausstrahlung gegen kältere Umgebung auch stärker ab. Darum wird durch dunkle Farbe oder rauhe Oberfläche des Bodens die Tem- peraturschwankung vermehrt, durch die ent- gegengesetzten Eigenschaften verringert. Und zwischen Berg- und Tallage entsteht eine Verschiedenheit zunächst, weil der Gipfel dem Bodeneinfluß weniger ausgesetzt ist als die auch an den Seiten vom Boden umgebende Talstation, so daß also oben die Temperaturschwankung des Bodens sich der Luft weniger mitteilt. Dann aber kommt hinzu, daß bei nächtlicher Abkühlung die schwere kalte Luft nach unten fließt und sich im Tal ansammelt, dagegen die wärmere Luft der Tagesstunden vom Gipfel durch Wind fortgeführt, im Tal aber weniger be- wegt wird. Das Gipfelklima gleicht also dem Seekhma und hat geringere Tem- peraturschwankungen als das Talkhma. Die Erfahrung zeigt ja oft genug, wie Frost- schäden in klaren Frühjahrsnäehten vor- zugsweise tiefe Lagen treffen, während be- nachbarte Gipfel ungeschädigt bleiben. Nachdem so eine Reihe örtlicher Ein- flüsse geschildert wurde, seien noch einige zeithche Aenderungen erwähnt, von denen die Temperaturschwankung abhängt. Zu- nächst kommt hier die Jahreszeit in Betracht; im Sommer empfängt der Boden während des Tages von der höher steigenden und länger scheinenden Sonne mehr Wärme als im Winter, strahlt aber wegen seines größeren Wärmegehalts in der Nacht auch stärker aus. Darum ist in der warmen Jahreszeit die Tagesschwankung größer als in der kalten, wie z. B. bei Figur 8 erkennbar ist. Eine andere zeithche Beein- flussung der Temperaturschwankung rührt von der Bewölkung her. Welch wich- tige RoUe im Wärmehaushalt des Bodens und der Luft die Strahlung ausübt, wurde schon mehrfach erörtert. Bei klarem Himmel kann sowohl die Einstrahlung von der Sonne aus wie auch die Ausstralilung des Bodens ungehindert die Atmosphäre durchsetzen, während eine Wolkenschicht in beiden Rich- tungen die Strahlung hindert. Darum ist die klare Witterung von starken Schwan- kungen der Temperatur begleitet, sowohl die Tageswärme wie die nächthche Kühle werden vom hellen Himmel begünstigt, und andererseits erzeugt die strahlenhemmende Wolkendecke verringerte Tageswärme und auch minder kalte Nächte. Die bei klarem Wetter auftretende nächt- hche Strahlungskälte kann namentlich im Frühjahr Schaden stiften, wenn die Lebens- tätigkeit der Pflanzen beginnt und die Tem- peratur noch tief genug liegt, um bei einiger Abkühlung den Gefrierpunkt zu erreichen. Man sucht derartige Schädigung namenthch bei wertvollen Anpflanzungen, wie Obst- und Weinkulturen, durch Erzeugung einer künsthchen Wolkendecke inittels stark rauchender Feuer zu bekämpfen. Die periodischen, nämhch täghchen und jährhchen Schwankungen der Temperatur werden von den unperiodischen unter- brochen, nämhch solchen, die nicht durch die Bewegungen der Erde entstehen, sondern aus atmosphärischen Vorgängen, deren ur- sächhches Verstehen uns bisher noch nicht gelungen ist. Figur 12 zeigt das Fortschreiten der Temperatur während eines Jahres von Tag zu Tag, berechnet aus 100 jährigen Beobachtungen. Man erkennt an diesen Kurven die große Häufigkeit der unperio- dischen Schwanlvungen, wie sie in der warmen Jahreszeit als Kälterückfälle und in der kalten als Wärmerückfälle auftreten. Und es erscheint recht begreiflich, daß der Volks- glaube solche Rückfälle an bestimmte Daten heftet (die „gestrengen Herren" im Mai), denn sie sind in jeder Jahreszeit häufig genug, so daß meistens auf die bestimmten Tage wenigstens ungefähr eine unperiodische Schwankung fallen kann. Die Größe dieser unperiodischen Aenderungen ist wie die der periodischen von den schon erwähnten kh- matischen Einflüssen abhängig, die bei- Atmosphäre (Meteorologie) 589 spielsweise das Binnen- vom Seeklima unter- scheiden. Als Maß dient dabei nach Hanns Vorschlag die Veränderlichkeit der Temperatur von Tag zu Tag, nämhch der durchschnitthche Unterschied benach- barter Tagesmittel ohne Rücksicht auf das Vorzeichen. Dieser beträgt z. B. im Mittel der Jahre 1891 bis 1899 nach L. G r o ß - mann (Archiv d. Seewarte 23 Nr. 5 1900) für Bremen 2,32«, dagegen für die im sibi- rischen Binnenlande gelegene Station Barnaul im Mittel der Jahre 1853—1862 nach Wah- len (Rept. f. Meteorol. III. Suppl.-Bd. 1886) 4,23«. V. Kremser (Abhandl. d. Kgl. Preuß. Meteorol. Inst, i Nr. 1 1888) verglich für eine Anzahl deutscher Orte die namentheh seiner Leitfähigkeit für Wärme, abhängig. Darum ist das Verhalten des Bodens nicht bloß starken örthchen Ver- schiedenheiten unterworfen, sondern am gleichen Orte ändern sich mit dem Wasser- gehalt der Oberfläche die Temperaturver- hältnisse beträchthch, weil feuchter Boden ein sehr viel besserer Wärmeleiter ist als trockener. Als allgemein gültig läßt sich immerhin sagen, daß die Mitteltemperatur des Jahres nach unten hin und mit Annähe- rung an die wärmeren Schichten der Tiefe wächst, und daß andererseits die periodischen und unperiodischen Schwankungen nach unten hin sowohl kleiner werden als auch gegen die Oberfläche verspätet eintreten. Jihrlicher Gang der Temperatur nach lOOjährigen Tagesmitteln Fig. 12. J.ährlicher Gang der Tagestemperatur nach 100 jährigem Durchschnitt. Aus H a n n Lehrbuch der Meteorologie. 2. Auflage. Leipzig 1906. S. 84. Veränderlichkeit der Temperatur mit der Zahl der Sterbefälle und fand bei beiden ganz ähnliche örthche wie jahreszeitliche Verteilung, jedoch mit der Besonderheit, daß die Schwankungen der Sterblichkeit um zwei Monate gegen die der Veränderhch- keit verspätet waren. Es hegt nahe genug, diese Zeit als die mittlere Dauer anzusehen, die zwischen Erkrankung (bei Temperatur- änderung) und Tod verläuft. Die Temperatur des Bodens ist vielfach untersucht worden und zeigt sich in hohem Grade von der Art des Bodens, weil ja diese Schwankungen ihren Ursprung in den Strahlungswirkungen haben, die an der Oberfläche stattfinden, und weil auf dem Wege der Leitung von oben zu den tieferen Schichten sowohl die Größe der Wärme- bewegung allmähhch aufgezehrt wird, wie auch wegen Langsamkeit der Leitung Zeit verbraucht wird. Daß die tägUche Tem- peraturschwankung bereits in mäßig tiefen Kellern unmerkbar ist, wird durch vielfache Erfahrung bestätigt. Die Jahresschwankung dringt vermöge ihres höheren Betrages und langsameren Verlaufes tiefer ein, doch 590 Atmosphäre (Meteorologie) kann man auch sie in erreichbarer Tiefe verschwinden sehen. So wurden im obersten Tunnelstück der Jungfraubahn, 400 m unter der südösthchen Felswand des Mönchs und in 3270 m Seehöhe bei täglichen Messungen vom Juli bis zum 11. November 1910 Tem- peraturen gefunden, die nur um 7io " schwank- ten ( J. Maurer, Meteorol. Zeitschr. 28 77 1911). Und im Potsdamer geodätischen Observatorium befindet sich 25 m unter der Bodenoberfläche ein Thermometer, das dauernd 11,7° zeigt (0. Hecke r. Das Wetter, Novemberheft 1907). Endhch sei als Beispiel der Verspätung erwähnt, daß im Königsberger Botanischen Garten die durchschnitthche Jahrestemperatur von 7,68" an der Oberfläche auf 8,44" in 7,5 m Tiefe steigt, zugleich aber in dieser Tiefe die wärmste Jahreszeit von Juli bis Dezember, die kälteste von Januar bis Juni verspätet ist. Von wesenthchem Einfluß auf die Boden- temperatur ist ferner eine zusammenhängende Schneedecke. Diese leitet die Wärme sehr schlecht, weil im Schnee eine große Luftmenge eingeschlossen und durch die Schneekristalle an der Bewegung gehindert ist. Die Luft kann also nicht durch Strö- mungen die Bodenwärme fortführen, sondern wirkt als Wärmeschutz für den Boden ganz in derselben Art, wie etwa ein Pelz als Wärmeschutz für den Körper wirkt: die Haare des Pelzes hindern die Luftbewegung und lassen die geringe Leitfälligkeit der Luft zur vollen Wirkung im Zusammenhalten der Körperwärme gelangen. Der von der Schneedecke gegen Wärmeverlust geschützte Boden hat demnach höhere Temperatur und sichert die etwa hineingelegte Saat besser gegen Kälte, als es ohne Schnee sein würde. Andererseits ist die Luft über der Schnee- schicht um so kälter, je mehr Wärme im Boden bleibt. Die Temperatu Verhältnisse der höheren Luftschichten wurden namentlich in neuerer Zeit vielfach untersucht und finden um so mehr Be- arbeitung, je notwendiger sich für das Ver- ständnis der Witterungsvorgänge die Be- achtung der oben geschehenden Verände- rungen erweist. Die schon geschilderte Wechselwirkung der Temperaturen des Boden und der untersten Luftschicht hat stete vertikale Bewegungen der Luft zur Folge. Hierbei gelangt die Luft unter veränderten Druck und erleidet entsprechende Tem- peraturänderungen, durch Druckzunahme entsteht dynamische Erwärmung (wie im pneumatischen Feuerzeug), durch Druckabnahrae dynamische Abkühlung. Demnach wird im absteigenden Strom die Luft dynamisch erwärmt, im aufsteigenden Strom abgekülilt, und zwar beträgt diese Aenderung ziemhch genau 1° für je 100 m Höhenänderung. Ebensoviel müßte also das Temperaturgefälle, d. h. die Abkühlung auf je 100 m Höhenzunahme, in einer ohne sonstige Beeinflussung auf- oder abwärts bewegten Luft betragen. In der Atmo- sphäre ist es trotz der vielen auf- und ab- steigenden Ströme merkhch kleiner, wie die Tabelle auf S. 591 erkennen läßt, und zwar teils vermöge der Kondensation des im Emporsteigen verdichteten Wasserdampfes und der hierbei frei werdenden latenten Wärme, teils infolge der einseitig die Ab- kühlung begünstigenden Bodenwirkung. Es erzeugt nämlich die Erwärmung des Bodens mit nachfolgender Erwärmung der unteren Luftschicht eine aufsteigende Bewegung, sobald das Temperaturgefälle stark genug geworden ist (mindestens 3,4" auf 100 m), um die Dichte der unteren, erwärmten Luft trotz des unten größeren Luftdrucks kleiner zu machen als die Dichte der nächsthöheren Schicht. Dann ist die unterste Luft leichter und steigt empor, wälu-end zu ihrem Ersatz andere und kältere Luft von oben herab- kommt. Wenn dagegen der Boden und die ihm benachbarte Luft kälter werden, folgt daraus zunächst kerne Bewegung, weil die kältere und schwerere Luft sich ja schon unten befindet und nicht mehr sinken kann; nur durch Wechselwirkung mit benachbarten wärmeren Gegenden kann ein absteigender Strom sich bilden. Im Durchschnitt kommt also als Wirkung der Bodentemperatur eine Abkühlung der unteren Luft häufiger als eine Erwärmung zustande, und man hat darum geradezu von einer abkühlenden Wirkimg des Bodens gesprochen. Auf diese Art wird es verständlich, daß das Temperatur- gefälle in der Atmosphäre unten nur 0,3 bis 0.4" auf 100 m beträgt und auch in der Höhe bis etwa 8000 m nicht über 0,8" steigt, während es unter alleiniger Einwirkung der auf- und absteigenden Ströme 1" betragen müßte. In der Höhe von etwa 12 000 km verschwindet die Wirkung des Bodens und mit ihr die auf- und absteigende Bewegung, es beginnt dort die schon erwälmte Stratosphäre, auch isotherme Schicht genannt, weil dort das Temperaturgefälle nahezu Null wird. Von den periodischen Temperaturände- rungen reicht die tägliche Schwankung nicht über die untersten Höhenkilometer hinaus, natürlich verschieden hoch, je nach der im EinzeKall auftretenden Größe der Schwan- kung. Aus den Beobachtungen von 4 am 8. Juni 1898 aufgestiegenen Luftballons konnte man berechiien, daß in 3000 m Höhe von der Tagesschwankung nur etwa V-O) darüber verschwindend wenig erkennbar war. Die Jahresschwankung ist noch in der isothermen Schicht deutlich, und zwar wechselt dort mit der Jahreszeit sowohl die Atmosphäre (Meteorologie) 591 0^+-OJ (0 M O^ 00^ 0M-n4^OJ tO Ol C^ Ol Ol Ol O.Ln 4^ 4^ U) (0 10 M XTi Ö -^l '«i'oo'^^i- "lO U) "o "b i) • S) M ^Ui.U) hJvOU) 0\0 NiOi\OOJj-lCjl 0OU> Uj 1-1 "b "ooi "to ^1 C/i "m 1-1 oj 4i O tO i- OiOi(ji(_nOiLn4i4i-OJOJ Kl iH m 00 M K) O i- O -<1 "oo'ooi- i- ~b "b i' O VI Cn OlUit-nOiOiUi-^4»OjK)(Ol-i M O O '-' ^ ^ P C^^ ^ -t^ ^ O 4^ ^ tO tjj 00 00 n Ui OO Ol O tO Gl 'lO "o 1-1 "tO VJ Oj O O O w rfik )^ i4^ «I «^4x 4:. Oj Oo 10 M HM i-*iNS-Jt*4«OMvo c^oi■"oooo-I VI jj^ j:r\ j:3\ Oj \0 4i 00 M O M 00 (0 K) CO VI VI W "(O 'lO "ex O "O OJ o ~b, OiUiLnOiOi(jiOi4».4^U) »0 to M J»V1 :^1 VI jx Ol JO vj M (^ -<, o 4^ 004^ O O M vo vo VI oj 4^ üi Gj M i M Ol "to Ol "to i) 'bo Ol OiOi OiOiOi4^4-OJOJ [0 m m Oo VJ4^ 4^4^K)v04^ OOOOJ OiOOi 04^vi K4 i;o4». Ol "to "bo"Cii "b «VI i) ^ "b ""m "o i) TS CD :i Ci- SS' O JJO JX) J30 J» M3 JH OJ jjl jJ^ O, Ol 4i. Oü OJ 0> OC 5" i^ ^ QVIUI H O^OJ 10 Oo'M"MOl"b"M"b^iboJ^b S ^ M Temperatur als auch die Höhenlage, in welcher die Isothermie beginnt. Die nach- folgenden IVIittelwerte sind von A. W a g n e r (Beitr. z. Physik d. freien Atmosph. 3 H. 2 u. 3. Auszug in Meteoiol. Zeitschr. 27 97 1910) aus 380 Aufstiegen von Registrier- ballons berechnet, die sämtlich mindestens 8000 m Höhe erreichten und in den 5 Jahren von Juli 1902 bis Juni 1907 an verschiedenen Orten stattfanden. Selbstverständlich weichen die Temperaturverhältnisse der einzelnen Tage vielfach von diesen Mittelwerten ab. Nament- lich erleidet das Temperaturgefälle oftmals starke Veränderungen durch Auftreten von Isotherm ien (Gefälle Null) oder von In- versionen (wärmere Schicht über kälterer). Zur Messung der Lufttemperatur dient das Thermometer, von dem ein besonderer Artikel dieses Werkes handelt (vgl. den Artikel „Thermo metrie"). Hier soll daher nur erwähnt werden, daß behufs richtiger Ermittelung der Lufttem- peratur das Instrument gegen Strahlungs- einflüsse geschützt sein muß, und zwar sowohl gegen erwärmende Strahlung anderer Körper wie auch gegen die abkühlende eigene Ausstrahlung. Man hat dies zu er- reichen gesucht, indem man die Thermo- meter in Hütten oder Gehäuse einschloß, die dem Wind freien Durchzug gewähren und zugleich die Strahlung hindern sollten. Indessen sind diese Schutzhüllen selbst der Strahlung ausgesetzt und beeinflussen durch ihre eigene Temperatur leicht das Thermo- meter, so daß dies trotzdem zu hohe oder zu niedere Temperaturen anzeigt, wenn das Gehäuse der Sonne oder der eigenen nächt- lichen Ausstrahlung ausgesetzt ist. Als wirksam dagegen hat sich ein anderes Ver- fahren bewährt; es besteht darin, daß das Thermometer mit stets und rasch erneuerter Luft in Berührung ist. Dies wurde ursprüng- lich bei den ,, S c hl e u d er t h e r m o- m e t e r n " dadurch erreicht, daß man das Instrument inittels emer kurzen Sclmur oder ähnlichen Vorrichtung in rasche, wir- behide Bewegung versetzte und sein Gefäß auf diese Ai't mit emer beständig wechselnden Lufthülle in Berührung brachte. Beginnt das Thermometer infolge von Strahlung über die Lufttemperatur zu steigen oder unter sie zu sinken, so wird diese Abweichung sogleich im Entstehen unterdrückt, weil die Lufthülle stets auf der Temperatur der Um- gebung gehalten wird und durch Leitung jedes begmnende Zuviel oder Zuwenig an Wärme gleich zum Verschwmden bringt. Etwas bequemer ist das neuerdmgs mehr in Aufnahme gekommene Aspirations- thermometer CR. A ß m a n n Ber- liner Sitzber. 1887 [2] 938), welches auf der gleichen Erwägung beruht. Das Thermo- metersrefäß ist mit einer unten offenen Eöhre 592 Atmosphäre (Meteorologie) umgeben, durch die von oben her mittels Ulirwerks und Zentrifugalgebläse Luft hin- durchgesaugt wird. Indem die Luft hier in Bewegung ist und an dem ruhenden Thermo- metergefäß vorbeistreicht, nimmt sie diesem gleichfalls jedes Zuviel oder Zuwenig sogleich im Entstehen und veranlaßt denjenigen Thermometerstand, welcher der Temperatur der hindurchgesogenen Luft entspricht. Man hat also dafür zu sorgen, daß diese Luft nicht etwa irreführenden Wärmeeinflüssen ausgesetzt ist. Zur größeren Sicherheit gegen äuläere Strahlung ist das Rohr mit blank polierter Oberfläche versehen. 4. Bewölkung. In der Reihe der meteoro- logischen Elemente folgt nun die Feuchtig- keit, der samt Staubwirkung und Nebel- bildung ein besonderer Artikel dieses Werkes gewidmet ist, und die Bewölkung. Von der Feuchtigkeit sei hier kurz erwähnt, daß die Menge gasförmigen Wasserdampfes, die in einem Räume vorhanden sein kann, sich mit der Temperatur ändert. Je wärmer eine Luftmasse ist, um so mehr Dampf kann ihr beigemengt sein; der höheren Temperatur entspricht eine größere Sätti- gungsmenge an Dampf. Daher wird durch Abkühlen die Luft der Sättigung näher gebracht, und wenn die Temperatur bis zum Sättigungszustande, d. h. bis zum Taupunkt gesunken ist, so hat die weitere Wärmeentziehung die Wirkung, Konden- sation einzuleiten und die Bildung feiner Tröpfchen oder Eisnadeln zu erzeugen. Diese sind es, die wir bei massenhaftem Auftreten als Wolken bezeichnen. Die zur Wolkenbildung gehörige Temperaturernie- drigung geschieht fast ausschheßhch durch Emporsteigen der Luft als dynamische Abkühlung. Man hat zwar zuweilen auch die Mischung verschieden warmer und feuch- ter Luftmengen als Ursache der Wolken- bildung darzustellen versucht, indessen kann auf diese Art nur sehr wenig Kondensation Zustandekommen. Werden zwei gleiche Luftmengen von 0 und 20°, die beide bei 700 mm Quecksilberdruck mit Wasserdampf gesättigt sind, miteinander gemischt, so ist das Gemisch 11° warm und ergibt höchstens 0,75 g kondensiertes Wasser für jedes Kilo- gramm der Mischung (oder, was fast genau dasselbe bedeutet, für je ein Kubikmeter). Die Luft von 20" braucht nur 310 m hoch emporzusteigen, um die gleiche Wasser- menge zu kondensieren. Bei dieser durch W. V. B e z 0 1 d (Berl. Sitzber. 1890 355) angestellten Rechnung ist aber bereits ein in der Wirkhchkeit kaum vorkommender Temperaturunterschied der zu mischenden Luftmengen (20"!) und außerdem völhge Sättigung beider angenommen, und trotzdem ist die Wassermenge, welche sich bei solcher Mischung bilden kann, nicht größer als in sehr dünnem Gewölk. Der Wassergehalt von Wolken ist mehrfach bestimmt, z. B, im Juh 1908 auf dem Hohen Sonnbhck (3106 m) durch A. Wagner (MeteoroL Zeitschr. 26 371 1909), der eine luftleer ge- machte Flasche in der Wolke öffnete und danach die darinnen befindhche Wassermenge maß. Es ergab sich in 22 Fällen durch- schnittMch ein Wassergehalt von 2 g im Kubik- meter, der größte Wert betrug 4,84, der kleinste 0,12 g. Auf Grund ähnhcher Mes- sungen fand V. C 0 n r a d (Meteorol. Zeitschr. 16 566 1901) in dichteren Wolken, die 20 m weit zu sehen gestatten, 4,5 g Wasser im Kubikmeter, bei minder dichten Wolken mit 80 m Sichtweite 0,4 g. Demnach sind es ganz vorwiegend auf- steigende Luftströme, denen man die Wolken- bildung zuschreiben muß, und natürhch ist umgekehrt der absteigende Strom mit seiner dynamischen Erwärmung die Ursache des Verdampfens und Verschwindens von Wolken. Recht schön kann man dies be- obachten, wenn der Wind Luftmassen über ein Gebirge herüberführt. Auf der Wind- seite wird die aufsteigende Luft abgekühlt, und wenn sie Feuchtigkeit genug enthält, um bis zur Kammhöhe ihre Sättigung zu erreichen, so bilden sich Wolken, die aber auf der anderen Gebirgsseite im absteigenden Strom wieder verdampfen und unsichtbar werden. So entsteht auch die an Berggipfeln so häufig auftretende Wolkenkappe, die trotz des oftmals kräftigen Windes ihre Stelle behält, nicht weggeweht wird. Denn diese scheinbar ruhende Wolke ist in Wirk- hchkeit gar kein bestimmter Körper, sondern ist nur der Raum, in welchem die vom Winde vorübergewehte Feuchtigkeit uns sichtbar ist. Vor- und nachher besteht sie aus nicht sichtbarem, luftförmigem Dampf, und nur im obersten und kältesten Teile ihrer Bahn, nämhch beim Ueberschreiten des Gipfels, ist sie teilweise zu Tropfen kondensiert und wird dem Auge bemerkbar. Das schein- bare Schweben der Wolken ist ähn- hch zu deuten. In Wirkhchkeit besteht ja eine jede Wollce aus Wassertropfen oder Eis- kristallen, die beide schwerer als Luft sind und also in ihr nicht schweben können. Sie fallen auch in der Tat herunter, langsam freihch wegen des großen Luftwiderstandes, den so kleine Körper zu überwinden haben, und darum wird nur derjenige Teil von ihnen tatsächlich sinken, welcher rascher fällt, als der die Wolke erzeugende Luftstrom aufsteigt. Diese größten und deshalb rascher fallenden Tröpfchen gelangen im Fallen an die untere Wolkengrenze und finden dort eine Luft- schicht, die noch nicht bis zum Taupunkt abgekühlt, d. h. nicht mit Dampf gesättigt ist und Feuchtigkeit aufzunehmen vermag. Wenn hier die sinkenden Tropfen verdampfen. Atmosphäre (Meteorologie) 593 ist damit die scheinbare untere Wolkengrenze und das „Schweben" der Wolke erwirkt. Wenn aber ein Teil der Tropfen so groß ist, daß er früher den Boden erreicht als ver- dampft, so haben wir Regen und sehen die Wolke in der bekannten verwaschenen Ge- stalt, welche eine untere Grenze nicht er- kennen läßt. Die nahe Beziehung des aufsteigenden Luftstroms zur Wolkenbildung tritt recht deutlich in einer Beobachtung hervor, über welche K. W e g e n e r (Nachr. d. Kgl. Ges. d. Wissensch. Göttingen math.-phys. Kl. 1910 6) berichtet. Beim Aufstieg eines mit Registrierapparaten versehenen Drachens am 7. Januar 1909 in Samoa wurde eine Anzahl turmförmiger Haufenwolken be- merkt. In jedem dieser Wolkentürme zeigte sich der Auftrieb des Drachens durch das Aufsteigen der Luft merklich vermehrt, dagegen war 50 m vor oder hinter der Wolke die absteigende Luftbewegung so stark, daß die Drachen rasch fielen. Die einzelnen Vorgänge, welche sich bei der Wolkenbildung im aufsteigenden Luft- strom abspielen, haben durch H. Hertz (Meteorol. Zeitschr. i 424 474 1884) folgende Bezeichnung und Schilderung gefunden. Beim Beginn des Aufsteigens ist die Luft noch nicht mit Feuchtigkeit gesättigt und bewegt sich nacii oben ohne Aenderung des Aggregat- zustandes mit einem Temperaturgefälle von 1° auf 100 m. Dieser Zustand wird als Trockenstadium bezeichnet. Ist durch die dynamische Abkühlung der Tau- punkt erreicht, so beginnt mit Eintritt der Sättigung die Kondensation, und zwar, solange die Temperatur über 0" hegt, mit Entstehung von Wassertropfen. Diese Schicht, welche Regen Stadium heißt, wird einerseits durch die aufsteigende Be- wegung abgekühlt, erhält aber die bei der Kondensation freiwerdende Wärme, und darum beträgt in ihr das Temperaturgefälle nur etwa einen halben Grad auf 100 m. Ihre obere Grenze hegt dort, wo die Tempe- ratur auf 0" sinkt. Ist der aufsteigende Luftstrom kräftig genug, so führt er über diese Grenze eine Anzahl flüssiger Tropfen mit sich herauf, deren Temperatur nun be- ginnt unter O** zu sinken. Solange derartige Tropfen nicht mit Eis in Berührung kommen, können sie flüssig, im sogenannten überschmol- zenen Zustande verbleiben. Allmählich wer- den indessen die überschmolzenen und sehr wenig unter 0" abgekühlten Tropfen durch Berührung mit Schneekristallen, die aus größerer Höhe kommen, oder mit bereits erstarrten Hagelkörnern zum Gefrieren ge- bracht und nehmen dabei die Temperatur von 0° wieder an, indem sie zugleich die gebundene Wärme abgeben. Diese Höhen- schicht, die als H a g e 1 s t a d i u m be- Handwörterbucli der NaturwisseDscliaften. Bd. I. zeichnet wird, ist also die Ursprungsstelle der rasch erstarrten und darum nicht kri- stalhnischen Hagelkörner und hat durchweg eine Temperatur von sehr nahe 0°. Wenn alle Tropfen zu Hagelkörnern erstarrt sind, beginnt das S c h n e e s t a d i u m , in dem bei weiter fortschreitender Abkühlung kleine Schneekristalle als Ergebnis der Konden- sation entstehen und durch Aneinanderlegen größere Körper die Schneeflocken bilden. Dieser Zustand reicht soweit hinauf, wie der aufsteigende Luftstrom gelangt. Nicht alle diese Stadien treten regelmäßig auf. Ist die aufsteigende Strömung nur gering, so erreicht sie vielleicht nicht den Taupunkt, und es besteht lediglich das Trockenstadium. Dies kann andererseits auch ganz ausfallen, wenn die Luft nämhch schon am Boden gesättigt ist und demnach das Regenstadium gleich unten beginnt. Wenn der aufsteigende Strom ferner nicht stark genug ist, um flüssige Tropfen über das Regenstadium hinaufzuheben, so fällt das Hagelstadium aus und es folgt dem Regen- unmittelbar das Schneestadium. Bei Temperaturen unter 0° fällt Regen- und Hagelstadium aus, so daß das Schneestadium sich dem Trocken- stadium anschheßt usw. Dem Beobachter zeigt sich das Regen- und Schneestadium als Wasser- oder Eiswolke, deren Form ihre Entstehungsweise meist erkennen läßt. Der ungestört aufsteigende Luftstrom bildet in seinem oberen Teil eine Haufenwolke (Cumulus), deren untere Grenze glatt er- scheint, weil sie die Höhe bezeichnet, in der die aufsteigende Luft ihren Taupunkt erreicht. Nach oben hin ist die Wolkengrenze zugleich die des aufsteigenden Stromes und hat entsprechende runde (Kuppel-) Form. Gewöhnhch ist der obere Teil in der Wind- richtung verschoben, weil er durch den stärkeren Oberwind vorausgetrieben wird. Gelangt der aufsteigende Strom in eine von der unteren abweichende horizontale Strö- mung, so wird sein Oberteil seitlich fort- geführt und bildet an der Grenze eine Wolken- schicht von geringer Höhenausdehnung: Schichtwolke (Stratus). Dasselbe geschieht, wenn der aufsteigende Strom eine Inversion antrifft, eine wärmere Schicht nämlich, in der sein Auftrieb unwirksam wird und er sich nur noch seithch bewegt. Wolken, die bei Temperaturen unter 0° entstehen und daher aus Eiskristallen ge- bildet werden (Schneestadium), pflegt man als F e d e r w 0 1 k e n (Cirrus) zu bezeichnen, solche, die bis zum Boden reichen und Regen herabsenden (Regenstadium), heißen Regen- wolken (Nimbus). Aus den lateinischen Wolkennamen, die vorstehend in Klammern aufgeführt sind, hat man vermöge inter- nationaler Vereinbarung die Bezeichnung für eine Anzahl typischer Wolkenformen zu- 38 594 Atmosphäre (Meteorologie^ sammengesetzt ; durch Zusatz des Wortes Cirro- werden die höchsten, durch Alte- die Wolken mittlerer Höhe gekennzeichnet. Folgendes sind die internationalen Wolken- namen: A. Obere Wolken von durch- schnittlich 9000 m Höhe: Cirrus, zart, weiß, faserig; Cirrostatus, feiner, weißhcher Schleier. B. M i 1 1 e 1 h 0 h e Wolken zwi- schen 3000 und 7000 m: Cirrocumulus, zarte Schäfchen; Altocumulus, derber aussehende Schäfchen ; Altostratus, dichter Schleier, grau oder blau, Höfe um Mond und Sonne erzeugend. C. U n t e r e W 0 1 k e n u n t e r 2000 m. Stratocumulus, dicke Ballen oder Wülste; Nimbus, dunkle Regenwolke mit unbe- stimmten Konturen. D. Wolken aus den untertags aufsteigenden Strömen. Cumulus, dicke Haufenwolken, unten glatt, oben kuppeiförmig, 1400 bis 1800 m; Cumulonimbus, Gewitterwolken, massige Türme und ähnliche Gestalten, oben meistens ausgekämmt (,, falscher Cirrus"), von 1400 m bis zu 3000 bis 8000 m emporragend. E. Gehobene Nebel unter 1000 m. Stratus, wagerecht geschichtet. In Figur 13 bis 17 sind einige dieser Wolken dargestellt. Von besonderen Wolkenformen sei ferner erwähnt die W o g e n w o 1 k e (Fig. 15), die als eine Anzahl paralleler Wolkenstreifen fast täghch zu sehen ist, oftmals perspektivisch derartig verschoben, daß die Streifen scheinbar gegen einen fernen Himmelspunkt zusammenlaufen, so wie die Baumreihen einer Allee sich in der Ferne einander zu nähern scheinen. Die von H. V. H e 1 m h 0 1 1 z (Berl. Sitzber. 1889 [2] 761) herrührende und seitdem durch viele Luftschiffer bestätigt gefundene Deutung läßt diese Wolkenform an der Grenze zweier Luftströme entstehen, die über- einander hinfließen und an Dichte, Tempe- ratur und Bewegungsrichtung verschieden sind. Wie der Wind, der über die Meeres- fläche weht, Wellen erzeugt, so ruft die leichtere Oberströmung auf der schwereren unteren Luftschicht ebenfalls Wogen hervor, und wenn die Luft dort ausreichende Feuch- tigkeit enthält, bildet sich in den aufwärts bewegten Wellenbergen Wolkenmasse, wäh- rend in den Wellentälern mit ihrer absteigen- Fig. 13. Cirrus. Aus J. Vincent, Atlas des nuages Bruxelles Hayez 1907 PI. II Fig. 6. Atniospliäre (ileteorologie) 595 Fiff. 14. Altocumulus. Ebenda PI. IV Fig. 13. Fig. 15. Altocumulus, Wogen. Ebenda PI. V Fig. 19. 38^ 596 Atmosphäre (Meteorologie) Fio;. 16. Altostratus. Ebenda PI. VI Fk. 22. FiK. 17, Cumulus. Ebenda PI. VII Fis;. 26. Atmosphäre (Meteorologie) 597 den Bewegung die Tropfen verdampfen. Dem irdischen Beobachter erscheinen dann die Wellenberge als ebensoviele Wolken- streifen, während dazwischen in den Wellen- tälern der blaue Himmel sichtbar wird. Eine viel seltener auftretende Wolken- form, die vielleicht auch auf Luftwogen j zurückzuführen ist, wird als M a m m a t o - j c u m u 1 u s bezeichnet und besteht aus ' abwärts gerichteten, buckelförmigen Hervor- ragungen der unteren Wolkenfläche. Bei örthch begrenztem, stark aufsteigendem Luft- stroni findet sich ferner zuweilen die P i 1 z - form der Wolken, entstehend durch flache seithche Ausbreitung der aufgestiegenen Luft, entweder bei Aufhören des von unten kommen- den Nachschubes oder auch beim Erreichen einer wärmeren Schicht, in der der Auftrieb rasch abnimmt. Solche Wolken treten zu- weilen in Begleitung von Hagel auf. Endlich sei noch eine merkwürdige Erscheinung er- wähnt, die von Luftschiffern beim Herab- blicken auf tiefer hegende Wolken oftmals beobachtet wurde; sie besteht im Auftreten von Vertiefungen der oberen Wolkenfläche über den Stellen des Erdbodens, an denen sich Wasser befindet. Man hat bei solchem Anblick in einzelnen Fällen lange Flußläufe mit ihren Nebenflüssen in der Wolkendecke abgebildet gesehen, und die Häufigkeit dieser auch durch Photographieren bestätigten Beobachtung läßt an der Wirklichkeit der Erscheinung keinen Zweifel mehr zu. Viel- leicht beruht auch dies, wie das Sinken der Luftballons über Gewässern (S. 581), auf der gegen die Umgebung tieferen Lage der Wasserfläche, die den Wind nach unten ausbiegen läßt und ein teilweises Verdampfen der Wolken erzeugt. Die Beobachtung der Wolken hat für die Erkennung der Wetterlage große Be- deutung, weil sie zugleich die Windrichtung und Windstärke in den verschiedenen Höhen sichtbar macht. Dazu ist freilich Kenntnis der Wolkenhöhe nötig, und diese kann durch Schätzung und Messung festgestellt werden. Bei der Schätzung kommt der Umstand in Betracht, daß in der Höhe sowohl die Luft dünner wird als auch die Feuchtigkeit, und daß darum die Wolken um so geringere Dichte haben und um so mehr Licht liindurchlassen, je höher sie sich be- finden. Ganz allgemein ist also die hellere Wolke die höhere, und dies erlaubt sowohl die Vergleichung verschiedener Wolken- schichten als auch in Verbindung mit der Wolkenform eine Höhenschätzung. Messend die Höhe festzustellen, hat man trigonome- trische oder photogrammetrischeMethoden mit gleichzeitiger Beobachtung von zwei Stellen aus angewendet, oder auch bei Sonnen- schein die scheinbare Bewegung der Wolke mit der wirkhchen Bewegung ihres am Boden hinziehenden Schattens verglichen, um da- nach ihre Höhe zu berechnen. Ein anderes Verfahren benutzt eine ausreichend starke Lichtquelle, deren Strahlen in senkrechter oder sonst bekannter Richtung nach der Wolkendecke gesendet werden, und ent- nimmt aus der scheinbaren Wolkenhöhe, wie sie ein seithch aufgestellter Beobachter mißt, die wirkliche Höhe. Für solche Be- stimmungen diente z. B. die Beleuchtungs- vorrichtung des in Wien auf dem Schwarzen- bergplatz im Juni 190G errichteten Leucht- brunnens ( J. R h e d e n, Meteorol. Zeitschr. 23 497 1906). Beobachtungen der Wolkenhöhe und Wol- kengeschwindigkeit gaben neben genauerer Kenntnis der Windbewegung auch ein Bild von der Verteilung der Wolken in den verschiedenen Höhenregionen der Atmo- sphäre. Es fand sichnamentHch als Er- gebnis der Beoachtungen des ,, Internatio- nalen Wolkenjahres" 1896/97, daß gewisse Schichten durch besonders häufige Wolken- bildung ausgezeichnet waren, andere durch große Wolkengeschwindigkeit, und da es sich hierbei nur um horizontale Geschwin- digkeiten handelte, so kann man auch sagen, Fig. 18. Wolkenspiegel. Nach Preisverzeichnis von R. Fuess, in Steglitz bei Berlin aus R. Börnstein Leitfaden der Wetterkunde 2. Aufl. 1906 S. 74 Fig. 15. daß in der Atmosphäre Schichten mit vor- wiegend vertikaler und solche mit vor- wiegend horizontaler Bewegung abwechseln. In jenen entstehen die Wolken, in diesen erscheinen sie stärker bewegt. Die einzelnen meteorologischen Stationen pflegen den Wolkenzug nur in betreff der Richtung und nicht auch der Geschwindig- keit zu iaestimmen. Dazu benutzt man viel- fach den W 0 1 k e n s p i e g e 1 (Fig. 18), in dessen auf einem Tisch liegender Fläche man das Spiegelbild der Wolke verfolgt, um ihre Zugrichtung aus Vergleichung mit den auf dem Spiegel vorhandenen Richtungslinien zu entnehmen. Außerdem wird meistens noch angegeben, ein wie 598 Atmosphäre (Meteorologie) großer Teil des Himmels zur Zeit der Beobaclitimg durch die Wolken bedeckt war. Diese Größe, meist in Zehnteln der Himmelsfläche ausgedrückt, ist zugleich ein Maß für die Menge des Sonnenscheins, die der Stationsort erhält. Erfahrungsmäßig bildet nämlich die durchschnittlich von Wolken freie Himmelsfläche nahezu den gleichen Bruchteil der ganzen sichtbaren Himmelshalbkugel, wie die Stunden mit Sonnenschein im Vergleich zur Summe aller Tagesstunden. Daraufhin kann man die mittlere Bewölkung eines Ortes auch aus seiner mittleren Sonnenscheindauer ent- nehmen, und diese letztere ist für viele Stationen durch Registriervorrichtungen untersucht worden. Ein häufig hierfür be- nutzter Apparat ist der in Figur 19 darg-estellte Fig. 19. Sonnenscheinaiitograph. Aus Preis- verzeichnis von F u e s s nach R. Börnstein, Leitfaden der Wetterkunde 1906 S. 74 Fig. 16. Sonnenschein autograph von Campbell-Stokes, im wesentlichen bestehend aus einer im Freien aufgestellten klaren Glaskugel, hinter deren Schattenseite ein mit Stundeneinteilung versehener dunkel- farbiger Papierstreifen angebracht ist und täghch erneuert wird. Solange die Sonne scheint, werden ihre Strahlen durch die Glaskugel gesammelt und zu einem Licht- fleck vereint, der auf das Papier fällt und beim Fortschreiten der Sonne einen Streifen hineinbrennt. Das Ergebnis der- derartiger Aufzeichnungen wird entweder durch die Jahressumme der Sonnenstunden ausgedrückt, cl. h. die Zahl der Stunden, in denen die Sonne hell genug schien, um auf dem Papier des Sonnenscheinautographen eine Spur einzubrennen, oder man drückt die wirkhchen Sonnenstunden in Prozenten der möghchen, d. h. der gesamten Tages- stundenaus. In diesem letzteren Maß beträgt z. B. die Sonnenscheindauer auf den briti- schen Inseln 30%, in Deutschland 38, Itahen 52, Batavia 54, Kimberley 74%. Wie Staub und Rauch der Großstadt den Sonnen- schein trüben, zeigt der Vergleich von Ham- burg (23%) mit dem nahe dabei gelegenen Meldorf (30%). In landwirtschaftMcher Hinsicht ist die Sonnenscheindauer von hoher praktischer Bedeutung wegen ihrer Beziehungen zur Anbaufähigkeit einzelner Pflanzen (Zuckerrüben usw.). 5. Niederschlag, Bei Besprechung der verschiedenen Feuchtigkeitsstadien, die im aufsteigenden Luftstrom auftreten, wurden bereits einige P'ormen des Niederschlages erwähnt. Ehe wir auf diese (Regen, Schnee, Hagel) näher eingehen, seien zuerst die Niederschlagsformen geschildert, die in un- mittelbarer Nähe des Bodens entstehen. Dahin gehören zunächst Tau und Reif, die sich bei Temperaturen über oder unter 0° auf der erkalteten Oberfläche des Bodens finden. Mit Unrecht spricht man von einem ,, Fallen" des Taus oder Reifs, denn beide kommen nicht von oben, sondern von unten aus der wärmeren und feuchteren Bodenschicht, die unter der Oberfläche liegt. Das Wasser, welches hier verdampft, schlägt sich an der kälteren Oberfläche in Form von Tröpfchen oder Eisnädelchen nieder und bildet da Tau oder Reif. Die günstigsten Verhältnisse für deren Entstehung sind also dort gegeben, wo unter einer stark erkaltenden obersten Bodenschicht sich eine feuchte und wärmere Schicht befindet. So bereift oder betaut z. B. eine Rasenfläche bei klarem Abendhimmel recht stark, weil die große Oberfläche der Grashalme viel Wärme aus- strahlt und in hohem Grade abgekühlt wird, während andererseits die Wurzelschicht des Grases durch die Halme gegen Ausstrahlung geschützt ist und von der vorhandenen Feuchtigkeit erhebliche Mengen verdampft, die nun an den kalten Halmen wieder kondensiert werden. Ausgeschlossen ist Taubildung auf undurchlässigem Boden, der keine Feuchtigkeit herausläßt. Auf städti- schem Steinpflaster kann man oft sehen, wie nur die zwischen den Steinen befind- lichen Fugen bereift sind, die undurch- lässigen Steine aber nicht. Käme der Tau von oben durch Tröpfchenfall aus der Luft, so müßte seine Entstehung von Nebel be- gleitet sein, was bekannthch nicht zutrifft. Dagegen stammt aus der Luft die Feuchtig- keit, welche am Boden als Beschlag, Glatteis und Rauhreif auftritt. Beschlag er- scheint als ein feuchter Ueberzug des Bodens, wenn dampfhaltige wärmere Luft über kälteren Boden streicht und an diesem Flüssigkeit kondensiert wird. Sinkt die Temperatur dann unter 0", so gefriert der Ueberzug zu Glatteis. Vielleicht findet zuerst Ueberkaltung statt, bis etwa eine Atmosphäre (Meteorologie) 599 herabfallende Schneeflocke oder ein Eis- stückchen mit dem unter 0° ab,e;ekülilten Beschlag in Berührung kommt und das Wasser zum raschen und darum nicht kristallinischen Gefrieren bringt. Auch beim Entstehen des Rauhreifs scheint Ueber- kaltung wesentlich zu sein. Er bildet sich, wenn Luft von wenig unter 0° mit Wasser- tröpfchen gemengt gegen Bäume und sonstige feste Körper weht. Bei deren Berührung, namentlich wo schon Eis vorhanden ist, erstarren die überkalteten Tröpfchen und überziehen die festen Gegenstände mit einer dem Wind entgegenwachsenden Schicht zu- sammengeballter Eiskörnchen. Namentlich in Gebirgsgegenden häuft sich der Rauhreif stellenweise so massenhaft an, daß z. B. Telegraphenstangen auf den Durchmesser mehrerer Meter anwachsen können. Für freigespannte Telegraphendrähte ist in solchen Gegenden der Rauhreif verhängnis- voll, weil er sie durch starke Belastung zum Reißen bringt. Auch die Anemometer der Bergobservatorien pflegen bei Rauhreif als- bald festzufrieren. Ueber die Entstehung des Regens im aufsteigenden Strom (Regenstadium) wurden schon oben berichtet; diejenigen Tropfen bilden den Regen, welche so groß sind, daß sie rascher fallen, als die umgebende Luft aufsteigt, und daß sie außerdem den Boden erreichen, ehe sie verdampfen. Die Größe der Regentropfen, namenthch der bei einem Regenfalle vorkommenden kleinsten Tropfen ist also zugleich ein Maß für die Geschwindigkeit des auf- steigenden Stromes. Durch sorgfältige Versuche hat P. L e n a r d (Meteorol. Zeitschr. 21 249 1904) jene Tropfengrößen festgestellt, die von aufsteigenden Luft- strömen bestimmter Geschwindigkeit gerade im Schweben gehalten werden, und vermochte danach anzugeben, wie rasch in der Atmo- sphäre ein aufsteigender Strom sich bewegte, wenn er Regentropfen bestimmter Größe herabfallen ließ. Für Tropfendurchmesser von 0,01; 0,1; 0,5; 1; 3; 5 mm betrug die Gesclnvindigkeit des steigenden Stroms 0,00.32; 0,32; 3,5; 4,4; 6,9; 8,0 m. Tropfen von mehr als 5,5 mm können nur vorüber- gehend bestehen, sie fallen in Luft so schnell (8 m in der Sekunde) und mit so starker Reibung, daß sie nach wenigen Sekunden zerspringen. Daher vermag bei einem auf- steigenden Strom von mindestens 8 m Geschwindigkeit Regen überhaupt nicht herabzufallen. Die Bildung der Tropfen findet wahrscheinlich in der Weise statt, daß durch Kondensation von Stäubchen und sonstigen Ansatzkernen sehr kleine und gleichmäßige Tröpfchen entstehen, die dann bei Berührung paarweise zusammenfließen. Es ist wahrscheinhch, daß nur gleichgroße Tröpfchen sich vereinigen und daß ebenso auch die größeren Tropfen, die sich im paral- lelen Fallen anziehen, paarweise in gleicher Größe zusammenfließen, denn man hat bei zahlreichen Regenfällen vorzugsweise solche Tropfengrößen beobachtet, die zu- einander im Verhältnis der Zahlen 1: 2: 4:8 standen und also ein paarweises Zusammen- fUeßen gleichgroßer Tropfen erkennen ließen (A. D e f a n t Wien. Sitzber. 114 585 1905). Nach anderen Gesetzen häufen sich die im Schnee Stadium durch Kondensation er- zeugten kleinen Eisnadeln zusammen, näm- hch entweder in langsamer KristaUisation zu sechsstrahhgen Flocken, oder durch weniger regelmäßige Aneinanderlagerung zu fast strukturlosen Graupeln. Die Ent- stehung des Hagels wurde vorher bei Besprechung des Hagelstadiums geschildert, wobei sich ergab, daß starker aufsteigender Strom und in der unteren Luftschicht eine über 0" liegende Temj)eratur die notwendigen Vorbedingungen der Hagelbildung sind. Oft- mals entsteht Hagel in der Höhe und findet beim Herabfallen so warme Luft, daß er am Boden' im geschmolzenen Zustand als Platzregen anlangt. Dies wird wahr- scheinhch gemacht durch den Verlauf so manchen Unwetters, das mit Platzregen beginnt und mit Hagel endet, weil nämhch durch Schmelzen der ersten Hagelmassen die Wärme der unteren Luftmassen auf- gezehrt ist und der Rest dann ungeschmolzen herabkommt. Dieselbe Deutung kann auch der Umstand finden, daß erfahrungsmäßig im Gebirge die Zahl der jährhchen Hagel- fälle erheblich größer zu sein pflegt als in benachbarten Talstationen, denn je längere Wege die Hagelkörner bis zum Boden durchfallen müssen, um so eher werden sie dabei schmelzen. Man bezeichnet die Stärke des Nieder- schlags durch jene Höhe, in der das herab- gefallene Wasser, nötigenfalls nach voraus- gegangener Schmelzung, den Boden bedecken würde, wenn es weder versickern oder ab- fheßen noch verdampfen könnte. Als Durch- schnittszahlen für die Erdteile ergeben neuere Untersuchungen nach R. Fritzsche (Diss. Halle 1906) folgende jährhchen Regen- liöhen: Europa 595 mm Afrika 807 ,, Asien 607 ,, Australien 475 ,, Nordamerika 631 ,, Südamerika 1424 ,, Nach geographischer Breite geordnet beträgt die mittlere jährliche Regenhöhe in 70 bis 80" Nordbreite 259 mm, wächst gegen Süden bis zu 1716 und 1812 mm in 0 bis 10» nördhcher und südhcher Breite, nimmt dann ab bis 573 mm in 30 bis 40" Südbreite, um 600 Atmosphäre (Meteorologie) wieder auf 1021 mm in 50 bis 60° Südbreite zu wachsen. Im einzelnen sind die Nieder- schlagshöhen örthch ebenso mannigfach ver- teilt, wie die Vorbedingungen für die Ent- stehung der regenbringenden aufsteigenden Luftströme. In Deutschland hat nach H. Meyer (Archiv der Seewarte ii Nr. 6 1888) die Nordseeküste etwa 770 mm jähr- hchen Niederschlag, die Ostseeküste 660 mm, das norddeutsche Flachland 590 mm, Süd- deutschland durchschnitthch und mit großen örthchen Abweichungen 1230 mm. Ge- birge und auch geringe Bodenerhebungen vermehren durch Erzeugung vertikaler Luft- bewegung den Niederschlag erheblich, naraent- hch auf der Windseite, während auf der Leeseite durch den absteigenden Luftstrom eine Verminderung, der Regen schatten des Gebirges erwirkt wird. Eine Vermehrung des Niederschlages durch Wald hat man oft behauptet, indessen scheint hier ebenso wie bei der früher angenommenen Wärme- wirkung des Waldes durch mangelhafte Beobachtungen ein Einfluß vorgetäuscht zu sein, der in Wirkhchkeit kaum vorhanden ist. Die nachher zu beschreibende Messung der Niederschlagshöhe hängt, wenn nicht besonderer Windschutz angewendet wird, derartig vom AVinde ab, daß die Regentropfen und mehr noch die Schneeflocken teilweise zur Seite geweht und dem Regenwasser entzogen werden können. Im Walde herrscht aber natürhcher Windschutz und läßt im Regenmesser mehr Wasser sich ansammeln als bei gleichem Niederschlag im freien Felde. Seit man diese Schwierigkeit be- seitigt hat, zeigte sich, daß im Walde nur wenig mehr Niederschlag fällt als im Freien, nämhch nur etwa soviel mehr, wie wenn statt der Bäume eine doppelt so hohe Boden- erhebung da wäre. Dagegen ist eine andere Wirkung des Waldes auf den Niederschlag von sehr hoher wirtschaftlicher Bedeutung gegeben in der regelmäßigeren Verteilung des Regenwassers. Fällt Regen auf unbe- waldetes Gebiet, so fließt das Wasser alsbald in die Täler und wird durch die Flüsse dem Meere zugeführt. Bei starkem Niederschlag, namentlich im Gebirge, kann der fruchtbare Boden durch die zu Tal strömenden Ge- wässer zerstört werden, und den Tälern droht Ueberschwemmung; und bei Aus- bleiben des Niederschlages trocknet der Boden aus, es droht Dürre. Ist dagegen der Boden mit Vegetation, namenthch mit Wald bedeckt, so saugt er große Mengen des Niederschlages auf und gibt sie nur langsam an das tiefere Land ab. Zuviel Nieder- schlagswasser wird im Wald teilweise fest- gehalten und kann keinen Schaden durch rasches Abfheßen anrichten, und bei zu wenig Niederschlag sendet der Wald von seinem angesammelten Wasservorrat aus- reichende Mengen herab, um Dürre zu ver- hüten. Die große wirtschaftliche Bedeutung des Niederschlages und seine Fähigkeit, sowohl Segen wie Unheil zu stiften, läßt es be- greifhch erscheinen, daß man von jeher eine k ü n s 1 1 i c li e Beeinflussung der Niederschlagserscheinungen erstrebt hat. Ursprünghch sind solche Versuche gewiß rehgiösen Vorstellungen zuzuschreiben; ge- hörte doch das ,, Wettermachen" in alter Zeit zu den regelmäßigen Künsten der mit dem Satan im Bunde stehenden Zauberer und Hexen. Aber bis in unsere Tage kann man ähnhche Bestrebungen bemerken, die trotz offenbarer Erfolglosigkeit doch immer wieder ernsthaft erwogen und ausgeführt werden. Eines der häufigsten Mittel zur Beein- flussung des Wetters ist das Schießen. So be- richtet B a t e s (Meteorol. Zeit- schrift 25 454 1908) aus dem Jahre 1907 von Ver- suchen zur Er- zeugung von Re- gen, die in Neu- seeland bei sehr großer Dürre auf öffenthche Kosten unternommen wurden. Erheb- hche Mengen von Dynamit und Schießpulver wur- den freihegend oder in Kanonen abgefeuert, wozu der genannte Be- richterstatter be- merkt, die Ex- plosionen hätten augenscheinlich keine größere Wirkung in der Luft gehabt als das Anzünden eines Zünd- hölzchens in einem Zimmer haben kann. Eine andere Wirkung noch meinte man von Explosionen erwarten zu dürfen, nänüich die Verhinderung des Hagels. Man glaubte der drohenden Wolke das Material zur Hagelbildung entziehen zu können, indem die Tröpfchen durch die Erschütterung des Schießens zusammenlaufen und als harm- loser Regen oder Schnee herabfallen sollten; oder man glaubte das gleiche zu bewirken, indem der vom aufwärts abgefeuerten Ge- schütz emporsteigende Rauchring viele Kon- densationskerne in die Wolke brachte. Die österreichische Regierung berief zur Be Fig. 20. Regüninessor. Aus Preisverzeichnis von R. F u e s s abgedruckt in R. Börnstein, Leitfaden der Wetterkunde 1906 S. 99 Fig. 21. Atmosphäre (Meteorologie) GOl sprechuns dieses Hagelscliießens im Juni 1902 einen internationalen Kongreß nach Graz, dessen Beratungen dann zu vorurteilsfreier Untersuchung des Hagel- schießens und zur Erkenntnis seiner Wir- kungslosigkeit führte ( J. M. P e r n t e r, Meteorol. Zeitschr. 24 97 1907). Zur Messung des Niederschlages dient der Regen m e ss e r (Fig. 20), ein metal- lenes Auffanggefäß mit meistens 200 qcni großer, sorgfältig horizontal gestellter Oeff- nung, innen mit Trichter und Sammel- gefäß versehen. Die angesammelte Nieder- schlagsmenge wird täglich zur bestimmten Zeit herausgeholt und mittels kalibrierten Zyhnders gemessen, bei Schneefall nach vorangegangenem Auftauen. Eine bedeutende Fehlerquelle entsteht bei dieser Messung durch den Wind, der von dem Körper des Regenmessers aufgehalten mrd und deswegen über der Auffangöffnung rascher weht, als es dort geschähe, wenn kein Regenmesser darunter stünde. Deshalb werden die Regen- tropfen, die ohne Wind in die Oeffnung fielen, teilweise vom Wind zur Seite geweht, ohne daß ein entsprechendes Mehr von der Wind- seite hereingeweht wird, und der Inhalt des Regenmessers erscheint zu klein um einen Betrag, der vom Winde abhängt und außer- dem noch mit der Art des Niederschlages wechselt; denn große Regentropfen werden vom Winde weniger abgelenkt, kleine mehr, und Schneeflocken noch mehr. Um dies zu hindern, kann man nach F. E. N i p h e r's (Proc. Amer. Assoc. for the Adv. of Sc. St. Louis Meeting 1878) Vorschlag einen Schutz- trichter anbringen, dessen oberer weiter Rand die Oeffnung desRegenmessers in gleicher Höhe umgibt, während der untere enge Teil am unteren Teil des Regenmessers befestigt ist. Diese Vorrichtung veranlaßt gewissermaßen durch Keilwirkung die heranströmende Luft, nach unten auszuweichen, so daß über der Oeffnung des Regenmessers der Wind nicht stärker weht, als es ohne Anwesenheit des Apparates der Fall wäre. Der Schutz- trjchter hat sich bereits vielfach bewährt und wird es vielleicht noch mehr, wenn man nach einem neuen Vorschlag von R. B i 1 1 - will er (Meteorol. Zeitschr. 27 193 1910) im unteren Teil Oeffnungen anbringt, um das Vollschneien des Trichters zu verhüten. 6. Wetter. Das Zusammenwirken der vorstehend erwähnten und besprochenen meteorologischen Elemente bildet das Wetter. Dabei ist wiederum von beson- derer Bedeutung der schon mehrfach ge- schilderte aufsteigendeLuftstrom; er ist gebunden an eine Gegend niedrigen Drucks und zeigt verschiedene Erscheinungs- formen je nach der Gestalt dieses Tief- druckgebiets. Wir betrachten zuerst jene, die über langen, schmalen Streifen des Bodens auftreten und als B ö e n bezeichnet werden. Stellt man, wie üblich, die Verteilung des Luftdrucks über einem größeren Gebiet durch Isobaren, d. h. Linien gleichen Luft- drucks dar, so finden sich darin oftmals Ausbiegungen, die als örthches Eindringen des niederen in den höheren Druck gedeutet werden können. Meistens tritt eine solche Ausbiegung nicht vereinzelt auf, sondern ist von ähnlichen Formen in den benach- barten Isobaren begleitet, so daß man quer zur Schar der Isobaren eine Linie durch alle jene Ausbiegungen ziehen kann, auf welcher der Luftdruck kleiner ist als zu ihren beiden Seiten. Ein solcher Streifen niederen Druckes heißt Böenlinie; Figur 21 zeigt dafür Fig. 21. Böenliiiien in den Isobaren vom 27. August 1890 (Gewitter). Aus R. Börn- stein, Leitfaden der Wetterkunde 1906 S. 131 Fig. 33. ein Beispiel, das die Druckverteilung während eines Gewitters wiedergibt. Die Böenhnie schreitet mit dem Winde fort, also in der Isobarenrichtung und den kleineren Druck Knks behaltend. Dabei schreiten zugleich alle die Einzelvorgänge mit der Böenhnie weiter, die zum Wesen des aufsteigenden Stromes gehören, und ein Beobachter kann folgendes dabei wahrnehmen. Wenn er sich zunächst vor der Front der heranziehenden Böe befindet, bemerkt er langsames Sinken des Luftdrucks und geringen Wind, vielleicht auch vorübergehend Windstille, denn obwohl der aufsteigende Strom die Luft von vorn und rückwärts ansaugt, ist doch diese gegen die Böe gerichtete Bewegung an der Vorder- seite dem herrschenden Winde entgegen- gesetzt, und es weht also vor der Böe nur ein Wind, dessen Stärke dem Unterschiede jener beiden Bewegungen gleichkommt. Darum ist auf der Vorderseite der Wind meist schwach, zuletzt aber gegen die heran- ziehende Böe gerichtet, so daß man oftmals beobachten kann, wie diese und das be- gleitende Gewitter „gegen den Wind" herauf- zieht. Ueber der Böe erbhckt der Beobachter als Wirkung des aufsteigenden Stromes 602 Atmosphäre (Meteorologie) einen Wolkenstreifen: ist die Böe lan? genug, so erscheint die Höhe des Wolkenstreifens rechts und links an den Enden perspek- tivisch verkleinert, so daß er die Gestalt eines Bogens oder Gewölbes annimmt, unter dem die Luft mit Regen erfüllt ist und hell- grau erscheint. Ist die Böe dann bis zum Beobachter fortgeschritten, so tritt plötzhehe rasche Druckzunahme ein, entsprechend den an der Rückseite dicht zusammenhegenden Isobaren. Ein registrierendes Barometer zeichnet alsdann die sehr charakteristische „Gewitternase" auf, die auch ohne Gewitter bei keiner Böe ganz fehlt und eine nach bisherigem Sinken steil aufsteigende Linie mitlnachfolgendem langsamen Sinken dar- stellt. Zugleich stellt sich der von der Rück- seite auftretende starke Wind in der Zug- richtung ein, den man wohl auch für sich von geschlossenen Isobaren umgeben sind. Solche Druekzentren bezeichnet man als Tiefdruckgebiete, barometrische Minima, Depressionen oder Zyklonen, und andererseits als Hochdruckgebiete, barometrische Maxima oder Antizyklonen, imd die jeweilige Witterung steht zu den in der Wetterkarte vorhandenen Druckzentren in vielfacher und enger Beziehung. Nahezu eine jede Wetterkarte läßt erkennen, wie die Luftbewegung in der Umgebung der Tiefs und Hochs nach Maßgabe des barischen Windgesetzes verläuft. Ohne Erddrehung würde am Boden der Wind geradeswegs vom hohen zum niederen Druck wehen, also auf den Radien in das Tief hinein und aus dem Hoch heraus. Die von der Erddrehung erzeugte Rechtsablenkung erzeugt in beiden Fällen spiraligeWindbahnen, deren Drehungs- allein als Böe bezeichnet, und der aus der sinn für die nördliche Erdhälfte auf Figur 22 Vereinigung der vom aufsteigenden Strom an- gesaugten Luft mit dem herrschenden Wind ent- steht. Ihm ist zum Teil auch der hohe Druck an der Rückseite der Böe zuzuschreiben. Dieser Wind ist kalt, weil er mit herabfallenden Regen- tropfen durchsetzt aus der Höhe kommt und seine dynamisch erzeugte Wärme sogleich an die Wassertropfen abgibt. Der im aufsteigenden Strom entstehende Niederschlag kann je nach der Höhe und Stärke der Böe ganz fehlen (Staubböe), ! ersichthch gemacht ist. Dabei entsteht ver- oder als Grau])el, Hagel, Platzregen herab- ' möge der gekrümmten Windbahnen eine fallen, gewöhnhch erst nach Einfallen des nach der äußeren Seite der Krümmung starken Windes, nämlich verspätet um die gerichtete Zentrifugalkraft, welche beim Tief Dauer des Herabfallens. Ist die Konden- nach rechts und daher gleichsinnig mit der sation kräftig genug, so pflegt Gewitter mit Wirkung der Erddrehung gerichtet ist, beim der Böe verbunden zu sein, worüber im Hoch nach der linken Seite des Windes und Artikel „Atmosphärische Elek- demnach entgegen der Erddrehung. Hieraus trizität" näheres gesagt ist. Die aller- : ergibt sich die verstärkte Rechtsablenkung Fig. 22. Windbahnen in der Umgebung der Tief- und Hochdruck- gebiete auf der nördhchen Erdhälfte. Aus R. Börnstein, Leit- faden der Wetterkunde 1906 S. 154 Fig. 44. meisten Böen treten nicht vereinzelt auf, sondern es folgen mehrere aufeinander, ge- wöhnlich in der Nähe eines größeren Tief- druckgebiets, in dessen Kern die Verlänge- rungen der Böenlinien zusammentreffen. Kennzeichen für solche Wetterlage ist ge- schlängelte Form der Isobaren, und die Schar der Böenlinien zieht dann um das hnks von ihnen hegende Tief herum. Betrachtet man das Wetter eines größeren Gebietes, etwa das eines ganzen Erdteils, so ist auch dafür die Luftdruckverteilung charak- teristisch. Insbesondere treten in der Isobaren- karte die Gebiete hervor, in welchen der Luft- druck niedriger, und diejenigen, in welchen er höher ist als ringsum, und die in beiden Fällen beim Tief, da die Luftmassen auf längerem Umwege zum geringeren Druck hinführt und die durch tägliche Erfahrung bestätigte größere Windstärke in der Gegend des Tiefs erzeugt, während das Hoch durch geringere Windstärken ausgezeichnet ist. Ferner ist inmitten der Druckzentren vertikale Luft- bewegung vorhanden, im Tief Aufsteigen der unten allseitig heranfheßenden Luft, die oben dann abfließt, im Hoch Absteigen der in der Höhe heranströmenden und unten aus der Mitte herausfließenden Luftmassen. Demnach muß das Tief die Erscheinungen des aufsteigenden Luftstroms zeigen, nämlich Bewölkung und Niederschläge, das Hoch da- gegen den klaren Himmel des absteigenden Atmosphäre (Meteorologie) 603 Stromes. Aus diesen Unterschieden ergibt sich wiederum die Beeinflussung- der Strahlung und der Temperatur durch die Druckzentren, denn die Wolkendecke des Tief hindert Ein- wie Ausstrahlung, während der klare Himmel des Hoch beide fördert. Die jeweils stärkere Strahlung tritt daher namentlich beim Hoch hervor, im Sommer bei stärkerer Einstrahlung bringt es uns Hitze, im Winter bei überwiegender Ausstrahlung bringt es Kälte, während das Tief umgekehrt im Sommer Abkühlung, im Winter Erwärmung hervorruft. Hiernach ist es begreiflich, daß man sich gewöhnt hat, die barometrischen Hoch- und Tiefdruckgebiete als die eigenthchen Be- herrscher des Wetters anzusehen, und daß die Aufgabe der Wettervorhersagung haupt- sächhch darin besteht, Aenderungen im Verhalten und Bewegen dieser Gebiete rechtzeitig zu erkennen. In dieser Hinsicht hat die Erfahrung mancherlei Regeln ge- geben. Durch langjährige Verfolgung der Zugstraßen, auf denen die Tiefs fort- schreiten, glaubte man eine Anzahl dieser Wege festgelegt zu haben, auf denen haupt- säciüich das Fortschreiten geschähe; indessen hat die Erfahrung nachgerade immer deut- licher gezeigt, daß jene Zugstraßen doch nicht häufig genug von den Tiefs beschritten werden, um danach einigermaßen sichere Vorhersagen zu ermöglichen. Aehnlich erging es mit den ,,W ettertypen", nämhch einer Anzahl häufig vorkommender und an bestimmte Stellungen von Hochdruck- gebieten geknüpfter Wetterlagen, die man zur rechtzeitigen Erkennung der jeweihgen und bevorstehenden Witterung zu benutzen versuchte, ohne doch dauernden praktischen Erfolg dabei zu erzielen. Die örthche Beobachtung kann freilich viele wichtigen Einzelheiten zum Ver- ständnis der allgemeinen Wetterlage Mefern. So ist aus dem Verhalten des Luftdrucks zu entnehmen, ob ein in Europa vorhandenes Druckzentruni sich uns nähert oder von uns entfernt. Die Annäherung eines Tiefs er- kennt man insbesondere daran, daß es rechts vor sich eine Wolkenschicht, den „Cirrus- schirm", zu zeigen pflegt. Namenthch aber hefert die Windrichtung mit ihren Aende- rungen steten Aufschluß über das Verhalten der Tiefs und Hochs. Wie die Figur 22 er- kennen läßt, ist der Vorübergang dieser Gebilde mit ganz bestimmten Aenderungen der Windrichtung verbunden. Vorwiegend häufig ziehen die Tiefs von West nach Ost durch Nordeuropa, so daß sie also nördlich von Deutschland vorübergehen. Dann haben wir zuerst Südwestwind und sehen ihn über West nach Nordwest herumgehen. Wenn, was minder häuflg geschieht, das 'Tief südlich von uns durch Europa ostwärts wandert, sehen wir den zuerst auftretenden Südostwind über Ost nach Nordost herum- gehen. Die erstgenannte Drehungsrichtung (im Uhrzeigersinn) bezeichnet man als Rechts- drehen oder Ausschießen des Windes die letztere als Zurückdrehen oder K r i m p e n. Eine Betrachtung der für Hoch- oder Tiefdruckgebiete charakteris- tischen Windverteilung (Fig. 22) läßt er- kennen, daß ganz allgemein ein Rechtsdrehen des Windes dann stattfindet, wenn der Be- obachter sich auf der rechten Seite des vom Druckzentrum eingeschlagenen Weges be- findet, und daß er umgekehrt den Wind zurückdrehen sieht, wenn das fortschreitende Druckzentrum dem Beobachtungsort seine linke Seite zuwendet. Es ist dabei nicht einmal immer nötig, die zeithche Aenderung der Windrichtung abzuwarten, denn die Tiefs sind ja Luftwirbel, die von dem herr- schenden Winde mitgenommen werden, und weil nun dieser Wind unten durch die Reibung des Bodens geschwächt wird und sich in der Höhe stärker entfalten kann, pflegt der Oberteil des Tiefs rascher als der untere fortzuschreiten, so daß die Achse des Tief- druckwirbels nicht ganz aufrecht steht, sondern meist in der Fortschreitungsrichtung etwas vorgeneigt ist. Dann treten die ein- zelnen Windrichtungen in der Höhe bereits früher als am Boden auf, und man kann daraus die Regel entnehmen, daß das Tief beim Fortschreiten den Beobachter rechts oder Hnks behalten wird, je nachdem der Oberwind, kenntlich an der Wolkenbewegung, gegen den unteren Wind nach rechts oder links abweicht. Weil nun für uns in Deutsch- land die meisten Tiefs nördlich vorbeiziehen und uns also rechts liegen lassen, sehen wir vorwiegend häufig den oberen Wind rechts gegen den unteren abweichen. Mancherlei Regeln hat die Erfahrung für das Fortschreiten der Druckzentren, nament- lich der Tiefs, gehefert. So z. B. diese, daß die Tiefdruckgebiete, gleich dem Wind, mit dem sie gehen, vorwiegend den höheren Druck auf der rechten Seite zu behalten suchen; ferner, daß sie auch die höhere Temperatur vorwiegend rechts lassen, jedoch überwiegt hierbei der Einfluß der Druck- verteilung, und wenn Druck und Temperatur nach dieser Regel dem Tief entgegengesetzte Bewegungen zuweisen, bleibt es meist an seinem Platze und versendet nur einzelne T e i 1 1 i e f s in der Isobarenrichtung mit dem Winde. Nach G. G u i 1 b e r t (Nouvelle pri'vision du temps, Paris Gauthier Villars 1909) ist von Wichtigkeit die Beziehung zwischen Gradient und Windstärke; gewöhn- lich ist in der Umgebung des Tief oder Hoch die Windstärke nicht nur verschieden ver- teilt, sondern steht auch in verschiedenem Verhältnis zum Gradienten (vgl. S. 578), 604 Atmospliäre (Meteorologie) so daß auf der einen Seite der AVind stärker weht, als dem dortigen Gradienten ent- spricht, auf der anderen Seite umgekehrt. Auf der Seite des verhältnismäßig zu starken Windes wird nun die Luft rascher in das Tief hinein- oder aus dem Hoch heraus- fließen, und dort verringert sich demnach die Tiefe oder Höhe des Druckzentrums. Hieraus ergibt sich die Regel, daß das Tief oder Hoch sich von der Gegend fortbewegt, in der der Wind zu stark im Verhältnis zum Gradienten ist. Neuerdings hat man an Stelle der Druck- verteilung mit ihren Hoch- und Tiefdruck- gebieten die in Gang befindhchen Aende- rungen des Drucks aufmerksamer zu ver- folgen begonnen und niclit bloß den jeweiMgen Barometerstand durch Isobaren dargestellt, sondern auch die Zu- oder Abnahme des Luftdrucks, die die Beobachtungsstationen in den letzten 24, 12, 6 oder 3 Stunden er- kennen ließen, in Karten eingetragen und durch Linien die Orte gleicher Aenderung verbunden. Diese als Isallobaren bezeichneten Linien gleicher Luftdruckänderung um- schließen die Gegenden raschester Aenderung, nämlich die F a 1 1 - und Steigegebiete, und man ist zurzeit an vielen Stellen be- schäftigt, die Eigenschaften dieser Gebiete und die Regeln, nach denen sie sich bewegen, aus der Erfahrung herzuleiten. Die tägliche Zusammenstellung der auf weitem Gebiet stattfindenden Beobach- tungen und die rasche Verbreitung ihrer Kenntnis bildet die Aufgabe des modernen Wetterdienstes. Dieser hat den Zweck, die Vorhersagung des Wetters zu ermöglichen, und man kann seine Ent- stehung auf den schweren Sturm von B a 1 a k 1 a V a zurückführen, der am 14. No- vember 1854 in der Gegend des schwarzen Meeres große Verheerungen anrichtete, na- menthch auch den Land- und Seestreit- kräften, die dort aus Anlaß des Krimkrieges versammelt waren, viel Schaden zufügte. Die Erwägung, daß ein Teil dieser Schä- digungen hätte vermieden werden können, wenn man am vorhergehenden Tage eine Sturmwarnung gehabt hätte, führte dazu, solche Warnungen aus öffentlichen Mitteln einzurichten. Zuerst in Frankreich, danach in den anderen Kulturländern, wurden derartige Pläne verwirklicht, in Deutschland 1875 bei Begründung der Hamburger Seewarte. In ganz Europa verteilt senden die Beobachtungs- stationen täghch das Ergebnis ihrer am Mor- gen, teilweise auch am Mittag und Abend des Vortags, ausgeführten Ablesungen telegra- phisch an die Zentralstellen der Länder, welche diese Nachrichten untereinander alsbald austauschen und so befähigt sind, während des Vormittags die Wetterlage von 2;anz Europa zu überschauen. Anfänghch be- gnügte man sich mit der leichteren Aufgabe, aus der gewonnenen Kenntnis der am Morgen eingetretenen Wetterlage die bevorstehenden Aenderungen von Luftdruck und Wind herzuleiten und die entsprechenden Nach- richten an die Küsten zu senden; namenthch Sturmwarnungen wurden ausgegeben und sowohl telegraphisch als auch durch weithin sichtbare Signale verbreitet. Während auf diese Art die Bedürfnisse der Schiffahrt im wesenthchen befriedigt wurden, legt die binnenländische und namenthch die land- wirtschafthche Bevölkerung naturgemäß wenig Wert auf diese Nachrichten und verlangt die Möghchkeit, Niederschlag und Temperatur des kommenden Tages vorher zu wissen. Mit Rücksicht auf die sehr viel schwierigere Erfüllung dieser Forderung, weil die örthchen Besonderheiten hierbei wesentlich stärker hervortreten, als bei Druck und Wind, sah man sich genötigt, die Bezirke des Wetterdienstes zu ver- kleinern. In Deutschland vermochte die Seewarte nicht das ganze Binnenland mit einigermaßen sicheren Wettervorhersagen zu versorgen, es entstanden entsprechende An- stalten in den Einzelstaaten, denen diese Aufgabe übertragen wurde. Zuerst wurde 1878 im Königreich Sachsen ein besonderer Landeswetterdienst eingerichtet, seitdem vielfach für einzelne Gebiete sowohl von staathcher als auch })rivater Seite, und 1906 trat in Norddeutschland der öffent- liche Wetterdienst ins Leben, der sich seither zum Reichs Wetterdienst entwickelt hat. Inzwischen haben auch die Aufgaben und Leistungen solchen Dienstes sich geändert. Glaubte man zuerst, als Haupttätigkeit der Dienstleiter die Ver- breitung von Wettervorhersagen ansehen zu sollen, so ist jetzt ihre wesenthche Aufgabe die rasche und weite Verbreitung der Wetter- karten, d. h. also der bekannten Abbildungen, die in einfachen und leicht verständhchen Zeichen die am Morgen eingetretene Witte- rung darstellen. Auf die rasche und genaue Herstellung dieser Karten und ihre billige, schnelle und weite Verbreitung legt unser Wetterdienst den größten Wert, um durch Mitteilung dieser tatsäclilich eingetretenen und von keiner Vermutung mehr abhängigen Wetterlage alle Bevölkerungsteile, die es angeht, instand zu setzen, daß jeder das be- sondere Wetter des eigenen Wohnorts als Teil der allgemeinen Wetterlage erkennen und die bevorstehenden Aenderungen danach sowie nach örthchen Zeichen vermuten kann. Zunächst freilich ist dies Ziel noch nicht erreicht; man versendet von den Wetter- dienststellen neben den Karten auch Vorher- sagen, die im Sommer telegraphisch an alle mit Drahtverbindung versehenen Post- Atmosphäre (Meteorologie — Geologische Bedeutung) 605 anstalten, im Winter nur an Abonnenten gehen. Das Gebiet, aus dem die Dienststellen ihre Nachrichten für die Herstellung der Wetterkarten beziehen, bestand anfänghch aus einem über den größten Teil von Europa verbreiteten Netz von Beobachtungsstationen. Man strebt seine Erweiterung sowohl durch seitliche Ausbreitung als auch durch Ein- beziehung der oberen Luftschichten an. Die Benutzung von Scliiffsbeobach- t u n g e n , die a u f d r a h 1 1 o s e m W e g e dem Festlande übermittelt werden, ist Ise- sonders wichtig für Westeuropa, weil die Tiefdruckgebiete ja meistens von Westen kommen und ihre frühzeitige Erkennung gerade dort bisher schwierig war. In den englischen Wetterkarten hat man bereits regelmäßig Nachrichten über die Luftdruck- verteilung auf dem Ozean auf Grund draht- loser Schiffsdepesclien, und die Schaffung ähnlicher Einrichtungen für Deutschland wird erwogen. Weiter gediehen ist bei uns bereits die Verwendung von Beobachtungsmaterial aus der Höhe. In Lindenberg (Mark), Ham- burg und Friedrichshafen sind Drachen- stationen eingerichtet, an denen regelmäßig Registrierapparate mittels Drachen hinauf- gesendet werden, worauf die Beobachtungs- ergebnisse alsbald telegraphiscli den Dienst- stellen zugehen. Auch hier Avird noch weitere Ausbildung des Verfahrens und namentlich Vermehrung der Stationen erwogen. Literatur. Die wichtigsten Spezialarbeiten sind in dem Artikel zitiert. Hier seien nur einige Lehr- und Handbücher nochmals aufgeführt. J. Hann, Lehrbuch der Metereologie 2. Aufl., Leipzig 1906. — Derselbe, Handbuch der Klima- tologie, 2. Aufl., Stuttgart 1897. — JJ. Bövn- stein, Leitfaden der Wetterkunde, 2. Aufl., Braunschweig 1906. — TT'. Trabert, ßleteorologie und Klimatologie, Leipzig und Wien 1905. Die Erdkunde. Herausgegeben von W. Klar 13. Teil. H, Börnstein. Atmosphäre. Geologische Bedeutung der Atmosphäre. 1. ücberblick. 2. Allgemeine Bedingungen und Erscheinungen der geologischen Tätigkeit des Windes: a) Die Luftbewegungen: a) Formen der Luftbewegung, ß) Bewegungserscheinungen. y) Wmdstärke. b) Bedingungen für die geo- logische Tätigkeit des Windes, c) Allgemeines über Winderosion, Wmdtransport und Wind- ablagerung. 3. Die regionale Verbreitung der durch Winde bedingten geologischen Erschei- nungen: a) Polarregionen, b) Feuchte Regionen c) Steppengebiete, d) Wüste. I. Ueberblick. Die Atmosphäre wirkt in geologischer Beziehung teils direkt, teils indirekt. Die indirekten Wirkungen bestehen darin, daß die Luft lediglich das Medium darstellt, in dem sich verschieden- artige Prozesse abspielen. Zu solchen Prozessen muß man alle die zählen, die in erster Linie durch die Feuchtigkeit der Luft hervorgerufen v/erden, also Tau- und Nebelbildung und Niederschläge oder Gehalt an Ozon, Salpetrige Säure, Ammoniak u. a. Alles dieses bedingt oder befördert die Ver- witteiung und Abtragung der Gesteine durch das Wasser. Aehnlich steht es mit den elektrischen Vorgängen in der Luft, die in Form des Bhtzschlags auch geologische Wirkungen ausüben können (vgl. den Artikel „Blitzröhren"). Im Vordergrunde des Interesses stehen hier die Wirkungen der Luft in Gestalt der Winde und anderer Be- wegungen. Allein unter den Wirkungen der Luftbewegungen seien nur die direkten geo- logischen Kraftäußerungen hier behandelt, die indirekten, zu denen vor allem die Wellen- bewegung des Wassers und die Brandung gehören, werden an anderer Stelle erörtert werden (vgl. den Artikel ,,Meer"). DerUeber- sichtlichkeit wegen wird es zweckmäßig sein, den Stoff in zwei iVbschnitte zu gliedern. Der erste Abschnitt muß die allgemeinen Bedin- gungen und Erscheinungen der geologischen Tätigkeit des Windes, der zweite ai3er die regio- nale Verbreitung und gesetzmäßige Anordnung der verschiedenen Erscheinungen sowie die daran sich knüpfenden Probleme behandeln. 2. Allgemeine Bedingungen und Er- scheinungen der geologischen Tätigkeit des Windes. Es wird zweckmäßig sein zuerst die L u f t b e w eg u n g e n u nd ihre Mechanik, so- dann die Bedingungen der geologischen Tätigkeit des Windes schheßlich aber die Beschaffenheit des Materials, seine Herkunft, seinen Transport und seine A b 1 ag eru ng s f o rm e n darzustellen. 2a) Die Luftbewegungen, a) Formen der Luftbewegungen. Wenn in einem Ge- biet A ein geringerer Druck herrscht als in einem benachbarten Gebiet B, so erfolgt ein Ausgleich, indem die Luft von B nach A strömt. Diese Luftströmungen sind die Winde. Auf ihre Entstehungsursachen einzugehen, würde hier zu weit führen. Die Winde sind Luftbewegungen, die der Beobachter als geradlinig empfindet, wenn sie auch im großen sich als Wirbel darstellen mögen, z. B. die wandernden Minima unserer Breiten, die verheerenden Wirbelstürme der Tropen. Im Gegensatz zu den Winden haben die Tromben oder Wettersäulen eine lokale, rasch rotierende aufsteigende Bewe- gung. Die entstehen bei heißem, meist wind- stillem Wetter — indes auch bei kräftigem Wind — und fegen mit großer Geschwindig- keit, prasselnd und sausend, über Ebenen und Flüsse, über Berg und Tal. Ihr Durch- messer beträgt wenige Meter bis einige hun- dert Meter. 606 Atmosphäre (Greologisclie Bedeutung) Winde und Tromben unterscheiden sich in ihrer geologischen Wirkung nicht uner- hebhch und müssen daher auseinander ge- halten werden. ß) Bewegungserscheinungen. Die Winde bestehen nicht aus gleichmäßig be- wegten Luftteilchen, vielmehr aus äußerst komphzierten Systemen von starken und schwachen Stößen; je stärker der Wind ist, um so tumultuöser pflegt er zu sein. Wind- stöße und Kalmen folgen einander, wie Ver- dichtungen und Verdünnungen bei longitu- dinalen Wellen. Rasche Aenderungen von 0 bis 30 m pro Sekunde sind nicht ungewöhn- lich. Oft ist die Wirbelbildung stark, oft kaum vorhanden. Eeibungen am Boden sowie innere Reibungen dürften die Ursache sein. In Tromben erfolgt eine schnelle drehende Bewegung nach aufwärts und ihre horizon- tale Fortbewegung ist meist nicht unregel- mäßig wenn auch im großen ganzen nach einer Richtung hin gewendet. y) Windstärke. Da die Winde aus verschieden starken Stößen bestehen, muß der Meteorologe die mittlere Windstärke berechnen, allein den Geologen interessieren mehr die extremen Windstärken. Dennoch hat die Be au fort sehe Skala, die sich an die Bewegungen der Bäume und die Zerstörungen des Windes hält, sicherlich gerade für den Geologen Bedeutung hinsichtlich der allge- meinen Orientierung über die Windstärke. Um aber auch Zahlen anzugeben, so sei erwähnt, daß nach Koppen die höchste mittlere Ge- schwindigkeit 28 m pro Sekunde ist; die Maximasind nicht bekannt, dürften aber 50 m pro Sekunde überschreiten. Auch der Wind- el ru ck ist von Interesse. Für England hat das ,,Wintl pressure Comitee" als Maximum 273 kg pro Quadratmeter angegeben. In Nordamerika berechnete man den Winddruck im Tornado vom 20. März 1875 auf 330 kg pro Quadrat- meter. Das ist eine ganz gewaltige Kraftent- faltung. Diese wird al)er noch dadurch ge- steigert, daß der Wind in StöI3en angreift. Dadurch geraten die getroffenen Gegen- stände in Schwingungen, die sich sum- mieren und schheßhch den Umsturz her- beiführen. Interessant ist die Mo hnsche Windsltala, die Geschwindigkeit und Winddruck berücksichtigt. Windstärke Geschwindig- keit in Se- Windd kg pr "uckin kunden metern 0 qm 0 = still .... o— - 0,5 0 - 1,5 1 = schwach . . . o,5- - 4 1,5- ' 1,87 2 = mäßig . . . 4,o- - 7,0 1,87- - 5,95 •6 = frisch .... 7,o- -II 5,96- -15,27 4 = stark .... ii,o— -17,0 15,19- -34,35 b = Sturm . . . 17,0— -28 34,35- -95,4 6 = Orkan. . . . über 28 über 95,4 Lokale Beeinflussung der Wind- stärke. Die Windstärke hängt nicht nur von dem barometrischen Gradienten, son- dern auch von lokalen Verhältnissen ab, namentlich von der Reibung auf dem Erd- boden. Daher findet man folgendes. Die Windstärke ist auf dem of- fenen Meer am größten und nimmt auf dem Lande wegen der Reibung ab. So hat Loomis die Windgeschwindigkeit für die Union, den Nordatlantischen Ozean und Europa berechnet. Danach ist die mittlere jährhche Windgeschwindigkeit: Union Europa Binnenl. O.-Ivüste Ozean W.-Iviiste Binnenl. 13,1 15,9 47,9 19,8 12,7 m pr. Sek. Seewinde haben also im Mittel größere Kraft als Landwinde, Winde in Ebenen mehr als in bergigem Gelände, in vegetationsarmen Ländern mehr als in Waldgebieten. Sodann ist wichtig die Zunahme der Windstärke mit der Höhe infolge Verminderung der Reibung. Vom Erdboden bis zu etwa 3 m nimmt die Geschwindigkeit rasch und oft sprungförmig zu, dann aber langsam: Höhe o 3 6 9 12 m Wind 3,6 8,2 8,7 9,0 9,1 m pr. Sek. Namentlich zwischen Pflanzen, selbst locker stehenden Stauden, ist die Luftbe- wegung sehr schwach, selbst bei Sturm. Am energischsten ist die I&'aftentfaltung des Windes auf kahlen Berggipfeln. 2b) Bedingungen für die geolo- gische Tätigkeit des Windes. Der Wind ist in manchen Gegenden ein sehr ener- gischwirkender Faktor und zwar dadurch, daß er Material vom Erdboden abhebt, durch die Cüft transportiert und dann fallen läßt. Wie beim Wasser handelt es sich also um Erosion, Transport und Ablagerung, und wie beim Wasser erfolgt auch beim Windtrans- port eine Saigerung des Materials nach Größe, Schwere und Angreifbarkeit, sowie Umwandlung der Form und Zerkleinerung. Wenn nun aber der Wind wirken soll, so müssen bestimmte Vorbedingungen erfüllt sein. In unserer Klimazone geschieht das nur in beschränktem Umfang und deshalb hat man die Bedeutung des Windes lange unterschätzt. Die Vorbedingungen für die Wir- kung des Windes sind folgende. 1. Windstärke. Ganz allgemein kann man sagen, daß die Wirkung um so größer ist, je stärker der Wind ist. Demgemäß werden Berggipfel, Inseln und Küsten ganz beson- ders stark beeinflußt werden, weil dort die Winde am stärksten sind. Gewicht, Größe, Form des Mate- rials. Einmal kommt es auf das absolute Atinos[)li;ire (Geologische Bedeutimg) 607 Gewicht an; je leichter ein Gegenstand ist, um so leichter wird er vom Wind fort- getragen. Und zwar entweder hoch durch die Luft oder über den Erdboden hin, und zwar hüpfend, rollend oder schleifend. Auch die Korngröße ist von Wichtigkeit. Ein großer Gegenstand bietet dem Winde eine größere Angriffsfläche dar als ein kleiner, bei gleichem Gewicht wird also der größere leichter fortbewegt. Sodann ist auch die Form nicht unwichtig. Ein rauher Körper mit Vorsprüngen und Winkeln kann noch von einem Wind fortbewegt werden, der einen gleich schweren und großen, aber glatten rundlichen Körper Hegen läßt. Im großen ganzen kann man nach Gewicht und Korn- größe Staub, Sand, Kies und groben Schutt, unterscheiden, die noch vom Wind beein- flußt werden. Oertliche Lage des Materials. Ein freiliegender Körper oder aufragender wird leichter fortgeblasen wie einer, der in einer Ecke oder zwischen anderen Gegenständen liegt. Lockeres Gefüge des Materials. Allein nicht weniger wichtig ist die Art und Weise wie sich die einzelnen Teilchen zueinander verhalten. Sie müssen lose nebeneinander- liegen und nicht zusammenkleben, ge- schweige zu einer Masse verkittet sein. Alle Faktoren also, die ein Zusammenkitten der Teilchen veranlassen, legen den Wind lahm. Zu diesen Faktoren gehört einmal die Feuchtigkeit. Feuchter Sand ^Dackt zu- sammen und in noch viel höherem Grade tun das Ton und andere feinkörnige Sub- stanzen. Dazu kommt, daß feinkörniges Material schwerer austrocknet, weil die Luft nicht so gut in ihm zirkuliert und damit das Wasser zum Verdunsten bringt. Daher kann es geschehen, daß nach einer Reihe trockener Tage ein Sturm Sand und selbst Kies fortfegt, einem Lehm- und Tonboden dagegen nichts anhaben kann. Bei starkem Winde beginnt das Sandtreiben ziemlich schnell, selbst nach heftigem Regen. Be- merkenswert ist, daß feucht gepflügter Sand- boden vom Wind stärker erodiert wird als trocken gepflügter, weil ersterer aufragende Schollen bildet, letzterer dagegen zusammen- fällt, wie Free jüngst betont hat. Aehnlich wie die Feuchtigkeit wirken Salzlösungen. Kochsalz, Soda, Glauber- und Bittersalz , Gips und Kalkkarbonat steigen nicht selten kapillar aus der Tiefe auf und verkitten die oberflächhchsten Schichten. Ist das geschehen, so kann selbst der heftigste Sturm kein Sandkorn abheben. In subtropischen, abflußlosen Steppen ist der Boden oft mit einer dünnen Rinde überzogen, die durch Aufsteigen von Salz oder Kalk in die obersten Lagen ent- standen ist und Winderosion verhindert. Einfluß der Vegetation. Nicht we- niger feindlich wirkt die Vegetation, die geradezu der Todfeind der Winderosion ge- nannt werden muß. Denn einmal nimmt die Windstärke zwisclien den Pflanzen enorm ab. Sodann hält sich der Boden wegen der Beschattung länger feucht und schließlich verfestigt ihn das Wurzelnetz. So erklärt es sich, daß selbst bei locker stehenden Bü- schen, Stauden und Kräutern die Wind- wirkung gering ist. Nur die Tromben machen eine Ausnahme; sie wirbeln überall, wo kahler Boden sich zeigt, selbst zwischen Stauden und Büschen, Staub und Sand empor. Einfluß der Tierwelt und des Menschen. Die Wirksamkeit der Tiere ist verschiedenartig. Einmal üben die Hufe der Herdentiere in Steppen oft eine große Wirkung aus. Während der Wind von stau- bigem, festem Boden, auch wenn er ganz kahl ist, nichts abheben kann, wirbeln die Hufe einer Herde, die Scharrfüße der Steppen- hühner, jeder Schritt einzelner Tiere und Menschen Staubwolken auf. Die Rinde des durch Salz und Kalkkarbonat oberflächlich verkitteten Staub- und Sandbodens, die oft mir papierdünn, aber fest ist, wird zer- treten, so daß der lockere, feine Sand zum Vorschein kommt und nunmehr vom Wind bearbeitet werden kann. Auf einer bewach- senen Düne genügt selbst der Fußtritt eines schweren Tieres, der die Pflanzendecke total vernichtet, um die Winderosion be- ginnen und eine Windschale entstehen zu lassen. Noch energischer ist das Eingreifen dieser Kraft an Rollplätzen des Wildes; dort wird nicht nur die Vegetation ver- nichtet, sondern auch lockerer Boden ge- schaffen, den der Wind forttragen kann. Zu diesen von der Oberfläche ausgehenden Einwirkungen der Herdentiere tritt aber die nicht weniger wichtige Arbeit der wühlen- den Bodentiere. Schon in unserem Klima schaffen Milliarden von Tieren, wie Mäuse, Maulwürfe, Ameisen, Insektenlarven, Regen- würmer usw. beständig Erde an die Oberfläche^ die vom Regen verwaschen oder vom Wind verweht wird. Viel größer ist die geologische Wirkung der Bodentiere in ihanchen sub- tropischen und tropischen Steppen, wo namentlich Ameisen und Termiten, Wühl- ratten, Mäuse, Kaninchen und andere Step- pentiere massenhaft Erde aus ihren Bauen werfen und damit den Hufen und dem Wind immer neues Material liefern. Der Mensch begünstigt die Winderosion namenthch durch Vernichtung der Ve- getation. Nicht nur die Entwaldung, sondern auch die langdauernde Entblößung des Bodens auf den Feldern gibt den Winden Veranlassung zu ausgiebiger Tätigkeit. Am schUmmsten sind die Folgen der Zerstörung 608 Atmosphäre (Greologisclie Bedeutung) da, wo die Vegetation über altem Flugsand vernichtet wird. Die Dünen der Gascogne, der Frischen und Kuhrischen Nehrung haben nach der Zerstörung der "Wälder das heutige Aussehen angenommen und wandern erst seit einigen hundert Jahren. Umgekehrt kann der Mensch, sobald Dünen ihm schäd- lich werden, durch Bepflanzung sie zum Stillstand bringen unter Benutzung geeig- neter Pflanzen, die den Sand befestigen. Auch kann er durch Vernichtung des Wildes die Winderosion lahm legen. 2 c) Allgemeines über W i n d e r o - sion, Windtransport und Windab- lagerung. Die Tätigkeit des Windes hat viel Verwandtes mit der des Wassers, unter- scheidet sich aber auch in manchen Punkten ganz wesentlich von ihr. So wirken beide ero- dierend, transportierend und ablagernd, doch in anderer Form und mit anderen Resultaten. Win d er 0 sion. Man hat wie bei der Wassererosion Ablation d. h. einfaches Ab- heben eines losen Gegenstandes und Kor- rasion, d. h. Bearbeitung des zu zerstören- den Gegenstandes durch die mitgeführte Last zu unterscheiden. Die A b 1 at i 0 n setzt loses Material voraus, das der Wind abheben kann. Die Wirkung wird also um so größer sein, je mehr davon vorhanden ist. Ferner wird sie mit der Höhe über dem Boden wachsen, da die Windstärke mit der Höhe zunimmt. Auch ist es wichtig, daß der Wind stoßweise einsetzt. Dadurch kann er einen losen Gegenstand in Schwingungen versetzen, die sich bei rhythmischen Stößen verstärken, so daß der Gegenstand schließlich umge- stürzt wird. Die Ko rrasion beruht darauf, daß Staub, Sand und selbst Kies wie Geschosse gegen Hindernisse geschleudert werden. Dadurch wird die Kraft des Windes wesentlich ver- stärkt, Stücke werden mitgerissen und nun selbst als Geschosse verwendet, oder sie fallen, weil zu schwer, einfach hinab. Der stärkste Wind mit dem gröbsten Material wirkt am meisten. Da nun aber grobes Material nicht hoch fliegt, so ist die Korrasion auf den Boden beim Rollen der Kiesmassen am stärksten und nimmt nach oben hin an Intensität schnell ab, da ja das transportierte Material immer kleiner wird. Theoretisch wird also die Ab- lation mit der Höhe über den Boden wachsen, die Korrosion abnehmen; allein in Wirklich- keit wird jedes losgerissene Teilchen sofort selbst als Geschoß benutzt, und entsprechend der Windstärke auf Bergen werden auch die umhergeschleuderten Trümmer von er- heblicher Größe sein. Also auch auf hohen Bergen wirkt die Korrosion und zwar kräftig. Der Unterschied zwischen der Wind- und Wassererosion. Das Wasser kann nur abwärts fließen und wirkt über- wiegend linear im Verlauf der Talbildungen seltener flächenhaft. Auch erreicht es das Maximum seiner Wirkung am Fuß der Ge- hänge, nicht auf den Gipfeln. Der Wind dagegen entfaltet flächenhaft seine Ivraft, wenn er oft auch nur lokal angreifen kann. Vor allem aber kann der Wind überall hin- gelangen, auf den Höhen ist er sogar am stärksten. Transport. Zwischen dem Wasser und dem Wind besteht bezüghch der Transport- fähigkeit ein sehr großer Gegensatz; Wasser besitzt nämhch eine viel größere Kraft. Gebirgsbäche tragen Blöcke von vielen Kubikmetern Inhalt mit sich, der Wind aber muß sich mit viel kleineren Lasten begnügen. Es wird zweckmäßig sein bei der nachfolgenden Betrachtung das Material nach seiner Korngröße einzuteilen und daran anschheßend seine Herkunft und die x\rt des Transportes zu erörtern. Das Material sei in drei Gruppen zu- sammengefaßt: 1. Grobes Material; 2. Sand; 3. Staub. 1. Grobes Material. Korngröße. Das grobe Material wollen wir mit 3 mm Durchmesser beginnen lassen, die obere Grenze ist unbestimmt, hängt außerdem von rein lokalen Verhältnissen ab. Herkunft. Alle zerkleinerten Gesteine können vom Wind transportiert werden, namenthch sind Kies- und Schotterlager in Wüsten, sowie der durch trockene Ver- witterung — Insolation und Spaltenfrost — entstandene eckige Gesteinsschutt der Ge- hänge und Gipfel den Stürmen schutzlos ausgesetzt. Transport. Im allgemeinen wird man mit der Annahme nicht fehl gehen, daß Ge- steinstrümmer von ül)er 3 mm Durchmesser nicht mehr durch die Luft fliegen, sondern selbst von Stürmen nur am Boden gerollt werden oder sich hüpfend bewegen. Immerhin sollen auf ebenem Boden in Wüsten bei Or- kanen selbst faustgroße Steine noch herum- geworfen werden. Beim Samum oder Chamsin ist die Masse und Geschwindigkeit der auf dem Boden rollenden und f Hegenden Kiesel so bedeutend, daß die Schienbeine und Füße des Reisenden aufs schwerste verletzt werden und so das Gehen unmöghch wird. Ohne Kamel ist man verloren. Dieses Tier dagegen ist durch die Schwielen geschützt. Auf Gehängen oder gar auf Berggipfeln können größere Trümmer durch Winde bewegt wer- den als auf ebenem Boden. Allein die RoUe des Windes besteht dann ledighch darin, die Blöcke aus dem Gleichgewicht zu bringen. Diese rollen dann, der Schwerkraft folgend, hinab. Wenn die Lage solcher Blöcke günstig ist, d. h. wenn der Schwerpunkt hoch über dem Mittelpunkt liegt, und die Basis durch Verwitterune; unterminiert ist, können selbst Atmosphäre (Geologische Bedeutung) 609 «ewaltige Felsmassen vom Orkan m den Ab- 1 ^n•m^d ge))lasen werden. Die Alpengipfel werden so von Schutt rein gefegt. Daß ms Rollen geratene Blöcke, auf losen bchutt stürzend, große Rutschungen veranlassen können, bedarf keiner Erörterung. 2 Sand. Korngröße. Als Sand bezeich- net man alle Trümmer von 0,05 bis 2 mm Durchmesser, und zwar hat man folgende Stufenleiter: Feiner Sand 0,05-0,25 mm Mittlerer Sand 0'5 —1,1 '' Grober Sand 0,5—1,1 ., Sehr grober Sand i)i ^ ,, Grand ^ 3 »^ Alle diese Sande können vom Wind transportiert werden. Herkunft und Zusammensetzung. Die Entstehung des Sandes, den der Wind transportiert und ablagert, kann recht ver- schiedenen Ursprungs und verschiedener Entstehung sein. Einmal sind es Sande, die die Brandungswelle aufbereitet hat. sodann sind zerfallene alte Sandsteine oder sonstige sandige Gesteine, wie Lehm, Mergel, Kreide, Grauwacken häufig das Muttergestein. Allein auch Kalk- und Dolomitsand, ja sogar OoMth- und Muschelsande kommen vor. In Wüsten und trockenen Steppen besteht er oft aus dem feinen Grus zerfallener Ge- steine der verschiedensten Art und Zu- sammensetzung, wie Graniten, Gneisen, kris- tallinen Schiefern, Grauwacken und vielen anderen sedimentären und vulkanischen Ge- steinen. Auch Erze, z. B. Titaneisensand, j Brauneisensteingrus u. a. kommen in äolischen , Sauden vor. Ganz allgemein darf man aber sagen, daß, je länger der äoMsche Transport und das Hin- und Herwandern des Sandes dauert, um so mehr werden die weicheren Mine- ralien und Gesteinstrümmer zerrieben und zerstäubt und schließlich bleibt der Quarz- sand und wohl auch Erze übrig; letztere freilich meist lokal und in geringer Zahl. Windstärke. Von Interesse ist die kleine Tabelle Sokolows, der folgende Beob- achtungen an trockenem Seesand machte. Windstärke max. Größe der Sandkörner 4,5 — 6,7 m in d. Sek. 0,25 mm Durchmesser 6,7— 8,4 ,, „ „ ,, 0,50 mm 8,4— 9,8 ,, „ „ ,, 0,75 „ 9,8 — 11,4 ,, „ „ „ 1,00 „ ,, 11,4 — 13,0 ,, ,, ,, ,, 1,50 ,, ,, Entsprechend der Mohn sehen Windskala beginnt also das Fhegen eines feinen Sandes mit Windstärke 1, bei Windstärke 2 fliegt mittlerer Sand von 0,25 bis 0.5 mm bei "Windstärke 3 grober und bei Windstärke 5 sehr grober Sand. Selbstverständlich muß der Sand ganz trocken und lose, der Boden kahl sein. So- -dann kommt es außerdem aber auf die j^ei- Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Band I. gung des Bodens, die Form der Sandkörner und'' ihre örtliche Lage zu Vertiefungen, Büschen und sonstigen Hindernissen an. Transport. Die Tragkraft des Windes ist ziemlich gering und es sind zum Transport erhebliche Windstärken notwendig. Die Form des Transports hängt erstens von dem Verhältnis der Kraft des Windes und dem Widerstand des Objekts ab. sodann aber von dem Widerstand der Reibung des Korns auf dem Boden. Diese Widerstände sind ab- hängig wie wir sahen, von dem absoluten Ge- wicht und der Gestalt des ObjeMs, sowie seiner augenblicklichen lokalen Lage hinsichtlich des Schwerpunktes und der Exposition. Ein auf der Spitze stehendes Korn wird umgeweht, während es, auf der Breitseite hegend, sich nicht rührt. Wenn ein Wind von der Stärke a gerade noch imstande ist, das Korn b zu bewegen, so schiebt er es auf dem Boden entlang, und zwar zunächst ohne Rollen, vielmehr stellt sich das Korn ledighch so ein, daß die Masse rechts und links vom Schwer- punkt gleichmäßig verteilt ist. Es muß der Wind aber nicht nur den Widerstand des Korns, sondern auch die Reibung auf der Unterlage überwinden. Demgemäß ist der Transport auf glattem Boden leichter als auf rauhem und abwärts leichter als auf- wärts. Nun hatten wir gesehen, daß der Wind nicht gleichmäßig, sondern stoßförmig bläst. Demgemäß erfolgt auch das Vorrücken der Sandkörner ruckweise. Wenn die Kraft des Windes sich steigert, so verwandelt sich das Spielen des Sandkorns in eine rollende Bewegung. Dadurch wird der Transport, namentlich durch Verringerung der Reibung am Boden wesentlich erleichtert. Das nächste Stadium ist, daß das Korn durch den vom Boden abprallenden Wind gehoben wird. Dann beginnt eine hüpfende Be- wegung und wächst die Kraft des Windes noch mehr, so fliegt der Sand hoch in die Luft, um mit dem Nachlassen zu Boden zu fallen und unter Hüpfen und Rollen seine Ruhelage zu erreichen, falls nicht ein neuer Windstoß ihn emporschleudert. So kann der Sand bei starkem Sturm emporgehoben weiden, wenigstens der feine, während grober Sand im allgemeinen wohl nur wenig über den Boden hinfliegt, wohl aber auf flachen Ge- hängen emporgerollt werden kann. Bei einer Windstärke von 15 Sekundenmetern fUegen nach Sokolow selbst 1 mm große Sand- körner „ziemlich hoch" durch die Luft. Feine Sande können hoch oben in der Luft große Wolkenmassen bilden, die sich längere Zeit schwebend erhalten, namentlich bei heißen aufsteigenden Luftströnien. Folgen des Transports. Die Form des Transports von Sand durch den Wind hat einige wichtige Umwandlungen zur Folge Dazu gehört die Abrundung der 39 610 Atmosphäre (Geologische Bedeutung) Körner. Ein eckiges Sandkorn, das vom Wind herum gerollt wird, wird allmählich abgerundet. Die Ecken werden abgestoßen, geglättet und so entstehen schheßlich die runden Körner, die für Dünensand, — aber auch Fluß- und Brandungssand — so charak- teristisch sind. Noch ein anderer Vorgang resultiert aus der Art des Transports durch den Wind, nämhch die Saigerung ent- sprechend dem Widerstand, den das Material dem Winde entgegenstellt. Staub als leich- testes Material trennt sich natürlich am schnellsten. Er wird ausgeblasen, wenn feiner Sand noch still liegt. Und so geht es weiter. Im allgemeinen wird die Korngröße immer gleichartiger, je länger der Transport, bezw. das Hin- und Herwandern dauert. Allein da der Widerstand nicht bloß von der Große, sondern auch von dem spezifischen Gewicht der Substanz abhängt, außerdem aber von der Gestalt der Körner, so ist die Gleich- mäßigkeit der Korngröße niemals eine völlige. Außerdem mischt sich ja der Sand der einen Gegend natürlich häufig mit zufhegendem leichteren Sand. Es kommt also immer aufs neue zu Durchmischungen verschiedenen Materials, gerade so wie beim Flußsand. Am gleichmäßigsten dürfte die Korngröße bei dem ausgeworfenen Meeressand sein, der ja schon durch die Brandung und die Strömung im Meer gesaigert worden ist. Wenn aber Solger angibt, daß sich Sand der Küsten und Wüsten daran erkennen lasse, daß letzterer im Gegensatz zu ersterem stets staubig ist, so geht er dann doch wohl zu weit. Die Reinheit der Wüstensande wird von manchen Forschern geradezu betont. 3. Staub. Korngröße. Unter Staub versteht man die feinsten und leichtesten Teilchen, die unter 0,05 mm Durchmesser besitzen und in der Luft zum großen Teil unsichtbar sind. Nur in größerer Menge, namentlich bei auffallender Beleuchtung, werden sie sichtbar. Herkunft und Zusammensetzung. Der Staub ist sehr verschiedenen Ursprungs. Einmal ist er kosmischer, stark eisenhaltiger Meteoritenstaub, ferner ist er lokal und vorübergehend, manchmal aber auch all- gemein in der Atmosphäre verbreiteter vul- kanischer Staub. Bekannt ist die Ver- breitung der feinsten Aschen des Krakatau- ausbruches im Jahre 1883, die jahrelang umher schwebten und die leuchtenden Wol- ken und das strahlende Abendrot hervor- riefen. Drittens stammt der Staub der Luft von der Erdoberfläche, von der er durch Wind namentlich in Steppen und Wüsten empor- gehoben worden ist. Dieser Staub ist auch kompliziert zusammengesetzt und zwar lokal in ganz verschiedener Weise. Denn seine Bestandteile hängen von den lokalen Gesteins- vorkommen ab. Splitter und Körnchen von Quarz, Kalk, Ton, Mergel, nebst feinsten Kristallen und Kjistallteilchen der verschie- denartigsten Mineralien sind am häufigsten. Dazu kommen aber auch organische Bestand- teile, wie Aschenreste, Kohlenstäubchen, Fasern von Geweben und Gespinnsten, Blütenstaub, Samen und Sporen, Bakterien u. a. kleine eingetrocknete Lebewesen. Im allgemeinen dürften die anorganischen Be- standteile überwiegen, namenthch in Wüsten. Entstehung des St au bes. Aus der Angabe über die Herkunft des Staubes geht z. T. auch seine Entstehung hervor, so die des kosmischen, vulkanischen, organi- schen Staubes. Nähere Angaben erfordert nur die Entstehung des minerahschen terre- strischen Staubes. Minerahscher Staub entsteht bei allen Prozessen, bei denen eine Reibung und Zerkleinerung der Gesteine stattfindet. So liefert Staub die trok- kene Verwitterung, also die Insolation, die ein Zerspringen der Gesteine und einen Zerfall der Mineraüen bewirkt, ferner der Spalten- frost. Auf der Schneedecke am Fuß eines Felsenhangs kann man den abgesprengten Staub oft genug beobachten. Sodann ent- steht bei der Korrosion und beim Transport von Gesteinsmaterial durch Wind und Wasser feines zerriebenes Material, das als Schlamm von Wasser abgesetzt, als Staub vom Wind ausgeblasen wird. Erhegen seine tonigen Ablagerungen später der Winderosion, so gelangen sie als Staub in die Atmosphäre. Ein wichtiges Staubmaterial aber ist noch zu nennen, der Salzstaub, der sowohl an der Küste durch Zerstäuben des Wassers ent- stehen kann, als auch in abflußlosen Steppen und Wüsten. Dieser Salzstaub ist nament- lich deshalb wichtig, weil er die Zersetzung der Gesteine befördern und damit der Wind- erosion Material Uefern kann. In Steppen und Wüsten blüht das Salz aus, wird leicht vom Wind verweht, namenthch mit Hilfe des Sandschhffs, und beteihgt sich so an der Zusammensetzung des Staubes. Transport. In der Art des Transports von Sand und Staub besteht ein grundlegen- der Gegensatz. Während der Sand am Boden entlang fhegt und rollt und nur der feine Sand hoch in die Lüfte gelangt, wird der Staub auch von schwachen Winden mit Leichtigkeit emporgehoben und hält sich lange Zeit hindurch schwebend. Die Struktur der Winde ist hierbei von großer Wichtigkeit. Einmal sind Windstöße geeigneter, Material loszureißen und hochzuheben als eine kon- tinuierhche Luftbewegung, sodann aber ent- stehen beim Anprall des Windes am Boden und an aufrechten Hindernissen Wirbel, die den Staub emporschleudern. Vielleicht noch wichtiger sind aber die Tromben, die mit gewaltiger Kraft pfeilschnell in drehen- der Bewegung Staub und selbst Sand empor- Atmosphäre (Geologische Bedeutung) 611 wirbeln, hunderte von Metern hoch. Die aufsteigenden Luftströmungen — Konvek- tionsströmungen — , die sich an heißen Tagen entwickeln, tragen wohl ganz wesentlich dazu bei, das Herabsinken des Staubes zu verhindern, und bewirken, daß er lange schwebend bleibt. Ja, die aufsteigende heiße Luft scheint sogar imstande zu sein, bei Wind- stille vom Erdboden feinsten Staub empor- zuheben. In sommerhchen Antizyklonen, in denen die Luft bekannthch hinabsteigt, herrscht gewöhnlich dunstiges Wetter, der Horizont ist verschleiert, namentlich wenn das Hoch lange angehalten hat. Es könnten sehr wohl feinste Staubteilchen, die mit der Luft von oben hinabsinken, die Ursache der Trübung der Atmosphäre sein oder die heißen, in den untersten Luftschichten auf- steigenden Konvektionsströmungen führen Staub der Erdoberfläche mit sich. Sicher ist jedenfalls, daß Staub über die ganze Erde verbreitet werden kann und nur sehr lang- sam herabfällt. Selbstverständlich bestehen zwischen Sand und Staub hinsichtlich des Transports alle Uebergänge, vermittelt durch den feinen staubähnlichen Sand. Zerstörungsformen. Infolgeder Ab- lation und Korrasion durch den Wind werden Gesteine und lose Ablagerungen teilweise oder ganz abgetragen und daher zeigen sich in den Uebergangsstadien Zerstörungsformen, die oft recht charakteristisch sind und sich von gleichen Erscheinungen der Wasser- erosion unterscheiden. Neben der Windstärke kommt es nament- lich auf die Beschaffenheit der Gesteine an. Je mehr sie durch Insolation und Spalten- frost in feines loses Material zerfallen, um so stärker wird die Windablation wirken, um so feiner werden die entstehenden Höh- lungen, Grotten, Säulen, Gitter, Pilze usw. sein. Die Härte spielt namentlich dem Sand- schliff gegenüber eine Rolle, je weicher ein Gestein im Verhältnis zum Quarzsand ist, der ja als Schleifmittel überwiegt, um so schneller wird es zerstört. Salze, Gipse, Lehme, Tone, Mergel verschwinden schnell, Kalksteine sind widerstandsfähiger, ver- kieselte Kalke, Quarzfelsen u. a. m. da- gegen fast unverwüstlich. Die schwarzen bis braunen S c h u t z r i n d e n , die überwiegend aus Mangan und Eisenverbindungen bestehen, sind sehr resistent, sie schützen das Gestein vor der Zerstörung durch äußere Kräfte. Allein hinter ihnen erfolgt doch eine ener- gische Zersetzung durch die entstandenen oder primären Salze, so daß sich das Gestein in mürbes Pulver umwandelt. Wird dann die Schutzrinde an einer Stelle zerstört, so erfolgt eine rapide Winderosion hinter der schützenden Rinde, die nun schnell, ihres Haltes beraubt, abfallen muß. So wirken nach Burmester die ,, Schutzrinden" eher die Abtragung befördernd als hindernd. Für die Ausgestaltung der Zerstörungs- formen ist ferner wichtig die Struktur des Gesteins. Ist es homogen, so entstehen glatte oder höchstens geriefte Flächen. Je feiner das Schleifmaterial ist, um so glätter und glänzender wird die Fläche. Ist da- gegen die Struktur ungleichmäßig, wechseln harte und weiche Bestandteile ab . so richten sich die Zerstörungsformen nach der Struktur. Die weicheren Partien wer- den ausgehöhlt, die härteren als Erhöhungen herausgearbeitet. Geschichtete Gesteine erhalten so tiefe Schichtfugen, die überhän- genden Fugen brechen schließlich nieder und so schreitet die Zerstörung vorwärts. Liegt eine harte Schicht auf weicherer, so können durch Zerstörung letzterer bei horizontaler Lagerung Pilzfelsen entstehen, die den be- kannten Gletschertischen ähneln. Kalksteine, Sandsteine, kristalline Gesteine besitzen oft eine innere Stmktur- und Härteverschieden- heit, die äußerlich nicht sichtbar ist. Der Sand- schliff demonstriert sie uns drastisch durch Aushöhlen von Gräben, Löchern, Gängen wurmähnhcher Riefen, Galerien, großen Höh- lungen, ganzen Labyrinthen; Pfeiler, Zapfen, Knoten, Leisten, Ringe, unregelmäßige Netz- werke und Gitter ragen dagegen als Er- hebungen hervor. Wichtig ist der Umstand, daß dort, wo einmal ein Loch sich gebildet hat, dieses immer mehr erweitert wird, indem in der Höhlung befindlicher Sand und andere losgescheuerte Massen beim Vorüber- streichen des Windes in Drehung geraten, wie die Steine in einem Strudelloch, und so das Loch ausrunden und vertiefen. Besonders starke Winde räumen zeitweilig das ent- standene Schleifpulver aus, das im Ueber- maß sich anhäufend die Erosion zum Still- stand bringen würden. Wenn GeröUe bei einseitig vorherr- schendem Wind durch den Sandschliff be- arbeitet werden, so wird die getroffene Seite angeschliffen und abgeflacht, die entgegengesetzte Seite aber durch den herab- rieselnden Sand korradiert, wenn auch we- niger. Eine scharfe Kante trennt beide Flächen. Die Schliffseite ist glatt und die berieselte meist mit Grübchen und wurm- ähnhch gewundenen Riefen bedeckt. Wehen von melu:eren Seiten Winde aus bestimmten Richtungen, so können mehrere Schliff- flächen entstehen. Neuerdings hat Cloß aus der Namib interessante Studien über diesen Gegenstand veröffentlicht. Da Sand und Geröll hauptsächlich am Boden entlang schleifen, so erklärt es sich, daß dort, wo sich Berge aus Ebenen er- heben, ihr Fuß am stärksten korradiert und die Schuttböschung zerstört wird. Steil aus der Ebene aufragende und selbst pilz- 39* 012 Atmosphäre (Geologische Bedeutung) förmig gestaltete Berge sind das Resultat. Bei abwechselnd harten und weichen Schich- ten entstehen Pilzfelsen, auch auf den Ge- hängen und Gipfeln der Berge. Noch klarer tritt der Unterschied zwischen Wasser- und Winderosion in der Schaffung von Hohlformen hervor. Da der Wind in alle Ecken hinein, auf alle Höhen hinauf kann, so ist er imstande feines Material aus einer Gesteinsmasse herauszuholen und Ver- tiefungen zu bilden. Lokale Wirbel, die durch die Oberflächengestaltung als lokale Erhitzung • — Tromben — gebildet werden, können er- hebhch dazu beitragen. So entstehen Wind- gruben vor Hindernissen , Windmulden in losem Sand, tiefe Furchen, Gänge, Höhlungen im Lehm — z. B. die Schardangs der zentral- asiatischen Lehmwttsten. — Es sind das 6 m tiefe, 10 bis 40 m breite, oft parallele Furchen, die von schmalen Leisten und Rücken ge- trennt sind. Viel großartiger sind dagegen Pfannen und Kessel von einigen hundert Metern Durchmesser in festem Gestein und viele Kilometer lange Wälle aus aufgerichteten widerstandsfähigen Schichten , wie sie sich z. B. in den Gesteinsfeldern der Kalahari finden. Auf die Bildung der Zeugen und Wadis und die sich an sie knüpfenden Probleme sei später eingegangen. Staubschliff. Sehr viel bescheidener als die Wirkung des Sandsclüiffs ist die des Staubes. Er dient wohl wesentlich dazu die Felsen zu glätten und ihnen den eigentüm- lichen Glanz zu verleihen, der die Wüsten- gesteine oft auszeichnet. Indirekt trägt der salzhaltige Staub zu der Zersetzung des Ge- steins l)ei, indem er sich in Spalten und Löcher festsetzt. Die Salze bereiten, zumal sie stark hygroskopisch sind, eine energische Ver- witterung, Löcher, Höhlen, Galerien ent- stehen so, wie beim Sandschhff. Futterer hat solche Bildungen aus Zentralasien be- schrieben, sie kommen aber auch anderswo vor. Endformen der äolischen Abtra- gung. Wenn ein Gebiet ohne Unterbrechung vom Winde abgetragen wird, so müssen theo- retisch sclüießlich alle Höhen verschwinden, mit Geröll bedeckte Ebenen — Hamadas — entstehen, die aber doch durch Sandwinde beständig, wenn auch sehr langsam zer- kleinert werden. Das ideale Endstadium ist entweder eine bis zum Grundwasser ernied- rigte Fläche — Salzpfanne — oder eine Gleichgewichtsfläche, von der die Winde nichts mehr abheben können, weil sie ohne Widerstand hörüberstreichen oder weil sie sie mit den eigenen Ablagerungspro dukten — nämlich Sanden — bedeckten. Hamadas da- gegen werden, wenn auch sehr langsam, ab- getragen, solange die Gesteinsbrocken insola- torisch zerspringen und der Sandschliff wirkt. Ablagerungsformen. Wenn der Wind abflaut oder in Gebiete kommt, wo die Hin- dernisse zu groß werden, so läßt er das trans- portierte Material fallen; er lagert es ab. Die Formen solcher äolischen Ablagerungen sind oft recht charakteristisch und nach dem Material verschieden. Grobes Geröll. Von den Berggipfeln und Kämmen herabgeblasener Schutt bildet Schutthalden und Riesen, deren Form sich nach der des Gehänges richtet. In Wüsten aber entstehen die Geröllflächen • — Ha- mada — durch Ausblasen des leichteren Materials. Das grobe Geröll solcher Hamdas wird nur bei starken Stürmen geschoben und gerollt und ist recht w^enig bew^eglich. Es sind dies demnach, sozusagen, mehr „passive" Ablagerungen, d. h. sie sind liegengebUebene, Residuen der Winderosion, nicht aber aktiv durch den Wind abgelagerte Gebilde. Sand. Viel wichtiger sind die Ablagerun- gen der Sande, und zwar sind sie von recht verschiedenartiger Form. Es kommt näm- lich auf das Verhältnis von Windstärke. Sandkorngröße und Form des Widerstandes an. Ja es kann vorkommen, daß vor einem bestimmten Hindernis der eine AVind ero- dierend, der andere aber ablagernd wirkt. Zwei Arten von Formen hat man zu unter- scheiden, im x\ufbau begriffene, fertige und in Zerstörung begriffene. Im Aufbau befindliche Formen. Weht der Wind an einem Hindernis seit- lich vorbei, so bleibt der Sand in dem Wind- schatten in Form eines langen Schweifes, eines Sand- oder Dünenhakens hegen. Weht der Wind Sand gegen ein schmales Hindernis, so entsteht hinter diesem ein Raum mit weniger bewegter Luft und dort kann sich der Sand anhäufen. Dieser bildet einen langen Sehweif, den sogenannten Zungen- hügel. Dieser ist gewissermaßen durch Vereinigung zweier Sandhaken entstanden. Ist das Hindernis eine im Sand wachsende Pflanze, so fangen deren Zweige den Sand ab und häufen ihn an. In einem Gebiet mit wechselnden Winden — also z. B. in vielen Wüsten — wird der Sand des Zungenhügels beständig verweht, der von der Pflanze abgefangene Sand aber ist festgelegt. So entstehen unter dem Einfluß der unter Sand- verschüttung immer wieder emporwachsenden Pflanzen einzelne hohe Vegetationshügel. In'Wüsten, z. B. Algeriens und Asiens, sind sie häufige Erscheinungen. Bogen du neu ent- stehen im Anschluß an ein breiteres Hindernis. z. B. eine Hecke, oder noch häufiger durch Verschmelzung zahlreicher Zungen- und Vege- tationshügel. Sie besitzen einen zum auf- bauenden Wind querstreichenden Kamm, ■ der auf der Luvseite eine konvexe Aus- buchtung, auf der Leeseite eine konkave Einbuchtung zeigt. Die Böschung der Luv- Atmosphäre (Greologisclie Bcdcntuii.n) 613 Seite ist flach, meist 5 bis 6", selten bis 10", die der Leeseite entspricht dagegen dem natürlichen Böschungswinkel von trockenem Sand, 30 bis 33". Bogendünen, deren Seiten- flügel beim Wandern sich soweit verschieben, daß sie einander parallel laufen, nennt man in Turkestan B a r c h a n e. Die Höhe der Bar- chane und Bogendünen ist meist gering, beträgt oft nur wenige Meter, selten bis 20 m. Schließen sich Bogendünen zu langen Ketten aneinander, so nennt man sie nach Solger Walldünen. Keine andeie Dünen- form erreicht eine solche Höhe, wie diese, in Europa 50—70 m, in Wüsten bis 200 m. Sie können in zahllosen, mehr oder weniger paral- lelen Ketten angeordnet sein. Die Böschungs- winkel sind die der Bogendünen. Walldünen en miniature sind die Wellenfurchen oder / Sandwellen (= Ripplemarks). Wie im flachen Wasser bilden sich auf der Oberfläche des Sandes, über den der Wind hinstreicht, kleine, wellig verlaufende Systeme von Sandwellen, die im wesentlichen einander parallel ver- laufen, sich aber auch häufig teilen und wiedervereinigen. Ihre Höhe schwankt zwischen 1—10 cm. Je gröber der Sand, um so höher sind sie und um so größer sind auch die Kamm abstände der parallelen Wellen, und zwar ist der Abstand ziemlich genau zehnmal so groß als die Höhe. Mit dem Winde wandern die Wellen allmählich weiter. Die Entstehung der Wellenfurchen ist von vielen behandelt worden, z. T. sogar experimentell, so z. B. von G. Darwin und Cornish, allein die beste Erklärung hat Helmholtz gegeben. Baschin gebührt das Verdienst, diese bei der Entstehung der Dünenformen angewandt zu haben. Wenn zwei in sich beweghche Materien — also hier Luft und Sand — in verschiedener Dichte und Geschwindigkeit übereinander sich fort- bewegen, dann wird die Grenzfläche wellig, weil eine Wellenfläche die Fläche geringster Reibung ist. Wie bei dem Chladnischen Versuch der Sand sich auf den Linien gering- ster Schwingung anhäuft, so häuft sich der Sand entlang der Linien geringster Bewegung an. Helmholtz hat die Gesetze der Ent- stehung solcher Wellen, ihrer Höhe und Ab- stände mathematisch berechnet. Es kommt auf die Geschwindigkeit, die Dichte der beiden Materien und auf die Dauer der Einwirkung an. Die Wellen werden nämlich immer höher, und zwar nicht durch Vergröße- ning der zuerst entstandenen, sondern durch Bildung neuer Wellen höherer Ordnung. An besondere, lokale Bedingungen ge- bundene Dünen sind die Stufendünen (Jentsch). Untere Stufendünen ent- stehen durch Anhäufung von Sand vor einem Hindernis, z. B. einem Kliff und sind von diesem durch einen Windgraben getrennt. Obere Stufen du nen entstehen dagegen auf dem Rande einer Steilstufe, auf die von unten her Sand geblasen wird. In dem toten Winkel, der durch den am Ge- hänge hinaufgepreßten Wind nahe der Kante entsteht, fällt der Sand nieder und bildet eine Düne. Zerstörungsformen. Die Dünen wer- den allmählich bewachsen — • mindestens die feuchten Gebiete. Da die Bewachsung aber nicht gleichmäßig vor sich geht, so beginnt auf den noch unbewachsenen Stellen eine lebhafte Winderosion, die später näher geschildert werden soll. Liier seien nur die hauptsächlichsten Formen erwähnt. Wind- gräben sind längliche grabenförmige Ver- tiefungen. Sie entstehen einmal vor einem Hindernis, z. B. einem Stein; indem sich der Wind staut und unter Wirbelbildung seit- lich ausweicht und den Sand vor jenem mit- nimmt. Der andere Sand wird hinter dem Hindernis zur Bildung des Zungenhügels oder Sandhakens verwandt. Windmulden entstehen im Anschluß an sandfreie Stellen, z. B. nach Verletzung der Vegetationsdecke. Der Wind beginnt die Wurzeln zu unterminieren, die Pflanzen sterben ab und werden verweht; die Mulde wächst in die Tiefe, Breite und namentlich mit der Windrichtung in die Länge. Allein mit der Entstehung treibenden Sandes beginnt die Ansiedlung bestimmter Sandpflanzen, die schHeßlich eine Bewachsung der Windmulde veranlassen. Kupsten sind Vegetationshügel, aber nicht primäre, sondern sekundäre, durch Erosion entstanden. Aehnlich wie bei Erd- pyramiden und Gletschertischen schützt eine widerstandsfähige Masse die leichter zerstörbare Unterlage, bis diese soweit unter- wühlt ist, daß der schützende Gegenstand abstürzt. Solche Kupsten sind sehr häufige Erscheinungen in allen Fhigsandgebieten. Parabeldünen sind Bogendünen, deren Luvseite konkav ist im Gegensatz zu kon- vexen Bogendünen oder Barchanen. Sie entstehen auf verschiedene Weise, sind aber stets mit erheblichen Zerstörungen verbunden. Ihrer Entstehung nach kann man zwei Arten unterscheiden, "die Haldendüne und die eigentliche Parabeldüne. Die Haldendüne schließt sich an die Entstehung einer Windmulde oder eines Windgrabens an, der eine Walddüne durch- setzt. Der ausgeblasene Sand wird nämhch in konkavem Bogen angehäuft und gleich- zeitig die Sande im Inneren des Bogens immer aufs neue erodiert und über das Mittelstück hinausgeworfen. Dieses wandert also weiter, während gleichzeitig die Seitenflügel immer länger werden. Durch Erosion werden die Innenseiten der Flügel steil und z. T. über- hängend. Zerreißt das Mittelstück, so bleiben 614 Atmospliäre (Geologische Bedeutung) die Seitenflügel allein übrig und bilden S t rieh d Uli en. In anderen Fällen löst sich das Mittelstück oder auch die Flügel in Kupsten auf, wenn sie nämlich nur teil- weise mit Vegetation bedeckt werden. Die eigenüiche Parabeldüne ist eine bewachsene Wanderdüne, deren Enden durch Vegetation festgelegt worden sind. Das Mittel- stück ist weiter gewandert und so ist ein konkaver Bogen wie bei der Haldendüne entstaiKlen, deren inneres Becken gleichfalls durch P>osion vertieft und deren Innenseiten deshalb steilwandig anfragen. Auflösung in Kupsten ist nicht selten, sowie auch Vernich- tung des Mittelstücks unter Entstehung von Striclidünen. Halden- und Parabeldünen sind einander nicht nur sehr ähnlich — meist sind letztere größer und liegen oft isoliert da — sondern gehen auch ineinander über, in- dem sich bei der lokalen Zerstörung der Parabeldünen auch Haldendünen bilden. Auch können unter günstigen Umständen Haldendünen zu wandern anfangen, indem sich das Mittelstück losreißt und abwandert, um schheßlich als bewachsene Parabeldüne zu enden. Das "Wandern der Dünen. Art des Wanderns. Aehnlich den Ablagerungen eines noch tätigen Flusses sind die Sedimente des Windes in beständiger Umlagerung begriffen. Allein während der Fhißsedimente in ganz unregelmäßiger Weise w^eiter geschoben wer- den, und auch der Staub leicht wieder aus- einander geblasen wird, wandern die Sand- ablagerungen in gesetzmäßiger Weise weiter. In den kleinen Sandwellen kann man das Wandern leicht beobachten. Der Wind rollt die Körner den 5 bis 10° steilen Abhang der Luvseite hinauf und dann rollten sie passiv den Abhang hinab, falls sie nicht sofort weiter geblasen Averden. Daher hat die Leeseite den Böschungswinkel lose aufgeschütteter Sande, nämlich 30 bis 33" Bei grobem oder feuchtem Sand kommen auch steilere Bö- schungen vor. Indem so Korn für Korn von der Luvseite auf die Leeseite geworfen wird, wandert die Sandwelle langsam vor- wärts. Im Prinzip ist das Wandern der Barchane und der großen Walldünen das gleiche, nur langsamer entsprechend der größeren Höhe, der größeren Sandmenge und damit der größeren Arbeitsleistung. Die Geschwindigkeit wechselt also mit der Windstärke und der Sandmenge. Messungen der Geschwindigkeit sind wiederholt ange- stellt worden. Die Dünen der Kurischen Nehrung wandern nach Behrendt jährlich ca. 6 m, die der pommerschen Küste im Durchschnitt 9 m. Die Dünen der transkaspi- schen Wüste rücken nach J. Walther jähr- lich rund 6 m nach Süden. Allein an einem stürmischen Tag können einzelne Dünen bis zu 20 m wandern. Die wandernden Dünen sind entweder Barchane — und zwar ist der Barchan die typische Form für eine lokale wandernde Sandanhäufung ^ oder lange Walldünen; allein auch diese zeigen an den Enden Neigung zum Umbiegen. Die Veränderung der Dünenfor- men. Die Dünen sind ihrer Form nach abhängig von dem Material und der Be- schaffenheit des Windes. Aendert sich einer der beiden Faktoren, dann muß sich auch die Form ändern. Wenn sich auch Gröber- oder Feinerwerden des Korns, Zu- oder Ab- nahme des fliegenden Sandes und der Windstärke in dem Böschungswinkel und der Höhe bald bemerkbar machen, so sind solche Einflüsse doch weniger auffallend als die Aenderung der Windrichtung. Wirkt auf eine bei Westwind z. B. gebildete Walldüne ein Ostwind, so wird die frühere Leeseite zu Luvseite. Die Böschung wird abgeflacht, indem sich auf dem Kamm eine neue Düne mit SteilabfaU nach Westen entwickelt und andererseits der untere Teil der Böschung, von Windstößen getroffen, unter Abrutschungen des Sandes die Bö- schungswinkel der Luvseite, 5 bis 10°, an- nimmt. Hält der Ostwind lange genug an, so erreicht die neue Leeböschung schließlich den Westrand der Düne und damit wäre die Umwandlung des Profils vollendet. Kommt dagegen der Westwind wieder zur Herrschaft, so erfolgt die Rückkehr zur alten Form. In Gebieten mit wechselnden Winden haben auch die Dünen sehr wechselnde Formen. Nament- lich stören schräge auflaufende Winde — wenn z. B. Südwestwinde auf Nord-Süd streichende W^alldünen stoßen — den regel- mäßigen Verlauf. Denn die Südwestwinde werden in den Nord -Süd -streichenden Dünentälern abgelenkt und verursachen an an der Leeböschung Rutschungen, im Dünen- tal aber werfen sie Querdünen auf. So ent- stellt zunächst ein Gitterwerk. Allmählich werden aber die Unterschiede zwischen Lee- und Luvböschung verwischt. Sodann aber verwandelt sich auch der Kamm in ein System querstreichender Wellen. Bleibt also der Südwest konstant, so wäre schließ- lich ein System NW — SO-streichendei Dü- nenkämme und Dünentäler das Endresultat. Die Umwandlung kleiner Barchane, die bei Nordwestwind gebildet worden waren und dann durch einen Südwind angegriffen wurden, hat Baschin auf Fanö studiert. Es wuchsen aus dem Hauptkörper der Bogen- dünen auf ihrer Nordseite kleine Fortsätze heraus, die immer größer wurden, während gleichzeitig die primären Seitenflügel der Südseite verschwanden und die Böschungen des Körpers sich umwandelten. Hätte nicht eine Sturmflut alles zerstört, so wären schließ- lich nach Norden gerichtete Barchane ent- standen. Atmosphäre (Grcologische Bedeutung' 615 Neben der Aenderung der Windrichtung spielen Hindernisse oft eine Rolle bei der Umgestaltung einer Düne, namentlich auf ■der Leeseite der Hauptwindrichtung. Läuft z. B. eine Walldüne gegen ein isoliertes Hin- dernis, über das sie seitlich hinausragt, so ■entstehen vor dem Hindernis Wirbel und Stauungen, die eine Windmulde oder einen Windgraben veranlassen können. Auch -wandert die Düne vor dem Hindernis lang- samer; sie verändert ihre Form. Solche Hindernisse können Häuser, Wälder, Hügel u. a. m. sein. Wehen umgekehrt Winde aus der Richtung des Hindernisses, so schützt dieses die Düne vor Erosion und verlangsamt ein Rückwandern. Damit kann ein gewisser Ausgleich bezüglich des Fortschreitens der Düne herbeigeführt werden. In jedem Fall aber wird die dem Hindernis gegenüber- liegende Dünenseite in der Form beeinflußt und zwar durch Bildung von Windmulden, schmalen Haken und breiten Vorsprüngen. Innere Struktur der Dünen. Schich- tung hängt vom Wechsel des Materials ab. Sie ist um so deutlicher, je größer der Unter- schied zwischen den Korngrößen der ver- schiedenen Ablagerungen ist. Bei Dünen fehlt eine Schichtung, wenn der Sand gleich- mäßig körnig ist. Allein meist stehen den Winden Sande von verschiedener Korngröße zur Verfügung, und da die verschieden starken Winde verschieden große Sandkörner trans- portieren und ablagern, so entstehen inner- halb der Dünen Lagen verschiedener Korn- größe und damit Schichten. Je größer eine Düne ist und je längere Zeit zu ihrer Ent- stehung notwendig war, je verschiedenartiger also die Stärke der aufbauenden Winde war, um so leichter wird Schichtung entstehen können. Außerdem wird es von Wichtigkeit sein, ob der Dünensand schon weit gewandert ist und damit eine gründliche Saigerung statt- gefunden hat. Je näher die Düne der Gegend liegt, die Flugsand von verschiedener Korn- größe gehefert hat und je 'weniger sie hin- und hergeschoben worden ist, um so deutlichere Schichtung ist zu erwarten. Demgemäß haben die kleinen Sandwellen und die kleinen Barchane, die ein Sturm schnell aufwirft, wohl nie Schichtung, wohl aber die großen Walldünen. Nach Middendorf kann Schich- tung auch dadurch entstehen, daß sich beim Abflauen des Windes Staub auf den Dünen absetzt. Wird dieser durch Tau oder Salze verkittet, so wird er bei Erneuerung des Windes auf der geschützten Leeseite nicht vom Sandschliff zerstört, sondern vom Sand bedeckt und erhalten. Stehende Dünen haben eine dachförmige, der Luv- und Leeseite parallele Schichtung In Wanderdünen dagegen erliegen die älteren Dünen teils der Winderosion und deshalb besteht die Düne, wenn der Fuß der Luv- seite die senkrecht unter der ursprünglichen Kammlinie angekommen ist, theoretisch nur noch aus Schichten, die dem Leebö- schungswinkel parallel sind. Allein infolge von Rutschungen und Störungen des Profils beim Spiel wechselnder Winde sind recht wechselnde Schichtungen zu erwarten. In noch viel höherem Grade trifft das für Ge- biete zu, die Zerstörungen und Neubildungen in Form von Windgräben, Windmulden, Halden- und Parabeldünen ausgesetzt sind. So kommt die bekannte Kreuzschichtung oder transversale Parallelstruktur zustande, die nach J. Walther gerade für Dünen charakteristisch sein soll, sich aber auch in Flußbetten mit wirbelnder, stark wechseln- der Strömung bilden. Staubablagerungen. Viel einfacher als beim Sande sind die Ablagerungsformen des Staubes, ja man kann sagen, daß eigent- lich überhaupt keine charakteristischen For- men wie es die Dünen sind, vorkommen. Ablagerungsbedingungen. Da selbst mäßiger Wind feinen Staub leicht hinweg- tragen, und aufsteigende Wirbel so allgemein verbreitete Erscheinungen sind, müssen be- sondere Bedingungen eintreten, um den Staubabsatz zu ermöglichen. Als erste Vor- bedingung ist zu nennen ruhige Luft. Indessen fällt der Staub, mindestens der feinste,- nur sehr langsam aus. Schwebte doch die feine Asche des Krakatau jahre- lang in der Luft. Sodann kann Staubabsatz hinter einem Hindernis stattfinden, auch bei Wind, z. B. in Häusern, wo man den Staub in manchen Gegenden als Plage empfindet, in Höhlen und Felsspalten, im Windschatten von Höhenzügen und Felsen, Noch wichtiger ist das Abfangen des Staubes durch die Vegetation. Wälder, Gebüsch und Heide- kraut, Wiesenrasen und selbst die Büschel des Steppengrases halten den Staub fest, weil sich zwischen den Zweigen ruhende Luft befindet. Auch wirkt das Gewirr und Netz- werk der Blätter und Zweige direkt als Filter. Eine andere Gelegenheit für Staubabsatz bilden Wasserflächen und feuchter Boden. Der Tau kann also bedeutungsvoll werden, besonders auch dadurch, daß er die Staub- teilchen zusammenklebt. Sümpfe mit Schilf oder Rasen sind gute Staubfänger, desgleichen feuchte Salztone. Noch wirksamer sind die die Luft passieren den Niederschläge, also Regen und Schnee. Auch der nasse Nebel ist wirksam, weil er die Staubteile schwer macht und beim Fallen mitnimmt. Ablagerungsformen. Für den Staub ist es besonders charakteristisch, daß er noch viel weiter und höher gelangen kann als der Sand. Unabhängigkeit vo« einem be- stimmten Niveau ist also die Folge. So ent- stehen denn an geschützten Stellen Staub- 616 Atniosphäi-e (Geologiseho Becleiitiing) ablagerungen, deren Form indes lediglich von der Lokalität abhängt. Am wichtigsten ist die Staubablagerung in Ebenen und Becken, durch die weite gleichförmige Flächen entstehen, so z. B. die Lößbecken Chinas. Bestimmte Formen, ähnlich den Dünenfor- men gibt es nicht. Höchstens wäre die Bildung von Ebenen in Steppenniederungen und -becken zu nennen. 3. Die regionale Verbreitung der durch Winde bedingten geologischen Erschei- nungen. Die Bedingungen für die geolo- gische Arbeit des Windes sind in den ver- schiedenen Teilen der Erde sehr verschieden- artig, indem bald dieses^ bald jenes Hindernis sich einstellt und bei dem Zusammenwirken der verschiedenen Faktoren kommen regio- nal ganz besondere Erscheinungen zu- stande, die mau zweckmäßigerweise als einheitliches Ganzes betrachtet 3a) Polarregionen. Allgemeine Be- dingungen. Günstig wirkt der Mangel an Vegetation, sodann aber die aus- trocknende Wirkung der Luft. Zwar ist wegen der niedrigen Temperatur die relative Feuchtigkeit sehr hoch, allein die absolute ist minimal und deshalb ent- zieht die Luft mit Energie allen Gegen- ständen ihre Feuchtigkeit. Zigarren z. B. zerfallen daher in feinen Staub; auch der Erd- boden muß, namentlich unter dem Einfluß der Winde schnell austrocknen und staubig werden. Die Stärke der Stürme ist der dritte, die Windarbeit befördernde Faktor. Viertens wirkt der Spalt enfrost äußerst energisch ein. Die von der tiefstehenden Sonne beschienenen Felsen erwärmen sich, das im Gestein enthaltene Wasser taut auf, gefriert aber, sobald die Schattenperiode be- ginnt. Daher entfaltet der Spaltenfrost eine sehr energische Tätigkeit und das Gestein zerfällt zu Schutt und Staub. Schnee und Eisbrocken können schließlich auch als Schleifmaterial dienen. Ungünstig wirkt die Schneedecke während des ganzen Herbstes, Winters und Frühjahrs und im Sommer die Schmelzwasser, die den Boden durch- tränken. Auch ist der Mangel an wühlenden Tieren und Huftieren erwähnenswert. Wo Moos- und Flechtenpolster den Boden be- decken, sind die Bedingungen besonders ungünstig, also z. B. in den weiten Tundren. Winderosion. Die zerstörende Tätig- keit des Windes besteht im wesentlichen in der Loslösung des Staubes und feinen Schutts, den der Spaltenfrost auf dem Felsen gebildet hat. Auch sind runde LöcliBr und Höhlungen, sowie strudeltopfähnliche Kessel, z. B. in Tuffen Islands, auf Wind- erosion zurückzuführen. Im allgemeinen ist die Wirkung jedenfalls gering, die ungünstigen Einflüsse überwiegen. 3b) Feuchte Regionen. Darunter seien alle Gegenden verstanden, deren: jNjiederschlagsmenge genügt, um eine Wald-, Busch-, Kraut- und Wiesendecke zu er- zeugen, also die ganze gemäßigte Zone mir ihren Wäldern und Wiesen sowie die regenreichen Teile der Subtropen und Tropen. Allein wenn irgendwo, hat die Kultur in diesen Regionen umgestaltend gewirkt und zwar durch Entwaldung und Anlage von Feldern. Auch für die Arbeit des Windes ist das von Bedeutung. Die Bedingungen der Windero- sion sind durchaus ungünstig, nament- lich in unberührten Naturgebieten. Vege- tationsdecke und Feuchtigkeit hindern die Winderosion und in der gemäßigten Zone kommt dazu die Schneedecke. Diese wirkt namentlich auch in und nach der Schmelz- periode durch Einweichen des Bodens. Wich- tig wird die Windarbeit erst auf den Gipfeln der Hochgebirge, die über die Grenze des Krummholzes und der Matten ragen. Den durch Spaltenfrost entstandenen Schutt blasen Stürme und Orkane hinab. Etwas günstiger sind die Bedingungen im Kulturland, na- mentlich in der gemäßigten und subtropischen Zone. Die im Frühjahr und Herbst, bezw. im Hochsommer kahlen Felder sind dem Winde preisgegeben. Allein nur nach starker Austrocknung ist genug Staub vorhanden, gewöhnlich treten Nässe und Schnee dem Winde feindlich entgegen. Trotzdem ist die Verteilung des Staubes durch Winde nach Free für die Landwirtschaft von großer Wichtigkeit, weil durch ihn ein Ersatz der von den Pflanzen verbrauchten Nährstoffe stattfindet. Zu Sandtreiben kann es auf sterilem vegetationsarmen Sandboden leicht kommen, zumal dann, wenn der Sand fossilen Dünen angehört. Starke Stürme richten auf Feldern in Nordamerika durch Ausblasen des Bodens oft großen Schaden an. Auf trockenen Wiesen und Feldrainen spielen die Bodentiere, bei uns z. B. Maulwürfe, Mäuse, Ameisen u, a. m. eine gewisse Rolle, indem sie feinerdiges Material auf der Ober- fläche aufhäufen, das ausgetrocknet vom Wind verweht werden kann. Wie groß der Effekt der Winderosion ist, entzieht sich ganz der Beurteilung. An das Staubtreiben auf Wegen darf man sich nicht halten, dort schaffen Räder und Fußtritte abnorme Verhältnisse, so daß an günstigen Stellen bekanntlich Hohlwege entstehen können. Da der Wind auf Feldern f lachen - haft wirkt und eine Abtragung von rund 1cm eine ganz bedeutende Bewegung vom Material voraussetzt — lOcbm pro qkm — so ist es verständlich, daß die Windwirkung weniger klar in Erscheinung tritt, als bei einem lokalen Wasserriß. Der abgetragene Staub wird übrigens sehr bald wieder von der Vege- tation abgefangen oder durch Niederschläge Atinosi)häre (Gecjlogische Bedeutun.t;) 617 lierabgebraclit. Die feuchten Gebiete sind j jedent'alls mehr eine Region der Staubab- iagerung als der Winderosion. Allein auch | in jenen gibt es Stellen, wo der Wind eine j bedeutende Tätigkeit entfaltet, nämlich die Küsten. Kiistendünen. iVn manchen Küsten der feuchten Regionen entstehen Dünen, die sogar sehr erhebhche Höhen erreichen. Indessen müssen zu ihrer Entstehung ge- wisse Bedingungen vorhanden sein. Dazu gehört einmal ein Vorherrschen des Seewindes, denn dieser allein kann den Sand auf den Strand treiben. Sodann müssen trockene Perioden mit Seewinden den von der See ausgeworfenen Sand trock- nen. Drittens muß genügend Sand auf den Strandwall aufgeworfen werden und der Strand eine genügende Breite besitzen. Flachland isf für die Entwickelung von Dünen günstiger als eine Kliff küste. Schließ- lich ist es günstig, wenn die Richtung der Küste möglichst senkrecht zur Hauptwind- richtung verläuft. Wichtig ist vor allem auch das Vorhandensein eines linienf örmigen Stran- des, von dem aus der Wind gleichmäßig den Sand in das Innere bläst. Die wichtigsten Formen der Küstendünen sind folgende. Der Strandwall ist der Sandlieferant und auf ihn folgt eine Fläche aus trockenem Sand, wo das Sandtreiben beginnt, die Abblasefläche. Der Beginn der Anhäufung des Sandes ist auf das engste an das Auftreten der Vegetation geknüpft. Die Bedeutung dieser für die Dünenbildung ist längst bekannt^ allein in allen Einzelheiten haben sie erst Co wies am Michigansee und Reinke an der Nordsee studiert. Entscheidend nämlich wird das Auftreten derjenigen Pflanzen, die gerade im f Hegenden Sande ihre besten Wachstums- l)edingungen finden, indem sie, von Sand überschüttet, neue Wurzeln und Halme treiben. Bei uns ist es der Strandweizen (Triticum junceum), dessen Samen obendrein auf nassem salzhaltigem Boden zuerst festen Fuß fassen. Seine Halme halten den Sand fest und treiben sofort neue Wurzeln. So entsteht ein immer größerer Sandhaufen, ein Vegetationshügel, hinter dem sich ein Zungen- hügel entwickelt. Stehen viele Triticumbüsche zerstreut nebeneinander, so verschmelzen die Sandhaufen und bilden den Beginn von Walldünen. Da nun der Strandweizen an einen gewissen Salzgehalt gebunden ist, der Sand der jungen Düne aber vom Regen ausgewaschen wird und jener obendrein ins Innere wandert und salzigen Untergrund verläßt, so werden die Lebensbedingungen für den Strandweizen ungünstig und es siedelt sich auf der Düne der Helm- oder Strandhafer an (Calamogrostis oder Psamma arenaria), das ist die wichtigste aller unserer Dünenpflanzen, die zur Befestigung des Flug- sandes am meisten beiträgt. Denn sie ge- deiht auch gerade im fliegenden Sande. So verwandelt sich die ,,Triticumdüne" in eine „Psammadüne". Mag auch eine Sturmflut den Strand weithin überfluten und ab- waschen, die junge Düne ist schon aus seinem Bereich gewandert und kann sich weiter entwickeln, während auf dem abgewaschenen Strand die Neubildung mit Hilfe des Strand- weizens aufs neue beginnt. So entsteht also parallel dem Strande eine Walldiine — die sogenannte Urdüne oder Vordüne — oder Stranddüne durch Verschmelzung von Vegetationshügeln, Zungenhügeln und wohl auch Sicheldünen. Sie wandert langsam in das Innere. Gegenwinde verändern oft ihre Form. Hindernisse bewirken eine unregel- mäßige x\usbildung der Leeseite. Das weitere Schicksal der Düne hängt von mancherlei klimatischen und lokalen Umständen ab. In unserem regenreichen Khma überzieht sich eine Düne, je älter sie wird und je mehr sie sich von dem Meer entfernt, immer mehr mit einer Vegetationsdecke, nämlich mit Heidekraut. Die ,, Grasdüne" verwandelt sich in die Heidedüne, die sich ihrerseits mit Ge- büsch und Wald bedecken kann. Diese Be- wachsung geht aber unregelmäßig vor sich, so daß an kahlbleibenden Stellen Windmulden und daran anschheßend Haldendünen ent- stehen. Schheßlich wird doch alles mit Heide und Gebüsch überzogen. Ein sehr unruhiges Gelände aus Kuppen, Rücken, Löchern, Furchen bildet den Abschluß der Entwickelung. Es ist dies die Kupsten- region. Ist der Strandwall gleichzeitig eine Neh- rung, so wird der Sand in das Haff fliegen und dieses zuschütten helfen. So kann sich die Düne langsam gegen den See vorschieben, falls nicht Bewachsung ihr Einhalt ge- bietet. Bei negativer Strandverschiebung und einer Flachsee mit sandigem Boden wird der Strand verbreitert, damit muß sich die Vege- tation nach dem Meere hin verschieben, der Dünengürtel wächst also in die Breite, aber kaum in die Höhe. Bei positiver Strandverschiebung ist die Entwickelung eine ganz andere. Das Meer zerstört die bereits vorhandenen äolischen Ablagerungen, eine Dünenkhffküste mit Ent- blößung loser Sandmassen entsteht und da- mit entwickelt sich eine energische Wind- erosion und -ablagemng. Neue Dünen werden aufgetürmt, indem die Vegetation als Hinder- nis wirkt. Mag auch diese im Kampf mit Düne zweitweilig siegreich sein, die Meeres- erosion hefert immer neue Sandmassen, die ins Inland wandern und so rücken die Dünen unbarmherzig weiter vor, solange das Meer vorrückt und dabei durch Zerstörung' 618 Atmosphäre (Greologiselio Bedeutung) des Ufers Sand geliefert wird, den der Wind landeinwärts wehen kann. Wiederum anders ist der Verlauf bei Stillstand der Uferlinie. Dünensande häufen sich auf und bilden die Stranddüne. Entweder wird diese bewachsen unter Aus- bildung von Windmulden, Kupsten und Haldendünen, oder sie wandert ganz oder streckenweise ins Innere bis auch sie in Form von Parabeldünen erstarrt. Inzwischen liefert aber die Küste neuen Sand und dieser wird gegen die Stranddüne getrieben. Sie nuiß wachsen bis auf ihrem Gipfel Winderosion und -ablagerung im Gleich- gewicht stehen. Es folgt dann ein Stillstand, die den Kamm der Stranddüne überfliegen- den Sandkörner werden wieder landeinwärts in bewachsenem Gelände abgelagert. Die Stranddüne wächst also allmählich in die Breite und zwar landeinwärts durch lang- same Ablagerung von Sand zwischen dem Heidekraut, Büschen und Bäumen. Gleich- zeitig erhöht sie sich unaufhörlich. So können allmählich breite, hohe Rücken und Flächen aus Dünensanden entstehen, die im Kampf zwischen Winderosion und Vegetation die Form einer Kupstenlandschaft annimmt. Die Wanderdünen unserer Küsten. Die riesigen 50 bis 60 m hohen Wanderdünen der Gascogne und der Kurischen Nehrung sind keine natürlichen Gebilde, sondern in- folge der Zerstörung der Vegetationsdecke durch den Menschen entstanden. Alle auf- gehäuften Dünensande sind dadurch aufs neue in Bewegung geraten und an dem Wider- stand der noch vorhandenen Vegetation sich stauend, sind die hohen und langen Dünenwälle aufgeschüttet worden. Wo ein- zelne Dünen allein vorwärtsrücken konnten, ohne sich mit den Nachbarn zu vereinigen, entstanden konkave Sicheldünen, Barchane, z. B. der Schwarze Berg bei Rossitten. In dem sehr breiten, alten Dünenfeld der Gascogne sind mehrere Dünenzüge hinter- einander gebildet worden. Bei ungehindertem Verlauf wird ein neues Dünenfeld mit über- wachsenen Parabeldünen, Kupsten, Wind- mulden entstehen, wie es früher bestand und nach Braun sich auch noch in Resten auf der Kurischen Nehrung nachweisen läßt. Die Veränderungen in festliegenden Dünen — Bildung von Bleichsand, Ortstein u. a. m. — haben mit der Atmosphäre nichts mehr zu tun, müssen daher hier unberücksichtigt bleiben. 3c) Steppengebiete. Unter diesem Namen seien alle diejenigen Gebiete zusam- mengefaßt, die durch eine lange Trocken- periode ausgezeichnet sind, in der die Vegeta- tion ruht und viele, ja zuweilen die meisten Pflanzen verschwunden sind. Der Boden ist dauernd oder auch nur in der Trockenzeit entblößt, indem die ausdauernden Pflanzen — Bäume, Sträucher, Stauden, Grasbüschel — in wechselnden Abständen voneinander stehen. Mit der Annäherung an die Wüste erfolgt der Uebergang in der Weise, daß die Lücken , zwischen den PfXanzen immer größer werden {^^ undl'schließHch ganz verschwmden können. Steppengebiet in diesem Sinne sind die tro- pischen Baum- und Grasländer mit an- nähernd halbjähriger Trockenheit, die sub- tropischen Steppen mit Winterregen und heißen regenarmen Sommern sowie die Salzsteppen in Uebergangsgebieten zwischen Steppen und Wüsten. Die Bedingungen für die Wind- erosion sind in Steppen wesenthch günsti- ger als in feuchten Gebieten. Die lange heiße Trockenzeit trocknet den Boden aus. Dieser Vorgang hat namentlich in chemischer Hinsicht eine ungemein wich- tige Folge, indem sich nämlich die Kolloide des Bodens in Gele verwandeln. Hierüber orientiert am besten Rani an 's Bodenkunde. Damit geht die Fähig- keit, bei Durchleuchtung zu backen und Klumpen zu bilden, verloren. Die bekannte „feinsandige" Beschaffenheit der Steppen- böden hängt damit zusammen. Ebenso- wenig, wie es an feinem Material fehlt, mangelt es an Winden, Man denke an die Passate der tropischen Steppen. Manche subtropischen Gebiete haben im allgemeinen freilich schwache unregel- mäßige Winde, allein sind doch stärkere Stürme dort keine Seltenheit, vor allem aber sind es die zahllosen Tromben an heißen Sommertagen, die über die Ebenen fegen und Staubmassen in bedeutende Höhen emporwirbeln. Sie wirken viel stärker als kräftige, horizontale Winde. Die gehobenen Staubmassen können weithin verfrachtet wer- den. Günstig wirkt in den Subtropen ferner der Umstand, daß die Niederschläge gerade in die kühle Jahreszeit fallen und auch in den Tropen ist die Zeit vor dem Regen stets die heißeste. Hitze, Trockenheit und Mini- mum der Vegetation wirken also zusammen und auch die Ausbildung der heftigen Pas- sate fällt in tropischen Steppen in die regen- lose Zeit. Wichtig werden die Niederschläge auch dadurch, daß sie aus benachbarten Wüsten eingeführten Staub niederschlagen und damit zur Bildung feinen Staubbodens Veranlassung geben. Der Wechsel von Nieder- schlag und Insolation in der Regenzeit hat chemische Vorgänge zur Felge, die für die Winderosion wichtig sind, und zwar in ne- gativem Sinn. Die früher geschilderten Aus- blühungen, die ,, Rinde" und die KaUdvrusten, sind es, die die oberflächlichsten Boden- schichten inkrustieren und damit der Wind- erosion entziehen können. Auch in den Salzsteppen spielen die Kalk- und Gips- krusten eine große Rolle; in der eigenthchen Atmospliärc (Geologische Bedeutung) 619 "Wüste treten sie zurück. In den Salzpfannen, die sich ja in Salzsteppen oft in großer Zahl finden, verkittet ausblühendes Salz den Boden beim Austrocknen. Allein gerade dort ent- faltet auf der vegetationslosen Fläche der Wind seine volle Kraft und die Korrasion der Sandkörner kann sehr energisch wirken. Das periodische Eintreten der Regen- und Trockenzeit hat zur Folge, daß die Flüsse einen stark wechselnden Wasserstand von oft 10 und mehr Metern besitzen. Infolge- dessen ist ihr Bett während eines großen Teiles des Jahres trocken und die vegeta- tionslose Fläche ein Spielplatz der Winde. Je trockener das Klima ist, je länger der Wind wirken kann und je spärlicher die Vege- tation ist, um so bedeutender wird seine Wirkung sein. Die Vegetation tritt dem Wind nicht so hinderlich in den Weg wie in feuchten Ge- bieten, immerhin hemmen Gebüsch und Steppenwald seine Arbeit oft gänzlich. Fliegender Sand kann sich gewöhnlich nicht bilden und Staubmassen werden festgehalten. Allein ist günstig wiederum die zerstreute Stellung der Büsche und Gräser und die geringe Beschattung des Bodens gerade während der heißesten trockensten Zeit. Auch hemmen niedrige Gras- und Zwergstrauch- steppen wenig die Kraft der Tromben. In keiner anderen Region erreicht die geologische Tätigkeit des Windes mit Unter- stützung der Tierwelt einen solchen Grad, wie in den Steppen. Denn dort leben infolge reichlicher Nahrung und des Vorhandenseins leichtlöslicher, zum Aufbau des Knochen- gerüstes notwendiger Salze die großen Her- den von Säugetieren und auch für Boden- tiere sind die Bedingungen günstig. Die Tätigkeit des Menschen ist verschieden zu beurteilen. Fördert er einerseits durch Ab- brennen der Gräser die Windarbeit, so hin- dert er sie andererseits durch Vernichtung des Wildes in empfindlicher Weise. Erst die Einführung großer Rinderherden kann hier kompensierend eingreifen. Gebilde der Winderosion. Charak- teristisch für die Steppen ist das Zurück- treten der Sandkorrasion gegenüber der Staubausfuhr unter dem Einfluß der treten- den und wühlenden Tiere. Leider sind in jenen Zeiten, als noch die großen Herden in den Steppen Afrikas und Nordamerikas lebten, direkte Beobachtungen über die Wir- kung der Tierhufe nur spärlich überliefert worden, einige positive Angaben hegen aber doch vor. Auch kann man rein deduktiv die Wirkung folgein. FlächenhafteAbtragung durch Staub- ausfuhr findet vielleicht in großem Umfang statt, und zwar namenthch durch die kraft- vollen Tromben, die den Staub hoch empor- wirbeln und entführen. Die Fußtritte der Herden zer.stören die „Rinde" und die Aus- würflinge der Bodentiere, daß aber auch mürbe und selbst kristalline Gesteine durch die Tierhufe in eine dicke Staubschicht umgewandelt werden, hat Pechuel-Lösche in Damaraland direkt beobachtet. Wo die Herden der Herrero weideten, bedeckte eine tiefe Staubschicht alles Land, verhinderte die Wassererosion, bot dem Wind aber reichlich Material. Wenn man sich in die früheren Zeiten zurückversetzt, als der Mensch noch nicht existierte, als die großen Säuger oder noch früher die Saurier, deren Körperge- wicht und Fußbreite um so vieles die unserer Rinder übertraf, ungestört die Steppen ab- weideten, so muß man sagen, daß die Begün- stigung der Winderosion durch die Tier- herden und die Einebnung des Bodens da- mals viel viel größer gewesen sein muß und von entscheidender Einwirkung auf die Oberflächengestaltung der damaligen Steppen- länder gewesen sein könnte. Lokale Winderosion. An Stellen, wo sich das Wild aus bestimmten Gründen zusammendrängt, z. B. an Wasserplätzen, die in flachen Vertiefungen liegen, an Salz- lecken oder an Stellen mit reichhcher Nahrung, wie es z. B. trocken gelegte Alluvialflächen sind, ist die Wirkung der zoogenen Wind- erosion ganz besonders kräftig und deutheb. Dort entwickeln sich lokale Vertiefungen, Schalen, Pfannen und selbst Becken von vielen Kilometern Durchmesser. Die Längs- achse der Pfannen läuft der Hauptwindrich- tung parallel und auf der Leeseite sind oft Dünen aufgehäuft. Der Staub ist aber ent- fernt, der Sand ist zurückgeblieben. Solche durch zoogene Winderosion geschaffene Pfannen sind in Südafrika, aber auch in den Prärien von Nordamerika verbreitet. Die Tonpfannen Australiens — clay paus — mögen z. T. ähnhcher Entstehung sein, ebenso wie flache Schalen in den Steppen und Wüsten- steppen Algeriens, wo die Herden längst aus- gerottet sind. Sie können, was Moritz im Namaland beobachtet hat, von tierischen Roll- plätzen oder von Stellen ausgehen, wo salzhal- tiger Boden, z. B. Kalktuffe, oder wo miube, durch Insolation leicht zerfallende Gesteine anstehen. Hat sich an solchen Stellen ein- mal eine flache Vertiefung gebildet, in der Wasser stehen bleibt, das den Boden aufweicht und zersetzt, wo beim Auftrocknen die leicht zerstörbaren Schlammschalen entstehen und Salze sich anreicheren, so sind alle Aussichten vorhanden, daß eine Pfanne entsteht. Gegenüber diesen Gebilden treten Lö- cher und Höhlen in Felsen, die unter der zersetzenden Wirkung von salzhaltigem Lößstaub entstehen und vom Winde aus- geblasen werden, zurück. Aeolische Ablagerungen in Step- pen. Viel wichtiger als die Erosionsformen 620 Atmosphäre ((leologisclie Bedeutung) sind die der äolischen x\blaoerung und zwar sind es namentlich zwei Formen, die be- deutungsvoll sind, die Flußdünen und die S t au b a b 1 ag e r u n g e n Flußdünen. Vorbedingung für die Entstehnng von Flußdünen ist das Vorhanden- sein von breiten, flachen, sandigen Flußbetten mit wechselndem Wasserstand in Kegen- und Trockenzeit. Steppenflüsse erfüllen im Flachland diese Bedingung häufig in hohem Grade, so z. B. in Südrußland. In dem periodisch überfluteten, mit rollendem Sand erfiUlten Flußbett kann die Vegetation nicht festen Fuß fassen und daher jagt der Wind in der Trockenzeit den Sand über die kahlen Flächen ins bew^achsene Land hinein. So entstellen Dünen, die mit denen der Küsten den linearen Ausgang gemeinsam haben und diesen daher in vielen Punkten ähneln. In der Trockenzeit fliegt der Sand, in der Regenzeit dringt die Vegetation vor. Be- stimmte Sandpflanzen spielen, wie an den Küsten, bei der Anhäufung und Befestigung die Hauptrolle. Die Höhe der Flußdünen ist im allgemeinen geringer als an Küsten; näm- lich lÖ bis 15 m, indes sind sie in Andalusien 25 m, in Südrußland .30 m hoch. Auch Ungarn, namentlich das Banat, hat ausgedehnte Fluß- dünenfelder. In Turkestan stammt nach Walt her der Saud der großen Wüsten von Flußsanden ab, nach Solger dagegen ist die Beteiligung der Flußsanddünen gering. Die Formen dieser sind noch wenig studiert, dürften aber von denen der Küsten dünen wenig abweichen. Die Frage ist insofern wichtig, als in Nord- deutschland zahlreiche fossile Dünen in den Urstromtälern entstanden sind und man aus ihrer Form auf die Windrichtung der Diluvial- zeit geschlossen hat. Solger nimmt Ost- winde an, weil nach Westen offene Sichel- dünen vorliegen, die aber durch Südwest- winde vor ihrer Bewachsung gewisse Um- änderungen der Böschungswinkel erlitten haben. Staubablagerungen. Die Bedingungen für Staubablagerungen sind in Steppen günstig, denn einmal sind Staubwinde aus benachbarten Wüsten häufig, sodann kann die Vegetation als Filter wirken, dazu kommt in den Subtropen das Ueberwiegen hohen Luftdruckes mit absteigender Luft und schwachen Winden, Vor allem aber ist das Einsetzen der Niederschläge wichtig, die den Staub ausfällen. Man kann verschiedene Arten der Steppenböden unterscheiden: Rote, staubige bis feinsandige Böden sind in den heißen Subtropen weit verbreitet. Das Material ist z. T. von be- nachbarten Bergen herabgeschwemmt worden, z. T. von Staubwinden aus Wüsten und Wüstensteppen herbeigeschafft worden, Kalkkrusten liegen häufig in V« bis IFuß Tiefe unter der staubigen Aufschüttung. Neben direktem äohschen Absatz ist das flächenhaft abfließende Regenwasser bei ihrer Ablage- rung in den Ebenen und auf flachen Ge- hängen stark beteiligt. In der südafrika- nischen Karru, in den algerischen und kleinasiatischen Hochsteppen, in den sub- tropischen Teilen des Felsengebirges sind solche röthche Staubböden verbreitet. Der Löß. Weitaus die wichtigste .Vrt der Staubablagerungen ist aber der Löß, eine gelbe bis gelbbraune, ungeschichtete bis geschichtete, von verzweigten kapillaren Röhrchen, die oft mit Kalk inkrustiert sind, durchsetzte feinerdige poröse, zerreibhche Erde, die namentlich in China verbreitet ist und dort einige hundert Meter Mächtig- keit erreichen kann. Mergelkonkretionen — die sogenannten L ö ß m ä n n c h e n — sind häufig und können ganze Hori- zonte erfüllen. Reste von Steppenschnecken und Steppensäugetieren sind nicht selten eingeschlossen. In China erfüllt er Becken zwischen Gebirgszügen und Landschwellen. Häufig liegen Salzseen in tiefsten Stellen der Lößbecken. Der chinesische Löß ist auf verschiedene Weise entstanden. Z. T, ist er sicher eine Wasserablagerung in See- becken und dann geschichtet, fester, ohne kapillare Struktur, enthält oft Wasserschnek- ken und kommt als nichtäolisches Gebilde hier nicht in Betracht. Bezüglich des echten äolischen Lößes kann kein Zweifel darüber bestehen, daß sein Material aus den zentral- asiatischen Wüsten stammt, und aus der Zer- störung verschiedener, namentlich diluvialer iVblagerungen hervorgegangen ist. Staub- winde bringen ihn nach Osten. Nach V. Richthof en erfolgt nun sein Absatz unter dem Einfluß der Steppenvegetation, die wie ein Filter wirkt. Auch Windstillen sind ohne Zweifel von Einfluß. Vielleicht hat aber V. Richthofen doch die Beteiligung des Wassers bei der Lößablagerung unterschätzt. Denn die Lößbildung erfolgt namentlich dort, wo die regelmäßige Regenzeit einsetzt. Der ausgefällte Staub wird von den Gebirgen in die flachen Becken geschwemmt, bezw. der in die Lößbecken fallende Regen bringt ihn auf die Steppenf lache herab. Dabei handelt es sich nicht um stehendes Wasser, sondern um schnell versickernden Regen. So erklärt sich die Beckenlagerung des Lößes und so können aiich die Einwände gegen äohsche Entstehung, die namentlich bei dem dihivialen Löß in Deutschland geltend gemacht worden sind, erklärt werden. Nicht Wind allein, auch das Wasser ist bei seiner Ablagerung stark be- teiligt. Moderner Löß ist in ganz Zentral- asien, Turkestan, Kleinasien verbreitet, und geht dann über in den diluvialen europä- ischen Löß, der sich in breiten Streifen süd- lich der glazialen Ablagerungen von Ru- Atmosphäre (Geologische Bedeutung) 621 mänien über Ungarn, Mittel- und Süddeutscli- land nach Belgien und Nordfrankreicli zielit. Ferner finden sich Lößablagerungen in Süd- australien gerade da, wo die Winterregen- zone an die Viktoriawüste grenzt. Ivößähn- liche Böden haben eine ungeheure Verl)reitung in den Pampas, Llanos und in den Prärien Nordamerikas. Schwarzerde — Tschernosjom ist ein Löß, der oberflächlich durch Humus- abscheidungen schwarz gefärbt ist. Die „Atmosphiire" spielt insofern eine Rolle, als kalte Winter, mit periodischem üppigen Kraut- und Graswuchs vereint, die Ausfälhing und Konservierung der Humussubstanzen unter Vermischung mit Staubablagerungen veranlassen dürften. 3d) Wüsten. Bedingungen der Wind- erosion. Das Hauptgebiet der Windtätig- keit sind die Wüsten und zwar aus folgen- den Gründen. Einmai ist die Insolations- wirkung, die Staub bis zu gröbsten Schutt entstehen läßt, sehr groß. Die Austrockimng des Bodens ist infolge der Hitze und Luft- trockenheit hier wohl größer als irgendwo. Der Wind ist im Mittel w^ohl nicht besonders heftig, i Avenn auch Orkane — namentlich kurze, i als starke Tornados keine Seltenheit sind. Dagegen ist die Trombenbildung groß und wirksam. Am wichtigsten aber ist die iVrmut an Vegetation. Kein Schatten hält den Boden feucht, der Wind wird nicht gehindert. Andererseits fördern Tiere gar nicht oder nur in geringem Grade die Winderosion. Formen der Winderosion. Die Frage, w^elche Erscheinungen in Wüsten auf Winderosion zurückgeführt werden müssen, ist nicht leicht zu beantworten. Einmal kommen gelegenthch starke und sehr wirk- same Regengüsse vor, die gewaltige Schutt- massen in den Wadis herabschaffen können, vor allem aber liegt vor der heutigen Zeit die Pluvialzeit, deren Wirkungen in Form von Flußbetten, Schotterablagerungen, Kalk- tuffen u. a. m. oft sein deutlich in Eischei- nung treten und daher mit moderner Wasser- wirkung verwechselt w^erden können. Wäh- rend ein sehr großer Teil von Forschern — namentlich in Amerika, wo die Wüsten z. T. mehr Salzsteppen genannt werden müssen — dem Winde nur eine ganz bescheidene Rolle anweisen, steht J. Walt her auf dem ent- gegengesetzten Standpunkt, indem er die Pluvialzeit leugnet und alle Erscheinungen, auch die Wadis hauptsächlich durch Wind- erosion erklären will. Lehrreich und wichtig sind die Beobachtungen Burmesters, der von den Wadis Aegypt/ens angibt, daß in den großen noch die Wassererosion dominiere, in den kleinen sich dagegen überall die „Schutzrinden" bildeten als Zeichen herr- schender Wüsten Verwitterung. Ebenso wie die Wadis ist auch die Ent- stehung der Zeugenberge durch Winderosion allein stark bezweifelt worden, da sie jedoch z. T. in recht ebenen, niederschlagsärmeren Wüsten auftreten, weit ab von allen Wadis könnten sie sehr wohl ganz überwiegend durch Winderosion entstanden sein. Ein Gegenstand des Streites ist ferner die Mechanik der Windwirkung. Walther hält die ,, Deflation" für das Hauptagenz. xMlein da diese aus Ablation und Korrasion bestehen soll, ist Deflation identisch mit Winderosion, also ein entbehrliches Wort. Fragt man aber, was wirksamer ist. ob Wind- ablation oderWindkorrasion, so muß man fol- gendes sagen. Ueberall, wo Sand vorhanden ist — und dieser fehlt wohl nur selten in Wüsten, wenn er auch spärlich sein kann — spielt der Sandschhff die entscheidende Rolle, zumal dort, wo die Gesteine nicht zu feinblätterigen und .staubigen Zerfall neigen. Außerdem ist die Korrasion am stärksten in den Ebenen und am Fuß der Berge. Der abgestürzte Schutt wird zerrieben und so die steilen, mit geringer Schuttböschung auf- ragenden Berge gebildet. Je höher man über die Ebene steigt, um so mehr läßt der Sandschliff nach und um so mehr kann iVb- lation hinzutreten. Allein da die abge- hobenen Teilchen sofort selbst als Geschosse benutzt werden, hört praktisch die Korrasion nie auf und es ist unmöglich zu sagen, ob eine Ablation allein in größerem Umfang die Hauptrolle spielt. Regionen der Winderosion. Die Gebiete, in denen Winderosion hauptsäch- hch zu Hause ist, sind die Gebirgs-, Fels-, Kies- und Lehmwüsten. Li den Gebirgs- und Felswüsten sind die Kleinformen, wie Löcher, Höhlen, Grotten, Gitter, Pilz- felsen, sowie die Großformen, wie Zeugen- berge, Kessel, Pfannen, Gesteinswälle weit verbreitet. Ein unregelmäßiges Gewirr von Felsen, Zacken, Gipfeln. Kämmen, Löchern, Furchen, Spalten ist die Chebka der alge- rischen Wüste. Am besten orientiert hier- über das Werk von Gant hier. Auch die Wadis, an deren Ausgestaltung der Wind mindestens mithilft, sind am dichtesten in der Gebirgs- und Felswüste zu finden. Li der Kieswüste oder Hamada — bei besonderer Höhenlage und Ausgestal- tung auch Sserir genannt — ist der Boden meist mit erbsen- bis faustgroßen eckigen Gesteinsstücken bedeckt, an denen man die Bildung der Kantengesclhebe gut studieren kann. Auch die wurmähnlichen Riefen sind sehr entwickelt. Von Hohlformen findet man ganz flache Schalen von einigen hundert Metern Durchmesser, die in Algerien Daia, d.h. Loch heißen. Sie sind wohl durch Windero- sion entstanden. Vielleicht haben auch Herden- tiere in früherer, regenreicherer Zeit, als das 622 Atmosphäre (Greologisclie Bedeutung) Land eine Steppe war, zu ihrer Entstehung beigetragen. Die ganze Hamada ist ein Produkt der "Winderosion. Die härtesten Gesteinsstücke sind Hegengeblieben und haben sich als Geröllschicht, als Steinpflaster angesammelt. Dieses wird nur allmähhch und flächenhaft durch Sandschliff erniedrigt. In der Lehm wüste, auf deren Entste- hung im nächsten Abschnitt über äolische Ablagerungen eingegangen werden soll, kommen die tiefen Furchen vor, die Swen Hedin unter den Namen Schardang aus Zentralasien beschreibt. Auch rundUche und längliche Pfannen werden ausgehöhlt, die sich "häufig in Salzpfannen verwandeln. Weitaus am wichtigsten aber ist die flächen- hafte Abtragung durch das Sandgebläse, die Ausfuhr der Salze und des Staubes, sowie die Anhäufung, des Sandes zu Dünen. Die Zeugenwüste ist eine richtige Denudationslandschaft und mit der Lehm- und Kieswüste häufig vereinigt. Die Zeugen bestehen dann aus Lehm oder festen Gestei- nen, während die schwerzerstörbaren Ueber- reste die Kieswüste bedecken. Wegen des Sandschliffs ragen die Zeugen meist mit nur geringer Schuttböschung steil und unver- mittelt aus der Ebene auf. Eine Zeiigenwüste waren vielleicht einstmals die heutigen Insel- berglandschaften im tropischen Afrika und Brasihen, sowie die im subtropischen Südafrika und Australien. Indes könnten sie auch in trockenen Steppen bei Anwesen- heit zahlreicher Herden großer Wirbeltiere im Laufe des Mesozoikums und des Tertiärs durch zoogene Winderosion bei gleichzeitigem Wirken flächenhaft abfließenden Regenwassers entstanden sein. Aeolische Ablagern ng~en. Charakte- ristisch für die Wüsten ist die Ausfuhr des Staubes, der durch Winde, — namenthch Tromben — emporgewirbelt wird. Ein großer Teil dieses Staubes gelangt in benachbarte Steppen oder Meere und selbst in die feuchten Regionen der Tropen und unserer Breiten. Ein Teil des Staubes bleibt aber in der Wüste. Staubablagerungen bilden sich in den Wüsten fortwährend, sind aber vergäng- licher Natur. Staub von rötlicher Farbe bedeckt nach jedem Sturm die Dünen und bildet häufig auf ihnen Rippeln. Festgehalten wird er aber gewöhnlich nur, wenn er in Salz- pfannen gerät, wo er auf dem nassen Boden kleben bleibt und mit Salzlösungen durch- tränkt wird, oder wenn er durch Regenwasser in die abflußlosen Pfannen geschwemmt wird. So können Salzlehmflächen entstehen. Die australischen Tonpfannen halten wohl auch viel äolischen Staub fest, dürften also z. T. äohsche Gebilde sein. Freilich ist der Staub in solchen Pfannen immer wieder der Wind- erosion ausgesetzt. k^andablagerungen. Weitaus am wich- tigsten sind die Dünenbildungen. In den Fels-, Kies- und Lehmwüsten bildet sich der Sand durch Zerstörung von Sandsteinen, sandigen Kalken, Mergeln, Lehmen, daneben auch aus kristaUinen Gesteinen. Nach Ausblasen der leichten Bestandteile bleibt grober Schutt, Kies und Sand zurück und letzterer beginnt zu wandern Dünenformen. In Kies- und Lehm- wüsten, wo der Sand nur streckenweise auf- tritt, beginnt das Reich der Einzeldünen, der Bogendünen, Zungenhügel und Strich- dünen, die mit den Winden hin- und her- wandern. Allein die Hauptwindrichtung wird schließUch maßgebend. So kann der Sand schließlich aus dem Gebiet eines herr- schenden Windes heraus in ein sozusagen neutrales Gebiet geraten, wo mehrere Wind- systeme unentschieden kämpfen; dort häuft er sich an. So entstehen große Sandfelder, in denen der Sand alles oder fast alles be- deckt. Häufig sind solche Gebiete gleich- zeitig große allseitig geschlossene Niederungen. Die Äreggebiete der westhchen Sahara, das Sandfeld der libyschen Wüste, die Nefud und Dehna in Arabien, die Sandwüsten der aralokaspischen Niederung, und des Tarym- beckens, teilweise die Sandfelder der Kala- hari wären hier zu nennen. Die Sandfelder sind nicht gleichartig geformt. In der algerischen Sahara unter- scheidet man zwei Arten, Nebka und Areg oder Erg, Namen, die in die wissenschaft- liche Nomenklatur aufgenommen werden könnten. Nebka ist ein Sandfeld mit wenig mäch- tiger Sanddecke, die ganz unregelmäßige Flächen, Rücken, Kuppen, Furchen und Pfannen besitzt. Flüchtige Barchane sind dort häufig. Es ist die Region, in der die Dünen- bildung an Büschen beginnt, die Vertiefungen gehen häufig bis auf das Grundgestein hinab — in "Algerien pleistozäne Lehme und Sandsteine. Der kahle Boden wird vom Sand geschliffen und ausgetieft. Dabei entstehen Staub, der fortfliegt, und Sand, der liegen bleibt. In der Nebka entsteht also der Sand. Das Erg ist dagegen ein Sandfeld aus Wall- dünen, das mit dem'Wandern des Sandes all- mählich aus der Nebka entsteht. Die Wälle streichen einander parallel, wenn auch zahl- reiche Unregelmäßigkeiten vorkommen und breite Zwischenräume liegen zwischen ihnen, in denen der Untergrund hervortreten, Quellen und gute Weide sich finden können. Während in manchen Dünengebieten ein Vorrücken des Sandes deutlich ist, so z. B. in den aralokas- pischen Wüsten, stehen andere still, so daß. sie seit Jahrhunderten als Wegweiser dienen und Brunnen an ihrem Fuß bestehen bleiben.. Die Erklärunsr für solchen Stillstand ist oft Atmosphäre (Geologische Bedeutung) 62ä versucht, allein noch nicht einwandfrei gefunden worden. Jedenfalls können die Walldünen der Wüste auf verschiedene Weise entstehen und aus verschiedenen Gründen unbeweglich sein. Einmal können sie einen Gesteinskern besitzen. Vatonne hat auf dem Wege nach Ghadames die Entstehung solcher Dünen in allen Uebergängen ver- folgen können. Genau dasselbe kann man in der Kalahari feststellen, z. B. im Chansefeld. Wenn also eine alteäolischeDenudationsland- schaft aus aufgerichteten Schichten besteht, deren widerstandsfähigste Gesteine in Form langer paralleler Wälle herausgewittert sind, so können lange Walldünen bei Versandung des Gebietes entstehen, und zwar feststehende Walldünen. Ein anderer Erklärungsversuch weist darauf hin, daß die Wal'dünen sich in einem Gebiet wechselnder Winde befinden und daß diese sich ungefähr das Gleichgewicht halten. Daher sollten die Dünen nur langsam oder gar nicht wandern. Außerdem macht man auf die große Höhe der Dünen — bis 200 m — und die großen Sandmengen, die bewegt werden müssen, aufmerksam. Auch sind ja, von ver- einzelten Stürmen abgesehen, die Winde in subtropischen Wüsten nicht sehr kräftig. Also wandern die großen Walldünen der Wüsten, worauf Zittel besonders hingewiesen hat, nur sehr langsam. Schließhch hat nach dem Vorgang von Baschin namenthch Solger das Helmholtzsche Gesetz der Wellenbildung herangezogen. Das Charakteristische der Sandwüsten besteht seiner Meinung nach in der primären Anhäu- fung von Sauden, die nun durch den maß- gebenden Wind in Wellen angeordnet werden, und zwar bleibt der Sand in den Knoten der vom Wind gebildeten Longitudinal- wellen liegen. Die Wellen bilden sich langsam, werden dafür aber auch um so höher uncl es wächst der Kammabstand, je länger und stärker die Kraft wirkt. Nun haf Swen Hedin in den Sandwüsten des Tarymbeckens beobachtet, daß die Richtung der Dünen mit der heutigen Hauptwindrichtung nicht übereinstimmt, daß sich zu letzterer z. T. Querdünen gebildet haben. Solger ist ge- neigt, anzunehmen, daß — vorausgesetzt, daß Hedins Angaben über die heutigen Winde richtig sind — das Walldünensystem in einer Zeit gebildet worden ist, als andere Winde, nämlich senkrecht zur Längsachse der WalJ- dünen, henschten und daß jetzt eine all- mähhche Umlagerung eintritt unter Ent- stehung eines Gitterwerks von Dünen. Schließlich muß noch erwähnt werden, daß F 0 u r e au in dem Erggebiet zwischen dem Tuareghochland und der südalgerischen Chott- region beobachtet hat, daß die Sandwälle den alten Flußläufen der Pluvialzeit parallel laufen und daher ist er der Ansicht, daß letz- tere für die Richtung der Walldünen von entscheidender Bedeutung sind. In der Kalahari kann man Aehnliches beobachten. Die Fragen sind noch ungeklärt, vor allem fehlt es noch an den meteorologischen Grund- lagen, namentlich auch an systematischen Beobachtungen über die Wirkung der Winde- aus verschiedenen Richtungen. Auch über die pluvialen Flüsse und ihr Verhältnis zu den Dünen fehlt es noch an genauen karto- graphischen und geologischen Aufnahmen. Eigenartige Verhältnisse herrschen in der Namib. Denn es entstehen an der Küste- die Dünen aus Meeressanden, erst weiter im Innern kommen in der Wüste entstandene- Sande hinzu. Da es aber an der notwendigen Vegetation mangelt, entwickeln sich nicht wie bei uns Stranddünen, sondern Barchane, Strichdünen und schließhch Walldünen, die- in langen parallelen Reilien angeordnet sind. Auffallend ist ferner die Einwirkung der Wadis, die, wie z. B. der Kuisib, den Dünen ein plötzliches Ende bereiten. Uebrigens sind die Verhältnisse dort noch nicht näher studiert Der Passatstaub. Zum Schluß sei noch auf eine Erscheinung hingewiesen, die sich zuweilen auch bei uns zeigt, nämlich die- Staubfälle, die aus der Sahara stammen. Längst bekannt und nicht schwer zu erklären, ist der rötliche Passatstaub, der durch öst- liche Winde über das Meer westlich der Sahara hinausgetragen wird. Die Massen dürften bedeutend sein. Es kommt aber gar nicht so selten vor, daß bei der Entwickelung eines Tiefdruckwirbels über der algerisclien und marokkanischen Sahara Staubmassen in enormer Menge aufgewirbelt und durch südhche Luftströmungen oft wohl auf großen Umwegen nach Europa getragen werden, wo sie durch Regen und Schnee gefällt werden (Staubregen, Blutregen, Schmutz- regen). Hellmann und Meinardus haben den großen Staubfall vom 9. bis 12. März J901 genauer untersucht und die Herkunft des Staubes aus der Sahara sowie die meteoro- logischen Bedingungen festgestellt. Wichtig ist namentlich auch die Berechnung der Menge des auf europäischen Boden gefallenen Staubes. Sie beläuft sich hier auf mindestens 1,8 Millionen Tonnen, die im afrikanischen Küstengebiet gefallenen Mengen aber auf mindestens 150 Millionen Tonnen! LTnd diese schier unfaßbaren Massen hat der Wind in einem einzigen Tiefdmckwirbel emporgehoben und weithin transportiert. Nehmen wir das Gebiet, das den Staub geliefert hat auf 10 Breitengrade im Quadrat an, so hat der Wind von jedem Quadratkilometer rund 170 cbm Staub aufgehoben. Solche Zahlen zeigen am besten, welche Bedeutung der Wind als geologisches Agens besitzt. ^24 Atniosi"thäre (Geologische Bedeutung — Physikalisch-chemisches Verhalten) Xiteratur. Baschin, Die Enlstelmng wellenähn- licher Obcrflächevformen. Ztschr. d. Ges. f. Erd- kunde zu Berlin, Bd. 34, 1S99. — Verseihe, Dünenstudien. Zeitsch. d. Ges. f. Erdkunde zu Berlin, 190S. — Elie de Beautnont, Lcrons de geologic praliqicc, Bd. I, lS4-'i. — Berendt, Geologie des Kurisrhen Haffes. Königiiherg 1869. — E, Bertoly, Kräiiselvngsmarken u. Dünen. Jlünchcrier Gcogr. Studien, 3Iünelien 1908. — G. Braun, Entivickelungsgeschichtliche Studien an •europäischen Flachland küstcn und ihren Dünen. Veröffentlichungen des Instituts für Ileereskunde ■ und des Geographischen Instituts an der Uni- versität Berlin, Meß 15, Berlin 1911. — Bur- inester , Einige Beobachtungen über trojnsche ßchutzkrusten v. Wadibildungen, Bd. 98, Globus 1910. — Vaughan Cornish, On the formation •of sand-dwiies. Gcogr. Journal, Bd. IX, London 1897. — Cholnoky, Die Bewegungsgesetze des Flugsandes. Fohltani Köplöni, Bd. XXXII, 1902. — B, Chndeau, Sahara Soudanais. Paris 1909. — H. Cloos, Geologische Beobachtungen in Südafrika. 1. Wind und Wüste im deutschen JVamalande. Neues Jahrbuch für Mineralogie, Geol. und Paläont., Stuttgart 1911. — Cowles, The Ecological Eelations of the Vegetations of -Sand Dunes of Lake Michigcm. Botanical Ga- zette, Vol. XXVIII, 1899.' — Dünen buch, Wrrd/'7i und Wnndern der Dünen. Pflanzen- u. Tirrlrhcn auf dru Dünen. Düncnbau. Von Solger, Clraebner, Thteiietnann, Sjteiser, F. W. O. Schulze, Stuttgart 1910. — G. H. Dai'wiii, On the formation of ripplemarks in Sand. J'rocced of the Boy, Soc. of London, Bd. S6. — Forchhammer, Geognostische Studien, ■am Jleeres- Tfer. Neues Jahrb. für Mineralogie, I84I. — Foureau, Documents scientifiques de la Mission Saharienne Mission Foiireau-Lamy ■d' Alger au Congo par le Tchad, Paris 1903 bis 1905. — Mission au Sahara Bd. I. Gauthier, Sahara Algerienf Paris 1908. — Ä. v. Hedin, Scientific Residts of a journey in Ceniral-Äsia 1899 bis 1902, Stockholm 1904. — G. Hellman und W. Meinardus, Der große Staubfall vom 9. bis 12. 3Iärz 1901 in Nordafrika, Süd- und Mitteleuropa. Abhandlungen des Kgl. Preuß. Meleorologiselien Instituts, Bd. II, Nr. 1, Berlin 1901. — Jentsch, Geologie der Dünen. In Gerhard , Handbuch des deutschen Dünenbaus, Berlin 1900. — Jordan, Physische Geographie und Meteorologie der Libyschen Wüsten 1876. — Loczif, Die Beschreibimg der geologischen Beob- achtungen und deren Pesultate der Reise des Grafen Bela Szechenyi in Ostasien, Budapest 1893. — A. V. Middendorf, Einblicke ins Eerghanatal. Memoir de l' Academie de St. Petersburg, Bd. 29, 1881. — Ed. Moritz, Die Tirashochfläche. Mitteilungen aus den deutschen Schutzgebieten, Bd. 23, 1910. — S. Passarge, Die Kalahari, Berlin 1904- — Verseihe, Ueber Rumpfflächen und Inselherge. Zeitschr. d. geog. Gesellschaft, Berlin 1904. — Verseihe, Die pfan nenförmigen Hohlformen der südafrikanischen Stejjpen. . Petermanns Mitteilungen 1911. — Verseihe, Verwitterung und Abtragung in den Steppen und Wüsten Algeriens. Verhandl. des 17. deutschen Geographentages zu Lidteck, Berlin 1910: — Verseihe, Physiologische Morphologie. Hamburg 1912. — Pechuel- Lösche, Zur Kennt- nis des Hererolandes. Das Ausland, S. 823 f., 1886. — - liaman, Bodenkunde. Berlin 1911. — tT. lieinke. Die EntwickelungsgescJdchte der Dünen an der Westküste von Schleswig. Sitzungsber. d. Kgl. Preuß. Akademie der Wissenschaften zu Berlin 1903. — Verseihe, Botanisch-geologische Streifzüge an den Küsten des Herzogtums Schles- wig. Wiss. Meeresuntersuch. hsg. von d. Kieler Kommission, N. F. XIII, Erg. H. 1903. — Ver- seihe, Die Ostfriesischen Inseln. Ebenda X, Erg. IL 1909. — Verseihe, Studien über die Dünen unserer Ostseeküste. Ebenda. N. F. XII, 1911. — F. V. Richthofen, China. Bd. I, 1877. — Bolland, Sur les grandes dunes de sohle du Sahara. Bulletin de la Societe Gelogique de France, Bd. 10, 1882. — Verseihe. Geologie du Sahara algerien. Paris 1890. — Sokolow, Die Dünen. Berlin I894. — F. Solger, Studien über Standort deutscher Inlanddünen. Forschungen zur deutschen Landes- und Volkskunde, Bd. 19, Stuttgart 1910. — Mission de Ghadames, Va- tonne, Etudes sur les terrains et sur les eaux ^es 2>ays traversee par la mission. Alger 1863. — il7. Walther, Das Gesetz der Wüstenbildung. Berlin 1900. — Verseihe, Die Denudation in der Wüste. Abhandlungen der Kgl. sächsischen Gesellscheft der Wissenschaften. 27. Bd. der mathematischen Klasse 16, 1891. — Zittel, Bei- träge zur Geologie und Paläontologie der libyschen Wüste. Paläontographica, Bd. 30, 1883. S. Passarge, Atmosphäre. Physikalisch - chemisches Verhalten der Luft. 1. Druck, Masse imd Dichte der Luft. 2. Chemische Zusammensetzung. 3. Einwirkung auf Mineralien und Gesteine. 4. Bedeutimg für die Tier- mul Pflanzenwelt. 6. Vermutliche Ver- änderungen in der Zusammensetzung in Ver- gangenheit imd Zulamft. I. Druck, Masse und Dichte. Als Atmosphäre bezeichnet man im allge- meinen die einen Himmelskörper umgebende Gashülle, im besonderen die Lufthülle der Erde. Infolge ihrer Schwere übt sie auf ihre Unterlage und jeden in ihr befindlichen Körper einen Druck (Luftdruck) aus. Dieser wird gemessen durch die Höhe einer Quecksilbersäule, die ihm das Gleichgewicht hält (Barometer). Der Luftdruck (Baro- meterstand) ist abhängig von den meteoro- logischen Zuständen der Atmosphäre; an der Meeresoberfläche beträgt er im Mittel 760 mm Quecksilber oder l,Ö33kg auf 1 qcm. Hieraus läßt sich die Masse der gesamten Atmosphäre berechnen; sie beträgt rund noch nicht ein Millionstel der Erdmasse, Mit zunehmender Höhe nimmt der Druck ab; die Abhängigkeit ist gegeben durch die Formel h = 18432 (log b — log bi) wobei b und bj die Barometerstände zweier Orte bedeuten, deren Höhenunterschied h ist. Die Dichte der Luft hängt wie bei jedem Gas vom Druck und von der Temperatur ab. Unter normalen Verhältnissen d. h. bei einem Druck von 760 mm Quecksilber und der Atmosphäre (Physikalisch-chemisches Yerhalten) 625 Temperatur 0" ist die Dichte trockner Luft 0,001293. Im Durchschnitt kann man das Gewicht von 1 ccm Luft zu 1,2 mg annehmen. Ein Liter Lit wiegt demnach 1,2 g undl cbm 1,2 kg. Da die Dichte der Luft ebenso wie der Druck mit zunehmender Höhe aUmähhch abnimmt, kann man von einer Grenze der Atmosphäre und daher auch von einer be- stimmten Höhe nicht sprechen. In 75 km Höhe ist die Dichte nur noch Vioooo der Dichte am Meeresspiegel. 2. Chemische Zusammensetzung. Bis zum Ende des 18. Jahrhunderts hielt man die Luft für ein Element. Erst Pries tley und Scheele erkannten am Ende jenes Jahrhunderts, daß sie ein Gemisch von zwei Gasen, Sauerstoff und Stickstoff, ist. Das Verhältnis von 20,8 T. Sauerstoff und 79,2 T. Stickstoff wurde zuerst von Caven- dish bestimmt, der auch feststellte, daß die Zusammensetzung stets die gleiche ist. Dies ist seitdem durch viele Luftanalysen, nament- lich von Bunsen, Regnault und in neuerer Zeit von Hempel im wesenthchen bestätigt worden. Cavendish hatte auch bereits erkannt, daß außer Sauerstoff und Stickstoff noch ein dritter Bestandteil in der Luft vorhanden ist. Seine Beobachtungen wurden aber völlig vergessen und erst am Ende des vorigen Jahrhunderts haben Rayleigh und Ram- say das von ihnen Argon genannte Gas wieder entdeckt und genauer untersucht. Nach den sorgfältigsten Messungen ent- halten 100 T. trockene Luft Stickstoff . . Sauerstoff . . Argon .... dem Raum nach 78,13 20,93 0,94 dem Gewicht nach 75,5 23,2 1,3 Die örthchen und zeithchen Schwan- kungen in der Zusammensetzung der Luft sind äußerst geringfügig und nach den bis- herigen Beobachtungen von der Witterung völlig unabhängig. Neben diesen Hauptbestandteilen ent- hält die Luft noch einige weitere Gase in sehr geringer Menge, besonders Kohlensäure, Wasserdampf und einige dem Argon ähn- liche Gase. Der Gehalt an Kohlensäure schwankt zwischen 2,5 bis 3,5 T. auf 10000 Raumteilen Luft, beträgt also im Mittel 0,03%. lieber dem Festland ist er in der Nacht durch- schnitthch um 0,2 bis 0,3 T. höher als am Tage; über dem Meer ist ein Unterschied kaum vorhanden. In großen Städten wird die Kohlensäuremenge durch örthche Ver- hältnisse stark beeinflußt; im Durchschnitt ist sie aber selbst in Großstädten nur wenig (0,2 bis 0,3 T. auf 10000) höher als auf dem Lande, Verbrennungs- und Verwesungs- vorgänge, sowie auch die Einwirkungen der Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Band I. Pflanzenwelt machen sich nur in der aller- nächsten Nähe bemerkbar; nur vulkanische Erscheinungen vermögen den Kohlensäure- gehalt auch auf größere Entfernungen hin zu beeinflussen. Während Regen keine merkliche Wirkung auf die Kohlen sämemenge ausübt, wird sie durch Nebel oder Schnee ein wenig vermehrt, ebenso auch durch sehr starke Abkühlung ( — 10"). Diese, wie auch die nächtliche Zunahme des Kohlen- sämegehaltes ist wohl nur eine Folge der lang- sameren Vermischung der imteren, kohlen- säurereicheren Luftschichten mit den höheren. Starke Abnahme des Luftdrucks bewirkt eben- falls ein Anwachsen der Kohlensäure, wohl deshalb, weil dadurch größere Mengen Luft aus dem Erdboden austreten; die Bodenluft ist aber infolge der sich im Boden abspielenden Verwesimgsvorgänge im allgemeinen reicher an Kohlen säme als die Luft der freien Atmosphäre. In gleichem Sinne wirkt die Druckvermin derimg auch auf die vom Wasser absorbierte Kohlen- säure. Alle Schwankungen im Kohlensäure- gehalt der Luft werden durch den Einfluß des Meeres in hohem Maße a; sgegHchen, indem dieses bei einer Zunahme der Kohlen- säure große Mengen davon absorbiert, die es bei einer Abnahme ebenso leicht wieder abgibt. Die Luft enthält ferner wechselnde Men- gen Wasserdampf, ist aber nur ausnahms- weise damit gesättigt. Außer Argon kommen auch alle anderen Edelgase in der Luft vor, allerdings nur in äußerst geringen Mengen. Nach Ramsay enthalten 1 Million Teile Luft Raumteile Gewichtsteile Helium 4 0,56 Neon 12,3 8,6 Krypton 98 280 Xenon 11 50 Weiterhin sind noch äußerst geringe Men- gen von Wasserstoff und Kohlenwasser- stoffen, sowie von Ozon, Stickstoffoxyden, Ammoniak und radioaktiven Stoffen in der Luft enthalten. Alles, was wir über die Zusammensetzung der Atmosphäre wissen, bezieht sich zunächst nur auf ihre tieferen Schichten, die allein der unmittelbaren Untersuchiuig zugänglich sind. Temperatmbeobachtungen haben zur Aimahme einer bedeutungsvollen Grenze in durchschnitthch 11 km Höhe geführt. Der bis hierhin reichende Teil, den man als Troposphäre bezeichnet, ist der Schauplatz der gewöhnlichen meteorolo- gischen Erscheinmigen ; an Masse macht er etwa ^4 der ganzen Atmosphäre aus. Die Tropo- sphäre hat im wesentlichen die ims bekannte Zusammensetzmig. Auf Grund von Dämme- rungserscheinungen, leuchtenden Nachtwolken, Beobachtungen an Meteoriten u. a. ist von Hann die Ansicht ausgesprochen, daß in größerer Höhe die relative Menge der leichteren Gase schnell anwächst. Der Sauer stoffgehalt nimmt infolge- dessen von unten nach oben ständig ab und wird 40 626 Atmosi^jhäre (Physikalisch-cliemisclies Verhalten) bei etwa 100 km Höhe Null. Bis zur Höhe von etwa 70 km besteht die Atmosphäre vor- wiegend aus Stickstoff; darüber hinaus nimmt aber auch dieser rasch ab und verschwindet bei etwa 120 km völlig, so daß in 100 km Höhe die Atmosphäre fastmu- noch aus Wasserstoff besteht. In neuerer Zeit ist diese Theorie namentlich von Weg euer weiter ausgebaut worden. Nach ihm findet sich neben Wasserstoff in den höchsten Schichten der Atmosphäre noch ein leichteres, bisher unbekanntes Gas, das Geokoronium, dem er die auf keinen bekannten Stoff zm-ück- führbare grüne Spektrallmie des Polarlichtes zuschreibt. Der Gehalt an Geokoronium soll mit der Höhe zunehmen, so daß er bei 500 km etwa 93% beträgt. Bei diesen Zahlen darf man nicht vergessen, daß es sich bei der außerordentlichen Verdünnung der Gase in diesen Höhen doch nur um äußerst germge Mengen handelt. 3. Einwirkung auf Mineralien und Gesteine. Sauerstoff, Kohlensäure und Wasser sind die Ursache fast aller chemischer Veränderungen an der Erdoberfläche. Der Sauerstoff oxydiert das in Mineralien und Gesteinen enthaltene Eisenoxydul zu Eisenoxyd; sulfidische Verbindungen gehen durch ihn in Sulfate über; der Kohlenstoff organischer Stoffe wird zu Kohlensäure ver- brannt. Die Kohlensäure wirkt ebenso wie das Wasser zersetzend auf die Silikate unter Bildung von Karbonaten und wasserhaltigen Verbindungen (vgl. die Artikel „Kreislauf der Stoffe" und „Verwitterung"). 4. Bedeutung für die Tier- und Pflan- zenwelt. Das Vorhandensein von Sauerstoff und Kohlensäure in der Atmosphäre ist eine Grundbedingung für alles organische Leben. Die Pflanzen nehmen Kohlensäure auf, verbrauchen den Kohlenstoff zum Aufbau organischer Stoffe, während der Sauerstoff als solcher ausgeschieden wird. Der in den Pflanzen festgelegte Kohlenstoff dient den Tieren zur Nahrung und wird durch den bei der Atmung verbrauchten Sauerstoff wieder zu Kohlensäure verbrannt. Wahrscheinlich halten sich beide Vorgänge einigermaßen das Gleichgewicht. Aber selbst wenn dies nicht der Fall wäre, würde sich die Zusammen- setzung der Luft in absehbarer Zeit nicht merklich ändern. Würde gar kein Sauerstoff zurückgebildet, so würde durch den Ver- brauch der Tierwelt der Sauerstoffgehalt schätzungsweise erst in 1 bis 2000 Jahren um 0,1% abnehmen (vgl. den Artikel ,,Kreis- lauf der Stoffe"). 5. Vermutliche Veränderungen in der Zusammensetzung in Vergangenheit und Zu- kunft. Ueber die Verändermigen in der Zu- sammensetzimg der Atmosphäre während früherer geologischer Zeiträume wissen wir so gut wie gar nichts. Nachdem sich die erste Erstammgs- kruste verfestigt und so weit abgekühlt hatte, daß sich das Wasser in flüssiger Form darauf niederschlagen konnte, bestand die irrsprüng- liche Atmosphäre möglicherweise nm" ans Stick- stoff imd Kolüensäure. Die Hauptmenge des Sauerstoffs ist vielleicht erst durch die Tätigkeit der Pflanzen gebildet worden. Das Vorkommen sauerstoffreicher Verwitterungsprodukte in den ältesten mis bekannten Schichtgesteinen beweist jedoch, daß damals bereits reichliche Mengen von Sai;erstoff vorhanden gewesen sem müssen. Aus dem Auftreten einer reichen Insektenwelt im Karbon hat man geschlossen, daß die Luft damals die gleiche Zusammensetzung gehabt habe wie heute; dieser Schluß ist jedoch nicht zwin- gend, da Insekten auch einen viel höheren Kohlen Säuregehalt mid niedrigeren Sauerstoff- gehalt vertragen können- Schwankmigen im Kohlensämegehalt sind ebenfalls möglich und sogar sehr wahaschehilich. Der lüeislauf des Kohlenstoffs in der organischen Welt verläuft so schnell, daß er kernen großen Einfluß auf die Menge der Kohlensäure in der Luft ausüben kann. Die Hauptquelle für die Kohlensäiue sind \iilkanische Vorgänge, dmch die der Atmosphäre ständig große Kohlen säm-e- mengen zugeführt werden. Andererseits wird ihi' ebenso ständig durch die Bildmig von Kar- bonaten bei der Verwittermig Kohlensäure entzogen. Beide Vorgänge brauchen sich nicht notwendigerweise das Gleichgewicht zu halten, in verschiedenen geologischen Perioden kann \aelmehr der eine oder andere überwogen haben xmd dadmch der Kohlensäuregehalt zu- oder abgenommen haben. Auf derartige Schwan kim- gen im Kohlensäm'egehalt suchen Arrhenius mid Frech die Eiszeiten zm'ückzufühien. Im großen und ganzen müssen freilich mit fortschreitender Abkühlmig der Erde die vulkanischen Vorgänge immer schwächer und die von ihnen gelieferten Kohlensäuremengen immer geringer werden. Durch die Verwitterung wird dagegen auch weiterhin immer mehr Koh- lensäure, Sauerstoff imd Wasser gebmiden, so daß allmählich der relative Stickstoffgehalt zu- nehmen muß. Die Gase vieler Mineralquellen shid reich an Stickstoff. Ob dessen Menge hierdurch ver- mehrt wird, ist jedoch zweifelhaft, da es sich vielleicht nvu- um Luft handelt, die vom Wasser absorbiert imd mit in die Tiefe genommen wurde, wobei sie ihren Sauerstoff dmch Oxydations- vorgänge verlor. Wie für den Stickstoff gilt dies auch für das in Quellgasen ebenfalls häufig vorkommende Argon. Helium mid die übrigen Edelgase verdanken ihren Ursprmig vielleicht ganz oder doch größten- teils dem Zerfall radioaktiver Stoffe. Wasserstoff wird der Atmosphäre diuch vul- kanische Vorgänge zugeführt. Daß seine Menge ebenso wie die des Heliums so sehr gering ist, findet seine Erklärmig wohl darin, daß diese leichten Gase infolge ihrer großen Molekular- geschwindigkeit verhältnismäßig leicht in den Weltraum entweichen, sobald sie in solche Höhen gelangen, daß die Anziehmigskraft der Erde nicht mehr ausreicht, um sie zurückzuhalten. Literatur. Chnelin und Kraut, Handbuch der anorganischen Chemie. Herausgegeben von C. Friedheim. 7. Avfl., Heidelberg 1907, Bd. 1, Abt. 1, S. 50. Hienn ansführliche Lite- Atmosphäre (Physikaliscli-chemisches A^erhalten) — Atmosphärische Elektrizität 627 raturangaben bis 1907. — W. llamsay, Per- centage of the Inactive Gases in l/ie Atmospherc. Proc. Boyal Soc. London. Series A. 50, 599. — J, Hann, Die Zusammensetztmg der Atmosphäre. Meteorolog. Zeitschr. 1903, S.122. — A. Wefjenev, Unter siichun gen über die obersten Atmosphären- Schichten. Phijsikal. Zeitschr. 12, 170 u. 21J,. W. Melgen. Atmosphärische Elektrizität. I. Das elektrische Feld (Potentialgefälle) in der Atmosphäre : I.Allgemeines, Definition. 2. Messung und Registrierung des Potentialgefälles. 3. Das Be- obachtungsmaterial. 4. Jährlicher und täghcher Gang des Potentialgefälles. 5. Die Abhängigkeit des Potentialgefälles von meteorologischen Ele- menten. 6. Das Potentialgefälle in höheren Schichten der Atmosphäre. II. Die elektrische Leitfähigkeit der Atmosphäre: 7. Allgemeines, lonenhypothese. 8. Methoden und Instrumen- tarium zur Untersuchung der Elektrizitätslei- tung in der Atmosphäre. 9. Beobachtungsmaterial über Leitfähigkeit, lonenzahl, lonengeschwiiulig- keit. 10. Jährhcher und täglicher Gang der Leitfähigkeit. 11. Die Abhängigkeit der Leit- fähigkeit von meteorologischen Elementen. 12. Die elektrische Leitfähigkeit in höheren Schichten der Atmosphäre. 13. Die in der At- mosphäre wirksamen Ionisatoren. III. Elektri- sche Strömungen in der Atmosphäre: 14. Der normale Leitungsstrom und Konvektionsstrom. 15. Messung und Registrierung des vertikalen Leitungsstromes. 16. Beobachtungsresultate. 17. Der gestörte Leitungs- und Konvektionsstrom, Niederschlags- und Gewittert lektrizität. 18. Leuchtende Entladungen in der Atmosphäre. 19. Hypothesen zur Niederschlags- und Gewitter- elektrizität. 20. Der Elektrizitätshaushalt der Erde und der unteren Atmosphäre. ^ I. Das elektrische Feld (Potential- gefälle) in der Atmosphäre. 1. Allge- meines, Definition. Zwischen jedem Punkte der freien Atmosphäre und dem Erd- boden besteht eine elektrische Spanniings- differeuz, die im allgemeinen mit der Ent- fernung des Aufpunktes von dem Erdboden zunimmt. Bei schönem Wetter entspricht sie einer positiven Ladung der Luft und einer negativen Ladung der Erde, bei Niederschlägen und in einigen anderen Fällen treten Stö- rungen auf, die mit Schwankungen dieser Potentialdifferenz nach Größe und Rich- tung verbunden sind. Es besteht also auch zwischen je zwei Punkten der Atmosphäre eine elektrische Spannungsdifferenz, die auf die Längen- einheit des Abstandes bezogen als Po- tentialgefälle oder Potentialgradient bezeichnet wird. Wegen der Schichtstruktur der Atmosphäre sind die in horizontaler Richtung gemessenen Gradienten im allge- meinen außerordentlich klein; merkliche Werte zeigt lediglich die Vertikalkompo- nente. Von dieser wird im folgenden als von dem Potentialgefälle schlechthin die Rede sein. Das Potentialgefälle wird in üblicher Weise in Volt/m (Volt pro Meter) angegeben. Zur Reduktion des üblichen Maßes auf absolutes elektrostatisches Maß sind die in Volt/m gemessenen Werte durch 30000 zu teilen. Bezeiclmet cp das Potential aller wirksamen Ladungen, li die Höhe über dem Boden, g die räumliche Dichte und r] die Flächendichte der Ladung, so gelten die Beziehungen : — 4i7CQ = '9p dh ,2 ' . d9 ^^^=dF d^ dg? _ „ . ^ ^^ jr- = -jr- am Erdboden genommen). Man erhält also durch Messung des Potentialgefälles als Funktion der Höhe die Verteilung der elektrischen Ladungen in der Atmosphäre bezw. die Dichte der Flächenladung am Erdboden. 2. Messung und Registrierung des Potentialgefälles. Das absolute (auf die Ebene bezogene) Potentialgefälle mißt man mittels zweier Elektroden oder Kollek- toren, die man in meßbarem Vertikal- abstand isoliert befestigt und mit den Polen eines Elektrometers verbindet. Ist die abgelesene Potentialdifferenz J V Volt, die Höhendifferenz J h Meter, so ist unter Voraussetzung eines homogenen elektrischen d 09 z/ V Feldes das Potentialgef alle — rr- = -jr:- Bei * dh ^ h Messungen am Erdboden begnügt man sich häufig mit einer Elektrode, deren Potential- differenz gegen den Erdboden bei hinreichend ebenem Gelände unmittelbar das Potential- gefälle ergibt. Als Elektroden sind neben Flammen- kollektoren Tropf- und Spritzkollektoren, aktinoelektrische und radioaktive Elek- troden in Gebrauch. Eine andere Methode zur Messung des Potentialgefälles am Erdboden beruht auf der Messung der Ladung, die ein dem Erd- felde ausgesetzter geerdeter Leiter nach Aufhebung der Ladung innerhalb einer geerdeten Hülle annimmt (C. T. K. Wilson). Als transportable Elektrometer für Po- tentialgefällemessungen sind neben dem Gold- oder Aluminiumblattelektrometer (Exner, Elster-Geitel) neuerdings Quarzfaden- elektrometer (Wulff, Lutz) in Gebrauch (vgl. den Artikel „Elektrostatische Messunge n"). Zur Registrierung des Potentialgefälles verwendet man eine isoliert an der Wand oder auf dem Dach des Stationsgebäudes befestigte Elektrode, die mit emem photo- graphisch (Mascart, Elster-Geitel) oder mechanisch (Benndorf) registrierenden Elektrometer verbunden ist. Die von einer 40* 628 Atmosphärische Elektrizität solchen Elektrode in gegebener geerdeter Umgebung registrierten Relativwerte des Potentialgefälles werden durch Simultan- messungen in der Nachbarschaft der Station auf die Ebene reduziert. Bei Messungen des Potentialgefälles im Freiballon verwendet man zwei Kollektoren in hinreichendem Abstände vom Ballonkorbe, um Störungen durch die Influenzladungen des Ballons zu vermeiden. Eigenladungen des Ballons, die durch Gebrauch trockenen Ballastsandes leicht in störender Größe erzeugt werden, macht man durch einen besonderen Entladekollektor oder durch Gebrauch von Wasserballast unschädlich. 3.D as Beo bachtungsmat er ial. Unsere Kenntnis des Potentialgefälles am Erdboden ist noch eine sehr unvollkommene; die Festlandsbeobachtungen sind verhältnis- mäßig zahlreiche aus der gemäßigten Zone, spärliche aus polaren und tropischen Gegen- den. Vom Meere liegen nur vereinzelte Messungsreihen vor. Von dem gesamten Material bezieht sich nur ein Bruchteil auf absolute Werte. Mit Sicherheit läßt sich jedoch jetzt schon sagen, daß Ab- weichungen von dem positiven Vorzeichen an störungsfreien Tagen nicht vorkommen und daß auch die Werte des PotcntialgefäUes überall von der Größenordnung 100 Volt/m sind. 4. Jährlicher und täglicher Gang des Potentialgefälles. Der Verlauf des Potentialgefälles zeigt selbst an niederschlags- freien Tagen bei dauernd positivem Vor- zeichen starke und anscheinend unregel- mäßige Schwankimgen. Die Bearbeitung eines über längere Zeit ausgedelmten Beobach- tungsmaterials mittels der harmonischen Analyse läßt einen deutlich ausgeprägten i'älu'hchen und täglichen Gang erkennen. )anach besitzt in unseren Breiten das Poten- tialgefälle ein Maximum in den Winter- monaten (etwa 450 Volt/m), von dem es im Frühling steil zu einem flachen Minimum (etwa 100 Volt/m) abfällt, um erst im H'^rbst wieder steil zu seiner winterlichen Höhe anzusteigen. Als Beispiel stellt die bei- gegebene Kurve den jährlichen Gang des Potentialgefälles nach den in Wolfen büttel erhaltenen Monatsmitteln dar. Der tägliche Gang des Potentialgefälles läßt sich darstellen als Superposition einer einfachen und einer doppelten täglichen Periode und zwar tritt an vielen Stationen in den Wintermonaten mehr die einfache, m den Sommermonaten mehr die doppelte Periode hervor. An polaren Stationen ist der tägliche Verlauf des Potentialgefällcs mehr durch eine dem Wintertypus ent- sprechende einfache Welle, an tropischen scheint er mehr durch eine doppelte Welle charakterisiert. Die einfache Welle zeigt ihr Maximum am Tage, ihr Mmimum in der Nacht; durch den Hinzutritt der doppelten Welle wird das Tagesmaximum in ein Vor- mittags- und ein Abendmaximum unterteilt, das nächtliche Minimum bleibt bestehen. Doch unterliegt die Phase der doppelten Welle von Station zu Station gewissen Schwankungen. Die doppelte Periode ist ein Phänomen der untersten, dem Erdboden 500 i \ 400 / \ \ / 300 \ / f \ 200 / / f \ ^ / 100 unmittelbar anliegenden Luftschichten. In ähnlicher Weise Schemen auch die Ampli- tuden der einfachen täglichen und jälirlichen Periode mit der Erhebung über den Erd- boden merklich abzunehmen. An bewölkten Tagen oder bei Bodennebel zeigt das Poten- tialgefälle große, unregelmäßige Schwankun- gen; das Tagesmittel ist kleiner als an heiteren Tagen. 5. Die Abhängigkeit des Potential- gefälles von meteorologischen Ele- menten. Die Abhängigkeit des Potential- gefälles von der Jalu-es- und Tageszeit steht in Analogie zu dem ähnlichen Verhalten der übrigen meteorologischen Elemente, so daß es nahe liegt, nach unmittelbaren Zu- sammenhängen des Potentialgefälles mit einzehien dieser Faktoren zu suchen. Mit Sicherheit lassen sich solche gesetzmäßige Beziehungen nicht nachweisen, da die einzehien meteorologischen Elemente unter- einander in verwickelten Zusammenhängen stehen, die es unmöglich machen, zwischen mittelbaren und unmittelbaren Einwirkungen der betreffenden Elemente auf das Potential- gefälle zu unterscheiden. Die rein statistische Methode kann nur eine zahlenmäßige Be- schreibung der vorliegenden Phänomene liefern. In einzelnen Fällen läßt sich aber aus der lonenhypothese der Elektrizitätsleitung in Gasen eine unmittelbare Abhängigkeit vermuten. Diese ist in allen denjenigen Fällen wahrscheinlich, für welche die lonen- hypothese einen unmittelbaren Zusammen- Atmosphärische Elektrizität 629 hang mit der Leitfähigkeit der Luft ergibt. Aenderungen der Leitfähigkeit sind nämhch im allgemeinen, worauf weiter unten (vgl. S, 635) noch näher eingegangen werden wird, mit Aenderungen des Potential gefälles ver- knüpft der Ai-t, daß einer Abnahme der Leitfähigkeit eine Zunahme des Potential- gefälles entspricht und umgekehrt. Von allen meteorologischen Elementen zeigt der Gehalt der Luft an S t a u b - u n d Dunstteilchen, der sich am besten aus der Durchsichtigkeit der Luft schätzen läßt, den auffälligsten Einfluß auf das Potential- gefäUe. An den Staub- und Dunstteilchen werden dauernd die in der Luft erzeugten Ionen gebunden — adsorbiert — wodurch ihre Geschwindigkeit und damit auch die Leitfähigkeit der Luft herabgesetzt wird. Je größer also die Anzahl der Adsorptionskerne ist, desto kleiner wird bei gleicher lonisie- rungsstärke die Anzahl der freien (leicht- beweglichen) Ionen sein; es wird also mit wachsender Zahl der Adsorptionskerne die Leitfähigkeit sinken, das Potentialgefälle ent- sprechend steigen. In der Tat läßt das Beobachtungsmaterial eine weitgehende Uebereinstimmung in dem Gange der Luft- trübung und des Potentialgefälles erkennen. Es ist einleuchtend, daß alle meteorolo- gischen Faktoren, die die Lufttrübung be- 'einflussen, auch auf das PotentialgefäUe einwirken müssen. So ist die Wirkung der allgemeinen Wetterlage zu verstehen; bei antizyklonaler Wetterlage (in Mitteleuropa bei vorwiegend östlichen Windrichtungen) besteht Neigung zur Ausbildung dunstiger Stabilitätsschichten, mit denen hohes Poten- tialgefälle verbunden zu sein pflegt, bei Zyklon aler Wetterlage mit ihrer größeren Luftreinheit wird kleineres Potentialgefälle beobachtet. Der Einfluß, den die antizyklonale oder zyklonale Wetterlage mittelbar durch ilu-e Wirkung auf die Lufttrübung und das PotentialgefäUe ausübt, wird unterstützt durch die mit der Wetterlage verknüpften Luft- druckänderungen. Noch deutlicher als bei den nichtperiodischen Luftdruckände- rungen tritt dieser Parallelismus mit dem Gange des Potentialgefälles bei den periodi- schen Druckänderungen hervor. In der Tat besteht eine auffallende Aehnlichkeit insbesondere zwischen der halbtägigen Periode des Luftdruckes und derjenigen des Potentialgefälles, die vielleicht durch eine Einwirkung der Luftdruckschwankungen auf die Leitfähigkeit zu erklären ist, auf die weiter unten eingegangen werden soll. Die Lufttemperatur zeigt einen deut- lichen Einfluß auf das PotentialgefäUe, wie schon aus der jährhchen Periode des Poten- tialgefäUes zu vermuten ist, der Art, daß niedrigen Temperaturen hohe Werte des PotentialgefäUes entsprechen und umgekehrt. Wahrscheinlich bewirkt erhöhte Temperatur durch Erzeugung aufsteigender Luftbewe- gung in der Nähe des Bodens sinkenden Luftdruck und damit steigende Leitfähigkeit, sinkendes PotentialgefäUe. Von der Einwir- kung der Lufttemperatur auf das Potential- gefälle läßt dch nur schwer der Einfluß de- Bodentemperatur, des Dampfdruckes und der Sonnenstrahlung trennen. Alle diese Elemente wirken im gleichen Smne auf das PotentialgefäUe ein wie die Lufttem- peratur. Vielleicht besteht bei der Boden- temperatur ein naher Zusammenhang mit der Leitfähigkeit der Luft und dadurch auch mit dem PotentialgefäUe. Ein weitgehender ParaUeUsmus in dem Einfluß des Dampfdruckes und der ultra- violetten Sonnenstrahlung auf das Po- tentialgefälle, der durch Elster und Geitel festgesteUt wurde, erklärt sich wahrschein- Hch aus dem Verlaufe der Lufttrübung, der im aUgemeinen der entgegengesetzte ist, wie der Gang dieser beiden Elemente, Eine Abhängigkeit des PotentialgefäUes von der relativen Feuchtigkeit ist nicht nachweisbar. An manchen Stationen zeigt sich eine deutliche Abhängigkeit des PotentialgefäUes von der Windriclitung, die in vielen FäUen aus den lokalen Umständen verständUch wird. So wird die Lufttrübung bei See- oder Landwinden eine verschiedene sein, und dadurch auch das Potentialgefälle von der Windrichtung abhängig erscheinen. Die Berücksichtigung der Verteilung radioaktiver Ionisatoren (vgl. unten S. 638) über die Erdoberfläche und der durch diese her- vorgerufenen Aenderungen der Leitfähigkeit der Luft mit der Windrichtung wird voraus- sichtlich geeignet sein, lokale Anomalien im Verlaufe des Potentialgefälles, die charak- teristischen Eigentümlichkeiten des ,, luft- elektrischen lüimas" mancher Station zu erklären. Ein Einfluß der Windgeschwin- digkeit auf das PotentialgefäUe zeigt sich nur bei sehr großen Windgeschwindigkeiten in einer Erniedrigung des PotentialgefäUes, die bis zur Abnahme auf negative Werte führen kann. Diese Einwirkung tritt ver- mutUch überaU da auf, wo bei großer Troken- heit Sand oder Staub und bei großer Kälte feiner Staubsclmee aufgewirbelt und von der Luft mitgeführt wird. Diese auf- gewirbelten Teilchen nehmen durch Reibung am Boden oder durch Adsorption von Ionen eine negative Ladung an, die die sonst vorhandene positive Ladung der Luft kom- pensiert oder gar überwiegt, so daß das PotentialgefäUe, wenigstens in der unmittel- baren Nachbarschaft des Erdbodens, stark hcrabge drückt oder gar negativ werde:., kann. 630 Atmospliänsche Elektrizität Die Bewölkung hat nur in den untersten Schichten der Atmosphäre Einfluß auf das Poten- tialgefälle, während hohe Wolken (Girren), ja selbst Cumuluswolken noch keine merkliche Einwirkung erkennen lassen. Die niedrigen Wolken geben Anlaß zu kleinem Potential- gefälle, sobald die niedrigen Wolken sich bis zu Niederschlagsformen entwickeln, kommen beim Potentialgefälle gewisse Störungen vor, auf die weiter unten noch eingegangen werden wird. Niedrige Dunst- und Nebclschich ten erhöhen gewöhnlich das Potentialgefälle am Erd- boden; es Averden jedoch auch niedrige Boden- nebel beobachtet, die mit einer Erniedrigung des Potentialgefälles verbunden sind. Die Er- höhung des Potentialgefälles durch Dunst- und Nebeldecken ist wohl dadurch zu erklären, daß positive Ionen aus der über dem Nebel liegenden Luft in die Nebeldecke heremwandern, wohin sie ja unter der Wirkung des Potentialgefälles geführt werden; dort werden sie durch die Nebeltröpfchen adsorbiert und geben so zu einer Verminderung des Potentialgefälles oberhalb des Nebels, zu einer Verstärkung des Potential- gefälles im Nebel Anlaß, 6. Das Potentialgefälle in höheren Schichten der Atmosphäre. Von ganz besonderer Wichtigkeit sind die Beobach- tungen des Potentialgefälles aus der freien Atmosphäre. Geben sie uns doch die sicherste und vollkommenste Methode zum systema- tischen Studium der Ladungs Verteilung m der Luft, da jede Aenderung des Gefälles mit der Höhe unmittelbar auf eine am Orte der Aenderung liegende Ladung nach Vor- zeichen und Größe schließen läßt (vgl. oben S. 627). Die mittels bemannten Freiballons zugäng- lichen Schichten der Atmosphäre sind zur- zeit in bezug auf den Verlauf des Potential- gefälles besser bekannt, als die in unmittel- barer und in geringer Höhe über dem Boden liegenden Schichten. Wir wollen uns zu- nächst mit den im Freiballon gewonnenen Eesultaten beschäftigen, von denen aller- dings nur ein kleiner Teil als hinreichend fehlerfrei betrachtet werden kann, während bei dem Rest ungenügende Berücksichtigung der Eigenladung des Ballons (vor allem durch Verwendung von Sandballast) den Wert der Beobachtungsresultate herabsetzt. Die Messungen des Potentialgefälles im Freiballon haben übereinstimmend bei ver- schiedenen Wetterlagen eine Abnahme mit der Höhe ergeben. Während das Gefällein der Nähe des Erdbodens von der Ordnung 100 Volt/m ist, geht es schon in 1000 m über dem Boden auf etwa 20 bis 30 Volt/m herab um dann in der Höhe von etwa 3000 m unter 10 Volt/m zu sinken. In noch größeren Höhen, aus denen nur wenige Beobachtungen vorliegen, scheint die Abnahme des Potentialgefälles _ noch langsamer zu erfolgen, so daß z. B. bei anti- zylkonaler Wetterlage in 5760 m Höhe noch 2,9 Volt/m, bei Zyklon aler Wetterlage in 6030 m Höhe noch 7,9 Volt/m gemessen werden konnten (Ger dien). Wälu-end der Einfluß der Wetterlage auf das Potential- gefälle in Höhen über 3000 m nur ein ge- ringer zu sein scheint, ist er in geringerer Höhe ein durchaus merklicher. Das Potential- gefälle scheint bis zu mittleren Höhen in zyklonaler Wetterlage größere Werte beizu- behalten als in antizyklonaler. Der Verlauf des Potentialgefälles innerhalb der unteren Schichten, die hauptsächlich durch die Bestrahlung des Erdbodens in unregel- mäßiger Weise von vertikalen Luftströmeu durchsetzt und der Sitz der Cumulusbildung sind, ist räumlich und zeitlich stark wechsehid. Auch innerhalb von Schicht- wolken (Stratocumulus) sind über- einander Gebiete mit abwechsehid abnehmen- dem und zunehmendem Gefälle beobachtet worden. Besonders starke Aenderungen des Poten- tialgefäUes treten an der oberen und unteren Grenze von Dunstschichten auf, wo sich ver- mutlich durch Einwanderung und Adsorption von Ionen starke Ladungsdichten bilden können. Die Messungen ergeben allgemein ein Anwachsen des Potentialgefälles mit größerem Gehalt an Adsorptionskeruen, doch scheint das elektrische Feld nicht immer die einfache Schichtstruktur der Dunst- und Wolkenschichten zu haben. In Stratocumulusdecken, z. B. scheinen schichtenförmige Anordnungen der Ladungen nicht zu bestehen ; sie werden hier vermutlich durch lokale auf- und absteigende Luft- ströme zerstört, so daß auch im Innern der Wolkendecke Ladungen wechsehiden Vor- zeichens gefunden werden können. Der allgemeine Verlauf des Potential- gefälles mit der Höhe, soweit er durch Messungen im Freiballon festgestellt ist, zeigt also eine Abnahme des Potential- gefälles mit der Höhe, entsprechend posi- tiven Ladungen der Luft. Diese positiven Ladungen sind am stärksten in den untersten Luftschichten; sie sind hier auch den größten Schwankungen unterworfen. Die Ladungs- dichte nimmt dann in mittleren Höhen schnell ab, um in größeren Höhen auf sein* kleine Beträge zu sinken. Setzt man, um eine Schätzung zu gewinnen, die Ab- nahme des Gefälles in den untersten 1000 m auf 0,1 Volt/m für die Erhebung von 1 m an, so ergibt sich für diese Schicht eine positive Ladungsdichte von 2,7.10—9 abso- luter Einheiten oder 2,7 . lO-s elektrostatischen Einheiten im cbm. Dieser Wert hat nur die Bedeutung eines mittleren Wertes; tat- sächUch dürfte die Ladungsdichte nach unten hin merklich größere AVerte annehmen. Darauf deuten auch neuere Untersuchungen (Daunderer),beidenen das Gefälle mittels dreier Kollektoren in 0,1 und 2 m über dem Erdboden ge- Atmosphärische Elektrizität 631 messen wurde. Hier zeigten sich sowohl Zunahmen als auch Abnahmen des Potentialgefälles mit der Höhe, die auf das 30 bis öOfache des oben ge- nannten mittleren Wertes für die untersten lOUÜ m führen würden. Theoretisch wäre ein starkes Ansteigen der räumlichen Ladungs- dichte in der unmittelbaren Nachbarschaft der Elektrode (des Erdbodens) wohl zu erwarten (E. V. Schweidler), wenn man es mit emem ruhenden Gase zu tun hätte; da die Atmosphäre aber gerade in den dem Erdboden unmittelbar anliegenden Schichten kräftiger Durchmischung ausgesetzt ist, wird vermutet werden können, daß derart extreme Werte der Ladungsdichte nicht die Regel bilden. Es wird noch ausgedehnter Untersuchungen auch nach der methodischen Seite hin bedürfen, bis über den Verlauf des Potentialgefälles in den untersten Schichten die wegen ihrer Wichtigkeit für das Problem des Elektrizitätshaushalts der Erde wünschens- werte sichere Aufklärung erreicht ist. Auf den Zusammenhang des Verlaufes des Potentialgefälles in der freien Atmosphäre mit der Leitfähigkeit wird weiter unten (vgl. unter 11) noch näher eingegangen werden. IL Die elektrische Leitfähigkeit der Atmosphäre. 7. Allgemeines. lonen- hypothese (vgl. den Artikel „Elektri- zitätsleitung in Gasen"). Daß die atmosphärische Luft ein merkliches Leitvermögen für Elektrizität besitzt, wurde schon von Coulomb bemerkt, dem es gelaug, den Ladungsverlust eines isolierten, der Luft ausgesetzten Leiters experimentell in zwei Teile zu sondern: den über die isolierenden Stützen abfließenden und den durch die Luft abfließenden Verlust. Für den letzten fand er das nach ihm benannte Gesetz der Elektrizitätszerstreuung, welches aussagt, daß der in jedem Zeitelement er- folgende Ladungsverlust (Kapazität m,al Potentialabnahme) proportional dem zurzeit vorhandenen Potential des Körpers sei. Spä- tere Untersuchungen zeigten, daß in kleinen Lufträumen das Coulombsche Gesetz nicht mehr gilt, daß hier vielmehr der Ladungs- verlust unabhängig von der vorhandenen Potentialdifferenz wird. Den Mechanismus des Elektrizitätstransportes durch die Luft dachte man sich nach Art des elektrischen Kugeltanzes, bewirkt durch Luftmoleküle, Staub- und Wasserteilchen, die von den ge- ladenen Elektroden wechselweise ange- zogen, aufgeladen und abgestoßen würden. Die ersten Versuche über Elektrizitäts- zerstreuung in der Atmosphäre rühren von L i n s s her, der bei einem der Luft ausgesetzten Körper einen etwa 1 prozentigeLadungsverlust in der Minute und einen jährlichen Gang der Zerstreuung auffand. Mit den Arbeiten von Elster und Geitel beginnt die neuere Entwickelung dieses Zweiges der luftelek- trischen Forschung. Ihnen gelang es nach wesentlicher Verbesserung des Listrumen- tariums zu zeigen, daß die Elektrizitätsleitung der Atmosphäre durchaus nach Gesetzen erfolgt, die von der lonenhypothese gefordert werden. Nach dieser "Hypothese erfolgt die Leitung der Elektrizität durch Gase auf atomistischer Grundlage, indem die Ionen, Komplexe von Gasmolekülen, welche mit einem positiven oder negativen Elementarquantum der Elektrizität behaftet sind und im Gase unter Energieaufwand er- zeugt werden, unter der Wirkung des elek- trischen Feldes eine im wesentlichen ge- richtete, aber durch Zusammenstöße mit den Gasmolekülen nach den Prinzipien der kinetischen Gastheorie modifizierte Bewegung durch das Gas ausführen, wobei sie entweder durch Molisierung (Neutralisation durch ein ungleichnamiges Ion) oder durch Abgabe der Ladung an die Elektrode verschwinden. 8. Methoden und Instrumentarium zur Untersuchung der Elektrizitäts- leitung der Atmosphäre. Der bei weitem größte Teil der Messimgen, die zur Untersuchung der Leitfähigkeit der Atmo- sphäre bisher angestellt sind, ist mit dem Elster -Geitelschen Zerstreuungsapparat vorgenommen worden. Obgleich der Apparat nicht voUkoramen einwandfreie quantitative Daten ergibt, muß er doch hier ausführlich beschrieben werden, da er von prinzipieller Wichtigkeit ist und wegen der Be- quemlichkeit der Handhabung voraussicht- lich noch lange von den Beobachtern vor anderen Instrumenten bevorzugt werden dürfte. Der Zerstreuungsapparat besteht aus einem Exn er sehen Elektrometer mit im Innern des Gehäuses angebrachter Bernstein- isolation, auf dessen Blättchenträger mittels eines unten konisch zugespitzten Stiftes ein vertikaler Zylinder aus geschwärztem Messingblech von 9 cm Länge und 5 cm Durchmesser aufgesteckt werden kann. Dieser — der,,Zerstreuimgskörper" — wird von einem ebenfalls aus geschwärztem Messingblech verfertigten Schutzzylinder von 14 cm Höhe und 19 cm Weite umgeben, der oben durch einen Deckel verschlossen ist, unten aber geöffnet bleibt. Man ladet das isolierte System mittels einer Zambonisäule auf das Potential Vi, wartet eine Zeit t (gewöhnlich 15 Minuten), bis das Potential um einen meßbaren Betrag bis auf Vg abgenommen hat und ermittelt bei abgenommenem Zerstreu- ungskörper die entsprechenden Werte Vi' t' Y 2 zur Bestimmung des Laduugs Verlustes über die isolierende Stütze und durch die Luft im Gehäuse des Elektrometers, dann gilt nach Elster und Geitel 1 ri , Vi n . \,'\ worin a den sogenannten ,, Zerstreuungs- koeffizienten" oder kurz ,,die Zerstreuung" 632 Atmosphärische Elektrizität (in Prozenten der Anfangsladung pro Minute), n das Verhältnis der Kapazität des Elektro- meters allein zu der Gesamtkapazität des Zerstreuungssystems bezeichnet. Von einigen Beobachtern ist der Zerstreuungsapparat teils mit einem Schutzzylinder aus Draht- netz, teils überhaupt ohne Schutzzylinder verwendet worden. Derartig modifizierte Anordnungen lassen sich in ihren Resultaten nur schwer mit denen der ursprünglichen Ein- richtung vergleichen. Neuerdings hat E. von Seh weidler gezeigt , daß der Zer- streuungsapparat ohne SchutzzyMnder, wenn er nur an einem gegen das elektrische Feld der Erde geschützten, der Luftbewegung frei zugänglichen Orte benutzt wird, sehr wohl ein relatives Maß für die Leitlähi2;keit der Luft ergibt (Genauigkeit 5 bis 10%). Dagegen ist der Zerstreuungsapparat in seiner ursprünglichen Form wenig geeignet, vergleich- bare Resultate zu liefern, da seine Wirkung in schwer definierbarer Weise von der Luftbewegung abhängt. Das Verhalten des Zerstreuungs- apparates mit aufgesetztem Schutzzylinder ist insbesondere durch H. Scherings Untersuchun- gen aufgeklärt worden; danach ist in Luft von normaler (natürlicher) spezifischer lonenzahl (Zahl der Ionen pro ccm) innerhalb des vom Zerstreuungskörper ausgehenden Kraftfeldes merk- lich Sättigungsstrom vorhanden, d. h. die Stromstärke durch das Gas ist unabhängig von der an der Gasstrecke liegenden Potential- differenz. Es ist also das oben angeführte loga- rithmische Gesetz der Elektrizitätszerstreuung hier nicht anwendbar, der Strom ist nicht pro- portional der Spannung, sondern hängt nur ab von der Anzahl der Ionen, die in der Zeiteinheit und Volumeneinheit innerhalb des Kaaftfeldes erzeugt werden (lonisierungsstärke) und der Anzahl derjenigen Ionen; die durch die untere Oeff nung des Schutzzylinders hinzugeführt werden, deren Zahl also durch die Luftbewegung in der Nähe des Apparates mit bestimmt wird. Aehn- liches gilt für den Zerstreuungsapparat mit Schutzzylinder aus Drahtnetz. H. Schering hat das Prinzip des Zer- streuungsapparates einer Anordnung zu- grunde gelegt, die gestattet, eine quantitative Leitfähigkeitsmessung vorzunehmen; sie be- steht aus einer isoliert aufgehängten Kugel von 5 cm Radius, die durch ein großes Schutznetz gegen das Erdfeld geschützt ist. Sie befindet sich in hinreichendem Abstand von allen geerdeten Leitern und ist nur durch einen äußerst feinen Draht mit dem Elektrometer verbunden. Es wird so wesent- lich ungesättigte Strömung in dem Felde der Kugel erreicht. Für diesen sowie für den allgemeineren Fall eines beliebig gestalteten Leiters, der die Stromlinien der vorbeiströ- menden Luft nicht merklich stört, ist die Theorie von E. Riecke gegeben worden. Für den Fall dieses vollkommenen Zer- streuungsapparates ergibt sich Unabhängig- keit der Angaben von der Luftgeschwindig- keit in der Nachbarschaft des Zerstreuungs- körpers. Eine ähnliche Anordnung eignet sieh, wie H. Schering gezeigt hat, zur Registrie- rung der Leitfähigkeit. Unter Verwendung des Ben ndorf sehen Elektrometers sind Regis- trierungen der Zerstreuung von A. Sprung und G. Lüde 1 in g vorgenommen worden. Eine andere Anordnung zur Messung der spezifischen Leitfähigkeit der Luft ist von H. Gerdien angegeben worden. Sie besteht aus einem Zylinderkondensator (Länge der inneren Elektrode 24 cm, Durchmesser 1,44 cm, Durchmesser der äußeren Elektrode 16 cm), durch welchen mittels eines von Hand angetriebenen vier- flügeligen Fächeraspirators ein Luftstrom hindurchgesaugt wird. Die äußere Elektrode sitzt auf dem Blättchen träger eines E xn er- Elster-Geit eischen Elektrometers; es ist dafür gesorgt, daß die Luftgeschwindigkeit innerhalb des Zylinderkondensators gleich- förmig verläuft. Man ladet das isolierte System auf ein Anfangspotential Vi, aspiriert eine gemessene Zeit t, bis eine gut meßbare Abnahme der Spannung eingetreten ist, und liest die Endspannung Vg ab. Der Versuch wird mit dem entgegengesetzten Vorzeichen der Ladung wiederholt. Hat man bei dem ersten Versuch negative Ladung verwendet, so ergibt die Messung unmittelbar Ap, den Anteil der positiven Ionen an der Leitfähigkeit : Ap= £.np Vp:= lg Vi- lg Vg ^^"Ui j t ' 27ri der zweite Versuch ergibt unmittelbar An. Darin bedeuten e die Ladung eines Ions, Up die spezifische Zahl d?r positiven Ionen, Vp ihre spezifische Geschwindigkeit (Ge- schwindigkeit unter der Wirkung der Ein- heit des elektrischen Feldes), C die Kapazität des isolierten Systems ra, n den Radius der äußeren oder inneren Elektrode, 1 die Länge der inneren Elektrode. Sorgt man dafür, daß die Geschwindigkeit des Luft- stromes G oberhalb einer gewissen Grenze bleibt, die gegeben ist durch G> Vil lg(fj.(ra=»-ri2) worin Vmax die maximale unter den ver- schiedenen lonenarten vorkommende spezi- fische Geschwindigkeit bedeutet, so gibt der Apparat die Leitfähigkeit der Luft in absolutem Maße ohne Kenntnis der Luft- geschwindigkeit. Jede Messung erfordert nur wenige Minuten. Wählt man die Dimensionen des Zylinder- kondensators in einem anderen Verhältnis zur Geschwindigkeit der durchgesaugten Luft, Atmosphärische Elektrizität 633 so daß die Geschwindigkeit den oben angege- benen Grenzwert unterschreitet, so erhält man das Prinzip des von H. Ebert angegebe- nen Aspirationsapparates zur Messung der spezifischen lonenzahl (lonen- zähler). Der Apparat besteht aus einem verhältnismäßig langen und engen Zylinder- kondensator, durch den mittels eines kleinen Laufwerkaspirators ein schwacher Luft- strom gesaugt wird. Das gesamte wäh- rend einer Messung hindurchgesaugte Luft- quantum kann aus der Umdrehungszahl des Aspirators angegeben werden. Bezeichnet wieder Vi das Anfangs-, Vg das End- potential in Volt, F die Fördermenge in com, C die Kapazität, so gilt: C.(V,-V,) ^■^p- F. 300 und ein entsprechender Ausdruck für g.nn. Aus dem bekannten Wert der lonenladung e= 4,7.10—10 elektrostatischenEinheitenkann dann die spezifische lonenzahl berechnet werden. Gewöhnlich begnügt man sich mit der Angabe des sogenannten „lonenge- halts" eüp oder enä in elektrostatischen Einheiten pro cbm. Für die Messung der spezifischen lonengeschwiudigkeit sind eine R"ihe verschiedener Anordnungen verwendet wor- den. Nach H. Gerdien kann man entweder gleichzeitig mit dem Apparat zur Messung der Leitfähigkeit e.n.v und mit dem lonen- zähler e.n, somit aus dem Quotienten beider Werte v bestimmen, oder man benutzt zwei hintereinander geschaltete Zyhnderkonden- satoren, von denen der erste nur einen Bruch- teil der in der Luft enthaltenen Ionen ab- fängt, während der zweite den Rest ent- zieht. Die gesamte, an beiden Zylinder- kondensatoren neutrahsierte Ladung ergibt wieder s.n, die Spannungserniedrigung an dem ersten Kondensator s.n.v. Eine ähn- liche Methode ist von H. M a c h e ange- geben worden; es wird einmal mit dem lonenzähler allein und dann nach Vorstecken eines zweiten Zylinderkondensators gemessen zwischen dessen Elektroden mittels einer kleinen Batterie eine Spannungsdifferenz un- terhalten wird, die nicht hinreicht, um dem Luftstrom alle Ionen zu entziehen. Aus beiden Messungen läßt sich ebenfalls v angeben. 9. Beobachtungsmaterial über Leitfähigkeit, lonenzahl, lonen- geschwiudigkeit. Da ein großer Teil der auf die Untersuchung der Leitfähigkeit, der lonenzahl und lonengeschwiudigkeit bezüglichen Arbeiten mittels des Z rstreu- ungsapparates in seiner ursprünglichen Form ausgeführt worden ist, lassen sich die Resul- tate dieser Beobachtungen weder quantitativ verwerten noch unmittelbar zum Vergleich mit dem Material heranziehen, das nach den übrigen Methoden erhalten wurde. Die nach Schering, v. Schweidler und mittels der Aspirationsmethoden erhaltenen Resultate sind quantitativ verwertbar, bilden aber nur einen kleinen Teil des gesamten Beobach- tungsmaterials, so daß vorläufig auf die nach der ursprünglichen Zerstreuungsmethode erhaltenen Daten nicht verzichtet werden kann. Die Zerstreuungsmessungen geben für den Ladungsverhist des Zerstreuungskörpers im allgemeinen Werte vo i der Ordnung 1 % pro Minute, die gelegentlich bis auf 5% an- wachsen können; bei Nebel sinken sie bis auf kleine Bruchteile emes Prozents. Der Quotient der mit negativer oder positiver Ladung des Zerstreuungskörpers beobachte- CL — ten Koeffizienten — r = q ist vielfach zur a + ^ Diskussion herangezogen worden ; er _ gibt ein angenähertes Maß für das Ueberwiegen der positiven leichtbeweglichen Ionen über die negativen. Dieser Quotient ist gewöhnhch > 1 ; seine größten Werte erreicht er bei Messungen auf Bergspitzen, wo durch die Wirkung des elektrischen Feldes der Erde besonders starke Anreicherung an positiven Ionen statthat. Auch die mittels des Ionen - Zählers gemessenen Ion engehalte zeigen eine entsprechende Unipolarität , ihre Beträge schwanken um etwa 0,3 elektrostatische Einh?iten/cbm, d. h. rund 600 Ionen jedes Vorzeichens im ccm. Sie zeigen eine Uni- polarität im Smne eines Ueberschusses an positiven Ionen, die nicht im Einklang steht mit dem Ueberschuß an positiver räumlicher Ladungsdichte, wie er aus der Abnahme des Potentialgefälles mit der Höhe zu erwarten wäre. Der hier erkennbare Widerspruch scheint seiner Aufklärung durch eine zu erst von Lange vin gemachte Beobach- tung näher gebracht zu werden, der in der Atmosphäre neben den Ionen von großer spezifischer Geschwindigkeit solche von er- heblich geringerer (etwa Viopo) in merkhcher Zahl nachweisen konnte, die bei den Ver- suchsbedingungen des Ebertschen lonen- zählers sich der Messung entziehen müssen. Es ist nicht unwahrscheinlich, daß der zu große Ueberschuß an leichtbeweglichen Ionen gerade durch einen gleichzeitig vo handenen Ueberschuß von schwerbeweglichen Ionen so weit kompensiert sind, daß der restierende Betrag an positiver räumlicher Ladungs- dichte sich in Uebereinstimmung befindet mit dem aus der Abnahme des Potential- gefälles mit der Höhe berechneten. Das Beobachtungsmaterial über die spezifische Zahl der leichtbeweglichen und insbesondere der schwerbeweglichen Ionen ist zurzeit noch äußerst dürftig, so daß sich mit einiger Sicherheit über ilu-e gegenseitigen Beziehun- 634 Atmosphärische Elektrizität gen und Zusammenhänge mit der aus Poten- tialgefällemessungen erschlossenen räum- lichen Ladungsdichte nichts aussagen läßt. Die in der Atmosphäre gemessenen spe- zifischen Geschwindigkeiten smd ihrer Natur nach als Mittelwerte aus sehr ver- änderlichen Anteilen der leicht- und schwer- beweglichen Ionen sowie nach der methodi- schen Seite hin mit erheblicher Unsicherheit behaftet. Sie dürften sämtlich zu groß ge- funden sein, da bei den zur Messung der spezifischen Geschwindigkeit vorgenommenen Ionen Zählungen die schwer beweglichen Ionen größtenteils nicht mitgezählt wurden. Die am Erdboden beobachteten Werte schwanken um 1 cm/sec pro Volt/cm. Die spezifischen Geschwindigkeiten der negativen Ionen werden gewöhnlich — im Einklänge mit Laboratoriumsmessungen in Luft — größer gefunden als die der positiven Ionen. Jene werden leichter durch alle die Lufttrübung steigernden Ursachen lierab- gedrückt als diese. In größeren Höhen nehmen beide entsprechend der geringeren Dichte der Luft zu (H. Gerdien). Die Messungen der spezifischen Leit- fähigkeit sowohl nach der Methode von Schering als auch die zurzeit schon zahlreicher vorliegenden absoluten Messungen nach H. Ger dien zeigen übereinstimmend sehr nahe Gleichheit der Anteile der positiven und der negativen Ionen an der Leitfähigkeit. Obgleich das Beobachtungsmaterial an absoluten Werten zurzeit noch klein ist, verteilen sich die Messungen bereits auf den europäischen Kontinent, die Arktis und Antarktis, die Tropen, den Atlantischen und Stillen Ozean. Die Absolutwerte der Leit- fähigkeit {X = ln-\- /In) zeigen gute Ueberein- stimmung und bewegen sich um etwa 2 . 10— * elektrostatische Ehiheiten (d. h. etwa 3.10—16 von dem Leitvermögen verdünnter Schwefel- säure maximaler Leitfähigkeit). 10. Jährlicher und täglicher Gang der Leitfähigkeit. Die Leitfähigkeit und der lonengehalt (an leichtbeweglichen Ionen) zeigen einen deutlichen jährlichen Gang mit einem flachen Maximum im Sommer und einem gut ausgeprägten Mini- mum im Winter. Dieser Gang ist also genau der entgegengesetzte zu dem des PotentialgefäUes. Der tägliche Gang ist weit schlechter bekannt, da meist die Beobachtungen aus den Nachtstunden fehlen. Er ist von lokalen Einflüssen abhängig und zeigt auch an einer Beobachtungsstation Schwankungen mit der Jahreszeit. Es ist eine doppelte täg- liche Periode vorhanden mit einem ent- sprechend den lokalen Einflüssen mehr oder weniger deutlichen Hauptmaximum in den Mittagsstunden, einem sekundären Maximum in der Nacht oder in den frühen Morgen- stunden, Minimum gegen Sonnenaufgang und Sonnenuntergang. Es scheint also auch der tägliche Gang der Leitfähigkeit einen zu dem des Potentialgefälles spiegelbildlichen Verlauf aufzuweisen. Dagegen sind die einzelnen zeitlichen Aenderungen der Leit- fähigkeit durchaus nicht immer mit ent- gegengesetzten Schwankungen des Potential- gefälles verlmüpft — die erwähnten regel- mäßigen Verläufe ergeben sich vielmehr erst bei der Zusammenfassung einer größeren Zahl von Daten zu Mittelwerten. 11. Die Abhängigkeit der Leit- fähigkeit von meteorologischen Ele- menten. Für den Zusammenhang der Leitfähigkeit mit den meteorologischen Ele- menten gilt im wesentlichen das gleiche, wie für die Abhängigkeit des Potentialge- fäUes ~ es lassen sich auf Grund der Ionen - hypothese in emigen Fällen Vermutungen über unmittelbare Abhängigkeit aus- sprechen, in anderen Fällen wird man ge- neigt sein, mittelbaren Einfluß des be- treffenden Elementes anzunehmen. Die Zusammenhänge treten bei der Leitfähigkeit im allgemeinen deutlicher hervor als bei dem Potentialgefälle; der Grund dafür ist wohl darin zu erkennen, daß das Poten- tialgefälle nicht ausschließlich durch den am Beobachtungsort am Erdboden herr- schenden Zustand der Atmosphäre, sondern auch durch die Verhältnisse in der Höhe be- einflußt wird, was bei der Leitfähigkeit weit weniger zutrifft, da sie in erster Linie durch die an Ort und Stelle geltenden meteorolo- gischen Daten bestimmt wird. Die spezifische Leitfähigkeit der Luft wird in hohem Maße durch die Zahl der in der Luft vorhandenen Staub-und Dunst- teilchen beeinflußt, sie nimmt also ab mit zunehmender Lufttrübung. So sinkt die Leitfähigkeit z. B. bei nebeligem Wetter, wenn die Luft von einer großen Zahl als Adsorptionskerne dienender Tröpfchen er- füllt ist, zu außerordentlich kleinen Werten herab; an klaren Tagen mit guter Fernsicht sind dagegen hohe Werte der Leitfähigkeit anzutreffen. Die Entdeckung dieses Zusammenhanges durch Elster und Geitel hat wesentlich dazu beigetragen, der Ionen hypothese ihren Platz als leitende Arbeitshypothese in der neueren luftelektrischen Forschung zu sichern. Die Wirkung der Lufttrübung, also der Zahl der Adsorptionskerne auf die Leitfähig- keit der Luft ist, wie vor allem die Versuche von A. S. Eve dargetan haben, so zu ver- stehen, daß die ursprünglich in der Luft er- zeugten leichtbeweglichen Ionen in mit wachsender Lufttrübung steigendem Maße durch Schwerere Aggregate, wie Staubkerne, kleinste Wassertröpfchen, gebunden werden. Atmosphärische Elektrizität 635 Es ändert sich durch die Adsorption der leichtbeweglichon Ionen also nicht die spe- zifische lonenzahl, wohl aber die spezifische Geschwindigkeit, deren Mittelwert durch fortschreitende IJeberführung von leicht- beweglichen Ionen in die Zahl der schwer- beweglichen Ionen sinkt. Deutlicher als die absolute Höhe des Luftdruckes sollten dessen Aenderungen die Geschwindigkeit beeinflussen. Das wäre insofern zu erwarten, als bei sinkendem Luftdruck radioaktive Emanationen (vgl. unter 13) aus dem Erdboden in die Atmospliäre dringen und diese stärker ioni- sieren müssen. Das Phänomen scheint durch andere, ebenfalls mit sinkendem Luftdruck wirksam werdende Faktoren überdeckt zu werden, denn das Beobach- tungsmaterial läßt es in der freien Atmo- sphäre nur schwach ausgeprägt erkennen. Dagegen ist es in Hohh'äumen, die mit dem Erdboden in Verbindung stehen (Keller, Höhlen) je nach dem Gehalt des Erdbodens an radioaktiven Stoffen (vgl. unter 13) mehr oder minder deutlich wahrnehmbar. Mit zyklonaler Wetterlage ist, sofern nicht Niederschläge eine Störung bedingen, wegen der höheren Luftreinheit größere Leitfähig- keit verbunden, als mit antizyklonaler Wetterlage, die mit ihren dunstigen Stabili- tätsschichten die Leitfähigkeit herabsetzt. Gewisse lokale absteigende Luftströme, sogenannte Fallwinde (Föhn) pflegen die Leitfähigkeit zu erhöhen, was vermutlich ihrer geringen Lufttrübung zuzusclu'eiben ist. Der Einfluß der Lufttemperatur auf die Leitfähigkeit, der nach dem jährlichen Gange der Leitfähigkeit vermutet werden kann, wird durch die Resultate der Beob- achtungen bestätigt. Mit wachsender Tem- peratur nimmt die Leitfähigkeit zu und zwar infolge Zunahme der spezifischen lonen- zahlen. Inwiefern der Einfluß der Luft- temperatur auf die Leitfähigkeit als ein unmittelbarer oder mehr mittelbarer anzu- sehen ist, läßt sich nicht leicht entscheiden; vermutlich sind in ihm die Wirkungen wach- sender Sonnenstrahlung und Bodentem- peratur mit enthalten. Beide meteoro- logischen Elemente müßten in ähnlichem Sinne wie die Luftdruckabnahme das Heraus- treten emanationshaltiger Bodenluft aus den ErdbodenkapiUaren befördern, also im Sinne einer größeren lonisierungsstärke wir- ken . D ie Inten sität der Sonnenstrahlung, insbesondere diejenige im Ultravioletten ist weitgehend abhängig von der Lufttrübung und dürfte schon aus diesem Grunde einen deutUchen Parallelismus mit der Leitfähigkeit aufweisen. Eine unmittelbare Steigerung der lonisierungsstärke durch die am Erdboden nachweisbare ultraviolette Strahlung ist da- gegen nicht anzunehmen, da die in Luft stark absorbierbaren und daher direkt ioni- sierend wirksamen kurzwelligen ultravioletten Strahlen bereits in relativ großen Höhen der Atmosphäre herausfiltriert werden müssen. In vielen Fällen, aber durchaus nicht regel- mäßig, nimmt die Leitfähigkeit mit der abso- luten Feuchtigkeit der Luft zu. Vermut- lich liegt aber hier keine neue Beziehung vor, sondern nur die der Lufttemperatur zur Leitfähigkeit; da im allgemeinen die absolute Feuchtigkeit (der Dampfdruck) mit der Luft- temperatur wächst, sind die beiden Einflüsse schwer zu trennön. Mit wachsender relativer Feuchtigkeit nimmt die Leitfähigkeit besonders bei hohen Feuchtigkeitsgraden stark ab. Wahrscheinlich handelt es sich hier um eine Verminderung der spezifischen lonengeschwindigkeiten, die schon merklich unterhalb der Sättigung von der wach- senden relativen Feuchtigkeit herabgesetzt werden. Wachsende Bewölkung scheint bis zu mittleren Graden, insbesondere bei Cumulus- büdung, die Leitfähigkeit zu erhöhen. Da, wo abnehmende Bewölkung im wesentlichen eine Steigerung der Lufttemperatur bewirkt, ist eine Zunahme der Leitfähigkeit mit abnehmender Bewölkung zu beobachten. Ein Einfluß der Windrichtung ist je nach den lokalen Umständen der betreffenden Station zu erwarten. So müssen bei ungleich- mäßiger Verteilung der radioaktiven Ionisatoren gewisse Windrichtungen mit höherer Leit- fähigkeit verknüpft sein. Aehnliche Einflüsse kommen z. B. bei an der Küste gelegenen Stationen zur Geltung, wo die verschiedenen Windrich- tungen im allgemeinen mit einem verschiedenen Grade der Lufttrübung parallel gehen. Auch durch den Zusammenhang der Windrichtung mit der Wetterlage dürfte ein Zusammenhang der ersteren mit der Leitfähigkeit gegeben sein. Der Einfluß der Windgeschwindigkeit auf die Leitfähigkeit, soweit er aus Zerstreuungs- messungen nach der ursprünglichen Methode erschlossen werden soll, ist unsicher wegen der methodischen Abhängigkeit dieser Beobachtungs- methode von der Geschwindigkeit der Luft- bewegung. Nach Z ö 1 s s schwankt in Kremsmünster die Leitfähigkeit (aus Zerstreuungsmessungen ge- schätzt) parallel mit den Schwankungen der erdmagnetischen Deklination. Ordnet man die beobachteten Werte der Leitfähigkeit nach gleichzeitig gemessenen Werten des Potentialgefälles, so ergibt sich, wie schon der tägliche und noch mein- der jährliche Verlauf dieser beiden Elemente erkennen läßt, ein deutlicher Zusammen- hang. Große Werte des Potentialgefälles entsprechen kleinen Werten der Leitfähigkeit und umgekehrt. Auf diese Beziehung wird weiter unten bei Besprechung des vertikalen Leitungsstromes noch näher eingegangen werden. 12. Die elektrische Leitfähigkeit in höheren Schichten der Atmo- sphäre. Die bei der Messung des Potential- gefälles im Freiballon erörterten Fehler- quellen kommen auch, für Beobachtungen 636 Atmospliärisclie Elektrizität der Leitfähigkeit in Betracht. Sie wirken hier nicht allein durch Erzeugung von Eigenladung und Influenzladung am Ballon, insofern durch das Vorhandensein solcher Ladungen eine künstliche Anreicherung der einen oder anderen Ionen art herbeigeführt werden kann, sondern auch durch Verminde- rung des natürlichen lonengehalts, insofern beim Auswerfen feinen Ballastsandes lonen- adsorption an diesem stattfinden kann. Es müssen also die älteren Zerstreuungs- und lonengehaltsmessungeji im Ballon, bei denen noch nicht auf diese Haupt- fehlerqueUen Rücksicht genommen wurde, für quantitative Betrachtungen ausgeschlossen werden. Daneben besitzen wir ein auch nach der quantitativen Seite hin verwertbares Material in den absoluten Leitfähigkeitsmessungen, die mittels des Aspirationsapparates im Freiballon gewonnen wurden (H. Ger dien). Schon die Zerstreuungsbeobachtungen ließen im wesentlichen den Verlauf der Leitfähigkeit erkennen , der später nach der absoluten Methode genauer untersucht wurde. In den untersten 3000 m Höhe wechselt die Leitfähigkeit in ähnlich un- regelmäßiger Weise wie das Poteutialgefälle. Die Leitfähigkeit zeigt sich in diesen Schichten im wesentlichen bestimmt durch den Grad der Lufttrübung; sie behält innerhalb die- ser Höhenlage etwa die Größenordnung bei, die auch am Boden anzutreffen ist. Wie die mittels des lonenzählers ange- stellten Beobachtungen ergeben haben, ist die Herabminderung der Leitfähigkeit durch die vorhandenen Adsorptionskerne unmittel- bar bewirkt durch die Zahl der leichtbe- weglichen Ionen, die durch Anlagerung an Staubteilchen und Wassertröpfchen ge- bunden werden. Oberhalb von etwa 3000 m Höhe, wo die Grenze des die imteren Schichten erfüllenden Staub- und Dunstmeeres liegt, wächst dann die Leitfähigkeit mit sinkendem Grade der Lufttrübung. Dabei scheint die spezifische Zahl der leichtbeweglichen Ionen nur unmittelbar nach Ueberschreiten der Dunstschichten und Wolkendecken stark zuzunehmen; in größereu Höhen — die Beobachtungen er- strecken sich jetzt bis zu etwa 7000 m — scheint die lonenzahl dann nur noch langsam zu wachsen. Quantitativ ist der Verlauf des Gehalts an leichtbeweglichen Ionen mit der Höhe etwa folgender: am Erdboden und bis zu etwa 3000 m Höhe rund 0,3 elektro- statische Einheiten pro cbm, oberhalb der stark getrübten Luftschichten steigt dann der lonengehalt auf etwa 0,5 und weiterhin bis zu einer elektrostatischen Einheit pro cbm. Im einzehien Falle ist der hier ge- gebene Verlauf durch die besonderen meteoro- logischen Verhältnisse modifiziert. Die Mittelwerte der spezif ischenlonen- geschwindigkeit nehmen im allgemeinen mit der Höhe entsprechend der abnehmenden Dichte der Luft zu; sie wachsen also in der Höhe von etwa 5500 m, wo der halbe Atmosphärendruck herrscht, auf etwa das Doppelte der am Boden beobachteten Werte an. Lokale Verminderung der spezifischen lonengeschwindigkeit insbesondere der nega- tiven Ionen kommt in Gebieten vor, die nahezu mit Wasserdampf gesättigt sind, z. B. in der Nachbarschaft von Kumulus- wolken. Li Wolkenschichten zeigt sich eine deutliche Beeinflussung des Gehalts an leichtbeweglichen Ionen und damit auch der Leitfähigkeit; der lonengehalt kann hier auf etwa V?o elektrostatische Einheit pro cbm herabgedrückt werden. Wie aus dem Verlauf der spezifischen Zahlen und spezifischen Geschwindigkeiten der Ionen mit der Höhe im einzehien zu ersehen ist, wird auch die Leitfähigkeit im allgemeinen stark zunehmen. Das haben auch die direkten Leitfähigkeitsmessungen ergeben. So wurde bei einer Ballonfalirt am 11. Mai 1905 innerhalb eines Hoch- druckrückens folgender Verlauf der Leit- fähigkeit mit der Höhe gefunden: In etwa h m Höhe l elektrostatische Einheiten h 1.104 8oo o,49 1350 1,19 2720 11,70 3300 7,56 etwa 30' später 8,39 reitere 20' später 635 3550 4;24 4500 6,88 5000 7,82 5700 13,65 unter Cumuluswolken in einer Lücke zwischen Cumuli über einer Stratus decke in einer StabUitätsschicht über einer Dunstschicht Die Leitfähigkeit nimmt bei dieser Fahrt | Dem mag ein Beispiel von einer Fahrt also zwischen 800 m Höhe und der Maximal- 1 gegenübergestellt werden, die am 30. August höhe von 5700 m von 0,49.10— * elektro- 1905 innerhalb eines Tiefdruckgebietes statt- statischen Einheiten 27 fachen Betrag zu. bis auf etwa den fand: Atmosphärische Elektrizität 637 h X.IO* 1680 3,54 unter einer Stratocumulusdecke 3200 5,34 darüber 4100 9,36 über einer Schicht Altocumuh 4330 8,69 4700 11,59 „ 6020 20,6 „ Die Leitfähigkeit nimmt bei dieser Fahrt also zwischen 1680 m Höhe und der Maximal- höhe von 6020 m von 3,54.10— 1 elektro- statische Einheiten bis auf etwa den 6 fachen Betrag zu. Der Verlauf der beiden Anteile X^ und An weist, sobald Wolkendecken und Dunst- schichten vorhanden sind, oberhalb und unterhalb dieser häufig beträchtliche Uni- polarität auf. So überwiegt meist bei nor- malem Potentialgefälle unterhalb der ad- sorbierenden Schicht der Anteil der nega- tiven Ionen, oberhalb der Schicht der Anteil der positiven Ionen an der Leit- fähigkeit. Die Unipolarität beruht auf dem Unterschiede der spezifischen lonenzalilen, der dadurch zustande kommt, daß die posi- tiven Ionen im normalen Felde von oben nach unten wandern, also unterhalb der adsor- bierenden Schicht in geringerer Zahl vor banden sein werden als oberhalb der Schicht; entsprechendes gilt für die von unten nach oben wandernden negativen Ionen. i^ Zuweilen werden auch Abweichungen von dieser Regel beobachtet, die vielleicht dadurch zustande kommen, daß ursprünglich regelmäßig entstandene Ladungsüberschüsse durch Luftströmungen verlagert werden und dabei in neue Anordnungen gebracht werden, die der Regel, die für die Bildung dieser Schichten gilt, nicht mehr entsprechen. 13. Die in der Atmosphäre wirk- samen Ionisatoren. Die Atmosphäre hat nach den unter 12 gemachten Aus- führungen dauernd eine merkliche Leit- fähigkeit, die sie dem Vorhandensein von Jonen in der Luft verdankt. Die Ladung dieser bewegt sich um den Wert von etwa 0,3 elektrostatischen Einheiten/cbm. Die vor- handenen Ionen werden teils durch das elektrische Feld an die Erdoberfläche ge- führt, teils verschwinden sie durch Ver- einigung mit Ionen des entgegengesetzten Vorzeichens. Es muß also, um im stationären Zustande eine merkliche lonenzahl zu er- halten, eine ionisierende Ursache wu-ksam sein. Bezeiclmen wir mit q die Anzahl der m der Zeit- und Volumeneinheit neu er- zeugten lonenpaare, mit Up bezw. Un die spezifischen lonenzahlen, so gilt, wenn wir von allen Verlusten außer denen duich Wiedervereinigung absehen, die Beziehung dn dt = q — a Up Un worm a den Koeffizienten der Wieder- vereinigung bezeichnet; a hat für reine Luft von 760 mm Druck und Zimmer- temperatur etwa den Wert 3400. e, worin e die lonenladung bedeutet. Für den statio- nären Zustand hält die lonisierungsquelle 1 gerade der Wirkung der Wiedervereinigung das Gleichgewicht, es gilt j q = a np Un oder q = an^, für gleiche Zahlen positiver und negativer Ionen in der Volumeneinheit. Für einen stationären Zustr.nd, in dem z. B. 600 positive Ionen pro ccm mit ebensoviel negativen im Gleichgewicht sind, ergibt sich so q = 3400. .600.600.4,9.10-10=0,6 pro sec, und ccm. Der wesentliche Anteil an der zur Unter- haltung der Ionisation in der Luft erfor- derten lonisierungsarbeit wird von den radio- aktiven Stoffen geleistet, die in der Erde und in der Atmosphäre vorhanden sind. Von den im Erdboden, in Quellen oder im Meerwasser enthaltenen radioaktiven Sub- stanzen, bezüglich deren Vorkommen auf den Artikel „Radioaktivität" verwiesen werden muß, können unmittelbar nur die in den obersten Schichten des Bodens ent- haltenen vermöge ihrer durchdringenden Strah- lungen in der Atmosphäre ionisierend wirken. Ein Teil der lonisierungsenergie, die von den im Erdboden enthaltenen Substanzen an die Atmosphäre abgegeben wird, kommt durch die gasförmigen Umwandlungs- produkte, die radioaktiven Emana- tionen zur Wirkung. Diese dringen aus den Hohhäumen des Bodens in die Luft teils durch Diffusion, teils bei der Expansion der Bodenluft bei sinkendem Luftdruck. In der Atmosphäre werden sie durch die Luftbewegung verteilt; sie sind hier bis zu beträchtlichen Höhen nachweis- bar. Die aus den gasförmigen Umwandlungs- produkten (Radium-, Thorium-, Aktinium- emanation) entstehenden festen Substanzen, die radioaktiven Induktionen werden ebenfalls durch die Luftbewegung in der Atmosphäre verteilt, andererseits wandern sie, da sie zum Teil positive Ladungen tragen, unter der Wirkung des elektrischen Feldes der Atmosphäre unter normalen Umständen an die negative Elektrode, die Erdober- fläche. Hier werden sie niedergeschlagen und wirken zu einem beträchtlichen Teile von hier aus an der Ionisierung der Luft durch ihre durchdringenden Strahlungen mit. Ein Teil der radioaktiven Niederschläge, die sich in der Atmosphäre gebildet haben, ge- langt auch mit Niederschlägen zum Erd- boden. So wird es verständlich, daß die von den radioaktiven Substanzen in der Atmosphäre geleistete lonisierungsarbeit in außerordent- lich verwickelter Weise von den meteoro- logischen Faktoren abhängig sein muß. Schon der prim<äre Vorgang des Austritts der Emanation aus dem Boden ist abhängig 638 Atmosphärische Elektiizität von der wechselnden Durchlässigkeit des Erd- reichs, die durch Niederschläge (Regen, Schnee), wechselnde Bodentemperatur unter der Wirkung wechselnder Bestrahlung beeinflußt wird. Anderer- seits hängen die austretenden Emanationsmengen unmittelbar von der Dauer und Größe der Luftdruckerniedrigungen ab, die den normalen Diffusionsvorgang allerdings wohl nicht an Wirkung erreichen. Sekundär wird die in der Atmosphäre zur Wirkung kommende lonisierungsarbeit der radio- aktiven Substanzen insofern beeinflußt, als die Induktionen durch wechselnde meteorologische Verhältnisse mehr oder weniger schnell von dem Orte ihrer Entstehung in der Atmosphäre zum Erdboden geführt werden. Dieser Vorgang wird durch die Luftbewegung, durch Adsorptions- kerne, an welche sich die Träger der Induktionen anlagern, durch Niederschläge, für welche sie teils als Kondensationskerne dienen, teils von diesen mitgerissen werden, durch das elektrische Feld beeinflußt, das sie zurErdoberf lache zu führen strebt. Nach den verschiedenen Zuständen der Atmosphäre werden so die ionisierenden Wü.-- kungen der Induktionen in außerordentlich mannigfaltiger Weise zur Geltung kommen. Tertiär wird dann die lonisierungswirkung der auf der Erdoberfläche niedergeschlagenen Induktionen durch Abschirmen ihrer ionisierenden Strahlung (Schneedecke) beeinflußt werden. Die oben geschätzte Zahl für die in der Atmosphäre aufzubringende lonisie- rungsarbeit, ausgedrückt durch die Zahl der pro Sekunde im ccm neu zu erzeugenden lonenpaare q = 0,6, ist durch direkte Messun- gen des Gehaltes der Luft an radioaktiven Stoffen zu einem Vergleich mit den von diesen allein erzeugten Ionen herangezogen worden. Da es von prinzipieller Bedeutung für das Problem der Luftelektrizität ist, die Resul- tate der Messungen kennen zu lernen, die dem Vergleich zugrunde liegen, so soll hier kurz auf sie eingegangen werden. Die ersten Versuche von Hof mann und Mache gingen darauf aus, die in der Luft enthaltene Emanation durch eine absor- bierende Flüssigkeit zu binden, sie dann durch Erwärmen in den Meßapparat hinein zu treiben und hier durch Messung des von ihr unterhaltenen Sättigungsstromes quan- titativ zu bestimmen. Sie vei wendeten Petroleum, das mittels einer Kältemischung auf — 19° abgekühlt wurde; bei dieser Temperatur absorbierte es aus der hin- durchgeblasenen Luft das etwa 2,5 fache Emanationsquantum als bei 17". Nach dem Vorgange von Mache und Rimmer hat Eve gekühlte Holzkohle als absorbierendes Mittel verwendet. Auch wird nach Ebert die Emanation in einem mit flüssiger Luft gekühlten Gefäß kon- densiert. Nach diesen Versuchen kann man die im cbm Luft enthaltene Emanation gleich der Menge Emanation schätzen, die mit 8.10 11 g Radium im Gleichgewicht ist und imstande sein würde, einen Sättigungsstrom 5 von 4,2.10 elektrostatischen Einheiten zu unterhalten, entsprechend der Neubildung von rund 0,05 lonenpaaren im ccm pro Sekunde. Der so erhaltene Wert ist zwar kleiner, aber doch von der gleichen Größen- ordnung als der zu erklärende Wert q = 0,6. Naturgemäß muß der so geschätzte Wert zu klein sein, da er nur den Anteil der Emanation an der lonisierungsarbeit gibt ohne Rücksicht auf die von den Zerfalls- produkten der Emanation in der Luft und am Erdboden geleisteten Beiträge zur lonisie- rungsarbeit. Auf indirektem Wege hat Eve den Emanationsgehalt der Luft gemessen, indem er die aus der Emanation entstehenden Induktionen innerhalb eines die Luftprobe enthaltenden Gefäßes auf einer negativ geladenen Elektrode niederschlug und den Sättigungsstrom maß, der von diesem Nie- derschlag unterhalten wurde. Ein Ver- gleichsversuch mit Luft von bekanntem Emanationsgehalt ergab dann die in der Volumeneinheit der freien Atmosphäre ent- haltene Emanationsmenge. Die in der Luft enthaltenen radioak- tiven Induktionen sind in ähnlicher Weise der Messung zugänglich. Die ersten Versuche von Elster und Geitel, welche einen auf hohe negative Spannung geladenen Draht der freien Luft exponierten und dann den Sättigungsstrom bestimmten, der von den radioaktiven Niederschlägen auf dem Draht erzeugt wurde, konnten nur qualitativ brauchbare Resultate ergeben, da bei der Unbestimmtheit der Versuchsbedingungen nicht angegeben werden kann, aus welchem Volumen Luft die auf dem Draht nieder- geschlagenen Induktionen stammen. Quantitative Messungen der Zahl und spezifischen Geschwindigkeit der positiv ge- ladenen Träger der radioaktiven Induktionen hat H. Ger dien ausgeführt. Ein mittels Anemometers gemessener Luftstrom wurde durch einen Zylinderkondensator hindurch- gesaugt, dessen innere negativ geladene Elek- trode mit einem Papierrohr überzogen war. Nach beendeter Exi)osition wurde das Papier- rohr, auf dessen Oberfläche sich die geladenen Induktionsträger niedergeschlagen hatten, in gleichlange Teile zerschnitten, die einzehi untersucht wurden. Durch längere Zeit nach dem Ende der Exposition fortgesetzte Vergleichsmessungen kann man die Inten- sität der ionisierenden Strahlung für jedes Intervall und ferner den zcithchen Verlauf der bei jedem Liter vall wirksamen Strahlung feststellen. Aus dem zeitlichen Verlauf läßt sich der Anteil der Radium- und der Thoriuminduktionen trennen, aus der räum- lichen Verteilung der Litensität auf die verschiedenen Intervalle läßt sich die auf Atmosphärische Elektrizität 639 bestimmte Bereiche der spezifischen Ge- schwindigkeit entfallende Zahl der Induk- tionsträger bestimmen. Es ergab sich so, daß unter den Trägern der Radium- und Thorium- aktivität solche von der spezifischen Ge- schwindigkeit der leichtbeweghchen Ionen vorkommen. Daneben gibt es auch Träger von erheblich geringeren spezifischen Ge- schwindigkeiten bis herab zu solchen, die etwa den schwerbeweglichen Langevin- lonen entsprechen. Die von den Radium- induktionen im ccm und in der Sekunde erzeugten lonenpaare schwankten um Beträge von etwa 1,0; das Maximum der lonisierungs- arbeit entfiel auf die leichtbeweghchen Träger, deren spezifische Geschwindigkeit zwischen etwa 0,6 und 1,8 cm/sec. pro Volt/cm lag. Für die Träger der Thorinduktionen ergaben sich stets weit kleinere Anteile an der loni- 1 sierungsarbeit (in Göttingen) als für die j Radiuminduktionen; sie lagen zwischen 0,25 und 0,1 der für diese gefundenen Werte, Der weit geringere Anteil der Thorinduk- tionen wird verständlich durch die gegenüber | der Radiumemanation sehr kleine Lebens- dauer der Thoremanation, die ein tiefes Eindringen dieser in die Atmosphäre un- wahrscheinlich macht. In ähnhcher Weise, jedoch ohne Rück- sicht auf die Verteilung der Trägerzahlen auf die verschiedenen spezifischen Geschwin- digkeiten sind Messungen des Gehalts der Luft an radioaktiven Induktionen von K. W. F. Kohlrausch und von K. Kurz ausgeführt worden, die der Größenordnung nach übereinstimmende Werte ergeben haben. Nach den Messungen des ersten Beobachters scheint der Gehalt an radioaktiven In- duktionen mit der Zahl der leichtbeweghchen Ionen und der absoluten Feuchtigkeit zu wachsen, mit der Bewölkung zu sinken. Bei abnehmendem Luftdruck wurden größere Werte gefunden als bei steigendem; die kleinsten Werte zeigten sich während und nach dem Fall von Regen. Diese Zusammen- hänge sind nach dem oben Gesagten ver- ständhch. Auf die nach der Elster-Geitelschen Methode erhaltenen ,, Aktivierungszahlen" näher einzugehen, kann hier unterbleiben, da sie quantitative Schlüsse nicht zulassen. Quahtativ zeigt das schon recht ansehnhche Beobachtungsmaterial das Vorkommen der Induktion an allen Stationen. Auch auf dem freien Ozean sind die Induktionen von Radium nachgewiesen worden. Ein Maß für die in der Atmosphäre ionisierend wirkenden radioaktiven Substan- zen erhält man nach McLonnan durch Messung des Sättigungsstromes in einem abgeschlossenen Gefäß. Dieser wird im wesenthchen durch die durchdringenden Strahlungen unterhalten, die herrühren von den im Erdboden lagernden radioaktiven Stoffen, den Induktionen, die in der Nach- barschaft des Beobachtungsortes teils in der Luft, teils an der Erdoberfläche niedergeschlagen vorhanden sind. Der erste Anteil darf als zeithch merklich konstant angesehen werden; die zur Beobachtung kommenden Schwankungen des Sättigungs- stromes rühren also von der Veränderlichkeit der beiden letztgenannten Anteile her. Wood und Campbell entdeckten eine täg- liche Periode dieser Strahlungsintensität mit Maximis am Morgen und am Abend. Dieselbe I tägliche Schwankung fanden Mache und Rimmer, welche auch eine erhebliche Zunahme des Effektes nach dem Fall von Niederschlägen feststellen konnten. Eine ' frisch gefallene Schneedecke vermindert zu- { nächst den Effekt, indem sie zunächst die j Diffusion der emanationshaltigen Bodenluft beeinträchtigt und damit die Nachlieferung von Induktionen in der Luft und .auf der Oberfläche der Sclnieedccke herabsetzt. Erst wenn der Emanationsgehalt in den Poren der Schneedecke nach hinreichender Zeit ge- stiegen ist, tritt mit zunehmendem Emana- tionsgehalt der Luft auch wieder die vorher beobachtete Größe des Sättigungsstromes in dem geschlossenen Gefäß ein. Von C. T. R. Wilson und nach ihm von einer ganzen Reihe anderer Beobachter ist die Radioaktivität der Niederschläge untersuhct worden. Regen und relativ noch stärker Schnee zeigen einen merklich';'n Gehalt an Radiuminduktionen, der durch schnelles Eindampfen des Wassers konzen- triert werden kann. Die Aktivität ist stäiker beim Beginn des Falles von Niederschlägen als später. Vermuthch werden die Träger der Induktionen durch die Niederschlags- partikel nicht nur mitgerissen, sondern sie vereinigen sich wohl auch mit ihnen, weil die Niederschläge häufig negative Ladung tragen oder weil die Induktionsträger dem Wasser- dampf als Kondensationskerne dienen. Außer den radioaktiven Substanzen, denen sicherlich der Hauptanteil an der lonisierungs- arbeit in der Atmosphäre zufällt, sind noch einige andere Quellen bekannt, aus denen die lonenzahl der Atmosphäre ergänzt wird. Soweit diese in den unteren Schichten der Atmosphäre zur Gel- tung gelangen, haben sie wahrscheinlich neben den radioaktiven Ionisatoren nur geringe und meist lokale Bedeutung. Auf die Ionisierung durch lonenstoß, die bei Gewittern und ähnlichen Erscheinungen Platz greift, sei hier kurz verwiesen; sie hat wegen ihrer relativen Seltenheit und, weil die so erzeugten hohen lonendichten schnell durch Mohsierung verschwinden, nur geringe Bedeutung. Größere aber auch nur lokale Bedeutung hat die Elektrisierung durch Lenard- Effekt. Beim Zerstäuben von Wasser treten negative Ionen in die Luft, während die Wassertropfen positive Ladung annehmen. Dieses Phänomen äußert 640 Atmosphärische Elektrizität sich als Störung bei Potentialgefälle-Messungen in der Nähe von Wasserfällen, insofenr die Luft negative Ladung enthält, die zu abnormen nega- tiven Gefällewerten Anlaß gibt (Wasserfall- elektrizität). Geringe Zusätze zum Wasser können einen Vorzeichenwechsel des Effektes herbei- führen; so wild die Luft durch Zerstäuben vcn ver- dünnter Kochsalzlösung positiv elektrisiert. Dieser Vorgang scheint in der Tat auch für die Atmosphäre Bedeutung zu haben und erklärt vielleicht die hohen Werte des Potentialgefälles und der positiven Ladungsüberschüsse, die lonen- gehalts- und Leitfähigkeitsmessungen in der Nähe der Meeresbrandung ergeben haben. Auch die lichtelektrische Wirkung, die, wie Elster und Geitel gezeigt haben, an Granit und Fluß- spat merklich ist, hat wohl für die Atmosphäre als Quelle negativer Ionen lokale Bedeutung. In größeren Höhen der Atmosphäre spielt wahrscheinlich die Ionisierung durch ultravio- lettes Sonnenlicht eine bedeutende RoUe ; danach ist zu vermuten, daß in dieser Höhe eine sehr deutliche tägliche Periode der Leitfähigkeit herrscht* III. Elektrische Strömungen in der Atmosphäre. 14. Der normale Lei- tungsstrom und Konvektionsstrom. Die elektrischen Strömungen in der Atmo- sphäre setzen sich aus zwei Anteilen zu- sammen: dem Leitungsstrom und dem Konvektionsstrom. Unter Leitungsstrom wird der dem elektrischen Felde und der spezifischen Leitfähigkeit proportionale Strom verstanden, unter Konvektionsstrom der von dem elektrischen Felde unabhängige durch die Bewegung freier elektrischer Ladungen vermittelte Strom. Von den in der Atmosphäre vorkommen- den Strömungen sollen zunächst die nor- malen behandelt werden, die statthaben, solange Störungen durch Niederschläge fehlen. Für die Stromdichte des normalen Lei- tungsstromes erhält man _ ^ 2 • _ dV , dx worin jix, jiy, jiz die Komponenten der Stromdichte nach den Koordinatenrichtungen bezeiclmen. Da für normale lultekktristhe Verhältnisse nur die Vertikalkomponente des elektrischen Feldes eine Bedeutung hat, ist im allgemeinen auch nur eine Vertika!- dV komponente der Stromdichte jm = — Hb *'^- vorhanden. Ihre Größe am Boden läßt sich aus den oben gemachten Angaben über das Potentialgefälle und die Leitfähigkeit am Boden schätzen; nehmen wir für das Poten- tialgefälle rund 100 Volt/m (entsprechend V30C Plst.) für die Leitfähigkeit 2 .10— ^ eist., so ergibt sich für Jm 300 • 2.10-* = 6,67-10-7 in elektrostatischem Maße oder 2,2.10—" Amp/cm^. Die Komponenten der Stromdichte des Konvektionsstromes jkx, jky, jkz erhalten wir, indem wir die der Konvektion unter- worfenen räumliclien Ladungsdichten mit den ihnen zukommenden Translationsge- schwindigkeiten multiphzieren und die Summe über alle vorhandenen Arten von Ladungen (Ionen, Staubteilchen und Wassertröpfchen mit Ladung u. a. m.) summieren : jkx — Tii Qi Gxi usw., worin die qj die Ladungsdichten ver- schiedener Art, Gxi die zugehörigen Geschwin- digkeitskomponenten bezeichnen. Darin müssen die Qi der Bedingung genügen d^V — 4;rS^i=-^, wenn wir wie bisher von horizontalen Kom- ponenten des Potentialgefälles und deren Aenderungen absehen. Um eine Schätzung über die Größe des normalen Konvektions- stromes zu erhalten, nehmen wir für die unteren Schichten der Atmosphäre den oben geschätzten W ert von 2,7.10—' eist. Einheiten für die räumhche Ladungsdichte an; dann erhält man für die Horizontalkomponente schon bei rund 2,5 m/sec Windgeschwindigkeit einen Konvektionsstrom, der gleich ist dem vertikalen Leitungsstrom. Der horizontale Konvektionsstrom ist also in den unteren Schichten von der gleichen Größenordnung wie der vertikale Leitungsstrom; in größeren Höhen wird er nur da merkhche Werte aufweisen können, wo etwa an der Grenze von Adsorptionsschichten stärkere Ladungs- dichten angehäuft sind. Bei der Schätzung der Vertikalkomponente des Konv< ktions- stromes begegnet man der Schwierigkeit, daß über die vertikale Komponente der Luft- bewegung vorerst noch geringes Material an Beobachtungen vorliegt. In der unmittelbaren Nähe des Erdbodens muß sie — und mit ihr die Vertikalkomponente des Konvektions- stromes, soweit er von der Luftbewegung abhängt, verschwinden. Nimmt man, was für größere Gebiete aufsteigender oder ab- steigender Luftbewegung schon einen recht hoch hegenden Wert darstellen dürfte, die Vertikalkomponente der Luftbewegung zu 0,1 m/sec an, so würden sich für die Vertikal- komponente des Konvektionsstromes 2,7 . 10— ^ elektrostatische Einheiten ergeben, also etwa V25 des Wertes, der oben für den vertikalen Leitungsstrom geschätzt wurde. In größeren Höhen kommen zwar erhebhche Vertikal- komponenten der Luftbewegung vor, die Atmosphärische Elektrizität 641 lokale Werte von einigen m/sec errechien können ; da aber in diesen Höhen die räum- liche Ladungsdichte sehr viel kkinere Werte hat, wie am Boden, so wird auch hier nur in besonderen Fällen der vertikale Konvek- tionsstrom die Größenordnung des vertikalen Leitungsstromes erreichen. 15. Messung und Registrierung des vertikalen Leitungsstromes. Wegen der geringen Größe des vertikalen Leitungs- stromes stößt seine direkte Messung mittels handhcher transportabler Apparate auf Schwierigkeiten. Auf indirektem Wege kann er nach dem Vorgange von H. Gerdien durch gleichzeitige Messungen des Potential- gefälles und der spezifischen Leitfähigkeit ermittelt werden. Mittels einer stationären Einrichtung kann nach H. Eber t der Vertikal- strom gemessen werden, indem man eine mehrere qm große leitende Fläche isoliert über dem Erdboden anbringt, sie eine Zeit- lang der Luft aussetzt und durch ein baUisti- sches Galvanometer zur Erde entladet. Von C. T. R. Wilson ist neuerdings eine transportable Apparatur angegeben worden, welche durch eme kleine Modifikation des oben erwähnten Apparates zur .Messung des Potentialgefälles auch Bestimmungen des vertikalen Leitungsstromes am Erdboden vorzunfhmen gestattet. G. C. Simpson hat in ähnlicher Weise wie Ebert eine größere isoherte Fläche benutzt, deren Aufladung durch den Vertikalstrom er mittels eines Benudorf sehen Eh ktrometers und einer be- sonderen, auf dem Prinzip des Tropfkollek- tors beruhenden Entladevorrichtung regis- trierte. SämtMche Methoden, von denen die der simultanen Potentialgefälle- und Leitfähig- keitsmessung auch im Freiballon angewendet ist (H. Ger dien), haben der Größenord- nung nach übereinstimmende Werte ergeben. 16. Beobachtungsresultate. Die bisher von verschiedenen Punkten der Erd- oberfläche vorhegenden Messungen der Dichte des vertikalen Leitungsstromes ergeben eine auffallende Konstanz desselben. Diese Ge- setzmäßigkeit ist um so bemerkenswerter, als an dtn einzelnen Beobachtungsstationen die Werte der Leitfähigkeit und des Poten- tialgefälles großen Abweichungen unter- hegen. Die Konstanz des Vertikalstromes mag folgende Tabelle erweisen: Ort Göttiiigen Potsdam Island Schottland Simla (Indien) Samoa jih in elektrostat. E. 8,o.io— ' 6,6. lo—' 9,o.io— ' 6,6. lo—' 5,4.10—7 6,4.10—7 Die einzehen Werte haben allerdings durchaus ungleiches Gewicht (der Wert Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Band I. für Simla z. B. beruht nur auf Messungen an 10 Tagen), immerhin zeigen sie eme, besonders im Hinbhck auf die verschiedenen klimatischen Verhältnisse der Beobachtungs- stationen bemerkenswert geringe Veränder- lichkeit. Auch an einem einzelnen Beobachtungs- orte zeigt der vertikale Leitungsstrora ge- ringere zeitliche Schwankungen als das Potentialgefälle und die Leitfähigkeit allein. Dieses Verhalten wird verständhch, wenn man die vertikale Elcktrizitätsströmung in der Atmosphäre als einen quasi stationären Vorgang auffaßt; würde nämhch in der Höhe merkhch konstant positive Elektrizität nachgeliefert, so müßte sich, wenn in irgend- einer Schicht die Leitfähigkeit einen kleineren (größeren) Wert annimmt, nach Verlauf einer geraumen Zeit in dieser Schicht ein entsprechend größerer (kleinerer) Wert des Potentialgefälles einstellen, so daß das Pro- dukt von Potentialgefälle und Leitfähigkeit, der vertikale Leitungsstrom angenähert kon- stant bleibt. Der gleiche Umstand wird für die merk- würdige Unveränderhchkeit des vertikalen Leitungsstromes als maßgebend anzusehen sein, die H. Ger dien bei seinen Messungen im Freiballon vorfand. So variierte bei wesenthch antizyklonaler Wetterlage in den durchmessenen Schichten das Potential- gefälle im Verhältnis 25:1, die Leitfähigkeit im Verhältnis 1:27, die Dichte des vertikalen Leitungsstromes dagegen nur im Verhältnis 1:4, bei einer anderen Fahrt, die bei zyk- lonaler Wetterlage stattfand, variierte das Potentialgefälle im Verhältnis 5:1, die Leit- fähigkeit im Verhältnis 1:6, die Dichte des vertikalen Leitungsstromes nur im Verhältnis 1 : 2. Bemerkenswert ist ferner das Verhältnis der absoluten Beträge des Vertikalstromes an diesen beiden Tagen: das Maximum bei zyklonaler Wetterlage ist fast 3,5 mal so groß wie das Maximum bei antizyklonaler Wetterlage. Größere Abweichungen des Vertikal- stroraes wurden nur unterhalb von Schichten beobachtet, die, wie der Verlauf des Poten- tialgefälles mit der Höhe zeigte, starke positive Ladungen führten und sich meteoro- logisch als Stabilitäts- und Grenzschichten erwiesen; unterhalb dieser Schichten hatte der Vertikalstrom größere Werte. Das würde verständlich sein, wenn man annehmen wollte, daß in der Stabilitätsschicht durch den horizontalen Konvektionsstrom stärkere positive Ladungen herangeführt werden, die unterhalb der Schicht so lange zu einem stär- keren Abströmen im Leitungsstrome Anlaß geben, bis der stationäre Zustand wieder er- reicht ist. Auf diese Betrachtungen wird weiter unten bei der Erörterung des Elrktrizitäts- haushalts der Erde noch zurückgegriffen 41 642 Atmosphärische Elektrizität werden. Die Messung des Verlaufes des Vertikalstromes mit der Höhe ist von be- sonderer Wichtigkeit für das Problem der atmosphärischen Elektrizität, weil sie not- wendig zur Aufdeckung derjenigen Ursachen führen muß, die die Naclüiefcrung der posi- tiven Ladungen in der Atmosphäre besorgen, welche zur Unterhaltung des Vertikalstromes erforderhch sind. In allen Fällen, wo in einer bestimmten Schicht eine Abnahme des Vertikalstromes merklich wird, muß not- wendig — stationären Zustand vorausgesetzt ~ eine Quelle positiver Ladungszufuhr in und unter dieser Schicht gesucht werden. Eine solche Schicht dürfte vielfach an der oberen Grenze des Staub- und Dunst- meeres der Atmosphäre in rund 3000 m Höhe anzutreffen sein. 17. Der gestörte Leitungs- und Kon vektions Strom. Niederschlags- und Gewitterelektrizität. Die größten Abweichungen des Leitungs- und Konvek- tionsstromes von ihrem gewöhnlichen Ver- halten kommen im Zusammenhang mit Niederschlägen vor. Sowohl das Potential- gefälle zeigt starke Beeinflussung als auch die Leitfähigkeit; zugleich treten starke räumliche Ladungsüberschüsse auf. Alle diese Störungen hängen zusammen mit starken Ladungen, die ihren Sitz auf den Elementen der Wolken und auf den fallenden Nieder- schlägen haben. Die Elektrizität der Niederschläge ist zuerst von Elster und Geitel untersucht worden. Die von ihnen benutzte Anordnung war folgende: Die Niederschläge wurden auf einer wohhsolierten und vor der Lifluenz durch das elektrische Feld der Atmosphäre möglichst geschützten Metallschale aufge- fangen, die mit einem Quadrantenelektro- meter verbunden wurde. Die Schale wurde während einer gemessenen Zeit den Nieder- schlägen freigegeben, dann wurde ein Deckel über die Einfallsöffnung des Apparates ge- deckt und das Potential abgelesen, bis zu welchem sich das isolierte System aufgeladen hatte. Darauf wurde das System entladen und die Schale von neuem den Niederschlägen ausgesetzt; gleichzeitig wurden Messungen des Potentialgefälles vorgenommen. Die etwas modifizierte Elster- Geitel sehe Anord- nung wuide später von H. Ger dien zur kontinuierlichen Registrierung der von den Niederschlägen der Auffangschale zugeführ- ten Stromstärke benutzt; gleichzeitig wurde das Potentialgefälle und die Niederschlags- menge kontinuierlich registriert. Von Kah- ler und von Simpson sind ausgedehnte Registrierungen der Niederschlagselcktrizität mittels des Benndorf sehen Elektrometers ausgeführt worden. Weiß beobachtete nach einem von Mache angegebenen Ver- fahren, wobei die Niederschläge auf einer steif haarigen, dichten, durch Eintauchen in Chlor calciumlösung leitend gemachten Bürste aufgefangen wurden, die auf einem isolie- renden Griff befestigt war. Hier findet kein Zerspritzen der Tropfen statt, das sonst leicht durch Lenard-Effekt zur Fehler- quelle werden kann. Nach der Ex])osition wurde die Bürste unter einem Schirm in den Beobachtungsraum gebracht und hier ihre Ladung mittels eines Hank eischen Elektro- meters bestimmt. Vor und nach jeder Exposition wurde das Potentialgefälle ge- messen und zugleich die Niederschlagsmenge nach Wiesner (Auffangen einzelner Tropfen oder Flocken auf einem mit Eosin präpa- rierten Filtrierpapier) bestimmt. Wichtige Aufschlüsse über die Verteilung der Ladungen bei Niederschlägen sind durch die Registrierung des Potentialgefälles an drei benachbarten Stationen am Potsdamer Meteorologischen Oliservatorium erhalten worden. Starke Volumenladungen bei Gewittern und Niederschlägen wurden von Langevin imd von Mache mittels eines Kollektors nachgewiesen, der unter einer als Schutz- dach dienenden Platte durch ein weitmaschi- ges Drahtnetz gegen das elektrische Feld geschützt arbeitete. Die Niederschlagsladungen zeigen häufig Wechsel des Vorzeichens, der mit solchem bei dem Potentialgefälle überein- stimmt; gewöhnlich zeigen dabei Nieder- schlagselektrizität und Potentialgefälle ent- gegengesetztes Vorzeichen. Häufiger werden aber auch Fälle beobachtet, bei denen das Potentialgefälle in abweichender Weise vari- iert; insbesondere kommen bei dem Potential- gefälle gelegentlich schnelle Aenderungen und auch Vorzeichenwechsel vor, die bei der Niederschlagselektrizität fehlen. Häufig zeigt sieh bei Böen und Gewittern eine merkhche Beeinflussung des Potentialgefälles, ehe noch Niederschlagsladung hervortritt („Front- wirkung"). Zwischen der Niederschlagsladung und Niederschlagsmenge besteht keine gesetz- mäßige Beziehung. Häufig fallen längere Zeit nahezu ungeladene Niederschläge; andererseits kommen Böenregen vor, die bei sehr kleiner Niederschlagsmenge erheb- liche Ladungen mitführen. Bei Gewittern hal)en zuweilen die ersten fallenden Tropfen sein starke Ladung. Für die mit einem Gramm Niedersclilagsmenge zur Erde be- förderte Ladung sind Werte von 1 bis zu 35 eltktrostatischenEinheitenbeobachtetwordcn. Von Elster und Geitel und von Ger- dien wurde ein Ueberschuß an negativer Niederschlagsladung gefunden. Weiß und Kahler fancien positive Ladungsüberschüsse; G.G. Simpson beobachtete in Indien bis zu 75% positiven Ueberschuß. Atmospliärische Elektrizität 643 Bei gewöhnlichen Regen- und Schnee- fällen vom ,,Landregen"-Typus beträgt die der Erde zufließende Stromdichte etwa 10—^® bis 10—^^ Amp/cm^, erreicht gelegentlich 10—^* Amp/cm-. Bei kleineren Böen und Gewittern kommen Stromdichten von der Ordnung 10— ^^ bis 10— ^^ Amp./cm^ vor, die auch wohl auf 10—" Amp/cm^ anwachsen. Oft werden bei Gewittern und Böen Stromdichten von 10—12 Amp/cm^ für kurze Zeit erreicht. Das Potentialgefälle erreicht bei gewöhn- lichen Regen- und Schneefällen Werte von 1000 bis 2000 Volt/m ; charakteristisch ist das seltene Vorkommen starker positiver Felder. Bei Böen und Gewittern verlaufen die Schwankungen des Potentialgefälles noch schneller; es werden auch größere Werte erreicht, die bei heftigen Gewittern wohl über 10000 Volt/m hinausgehen. Die Pots- damer Beobachtungen des Potentialgefälles an drei benachbarten Stationen haben gezeigt. daß sich die Störungen bei gewölmlichen Regenfällen regelmäßig in der Richtung des Regenzuges fortpflanzen. Zuweilen zeigen die Verläufe bis auf kleine Abweichun- gen gute Uebereinstimmung; die Abweichun- gen betreffen hauptsächlich die absolute Größe des Potentialgefälles, die vermutlich mit der an den verschiedenen Stationen verschieden starken Regenintensität zu- sammenhängt. Größere Abweichungen wur- den an den Ijenachbarten Stationen bei Böen beobachtet; bei den meisten Böen stimmt die ,, Frontwirkung" an allen drei Stationen überein. Es kommen aber auch Böen vor, bei denen an zwei Stationen z. B. eine nega- tive Frontwirkung auftritt, wälnend die dritte seitlich gelegene Station eine positive Frontwirkung hat. Für die Böenrückseite ergeben sich ähnliche Verhältnisse wie für die Front. Gewitter verhalten sich im all- gemeinen ähnlich wie die Böen. 18. Leuchtende Entladungen in der Atmosphäre (vgl. auch den Artikel ,,Blitz"). Aus dem großen Beobach- tungsmaterial, das sich auf die Blitzent- ladungen bezieht, kömien hier nur die für den Elektrizitätsaustausch wichtigsten und quantitativ wenigstens schätzungsweise zugänghchen Tatsachen aufgeführt werden. Die leuchtenden Entladungen sind meis- tens Begleiterscheinungen intensiver Nieder- schlagsphänomene. Die zwischen Wolken und zwischen Wolke und Erde übergehenden, reich verästelten Funken- oder Linien- blitze erreichen selten mehr als 2 bis 3 km Länge. Sie zeigen nach Kund t das Linien- spektrum von Stickstoff, Sauerstoff, Wasser- stoff, nach neueren Beobachtungen auch Linien, die zu den Spektren einiger Edel- gase gehören. Nach Elster und G e i t e 1 ist die Farbe des Blitzes rötlich, wenn die Erde Anode, und die Wolke Kathode ist, bläulich. wenn das Entgegengesetzte der Fall ist. Oszillierende Entladungen sind wahrschein- lich äußerst selten; dagegen ist durch Blitz- photographien mit ruhender und bewegter Kamera nachgewiesen worden, daß der gleiche Entladungsweg in sehr kurzen ZeitintervaUen — oft vom Winde inzwischen seitlich ver- schoben — mehrfach durchschlagen wird. Als besonders merkwürdig werden von einigen Beobachtern Blitze aufgefülnt, die von dem oberen Teile der Gewitterwolken ausgehend nach dem heiteren Himmel hin ausstrahlen. Flächen blitze — nicht zu verwechseln mit dem Aufleuchten einer Wolke im durch- fallenden oder auffallenden Lichte eines Funkenblitzes — zeigen das Bandenspek- trums des Stickstoffes; sie sind offenbar schwächere Glimmentladungen, die den Elek- trizitätsausgleich innerhalb der Wolken zwi- schen Bereichen vermitteln, deren Konden- sationsprodukte eine hinreichende Potential- differenz erlangt haben. Bei Gewittern treten Flächenblitze häufig gleichzeitig mit starken Funken blitzen oder kurze Zeit nach diesen auf. Das Vorkommen der Flächenblitze ist nicht an die typischen Gewitterw^olken — Cumulo-Nimbi — gebun- den; sie sind vielmehr schon als schwaches Aufleuchten (meist ohne begleitenden Donner) bei Stratuswolken und seltener bei allen anderen Wolkenformen beobachtet worden. Auf die selten vorkommende Entladungsform der Perlschnurblitze und Kugelblitze mag lediglich der Vollständigkeit wegen verwiesen werden. Laboratoriumsversuche zur Nachahmung dieser Erscheinungen nahm Töpler vor. Eine häufige Begleiterscheinung der Ge- witter, die aber älmlich wie der Flächenblitz nicht an diese gebunden ist, bildet das Elms- feuer; es ist der bei hinreichend großem Potentialabfall an hervorragenden Punkten des Geländes einsetzende positive (große fächerartige Ausströmung) oder negative (kleines Lichtbündel) Spitzenstrom. Das Elmsfeuer tritt besonders häufig auf Berg- spitzen bei Niederschlägen auf und die Beobachtung seiner Form kann zur Be- stimmung desVorzeichens desPotentialgefälles benutzt werden . Im Flachlande beobachtet man das Elms- feuer außer bei Gewittern besonders häufig an Wintertagen mit niedriger Bewölkung. Ueber die Spannungsdifferenzen, die bei Blitzentladungen zum Ausgleich kommen, sind nur sehr unsichere Schätzungen mög- lich; für die Größenordnung dürften etwa 10^ Volt zutreffend sein. Die bei Blitzentladungen der Erde zu- fließenden Maximalstromstärken lassen sich nach einem von F. Pockels erprobten Verfalnen schätzen: legt man in gemessenem Abstände von Blitzableitern Stäbchen aus 41* 644 Atinosphäriselie Elektrizität Basalt nieder, so läßt sich aus dem Moment der permanenten Magnetisierung, das die Stäbchen nach einer durch den Blitzableiter geflossenen Entladung zeigen, die Maxi- malstrom stärke derselben bestimmen. Das Verfahi'en kann, sobald die Blitzspur er- kennbar ist, auch im offenen Gelände unter Benutzung von Gesteinstrümmern angewen- det werden. Die Größenordnung der Maxi- malstromstärke ergibt sich zu etwa 10* Ampere. Als die überwiegende Stro nir ich- tun g bei Blitzen zwischen Wolke und Erde hat sieh aus Magnetisierungswirkungen die Richtung Erde-^ Wolke ergeben; allerdings ist die Methode von der Verästelung der Blitze beeinflußt und dürfte daher keine Sicherheit bieten. Messungen der Dauer der Blitzentladung mittels rotierender Scheiben haben ergeben, daß diese bisweilen nur etwa Vioon Sekunde beträgt; sie kann aber auch einige Zehntel- sekunden erreichen. Flächen blitze haben gelegentHch einige Sekunden Dauer. Die bei Blitzen zur Entladung kommende Elektrizitätsmenge kann von der Größen- ordnung 100 Coulomb geschätzt werden. Auch aus den Schmelzwirkungen und mechanischen Zerstörungswirkungen der Blitze kann man auf eine recht bedeutende Größe der umgesetzten elektrischen Energie schließen. Auf die meteorologische Blitz- und Gewitterstatistik, deren jüngstes Hilfs- mittel der Gewitterregistrator (Luftdraht, verbunden mit einem registrierenden Detek- tor) ist, kann hier nicht eingegangen werden (vgl. den Artikel „Blitz"). Der durch Blitzschläge angerichtete Schaden weist sehr beträchtliche zeitliche Schwankungen auf, die außer von der dauernden Wertänderung der betroffenen Objekte im wesentlichen von der Zahl der zündenden Blitze abhängt. Um von der Veränderlichkeit dieser Zahl ein Beispiel zu geben, seien die folgenden Daten angeführt: Die Anzahl der zündenden Bhtze betrug in Preußen im Jahre 1884 1456 1885 1327 1886 1131 1887 766 1888 936 1889 1251 1890 1019 1891 1202 Maxima wurden in den Jahren 1895 und 1905 mit 1620 und 1642, ein Minimum 1904 mit 714 zündenden Blitzen beobachtet. Der Jahresdurchschnitt des Blitzschadens in Preußen für den Zeitraum 1885 bis 1907 be- trug 5,1 Mill. M. (Minimum 2,75; Maximum 9,218 Mill. M.). Die Blitzschutzvorrichtungen an Ge- bäuden haben den Zweck, Zerstörungswirkungen von Blitzentladungen unmöglich zu machen; Auffange Vorrichtungen, die zweckmäßig alle hervorragenden Teile des Daches überragen und mit allen metallenen Teilen des Daches leitend verbunden sind, sind durch eine hinreichende Anzahl von Gebäudeleitungen (Steiglei- tungen) mit der Erdleitung verbunden. Bei der Ausführung der Gebäudeleitungen muß möglichst kleine Selbstinduktion, bei derjenigen der Erdleitung möglichst kleiner Uebergangs- widerstand angestrebt werden. Wo ein Anschluß an Gas- oder Wasserleitungsnetze möglich ist, erübrigt sich eine besondere Erdleitung. Wegen der Blitzscliutzvorrichtungen, die in der Schwach- und Starkstromtechnik üblich sind, muß auf den Artikel ,,Blitz" verwiesen werden. 19. Hypothesen zur Niederschlags- und Gewitterelektrizität. Dem Auf- treten der Niederschlagsladungen und damit auch der Gewitterelektrizität liegen wahr- scheinlich mehrere verschiedene Phänomene zugrunde, die im folgenden kurz an der Hand der lonenhypothese beleuchtet werden sollen. Vermutlich spielt bei den gewöhnlichen Ri'genfällen vom Landregentypus die lonen- adsorption eine wichtige Rolle. Es werden teils die staubförmigen Kondensationskerne, insbesondere wenn sie vor Eintreten der Kondensation schon schichtförmig ange- ordnet waren, unter der Wirkung des nor- malen Potentialgefälles durch Einwanderung und Adsorption von Ionen Ladungen an- nehmen können, die mit den an ihnen nieder- geschlagenen Kondensationsprodukten zur Erde befördert weiden, teils werden auch die durch die Luft faUenden Niederschläge durch Adsorption vorzugsweise von negativen Ionen (Schmauß) zur Ladungstrennung Anlaß geben. Bei den mehr turbulenten Niederschlägen in Böen und Gewittern ist vermutlich noch ein anderes Phänomen an der Ladungs- trennung bei der Kondensation wirksam. Auf Grund der Beobachtungen von C. T. R. Wilson kann man annehmen, daß in der Atmosphäre unter gewissen Bedingungen eine sehr vollständige Trennung der nega- tiven lonenladungen von der positiven statthat. Zu diesen Bedingungen gehört erstens der Fortfall aller staubförmigen Kondensationskerne, der etwa durch eine erstmalige Kondensation an Niederschlägen bewirkt werden könnte, zweitens das Fort- bestehen des zur Ausfällung von Nieder- schlägen erforderlichen aufsteigenden Luft- stromes ohne neue Beimischung staubartiger Kerne bis zum Eintritt vierfacher Ueber- sättigung des in ihm vorhandenen Wasser- dampfes. Nach den Beobachtungen Wilsons würde nämlich bei vierfacher Ueber Sättigung zunächst nur an den negativen Jonen Kon- densation eintreten und erst bei etwa Ofacher Uebersättigung auch an den positiven Ionen. Da im allgemeinen der erste Kondensations- punkt häufiger erreicht werden wird als der zweite, so wäre auf Grund dieser Phäno- mene ein Ueberwiegen der negativen Elek- Atmosphärische Elektrizität 645 trizität bei der Niederschlagsladung zu er- warten (H. Gerdien). Von G. C. Simpson wird eine besondere Form des Lenard- Effektes zur Erklärung der Niederschlagsladungen herangezogen. In der Luft sind nur Wassertropfen bis zu einer Fallgeschwindigkeit von etwa 8 m/sec stabil; größere Tropfen, die etwa duich Zusammen- fließen kleinerer entstehen, zei spritzen nach kurzer Zeit. Kommt es also in dem aufsteigen- den Luftstrom zu einer 8 m/sec erreichenden oder übersteigenden Geschwindigkeit, so wird eine Anreicherung von Tropfen ein- treten, die fortgesetzt zusammenfließen und sich wieder zerteilen. Bei diesem Vorgang wird durch Lenard -Effekt das Wasser stark positiv aufgeladen, während die frei- gemachten negativen Ionen von dem auf- steigenden Luftstrom entfülirt werden. Auf Grund dieser Vorstellung wäre also ein Ueber wiegen positiver Elektrizität bei der Niederschlagsladung zu erwarten. 20. Der Elektrizitätshaushalt der Erde und der unteren Atmosphäre. Im normalen Leitungsstrom wird der Erde dauernd positive Elektrizität aus der Atmo- sphäre zugeführt. Diese positiven Ladungen stammen, wie die Messungen des Verlaufes des Vertikalstroraes mit der Höhe gezeigt haben, nicht nur aus den untersten Schichten, sondern werden in nur wenig verringerter Stärke noch in rund 6000 m Höhe ange- troffen. Eine vollständige Beschreibung der luftelektrischen Phänomene muß eine Erklärung dafür enthalten, wie und durch welche Energiequellen die positiven Ladungen in die Atmosphäre hineingeschafft werden, die wir im normalen Leitungsstrom dauernd zur Erde fließen sehen. Von den Hypothesen, die sich in neuerer Zeit mit der Aufklärung dieser Frage beschäftigt haben, ist zunächst die Elster- Geitelsche Adsorptionshypothese zu nennen. Dieser Erklärungsversuch stützt sich auf die Eigenschaft der negativen Ionen, unter normalen Umständen eine größere Diffusionskonstante zu zeigen als die positiven ; aus einem ionisierten Gase müssen nämlich danach gegen einen Leiter — einen Raum von verschwindender lonenkonzen- tration — in gleichen Zeiten mehr negative als positive Ionen hindif fundieren und zwar so lange, bis durch die negative Ladung des Leiters im umgebenden Gase ein Feld er- zeugt wird, das einen Gleichgewichtszustand herbeiführt, indem es für vermehrtes Zu- strömen der positiven Ionen sorgt. Dieser Prozeß mußte nach Elster und Geitel an der Erdoberfläche ständig stattfinden und zwar mit besonderer Intensität an allen denjenigen Stellen, welche durch Vegetation oder dergleichen gegen das starke Feld der Atmosphäre abgeschirmt sind. Durch Ex- perimentaluntersuchungen von G. C. S i m p - son wurde indessen festgestellt, daß nur unter ganz besonderen Umständen, nämlich beim Hindurchströmen ionisierter Luft durch röhrenartige Holilräume und auch hier nur bei gewissen Strömungsgeschwindigkeiten der Prozeß der lonenadsorption zu merklichen Ladungstrennungen Anlaß geben kann. Da- nach ist zu schließen, daß der von Elster und Geitel vorausgesetzte Vorgang, wenn er überhaupt für die Regenerierung der negativen Erdladung in Betracht kommt, nur einen kleinen Anteil von dem notwendigen Bedarf an negativer Ladung decken kann. Von H. Ebert ist eine Modifikation dieser Hypothese vorgeschlagen worden, nach der bei sinkendem Luftdruck ionisierte Luft aus den Kapillaren des Erdbodens in die Atmosphäre eindringen soll, wobei sie durch Adsorption vorzugsweise von negativen Ionen an den Kapillarwänden einen Ueber- schuß positiver Ladung in die Atmosphäre schaffen soll. Von G. C. Simpson und H. Gerdien sind Einwände gegen die quan- titative Wirkung dieses Vorganges erhoben worden. Das Hauptgewicht muß bei Beurteilung dieser Versuche darauf gelegt werden, daß es darauf ankommt, die Naclilieferung posi- tiver Ladungen bis in ganz beträchtliche Höhen zu erklären, in denen nach den bis- herigen Messungen der vertikale Leitungs- strom in fast gleicher Litensität fließt, wie am Erdboden. Der letzteren Anforderung scheint die von C. T. R. Wilson und H. Gerdien ver- tretene Auffassung besser gerecht zu werden, nach welcher der Ersatz der positiven Ladung in der Atmosphäre und der nega- tiven Erdladung durch die Kondensation der Niedersclüäge, die vorzugsweise an negativen Ionen stattfindet, bewerkstelligt werden soll. Allerdings stößt man auch hier auf Schwierigkeiten, wenn es sich darum handelt, den Transport der positiven Ladun- gen in der Luft aus den Niederschlags- gebieten in die niedersclüagsfreien Gebiete in quantitativer Weise zu erklären. Nach den neueren Messungen erscheint es - auch zweifelhaft, ob überhaupt durch die Nieder- schläge ein Ueberschuß an negativer Ladung zur Erde geführt wird. Der letzte Einwand ist allerdings nicht so stichhaltig, wie er auf den ersten Blick erscheint, da die Messun- gen sich vorläufig nur auf wenige Punkte der Erde und auf verhältnismäßig kleine Zei- ten erstrecken. Zudem beziehen sich unsere bisherigen Messungen auch nur auf die von den Niederschlägen mitgeführten Ladun- gen; die durch den gestörten Leitungsstrom im Niederschlagsgebiet und durch Blitz- entladungen der Erde zugefülu'ten Ladungen entziehen sich vorläufig der Schätzung und G46 Atniospliäri seile Elektrizität — xUnios})hänsclie Optik könnten sehr wohl imstande sein unsere Bilanz merklich zu verschieben. Nach dem Gesagten wird man das Problem des Elektrizitätshaushalts der Erde und der unteren Atmosphäre zurzeit noch als ungelöst bezeichnen müssen. Ein Fort- schritt ist hier vor allem von einer Erweiterung und Vermehrung des Beobaehtungsmaterials zu erwarten. Literatur. F. Exner, Wie». Brr. 93, S. 222 bis 2SÖ, 18S6. — G. le Cadet, Etüde du champ electricjue de l'atmo.tphh-e, Paris 1898. — A. Chauveau, Introduction historique et biblio- gmphiqiie ä l'etude de l'electricite atmospherique, Paris 1902. — J. Elster und H. Geitel, Jahres- bericht des herzoglichen (Jijmuasiiims zu, Wolfen- büttel 1897. — H. Gerdien, Der Elektrizitüts- haushalt der Erde imd der unteren Schichten der Atmo.sphdre, Phys. ZS. 6, S. 61,7 bis 666, 1905. — Derselbe, Die atmosphärische Elektri- zität in Winkehncmns Handbuch der Physik, 2. Aufl., 4, S. 687 bis 729, 1904. — H. Maehe tmd E. V. Schweidler, Die atmosp)härische Elektrizität (Sammlung, Die Wissenschaft), Braunschxceig 1909. — A. Gockel, Die Luft- elektrizität, Leipzig 1908. H. Gerdien. Atmosphärische Optik. 1. Scheinbare Gestalt des Himmelsgewölbes. 2. Strahlenbrechung: a) Abnormale Strahlen- brechung, b) Luftspiegelung, c) Scintillation. 3. Erscheinungen, die durch Eiskiistalle und Wassertropfen erzeugt werden: a) Haloerschei- nungen. b) Kränze, c) Regenbogen. 4. Er- scheinungen, die durch sehr kleme Partikel in der Atmosphäre erzeugt werden: a) Blaue Himmelsfarbe, b) Polarisation des Hunmels- lichtes. c) Lichtschwächung in der Atmosphäre, d) Tageslicht. e) Dämmerungserscheinungen. Zu den Erscheinungen der atmosphä- rischen Optik rechnet man im allgemeinen alle jene Licht- und Farbeneffekte, die von außerirdischen Lichtquellen (Sonne, Mond, Sterne) erzeugt werden, wenn die Licht- strahlen die Atmosphäre der Erde passieren. Diese beeinflußt die Lichtstrahlen in ver- schiedener Weise: einmal als ein Medium von örtlich ungleicher Dichte, im Sinne eines Kontinuüms, dann als Träger der zeitweise vorhandenen Kondensationsprodukte des Wassers (Wassertropfen und Eiskristalle), schheßlich als Träger der stets in größerer oder geringerer Menge vorhandenen sehr kleinen Partikelchen fester Substanz (Staub); in dieser Beziehung kommen auch die Luftmoleküle selbst in Betracht» Diese Ein- teilung rührt von C 1 a u s i u s und P c r n t e r her; wir folgen ihr hier und entnehmen die ganze Darstellung im wesentlichen der Meteorologischen Optik von Pernter- Exner (Wien 1910). I. Scheinbare Gestalt des Himmels- gewölbes. Der Himmel erscheint dem naiven Beobachter nicht als Halbkugel, sondern als ein gedrücktes Gewölbe. Die Entfernung vom Beobachtungsort auf der Erdoberfläche zum Zenith scheint kleinei als die zum Horizont. Es ist dies keine optische Täuschung, denn der Himmel ist nicht etwa tatsächlich eine Halbkugel. H e 1 m h 0 1 1 z schreibt darüber: ,,Es ist kein entscheidender Grund da, warum der Sternenhimmel nur als eine regelmäßige Kugelfläche erscheinen sollte. Er zeigt un- endlich entfernte Objekte; daraus folgt nur, daß er als irgendwelche Fläche von unbe- stimmter Form ersclieinen kann, wenn irgendwelche andere Motive ihm eine solche zuweisen." Ein solches Motiv scheint nun tatsächlich im Subjekt des Beobachters vorhanden zu sein. Er sieht bei auf- rechter Kopfhaltung die gleichen Gegen- stände, wenn sie im Horizont stehen, größer, als wenn er zu ihnen bei gleicher normaler Kopfhaltung aufblicken muß, d. h. den Blick stirnwärts richtet. Infolge- dessen erscheint die Himmelsfläche als ein gedrücktes Gewölbe, sie ist am einfachsten als Kugelkalotte zu bezeichnen. Man überzeugt sich hiervon leicht, wenn man versucht, durch Schätzung den Bogen vom Horizont zum Zenith in zwei gleiche Teile zu teilen; dann verlegt man nämlich nach übereinstimmenden Beobachtungen ver- schiedener Autoren den Halbierungspunk i in eine Höhe von 22 bis 23° über den Horizont, schätzt also den Bogen vom Horizont bis 22" ebensogroß, wie den Bogen von 22° bis zum Zenith. Erschiene das Himmelsgewölbe als Halbkugel, so müßte der Halbierungs- punkt bei 45" Höhe über dem Horizont ge- sehen werden. Erfahrungsgemäß ist nebenbei der Himmel um so gedrückter, je heller er ist, also bei Tag gedrückter als bei Nacht, so daß der Wert von 22° nicht ganz konstant ist. Man hat aus Beobachtungen den Zu- sammenhang jener scheinbaren Winkelhöhc von Orten am Himmel mit deren wahrer Winkelhöhe ermittelt (R e i m a n n , P e r n - t e r). In der Figur 1 sind die Re- sultate dargestellt. Der flache Kreisbogen bedeutet das Himmelsgewölbe, der Halb- kreis dient zur Zählung der wahren Winkel - höhen über dem Horizont. Auf der linken Seite der Figur ist der flache Bogen in 5 gleiche Teile geteilt. Die korrespondierenden wahren Winkelhöhen am Halbkreis zeigen das Anwachsen dieser Stücke gegen den Ze;iith. Rechts in der Figur ist zum Unter- schied der Viertelkreisbogen in 5 gleiche Teile geteilt; die Stücke des flachen Kreises sind in der Nähe des Horizonts groß und nehmen gegen den Zenith ab, d. h. man sieht Atmosphärisclie ( )pti I 647 gleiche Höhendifferenzen in der Nähe des Horizonts größer als höher oben. Der Winkel von 22» (wahre Winkelhöhe), der erfahrnngs- gemäß scheinbar 45" beträgt, also das Ge- wölbe halbiert, ist gleichfalls eingezeichnet. Ei.. er wahren Winkelhöhe von 5" entspricht eine scheinbixre Winkel höhe v. 13,3" 10» ,. „ „ „ „ 24,7» 15» ,; „ „ „ „ 34,1« 20» „ ,, „ „ „ 42,2» 30» „ „ „ „ „ 54,6» 40» „ „ „ „ „ 63,7» 50» „ „ „ „ „ 70,7» 60» „ „ „ „ „ 76,4» 70» „ „ „ „ „ 81,4» 80» „ „ „ „ „ 85,8» 90» „ „ „ „ „ 90,0» Aus diesem Ueberschätzen der wahren Winkelhöhen über dem Horizonte erklärt sich z. B. die Ueberschätzung der Höhe der Berge, ferner die Tatsache, daß uns Sonne und Mond beim Auf- und Untergang viel größer vor- kommen, als wenn sie hoch am Himmel stehen. So er- scheint z. B. die Sonne am Horizonte 5 bis 6 mal größer als in einer Höhe von 65°. }Jq^ Die obige Erklärung, daß dem Auge beim Blick gerade- aus die Gegenstände größer erscheinen als beim Blick stirnwärts, wird durch die Beobachtung von G a u ß be- stätigt, nach der man den Mond bei hohem Stand am Himmel bedeutend größer sieht, wenn man sich auf den Rücken legt, als bei normaler aufrechter Kopfhaltung. Umge- kehrt sieht man den Mond, wenn er nahe dem Horizont steht, bei stark nach vorne geneigter Kopfhaltung kleiner, als in auf- rechter Stellung. Die wesentliche Ursache all dieser Er- scheinungen ist also eine physiologische. 2. Strahlenbrechung. Die Strahlen- brechung in der Atmosphäre wird verursacht durch die örtlich ungleiche Dichte der Luft, die bewirkt, daß an der Grenzfläche der Luftschichten von ungleicher Dichte der ein- fallende Lichtstrahl nach dem Brechungs- gesetze aus seiner geradenBahn abgelenkt wird. Im allgemeinen nimmt die Dichte der Luft mit der Erhebung von der Erdober- fläche ab; weiter ist normalerweise die Dichte in einer mit der Erdoberfläche parallelen Fläche ungefähr konstant. Wir können aus diesen beiden Annahmen leicht die normale Strahlenbrechung ab- leiten, wenn wir den Brechungsexponenten kennen. Dieser ist nun für jede Luftschichte ein anderer. Er beträgt für Luft von 0» C bei einem Druck von 760 mm Hg n = 1.000 292; dies ist der Brechungsexponent, bezogen auf den leeren Raum. Der Strahl fällt beim Eindringen in die Atmosphäre zuerst auf Luftschichten von ganz minimaler Dichte, dann bei seinem Vordringen auf allmählich immer dichtere, um schließlich die Schichten an der Erdoberfläche zu er- reichen. Er passiert also zahllose Schichten und wird zahllose Male gebrochen, doch ist die jedesmalige Ablenkung nur sehr gering, entsprechend dem Dichteunter- schied zweier aneinander grenzender dünner Luftschichten. Die Folge davon ist, daß ein schief einfallender Lichtstrahl sich in der Atmosphäre nicht geradhnig fortpflanzt, sondern eine Kurve beschreibt, die nach unten konkav ist. Trifft der Strahl schließlich die Erdoberfläche, so scheint er von einer Lichtquelle zu kommen, die höher über dem Horizont liegt, als dies in Hof- Wahrheit der Fall ist. Ein Stern z. B. erscheint also höher am Himmel, als er wirklich ist. Aus Figur 2 geht dies klarer hervor. Der Beobachter in B, auf der kugel- förmigen Erdoberfläche stehend, sieht den Stern in S'; tatsächlich steht aber der Stern in S; der Lichtstrahl, den er aus- sendet, beschreibt den Weg S 1 2 3 4 B. Die Brechung ist hier nur für einige Trennungsflächen von Schichten gleicher Dichte gezeichnet; diese Flächen sind durch Kreisbögen angedeutet, die alle den gleichen Mittelpunkt haben, wie die Erde, nämlich C. An der ersten Trennungsfläche (1, äußerster Kreisbogen) wird der Strahl gebrochen ; der Einfallswinkel sei «1, der Brechungswinkel p'i; dann ist für diese Brechung '^ = — , wenn n.^ den sin t^i ni Brechungsexponenten der zweiten Schicht gegen den leeren Raum, Uj jenen der ersten Schicht bezeichnet. Das Verhältnis — ist natürlich nahezu 1, da sich die Dichte der beiden Schichten nur äußerst wenig unter- scheidet. Für die nächste Trennungsfläche 2 . 1 . , ,ir . sin «, Hg wird in analoger Weise -. -" = — usw. sin f^i n. In der Figur sind nur 4 solcher Schichten 648 Atmosphärische Optik gezeichnet, obwohl in Wahrheit ihre Zahl unendlich groß ist; auch ist der Deutlichkeit wegen die Höhe der Atmosphäre von B bis Z gegenüber dem Erdradius BC ganz enorm übertrieben. In einem der Dreiecke, z. B. in jenem, das durch die Punkte 1, 2 und C gebildet wird, ist nun aber, wenn ri die Entfernung des Punktes 1 von C, Tj die des Punktes 2 von C bezeichnet sin ßi = — sin«2-r2- Ebenso ist sin/?2 = — sin^gra usw. Durch Elimination der Werte sin,>' aus diesen und den obigen Gleichungen ergibt sich dann leicht allgemein: rn sin« = c, wo c eine für den Lichtweg charakteristische Konstante ist. Obige Gleichung stellt also die Kurve vor, die ein Lichtstrahl vermöge der Strahlen- brechung in der Atmosphäre beschreibt. Aus jener Gleichung kann man zunächst ersehen, daß, wenn der Strahl senkrecht zur Atmosphäre einfällt (« = 0), er auch auf seinem ganzen Wege senkrecht zu den Schich- ten bleibt, also keine Ablenkung erfährt; für ihn ist c = 0. Es ist dies aber der einzige Fall, in dem der Lichtstrahl in der Atmosphäre eine geradlinige Bahn be- schreiben kann. Um nun den Gang des Licht- strahles aus jener Kurve abzu- leiten, hat man den Brechungs- exponenten als Funktion der Höhe über der Erdoberfläche einzufüh- ren. Diese Funktion hängt von der Temperaturverteilung in der Atmosphäre ab, da die Tempe- ratur die Luftdichte beeinflußt. In der Astronomie und Geodäsie sind der Auswertung obiger Glei- chung spezielle Untersuchungen gewidmet. Doch wird trotz aller sehr schwierigen mathematischen Behandlungen dieses Gegenstandes der Strahlengang in der Atmo- sphäre kaum jemals ganz genau bestimmbar sein, da die Tempe- ratur in hohen Luftschichten fortwährenden Aenderungen unter- liegt. Um aus obiger Gleichung die eigentliche Refraktion zu berechnen, d. i. den Winkel y, um den der Lichtstrahl abgelenkt wird, wenn er die ganze Atmo- sphäre passiert hat, gehen wir folgendermaßen vor: In Figur 3 bedeutet wie früher der innere Kreisbogen die Erd- oberfläche, der äußere die Grenze der Atmosphäre. a^ sei der Einfallswinkel des Strahles an der Erdoberfläche, « jener an der Grenze der Luft im Punkte A. Die Refraktion y ist offenbar ge- geben als z — «0, wo z aus der Figur zu entnehmen ist als der Winkel, den die ursprüngliche Strahlenrichtung SA mit der Zenithrichtung BZ bildet, "o wird beob- achtet; um daher y zu kennen, muß z be- rechnet werden. Man ersieht aus der Zeichnung, daß z = f + ((■ ist, somit für kleine Aenderungen dieser Größen dz = dy -f d«. Nun ergibt sich aus dem kleiaen Dreieck CDE, wo AE = dr und DE = dr tg «, r dy = dr drtg«, also dy = — tg«. Durch Differentiation der Gleichung für die Lichtkurve rnsin« =c erhält man aber d« = dn dr\ — +"jr) tg'/, somit ist dz = d/ + au = Atmosphärische Optik 649 (In n dz = und da tg« dn In"!^ — c^ n Do oder z = / ^= ist endlich _ dn c* n wo nj der Breclumgsexponent an der Grenze der Atmospliäre, no der am Boden ist. Hier hat man also r als Funktion von n auszudrücken, um z und damit dann ;' zu erhalten. Mathematische Versuche in dieser Rich- tung findet man in den astronomischen und geodätischen Lelirbüchern. Man hat auch versucht, die Refraktion y empirisch darzustellen als Funktion des Winkels (p. Tatsächlich ist bis zu einer ge- wissen Annäherung ;/ = Ky, wo K, die Refraktionskon- stante, 0,1325 beträgt. In Wirklichkeit ist aber die Be- ziehung zwischen ;•' und 9- viel komplizierter. Zur praktischen Verwen- dung hat man für die Größe der Refraktion ■/ Tabellen an- gelegt (B e s s e 1 sehe Refrak- tionstabelle), aus denen man für eine bestimmte scheinbare Zenithdistanz des Gestirnes die Refraktion entnehmen kann, wie sie unter normalen Verhältnissen besteht. Wenn wir hier den Gang eines Lichtstrahles verfolgten, der von einer außerirdischen Lichtquelle kam, so hatten wir es mit der sogenannten astronomischen Refrak- tion zu tun. Liegt die Lichtquelle hingegen auf der Erde oder in deren Atmo- sphäre, so tritt gleichfalls die Brechung des Lichtstrahles ein, man bezeichnet die Ablenkung von der Anfangs- zur End- richtung dann als terrest- rische Refraktion. Der Lichtstrahl beschreibt jetzt wieder einelvurve, für die natür- lich die gleiche Bedingung gilt, wie früher. Nur hat die Ablenkung einen anderen Wert. In Figur 4 bewege sich z. B. der Licht- strahl von der Lichtquelle in B zum Beob- achter in A. Er legt dabei nicht die Gerade BA zurück, sondern die nach unten konkave Kurve BA. Der Beobachter in A sieht daher B nicht in der Richtung AB, sondern in der Richtung AC, also um den Winkel u gehoben. Ebenso würde ein Beobachter in B den Punkt A um den Winkel ,v gehoben sehen (CB ist die Tangente an die Lichtkurve in B). Infolgedessen ist die totale Ablenkung des Strahles aus der ursprünglichen Richtung BC in die Einfallsrichtung AC gleich dem Winkel y = a -\- ß. Diese totale Ablenkung ;,' bezeichnet man daher auch als Total- refraktion; sie ist bei der astronomischen Refraktion dem a selbst gleich. Handelt es sich um einen irdischen Lichtpunkt B, so ist n die terrestrische Refraktion; da man annäherungsweise die sehr flache Lichtkurve AB als Stück eines Kreisbogens betrachten kann, so ist auch annähernd « = ß und da- her die terrestrische Refraktion gleich der halben Totalrefraktion. Die terrestrische Refraktion spielt haupt- sächlich bei geodätischen Messungen eine Rolle. Je größer die Distanz der Punkte AB ist, desto größer ist auch n; so ist an- nähernd für Fig. 5. jetzt AB = Ikni a = 2" » = 4 „ „= 8" „ = 8 „ „ = l''" » =12 „ „ = 25" „ =16 „ „ = 34" M =20 „ „ = 42" Die terrestrische Refraktion hat normaler- weise eine Erweiterung des Horizontes zur Folge. Wegen der Kugelgestalt der Erde sieht ein Beobachter in gewisser Höhe h über der Erdoberfläche eine bestimmte Aus- dehnung des Horizonts. Sei in Figur 5 der Beobachter in A; bei geradliniger Fortpflanzung des Lichtes in der Atmosphäre würde er die Erdoberfläche 650 Atmosphärisclie Optik bis zum Punkte B (B') sehen. Ein Maß für diesen Ausblick ist der Winkel d, den man als geodätische Kimmtiefe be- JV R zeichnet. Es ist d = wenn R der Erdradius ist. Infolge der Strahlenbrechung kommt aber noch der Strahl vom Punkte C der Erdoberfläche auf der Kurve CA ins Auge; man sieht also weiter, als ohne diese. Ein Maß für diesen Gesichtskreis ist der Winkel t>, die Depression d e s H o r i - z 0 n t e s, gebildet vom Horizont des Beob- achters AA' und der Tangente an die Licht- kurve in A. Der Horizont wird also durch die Strahlenbrechung normalerweise ge- hoben. Die Rechnung ergibt, daß ange- nähert ^2 = d* _ 2 (uq — n), wenn Uq der Brechungsexponent der Luft an der Erd- oberfläche, n derselbe in der Höhe h, am Beobachtungsorte, ist. Normalerweise ist no größer als n. 2a) A b n 0 r m a 1 e S t r a h 1 e n b r e c h u n g. Im allgemeinen nimmt die Temperatur der unteren Luftschichten nach oben um 0,5 bis 0,7" C pro 100 m ab; diese Temperatur- abnahme bedingt eine gewisse Abnahme der Brechungsexponenten n nach aufwärts, die wir als normale bezeichnen. Es kommt nun vor, daß die Luft an der Erdoberfläche bedeutend kälter ist Fio. 6. Äu^e Fiff. 7. als in einiger Höhe darüber; dann ist die Dichtenabnahme nach aufwärts größer und mit ihr auch die Aenderung der Brechungs- exponenten; somit wird nach der oben ge- geisenen Formel <>, die De|)ression des Hori- zonts, abnormal gering, der Horizont erweitert sich sehr, man sieht noch Gegenden der Erdoberfläche, die normalerweise unsichtbar sind. Daraus erklärt sich die Erscheinung der sogenannten Erhebung, bei der man z. B. entfernte Küsten oder Inseln, Städte oder Gegenstände erblickt, die sonst unsichtbar sind. So sah z. B. L a t h a m von England aus am 26. Juli 1797 die französische Küste, die sonst nicht sichtbar ist. Ist die Luft am Boden abnorm warm, so wird Ö größer, als es normalerweise ist; denn es ist no na. Sobald der Strahl so schief einfällt, daß der Brechungswinkel 90 " be- trägt, kann keine Brechung mehr erfolgen, es tritt dann Totalreflexion des Strahles an der dünneren Schichte ein. Dies ist demnach der Fall, wenn sin«o n. daraus be- stimmt sich der Einfallswinkel; da das Ver- hältnis — immer nur um sehr weniges kleiner sein kann als 1, so folgt, daß «o^ der Ein- fallswinkel, nahe 90 ° betragen muß. Die Totalreflexion ist also nur bei sehr flach gegen die Trennungsfläehe einfallenden Lichtstrahlen möglich. Bei der Reflexion der Strahlen tritt dann eine Spiegelung des Gegenstandes, der die Strahlen aussendet, ein. Sie kann entweder nach oben oder unten oder auch nach der Seite erfolgen, je nach der Lage der Trennungsfläche. Die Luftspiegelung nach oben ist meist auf dem Meere gesehen worden. Da erscheint z. B. ein Schiff auf dem Meere und über ihm das umgekehrte Spiegelbild, wie dies Figur 8 andeutet. Oder man sieht Atiuosphärisclio „ die Lichtintensität weit- aus am größten sein muß, da von den ganz willkürlich orientierten Kristallen gerade in diese Richtung i\ besonders viele Strahlen ge- sendet, sie dahin geradezu konzentriert werden. Die totale Ablenkung ergab sich oben zu (V = i + i' — « ; man füidet nun aus den obigen Gleichungen für i' den Wert sini' = sin« In^ — sinM — cos« sini; es kann somit in der Gleichung für S das i' durch « und i ersetzt werden. Da « bei den Kristallen konstant ist, so folgt iV als Funktion von i allein; d. h. es entspricht jedem Einfallswmkel i eine bestimmte Ablenkung 0' ()' = i + arc sin (sinwl'n^ — sin^i — cos«sin i) — « Die Kristalle sind ganz regellos gegen die parallelen Sonnenstrahlen orientiert und in sehr großer Zahl vorhanden. Es werden also alle möglichen p]infallswinkel i ungefähr in der gleichen Zahl vorkommen. Betrachten wir jene Eiskristalle, die zufällig so orientieit sind, daß die Einfallswinkel bei ihnen zwischen i und i 4- di liegen. Ihre Zahl wird dem gewählten Intervall di proportional sein, z. B. a di, wo a offenbar von der Zahl der überhaupt vorhandenen Kristalle abhängt. Diese Zahl von Eiskristallen wird die Lichtstrahlen um der Größe nach sehr ähnliche Ablenkungswinkel 6 ablenken. Ihre Grenzwerte werden einerseits 6, andererseits 6 + dd sein; d. h. alle Strahlen, die diese Kristalle treffen, werden abgelenkt um Winkel, die zwischen d und d + dö liegen. Die Zahl dieser Strahlen ist die gleiche geblieben wie oben, a di. Nun ist aber nach der obigen Formel di = cosi'(sini' + coso: sin i).d^ cosi'(sini' + cos o: sin i) — cos i (sin i-|- cos c^ sin i') = cp.dd, wie sich durch Differentiation ergibt. Wird dieser Wert von di in adi, die Zahl der Strahlen, eingesetzt, so ergibt sich hierfür aqpdd, wo cp der obige Bruch ist. Da, wie oben gesagt, nun die Ablenkungswinkel dieser Strahlen zwischen 6 und 6 + dö liegen und ihre Zahl gleich geblieben ist, so bedeutet offenbar acpdd auch die Zahl der abgelenkten Strahlen, deren Ablenkungswinkel zwischen ö und 6 + dö liegen. Diese Zahl ist nun nicht mehr konstant, sondern hängt von i und i' ab. Und zwar hat offenbar der Ausdruck qp für ungleiche Werte von i und i' einen end- lichen Wert, während er für den Fall, daß i = i', unendlich wird: dann wird nämlich der Nenner von qp zu Null. Physikalisch heißt dies: im Falle, daß i nahezu gleich" i', ist die Zahl der Strahlen mit Ablenkungswinkeln, die sich nur wenig (um dö) voneinander unterscheiden, ganz un- gleich viel größer, als wenn iS:i'. Die Bedingung i = i' ist aber die der minimalen Ab- lenkung. Wir erhalten also von jenen Kri- stallen, die zufällig gerade so in der Luft schweben, daß die minimale Ablenkung ö^ durch sie erfolgt, die abgelenkten Strahlen an einen Ort kon- zentriert, was nicht gilt für die Strahlen, bei denen öyö^. Aus diesem Grunde kann man Atniosphärisehe ( Jpti k 655 erwarten, im Sonnenabstand, der (Jq entspricht, ein viel lichtstärkeres Bild der Sonne zu erhalten, als sonst irgendwo. Wir haben nunmehr die Eiskristalle auf diese MinimaJablenkungen hin zu untersuchen. Bei den zwei Hauptformen, dem Prisma und dem l^lättchen kommen verschiedene brechen- de Winkel in l^etracht. Liegt der einfallende Stralil in der Ebene der Hauptachse, so ist der brechende Winkel 90 ", liegt er in der Ebene der Nebenachse, so beträgt er 120 °. Dies zeigen die folgenden Figuren für die Durchschnitte durch das rechtsseitige Prisma. In Figur 12 a ist die Brechung eines Strahles durch das 90 gradige Prisma gezeichnet für den Fall, daß i = i' (minimale Ablenkung). Da in diesem Fal]e(3 = 2i — n. ist — -y — =l.Nun Weg bei der minimalen Ablenkung. Setzt man « = 60", so ergibt sich eine Ablenkung t\ = 2I05O'. Dies sind die beiden wesentlichsten Ab- lenkungen, die durch Eiskristalle hervor- gebracht werden. Es kommt nun aber natürlich häufig vor, ja, es wird sogar die Regel sein, daß die einfallenden Sonnen- strahlen nicht in der Ebene liegen, die senk- recht zur brechenden Kante steht, wie wir es bisher annahmen. Auch dann gibt es eine minimale Anlenkung (i-^, sie wird wie die Rechnung lehrt, größer als obiges (\. Die Ablenkung Aq' in der Horizontalebene t^n' + « ist dann gegeben cos k n cos h 2 , wobei durch sin h sin k " sm n. Der Ablcn- ist auch r + r' = « = 2r, also r weiter sin i = n sin r und daher sin 2' tV + n 9 = n sin ^. Setzt man also « = 90°, so er- gibt sich für den Fall der Figur 12 a i\ = 45° 44', wenn für n der mittlere Wert 1,31 ge- setzt wird. Setzt man in obiger Formel a = 120°- was der brechende Winkel für 2 aneinander kungswinkel iW bezogen auf einen durch die Lichtquelle laufenden Horizontalkreis, ist also vergrößert gegen den Fall, daß die Licht- quelle im Horizont steht: die totale Ablen- V Y ' kuug (5'i ist schließlich sin -^ = cos h sin —-. Neben diesen Brechungen an Kanten von 60° und von 90° können noch zahlreiche andere vorkommen, wie z. B. wenn auf den Enden des säulenförmigen Prismas Pyra- miden oder Pyramidenstumpfe aufsitzen Fig. 12a. stoßende Kanten des gleichseitigen Sechs- ecks ist, so erhält man für sin '~^-^ einen Wert, der größer ist als 1. Dies hat keinen Sinn; es kann also ein brechender Winkel von 120° im Eiskristall keinen Strahl durch- lassen. Hingegen erhält man einen brauchbaren brechenden Winkel im Sechseck (Fig. 12 b), wenn man 2 durch eine Seite des Sechsecks getrennte Seiten in Betracht zieht. Die brechende Kante fehlt dann, sie liegt außer- halb des Kristalls im Punkte A. Der Strahl verfolgt den in der Figur mit SS' bezeichneten Fig. 12 b. Ferner kann es vorkommen, daß ein Strahl im Inneren eines Kristalles an einer Fläche totale Reflexion erleidet, es kommt dann also Brechung und Reflexion in Betracht. Hierdurch kommen wieder neue Ablenkungs- winkel zustande, die wir hier nicht näher betrachten können (vgl. Pernter a. a. 0.). Doch ist noch der einfache Fall zu erwähnen, wo die Strahlen an Kristallflächen nur reflektiert werden, ohne irgendwelche Bre- chungen zu erleiden. Solche Reflexionen ergeben weißes Licht, im Gegensatz zu den farbigen Erscheinungen bei der Brechung. Die gewöhnlichsten Halo-Erscheinungen 656 Atmosphärische Optik sind in Figur 13 dargestellt. Außer ihnen gibt es eine große Zahl von besonderen, seltenen Phänomenen ähnlicher Art, die hier übergangen werden müssen. S ist die Sonne; rechts und links von ihr sind 2 Bilder derselben (Sj). Nebensonnen, in einem Abstand, der 22" oder etwas mehr beträgt. Steht die Sonne im Horizont, so ist der Abstand 22", steht sie höher, ist ihr Abstand etwas größer. Diese Nebensonnen sind auffallend helle Stellen am Himmel, die auf der der Sonne zugekehrten Seite rot, dann gelb, grün gefärbt sind und nach außen in einen weißlichen Schweif auslaufen. Sie erklären sich durch die in der Luft schweben- den Kristallplättchen und Sterne; Brechungs- winkel 60", minimale Ablenkung 22". Rot wird weniger abgelenkt, liegt daher innen. Im Abstand von 22" von der Sonne verläuft um diese herum ein heller Kreis, der H a 1 o von 22" , oder innere kleine H a 1 o. Er wird erzeugt durch jene fallenden Plätt- Fig. 13. chen, die den Strahlen eben die Minlmum- ablenkung bei « = 60" ermöglichen. Da die horizontale Lage der Plättchen bevorzugt ist, so sind die Nebensonnen Sj um vieles heller als cheser Halo. Steht die Sonne über dem Horizont, so fallen die Strahlen schief auf die horizontalen Plättchen, der Ab- lenkungswinkel ist daher nach dem oben gesagten größer. Tatsächlich rücken auch die Nebensonnen bei steigender Sonne aus dem Halo von 22" heraus. Die weißlichen Schweife, die von ihnen nach außen verlaufen, erklären sich aus der Brechung jener Strahlen, die nicht im Minimum der Ablenkung einfallen. Auch der Halo von 22" ist, wie die Neben- sonnen, innen rot, dann gelb, grün. Die Farben sind aber weniger intensiv. An ihm sieht man oben und unten hörnerartige Fortsätze, die oberen und unteren B e - r ü h r u n g s b ö g e n des Halo von 22". Sie erklären sich aus einem Pendeln der Kri- stalle um ihre normale Lage. Die oberen und unteren Berührungsbögen können sich bei steigender Sonne um den Halo von 22" herumschließen, so daß ein neuer, diesem umschriebener Halo entsteht. Auch seitliche Berührungsbögen jenes Halo wurden beobachtet. In ganz analoger Weise entstehen nun ähnliche Erscheinungen in einer Sonnen- distanz von etwa 46", und zwar durch säulenförmige Kristalle, deren Längsrichtung beim Fallen annähernd horizontal üegt. Die brechenden Winkel sind hier 90", die minimale Ablenkung nach obigem 46". Es entstehen also zunächst durch die horizontalen Säulchen 2 Nebensonnen von 46"; diese sind bisher nur sehr selten gesehen worden. Ferner entsteht um die Sonne herum durch die verschiedenst orientierten Kristalle mit 90"- brechendem Winkel ein zweiter Halo, der von 46" oder der große Halo. Auch dieser ist nicht gerade häufig, innen rot, gegen außen gelblich und grünlich. Von ihm sieht man meist nur einzelne Bogen- stücke. Seine Breite ist etwa die dop- pelte jenes von 22". An den großen Halo sclüießen sich ähn- liche Berührungs- bögen wie an den kleineren an, die meist auch nur teil- weise sichtbar sind. Alle diese Bögen haben auf der Son- nenseite eine rote Färbung und sind bedeutend breiter als die analogen kleineren. Schließlich ist in Figur 13 der H o r i - z 0 n t a 1 k r e i s oder Nebensonnen- ring perspektivisch angedeutet (HSH). Es ist dies ein weißer Kreis, der sich in der Höhe der Sonne horizontal um den ganzen Himmel herumzieht. Er entsteht nicht durch Bre- chung, sondern durch Reflexion. In Figur 14 bedeutet K die Fläche eines Eiskristalls, die eben der Sonne zugekehrt ist. Die Sonne steht in der Höhe h über dem Horizont HH'; dann erhält der Beobachter in A aus S die direkten Sonnenstrahlen und aus der gleichen Höhe h die reflektierten Strahlen KA. Er erblickt also den Horizontal- kreis. Der Horizontalkreis ist nahe der Sonne am hellsten. Wie nun die Nebensonnen S^ und S, auf Atmosphärische Optik 657 ihm liegen, finden sich auch noch andere durch Helligkeit bevorzugte Stellen auf ihm, so die G e g e n s 0 n n e , ein heller Fleck in 180° Abstand von der Sonne auf dem Horizontalkreis. Sie entsteht durch Brechung und 2 malige innere Reflexion des Strahles im Kristall, wodurch eine Ablenkung des Strahles um 180° hervorgerufen wird. Durch ähnliche innere Reflexionen, verbunden mit Brechung, wird ferner eine Nebengegensonne Fig. 14. in 60° Abstand von der Gegensonne auf dem Horizoiitalkreis erzeugt; sie ist gleich- falls farblos; weiters eine Nebengegensonne in 90° Abstand, die an den Durchschnitts- punkten eines sehr seltenen Halo von 90° mit dem Horizontalkreis liegt. Auf die Be- schreibung und Erklärung dieser und noch vieler anderer seltenen Erscheinungen kann hier nicht eingegangen werden. Schließhch seien noch die Lichtsäulen und Lichtkreuze erwähnt; jene sind helle, oft sehr stark leuchtende Streifen, die von der Sonne vertikal nach aufwärts, seltener nach abwärts verlaufen und bis höchstens 15° über X diese hinaufreichen. Durch den hinzutreten- den Horizontalkreis ent- stehen die Kreuze, deren Schnittpunkt die Sonne ist. Die Säulen er- klären sich als Spiege- lungen an den Basis- flächen der Plättchen- kristalle. Dadurch daß sie sichtbar werden können, ehe die Sonne über dem Horizont steht, und dann oft rot gefärbt erscheinen, erregen sie in hohem Maß die Aufmerk- samkeit des Beobachters. 3 b) Kränze. Unter Kränzen oder Höfen kleiner Art versteht man farbige Ringe um Sonne und Mond mit viel kleinerem Radius als bei den Halos; um die Lichtquelle schließt sich unmittel- bar ein farbiger Hof, die Aureole, die innen, sonnenwärts, bläulich, außen rot gefärbt ist; Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Band I. an diesen schließen sich unter günstigen Umständen noch mehrere farbige Ringe, die stets innen bläulich, außen rot sind. Um die Sonne sieht man die Erscheinung seltener als um den Mond, doch nur, weil man durch erstere leicht zu sehr geblendet ist, um die mäßigen Helligkeiten der Kränze zu be- merken. Die Kränze entstehen durch Beugung der Sonnen- oder Mondstrahlen an den Eis- kristallen und Wassertropfen. Man sieht die Erscheinung tatsächlich nur bei bewölktem Himmel, bei klarem fehlt sie. Wenn parallele Strahlen durch eine kleine, z. B. kreisrunde Oeffnung fallen, so treten sie hinter ihr auseinander und pflanzen sich in Richtungen fort, die mit der Einfallsrichtung einen kleinen Winkel, den Beugungswinkel bilden. Die Lichtintensität dieses nach außen ge- beugten Lichtes ist aber nicht konstant, auch nimmt sie nicht etwa gleichmäßig nach außen ab, sondern es entstehen Stellen, in denen die Helligkeit klein und solche, in denen sie groß ist, Minima und Maxima der Lichtintensität, und zwar durch Inter- ferenzen, worauf wir hier nicht näher ein- gehen können. An der Stelle eines Minimums ist bei monochromatischem Licht die Licht- stärke überhaupt Null. Für die Lage der Minima findet man bei einer kreisrunden Oeffnung vom Radius r die Formel sin .'> = Fig. 15. (n+0,22)^. Hier bedeutet / die Wellen- länge des Lichtes und n die Nummer des Minimums, so daß das innerste mit 1, das zweite mit 2 usw. bezeichnet wird. In Figur 15 ist die Entstehung der Beu- gungsringe AA', BB', CC dargestellt. Der Spalt S, durch den die Strahlen aus X einfallen, beugt das Licht kegelförmig aus- einander. Es entstehen unter den Beugungs- winkeln ü'^, ü-2, ä's dunkle Ringe, die Minima, 42 658 Atmosphärische 0|)tüi; für die obige Formel gilt. Ihr Mittelpunkt 0, liegt stets auf der Geraden XSS'. Diese Beugungsringe können auch objektiv, auf einem Schirm, dargestellt werden. Da nach obiger Formel sin .'^ von /, der Wellenlänge, abhängt, werden die Ringe farbig. Für Rot ist die Wellenlänge /. größer, als für blau, daher wird rot stärker abgelenkt und liegt außen, im Gegensatz zur Lichtbrechung. Bei weißem einfallenden Licht decken sich daher die verschiedenen Farben nicht, es entstehen Mischfarben in den zwischen den Minimis gelegenen Räumen der maximalen Inten- sitäten, also farbige Ringe mit Rot außen, Blau innen. Der innerste Ring ist ein Kreis, in dessen Mittelpunkt die Lichtquelle er- scheint, wenn sich das Auge in S' befindet. Es ist nun gleichgültig, ob das Licht durch eine kleine Oeffnung S tritt und sonst Stärkung der Erscheinung durch die Zahl der Teilchen eintreten. Die Intensität der Maxinia nimmt nach außen ziemlich rasch ab. Infolgedessen sieht luan meist nur die innere Aureole, das erste Maximum, eine Scheibe um die Lichtquelle; mitunter dann außerdem das zweite Maximum den ersten Ring, getrennt von der Aureole durch das erste Minimum. Doch sind auch schon vier und mehr Ringe gesehen worden. Bedecken die Wolken nicht die ganze Fläche der Ringe am Himmel, sondern sind nur Wolkenfetzen vorhanden, so sieht man nur Teile der Ringe. Die Wolken er- scheinen dann in Farben, man nennt sie irisierende Wolken. Diese Beugungserscheinungen sind künstlich nachgeahmt worden. Die Theorie stimmt genau mit den Beobachtungen. Fig. 16. vom Schirme ZZ' abgehalten wird, oder ob es durch die Fläche ZZ' tritt und nur von einer kleinen kreisrunden Fläche S abgehalten wird. Man erhält daher die gleiche Er- scheinung, wie oben, wenn man sich den Schirm ZZ' wegdenkt und statt der Oeff- nung S einen Wassertropfen denkt, an dem dann die Beugung eintritt. Ferner werden die Helligkeitsunterschiede der Maxinia und Minima (helle und dunkle Ringe) um so größer, je mehr beugende Körperchen sich den Strahlen XS in den Weg stellen. Eine Wolke enthält eine sehr große Zahl Wasser- tröpfchen oder Eiskristalle. Diese haben keinen kreisförmigen Querschnitt; es wird hierdurch der Durchmesser der Ringe etwas verändert, doch bleibt die Erscheinung im Wesen die gleiche. Die große Zahl der Wolkenelemente bedingt daher große Intensi- tät der Erscheinung, die genügt, um wahr- genommen zu werden. Nötig für ihr Zu- standekommen ist aber, daß die Teilchen, an denen die Beugung geschieht, gleich groß sind. Denn für größere Teilchen ist der Beugungswinkel kleiner als für kleine; es würde bei ungleicher Größe also keine Ver- Einen besonderen Wert haben die Er- scheinungen noch aus dem Grunde für die Meteorologie, weil man aus dem Beugungs- winkel ()• nach obiger Formel die Größe der Wolkenelemente (Radius r der Wasser- tröpfchen) bestimmen kann. Eine den Kränzen sehr ähnliche Er- scheinung ist die G 1 0 r i e. Fällt der Schatten des Beobachters, der sich z. B. auf einem Berge befindet, auf eine Wolkenwand oder Nebelschichte, so gewahrt er um den Schatten herum eine Aureole und farbige Ringe von den gleichen Eigenschaften, wie bei den Kränzen. Die Glorie wird auch U 1 1 o a s Ring genannt, nach ihrem ersten Beob- achter. In Deutschland heißt sie auch Brockengespenst, doch wird dieser Name auch auf die Erscheinung des Schattens allein angewandt. Wir haben es dabei mit der gleichen Erscheinung wie früher zu tun, nur werden die Strahlen der Sonne hier an den Wolkenelementeu reflektiert und ge- beugt, so daß der Mittelpunkt der Ringe nicht die Sonne, sondern deren Gegenpunkt am Himmel ist. 3c) Regenbogen. Der Regen- Atmosphärische Optik 659 bogen ist bekanntlich ein farbiger Kreis- bogen, der sich über eine Gegend wölbt, wenn man eine Regenwand vor sich und die Sonne im Rücken hat. Der Mittelpunkt des Bogens ist der Gegenpunkt der Sonne. Häufig erscheinen 2 Bogen übereinander. Der innere, intensivere, ist der Hauptregen- bogen. Sein Sonnenabstand ist etwa 42", er ist außen rot und innen violett gefärbt. Der äußere heißt Nebenregenbogen, sein Sonnenabstand beträgt etwa 50"; bei ihm er- scheinen die Farben umgekehrt, außen violett, innen rot. Die sogenannten Regenbogen- farben sind lange bekannt; doch vermutet nur der oberflächliche Betrachter bei Jedem Regenbogen alle Farben des Spektrums vor- handen; wer genauer hinsieht, bemerkt, daß jeder Bogen andere Farbenverteilungen zeigt. Die eine Farbe ist z. B. breiter als die andere, eine Farbe fehlt ganz, so oftmals das Blau, insbesondere Dunkelblau. DieD e s c a r t e s- sche Theorie des Regenbogens aus dem Jahre 1637, die bis vor kurzem allein anerkannt war, ist nicht imstande, diese Ungleichheiten der Erscheinung zu erklären. Sie ist tat- sächlich falsch, che richtige Erklärung wurde von A i r y 1836 gegeben, aber erst in jüngster Zeit allgemein bekannt. Innerhalb des Hauptregenbogens er- scheinen sehr häufig noch mehrere schwächere konzentrische Bögen, die sekundären oder ,, überzähligen" Regenbogen. Auch außer- halb des Nebenregenbogens wurden sie schon beobachtet. Es sind von solchen sekundären Bögen schon 6 zu gleicher Zeit gesehen worden; sie sind gefärbt, am häufig- sten sieht man aber nur grün und rosa. Schließlich beobachtet man gegen Nebel- wände mitunter einen weißen, farblosen Regenbogen, besser Nebelbogen. Nur der äußere Rand des Bogens ist bräunlich (orange), der innere schwach violett ge- säumt, dazwischen liegt ein breites weißes Band. Der Regenbogen erklärt sich durch Re- flexion und Brechung der Lichtstrahlen in Wassertropfen; soweit hatte Descartes recht. Wir betrachten in Figur 16 zunächst den Gang der Strahlen bei ein- und zweifacher Reflexion in Tropfen. Der Sonnenstrahl S wird beim Eintritt gebrochen, an der Rück- wand einmal (Fig. 16 a), oder zweimal (Fig. 16 b) reflektiert und beim Austritt wieder gebrochen nach S'. Die ganze Ab- lenkung D, die der Strahl durch den Tropfen erfahren hat, ist bei zweimaliger Reflexion gegeben durch D = 2 (i — - r) + 2 (rr — 2r). Hier ist i der Einfallswinkel, r der Brechungs- • I 1 /Sin i , ^ wmkel {^^ = n). Der Strahlengang ist hier für symmetrischen Verlauf im Tropfen gezeichnet. Bei einmaliger Reflexion (Fig. 16 a) ist offenbar D = 2 (i — r) + (.t — 2r). Man kann nun berechnen, für welchen Ein- fallswinkel i der Strahl die kleinste Drehung D erfährt. Dies ist bei einmaliger Reflexion für i = 60" (nahezu), bei zweimaliger Re- 4 flexion für i = 72" der Fall, wenn n = ö-für Wasser. Daraus findet man den spitzen W^inkel 180" — D, den die Sonnenstrahlen mit dem austretenden Lichtstrahl einschließen, im ersten Fall zu 42" 4', im zweiten zu 50" 23'. Das heißt: der Hauptregenbogen Fig. 17. entsteht durch einmalige, der Nebenregen- bogen durch zweimalige Reflexion im Innern der Tropfen. Um aber nun die Intensität des Lichtes und die Farben zu erklären, ist eine andere Betrachtung nötig, die recht kompliziert ist und hier nur angedeutet werden kann. Tatsächlich fallen die Sonnenstralilen auf den ganzen Tropfen; wegen dessen Kugel- gestalt ist der Einfallswinkel für jeden Strahl ein anderer; es kommt nicht nur der mindest gedrehte, in Figur 16 gezeichnete Strahl zur Wirkung, sondern auch alle anderen. Dies hatte Descartes übersehen. Figur 17 gibt ein Bild für diese Strahlenablenkungen in der Nachbarschaft des mindestgedrehten Strahles, der punktiert gezeichnet ist. Die Strahlen treten parallel bei S ein. Jene Strahlen (2) die höher liegen als der mindestgedrehte Strahl (1), werden (es ist nur ein Strahl ge- zeichnet) nach Austritt aus dem Tropfen konvergieren, wie man daran sieht, daß bei A der Strahl 2 sich dem Stralil 1 nähert und ihn später schneidet. Die niedriger als 1 gelegenen Strahlen (3) hingegen divergieren nach dem Austritt; tatsächlich entfernt sich 3 bei A von 1. Die Folge dieser ungleichen Brechungen und Reflexionen, die hier nur schematisch angedeutet sind, ist eine eigen- tümliche Wellenfläche AB. Nach einer be- 42* 660 Atmosphärische Optik stimmten Zeit wird sich nämlich die Schwin- gung, die in S vor Eintritt in den Tropfen in allen Strahlen parallel war (die Wellen- fläche CD war eine Ebene), verwandelt haben, so daß die Schwingung nun überall auf der eigentümlich geformten Fläche AB senkrecht steht. Wo diese Fläche nach vorne (gegen S') konvex ist, da divergieren die Strahlen, wo sie konkav ist, konvergieren sie. Der Effekt einer solchen Wellenfläche ist nicht direkt zu übersehen. Er muß nach den Prinzipien der Wellentheorie des Lichtes berechnet werden. Der Wendepunkt jener Wellenfläche AB, die A i r y als das Charakteristische der Regenbogenerscheinung nachgewiesen hat, ist deren Durchschnittspunkt mit dem min- destgedrehten Strahl 1. A i r y findet als Gleichung der Fläche bezogen auf ein Ko- ordinatensystem, dessen Mittelpunkt in jenem Wendepunkt liegt, /; = 3^2 ^^- ^ ist eine Konstante, a ist der Radius der Tropfen. Hier ergibt sich also, daß die Erscheinung des Regenbogens von der Tropfengröße ab- hängt, was Descartes nicht wußte. Jeder Regenbogen erscheint tatsächlich an- ders, die Farben und Helligkeiten sind ver- schieden; hierfür ist die Tropfengröße maß- gebend. Werden nun die Strahlen berechnet, die von der Wellenfläche AB ausgehen, so ergibt sich eine sehr eigentümliche Hellig- keitsverteilung (mit Hilfe des A i r y sehen fernungen von dem Orte des mindest- gedrehten Strahles aufgetragen sind. Dieser hegt bei A. Descartes hatte gemeint, er zeichne sich durch besondere Intensität aus. Dies ist nicht der Fall; das Haupt- maximum B, der Hauptregenbogen, liegt in etwas kleinerer Entfernung vom Gegen- punkte der Sonne, in noch kleinerer der erste sekundäre Bogen C usw. An den Orten der zwischenliegenden Minima ist die Intensität des Lichtes Null. Der Nebenregenbogen kommt auf ganz analoge Weise zustande, imr mit 2 Reflexionen im Tropfen (Fig. 16 b). Durch die doppelte Reflexion wird die Lichtstärke herabgesetzt, weswegen die sekundären Bogen des Neben- regenbogens viel schwächer sind. Sie hegen außerhalb desselben. Diese Betrachtung gilt zunächst nur für Licht von einer Farbe. Das weiße Sonnenhcht enthält nun alle Spektralfarben; jede hat einen anderen Brechungsexponenten; der Ort A des mindest- gedrehten Strahles (Anfangspunkt des Ko- ordinatensystems) liegt also für jede Farbe an einer anderen Stelle. Außerdem sind die Distanzen der Maxima voneinander in Fig. 18 auch von der Wellenlänge abhängig, sie wachsen mit zunehmender W^ellenlänge. Es müssen also die Kurven der Figur 18 für jede Wellenlänge einzeln berechnet und nach ihren verschiedenen Anfangspunkten dann übereinandergelegt werden. Auch die ur- Fk. 18. Regenbogenintegrales) zunächst für eine ein- zelne Farbe (Wellenlänge) in S'. Man erhält für eine solche eine Reihe von Maxima und Minima der Intensität; sind überall die gleichen Tropfengrößen vorhanden, so ist der Effekt ein kreisförmiges Band am Himmel, bestehend aus unzählig vielen einzelnen Kreisbögen, die an Intensität immer schwächer werden, je kleiner ihr Radius wird. Es er- geben sich also an jener WeUenfläche ähn- liche Beugungsringe, wie wir sie bei den Kränzen fanden, wenn auch die Helligkeits- verteilung (Distanz und Helligkeit der Ex- tremwerte) hier ganz anders ist. Daraus erklären sich die überzähligen oder sekun- dären Bögen, die unter dem Hauptregen- bogen Hegen. Diese Helligkeitsverteilung wird durch die Kurve der Figur 18 (nach P e r n t e r a. a. 0., wo die Rechnung zu finden ist) dargestellt. Die Ordinaten stellen die Intensitäten dar, während auf der Abscisse die Ent- sprünghche Intensität jeder Farbe muß nach ihrem Werte im Spektrum eingesetzt werden. P e r n t e r hat diese mühsame Arbeit ausgeführt und zwar für verschiedene Tropfengrößen, da auch für jede solche Größe die Uebereinanderlagerung der Kurven (Fig. 18) anders ist. Er benutzte hierzu 8 aus dem Spektrum ausgewählte Wellen- längen, tiefrot, rot, orangegelb, lichtgrün, blaugrün, lichtblau, dunkelblau, violett mit ihren Brechungsexponenten und relativen Intensitäten im" Sonnenlichte. Figur 19 gibt diese Kurven bei einer Tropfengröße von 0,5 mm Radius. P e r n t e r hat nun diese Intensitäten verschiedener Farben für eine Reihe von Tropfengrößen nach dem Maxwell sehen Farbendreieck zu Mischfarben zusammen- gesetzt und auf diese Weise endlich die wahren Farben einiger Regenbogen erhalten. Diese Mischfarben sind mit ihren relativen Breiten, die sie im Farbenband der Regen- Atmosphärische Optik 661 bogen einnehmen in Figur 20 dargestellt, und zwar für 4 Tropfengrößen, nämlich 0,5 mm, 0,15, 0,05 und 0,025 mm Radius. Die letzte Farbenreihe für 0,025 mm Radius zeigt das Bild des „weißen Regenbogens"; tatsächlich treten die übrigen Farben gegen das breite weiße Band ganz zurück. Für noch kleinere Tropfen bleibt Weiß weiter vorherrschend. Der weiße „Nebelbogen" erklärt sich also als gewöhnlicher Regen- bogen, erzeugt durch die sehr kleinen Nebel- tröpfchen. 4. Erscheinungen, die durch sehr kleine Partikel in der Atmosphäre erzeugt wer- den. Die Atmosphäre wirkt wie ein trübes Medium; sie erzeugt che Farbe, die Polarisation und die Helligkeitsverteilung, wie sie in trüben Medien beobachtet werden. Als trübende Partikel wirken hier einerseits ganz kleine Teilchen fester Substanz, Rauch und Staub, andererseits die Luftmoleküle selbst. Für Teilchen, die gegen che Wellen- längen klein sind, gelten die gewöhnlichen Gesetze der Reflexion, Brechung und Beu- gung nicht mehr. Zur Versinnlichung der Wirkung, die solch kleine Teilchen auf die einfallenden Sonnenstrahlen ausüben, dient folgende Vorstellung. Die Lichtwellen treffen auf ein kleines Teilchen als transversale Schwingungen auf. Die Lichtschwingungen nun, die der Lichtäther ausführt, übertragen sich, was Schwingungsrichtung und Periode anlangt, auf das Teilchen und versetzen also dieses selbst in Schwingungen.. Hierdurch wird das Teilchen der Ausgangspunkt neuer Aetherschwingungen, indem es seine eigene Schwingung auf den umgebenden Aether überträgt; es wirkt wie eine neue Lichtquelle, freilich nur so lange, als es selbst von Strahlen getroffen und in Schwingung versetzt wird. Das Teilchen zerstreut auf diese Weise Licht nach allen Seiten des Raumes, freihch, wie wir sehen werden, nicht in alle Rich- tungen Licht derselben Eigenschaften. Diese zerstreuende Wirkung sehr kleiner Partikel nennt man Diffusion des Lichtes; sie ist charakteristisch für die trüben Medien. R a y 1 e i g h hat die Theorie dieser Dif- fusion entwickelt (vgl. den Artikel „Farbe n"). 4 a) Blaue Himmelsfarbe. Seine Theorie erklärt zunächst die b 1 a u e F a r b e des Himmels. Diese Farbe ist nicht stets die gleiche, sie ist mitunter weißhch- blau, namentlich in der Nähe von Städten, wo Dunst und Rauch die Luft verunreinigen, sie ist tiefblau, dunkel auf Bergen und wird, je höher man sieh in der Atmosphäre erhebt, um so schwärzer. Man hat sie früher mit Cyanometern verschiedener Konstruktion ge- messen; heute bestimmt man sie mit dem Spektrophotometer, da sie eine Mischfarbe, aus verschiedenen Wellenlängen zusammen- Fig. 19. tiefroi rot orange lichtgrün dunkelgrün lichtblau dunkelblau - violett 662 Atmosphärische Optik gesetzt, ist. Man hat das Blau irrtümlich auch für eine Eigenfarbe der Luft gehalten. Wird nach R a y 1 e i g h s Theorie ein trübendes Partikel der Ausgangspunkt neuer Schwingungen, so muß offenbar die Am- plitude dieser sekundären Schwingung, me- chanisch gesprochen die Größe des Aus- schlages, in einem gewissen Verhältnis zur Tiettvo Hellrot Orange 6.1b GrUn BlaagruD Tiolett 1 Hellblau /"--~:^ 'n^^''^^^^'^' tional der vierten Potenz der Wellenlänge. Aus dieser Tatsache erklärt sich die blaue Farbe des Himmels. R a y 1 e i g h fand auf Grund einer genauen Rechnung I = -^ (1 + cos^y). Hier ist K eine Konstante. Die Intensität des sekundären zerstreuten Lichtes ist also um so größer, je kleiner die ScbwacbeB Gelb Weißliches Gelb WeiUiches GrUn Sehr schwaches Violett Färb- und glanzloser Zwiscben- Bcbwiches, seit weiWiohes Qrun waches, sehr wuMiches Vio]p Amplitude der auf das Teilchen einfallenden priraärenp? Lichtschwingung stehen. Diese Verhältniszahl ist dimensionslos, eine un- benannte Zahl. Nun nimmt offenbar die Amplitude der sekundären Schwingung mit der Entfernung vom Teilchen ab, und zwar ist sie, wie bei jeder Lichtschwingung ver- kehrt proportional dieser Entfernung r. Außerdem ist sie offenbar um so größer, je größer das Teilchen ist, d. h. sie ist dessen Volumen v proportional. Sonst kann diese Verhältniszahl A nur noch abhängen von der Wellenlänge des Lichtes /.. Ist nun V V A proportional— und hängt nur von —und von l ab, so muß, da A dimensionslos ist und V die Dimension der dritten Potenz der Länge, r die der ersten Potenz hat, A pro- V , ... portional sem -r^; dann ist A eme reine Zahl. Das heißt aber: die Amplitude ist verkehrt proportional dem Quadrat der Wellenlänge: somit ist die Intensität I des sekundären Lichtstrahles verkehrt propor- schwaches Gelb Sehr weißlicher Hauch von Gelb GlänzendeB Weiß Weißlicher Hauch von Violett Färb- and glanzloser Swischen- niUD Schwache? -.v.iNichcJ R'jI Fig. 20. Wellenlänge / ist. Außerdem hängt sie vom Winkel f ab, der gebildet wird von der Einfallsrichtung des primären Sonnenstrahles mit der Richtung des Sekundärstrahles. Da das Sonnenlicht weiß ist, also in ihm alle verschiedenen Wellenlängen / vorkommen, so wird die Intensität jeder Farbe des Se- kundärstrahls im Verhältnis von 1: A ver- ringert, mithin die längsten Wellen (rot) am meisten, die kürzesten (violett) am wenigsten geschwächt. Folglich setzt sich der Sekundär- stralil aus sehr schwachem Rot, stärkerem Gelb, noch stärkerem Grün usw. zusammen. A tmosphärische Optik 663 Das Kesultat ist eine Mischfarbe, und zwar das Blau des Himmels, wie die Analyse dieser Farbe ergeben hat. Wenn die unzählig vielen kleinen Partikel zusammenwirken, so wird die Farbe dadurch nicht wesentlich verändert. Durch die Zer- streuung der stärker brechbaren Strahlen (blau) an den kleinen Teilchen wird der direkte Sonnenstrahl auf seinem Wege durch die Atmosphäre geschwächt, und zwar ver- liert er eben an Intensität in den kurzen Wellen. Er färbt sich daher, wenn er anfangs weiß war, immer mehr rötlich. Die Inten- sität E des durchgehenden Strahles ist, wenn Eq die des einfallenden war und er eine Strecke x in der Luft zurückgelegt hat, E = Ene-'^'^ , wo e die Basis der natür- lichen Logarithmen und « der Extinktions- koefficient; hier ist s = — , wo c eine Kon- stante. Tatsächlich beobachtet man in künst- lichen trüben Medien, z. B. in einer in Wasser aufgeschwemmten alkoholischen Mastixlö- sung, eine Rotfärbung des durchgehenden Strahles, während die Lösung von der Seite gesehen blau aussieht. Die gleiche Erschei- nung ist die scheinbare Röte aufsteigenden Feuerrauches gegen den Himmel, dessen Bläue gegen einen dunkeln Hintergrund, wie z. B. Wald. Mit der Erklärung der blauen Farbe des Himmels ist auf diese Weise auch die Erklärung der roten untergehenden Sonne gegeben. Legen die Sonnenstrahlen einen sehr großen Weg in der Atmosphäre zurück, wie bei Sonnenuntergang oder Aufgang, so ist x in obiger Formel sehr groß, die Schwächung der blauen Strahlen im Spektrum ungleich größer als die der roten, was die Rotfärbung zur Folge hat. 4b) Polar isationdesHimm eis- lich t e s (vgl. den Artikel ,,L i c h t p 0 1 a r i - sation"). Das Licht besteht bekanntlich aus Schwingungen, die senkrecht zur Rich- tung seiner Fortpflanzung vor sich gehen (transversale Wellen). Sonnenlicht ist natür- liches Licht, d. h. die Schwingungen ge- schehen in allen Richtungen, die in einer zum Strahl senkrechten Ebene liegen. Unter polarisiertem Licht versteht man solches, dessen Schwingungen nur in einer einzigen Richtung in jener Ebene geschehen; stellt z. B. das Zifferblatt einer Uhr jene zum Strahl senkrechte Ebene dar, so wird eine Schwingung, die nur von der XII zur VI vor sich geht, oder nur von der VIII zur II, polarisiert genannt. Es gibt nun Kristalle, die Licht nur dann hindurchlassen, wenn es eine in einer bestimmten Richtung polari- sierte Komponente besitzt. Diese Eigenschaft benutzt man zum Nachweis der Polarisa- tion, z. B. mittels des N i c 0 1 sehen Prismas. Auch die Polarisation desHim- melslichtes erklärt sich aus der Diffu- sion des Lichtes an kleinsten Teilchen in der Atmosphäre. Diese von A r a g 0 ent- deckte Erscheinung besteht wesentlich in folgendem: Betrachtet man durch ein N i c 0 1 - sches Prisma den blauen Himmel, so ist in gewissen Blickrichtungen das Gesichtsfeld beim Drehen des Nicols um seine Achse von schwankender Helligkeit; einmal am hellsten; dann, wenn der Nicol um 90° ge- dreht ist, fast ganz dunkel. Am stärksten sind diese Schwankungen, wenn man Orte am Himmel betrachtet, die in etwa 90° Ab- stand von der Sonne liegen. Das Licht ist auf einem größten Kreise in 90° Sonnen- abstand am stärksten polarisiert. Doch ist die Polarisation auch dort keine totale, stets ist natürliches Licht dem polarisierten Licht beigemengt, wie man daraus erkennt, daß der Nico! bei jeder Stellung noch Strahlen durchläßt. Auch die Lage der Polarisationsebene des Lichtes ist durch Beobachtungen fest- gestellt worden. Normalerweise ist sie an einer beliebigen Stelle des Himmels durch den anvisierten Punkt am Himmel, den Be- obachtungsort und die Sonne fixiert; d. h. sie ist jene Ebene, die durch diese 3 Punkte bestimmt wird. Senkrecht zu dieser Ebene finden die Lichtschwingungen des polari- sierten Himmelslichtes statt. In der Nähe des Horizonts erleidet hingegen diese regel- mäßige Verteilung eine Veränderung. Man ent- deckte nämlich mehrere Stellen am Himmel, die natürliches Licht aussenden. Es sind dies namentlich 3 Orte, die sogenannten neutralen Punkte von A r a g 0 , B a b i n e t und Brewster. Wenn die Sonne nahe dem Horizont steht, liegt der A r a g 0 sehe Punkt etwa 1 8 Va" über dem Gegenpunkte der Sonne, also auf der anderen Seite des Horizonts; der B a b i n e t sehe etwa ungefähr ebenso viel oberhalb der Sonne selbst; der Brewstersche etwa um den gleichen Betrag unterhalb der Sonne; dieser ist daher nur bei höheren Sonnen- ständen zu beobachten, und dann wegen der blendenden Sonne schwer wahrnehmbar. Diese neutralen Punkte verändern ihre Sonnendistanz mit der Bewegung der Sonne am Himmel. Unterhalb des A r a g 0 sehen und B a b i n e t sehen Punktes, nahe dem Horizont, ist die Polarisation ferner normaler- weise nicht die gleiche, wie oberhalb, sondern es liegt die Polarisationsebene dort hori- zontal, während sie, nach dem oben gesagten, in einiger Höhe darüber vertikal liegt Die folgende Figur veranschaulicht die Lage der Polarisationsebene, wenn die Sonne nahe dem Horizont steht, in der Richtung gegen diese. HH bedeute den Horizont; die Sonne, 664 Atmosphärische Optik S steht etwas über ihm. Die Linie NZ ver- läuft von der Sonne gegen den Zenith, sie stellt den Sonnenvertikal dar. Die Orte, die auf ihm liegen, haben eine vertikale Polarisationsebene, d. h. die Lichtschwin- gungen der Strahlen, die von ihnen das Auge treffen, liegen horizontal (m). Kechts vom Sonnenvertikal neigen sich die Polarisations- ebenen gegen den Horizont, links gleich- Fig. 22. falls; die Schwingungen des Lichtes stehen stets senkrecht zu ihnen, wie dies die kleinen Striche m, m',...ni" andeuten. In N hegt der neutrale Punkt von B a b i n e t (für den A r a g 0 sehen ist die Polarisation genau dieselbe, nur ist S dann der Gegenpunkt der Sonne). Unterhalb desselben hegen die Polarisationsebenen horizontal (zwischen N und S). Bei normaler Verteilung, wie sie oberhalb von N am ganzen Himmel herrscht, würden die Polarisationsebenen den Verlauf haben, der durch die gestrichelten Geraden angedeutet ist, die Ebenen würden sich alle in der Sonne und ihrem Gegenpunkte schneiden. Zur Erklärung der Erscheinung greifen wir auf die sekundären Schwingungen zu- rück, die ein kleines Teilchen, das vom Sonnenstrahl S getroffen wird, aussendet. Das Sonnenhcht ist, unpolarisiert, natürlich; die Lichtschwingungen stehen senkrecht zur Strahlenrichtung und können durch 2 Kom- ponenten dargestellt werden, von denen die eine in der Papierebene, die andere senkrecht dazu liegt (in Fig. 22 durch einen Strich und einen Punkt in M angedeutet). Diese Schwingungen erhalten also auch die Teilchen in B, C und D. Das Teilchen in B, dessen Verbindungslinie mit dem Auge A gerade senkrecht steht zum Strahle SjB, macht also die gleichen Schwingungen wie in M der Lichtstrahl Sj. Das Teilchen in B kann aber in der Richtung BA nur dessen eine Komponente als Lichtstrahl fort- pflanzen, nämhch die zu SiB und AB senkrechte, da das Licht eine transversale Schwingung ist. Das Auge in B erhält demnach nur diese eine Schwingung; d. h. der Strahl BA ist vollständig po- larisiert, die Polarisationsebene geht durch Sonne S, an visierten Punkt am Himmel B und Auge x\ (Papierebene). Der Lichtstrahl S2 treffe auf das Teilchen C. In der Richtung zum Auge kann dann C wieder die ganze zur Papierebene senkrechte Schwin- gung weitergeben und außerdem einen Teil der anderen Kom- ponente (als Strich in M ge- zeichnet), der senkrecht steht zum Strahl CA. Dieser ist also nicht mehr total polarisiert, sondern besteht aus einem Teil natürhchen Lichtes, entsprechend diesem Komponentenanteil, und einem Teil polarisierten Lichtes. Man erhält also unter dem stumpfen Winkel y gegen die Sonnenstrahlen S'A aus C par- tiell polarisiertes Licht; das gleiche gilt für die Richtung AD, die einen spitzen Winkel mit AS' bildet. So erklärt sich also die maximale Polari- sation in 90° Sonnenabstand, die geringere bei größerem oder kleinerem. Hingegen stammt diese Theorie nicht mit der Tatsache, daß auch in 90° Sonnenabstand das Licht nicht total polarisiert ist. Diese Erscheinung geht aus der mehrfachen Diffusion des Lichtes hervor. Ein Lichtstrahl S wird an einem Teilchen zerstreut; die zerstreuten Strahlen treffen nun nicht unmittelbar ins Auge, sondern begegnen auf ihrem Wege noch unzähligen anderen Teilchen. Die Rechnung ergibt, daß diese mehrfache Dif- fusion die Ursache ist, daß die Polarisation auch in 90" Sonnenabstand nur partiell bleibt; auch erzeugt sie eine horizontale Polarisation in der Nähe des Horizontes, sie ist die Ursache für die in Figur 21 gezeichnete Störung des normalen Verlaufes der Polari- sationsebenen daselbst. Wenn nun am Atmosphärische Optik 6G5 Horizont die Polarisation horizontal ist, darüber (oberhalb) vertikal und nirgends total, so heißt dies offenbar, daß am Horizont die vertikale Lichtschwingung über- wiegt, zenithwärts die horizontale. In der Mitte muß es dann einen Ort geben, wo die horizontale Schwingung eben gleich ist der vertikalen; dort ist das Licht unpolarisiert, dort entsteht der neutrale Punkt. Die Polarisation in der Nähe des Hori- zonts kann nicht unerheblich durch die Keflexion des Lichtes von der Erdoberfläche gestört werden, z. B. bei einer Schneedecke; auch Wolken können sie beeinflussen. 4c) Lichtschwächung in der Atmosphäre. Es wurde schon oben der Extinktionskoefficient an- gegeben, wie er aus der R a y 1 e i g h sehen Theorie der trüben Medien hervorgeht. Nach obiger Formel ist die Lichtschwächung der Sonnen- oder anderer Strahlen zu be rechnen, die durch che Atmosphäre erzeugt wird. Tatsächhch erfahren alle Strahlen, auch die Wärmestrahlen eine Intensitäts- abnahme, die man setzen kann dE = — eEdx, woraus sich die Formel ergibt E = Eoe-«x . Eo ist die Intensität des Strahles an der Grenze der Atmosphäre. Der Weg x ist aber unbekannt, da wir die Ausdehnung der Atmosphäre nicht kennen. In Fig. 23 ist ein schief in die Atmosphäre einfallender Strahl SA gezeichnet. Sei A der Beobach- tungsort, Z der Zenith, so bildet der Sonnenstrahl SA einen Winkel z mit ZA, die Zenithdistanz der Sonne. Der Weg, den der Strahl in der Atmosphäre zurücklegt, ist CA = BA sec z. Stünde die Sonne im Zenith, so wäre die In- tensität des Lichtstrahles, der in A ankommt E^ = EoC— «x, ^ ^q Xj = AB; steht sie in S, so ist E =Eoe-«X2, wo Xa = AC; folghch ist E = EoC-'^Xisecz^ E E — Eopse''^ Dies ist die angenäherte Gleichung für die Strahlenschwächung in der Atmosphäre. Hier nennt man p den Trans missionskoeffi ci e nten. Er ist das Verhältnis der am Beobachtungs- orte eintreffenden Lichtintensität zu jener außerhalb der Atmosphäre bei senkrechter Incidenz. Die Formel ist nicht genau, da die Atmosphäre wie die Erde gekrümmt ist und die Strahlenbrechung vernachlässigt wurde. Der Transmissionskoefficient wurde viel- fach gemessen; er beträgt für Lichtstrahlen ungefähr 0,8 im Meeresniveau. In größeren Höhen ist er natürlich größer. Es gelangen also etwa 80 % des im Zenith vertikal ein- fallenden Lichtes bis zur Erdoberfläche. Die übrigen 20 % sind größtenteils durch Zerstreuung an den kleinsten Teilchen dem direkten Lichtstrahl entzogen worden. Je schiefer der Strahl einfällt, d. h. je niedriger die Sonne, der Mond oder der Stern steht, desto weniger Licht gelangt zur Erde, da psocz jjijt wachsendem z stets kleiner wird; p_ hängt nun wie e von der Wellenlänge ab, die blauen Strahlen werden stärker ge- schwächt als die roten. Doch ist der Unter- schied innerhalb des Bereiches der sicht- Grenxe der Atmosphäre Horizont Fig. 23. baren Wellenlängen nicht von großer Be- deutung. Die längeren Wellen hingegen haben allerdings schon einen erheblich größeren Transmissionskoeffizienten. 4d) Tageslicht. Jene 20 %, die der direkten Strahlung bei senkrechter Incidenz oder, wenn e—'^Xi = p gesetzt wird, Fi"-. 24. verloren gehen, kommen nun in der Tages- helle wieder teilweise zum Vorschein. Die an den kleinen Teilchen zerstreuten Strahlen werden ja in alle Himmelsrich- tungen abgelenkt und verursachen auf diese Weise die Helligkeit des Himmels und das Tageslicht. Man hat das Tageslicht photometrisch (durch Vergleich mit anderen Lichtquellen) und mit licht- empfindlichen Substanzen bestimmt. Es zeigt sich, daß die Tageshelle um so größer ist, je kleiner der Transmissionskoeffizient. Das folgt ganz einfach aus der Ergänzung von diffusen und direkten Strahlen. So ist in größeren Höhen die direkte Strahlung der Sonne größer, dafür der Himmel bedeutend dunkler. Die Intensität des Himmelslichtes ist 666 Atmosphärische Optik bei hohem Sonnenstand etwa 2 bis 3 mal geringer (in niedrigen Seehöhen) als die des direkten Sonnenlichtes. Steht die Sonne aber nahe dem Horizont, so ist sie größer. Gleichheit zwischen beiden tritt etwa bei einer Sonnenhöhe von 30 bis 40" ein; doch ist diese Höhe zeitlich nnd örtlich natürhch verschieden. Photometrisch gemessen betrug nach Weber die Intensität des gesamten Tageslichtes (Sonnenlicht + Himmelshcht) in Kiel auf einer horizontal exponierten Fläche im Jahresmittel etwa 36 000 Meter- kerzen um Mittag. Der Mittelwert für den Juli ist 60 000, der für den dunkelsten Monat De- zember 5500 Meterkerzen. Der höchste je ge- messene Wert war 154 300, der niedrigste 655 Meterkerzen, gleichfalls um Mittag. Das Tageslicht unterliegt also auch zur gleichen Tageszeit ganz enormen Schwan- kungen. Während man die Beleuchtung einer horizontalen Fläche als Oberlicht bezeichnet, nennt man jene von vertikal ' aufgestellten Flächen Vorderlicht. Das Vorderhcht ist natürhch verschieden je nach der Orientierung zur Sonne. Die Helligkeit verschiedener Stellen des Himmels ist nicht gleich. K a y 1 e i g hs oben angegebene Formel gibt eine Abhängigkeit der Intensität des diffusen Lichtes vom Sonnenabstand des anvisierten Punktes. In 90° Abstand ist die \ Intensität am kleinsten, in der Richtung der Sonnenstrahlen selbst am größten. Wiener hat auch die Beugung des Lichtes an größeren Teilchen (Wassertropfen usw.) noch in Be- tracht gezogen; sie verstärken namentlich die Lichtintensität in der Umgebung der Sonne. Außerdem ist stets eine Zunahme der Helligkeit des Himmels gegen den Horizont vorhanden, so daß bei tiefstehender Sonne die geringste Helligkeit nahe dem Zenith hegt und sich bei steigender Sonne vom Zenith aus gegen die nördliche Himmels- hälfte verlagert. Die hellste Stelle des Him- mels (von der Sonne natürlich abgesehen) kann etwa 10 mal so hell sein wie die dunkelste. 40) Dämmerungserscheinun- gen. Die Tatsache, daß der Tag nach Sonnen- untergang nicht plötzlich in dunkle Nacht übergeht, sondern von ihr durch eine Zeit der D ä m m e r u n g getrennt ist, und die analoge Tatsache am Morgen, haben wesent- lich die gleiche Ursache wie die diffuse Tageshelle. Das von den kleinen Teilchen in der Atmosphäre zerstreute Licht kann noch zu einer Zeit ins Auge des Beobachters treffen, wo die Sonne schon untergegangen ist. Die direkten Sonnenstrahlen treffen dann noch höhere Schichten der Atmo- sphäre und verursachen das diffuse Himmels- licht der Dämmerung. In Figur 24 ist B der Beobachtungsort auf der Erde EE, HH der Horizont; der äußere Kreis bezeichne die Grenze der bei der Diffusion der Strahlen noch wirksamen Atmosphäre. Sobald die Sonne S einen Depressionswinkel /; unter dem Horizont (nach dem Untergang) erreicht hat, tritt über dem Horizont (schraffierter Teil der Atmosphäre) totale Nacht ein. Dieser Winkel bezeichnet das Ende der astro- nomischen Dämmerung; er beträgt erfahrungsgemäß 16 bis 18 ". Da die Dämme- rung beginnt, sobald die Sonne im Horizont anlangt, ist rj für deren Dauer maßgebend. Die Zeit, die die Sonne braucht, um diesen Winkel zurückzulegen, ist von der Jahres- zeit und der geographischen Breite abhängig. Aus // kann h, die Höhe der wirksamen Atmosphäre, berechnet werden; man findet dafür etwa 60 km. Neben der astrono- mischen spricht man noch von einer bürger- lichen Dämmerung; sie dauert vom Beginn der ersteren bis zu einer Depression der Sonne von 6 bis 8°. Die Differenz der astronomischen und bürgerlichen Dämme- rung heißt auch Zwielicht: es ist die Zeit von 6 bis 16° oder von8 bis 18° Depressions- winkel. Im Laufe der Dämmerung beob- achtet man am Himmel, namentlich im Osten und Westen, gewisse Farbenerscheinungen. Für eine Abenddämmerung ist deren Ver- lauf schematisch folgender (es treten durch- aus nicht immer alle Einzelerscheinungen auf): Noch ehe die Sonne untergegangen ist, entsteht am Osthimmel die erste Gegen- d ä m m e r u n g. Es erscheinen gelbe und rote Farben über dem Horizont. Sinkt die Sonne im Westen hinab, so taucht im Osten der erste Erdschatten auf, ein asch- farbenes, dunkles Segment, das die farbigen Töne von unten her einengt. Er bewegt sich langsam am Osthimmel zenithwärts, wurde aber meist nur bis in eine Höhe von 6 bis 10° gesehen. Im Westen ist oberhalb der Sonne, noch ehe sie untergegangen, der Dämmerungsschein sichtbar, ein etwa kreisförmiges helleres Gebiet am Himmel das der sinkenden Sonne nachfolgt und sich dabei verbreitert. Gleich nach Sonnen- untergang färben sich die dem Horizont nächsten Schichten im Westen gelblich und rötlich. Die obere Grenze dieser Schichten nennt man den ersten D ä m m e r u n g s - bogen; auch er folgt langsam der Sonne nach. Unterdessen entwickelt sich oberhalb desselben das erste P u r p u r 1 i c h t , die schönste Erscheinung der Dämmerung, das eigentliche Abendrot, ein etwa kreis- förmiges, schlecht begrenztes Gebiet mit Rosafärbung, das bei seinem Sinken gegen den Horizont sich verbreitert und schließ- hch hinter dem Dämmerungsbogen unter- I zutauchen scheint. Sein Verschwinden bringt eine auffallende Abnahme der Tages- i helle mit sich, die bürgerliche Dämmerung Atmosphärische Optik — Atmung (Physiologie der Atmung und der Blutgase) 667 ist damit zu Ende. Häufig sieht man im Purpurlicht sternförmig vom Horizont aus- gehende dunkle Bänder, die 1) ä m m e - rungsstrahlen. Sie sind Schatten von Wolken oder Gegenständen auf der Erde und konvergieren mitunter scheinbar wieder im Ostpunkt. Unterdessen ist der Erdschatten über den Zenith auf den Westhinmiel ge- rückt und wird dort wieder als Grenze des hellen beleuchteten Westhorizonts sichtbar; man nennt diesen Bogen den zweiten D ä m m e r u n g s b 0 g e n ; damit beginnt die zweite Da m m e r u n g. Nach Ab- sinken des ersten Purpurhchtes erscheint nun unter günstigen Umständen ein zwei- ter Erdschatten über dem Osthori- zont, über dem sich neuerlich hellere Töne gebildet hatten. Der erste Dämmerungs- bogen verschwindet unter dem Horizont, der zweite sinkt immer tiefer und es zeigt sich über dem letzteren ein zweites P u r p u r 1 i c h t, diffuser als das erste. Auch dieses sinkt hinter dem hellen Streifen im Westhorizont hinab und schließlich ver- schwindet auch dieser zweite Dämmerungs- bogen, womit endgültig die Nacht eintritt. Die Entstehung des Erdschattens er- klärt sich schon aus dessen Namen. Die am Horizont hegenden gelben und roten Schich- ten werden wohl größtenteils durch die Extinktion der blauen Strahlen verursacht. Es wurde ja oben gezeigt, daß diese rascher dem chrekten Licht entzogen werden, als die roten. Die Purpurhchter hingegen scheinen wesenthch auf einer Beugung des Lichtes, das ohnedem schon rot ist, zu be- ruhen. Tatsächhch war nach starken Vulkan- ausbrüchen um die Sonne auch bei Tag ein Beugungsring, der B i s h o p s c h e Ring zu sehen, der durch den feinen Staub in ähnhcher Weise erzeugt wurde, wie die Aureole der kleineu Höfe durch Eiskristalle und Wassertropfen. Bei sinkender Sonne bildete sich aus dem B i s h o p sehen Ring das Purpurlicht in abnorm starker Ent- wickelung. IVfan hat daher Ursache, es als eine Beugungserscheinung anzusprechen, er- zeugt durch die zahlreichen größeren Wasser- und Staubteilchen, die nahe der Erdober- fläche in der Atmosphäre schweben. Das zweite Purpurlicht scheint dem ersten seine Entstehung zu verdanken, indem für dieses das erste als Lichtquelle in gleicher Weise wirkt, wie für das erste die Sonne selbst. Auch die anderen Erscheinungen der zweiten Dämmerung sind wohl vom ersten Purpur- licht in analoger Weise verursacht, wie die der ersten von der Sonne. Bei der Morgendämmerung treten die Phasen der Dämmerung natür- lich in umgekehrter Reihenfolge auf. Li den Tropen sind die normalen Er- scheinungen der Dämmerung oft wesentlich stärker als bei uns, derart, daß uns Be- schreibungen davon wie Märchen erscheinen. Namentlich zur Regenzeit oder zur Zeit der Steppenbrände sind diese Erscheinungen ganz wunderbar. Die sinkende Sonne bestrahlt natürlich die Bergspitzen zuletzt. Die rote Färbung der Strahlen bedingt das bekannte Glühen der Berge. Das eigenthche Alpen- glühen, auch Nachglühen, tritt aber erst nach Sonnenuntergang ein, wenn das erste Purpurlicht die schon erblaßten Gebirge neuerlich rötet. Mitunter ist auch noch ein zweites Nachglühen sichtbar, durch das zweite Purpurlicht in gleicher Weise verursacht. Eine HeUigkeitszunahme nach Sonnenuntergang durch das erste Purpur- licht beobachtet man auch in der nächsten Umgebung, namentlich nehmen gegen Westen gekehrte Hausmauern u. dgl. dann aufs neue eine leuchtend rote Färbung an. Literatur. Zusavwievfassende Arbeiten : Clatisius ■in Grunerts Beiträgen zur meteorologischen Optik 1850. — Mascart, Traite d'opttque, Bd. TU, Paris 1898. — Pernter-Exner, BTeteorologische Optik 1910. Hier ist die vollständigste Behand- lung und Literatur zu finden. — Einige grund- legende Arbeiten: Laplace, 3Iecanique Celeste, Bd. 4, ISOö. — Biot Mem. d. L'Instilut, Paris 1810. — Bravais Ann. d. Ch. e. Phys. 1856. — K. Exner, lieber die Scintillation Wien 1891. — Arago, Werke. — Bi'avais Compt. rend. I845, 1846, I847, I849, 1851. — Äiry Trans. Cambridge Phil. iioc. 1838, 1848. — Ilayleigh (Strutt) Phil. 3Iag.l871, 1881,1899. — Brücke Pogg. Ann. 185S. — Soret Arch. d. Sc. phys. et nat. 1888. — Lam- bert, Photometrie 1760. — Chr. Wietier, Nova Acta Lcop. Car. Ak., Halle 1900. — Ueber normale Strahlenbrechung, Dämmerung und Lichtschwä- chung vgl. die Lehrbücher der Astronomie xind Geodäsie. F. M. Exner. Atmung. Physiologie der Atmung und der Blutgase. I. Allgemeines: 1. Zweck und Aufgabe der Atmung. 2. Aero- und Anaerobiose. 3. Aeußere und innere Atmung. 4. Die Atmungsorgane. n. Die Mechanik der Lungenatmung: 1. Me- thodik der Untersuchung der Atemmechanik. 2. Die Druckverhältnisse bei der Atmung 3. Die Atembewegungen (Atemmuskeln, Atmungstypen, die zeitliche Folge der In- und Exspirations- erscheinungen, die Atemfrequenz). 4. Die durch die Atembewegungen bedingten Volumsände- rungen. 5. Kraft und Arbeit der Atem- nuiskulatur. 6. Die zuführenden Atemwege. 7. Perkussion und Auskultation. IIL Die Innervation der Atembewegungen : 1. Zentri- fugale und zentripetale Bahnen. 2. Keflexe. 3. Das Atmungszentrum. IV. Chemie der Atmung: 1. Die Bhitgase. a) Methodik, b) Chemische und physikahsche Bindung. c) Gehalt des Blutes an den einzelnen Gasen, d) Austausch 668 Atmung (Physiologie der Atmung und der Blutgase) der Gase zwischen Blutkörperchen und Plasma. e) Einflüsse auf den Gasgehalt des Gesamtblutes. f ) Die Gasspannungen im Blute, g) Gasbindende Stoffe im Blute niederer Tiere. 2. Die alveolare Tension. Der Gasaustausch zwischen Blut und Lungenluft. Sekretionstheorie. 3. Die chemi- schen Veränderungen der geatmeten Luft. Atmen abnormaler Gasgemenge. V. Haut und Darm- atmung. VL Die Gewebsatmung. VIL Die Größe des Gesamtgaswechsels. Erhaltungsumsatz und Arbeitsumsatz. Berechnung des Umsatzes aus der Atmung. VIIL Der embryonale Gaswechsel. IX. Der Gaswechsel der Winterschläfer. X. Der Gaswechsel bei Kaltblütern. 1. Allgemeines. 1. Zweck der Atmung. Das Leben ist die Summe der Erscneinungen von Assimi- lation und Dissimilation. Diese Vorgänge sind gekennzeichnet durch die Umlagerung chemischer Moleküle im Lebewesen und durch einen steten Wechsel zwischen latenter und kinetischer Energie. Die Nahrungs- stoffe müssen assimiliert werden, die Pro- dukte der Dissimilation, des Stoffabbaues, die zum großen Teil für die Zelle, welche diese produziert hat, giftig sind, müssen ausge- schieden oder in unschädlicher Form abgela- gert werden. Insoweit dieser Wechsel zwi- schen Aufnahme und Abgabe, zwischen Aufbau und Abbruch, chemische, nicht gas- förmige Verbindungen betrifft, spricht man vom Stoffwechsel in engerem Sinne. Den Austausch gasförmiger Verbindungen be- zeichnet man als Gaswechsel; dieser stellt also nur einen Teil des gesamten Stoffum- satzes oder Stoffwechsels vor. Durch den Gas Wechsel oder die Atmung wird den Tieren der Sauerstoff, den sie für ihre Lebensprozesse als „Nahrungsmittel" be- nötigen, zugeführt und werden Kohlensäure, Wasserdampf, Methan, eventuell auch Ammo- niak entfernt, Kohlensäure und Ammoniak sind giftige Dissimilationsprodukte. In gegen- sätzlichem Verhalten bedarf die Pflanze der Kohlensäure zur Assimilation, während der Sauerstoff bei ihr ein Dissimilationsprodukt vorstellt. Allerdings verlaufen bei der Pflanze auch Stoffwechselvorgänge, die wie beim Tier mit Sauerstoff verbrauch und Kohlen- säureproduktion einhergehen (vgl. den Ai'- tikel ,, Atmung der Pflanzen"). 2. Aero-undAnaerobiose. Eine Atmung ist nicht nur bei jenen Tieren nötig, die gas- förmigen oder gelösten Sauerstoff für die Unter- haltung ihrer Oxydationsprozesse benötigen, sondern es müssen auch solche tierische Zellen die gebildete Kohlensäure abgeben, die olme Zufuhr elementaren Sauerstoffes unter Ver- wendung jener Sauerstoffmoleküle oxydieren, die sie aus sauerstoffreichen Verbindungen, z. B. Kohlehydraten, abspalten oder die CO2 durch die Wirkung von Fermenten erzeugen. Es ist übrigens wahrscheinlich, daß hierbei der letztgenannte Vorgang der einzig in Be- tracht kommende ist. Man hat früher an- genommen , daß organisches Leben ohne Oxydation undenkbar sei. Diese Auffassung kann heute jedoch nicht mehr aufrecht er- halten werden, seitdem nachgewiesen ist, daß streng anoxybiotisch lebendes Proto- plasma, für das Sauerstoff ein intensives Gift vorstellt, Energie aus nicht oxydativem Zerfall produziert. Allerdings geschieht dabei die Umsetzung unökonomischer; des unge- achtet müssen aber die entstehenden Dissi- milationsprodukte ausgeschieden werden, da mit der ausgiebigeren Produktion solcher Stoffe deren Wegschaffung gleichen Schritt halten muß. Niedere Lebewesen mit großer Oberfläche und geringem Energiebedarf können dieser Bedingung dauernd gerecht werden; bei ihnen findet Ausatmung ohne Einatmung statt oder es überwiegt der Aus- atmungsprozeß über jenen der Einatmung (s. S. 708). Bei höheren Lebewesen ist ein anaerobiotisches Leben jedoch nur begrenzt möglich. Die Anhäuf mg nicht bis zu den Endprodukten oxydierter und nicht weggeschafter Dissimilationsprodukte wirkt erst reizend, dann lähmend und endlich tötend. Rechtzeitige Wiederherstelhmg der Atmungs- vorgänge vermag die Lähmung wie die Reiz- zustände wieder rückgängig zu machen. Die Tatsache, daß auch höher organisierte Tiere — P f 1 ü g e r hielt Frösche 25 Stunden in sauerstoffreier Atmosphäre — unter Sauer- I Stoffabschluß am Leben bleiben oder daß I Froschmuskeln olme Sauerstoff geraume ! Zeit Energie zu produzieren vermögen (Her- mann), weist darauf hin, daß das Proto- ! plasma höherer Tiere sich bis zu einem ge- wissen Grade ebenso verhält wie jenes nie- derer. Es vermag bei mangelnder Sauerstoff- zufuhr durch die Verwertung des aus sauer- stoffreichen Verbindungen abgespaltenen Sauerstoffes die erforderlichen Verbrennungs- vorgänge zu unterhalten oder wahrschein- licher durch nicht oxydativen Abbau Energie zu produzieren. Da die hierbei entstehenden, für das Protoplasma der höheren Tiere schäd- lichen Zwischenprodukte nach Wiederher- stellung hinreichender Sauerstoffzufuhr von außen erst allmählich oxydiert und weg- geschafft werden, erholt sich das Proto- plasma der höheren Tiere unter einer Ver- schiebung im Chemismus des normalen Gaswechsels nur langsam. Es ist nicht nötig, zur Erklärung eines solchen vorübergehenden anaerobiotischen Lebens, das Vorhandensein von Sauerstoffdepots im Körper anzu- nehmen; durch das Experiment wurde in der Tat bewiesen, daß solche nicht bestehen (W i n t e r s t e i n). Auch die Forderung, daß die energiespendenden Prozesse Oxy- dationsprozesse sein müssen, ist nicht un- bedingt aufrecht zu erhalten. Es kann auch Atmung (Physiologie der Atniimg mid der Blutgase) 669 auf Grund fermentativer Spaltungen Energie geliefert werden. Der Vorteil, den das at- mende Tier gegenüber dem an aero biotisch lebenden besitzt, ist darin gelegen, daß Jenes unter weitergehendem Zerfall die Nährstoffe zweckmäßiger für die Energie- produktion auszunützen vermag und dadurch auch imstande ist, trotz geringerer Nahrungs- zufuhr größere Energiemengen zu produ- zieren. 3. Aeußere Atmung und innere oder Gewebsatmung. Die atmenden Gewebe, die in unmittelbarem Kontakt mit einem gas- haltigen Medium stehen, vermögen so lange aus dieser Umgebung Gas aufzunehmen oder geben an diese Gas ab, bis der Teildruck jedes der vorhandenen Gase im Medium wie im Gewebe derselbe ist, bis also Spannungsausgleich erreicht ist. Hierbei spielt nicht nur das Lösungsvermögen der Gewebsflüssigkeit eine große Rolle, sondern es kommen auch chemische Affinitäten, die zur Bindung von Gasmolekülen führen, in Betracht. Der Gasaustausch kann an der äußeren, oft durch Ausstülpungen vergrößerten Ober- fläche des Körpers oder an Einstül- pungen in den Körper vor sich gehen, die mit der Umgebung kommunizierende Hohl- räume umgrenzen. Dann spricht man von äußerer Atmung. Oder es findet der Gaswechsel im Innern des Körpers zwischen den Zellen und der sie umspülenden Flüssigkeit statt. Dann wird die Atmung als innere oder G e w e b s a t m u n g bezeichnet. Durch die Ausbildung einer schützenden, die Körperoberfläche überziehenden Decke, die widerstandsfähig gegen chemische und mechanische Einwirkungen ist und zugleich einen Schutz gegen Wasserverlust und zu große Wärmeausgaben vorstellt, ist bei höheren Tieren der Gaswechsel an der äußeren Körperoberfläche auf ein Miniraum herabge- drückt. Umso größer die Anforderungen an die Leistungen der Lebewesen wurden, umso günstiger mußten die Bedingungen für den Gaswechsel gestaltet werden. Anstelle der für Gase schwerer durchgängigen äußeren Decke übernahmen die Ausstülpungen oder Einstülpungen unter mächtiger Oberflächen- vergrößerung die Aufgabe der äußeren At- mung. Durch diese Verlagerung war es auch möglich, das respirierende Gewebe äußerst zart und gasdurchlässig zu bauen, da es durch die äußeren Hüllen geschützt werden konnte und so weniger der Gefahr einer Schädigung ausgesetzt wurde. So stellen die Kiemen- deckel der Fische, die Falten, Röhren und Taschen in welche die Kiemen zurückgezogen werden können, bereits Sclmtzorgane gegen Austrocknen , z. B. beim P a 1 m d"i e b , und Verletzung des zarten respirierenden Ge- webes, z.B. bei Spir ogr ap his , vor. Je höher die relative Leistung des Tieres stieg, umso gewaltiger mußte der Gaswechsel anwachsen, weshalb bei den Vögeln die Ver- größerung der respirierenden Oberfläche in der Lunge auf ein Maximum gesteigert wurde. Bei ihnen wie bei den Säugetieren ist die Hautatmung vollkommen in den Hin- tergrund gedrängt worden. Lähmt man bei diesen Tieren die Gesamtmuskulatur und da- mit auch die Atemmuskulatur durch Curare, so tritt Erstickung und der Tod ein, weil der Hautgaswechsel vollkommen unzuläng- lich ist, den Sauerstoffbedarf zu decken. Ein durch Curare vergifteter Frosch vermag je- doch auf Grund seines Hautgaswechsels allein das Leben weiter zu fristen. Da auch der Darm eine Einstülpung der Körperoberfläche vorstellt, muß der in ihm sich vollziehende Gaswechsel der äußeren Atmung zugezählt werden. Der durch die Darmschleimhaut stattfindende Gasaus- tauscli ist mit wenigen Ausnahmen ebenfalls verschwindend klein. 4, Die Atmungsorgane. Je nach dem Medium, in dem das atmende Tier lebt, mußten die Atmungsorgane eine verschiedene, den Umständen zweckmäßig angepaßte Aus- bildung erfahren. Dementsprechend können zwei Haupttypen von Atmungsorganen unterschieden werden: Organe, die der Wasseratmung und solche, die der Luft- atmung dienen. W a s s e r a t m u n g. Bei hinreichend dünner Körperbedeckung und niedrigem Stoffwechsel benötigen niedrig organisierte Lebewesen überhaupt keinen eigenen Atem- apparat. Die Zelle besorgt alles in eigener Person. Sie assimiliert und dissimiliert, sie ist Bewegungs- und Sinnesorgan zugleich und sie nimmt auch den nötigen Sauerstoff, der ihre Zellwand durchdringt, durch diese auf; ebenso tritt Kohlensäure oder Ammoniak, wenn der Teildruck im Zellinnern höher ist als in der umgebenden Flüssigkeit, in diese über. Auch bei manchen Ringelwürmern und den Egeln reicht der Gasaustausch zwischen der äußeren Körperoberfläche und dem Wasser aus, da die Blutgefäße bis knapp unter die oberflächlichsten, dünnen Zellschich- ten eindringen. Bei jenen niederen Tieren, Mollusken, Krebsen, Fischen und manchen Würmern, die durch die Körperoberfläche hindurch nicht mehr zureichend zu atmen ver- mögen, ist es zur Ausbildung von Kiemen ge- kommen. Diese sind so gebaut, daß möglichst für Erneuerung des Atemwassers gesorgt ist. Dies wird entweder dadurch erreicht, daß die Wimperbewegung von Flimmerzellen immer frisches Atemwasser zuführt, oder man findet die Kiemen an den Füßen, die im Wasser bewegt werden, angeordnet (WasserasseLn ; manche Krebse). Bei anderen Kiemenatmern stellen die Kiemen feine büschelförmige, viel- fach verzweigte Ausstülpungen vor, an denen 670 Atmung (Physiologie der Atmung und der Blutgase) das Wasser vorbeistreicht. In ungeheurer Mannigfaltigkeit variieren die Formen von Blättchen, Kippen und Leisten, die reich von Blut durchflössen, bei den verschiedenen Ar- ten in verschiedener Weise von Wasser be- spült werden. Sinnreiche Einrichtungen schützen bei Fischen, die das Wasser verlassen, die Kiemen vor dem Eintroclmen. Nach ihrer Anlage sind die Kiemen der Fische zum Teil als Abkömmlinge des äußeren Hautüberzuges, zum Teil als solche des Vorder darms zu betrachten. Die Atmung durch die Kiemen erfolgt bei den Fischen dadurch, daß das Atmungs- wasser von der Maulhöhle her an den Kiemen vorbeigepreßt wird. Manche Fische schnappen an der Wasseroberfläche Luft und pressen diese mit dem Wasser vermischt an den Kie- men vorbei. Diese selbst sind durch die Kie- menarterien reichlich mit Blut versorgt, das durch die Kiemen venen wieder abgeführt wird. Gegen Verletzungen durch Nahrungs- partikel, die vom Vorderdarm aus in den Kiemenapparat eindringen könnten, ist dieser durch eine Art ,, Rechen" geschützt. Wie innig die Entwickelung der Kiemen mit der Forderung nach der Deckung des Sauerstoffbedarfes verknüpft ist, ergibt sich aus der Tatsache, daß die Kiemen der Larven von R. a n a f u s c a eine mächtige , die normale Größe weit übersteigende Entwicke- lung erfahren, wenn die Tiere in sauerstoff- armem Wasser gehalten werden, wogegen in sehr Sauerstoff reichem Wasser nur ganz rudimentäre Kiemen zur Ausbildung ge- langen (Babäk). Die Kiemenhöhlenatmung, die sich bei manchen Krebsen findet, stellt wohl den primitiven Uebergang zur Luftatmung vor. Die Luft wird in die vergrößerte, reich vascu- larisierte Kiemenhöhle gepreßt, in der der Gasaustausch stattfindet. Diese Form der Atmung ermöglicht es den Tieren auch am Lande zu leben. Die L u f t a t m u n g. Ist schon die Kiemenhöhlenatmung eigentlich der Luft- atmung zuzuzählen, so ist die Labyrinth- atmung des Kletterfisches (Anabas scan- d e n s) und seiner Verwandten wohl unzweifel- haft als echte Luftatmung aufzufassen. Das Tier schnappt Luft und treibt diese in die sogenannte Labyrinthhöhle, deren Kämme von reichlichen Blutgefäßmaschen durchzogen sind. Es kommt dabei zu so innigem Kontakt der Luft mit dem Blut, daß der Fisch auch am Lande seinen Sauerstoffbedarf durch einige Zeit vollkommen zu decken vermag. Bei den Schlammpeitzgern findet der Gasaustausch im Mitteldarm statt, der mit zylindrischem Epithel ausgekleidet ist, dieses wird reich durch Gefäßmaschen vascularisiert, die ganz bis an die Oberfläche der Epithe- lien vordringen (S c h 1 u c k a t m u n g). Die S c h w i m m b 1 a s e n a t m u n g der Di- pnoer (z. B. C e r a t o d u s) und jene des som- merschlafenden afrikanischen Lungenfisches (P r 0 t 0 p t e r u s) beruht auf der Aus- nützung der reichvascularisierten Schwimm- blase als Atmungsorgan und Gasreservoir. Nebenher besteht bei diesen Tieren noch die Kiemenatmung. Tracheen kiemen findet man bei im Wasser lebenden Insektenlarven. Diese vermögen den Sauerstoff durch feinste Verästelungen der Tracheen aufzunehmen, die bis in die Kiemen hineinreichen. Mannigfaltig sind die Einrichtungen für die Sauerstoffversorgung bei den auf dem Lande lebenden Wirbellosen. So findet man bei Landassehi ein Organ in den Hinterfüßen, das schon an eine Lunge erinnert. Ein Blutraum wird von feinsten, wie Bronchien verzweigten, dünnen Röhrchen durchsetzt und in diesen geht der Gasaustausch vor sich. Komplizierter sind die verschiedenen Formen der Tracheen, die in ihrer einfachsten Form (z. B. bei vielen Spinnen) un verzweigte, luftführende Röhren vorstellen, die in soge- nannten Stigmen an der Körperoberfläche münden und reichlich von Blutgefäßen um- sponnen sind. Durch Pumpwirkung wird die Luft aus- und eingetrieben und durch einen Verschlußniechanismus (z. B. durch Borsten oder ein Luftbläschen) wird das Eindringen von Fremdkörpern und von Flüssig- keit verhindert. Li weiterer Vervollkomm- nung erfahren die Tracheen eine feine Ver- ästelung, durch die der Gaswechsel der ein- zelnen Organe wesentlich begünstigt wird. Ein elastischerChitinspiralfaden verhindert das Zusammenklappen der Röhrchen. Bei Schmetterlingen und Käfern sind die Tracheen ungemein fein verästelt und dringen bis in die Zellen, so auch zwischen die Muskel- fibrillen und die Zellen der Leuchtorgane vor und versorgen das Gewebe direkt olme Vermittelung des Blutes mit Sauerstoff. Endlich treten sackartige Erweiterungen an den verkürzten Tracheen auf, Tracheen- lungen, die man bei einem Teil der Skorpione und Spinnen findet. Sie liegen unter der Haut und münden durch ein Stigma nach außen. Ihre Innenfläche ist durch zahl- reiche Fächer geteilt, die von Blut durch- flössen sind. DieAtmung durchLungen. Der Uebergang von der Wasseratmung und der fakultativen Luftatmung zur ausscliließlichen Luftatmung hat bei den Wirbeltieren zur Ausbildung der Lungenatmung geführt. Beim Triton sind die Lungen noch durch zwei einfache Säcke gebildet, eine Einrich- tung, die man schon bei Mollusken (z. B. Landschnecken) findet, je höher man aber in der Wirbeltierreihe emporsteigt, um so mehr erfahren die Luns:en eine Gliederung Atmung (Physiologie der Atmung und der Blutgase) 671 und Oberflächenvergrößerung. Unter Ver- schwinden des großen Binnenraumes wird die Lunge in eine ganze Summe von kleinen Bläschen mit eigenen zuführenden Luftwegen zerlegt, um die respiratorische Oberfläche möglichst zu vergrößern und den schädlichen Raum möglichst zu verkleinern. Vielfach ist die Lunge zugleich in einzelne, vollkommen gesonderte Lappen gegliedert worden. Die Lüftung der Lunge erfolgt bei den Amphi- bien (Frosch) im Wesen durch eine Schluck- bewegung, wobei der Mundboden gehoben und die Luft in die Lungensäcke gepreßt wird, die Entleerung erfolgt durch die Bauch- presse. Bei den Reptilien geschieht die Ein- atmung durch Erweiterung des Thorax und inspiratorischen Saugzug, während bei der Exspiration die elastischen Kräfte des Thorax und der Lunge aber auch die Bauchpresse wirken. Auch Schluckatmung kommt bei den Reptilien vor. Bei Schlangen ist die linke Lunge verkümmert, die rechte ist der Körper- form entsprechend sehr lang. Die V 0 g e 1 1 u n g e ist nicht elastisch. Zur Erreichung einer möglichst großen Ober- fläche und möglichst günstiger Bedingungen für den Gasaustausch ist an Stelle der Alveo- len ein zusammenhängendes, äußerst fein ver- ästeltes Netzwerk von Atemröhrchen ge- treten, das mit respiratorischem Epithel aus- gekleidet ist. Zwischen den Luftkapillaren liegen die Blutkapillaren. An die Lunge schließen sich die weitverzweigten, bis in die Extremitäten und zwischen die Wirbel, ja manchmal bis unter die Haut reichenden blut- gefäßarmen Luftsäcke an, denen unter ande- rem die Aufgabe zufällt, bei der Lispiration die aus der Lunge gespülte, veratmete Luft des „schädlichen Raumes" aufzunehmen, um so dessen ungünstige Wirkung möglichst auszuschalten. Da die Luitsäcke nur wenige Blutgefäße besitzen, bleibt die Luft in ihnen doch noch stark sauerstoffhaltig. Wenn daher beim Vogel während der Exspiration die Luft der Luftsäcke durch die Lunge entleert wird, kann aus dieser noch Sauerstoff in das Blut übertreten, so daß auch während der Ausatmung die Lungenkapillaren mit Sauerstoff gespeist werden (Baer 1826). Die Inspiration erfolgt in Ruhe durch aktive Erweiterung des Thorax. Während des Fluges, findet ein Aufblasen der Lunge durch den gegen den fliegenden Vogel wirkenden Luftstrom statt. Von Zeit zu Zeit wird durch aktive Exspiration das Gas entleert. Dieses Aufblasen der Lunge ist möglicher- weise der Grund, warum die Vögel (Condor), ohne geschädigt zu werden, in sehr große Höhen aufsteigen können (Do f lein). Da die Luftsäcke bis in die Knochen der Extremi- täten reiclien, so kann man (z. B. bei Enten) vom durchtrennten Oberarm aus künstlich ventilieren. Die Atmung der Säuger erfolgt inspiratorisch durch Saugzug unter Erwei- terung des Thoraxraumes, exspiratorisch durch Ueberdruck, wobei elastische Kräfte die Hauptarbeit leisten (vgl. unten). Der Atmungsapparat desMenschen besteht aus den zuführenden Luftwegen, und der Lunge. Diese füllt zusammen mit dem Herzen beide Hälften der Brusthöhle aus. Die Lunge ist überzogen vom Brustfell (visce- rales Blatt der Pleura), das auch die Innen- wand des Brustkorbes (parietales Blatt) überkleidet. Die glatten Flächen des Brust- fellüberzuges bewirken eine leichte , mög- lichst reibungslose Verschiebung der Lungen- oberfläche an der Brustwand. Eine Dupli- katur des Brustfelles (Mediastinum) sondert den linken und rechten Brustraum. Bis auf einen kleinen Ausschnitt, in dem das Herz sich an die vordere Brustwand herandrängt (Licisura cardiaca), liegt die Lunge überall der Lmenfläche des Thorax an. Ihr caudales Ende (Basis) sitzt dem Zwerchfell auf. Die menschliche Lunge besteht aus 5 Lappen, von denen 3 in der rechten, 2 in der linken Thoraxhälfte liegen. Die Zuleitung der Luft erfolgt zur Lunge durch die Luftröhre (Trachea). Diese ist ein zylindrisches Rohr, das durch 15 bis 20 hinten offene Knorpel- ringe versteift und am Zusammenklappen verhindert ist. Die Schleimhaut der Luft- röhre ist mit geschichtetem Flimmerepithel ausgekleidet und von zahlreichen Schleim- drüsen durchsetzt. Durch die Wimpern des Flimmerepithels wird eine stete, gegen den Kehlkopf zu gerichtete Strömung erzeugt, die die Aufgabe hat Staubpartikelchen aus der Luftröhre herauszubefördern. In der Höhe des 4. oder 5. Brustwirbels teilt sich die Trachea in die zwei Hauptbronchien, aus denen die kleineren Nebenbronchien hervor- gehen. Diese sind sämtlich ebenfalls durch Ivnorpelringe versteift und mit Flimmer- epithel tragender Schleimhaut überzogen. Die Wandung der Bronchien und Bronchioli enthält Bündel glatter Muskelfasern, die unter Nerveneinfluß stehen und bei ihrer Kontraktion das Lumen der Bronchien ver- engern. Die kleinsten Bronchioli (Bronchioli respiratorii) enthalten keine Ivnorpelspangen, sie sind teilweise nur mit einem platten Epithel ausgekleidet, das auf einer fast strukturlosen , von elastischen Elementen durchsetzten Membran aufsitzt. Die Enden dieser feinen Gänge tragen zahlreiche halb- kugelige Bläschen, die Alveolen, die ebenfalls mit dünnem, teils kernhaltigem, teils kern- losem respiratorischem Epithel überkleidet sind und durch elastische Fasern gestützt werden. Der Durchmesser einer Alveole beträgt etwa 0,25 mm, die Zahl der Alve- olen wird mit 300 bis 400 Millionen ange- geben, woraus sich eine Oberfläche von un- 672 Atmung (Physiologie der Atmung und der Blutgase) gefähr 100 ni^ ergibt. Die Alveolen und respi- ratorisclien Broncliioli sind umsponnen von einem engmaschigen Netz von Blutkapillaren, dem venöses Blut durch die Verzweignngen der Lungenarterien zugeführt wird. Das ab- fließende, arterialisierte Blut strömt durch die Lungen venen der linken Vorkammer des Herzens zu. Die größeren Gefäßstämme fol- gen in ihrem Verlauf den Bronchialästen ; sie werden auch von den Nerven und den Lymph- gefäßen für die Lunge begleitet. Die Dicke der von den Gasen bei ihrer Diffusion zwischen Blut und Lungenluft zu durchsetzenden Epithelschicht (Lungen- und Kapillarenepi- thel) wurde mit 0,004 mm gemessen (Zuntz- j L 0 e w y). j II. Die Mechanik der Lungenatmung. Die Atembewegungen haben die Aufgabe, für eine hinreichende Durchlüftung der Lunge zu sorgen, und immer neue, nicht veratmete Luft in die Alveolen zu treiben, dagegen die an Sauerstoff verarmte, mit Kohlensäure beladene Lungenluft aus dem Körper zu entfernen. Da die Luft nur von einem Orte höheren Druckes gegen einen solchen nie- dereren Druckes strömen kann, müssen bei der Lungenatmung durch Muskeltätigkeit Druckdifferenzen geschaffen werden, um die verbrauchte Luft aus der Lunge auszutreiben und frische Luft einzusaugen. Die Tätig- keit der Atemmuskulatur führt entweder zu einer Erweiterung des Brustraumes (Inspi- rationsstellung) oder einer Verkleinerung desselben (Exspirationsstellung) ; die Lunge selbst beteiligt sich nur passiv an diesen Vorgängen, sie wird unter dem Saugzug der Inspirationsbewegung durch die nachdrin- gende Außenluft entfaltet, und sinkt bei der Exspiration, indem sie das Gas aus sich herauspreßt, unter der Wirkung der elastischen Kräfte wieder zusammen. Künstliche Atmung. Es gelingt auch bei vollkommener Lähmung der Atmungs- muskulatur durch mechanische , rhythmische Erzeugung von Druckdifferenzen, die zu einer abwechselnden Vergrößerung und Verkleinerung des Brustraumes führen, eine künstliche Atmung zu unterhalten, die in ihrer Wirkung vollkommen der natürlichen entspricht. Man bedient sich dabei z. B. eines Blasbalges oder einer Luft- pumpe und verbindet die Luftröhre mit einem rotierenden Hahn. Durch die Bohrung des Hahnes wird die Luft wechselweise unter Ueber- druck in die Lunge gepreßt oder unter der Wir- kung der elastischen &ä{te des Thorax und der Lunge ins Freie ausgetrieben, so daß einer durch die aktive Arbeit der Pumpe herbeigeführten inspiratorischen Entfaltung eine passive Ex- spiration folgt, die ganz der natürlichen gleich- zusetzen ist. Andere Autoren verwenden in- und exspiratorisch durch Saugen und Druck ab- wechselnd wirkende Pumpen. Es gelingt aber auch Tiere, durch konstanten, ununterbrochenen Luftstrom künstlich zu atmen (Meltzer); nach Loewy ist dies jedoch nur dann möglich, wenn man Sauerstoff verwendet. Unter „Atemmechanik" faßt man zu- sammen: die Tätigkeit der einzehien Mus- keln, die bei Inspiration und Exspiration wirksam sind, die Lageänderungen des Tho- rax, die Geschwindigkeits - und Volums- änderungen der Atemluft und endlich die Veränderungen in den Drucken, die durch die Atembewegungen herbeigeführt werden, I. Methodik der Untersuchung der Atemmechanik. Dem Studium dieser Vor- gänge dient hauptsächlich folgende Methodik: Zur Untersuchung der Lageänderungen des Brustkorbes bei der Atmung dienen die Stethometer, die Stethogra- p h e n und T h o r a k o g r a p h e n , die mittels Hebel oder Luftübertragimg die Verschiebung zweier Punkte des Thorax gegeneinander oder die Verlagerung einer Stelle des Thorax gegen einen fixen, seitHch vom Körper gelegenen Punkt registrieren. So kann auch die Insektenatmung aufgezeichnet werden (Regen 1911). Querschnitts- und Umfangs- änderungen des Thorax werden mit Appa- raten bestimmt, die man ebenfalls als Thorako- graphen bezeichnet. Im Prinzip beruht ihre Wirkung darauf, daß die Enden eines Bandes, das um den Thorax gelegt ist, sich bei Vergröße- rung des Thoraxumfanges voneinander entfernen. Läßt man die Enden an 2 Kautschukmembranen ziehen, die eine Luftkapsel verschließen, so wird durch den Zug an den Membranen die Luft in der Kapsel verdünnt, was durch das Luftüber- tragungsverfahren graphisch aufgezeichnet werden kann. Aehnlich wirkt der pneumatische Schlauch von Zuntz, der um den Thorax gelegt wird. Auf photographischem Wege können die Lage- änderungen im Schattenriß ebenfalls zweck- mäßig registriert werden. Ein neues Verfahren zur Messung der Veränderungen des Brustum- fanges wurde von Oker Blom (1911) an- gegeben; es beruht darauf, daß mittels eines Registrierrades mit Zeigerwerk die Brustbewegun- gen während eines längeren Zeitraumes addiert werden. Die Lageänderung der Lunge wird ermittelt auf Grund der Aenderung des Per- kussionsschalles. Auch objektiv können die Aenderungen des Percussionsschalles regis- triert werden und zwar mit Hilfe des Mikro- phones und des Saitengalvanometers oder durch die Uebertragung der Töne auf die Seifenblase (Arthaud 1908). Photographisch kann die Lageänderung durch die Röntgenaufnahme aufgezeichnet werden. lieber die Beteiligung der ein- zelnen Muskeln bei den Atembewegungen erhält man Aufschlüsse auf graphischem Wege, so z. B. beim Zwerchfell durch die P h r e n o - graphen(R ose nthal, Langender ff), die darauf beruhen, daß ein Hebel durch eine Bauchwunde dem Zwerchfell angelegt wird. Auch dadurch kann man die Zwerchfellbewegungen registrieren, daß man einen Ballon mit einer Sonde durch den Oesophagus in den Magen führt und dann aufbläht. Wird durch einen Faden, Atmung (Physiologie der Atmung mid der Blutgase) 673 der durch die Sonde nach außen zu einer Rolle mit Schreibhebel geführt wird, der Ballon an die Cardia herangezogen, so übertragen sich die Ver- schiebungen des Zwerchfells auf die Schreibvor- richtungen (H u 1 1 k r a n t z). Durch Aufzeichnung der Stromesschwan- kungen, die das Zwerchfell in Ruhe und bei Tätigkeit zeigt, kann der Verlauf der Erregung im Zwerchfellmuskel bestimmt werden (D i 1 1 1 e r 1910). Für die Untersuchung der Bewegungen der Intercostal muskeln dient graphische Aufzeichnung vermittels Hebel oder Luftüber- tragung (Weidenfeld, R. du Bois- R e y m 0 n d u. a.) sowie photographische Re- gistrierung (Fran^ois Frank); auch die Aufzeichnung der Aktionsströme fand Ver- wendung. Die Bestimmung der AI u s k e 1 - kraft der Atemmuskeln wurde zum Teile so ausgeführt, daß der maximalste Ueberdruck oder der maximalste Saugzug bestimmt wurde, der von einem Versuchsindivid erzeugt werden konnte. S t i g 1 e r verfuhr in ähnlicher Weise wie Hermann bei der Feststellung der Muskelkraft des Wadenmuskels. Er ermittelte das Gewicht jener Wassersäule, die einseitig von außen den Thorax belastend hinreicht, die Inspirationsbewegungen aufzuheben. Die Arbeit der A t m u n g s m u s - k u 1 a t u r läßt sich berechnen (Z u n t z. Boe- der und R e a c h 1909) aus der Größe des Um- satzes bei verschieden großer Ventilation auf Grund der von Z u n t z angegebenen Methodik der Bestimmung des Gaswechsels (vgl. unten S. 698). Die Wirkung der Bronchialmusku- latur kann man untersuchen , wenn man am Lebenden mit Hilfe des Lungenkatheters ein Gasvolum in der Lunge luftdicht abschließt oder im Tierexperiment eine Kanüle luftdicht einführt. Bringt man nun die Bronchialmuskeln zur Kontraktion, so beobachtet man eine Er- höhung des Druckes der eingeschlossenen Luft, die graphisch aufgezeichnet oder manometrisch gemessen werden kann (D o n d e r s , P. Bert). Es ist hierbei jedoch zu berücksichtigen, daß auch Aenderungen in der Blutfülle der Lunge eine Steigerung des Druckes herbeiführen können. Von Einthoven wurde ein Verfahren ausge- bildet, das darauf beruht, den Druck zu messen, der beim Eintreiben einer bestimmten Luftmenge entsteht. Zur Untersuchung der bei der Atmung zu berücksichtigenden Druckdifferenzen die- nen die üblichen Manometer (Quecksilber-, Wasser-, Petroleum-Manometer), die mit dem Räume, in dem der Druck gemessen werden soll, luftchcht verbunden werden müssen. Bei Verwendung von Atemmasken, Schnauzenkap- pen und ähnlichem vermag man dieser Forderung meist nicht gerecht zu werden. Die Ausschläge der Manometer werden graphisch mit Schwim- mern und Hebeln oder photographisch registriert. Bei Beobachtungen, über die während der In- spiration oder Exspiration auftretenden Drucke verwendet man meist seitenständige Manometer. Bei Druckmessungen an den Atmungsorganen ist stets zu bedenken, daß durch die Kompres- sibilität der Luft zu kleine Druckwerte vorge- Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Band I. täuscht werden können. Auch die Elastizität des Thorax, die Verschieblichkeit des Zwerch- feUes und endlich die Abkühlung, welche die aus der Luftröhre ausströmende Luft erfährt, können die beobachteten Druckgrößen wesentlich be- einflussen. Während aus der mit einer bestimm- ten Druckänderung einhergehenden Volums- ändening bei einem durch starre Wandungen abgesclilossenen Luftquantum das ursprüngliche Gasvolum berechnet werden kann, ist dies aus den angegebenen Gründen bei der Lunge nicht möglich. Der Druck im Pleuraraum kann diu-ch Ein- führen luftdicht anschließender Kanülen zwischen das viscerale und parietale Blatt der Pleura auf manometrischem Wege bestimmt w^erden. Aehn- lich verfährt man bei Ermittelung des Druckes im Mediastinalraum. Auch die Einführung von Ballonsonden führt zum Ziele, dagegen geben in den Oesophagus eingebrachte Ballonsonden zu niedere Werte für den Druck im MittelfeU- raum. Für die Ermittelung des abdominalen Druckes können Sondenballons, die in den Magen oder das Rectum eingeführt werden, dienen, bei Eröffnung der Bauchhöhle wird man der Ein- führung von Kanülen den Vorzug geben. Bestimmung der Strömungsgeschwin- digkeit der Luft : Eine ungefähre Vor- stellung über die Strömungsgeschwindigkeit der bei gegebenem Querschnitt in der Zeiteinheit passierenden Luft gibt schon die Beobachtung der Gasuhrzeiger, wenn die Luft einen Gas- messer passiert; auch am empfindlichen Anemometer läßt sich ein Urteil über die Ge- schwindigkeit des In- und Exspirationsstromes gewinnen und endlich gestattet auch die Druck- kurve, die ein seitenständig angebrachtes Mano- meter verzeichnet, Rückschlüsse auf die Strö- mungsgeschwindigkeit. Da die mit den ge- wöhnlichen Atemschreibern gezeichneten Kurven kombinierte Volum- und Druckkurven sind, vermögen auch sie Andeutungen über die Ge- schwindigkeitsschwankungen zu geben. Der objektiven Registrierung der Strömungsge- schwindigkeit dient der Aerodromograph von Zwaardemaker und 0 u w e n h a n d. Bei diesem Instrument sind in die Strombahn zwei P i t 0 t sehe Röhrchen gesteht, von denen das eine mit seiner Oeffnung der Richtung des Luftstromes zugewandt, das andere abgewandt ist. Die Seitendrucke wirken durch diese Röhrchen auf zwei kleine, an einem Wagebalken aufge- hängte und in Ligroin tauchende Spirometer- glöckchen. Die Verschiebung des Wagebalkens graphisch aufgezeichnet, gibt die Geschwindig- keitskm-ve. Für exakte Messungen karm hierbei nur die photographische Registrierung empfohlen werden. Ein vereinfachter Apparat Zwaardemakers beruht darauf, daß der Luftstrom gegen die Kraft einer Spiralfeder wirkt, deren Dehnung ein Maß für die Ge- schwindigkeit gibt. Methodik der Volumbestimmungen bei Untersuchungen an den Atmimgsorganen: Die Zählung von Gasblasen, die bei unter Wasser gehaltenen und belichteten Pflanzen aufsteigen, ist wohl die einfachste und ursprünglichste Art die Größe eines Gaswechsels quantitativ zu be- urteilen. Bei Tieren und Menschen, bei denen aus 43 (374 Atmung- (Physiologie der Atmung und der Blutgase) freier Luft hin und her geatmet wird, und bei welchen die Gasmengen relativ groß sind, dienen zur Volumsbestimmung eigene Apparate, die in neuester Zeit auch für die Untersuchung geringster Gasmengen so vervollkommnet worden sind, daß es gelingt, selbst die Atmung kleinster Lebewesen messend zu verfolgen. Die haupt- sächlich verwendeten Prinzipien sind folgende: 1. Das Spirometer (Hutchinson, Speck, Tissot u. a.). In einem äußeren, mit Wasser gefüllten Standgefäß steht ein innerer, durch Gegengewicht ausäquilibrierter Blech- zylinder, in den die Luft vom Boden her durch ein Rohr, das bis in den obersten Teil des inneren Zylinders reicht, eingeführt wird. Wie bei den üblichen Gasometern hebt sich der innere Zy- linder in dem Maße, als Luft in dessen Lmenraum eintritt. Aus dem Betrag, um den sich der Zylinder verschoben hat, ergibt sich die Größe des zu messenden Gasvolums. Sollen die An- gaben richtig sein, darf der innere Zylinder keinen schäellichen Raum besitzen, ferner muß die Aequilibrierung der Veränderung des Auf- triebes durch das Austaucheh des Zylinders genau angepaßt sein. Dies kann durch Queck- silber (P f 1 ü g e r) , herabfallende Kugeln (Speck) oder eine Kette (v. Reckling- hausen) in ziemlich vollkommener Weise erzielt werden. Weitere Unrichtigkeiten können in den Angaben des Spirometers u. a. dadurch Zustandekommen, daß der innere Zylinder sich schief stellt, daß die Temperatur der Luft sich nicht abgeglichen hat und daß Kohlensäure durch die Spirometerflüssigkeit absorbiert wird. 2. Die Gasuhren (Pettenkofer und V 0 i t , Z u n t z u. a.). In Verwendung stehen ,, feuchte" und ,, trockene" Gasuhren. Jene stellen im Wesen rotierende Spirometer vor, deren Gasräume konzentrisch um eine Achse für jede Lage äquilibriert angeordnet sind und sich abwechselnd füllen und entleeren, wobei die Achse gedreht wird und auf ein Zeiger- werk wirkt, daa das durchgegangene Volum an- gibt. Gasproben für die Analyse dürfen nur vor Eintritt in die Gasuhr entnommen werden und sind dem Volum zuzuzählen. Druck- und Tem- peraturbestimmungen müssen die Angaben des Zeigerwerkes vervollständigen. Trockene Gas- uhren dienen besonders dann der Volumsbestim- mung, wenn der Gasmesser bequem transportabel sein soll. Bei ihnen wird durch wechselnde Füllung und Entleerung von Lederbälgen das Zeigerwerk in Bewegung gesetzt. Trockene wie feuchte Gasuhren müssen geeicht werden und bedürfen von Zeit zu Zeit der genauen Kontrolle über ihre Angaben. Ganz besonders ist dies bei trockenen Gasuhren erforderlich. Die Eichungs- werte lauten für verschiedene Durchgangsge- schwindigkeiten verschieden und müssen bei der Bemessung der Volumina in Rechnung gestellt werden. Bei trockenen Gasuhren ist zu berück- sichtigen, daß die Messung kleiner Volumina dadurch sehr unsicher werden kann, daß die Angaben des Zeigerwerkes für gleiche Bruchteile eines Liters wechselnd groß sind. Es liefert die Eichung daher nur bei Durchgang größerer Gas- mengen konstante Werte, die zur Ableitung eines mittleren Korrekturfaktors führen. Es ist nicht wohl möglich, eine Gasuhr mit Hilfe einer zweiten verläßlich zu eichen, weshalb für die Eichung eigene Apparate in Verwendung stehen. 3. Die W ä g u n g der Gas e. Unter Luftabscliluß aufbewahrte Mengen von Atem- gasen können entweder direkt durch Wägung bestimmt werden (Benedict u. a.), indem man auf entsprechend tragfähigen, empfind- lichen Wagen das Gewicht des Gases ermittelt (z. B. 11 Og wiegt 1,43 g, was bei einer Empfindlichkeit der Wage auf 2 mg einer Genauigkeit von 2 ccm entspricht), oder man fängt das Gas unter atmosphärischem Druck bei genau bekannter Temperatur auf und be- stimmt als Wassergewicht das Volum jenes Raumes, den das Gas einnimmt (D u r i g). Hierbei ist auf den Temperaturausgleich und auf Verluste an Gas durch Absorption im Wasser Bedacht zu nehmen. In vielen Fällen wird das Gas in seinen Verbindungen gewogen, indem man die Gewichtszunahme des ,, Absorptionsmittels" bestimmt (z. B. Kohlensäureapparate). Auch durch Titrierung kann der Kohlensäure- und Sauerstoffgehalt eines Gases bestimmt werden. Die Titrierung ist am meisten bei der Unter- suchung des Wassers auf CO, und Og üblich. 4. Die Volumsbestimmung durch Druck- änderung geschieht entweder in der Weise, daß das zu messende und ein bekanntes Vergleichs- volum auf ein und dasselbe Manometer wirken, oder es wird das zu messende und abgesperrte Gas unter verschiedenen Druck gesetzt und aus der Höhe der Drucke beziehungsweise der da- mit verbundenen Volumsänderung die Gas- menge berechnet (Messung bei konstantem Druck oder bei konstantem Volum). Das Volumen einzelner Atemzüge kann auf die Weise bestimmt werden, daß das gesamte, während einiger Exspirationen ausgeatmete Gas in einem dichten Kautschukbehälter aufgefangen und aus diesem dann zur quantitativen Volumsbestimmung entnommen wird. Meist bedient man sich zur Kontrolle über die während der Atmung ablaufenden Volumsschwankungen der graphischen Aufzeichnung mit Hilfe der verschiedenen Atemschreiber. Die meisten dieser Apparate gestatten allerdings nur indi- rekte Schlüsse auf die Größe der Atemvolu- mina, da die aufgezeichneten Exkursionen der Schreibhebel nicht in allen Lagen genau aliquoten Teilen der Ventilationsgröße ent- sprechen. Das von G a d angegebene registrie- rende Spirometer, der A e r o p 1 e t h y s m o - g r a p h , gibt zwar an und für sich richtige Werte, I kann aber darum zur Volumsbestimmung nicht I einwandfrei verwendet werden, weü das Tier entweder durch Ventile atmen muß, wenn die Inspirations- von der Exspirationsluft getrennt werden soll, oder aber gezwungen ist, in den Apparat (allenfalls mit Vorlage) hin und her zu atmen. Im erstgenannten Falle wird die Atem- mechanik bei kleinen Tieren durch die Wider- stände wesentlich geändert, im zweiten werden durch die Anreicherung an COg veränderliche Bedingungen geschaffen. Schließt man das Ver- suchstier in einem Kasten luftdicht ein und läßt CS durch ein Rohr nach außen atmen (Men- schendose P f 1 ü g e r s ; plethysmographische Methode Herings; Atemkasten K n o 1 1 s), so geben die Volumsänderungen im Luftraum Atmung (Physiologie der Atmung und der Blutgase) 675 des Kastens, die graphisch durch das Luftüber- tragungsverfahren oder den Aeroplethysmo- graphen aufgezeichnet werden können, ein ziemHch gutes Bild, von dena Verlaufe der At- mung. In der Regel wird zur Aufzeichnung der Atmung ein Teilstrom verwendet, den man seit- lich von der gedrosselten In- und Exspirations- leitung abzweigt und auf ein Registrierinstru- ment wirken läßt. In anderen Fällen atmet das Tier durch eine große Vorlageflasche von der eine Zweigleitung zum Registrierapparat führt. Zur Aufzeichnung werden verwendet der erwähnte Aeroplethysmograph, der besser aus paraffiniertem Papier hergestellt wird (Fuchs, Kahn) oder der B e 1 1 o w Re- corder von B r 0 d i e (vorteilhaft modi i- ziert von Maass 1910) ein Apparatchen, das wie ein kleiner Blasbalg wirkt, dessen Exkur- sionen aufgeschrieben werden, ferner der Pisten Recorder, dessen Verwendbar- keit allerdings dadurch wesentlich eingeschränkt ist, daß Undichtigkeiten oder geringste Reibung durch Stäubchen sehr leicht zu Verschiebung der Abszissenachse und künstlicher Aenderung der Exkursionsgröße führt. Ein leichtes proportional ausschlagendes und zur Registrierung geeignetes Spirometerchen ist neuestens von Straß- b u r g e r (1911) empfohlen worden. Bequem zur Aufzeichnung von Volumsschwankungen sind die vielfach gebräuchlichen M a r e y sehen Kapseln; diese verzerren jedoch die Volums- kurven, und zwar besonders dann, wenn die Ausschläge groß und die Trommeldurchraesser klein sind. Die Bestimmung der Mittel- lage, der Vitalkapazität, der Komplementär-, Atem- und Re- serveluft (s. Seite 681) erfolgt mit dem Spirometer oder mit der Gasuhr. Zweckmäßig wird dabei die Nase durch eine Hemme ver- schlossen. Die R e s i d u a 1 1 u f t (vgl. S. 681) kann nicht direkt gemessen werden; es ist nur möglich, sie auf dem Umwege über eine Berechnung annähernd zu ermitteln. Die Bestimmung erfolgt 1. auf dem Wege der Volums- und Druckänderung (P f 1 ü g e r , Kochs) mit Hilfe der Menschendose oder da- durch, daß die Lunge, während die Versuchs- person in maximaler Exspiration verharrt, ver- bunden wird mit einem bekannten, unter Ueber- druck oder Unterdruck stehenden Luftquantum. Nach Druckausgleich wird die Druckänderung im System bestimmt. Beide Methoden können keine richtigen Resultate Hefern; 2. durch Mischungsmethoden. Es wird nach vorherge- gangener, maximaler Exspiration durch Hin- und Heratmen in einen Sack oder ein Spirometer ein bekanntes Gasgemisch gleichmäßig auf die Resi- dualluft verteilt, wieder maximal exspiriert und aus der Zusammensetzung und der Menge des aus- geatmeten Gases durch eine einfache Mischungs- rechnung das Volum der Residualluft ermittelt. Als Gase dienten Wasserstoff ( D a v y , Ger- hard, Berenstein), Sauerstoff (Dur ig) Stickstoff (M ü 1 1 e r , B e r e n s t e i n). Bestimmung des schädlichen Raumes. Die Bestimmung jenes Anteiles der ganzen Lunge beim Menschen, der sich nicht wesentlich am Lungengaswechsel beteiligt, voll- zog A. L 0 e w y durch Ausgießen des Bronchial- baumes. H a 1 d a n e und Priestley be- rechneten die Größe des Raumes aus der Zu- I sammensetzung der Alveolarlnft und der Ex- spirationsluft. S i e b e c k (1910) verfolgte einen ähnlichen Gedankengang wie die letztgenannten, nm- mischte er der Lungenluft Wasserstoff zu und bestimmte die Größe des schädlichen Raumes auf Grund der Zusammensetzung der Exspirationsluft. 2. Die Druckverhältnisse bei der At- mung. Die Luft kann nur dadurch, daß auf Grund von Arbeitsleistung immer wieder Druckdifferenzen geschaffen, werden in der Lunge ein und ausströmen. Diese Druckdiffe- renzen müssen hinreichend groß sein, damit das Druckgefälle ausreicht, daß der Ein- und Austritt der Atemgase sich mit genügen- der Schnelligkeit vollzieht. Es ist dabei zu berücksichtigen, daß die geschaffenen Drucke auch für die Ueberwindung der nicht unwe- sentlichen Reibiyigswiderstände aufkommen müssen, die sich bei der Strömung der Luft durch die engen Verzweigungen des Bron- cliialbaumes aber auch schon bei der Strömung durch die Nase und Cen Kehlkopf geltend machen. Je nach der Länge und Weite des Weges, den der Luftstrom bis zu den ein- zelnen Alveolen zurücklegen muß, sind die Widerstände in den einzelnen Partien einer Lunge recht verschiedene. Es müssen daher die Kräfte derart auf die Entfaltung der Lunge wirken, daß die Alveolen dennoch in allen Teilen möglichst ausgiebig und gleich- mäßig entfaltet und durchlüftet werden. Dieser Bedingung wird beim Menschen und den Säugern dadurch entsprochen, daß die Lunge unter Dehnung ilu'er elastischen Fasern dauernd bis zu einem gewissen Grade ent- faltet ist und der Brustwand sowie dem Zwerchfell luftdicht aber beweglich anliegt. Die Dehnungsarbeit wird durch den äußeren Luftdruck geleistet, der auf die Innenseite der Alveolen wirkt. Dies hat zur Folge, daß der auf die innere Brustwand wirkende Druck kleiner sein muß als der Atmosphären- druck und zwar um jenen Betrag an Energie, der zur Ueberwindung der elastischen Kräfte, bei der Entfaltung der Lunge erforderlich ist; es ist dies auch jene Kraft, mit der die Lunge sich von der Brustwand zu retrahieren trachtet. Vermag Luft zwischen Lunge und innere Brustwand einzudringen, wie dies bei Verletzungen des Thorax der Fall ist, so kollabiert die Lunge vermöge ihrer Elastizität und es strömt so lange Luft durch die Wunde ein, bis Druckausgleich erfolgt ist (Pneumo- thorax) Eine entsprechende Luftmenge wie jene, die zwischen Brustwand und Lunge eingedrungen ist. muß beim Zusammenfallen der Lunge ausgepreßt und durch die Atem wege entleert werden. Verbindet man die Luftröhre eines toten Tieres luftdicht mit einem Manometer und eröffnet dann die beiden 43* 676 Atniimg (Physiologie der Atmimg- und der Blutgase) Hälften des Tlioraxraumes, oline die Lunge zu verletzen, so zeigt das Manometer einen Ueberdruck an, der als annäherndes Maß jenes Druckes angesehen werden kann, der zur Ent- faltung der Lungen nötig war (Donders- scher Druck). Die Differenz zwischen dem äußeren Luftdruck und dem auf die Innenwand des Thorax wirkenden Druck bezeichnet man unter negativem Vor- zeichen als „ i n t r a t h 0 r a k a 1 e n " Druck. Dieser muß um so größer sein, je mehr die Lunge überdehnt ist. um so kleiner, je weniger Energie auf die Entfaltung der Lunge verbraucht wird. Am Pneumothorax wird er 0, bei normaler Exspirationsstellung des Menschen beträgt er — 5 bis — G mm Hg, bei mäßiger Inspiration — 8 bis — 9 mm Hg, bei maximaler Inspiration — 30 mm. Bei sehr forcierter Inspiration kommt außer dem elastischen Zug der Lunge auch der negative Druck im Innern der Luitge in Betracht. Dieser erreicht dann erhebliche Werte, wenn die Außenluft bei der raschen Erweiterung des Thorax nicht hinreichend schnell in die Lunge einzuströmen vermag. Es summiert sich daher unter diesen Umständen zu der Druckdifferenz die durch die Entfaltung der Lunge bedingt ist noch jener Wert, um den der Druck in den Alveolen niedriger ist als in der umgebenden Luft. Es kann hierbei, besonders wenn die Glottis teilweise ver- schlossen ist, der intrathorakale Druck bis zu 100 mm Hg (negativ) betragen. Die Bestimmung des intrathorakalen Druckes erfolgt durch Einführen von Kanülen in den Raum zwischen Lunge und Rippen (vgl. oben unter „Methodik"). Einseitige Durchtrennung des Brustkorbes führt nur zu einseitigem Pneumothorax, da die rechte und linke Thoraxhälfte durch das Mittelfell ge- trennt sind. Insolange auf einer Seite des Thorax der intrathorakale Druck nicht wieder hergestellt ist, folgt auf dieser die Lunge den inspiratorischen Bewegungen des Thorax nicht oder nur unvollkommen. Ist dafür Sorge getragen, daß nicht neuerlich Luft durch die Brustwand eindringt, so rückt die Lungenoberfläche unter Resorption des eingedrungenen Gases allmählich wieder an die Thoraxwand. Beim Gesunden ist im Pleuralraum keine Luft vorhanden, dagegen findet sich eine geringe Mengen von Flüssigkeit. Diesa hat die Aufgabe "die Lungenoberfläche und die Innenseite der Brustwand feucht zu erhalten, so daß sich die Pleura costalis leicht an der Pleura vis- cerahs verschiebt. Der intrathorakale Druck kann dann positiv werden , wenn bei Verschluß von Mund und Nase oder bei Glottisverschluß durch kräftige Exspirations- bewegung die Luft in der Lunge kräftig komprimiert wird. Bis zur Geburt liegt die Lunge der Innen- wand des Thorax als luftleeres Organ an (Lungenstückchen, die nicht geatmet haben, sinken auf Wasser gebracht unter); es fehlt also ein intrathorakaler Druck. Auch dann, wenn die Lunge der Neugeborenen durch die ersten Atemzüge entfaltet ist, kommt der intrathorakale Druck nicht zur Aus- bildung, da der Brustkorb so klein ist, daß die Lunge noch nicht über die Ruhelage überdehnt wird. Erst wenn mit weiterem Wachstum der Thorax schneller als die Lunge wächst, tritt der intrathorakale Druck auf (Hermann 1885). Die Vogel- lunge ist mit dem Thorax verwachsen; es fehlt also auch bei ihr der intrathorakale Druck. Dasselbe soll beim Elefanten der Fall sein. Die Ueberdehnung der Lunge über die Ruhelage bedingt eine Vergrößerung der Atemarbeit, bei der Inspiration, dagegen eine Erleichterung der Exspiration. Aehnlich wir- ken die Druckverhältnisse auf die Herzarbeit und auf den Kreislauf. Ein Steigen des Saug- zugs im Mediastinal- und Pleuraraum während der Lispiration hat ein leichteres Einströmen des venösen Blutes in die großen Gefäße des Thoraxraumes zur Folge, es unterstützt auch die Füllung der Hohlräume des Herzens, während Verminderung des Saugzuges oder allenfalls auftretender positiver Druck das Abströmen des Blutes aus dem Herzen und die Kontraktion der Herzmuskehi begünstigt aber die Füllung des Herzens erschwert (vgl. Johannes Müllers und V a 1 s a 1 - vas Versuch in dem Artikel ,,Kreislauf des Blutes"). Auch die Strömung des Blutes durch die Lungengefäße wird durch die Druckverhältnisse im Thorax wesentlich beeinflußt (Tigerstedt 1893). Bei Atmung unter vermindertem Luft- druck hält bei derselben Entfaltung der Lunge ein relativ größerer Anteil des äußeren Luft- druckes den elastischen Kräften das Gleich- gewicht. Es ist anzunehmen, daß dadurch die mögliche maximale Erweiterung des Thorax vermindert und die Vitalkapazität herabgesetzt wird. Während der normalen Atmung sind die Druckänderungen im Luftraum der Lunge nicht groß; immerhin findet das Nachströmen der Luft bei Erweiterung des Brustkorbes während der Lispiration so langsam statt, daß man manometrisch in der Trachea einen deutlichen Saugzug nachweisen kann, wo- gegen exspiratorisch ein Ueberdruck beobach- tet wird. Beim Hunde wurden ± 3 mm Hg (Krame r), beim Menschen + 0,7 bis — 1,9 gefunden (A r o n) ; niedriger sind die Schwan- kungen, wenn man an Nase oder Mund mißt. Als Druckänderungen an der Nasenöffnung des Menschen wurden von D o n d e r s — 0,7 inspiratorisch, -f 0,5 mm Hg exspira- torisch ermittelt. Als maximaler Druck und Atmung (Physiologie der Atmung und der Blutgase) 677 Saugzug bei geschlossenen Luftwegen an endständigem Manometer wurden Werte von — 30 bis — 120 mm inspiratorisch und + 80 bis + 160 mm exspiratorischer Druck be- stimmt. Die Angabe, es seien exspiratorische Maximaldrucke von 256 mm erreicht worden, dürfte wohl darauf zurückzuführen sein, daß in diesen Fällen die Druckwerte durch die Wirkung der Wangenmuskulatur bei ver- schlossener Glottis erzeugt worden sind. Nach M 0 s s 0 ist der Saugzug, der durch die Erweiterung des Thorax mit Hilfe der Rippen erreicht werden kann, größer als jener, der durch das Zwerchfell zu erzielen ist. 3. Die Atembewegungen. Die In- spiration erfolgt durch die aktive Tätig- keit der Inspirationsmuskeln; als solche wirken das Zwerchfell und ein Teil der Intercostalmuskehi. Bei angestrengter iVt- mung tritt die Wirkung der ,,auxiliären" Inspirationsmuskulatur hinzu, zu dieser sind beim Menschen zu zählen der Musculus serratus anterior magnus, der Musculus pectoralis major, der Musculus sternocleido- mastoideus und der Musculus subclavius jeder Körperhälfte, sowie die Musculi scaleni.- Durch die Wirkung der Inspirationsmuskeln wird der Fassungsraum des Thorax ver- größert. Das Zwerchfell ist ein mächtiger platter Muskel, der teils in kräftigen Pfeilern, die gegen den Brustraum zustreben, an der Seite der Wirbelsäule entspringt, teils aus Muskelportionen besteht, die von den Rippen und dem Brustbein im ganzen umfange der caudalen Thoraxapertur kurzseimig ent- springen. Alle diese Teile zusammen vereini- gen sich zu einem Gewölbe, dessen Scheitel (Centrum tendineum) sehnig ist. Durch das Zwerchfell ist die Bauchhöhle vollkommen von der Brusthöhle getrennt. Der höchste Punkt der Zwerchfellkuppen liegt bei Männern in der Regel rechts in der Gegend des IV. Intercostalraumes, hnks an der 5. Rippe, bei Frauen um ein bis zwei Fingerbreiten höher. Die Wölbung bedingt, daß der Raum der Bauchhöhle auf Kosten der Thoraxhöhle vergrößert ist. Das Zwerch- fell ist infolge des Retraktionsbestrebens der Lunge („D 0 n d e r s'scher Druck") und unter der Wirkung des abdominalen Druckes gegen den Brustraum vorgewölbt, indem es diesen verkleinert. Als dritte Komponente für die Stellung des Zwerchfelles ist die tonische Innervation seiner Muskeln zu be- trachten. Die Zwerchfellkuppen liegen in Exspirationsstellung am höchsten beim Liegen, weniger hoch beim Stehen und am tiefsten beim Sitzen infolge Entspannung der Bauchdecken (Hofbauer und Holz- knecht 1907). Durch die Kontraktion der Muskelfasern werden die Kuppen des Zwerchfells etwas abgeflacht und es rückt beim Menschen wie bei vielen Tieren die ganze Scheidewand gegen die Bauchhöhle herab, wodurch der Brustraum vergrößert wird. Eine weitere Vergrößerung ist dadurch bedingt, daß die Seitenteile des Gewölbes mehr von der seit- lichen Brustwand ab und gegen die Mittel- linie zu rücken, so daß aus dem schmalen Spalt, der in Exspirationsstellung zwischen den Rippenportionen des Zwerchfelles und der Brustwand liegt, ein breiter Zwischenraum entsteht, in den sich die Lunge hinein- schiebt. Diese Raumvergrößerung kommt bei schwacher diaphragmatischer Atmung allein in Betracht. Da mit dem Tiefertreten des Zwerchfelles die Baucheingeweide zurück- gedrängt werden, findet zugleich mit der Li- spiration eine Vorwölbung der Bauchdecken statt, die begleitet ist von einer Erweiterung der ganzen caudalen Thoraxapertur, so daß die Zwerchfellkontraktion nicht nur zu einer Verlängerung des Längsdurchmessers, son- dern auch zu einer Vergrößerung des Quer- durchmessers im Ausgange des Thorax führt. Bei den großen Haustieren steigen die Zwerch- fellkuppen bei der Inspiration nicht so sehr nach abwärts, sondern es spannen sich die Muskelfasern derart an, daß das Zwerchfell zeltdachartig von den Seiten gegen einen Giebel ansteigt, der fix in der Gegend des Durchtrittes der Vena cava inf. gelegen ist. Die Kontraktion der Zwerchfellmuskulatur ist eine tetanische, sie läßt sich mit Hilfe des Nachweises der Aktionsströme in Ein- zelnerregungen auflösen. Der Rhythmus der Impulse ist derselbe wie im Nervus phre- nicus und beträgt 60 bis 70 pro Sekunde. Auch während der Apnoe kann derselbe Rhythmus der Aktionsströme nachgewiesen werden. Die Stärke der Erregung beein- flußt den Rhythmus nicht, wohl aber ändert sich dieser mit der Temperatur. Die auf die Rippen wirkenden In- spirationsmuskeln führen dadurch zu einer in- spiratorischen Erweiterung des Brustkorbes, daß siedle Rippen lieben, deren sternalesEned oralwärts führen, und damit den sagittalen aber auch den transversalen Durchmesser des Thorax vergrößern. Letzteres kommt dadurch zustande, daß die Rippen gelenkig mit den Wirbelkörpern u n d den Querfortsätzen verbunden sind, so daß eine Art Charnier- gelenk entsteht, dessen Achse derart scliräg gegen die Wirbelsäule gestellt ist, daß dann, wenn sich das vertebrale Rippenende um diese Achse dreht, das freie Rippenende scliräg nach vorwärts und lateral geführt wird. Da die Rippen mit dem Brustbein nur in knor- peliger Verbindung stehen und das Brust- bein selbst in geringem Grade nachgiebig und beweglich ist, können die Rippen gewisse mäßige Exkursionen ausfühi-en. Mit zuneh- mender Starrheit der Verbindungen wie mit 678 Atmung (Physiologie der Atmung imcl der Blutgase) zunelimender Vergrößerung der Bewegung der Rippenenden wachsen die Widerstände, die der Erweiterung entgegenstehen stark an und zwar um so mehr, je mehr sich das Brust- bein dabei verlagern muß. Dieses wird nämlich nicht bloß als Ganzes bei der Inspi- ration weiter von der Wirbelsäule entfernt, indem die in Exspirationsstcllung nach rückwärts gelegten Rippenbogen bei der Ein- atmung aufgerichtet werden, sondern seine Lageänderung ist auch ungleich groß in den einzelnen Anteilen. Es weichen nämlich die Winkel, die die mehr caudal gelegenen Rippen gegen die Wirbelsäule bilden, viel mehr von einem rechten ab als jene der oral gelegenen Rippen und da erstere auch länger sind, ist ihre Lageänderung viel ausgiebiger. Ihr Anteil am Ausmaße der thorakalen Atmung ist darum auch ein viel größerer. Die Frage nach der Wirkung der Mus- keln und insbesondere nach jener der Inter- costalmuskeln bei In- und Exspiration war lange Zeit strittig; sie kann heute als endgültig entschieden gelten. Die Musculi intercostales externi und die an der ventralen Seite gelegenen Teile der Musculi intercostales interni sind Inspirationsmuskeln. Besonders ausgiebig ist die Wirkung der Inter- costales externi, sie wirken kräftiger auf die Ventilation als das Zwerchfell (Hult- kranz). Die ventralen Interni unterstützen dadurch die Inspirationsbewegung, daß sie die Verlagerung der Rippenknorpel gegen das Brustbein begünstigen. Die Levatores costarum dienen nicht als Inspirations- muskeln; sie wirken nur bei Rumpfbewe- gungen mit (R. Du Bois Reymond, R. Fick)). Nach manchen Autoren stellen die levatores costarum wichtige jedoch auxi- Märe Inspirationsmuskeln vor (Rosenthal und Traube). Bei der Katze vermögen sie allein für die erforderlichen Inspirations- bewegungen aufzukommen (Koraen und Möller). Bei gesteigerter Ventilation treten jene Muskeln inspiratorisch in Funk- tion, die Wirbelsäule und Rippen zu Ursprungs- beziehungsweise Ansatzpunkten haben und als Heber der Rippen wirken, ferner solche Muskeln, die vom Schulter- gürtel an den Brustkorb ziehen und bei ihrer Kontraktion zur Erweiterung des Thoraxraumes füliren, wenn der Schulter- gürtel fixiert ist. Zur erstgenannten Muskel- gruppe sind zu zählen die Musculi scaleni, die von den Halswirbeln zu den obersten Rippen verlaufen, der Musculus sternocleido- niastoideus, der vom Manubrium sterni und der Clavicula zum Hinterhaupt zieht und gemeinsam mit den nahe gelegenen Fasern des Trapezius auf Clavicula und Sternum wirkt, sowie der Musculus serratus posticus superior, der von der Halswirbelsäule an die 2. bis 5. Rippe herabgreift. Bei fixiertem Schultergürtel (Anhalten am Bettrand bei Orthopnoe, oder am Ge- länder beim Stiegensteigen schweratmiger Personen) wirken als auxihäre Inspirations- muskeln der j\Iusculus serratus anterior und pectorahs minor sowie die caudalen Portionen des Pectorahs major, durch Hebung des Schulterblattes die Musculi rhomboidei, der Trapezius undLevator scapulae. Das Zwerch- fell beteihgt sich bei tiefer Atmung nur in- sofern als es durch tonische Kontraktion fixiert wird und so verhindert, daß es gegen den erweiterten Thoraxraum vorgebaucht wird. Man findet daher bei tiefer Atmung und forcierter Inspiration die Zwerchfell- kuppen meist höher stehend als bei flachem Atmen (Hofbauer). Die Exspiration ist gekennzeichnet durch die Rückkehr zur Ruhelage aus der aktiv bei der Inspiration herbeigeführten Stellung. Das Zwerchfell erschlafft und wird durch die unter dem Tonus der Bauchmuskehi nachrückenden Bauchein- geweide emporgeschoben, die Lunge weicht zurück und das Zwerchfell legt sich mit seinen seitlichen Schenkeln wieder nahe an die Seitenwand des Thorax. Die Rippen bewegen sich bei dem Fortfall der Zugwir- kung der Inspirationsmuskehi vermöge ihrer Schwere und durch die Wirkung der elasti- schen Kräfte in die ursprüngliche Lage zu- rück. Es ist fraglich, ob hierbei die lateralen und dorsalen Musculi intercostales interni aktiv mitwirken. Energische Muskelaktion tritt bei forcierter Exspiration ein. Es kontrahieren sich dann die Musculi recti und obliqui abdominis sowie der Transversus ab- dominalis und diese treiben zusammen die Baucheingeweide gegen den Thorax vor; zu- gleich werden die Rippen caudalwärts herab- gezogen und so in zweifacher Weise der Thorax- raum verkleinert. Auch vom Rumpf und vom Schultergürtel an die Rippen tretende Mus- keln können das Herabziehen der Rippen unterstützen und so exspiratorisch wirken. Zu diesen gehört der Musculus serratus posticus inferior, der Musculus ileo costalis, der Quadratus lumborum, der Sacro costalis und am Schultergürtel die oberen Partien des Mus- culus pectorahs major und des Musculus latissimus dorsi. Ob übrigens bei ruhiger Atmung die Ex- spiration ausschließlich passiv verläuft und die Exspirationsstcllung eine vollkommene Ruhestellung ist, wie man bisher angenommen hat, kann wegen der variablen Größe der Mittelstellung bezweifelt werden, auch der Nachweis tonischer Innervation des Zwerch- felles (D i 1 1 1 e r) und der Umstand, daß die Kadaverstellung des Thorax nicht voll- kommen der Exspirationsstcllung entspricht, deuten darauf hin, daß während oder minde- stens auf der Höhe der Exspiration aktive Atmung' (Physiologie der Atmimg und der Blutgasc) 679 Kräfte wirksam sind. Nach Fick sowie Bergerdal und Bergmann (1897) dürften bei manchen Tieren die MuscuH intercostales interni auch bei ruhiger Ex- spiration in Tätigkeit versetzt werden. Bei der Schildkröte findet nach F a n o und Fasola aktive Bewegung der Lunge durch ihre eigenen glatten Muskeln statt. Das Zwerchfell der Vögel besteht trotz des besonders großen Sauerstoffbedarfes dieser Tiere nur aus einer häutigen Membram, die sich an der Atmung nicht aktiv be- teiligt. Akzessorische oder konko- m i 1 1 i e r e n d e A t e m b e w e g u n g e n. Bei ruhiger, noch mehr aber bei angestrengter Atmung werden außer jenen Muskehi, die die Aufgabe haben Lageänderungen am Tho- rax hervorzurufen, noch eine Reihe weiterer Muskehl in Tätigkeit versetzt. Die Bewe- gungen, die diese herbeiführen, bezeichnet man als akzessorische oder konkomittierende und insofern sie den inspiratorischen Atem- bewegungen des Thorax vorangehen, als präinspiratorische Atembewegungen. Sie treten auch am abgeschnittenen Kopf auf und wechsehi insofern bei künstlicher Atmung des Tieres als beim Aussaugen der Luft, das der Exspiration entspricht, inspiratorische akzessorische Bewegungen auftreten und um- gekehrt exspiratorisclie Bewegungen beobach- tet werden, wenn die Lunge aufgeblasen wird („perverse Atmung"). Hierher sind zu zählen die Bewegungen der Nasen- flügel, die besonders beim Kaninchen deutlich sind, aber auch beim Menschen bei angestrengter Atmung immer beobachtet werden. Es findet inspiratoriscli Erweiterung der Nasenöffnung, exspiratorisch Verenge- rung statt. Auch das Pferd stürmt im Laufe mit inspiratorisch geöffneten Nüstern ein- her. Lähmung der mimischen Nasenmuskeln hat bei ihm eine wesentliche Verminderung der Leistungsfähigkeit zur Folge. Auch der Kehlkopf nimmt an den Atembewegun- gen teil, er wird bei jeder Inspiration ge- senkt, bei jeder Exspiration gehoben, doch ist es fraghch, ob es sich hierbei nicht um rein passive Verlagerungen handelt. Bei ver- stärkter Atmung — bei manchen Menschen und Tieren auch bei normaler Atmung — • erweitert sic^h die Stimmritze inspiratorisch (Musculus crico arytaenoideus posticus). Bei angestrengter, erschwer- ter Atmung beteiligen sich endlich immer mehr Muskeln; vorerst treten die auxiliären Muskeln in Aktion, dann folgen in immer größerem Umfange die Muskulatur des Mundes und die mimische Gesichtsmuskulatur; der Ausdruck des Luft- hungers prägt sich in den Zügen aus und schließlich erübrigt fast kein Muskel des Körpers, der nicht mit innerviert würde ' (Orthopnoe). _ Die Hände halten sich fest- krallend an einer Stütze an, die Arm- und Schultermuskeln fixieren die Ansatzpunkte am Sclmltergürtel, die Rumpfmuskulatur und Bauchmuskulatur ist in Tätigkeit und selbst die Beinmuskulatur ist gespannt im Bestreben zur Fixierung beizutragen. Beim Pferde macht sich die Erschwerung der Exspiration besonders durch das Auf- treten der Dampfrinne (Ansatz des Musculus obliquus internus) und durch das Schlagen der Flanken geltend. Das sogenannte i\fter- atmen ist ein Zeichen der aktiven Wirkung der Bauchpresse bei erschwerter Exspiration. Die Bronchialmuskeln erschlaffen bei gesteigerter Atmung exspiratorisch und ver- kürzen sich inspiratorisch. Sie sind tonisch innerviert. Durchschneidung der Nervi vagi erhöht durch Nachlassen des Tonus beim Pferde das Lungenvolum. A t m u n g s t y p e n. Je nachdem bei der Atmung mehr oder weniger ausgiebig unter Mitwirkung des Zwerchfelles ventiliert wird, unterscheidet man einen mehr abdomi- nalen und einen mehr costalen Altemtypus. Die Frau atmet meist ausgiebiger mit Hilfe der Rippen, der Mann zeigt meist aus- geprägter Zwerchfelatmung. Die Ursache für dieses unterschiedliche Verhalten bei den beiden Geschlechtern scheint zum Teile auf die Hemmung der Zwerchfell- atmung durch die das Abdomen beengende Kleidung zurückzuführen sein, zum Teile mögen die Sitte, Nachahmung und Erzie- hung daran schuld sein, da es nach unserer Auffassung unschön ist, eine Frau ausge- sprochen abdominal atmen zu sehen. Lidianer- frauen zeigen ausgesprochene abdominale Atmung wie der Mann; dasselbe kann man oft bei älteren Frauen auf dem Lande beobachten. Zu einem Teile mag auch die größere Starrheit des männlichen Thorax und der Unterschied in der Breite des Ster- nunis mit in Betracht zu ziehen sein, da Knaben eine thorakale Atmung aufweisen. Im Liegen und im Schlaf ist auch beim Manne die Atmung überwiegend thorakal (Spannung der Bauchdecken?). Bei ange- strengter Atmung verwischt sich bei beiden Geschlechtern der Atemtypus. Die durch die Zwerchfellbewegung ge- förderte Luftmenge darf nicht überschätzt werden. Sie bleibt stets wesent- lich hinter jener zurück, die durch Rippen- hebung herbeigeführt wird. Nach Hult- kranz verhält sich die durch das Zwerchfell geförderte Luftmenge zu jener, die durch die Intercostalmuskeln gefördert werden kann, wie 35:65. Selbst bei ausgesprochen ab- dominaler Atmung dürfte kaum mehi* als Vs der gesamtgeatmeten Luft auf die Zwerchfelltätigkeit entfallen. Die z e i t - 1 i c h e F 0 l g e , in der sich die Erwei- 680 Atmung (Physiologie der Atniimg und der Blutgase) terung des Thorax durch das Heben der Rippen und die Kontraktion des Zwerch- felles vollzieht, ist keine gesetzmäßige; es bestehen nicht nur Unterschiede hierin bei ausgesprochen costaler, und abdominaler Atmung, sondern auch dann, wenn man den Verlauf der Atmung bei ein und derselben Person untersucht. Da die Atembewegungen in weitem Umfange durch den Willen be- einflußt werden können, kann auch der Typus der Atmung vorübergehend oder auf längere Zeit willkürlich verändert werden. Die zeitliche Folge der In- und Ex- spirationsbewegungen. Ueber denAblauf sich folgender In- und Exspirationen erhält man am besten Aufschluß durch die gra- phische Aufzeichnung der Atembewegungen (vgl. oben). Man spricht von normalen und modifizierten Atembewegungen. Bei der normalen Atmung erkennt man an der graphisch aufgezeichneten Atemkurve (Pneu- matogramm), daß jeder Lispiration unmittel- bar ohne Pause eine Exspiration folgt, an die sich sofort wieder eine Lispiration an- schließt; meist zeigen die einzelnen sich fol- genden Atemzüge keine wesentlichen Unter- schiede in bezug auf Tiefe und Schnelligkeit. Nach manchen Autoren soll beim Menschen besonders im Schlafe eine kurze exspirato- rische Pause vorkommen. Bei Tieren, insbe- sondere Kaltblütern und Insekten, werden oft lange andauernde in- oder exspiratorische Pausen beobachtet. Inspiratorische Pausen finden sich bei unter Wasser tauchenden Lungenatmern (z. B. bei Walen und Del- phinen). Exspiratorische Pausen treten typisch auf in der Klasse der Reptilien, nämlich bei Sauriern, Ophidiern, Seeschildkröten und Krokodilen (hierüber wie über die Atmungs- mechanik dieser Tiere vgl. S i e f e r t in P f 1 ü g e r s Ai-chiv Bd. 64 S. 321), und ganz übereinstimmend auffallenderweise auch beim winterschlafenden Murmeltier. Beim Men- schen ist bei ruhiger Atmung die Dauer der Inspiration kürzer als jene der Exspiration. Unter besonderen Umständen wird der ge- wöhnliche Rhythmus der Atembewegungen verändert, dies geschieht entweder durch die Willkür oder durch die Wirkung besonderer Reflexe. Man bezeichnet solche häufig be- obachtete, typische, nicht mehr rhythmische Atembewegungen als ,,m o d i f i z i e r t e" A t e m b e w e g u n g e n. Zu diesen sind zu zählen : Das Husten, das eine will- kürliche oder reflektorische, plötzliche und heftige Exspiration darstellt, bei der die unter erhöhten Druck gesetzte Luft plötz- lich den Verschluß der Stimmbänder sprengt; das Räuspern ist dem Husten ähnlich, die Luft wird jedoch durch den verengten Raum zwischen Zungengrund und weichem Gaumen durchgepreßt. Das N i e ß e n ist eine plötzliche, heftige, auf reflektorischem Wege herbeigeführte Exspiration durch Kontraktion der Bauchmuskehi und Empor- treiben des Zwerchfelles ; bei weit geöffneter Glottis wird der Luftstrom unter Druck gegen den verschlossenen Nasenrachenraum getrieben imd dieser Verschluß gesprengt; die Luft wird dabei meist durch die Nase, seltener durch den ]\Iund ausgetrieben. Schneu- zen ist eine willkürliche, kräftige Exspiration durch die verengten Nasenöffnungen. Die genannten vorwiegend exspiratorisch wir- kenden Atembewegungen haben den Zweck, Fremdkörper oder Schleim aus den Atem- wegen zu entfernen. Das Lachen wird durch kurze, schwache Exspirationsstöße herbeigeführt, welche die mehr oder minder gespannten Stimmbänder und den weichen Gaumen zum Mitschwingen veranlassen. Auch das Gurgeln ist eine exspiratorische Bewegung. Die Flüssigkeit, durch die der Exspirationsstrom tritt, gelangt dabei nicht hinter das Gaumensegel. Inspiratorisch wirkende Atembewegungen, die hier anzuführen sind, stellen vor das Schnüffeln, das Seufzen und das Gähnen ; letzteres ist eine tiefe, langge- haltene Inspiration bei weitgeöffnetem Gaumen Verschluß unter Senkung des Mund- bodens und Lmervation der Tubenmus- kulatur. Das Schluchzen (Singultus) ist eine krampfhafte, inspiratorisch wir- kende Kontraktion des Zwerchfelles unter Schluß der Glottis und Emporsteigen des Kehlkopfes, das auf reflektorischem Wege ausgelöst wird und besonders leicht bei Erschöpfungszuständen schwer Kranker zu- stande kommt. Bei diesen versagen fast alle Mittel, den Ablauf des Reflexes liintan- zuhalten. Das Auftreten des Singultus kann mögUcherweise durch ein Ueberspringen der Aktionsströme des Herzens auf die Nervi phrenici erklärt werden, das zur Erregung der Phrenici führt. Von E p p i n g e r und Rothb erger wurden synchron mit jeder Systole distalwärts ver- laufende Aktionsströme im Phrenicus beob- achtet. Das Seufzen ist zu kennzeichnen als eine dem Schluchzen ähnliche, nur lang- samer ablaufende Inspirationsbewegung. Zu den modifizierten Atembewegungen ist auch das periodische und das C h e y n e - Stokessche Atmen zu zählen, das früher als rein pathologische Erscheinung (z. B. im Coma) aufgefaßt wurde. Das Cheyne-Stokes sehe Atmen besteht in einem allmählichen Anschwellen und Absinken der Atemtiefe, zwischen das oft- mals auch Pausen eingeschaltet sind. Nach einer solchen Pause beginnt die Atmung mit erst kleineren, dann immer größeren Atem- zügen, die, wenn sie ein Maximum erreicht haben, allmählich immer weniger tief werden, bis wieder eine Atempause eintritt. Das Atmung- (Pliysiologie der Atmimg iiiul doi- lilutgase) 681 Cheyne-Stokes sehe Atmen findet sich auch beim vollkommen gesunden Menschen mehr oder minder deutlich ausgeprägt z. B. unter vermindertem Luftdruck im Höhen- klima (M 0 s s 0 , Z u n t z und D u r i g) oder in der Ebene nach vorangegangener willkür- lich stark gesteigerter Atmung (Douglas und H a 1 d a n e), auch bei einschlafenden gesunden Kindern kann periodisches Atmen nicht selten beobachtet werden (über die Ur- sache vgl. unten). Die A t e m f r e q u e n z. Die Zahl der Atemzüge schwankt beim normalen Erwach- senen zwischen 6 und 25 Atemzügen pro Minute (hei Arbeit bis zu 70 Atemzügen). Als Mittelwert können für den Menschen in vollkommener Körperruhe 12 Atemzüge, beim nicht arbeitenden Menschen 16 (Kör ö sy 1911) pro Minute gelten (Pferd 8 bis 16; Rind 10 bis 30; Schaf und Ziege 12 bis 20; Schwein 8 bis 18; Ratte und Meerschwein- chen 100 bis 150; Huhn 40 bis 50; Taube 50 bis 70; Eidechse 4 bis 60; Grilb 10 bis 36). Die Atemfrequenz wird beim Menschen schon durch die Aufmerksamkeit leicht beeinfhißt; auch di3 Beobachtung durch eine zweite Person genügt, die Frequenz zu ändern. Kin- der unter einem Jahre atmen am schnellsten. Neugeborene führen ca. 40 Atemzüge pro Minute aus (Gregor); Frauen atmen schneller als Männer, alte Leute schneller als Men- schen mittleren Alters. Im Stehen wird rascher als im Sitzen und in diesem rascher als im Liegen geatmet. Die Jahres- zeit ist ohne wesentlichen Einfluß auf die Frequenz, solange die Temperatur nicht sehr hoch ist. Steigerung der Bluttemperatur, Erschwerung der Wärmeabgabe vermelu-en die Zahl der Atemzüge (thermische Polypnoe). Im Höhenklima ist in großer Höhe die Fre- quenz meist vermehrt, es gibt aber auch Per- sonen, bei denen diese Zunahme fehlt (D u r i g 1910). Bei der Arbeit ist die Atemfrequenz sehr gesteigert und zwar bis auf das Fünf- fache der Ruhefiequenz bei angestrengter Arbeit. Beim Trainierten wurde bei gleicher Leistung eine geringere Atemfrequenz be- obachtet (Zuntz und Mitarbeiter 1906, Dur ig 1910). 4. Die durch die Atembewegungen be- dingten Volumsänderungen. Die Lunge ist auch dann, wenn maximal ausgeatmet wird, niemals luftleer und es bleibt immer noch ein Rest von Gas in ihr zurück, selbst wenn man trachtet die Lunge durch Kompression luft- frei zu machen. Der nach vollkommenem Kollabieren bei geöffnetem Thorax in der Lunge zurückbleibende Rest von Luft wurde von Hermann als Minimalluft bezeichnet. Größer ist die nach willkürlicher, maximaler Exspiration in der Lunge verbleibende Menge, die als Restluft oder Residualluft bezeichnet wird. Diese ist darum von physiologischer Wichtigkeit, weil sie aus veratmeter Luft besteht, der die neu eingeatmete Frischluft zugemischt wird, so daß diese niemals mit ihrem vollen prozentuellen Sauerstoffgehalt in die Alveolen gelangen kann. Ihre Menge ist verschieden bei einzelnen Personen, aber auch je nach der Innervation der Bron- chialmuskulatur bei ein- und derselben Person; sie muß ferner je nach der Ge- schicklichkeit, mit der die maximale Exspi- rationsbewegung ausgeführt wird, verschie- dene Werte zeigen. Jene Vorgänge, die zu einer Verschiebung der Mittellage (Bohr 1908) Anlaß geben, vermögen durch gleichzeitige Aenderung des ,,schädhchen Raumes" eben- falls die Größe der Residualluft zu verschieben (S i e b e c k 1911). Als Mittelwert können etwa 1200 ccm angenommen werden. Mißt man jene Luftmenge, die bei gewöhnlicher, ruhiger Atmung bei jedem Atemzuge ge- wechselt wird, so findet man einen Wert von 500 ccm im Mittel; man bezeichnet dieses betreffende Volum als Atemluft. Durch maximale Inspiration kann aber ein größeres Luftquantum in der Lunge auf- genommen werden; dieses wird Komple- mentärluft benannt. Die Menge der Komplementärluft beträgt im Durch- schnitt 1600 ccm. Jene Luftmenge, die nach ruhiger Exspiration durch eine maximale Aus- atmung noch ausgetrieben werden kann, wird als R e s e r V e 1 u f t bezeichnet ; ihre Menge kann ebenfalls mit 1600 ccm im Mittelwert angegeben werden. Die Summe von Reserve- luft, Atemluft und Komplementärluft stellt jene Luftmenge vor, die nach maximaler Inspiration bei größtmöglicher Exspiration entleert werden kann; man kennzeichnet sie durch den Namen V i t a 1 k a p a z i t ä t. Die Größe der Vitalkapazität ist bei einzelnen Personen verschieden; sie schwankt zwischen Werten von 3500 und 4000 ccm, doch sind auch höhere und niederere Zahlen gefunden worden. Größere Vitalkapazität ist keines- falls als ein Ausdruck größerer Leistungs- fähigkeit anzusehen, ebensowenig sind Per- sonen mit größerer Vitalkapazität besser geeignet Luftverdünnung zu vertragen (M 0 s - so, D u r i g). Auch die vielfach behauptete Relation zwischen Körpergröße und Vital- kapazität ist keineswegs gesetzmäßig ausge- prägt, denn es gibt außergwöhnlich leistungs- fähige große und sehr muskelkräftige Sports- leute, deren Vitalkapazität jene einer Frau nicht übersteigt. Wenn also die Vitalkapazi- tät auch ein Maß für den größtmöglichen Umfang der Atembewegungen vorstellt, so ist sie doch kein Maßstab für die Möglichkeit der Deckung des Sauerstoffbedarfs. In der Mehr- zahl der Fälle wird man jedoch dem Durch- schnitte entsprechend annehmen können, daß Frauen und kleinere Individuen sowie schwächliche Personen auch eine geringere 682 Atmung- (Physiologie der Atmung und der Blutgase) Vitalkapazität besitzen. Mit zunehmender Starrheit des Thorax vermindert sich die Vitalkapazität, sie ist im Liegen geringer als im Stehen (H a s s e 1 b a 1 c h) , und bei Er- müdung geringer als beim Unermüdeten. In größeren Höhen ist die Vitalkapazität unter dem Einflüsse verminderten Luft- druckes verkleinert. Die Ursache dieser Ab- nahme ist nicht vollkommen geklärt (Wir- kung der Darmgase, Zuntz; Tempera- tur, Fuchs; Druckverhältnisse, D u r i g 1910). Die Summe von Residualluft und Re- serveluft wechselt nach Bohr (1908) je nach der Tiefe der Atmung, sie wird insbe- sondere bei Muskelarbeit verschoben. Bohr bezeichnet die dadurch bedingte Ruhestellung in Exspiration als Mittellage, das Volum als M i 1 1 e 1 k a p a z i t ä t ; diese kann mit etwa 3 Litern im Durchschnitt angenommen werden. Intensive Muskelarbeit vergrößert die Mittelkapazität. Ein direkter Zusammen- hang zwischen der Größe der Vitalkapazität und jener der ResiduaUuft besteht nach Bohr nicht. Für die Größe des Gasaustausches kommt noch jener Raum im ganzen Atemapparat in Betracht, der nicht mit respirierendem Epithel ausgekleidet ist nämlich jener der zuführenden Luftwege. Diese sind nur in untergeordneter Weise beim Gaswechsel zwischen Blut und Gewebe beteiligt. Die Größe dieses ,,s c h ä d 1 i c h e n Raumes" wurde von A. L o e w y mit rund 140 ccm als einem Näherungswert bestimmt, der aber eher als eine obere Grenze anzusehen sein dürfte (Loewy und v. Schrot ter). Nach den Untersuchungen Siebecks (1911) dürfte dieser Wert bei ruhiger Atmung in vielen Fällen in der Tat ungefähr dem wahren Ver- halten entsprechen ; es geht jedoch aus seinen Beobachtungen hervor , daß die Mittellage wie auch die Innervation der Bronchialmus- kehi von wesentlichem Einfluß auf die Größe des schädlichen Raumes ist, der nach seinen Angaben in extremen Fällen zwischen 90 und 200 ccm schwanken kann. Die Größe des Luftwechsels und der Ventilation. Die Größe der geförderten Luftmenge ist bedingt durch das Zusammenwirken der Atemtiefe und der Atemfrequenz. Die Größe der Ventilation ist aber keineswegs allein ausschlaggebend für die Ausgiebigkeit des Luftwechsels in den Alveolen. Bei gegebener Ventilationsgröße ist der Erfolg der Durchlüftung wesentlich ver- schieden, je nachdem tief und selten oder flach und freciuent geatmet wird. Werden bei flacher und frequenter Atmung zur zurückgebliebenen, verbrauchten Luft nur 140 ccm frischer Luft bei. jedem Atem- zuge zugemischt, so kann von diesen kaum etwas in die respirierenden Alveolen gelangen, mag die Frequenz der Atem- züge noch so häufig und das geförderte Volum noch so groß sein. Ein Mensch würde bei solcher Atmung, die in der Haupt- sache nur zu einem Gasaustausch in Luft- röhre und Bronchien führt, ersticken. Das- selbe ist der Fall, wenn man kleinere Tiere durch eine Rohrleitung ein- und ausatmen läßt, deren Fassungsraum der Atemtiefe des Tieres gleichkommt ( Röhren atmung). Bei einer Ventilation von 500 ccm gelangen beim Menschen nur ungefähr 360 ccm Luft in die Alveolen und mischen sich der Summe von Residual- und Reserveluft zu. Nimmt man diese zu 2800 ccm an, so ergibt sich, daß der verbrauchten Luft auch bei normaler Atmung nur etwa Vs ihres Volums an Frischluft zu- gemischt wird. Die A t e m t i e f e. Jene Luftmenge, die mit jedem einzelnen Atemzug gefördert wird, schwankt je nach Umständen in weiten Grenzen. Für den erwachsenen Mann ist als Atemtiefe in Körperruhe ein Mittelwert von rund 500 ccm anzusetzen. Kinder im ersten Lebensjahre atmen nach der Geburt etwa 40 ccm pro Atemzug, am Schlüsse des ersten Jahres steigt die Atemtiefe auf 78, im zweiten auf 130, im achten Jahr auf 200 com (Gr e g 0 r 190^), Mäßige Erhöhung der Um- gebungstemperatur ist ohne wesentlichen Einfluß auf die Atemtiefe. Zufuhr von Koh- lensäure in die Inspirationsluft führt zu Steigerung der Atemtiefe (Loewy 1895, Z u n t z). Unter vermindertem Luftdruck findet bei vielen Personen eine Steigerung der Atemtiefe statt, bei manchen fehlt diese. Arbeit erhöht die Atemtiefe und zwar bis über das Dreifache des Ruhewertes bei an- gestrengter Atmung. Im Sitzen ist die Atemtiefe größer als im Liegen, im Stehen größer als im Sitzen. Auch während der Ver- dauung steigt häufig die Atemtiefe. Unter ver- mindertem Luftdruck wurde selbst bei ange- strengter Atmung die Atemtiefe nicht höher gesteigert als in der Ebene ja sie blieb hinter den in der Ebene beobachteten Werten zu- rück, obwohl das pro Atemzug geatmete Volum nicht einmal die Hälfte der Größe der Vitalkapazität erreichte. Es stehen also weitergehender Vertiefung der Atmung mächtige Hindernisse entgegen, die auf dem Anwachsen der Deformationsarbeit oder auf den Hemmungswirkungen der Vagi (s. u.) beruhen dürften (D u r i g 1910). Das M i n u t e n V 0 1 u m oder die Ventilationsgröße ist jene Gasmenge, die pro Minute geatmet wird. In vollkommener Muskelruhe werden von einem erwachsenen Menschen 5 bis 8 1 geatmet, geringfügige Muskelspannungen vermögen diesen Wert schon um 25% zu erhöhen (Zuntz, Johans- son). Die Umgebungstemperatur (Sommer, Atmung (Physiologie der Atmung und der Blutgase) 683 Winter) hat keinen gesetzmäßigen Einfhiß auf das Minutenvohim, insolange nicht extreme Temperaturunterschiede vorliegen. Bei Steige- rung der Körpertemperatur tritt Zunahme der Ventilation ein. Unter vermindertem Luft- druck (pneumatische Kammer) wie im Höhen- klima nimmt bei geringer Druckabnahme auch das Atemvolum meist ab, bei großer Druckverminderung kommt eine Steigerung des „beobachteten Minuten volums" zustande, das aber meist die in der Ebene beobachtete Größe nicht erreicht, wenn die Werte auf 760 mm Druck und 0° reduziert werden („r e d u z i e r t e s Minuten- Y 0 1 u m"). Die Annahme einer Luxus- ventilation in der Ebene (M o s s o) kann als widerlegt gelten. Eine Anpassung der Ventilationsgröße bei länger dauerndem Aufenthalt unter vermindertem Luftdruck wurde bisher nicht erwiesen. Für die Leistung gleichgroßer Arbeit wird unter vermindertem Luftdruck mehr ventiliert als in der Ebene, doch blieben die maximalen Werte für die Minutenventilation immer noch hinter jenen aus der Ebene zurück (Zuntz, Loewy, M ü 1 1 e r , C a s p a r i 1906 , D u r i g 1910). Zunahme der Luftfeuchtigkeit, des Poten- tialgefälles oder der Luftionisation ist ohne nachweislichen Einfluß auf die Ventilations- größe. Intensive Bestrahlung führt manchmal (Hasselbalch und Lindhard) zu einer Steigung der Ventilation, meist fehlt eine solche (Speck). Nahrungsaufnahme, insbe- sondere Zufuhr größerer Kohlehydr atmengen, steigert die Ventilation (Magnus L e v y 1894, Johansson 1909, D u r i g 1910). 5. Kraft und Arbeit der Atemmusku- latur. Untersucht man die Größe des maxi- malen Saugzuges und Ueberdruckes, der vom Menschen erzeugt werden kann, wenn man seine Nasenöffnungen (zur Vermeidung von Saug- oder Druckwirkung durch die Muskeln des Mundes) mit einem Manometer verbindet, so erhält man etwa 100 mm Saug- zug und 150 mm Ueberdruck als Mittelwert, was einer inspiratorischen Kraft von 98 kg einer exspiratorischen von 147 kg ent- spricht (Du Bois Reymond); von D 0 n - d e r s wurden viel höhere (jedenfalls zu hohe Werte), die auf 212 kg für die Inspiration und 233 kg für die ' Exspiration lauten, angegeben. Durch St ig] er (1911) wurde festgestellt, daß ein unter Wasser getauchter Mensch, der Luft unter Atmosphärendruck atmet, den Thorax nicht mehr inspiratorisch zu erweitern vermag, wenn auf diesem ein Druck von 2 m Wassersäule = rund 150 mm Hg lastet. Geringe Ueberdrucke auf der Außenseite des Thorax wirken schon wesent- lich erschwerend auf die Inspiration (H a 1 - d a n e 1909). Die Größe der A t e m a r b e i t wurde durch Speck (Loewy 1891, Zuntz 1898, Reach und Röder 1909) bestimmt, indem der Sauerstoffverbrauch als Maß für die Höhe der Umsetzungen bei der Leistung der Atem- arbeit herangezogen wurde. Die gefundenen Werte besagen, daß für die Steigerung der Ventilationsgröße um 1 1 rund 5 com Sauer- stoff mehr verbraucht werden, allerdings spielt dabei die Atemtiefe eine wesentliche Rolle, Wird nämlich die Ventilation unter gleich- zeitiger Vermehrung und Verflacluing der Atemzüge gesteigert, so ist die Zunahme des Verbrauches für die Mehr Ventilation viel ge- ringer als wenn das gesteigerte Volum durch sehr tiefe Atemzüge gefördert wird, was sich unschwer durch die Leistung größerer Defor- mationsarbeit bei tieferer Atmung erklären läßt. Nach Zuntz ist die Tages- leistung der Atemmuskulatur beim Menschen auf 25 000 mkg anzuschlagen. 6. Die zuführenden Atemwege und deren Bedeutung. Die Luft wird bei der Nasenatmung durch die Nase, den Rachen und die Luftröhren den Bronchien und Alveolen zugeleitet. Bei der Mund- atmung, die z. B. bei Vögeln, Amphibien usw., aber auch bei Pferden nicht vorkommt, tritt die Luft anstatt durch die Nasenöffnung durch die Mundhöhle in den Rachen. Bei der Nasenatmung passiert die Luft vorerst mit einem Teilstrom das Geruchsorgan, wo- durch schädliche Beimischungen erkannt werden können, weiter schützt die Auslösung des Nießreflexes oder des Glottisverschlusses von der Nasenschleimhaut aus in zweck- mäßiger Weise vor dem Eindringen von Fremdkörpern und ätzenden Dämpfen. Da die Luft an den mit Sekret befeuchteten Ober- flächen der Nasenschleimhaut (hauptsächlich des 2nittleren Nasenganges) vorbeistreicht und wegen der Enge des Weges Wirbel bilden muß. findet auf dem Wege durch die Nase eine Erwärmung der Luft und Sättigung der- selben mit Wasserdampf statt, außerdem schlagen sich Staubpartikel zu einem guten Teile auf der Nasenschleimhaut nieder, so daß befeuchtete, vorgewärmte, gereinigte und auf ätzende oder übelriechende Beimengungen geprüfte Luft den tieferen, zarter gebauten Luftwegen zugeleitet wird. Es kann daher als eine der Zweckmäßigkeit entsprechende Einrichtung angesehen werden, wenn sich bei schnell laufenden Tieren mit großem Luftverbrauch besonders lange Nasengänge ausgebildet haben (z. B. Pferde, Windspiel, Hirsch u. a.). Da die Schutzwirkung der Nase und die Erwärmung und Befeuchtung der Luft bei der Mundatmung zum größten Teile weg- fällt, ist bei ihr die Gefahr einer Infektion oder einer mechanischen Schädigung des Lungengewebes erhöht. Im PharjTix prallt der Luftstrom an die hintere Rachenwand, durch die er in nahezu rechtem Winkel ab- gelenkt und dem Kehlkopf zugeleitet wird. 684 Atmung- (Physiologie der Atmung und der Blutgase) Von den Stimmbändern an, wo sich die engste Stelle der Luftwege findet, ist die Schleim- haut mit Flimmerepithel überzogen und durch Drüsensekret befeuchtet. Staubpartikel wer- den durch die oralwärts flimmernden Zellen zum Kehlkopf und von da durch Husten oder Eäuspern weiter befördert. In zweckmäßiger Weise führt auch reflektorische Verengerung der Lichtung der Bronchien durch Kontrak- tion der glatten Muskeln zu besserer Reini- gung staubhaltiger Luft. Staubteilchen, die bis zu dem respirierenden Teil der Lunge gelangt sind, werden durch vitale ZeUtätig- keit (Leukozyten?) zu den bronchialen Lymphdrüsen befördert. 9. Perkussion und Auskultation. D i e Verschiebung der Lungengren- z e n bei d e r A t m u n g. Durch das Tiefer- treten des Zwerchfelles und das Abrücken seiner seitlichen Schenkel von der Thorax- wand verschieben sich die caudalen An- teile der Lunge inspiratorisch mehr bauch- höhlenwärts. Der caudale Lungenrand verlagert sich dabei beim Menschen in der Brustwarzen(Mammilarlinie) vorn vom unteren Rand der 5. Rippe zum oberen Rand der 7. Rippe, also um die Breite von ungefähr 2 Querfingern. Ebensoviel beträgt die Verschiebung am Rücken vom 10. Brust- wirbel an caudalwärts. Auch die Lungen- spitzen drängen sich seitlich über der Clavi- cula bei der Inspiration in breiterem Aus- maße vor (Krönigsches Feld). Beklopft man eine Stelle des Körpers mit der Finger- kuppe auf aufgelegtem Finger (oder mit Hammer und Plessimeter) so hört man über einem luftführendem Hohlraum (z, B. über den Eingeweiden) einen Ton, dessen Höhe von der Form und Größe des Raumes ab- hängt (tympanitischer oder Trommelsehall). Beim Beklopfen der Brustwand über der luft- führenden Lunge hört man ebenfalls einen Ton, der aber darum, weil die Lufträume der Alveolen sehr klein sind, einen wesent- lich anderen Charakter aufweist und als Lungenschall bezeichnet wird. Be- klopft man Gewebe, in dem keine Luft- räume enthalten sind, so ist der Schall ein ,, leerer" (Beklopfen des Schenkels). Ist luftführendes Gewebe der Lunge minder lufthaltig geworden, so nähert sich der Lungenschall dem „leeren", er wird „ge- dämpft". Durch die Perkussion ist es möglich, die Grenzen des luftführenden Lungengewebes zu bestimmen. Verdichtun- gen werden durch die Dämpfungen des Schalles, größere Hohlräume (z. B. Cavernen bei Tuberkulose) durch tympanitischen Schall erkannt. Wenn man das Ohr an den Brustkorb über der atmenden Lunge anlegt, so hört man bei der Inspiration ein schlürfendes Geräusch, ähnlich dem, welches zustande kommt, wenn man die Luft zwischen Unterlippe und Schnei- dezähnen einschlürft. Dieses Geräusch, das als „vesikuläres Atmen" bezeichnet wird, ist vermutlich auf die Reibung der einströ- menden Luft an den Wänden der kleinen Bronchien und Alveolen zurückzuführen. Bei der Esspiration ist das Geräusch kaum hörbar hauchend. Ueber der Luftröhre vernimmt man während der Atmung ein scharf hauchendes, an ,,ch" er- innerndes Geräusch, das ,, bronchiale Atmen", das auf der Bildung von Luftwirbeln in der Trachea beruht. Dieses Geräusch wird durch verdichtetes Gewebe fortgeleitet, so daß man es immer dort hört, wo infolge von Er- krankung Lungenpartien ihren Luftgehalt zu einem beträchtlichen Teile eingebüßt haben. Bei Kindern hört man ein rauheres vesikuläres Atmen als bei Erwachsenen, das sogenannte puerile Atmen. Passiert die At- mungsluft größere Mengen von Schleim, so daß es zur Bildung und zum Platzen von Schleimblasen kommt, so hört man an der Lunge das ,, Rasseln", das einen sein: ver- schiedenen Charakter aufweisen kann. in. Die Innervation der Atmung und das Atemzentrum. I. Zentrifugale und zentripetale Bahnen. Die Atembewegungen stehen unter dem Einflüsse des Nervensystems, der Vorgang der Atmung wird domi- nierend durch ein ausgedehntes, nicht streng lokalisiertes Zentrum beherrscht, von welchem aus Erregungen zentrifugal zu den Muskeln, die bei der Atmung beteiligt sind, geleitet werden und in dem Erregungen auf- genommen und auf andere Balmen umge- schaltet werden, die von der Peripherie her im Zentrum einlangen. Zum Teile ist die Lunge der Ort, an dem die primäre Reizung der zentripetalen Fasern stattfindet , zum Teile treffen die Erregungen von der Sinnes- oberfläche des Körpers her ein. Die folgende Darstellung beschränkt sich im wesentlichen nur auf den Menschen. Zentrifugale Bahnen:' Der Nervus phrenicus entspringt aus dem III. und IV. Halsnerven und innerviert den Zwerchfell- muskel. Beim Kaninchen ist der Rhythmus der Impulse 50 bis 70 pro Sekunde. Die Nervi phrenici sind tonisch innerviert (D i 1 1- 1 e r). Durchsclmeidung der Nervi plu"enici führt zur Lähmung des Zwerchfelles. Ist der Brustkorb schon genügend starr und sind die Muskeln hinreichend kräftig, so wird nach Wegfall der Innervation des Zwerchfelles durch thorakale Atmung allein der Gas- wechsel in zureichendem Ausmaß unterhal- ten. Jugendliche Kaninchen gehen nach Phrenicusdurchsclmeidung an Erstickung zu- grunde, da sie bei jeder Inspiration das Zwerch- Atmung (Pln'siologie der Atinimg imd der Bliitgase) 685 feil gegen den Brustraum ansaugen. Auch erwachsene Tiere sind zu größerer Arbeits- leistung niclit mehr fähig, weil die geförderten Atemvolumina zu klein sind. Die Inner- vation der Intercostalmuskeln erfolgt vom 1. bis 12. Brustnerven aus; jene der mimischen Gesichtsmuskeln durch den Nervus facialis. Am Kehllcopf versorgt der Nervus laryngeus superior den Musculus crico- thyreoideus, die ülDrigen Muskeln werden vom Laryngeus inferior versorgt. Die Nerven für die auxiliären Muskeln treten aus den Plexus cervicalis, brachialis und lumbahs (Bauchmuskeln) aus. Die glatte Muskulatur der Trachea und Bronchien erhält ihre Ner- venfasern aus dem Vagus; die steht unter tonischer Innervation. Zentripetale Nerven. Als solche kommen in erster Linie in Betracht die Nervi Vagi, ferner kann die Erregung fast sämt- licher sensibler Nerven zentripetal dem Atem- zentrum zugeleitet auf reflektorischem Wege zur Veränderung der Atmung Anlaß geben und endlich müssen auch jene Bahnen, in denen Erregungen vom Gehirne aus ab- steigend dem Atemzentrum übermittelt werden, diesem gegenüber als zentripetale bezeichnet werden. Diese vom Großhirn zum Atemzentrum laufenden Bahnen ver- mögen auf Grund willkürlicher Erregung Impulse dem Atemzentrum zuzusenden und dessen Tätigkeit zu beeinflussen (willkür- lich modifizierte Atmung). Wird das Atem- zentrum vom Gehirn isoliert, indem man den Hirnstamm in der Vierhügelgegend durch- schneidet, so werden die Atemzüge etwas langsamer und vertieft. Durchtrennt man nun auch noch beide Vagi, so nimmt die Atmung fast stets einen ki'ampf haften, stoß- weisen (Charakter an. Es treten lange inspira- torische Atempausen ein und das Tier stirbt infolge ungenügender Ventilation (M a r c k - w al d 1889). Die Veränderung der Atmung ist hierbei eine vollkommen andere als wenn beide Vagi und beide Trigemini durch- schnitten sind. Es kann also nicht der Ausfall der Trigeminusreflexe das Maß- gebende für das Zustandekommen der beob- achteten Erscheinungen sein (L o e w y 1893). Es folgt daraus , daß zwischen der Medulla oblongata und dem Gehirn Faser Verbindungen bestehen, durch welche Erregungen ablaufen, die bei der Regulierung i der Atemtätigkeit von Bedeutung sind. Eine Bestätigung erfährt dieses Resultat durch die Erfahrung, daß die Reizung verschiedener Hirnpartien, insbesondere Reizimg der Vier- hügel und der Gegend des Aquaeductus Sylvii ebenfalls eine Veränderung der Atmung herbeiführt. Eine befriedigende Erklärung dieser Wirkungen steht derzeit noch aus. Vgl, auch später unter ,, Atemzentrum" die Besprechung der Wärmepolypnoe. 2. Reflexe. Die wichtigste Reflexbahn für die Atmung ist jene durch die Nervi Vagi. Um Aufschlüsse über die Be- deutung der Nervi vagi für die Atmung zu erhalten, genügt Reizung und Durch- schneidung der Nerven nicht. Lisbesonders letztere führt zu Erscheinungen, die nicht ein- deutig zu analysieren sind, damit der Durch- schneidung auch stets eine Reizung der Vagusfasern verbunden ist. Man hat daher getrachtet, die Vagi reizlos auszuschalten, doch auch hierbei wechsehide Ergebnisse erhalten je nachdem das Versuchstier nar- kotisiert war oder nicht (Fröhlich 1908). Als Ausschaltungsmethoden dienten Abküli- lung (Gad), Ammoniak und Narkose (Fröh- 1 i c h) oder Elektrotonus (S c h e n c k 1903, Pflücker 1905). Als feststehendes Ergebnis kann erachtet werden, daß nach Wegfall der Leitung durch beide Vagi die Atmung inspiratorisch und exspiratorisch vertieft wird und die Zahl der Atemzüge abnimmt. Manche abweichende Angaben erklären sich dadurch, daß die Ausschaltung keine voll- kommene oder keine ganz reizlose war, wäh- rend in anderen Fällen die Wirkung der Narkose zur Geltung kam. Die Frequenz der Atemzüge erfährt nach beiderseitiger Vagusausschaltung eine wesentliche Vermin- derung, so daß trotz der Vergrößerung der Atemtiefe die geförderte Luftmenge an- nähernd dieselbe blejbt. Nach den Versuchen Borutt aus tritt am Hunde nach Vagotomie aktive Exspiration ein. Künstliche Rei- zung des zentralen Vagusstumpfes gibt sehr verschiedene Resultate , bald treten in- spiratorische, bald exspiratorische Verände- rungen auf (R 0 s e n t h a 1 1862, L e w a n - dowsky 1898, Baglioni 1908)._ Die Wirkungsweise der Vagi ist gekennzeichnet durch den Ablauf zentripetaler Erregungen, die auf reflektorischem Wege zu einer Be- schleunigung und Verflachung der Atembe- wegungen im Sinne größerer Oekonomie der Atemarbeit führen. Aufschlüsse über den Vorgang, um den es sich dabei handelt, haben die Untersuchungen von Hering und Breuer (1868) gegeben. Aus diesen geht hervor, daß Aufblasen der Lunge reflek- torisch zur Auslösung einer Exspiration führt, während durch Ansaugen der Luft aus der Luftröhre Inspirationsbewegungen eingeleitet werden (s. o. perverse Atmung). Die Erklärung hierfür liegt in der Annahme, daß der Reiz der Delmung der Nervenenden des Vagus in der Alvcolenwand auf der Höhe einer Lispiration reflektorisch die Ex- spiration einleitet, während der Reiz, der die Enden beim Kollabieren der Lunge er- regt, den Eintritt einer Inspiration herbei- führt, so daß durch diese Reflexe eine Steuerung der Atmung veranlaßt wird. Durch Ausschaltung beider Vagi 686 Atnll^n^■ (Physiologie der Atmimg imd dei' Blutgase; wird der Ablauf des Reflexes aufge- hoben. Dasselbe erzielt man, wenn man eine Lunge durch Eröffnen der Pleurahöhle zum Collapse bringt und den Vagus der anderen Seite durchschneidet (Loewy 1888). Untersuchungen über die Aktionsströme im Nervus vagus ergaben insofern eine Bestäti- gung dieser Selbststeuerungstheorie, als beim Aufblasen der Lunge wie beim Aussaugen von Luft Stromesschwankungen im Vagus beobachtet wurden (Lewandowsky; A 1 c 0 c k und Seemann 1905 ; Ein- thoven 1908 u. a.), doch sind die beim Aussaugen auftretenden Aktionsströme so schwach, daß wohl nur bei sehr starker Ex- spiration ein inspiratorischer Reflex über den Vagus zu erwarten ist. Beim Aufblasen folgt das Elektrovagogramm dem Pneumo- gramm (Einthoven"l908). Die Wirkung der das Atemzentrum auf dem Wege der Vaguserregung treffenden Reize kann sich jedenfalls nur der Wirkung der übrigen, das Atemzentrum treffenden Reize super- ponieren, wobei die Feststellung der Größe des relativen Reizzuwachses durch die einlangende Vaguserregung von großer Wichtigkeit wäre. Die Leichtigkeit, mit der Cheyne-Stokes- sches Atmen erzeugt werden kann, die Ver- änderlichkeit der Atemtiefe (300 bis 2000 ccm) bei Ruhe und Arbeit, ja selbst bei gering- fügigen spychischen Reizen besagt, wie leicht die Wirkung des Vagusreflexes durch andere Bedingungen verändert wird. Das Atem- zentrum verfügt außerdem über seine eigene Automatie für den Rhythmus des Wechsels zwischen In- und Exspiration. Dafür sprechen nicht nur die Durchschneidungs- versuche am Atemzentrum, sondern auch die Tatsache, daß beim curaresierten Tier rhytmisch Aktionsströme durch den Nervus phrenicus ablaufen (Winter- stein 1911). Auch auf die von Bohr be- schriebene Veränderung der Mittellage ist bei der Beurteilung der Steuerung durch die Vagusreflexe zu verweisen. Bemerkens- wert ist, daß nach Scott (1908) nach beiderseitiger Vagotomie der Kohlensäure- gehalt der Inspirationsluft ein höherer sein muß, um weitere Vertiefung der Atmung herbeizuführen. Es ist möglich, Tiere nach beiderseitiger Vagotomie ziemlich lange (l^/o Jahre) am Leben zu erhalten. N i c o 1 a i d e s (1906) beobachtete an Hunden nach 25 Tagen Wiederherstellung der normalen Atemfre- quenz. Der Tod erfolgt nach beiderseitiger Vagotomie, wenn nicht interkurrente Erschei- nungen auftreten, an lange überlebenden Tieren infolge von Veränderungen am Herzen aber nicht durch Störung der Atmung (C a m i s 1909). Mit der Funktion der Vagi steht auch der Ablauf der präinspiratorischen Atembewegungen in innigem Zusammenhang. Nach beiderseitiger Vagotomie hören diese Bewegungen bei Inspiration und Exspiration auf. Aufblähen der Lunge bei künstlicher Atmung führt, wie erwähnt, bei intakten Vagis zu exspiratorischen konkomittierenden Atembewegungen. Bei Erregung peripherer Nerven wird die Atmung auf reflek- torischem Wege bald beschleunigt, bald verlangsamt. Schwache Reizung peri- pherer, sensibler Nerven führt zu Be- schleunigung und hauptsächlich inspirato- rischer Vertiefung der Atnmng, stärkere Reize erzeugen mehr exspiratorische Wir- kungen, solche treten auch besonders bei Reizen auf, die die Bauchorgane treffen. Alle Erregungen, die auf das Auge oder das Ge- schmacks- der Geruchsorgan wirken, ver- mögen die Atemfrequenz und Tiefe zu be- einflussen ; auch vom Labyrinth aus können bei Lageänderungen die Atemzüge verändert werden (Graham Brown 1909). Typische Atemreflexe werden bei manchen Leuten durch Reizung des Nervus opticus ausgelöst; bei ihnen stellt sich der Niesreflex ein, wenn sie gegen die Sonne sehen. Reizung der Nasenschleimhaut führt ebenfalls zu Nies- reflex oder exspiratorischem Atemstillstand (Hering und K a t s c h m e r 1870) Ab- kühlung der Kopfhaut vermag Niesen oder Schluchzen reflektorisch auszulösen. Kräftige Reizung der Nasenschleimhaut durch NH3- Dämpfe erzeugt Glottisverschluß, der bis zur Erstickung anhalten kann. Reizung der Rachen- und Kchlkopfschleimhaut führt über den Nervus laryngeus superior und inferior zum Hustreflex. Zugleich mit dem Schlucken wird reflektorisch über die Bahn des Nervus glossopharyngeus vorübergehender Atemstill- stand herbeigeführt. Die meisten dieser Re- flexe kennzeichnen sich als zweckmäßige, dem Schutz der Atmungsorgane dienende Einrichtungen. 3, Das Atemzentrum, Die Lage des Atemzentrums im weiteren Sinne ist gegeben durch die Summe aller jener Zentren, aus denen die einzelnen Nerven für die Ateni- bewegungen entspringen. Die Untersuchun- gen am "Atemzentrum haben ergeben, daß in diesem ganzen Gebiete, das vom ver- längerten Mark bis zum Lendenmark reicht, eine mehr umgrenzte Stelle von besonders großem Einfluß auf die Atembewegungen ist, diese ist im verlängerten Mark gelegen und als Atemzentrum im engeren Sinne oder als dominierendes Atemzentrum aufzu- fassen. Durchschneidet man das Brustmark an einer Stelle, so fallen alle Atembewegungen weg, die caudal von dieser Stelle ausgelöst werden. Es verschwindet deshalb die Rippen- atmung nach Durchsclmeidung des Rücken- markes am 7. Halswirbel, wogegen die Zwerch- fellatmung dabei keine irgendwie geartete Atmimg (Pkysiologie der Atniiuig- vmd der Bhitgascj G87 Störung erfährt. Auch dann, wenn man das Gehirn vom Kopfmark abtrennt, tritt nur auf eineji Augenblick Stillstand des Zwerchfelles ein, das sich bald wieder rhyth- misch zu kontrahieren beginnt. Die Nasenbe- wegungen bleiben aber dauernd erloschen. Bei einer Schnittführung, bei der das ver- längerte Mark vom Halsmark getrennt wird oder bei der die Gegend des dritten Hals- nerven durchschnitten wird, tritt Atemstill- stand ein, was beweist, daß auch das Rücken- markszentrum des Zwerchfelles in seiner Erregung abhängig ist von dem in der Medulla oblongata gelegenen höheren Zentrum. Zer- stört man im verlängerten Mark eine um- schriebene, am Boden der Rautengrube ge- legene Stelle, so tritt plötzlich Atemstillstand ein, auch wenn sonst keinerlei Durchschnei- dung am Rückenmark vorgenommen wurde (Legallois 1811, Flourens 1842). Man bezeichnete diese Stelle als Lebens- knoten. Das Resultat des Experimentes ist aber noch kein Beweis, der zwingend für die Annahme spricht, daß in der Medulla oblon- gata oder im Lebensknoten selbst das Atem- zentrum zu suchen sei, da der Atemstill- stand sehr wohl infolge des operativen Ein- griffes durch Hemmung zustande kommen kann (Shock). Für diese letztere Annahme (Brown S e q u a r d 1858) spricht der Umstand, daß es gelingt, auch bei Tieren, deren Medulla oblongata isoliert ist, wieder rhythmische, spontane Atemzüge zu er- halten (Rückenmarksatmung), wenn hin- reichend lange nach der Operation künstlich geatmet wird (L a n g en d o r f f 1887, W e r t h e i m e r 1886). Keinesfalls ist das dominierende Atemzentrum auf eine eng- umschriebene Stelle begrenzt, da nur dann, wenn die graue Substanz am Boden des vierten Ventrikels in bedeutendem Umfange zerstört wird, wirklich Stillstand aller Atembewegungen eintritt. Dieser Um- stand, wie die Tatsache, daß nach halb- seitiger Durchtrennung des Halsmarkes viel- fach kein Atemstillstand auf der gleich- namigen Seite eintritt, spricht gegen die Richtigkeit der Shockhypothese, und zwar um so mehr, als die Atmung auf der Seite, auf der durchschnitten wurde, immer wieder auftritt, wenn der Nervus phrenicus der ande- ren Seite durchtrennt wird. Da die Rücken- marksatmung, wenn sie überhaupt eintritt, immer nur schwacli ist und nur kurze Zeit be- steht, kann als erwiesen angenommen werden, daß in der Medulla oblongata das dominierende Atemzentrum liegt, das von ausschlaggeben- der Bedeutung für die Regulierung der Atmung ist. Von mehr untergeordneter Bedeutung ist der im Rückenmark gelegene Teil des Atemzentrums, der unter besonderen Bedin- gungen die Rückenmarksatmung unterhalten kann. Das Atemzentrum ist in seiner ganzen Länge jedenfalls paarig angelegt (Volkmann 1842), es müssen zahlreiche Verbindungen zwischen den beiderseitigen Hälften des Atemzentrums bestehen. Dies ist dadurch zu beweisen, daß nach me- dianer Spaltung der Medulla oblongata die Atembewegungen auf beiden Körperhälften noch sjiichron, aber weniger ausgiebig als vor der Durchtrennung verlaufen. Selbst dann, wenn man halbseitige Durchschneidung der Oblongata ausführt, oder wenn nach Längsspaltung beide Vagi durchschnitten wer- den, findet noch in vielen Fällen keine asyn- chrone Atmung der beiden Brusthälften statt (N i c 0 1 a i d e s 1907). Es dürften also im Gehirn oberhalb des Kopfmarkes noch Verbindungen zwischen den beiden Seiten bestehen, die für den Synchronismus der Atembewegungen von Bedeutung sind. Die Verbindungen der beiden Hälften des Atemzentrums sind jedenfalls nicht bloß auf das dominierende Zentrum beschränkt, sondern auch zwischen den Rückenmarks- zentren ausgebildet (N i c o 1 a i d e s). Die vom Zentrum in der Oblongata zu dem Rückenmarkszentrum verlaufenden Fa- sern liegen größtenteils im Vorderseiten- strang und im lateralen Teile des Vorder- stranges. Die Reizung und Erregung d e s A t e m z e n t r u m s. Das Atemzentrum wirkt, wie aus dem Voranstehenden hervor- geht, automatisch, es kann von den übrigen Teilen des zentralen Nervensystems losgelöst sein und außer Kontakt mit allen zentripetalen Bahnen gesetzt sein, dennoch wird es den Anlaß zum Ablauf rhythmischer Atembewe- gungen geben. Die Erregung des Atemzen- trums kann willkürlich bis zu einem gewissen Grade beeinflußt werden, doch ist eine will- kürliche Erregung für die Tätigkeit des Atem- zentrums nicht erforderlich, denn ein solcher Einfluß fehlt im Schlaf oder nach Durchtren- nung des Hirnstammes in der Gegend der Vier- hügel vollkommen. Die Erregung des Atem- zentrums muß also auf Reize, die dieses direkt beeinflussen, zurückgeführt werden. Es ist die Beschaffenheit des Blutes, die als chemischer oder thermischer Reiz auf das Atemzentrum einwirkt. Auf die Reiz- größe, die durch die Blutreize bedingt sind, superponieren sich die auf dem Wege der nervösen Bahnen einlangenden Reize, die je nach der Erregbarkeit des Atemzentrums oder je nach der Größe des Reizzuwachses mehr oder minder wirksam, eventuell ganz unwirksam sein müssen. Durch sie ist eine weitere, feine Regulation der Atemmechanik bedingt. Es liegt in der Tatsache, daß dauernd wirkende chemische Reize zu einem rhythmisch wechselnden Erregungszustand des Atem- zentrums führen, nichts Befremdendes, da ein rhythmisches Ansprechen auf konstanten 688 Atniimg (Physiologie der Atmimg imcl der Blutgase) Reiz im Tierreich auch sonst ziemlich all- gemein verbreitet ist. Der Nachweis, daß die chemische Reizung Erregung im Atemzentrum herbeiführt, ist zu erbringen durch die Auslösung des ersten Atemzuges beim Fötus (P f 1 ü g e r). Der Embryo erhält, solange der Placentarkreislauf besteht, arterielles Blut durch die Nabelsclmur. Wird jedoch die Zirkulation unterbrochen, so steigt unter Fortdauer der Verbrennungs- vorgänge im kindlichen Körper der Kohlen- säuregehalt des Blutes und es sinkt der Sauer- stoffgehalt. Ist das Kind noch im Uterus, befindet es sich in der Vagina oder ist es eben geboren, so tritt immer, bei jeder Störung der Versorgung des Kindes mit frischem Blut auf dem Wege der Nabelvene, der erste Atemzug auf, dem dann, wenn die Bedingungen gegeben sind, der periodische Wechsel zwischen In- imd Exspiration i folgt. Auch dann, wenn der Mutter selbst durch mangelnde Luftzufuhr Er- stickung droht, beginnt das Kind, das noch auf den Placentarkreislauf angewiesen ist, zu atmen. Ein zweiter ex^ierimenteller Beweis liegt darin, daß ein Tier, zu dessen Atemzen- trum Blut aus einem zweiten Tiere durch die Carotiden zugeführt wird, erst verstärkt zu atmen beginnt, und Zeichen von Er- stickung zeigt, wenn das zweite Tier durch Abldemmen der Luftröhre am Atmen behin- dert ist. Wird dem Gehirn arterialisiertes Blut zugeführt, fehlen die Erstickungserschei- nungen an einem solchen Tiere auch dann, wenn seine Atmung unterbrochen wird (F r e d e r i c q). Daß hierbei durch periphere Nerven übermittelte Reize nicht in Betracht kommen, geht aus den Versuchen von Geppert und Zuntz hervor. Es zeigte sich, daß bei Tieren, bei welchen infolge von Rückenmarksdurchschneidung die ner- vösen Verbindungen zwischen der vorderen und hinteren Körperhälfte unterbrochen waren, immer dann Beschleunigung der At- mung eintrat, wenn das Hintertier tetani- siert wurde und Blut aus diesem ins Vor- dertier und ins Gehirn einströmte. Eine stär- kere Erregung des Atemzentrums, die sich in einer Steigerung der Ventilation, und zwar insbesondere in einer Vertiefung ausdrückt, tritt dementsprechend aucli dann ein, wenn Kohlensäure der Inspirationsluft beigemengt wird (Loewy) oder wenn ein Mißverhältnis zwischen Kohlensäureproduktion und Kohlen- säureabgabe auftritt, das dazu führt, daß der Kohlensäuregehalt des Blutes ein größerer wird (Dyspnoe). Bei ruhiger Atmung stellt sich die Ventilation auf Grund der Reiz- größe der Kohlensäure derart ein , daß bei ein und derselben Person unter sonst gleichen Bedingimgen dieselbe alveoläre Kohlensäurespannung erreicht wird (Eu- pnoe), dieser Wert wird mit großer Konstanz eingehalten. Bei verschiedenen Personen ist jedoch die Erregbarkeit des Atemzentrums für die CO2 nicht die nämliche, da man Schwankungen in der alveolären COa-Tension in der Ebene von 32 bis etwa 46 mm beobachtet (H a 1 d a n e , D u r i g 1910 u. a.). Verminderung des Kohlensäure- reizes führt zu Abnahme der Ventilation. Es kann durch überreichliche Atmung selbst dann, wenn nur mit Wasserstoff (T h i ry 1865) oder Stickstoff geatmet wird, vorübergehend infolge von Reizmangel Atemstillstand erzeugt werden (A p n 0 e). Da die Apnoe schwieriger zu erzielen ist, wenn die Vagi durchsclmitten sind, dürfte bis zu einem gewissen Grade auch die Ermüdung der Vagusenden in der Alveolenwand hierbei mitwirken, doch müßte bei reizloser Vagusausschaltung der Anteil der Vaguswirkung bei der Apnoe erst genauer analysiert werden. Manche Autoren trennen in eine Apnoe vera und Apnoe spuria (Mi es eher, Rüsch 1885). Erstere wäre charakterisiert durch CO 2 Mangel des Blutes, letztere würde auf eine Ermüdung des Atem- zentrums gegenüber den Reflexen über die Nervi Vagi zurückzuführen sein. Eine der- artige scharfe Trennung kann heute kaum mehr aufrecht erhalten werden. Es läßt sich am Hunde auch nach Vagotomie durch Wasserstoffatmung noch Apnoe erzeugen (F 0 ä 1911). Der Gehalt des Blutes an CO, ist es je- doch nicht allein, der chemisch reizend auf das Atemzentrum wirkt, denn man kann nach fortgesetzter Ausschwemmung von Kohlen- säure aus dem Körper durch Wasserstoff- atmung, also bei niederem Kohlensäuregehalt der Gewebe und des Blutes, doch eine Steige- rung der Ventilation auslösen, die nur auf die Wirkungen des Sauerstoff- mangels zurückgeführt werden kann. Unzweifelhaft beeinflußt die Sauerstoffzu- fuhr die Reizwirkung der CO 2 auf das Atemzentrum und zwar in dem Sinne, daß bei gesteigertem Sauerstoffgehalt des Blutes die Erregbarkeit des Atemzentrums für gleich große COg-Mengen herabgesetzt ist (H a 1 d a n e und Douglas, Leim- d ö r f e r), dementsprechend werden viel höhere ÖOa-Mengen in der Inspirations- luft vertragen, wenn gleichzeitig reich- lich O2 zugeführt wird. Auch die Apnoe ist nach der Einatmung sauerstoffreicher Luft verlängert. Wenn man nach for- cierter Atmung länger den Atem anzu- halten oder größere Muskelarbeit zu leisten vermag, bevor Arbeitsdyspnoe eintritt, so ist dies dadurch bedingt, daß die Summe der Reize, die das Atemzentrum treffen, durch die Ueberventilation herabgesetzt wurde, indem Kohlensäure aus dem Kör- per ausgeschwemmt , der Sauerstoffdruck in der Lunge und die Sauerstoffmenge in Atmung (Physiologie der Atmung und der Blutgase) 689 Plasma erhöht wurde (Hill und F 1 a c k , Douglas und H a 1 d a n e). Sinkt die Sauerstoff Spannung im Blute so weit, daß Zwischenoxydationsstufen auftreten, so wird die Ventilation erhöht und zwar auch dann, wenn die Kohlensäurespannung in den Lungen dadurch noch wesentlich tiefer sinkt; die Reizwirkung im Gefolge des Sauerstoff- mangels ist nun dominierend geworden (P f 1 ü - 1 ger, Zuntz, Haidane, Durig u. a.). Eine Erklärung für dieses Verhalten liegt nach Lehm an n (1888) und W i n t e r s t e i n (1911) darin, daß die wirksame Reizstärke für das Atemzentrum durch die Summe der Säurewirkung beziehungsweise die Summe , der reizenden H-Ioneu der Kohlensäure und der sauren Zwischenoxydationsprodukte ge- kennzeichnet ist. Für diese Annahme sprechen die Versuche im Höhenklima. Bei diesen hat sich gezeigt, daß die Größe der Ventilation, die in der Ebene bei Körper- ruhe nach der Höhe der Kohlensäure- spannung in der Lunge genau geregelt wird, abhängig wird von Sauerstoffbedarf und Kohlensäureproduktion. Aber nicht nur bei verminderter Sauerstoffzufuhr, also auch im Höhenkhma sondern auch bei Bildung reichlicher Mengen saurer Zwischenprodukte, ' wie dies selbst in der Ebene bei der Arbeit stattfindet, steigt die Ventilation annähernd proportional dem Sauerstoffverbrauch, soweit dies aus den bisherigen Versuchen hervorgeht (D u r ig 1910). Vergleicht man die pro mm CO j- Spannung in der Lunge, im Höhenklima oder bei Arbeit in der Ebene geatmeten Gasmen- gen, so sieht man, daß gleichen Werten der COo-Spannung eine um so größere Ventilation entspricht, je niedriger die Oa-Spannung hegt. Es ist demnach bei der Bildung reich- Mcher saurer Zwischenprodukte wesenthch mehr geatmet worden als nach der Reiz- wirkung auf Grund der Kohlensäuretension in der Lunge zu erwarten wäre, so daß an- genommen werden muß, daß die Regelung der Atmung in diesem Falle vorwiegend durch die Folgen des Oa-Mangels herbeigeführt wurde. Einen Hinweis auf die Reizwirkungen im Atemzentrum liefert auch das periodische oder Cheyne-Stokessche Atmen, das nach H a 1 d a n e und Douglas auf einer Likon- gruenz der Gasspannungen im Gewebe, im Atemzentrum und in den Lungenalveolen beruht. Wenn man durch vorübergehende Ueberventilation den Kohlensäurebestand des Körpers vermindert und nachher die At- mung oluie willkürliche Beeinflussung der automatischen Erregung des Atemzentrums überläßt, tritt periodisches Atmen ein. Die Sauerstoffspannung liegt dabei anfänglich hoch, die COa-Spannung niedrig und es kommt zur Apnoe infolge von Mangel an Reizen. Hierdurch tritt allmählich infolge fehlender Ventilation Sauerstoffmangel ein Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Bd. I. und durch den Reiz der sauren Zwischen- produkte steigt die Ventilation, die durch ausgiebige Oj- Zufuhr zur Wegschaffung dieser Produkte führt, diese gesteigerte Ven- tilation verzögert aber wieder das Anwach- sen der COg-Spannung im Gewebe auf den normalen Wert und bedingt sogar einen neuen Verlust an CO 2. Es kann also erst dann, wenn die COg-Spannung im Atem- zentrum und in den Lungen auf einen nor- malen, einheitlichen Wert gestiegen ist und damit das ursprüngliche Gleichgewicht wieder hergestellt ist, das Cheyne-Stokessche Atmen nach Ueberventilation verschwinden. Ueber die Mengen von CO 2, die wieder zurückge- halten werden müssen, um die ursprüngliche Reizgröße des normalen COg-Bestandes wiederherzustellen, entscheidet natürlich die Dauer und der Umfang der vorangegangenen Ueberventilation. Auch unter vermindertem Luftdruck sinkt der Kohlensäurebestand des Körpers ab. Wenn das Atemzentrum durch längere Zeit intensive Reize infolge von COg-Anhäufung oder Sauerstoffmangel treffen (Erstickung; Verblutung), tritt zuerst gesteigerte Erregung des Atemzentrums (Dyspnoe) auf, diese ist gefolgt von vorübergehendem Atemstillstand, der jedoch als Ausdruck einer gesteigerten Er- regung hemmender Zentren anzusehen ist. Unter Lähmung dieser Wirkung treten dann noch vereinzelte, stoßweise Atembewegungen auf, die an die Atmung nach Vagusausschal- tung erinnern. Unter vollkommener Lähmung des Atemzentrums tritt dann der Tod ein. Außer durch chemische Reize wird das Atemzentrum durch die Temperatur des Blutes, von dem es durchflössen wird, gereizt. Erwärmt man das die Carotiden durchfließende Blut, so tritt eine Beschleu- nigung der Atmung ein (F i c k und Gold- stein 1872, Kahn), die auch mit wesent- licher Vertiefung verbunden sein kann. Hierbei tritt, wenn die Erwärmung hin- reichend stark ist, die Wirkung der Tempe- ratur insofern als eigener Reiz auf, als sie allein genügt, um auch bei niedriger COg und hoher Oa-Spannung Atemzüge auszu- lösen, Es ist nicht möglich, durch Ueber- ventilation bei übererwärmtem Atemzentrum Apnoe zu erzeugen. Desungeachtet ist die Wirkung der chemischen Reize auf das Atemzentrum ungleich mächtiger, auf sie wird die Wirkung des Teniperaturreizes nur superponiert, darum fällt die thermische Polypnoe fort, wenn der chemische Reiz hinreichend groß ist, dies ist der Fall, wenn die Inspirationsluft mehr als 2% CO2 enthält (Langlois 1908). Nach Nico- laides und Donates (1911) kommt für die Wärmepolypnoe hauptsächhch ein Zentrum in den Corpora striata in Betracht. Wird die Verbindung zwischen diesem Zentrum und 44 690 Atmung (Physiologie der Atmimg imd der Blutgase) der MeduUa oblongata unterbrochen, so kann keine Wärmepolypnoe mehr erzeugt werden. IV. Chemie der Atmung. I. Die Blutgase. Bei den Tieren, die Blutgefäße und eine Zirkulation besitzen, findet der Gasaustausch sowohl an der Körperoberfläche wie im Darm und in der Lunge zum weitaus größten Teile auf indi- rektem Wege statt, indem das Blut als Ueberträger der Kohlensäure und des Sauer- stoffs in den Vorgang des Gaswechsels eingeschaltet ist. Dadurch ist es erstens möglich, daß der Gaswechsel zu viel be- deutenderer Größe ansteigen kann und zwei- tens, daß jene Zellen, deren Gaswechsel sich sonst nur ungenügend vollziehen könnte, auf Grund dieser Arbeitsteilung aus dem Atemapparat Sauerstoff in hinreichender Menge zugeführt erhalten und sich ihrer Koh- lensäure entledigen können. Eine Ausnahme hiervon bildet z. B. das Verhalten der Käfer, deren Muskelgewebe direkt mit Luft aus den Tracheen versorgt wird und selbst bei hohen Anforderungen an den Sauerstoffbedarf auch ohne Blut reichlich Sauerstoff zugeführt erhält. Unzweifelhaft findet auch beim höher stehenden Tiere, dort, wo sein Gewebe in direktem Kontakt mit der Luft oder mit Wasser steht, ein direkter Gasaustausch statt, dieser ist jedoch verschwindend klein gegen jenen, der durch Vermittehmg des Blutes eingeleitet wird. Es bildet daher die Kennt- nis des Verhaltens der Blutgase die grund- sätzliche Voraussetzung für das Verständnis des Gasaustausches im Gewebe und in den Lungen des Menschen und der höheren Tiere. la) Methodik. Für die Untersuchung der Gase des Blutes dienen folgende Metho- den (s. Müller: Biolog. Gasanalyse in Ab- derhaldens Handbuch III 2, S. 555): 1. die Blutgaspumpe. Das mit ausgekochtem Wasser verdünnte Blut wird in einem Rezi- pienten unter möglichst hohem Vakuum seiner Gase entbunden. Um dies leichter erreichen zu können, wird der Rezipient im Wasserbade erwärmt. Ein Uebertritt des gleichzeitig entbundenen Wasserdampfes wird . durch Einschaltung eines kräftigen Kühlers und einer Schwefelsäurevorlage ver- hindert. Durch wiederholtes Erneuern des Vakuums werden die Gase quantitativ ge- wonnen und können dann gesammelt und analysiert werden. Moderne Blutgaspumpen arbeiten ohne Hähne, bei manchen wird auch das Evakuieren, das früher durch Heben und Senken eines Quecksilbergefäßes geschah, automatisch durch Wasserkraft bewirkt. 2. Einfacher und ebenso sicher zum Ziele führt die chemische Methode der Blutgasanalyse (Haidane, Barcroft, Müller), welche die Pumpenmethode in neuerer Zeit fast vollkommen verdrängt hat. Der Vorteil der Methode liegt außer ihrer Bequemlichkeit darin, daß Blutmengen bis zu 0,1 ccm (Barcroft) zur Analyse genügen. Bei diesem Verfahren wird das Blut mit NH3 oder Saponin lackfarbig gemacht, mit Ferricyanidlösung versetzt und so der Sauerstoff entbunden. Die Volumänderung wird mit Hilfe eines Vergleichsvolumens (Differentialmanometer) bestimmt. Nach der Oa-Bestimmung erfolgt jene der CO 2 durch Austreiben derselben mittels 20% Weinsäurelösung und zwar ebenfalls mit Hilfe der Voiumsänderung. Die Gasspan- nung im Blute wird mit Hilfe der Aero- tonometer (Pf lüg er, Bohr, Krogh) be- stimmt und zwar im strömenden Blute oder in Blutproben (Loewy). Das Prinzip ist in allen Fällen dies, daß das Blut bis zum Span- nungsausgleich mit einer Gasmenge mög- lichst innig in Beziehung gebracht wird, worauf man die Höhe der Teildrucke in diesem Gase ermittelt. Beim Mikrotonometer von Krogh ist die Gasmenge auf ein möglichst geringes Volum (eine Gasblase) reduziert, so daß der Spannungsausgleich sehr rasch und vollkommen erfolgt. I b) C h e m i s c h e und p h y s i k a - 1 i s c h e B i n d u n g der G a s e i m Blut. Die Gase finden sich im Blute zum Teil in physikalischer Bindung (gleichbedeutend mit Absorption), also gelöst, zum Teil in Form einer leicht dissozialDlen chemischen Bindung. Unter Absorption oder physika- lischer Bindung versteht man die Aufnahme von Gas in eine Flüssigkeit, die ein Lösungsvermögen für das betreffende Gas besitzt. Schüttelt man Wasser bei 0" und 760 m Druck mit reinem Sauerstoff, so vermag dieses pro 1 ccm 0,049 ccm 0, (bei 38'' nur 0,023 ccm) aufzunehmen. Dieser Wert wird als Absorptionskoeffizient be- zeichnet, seine Höhe ändert sich, wie ersicht- lich, mit der Temperatur aber auch mit der Art der Flüssigkeit, und deren Salzgehalt sowie mit der Natur des Gases, das absor- biert werden soll. Nach dem Henry- schen Gesetz ist die Gasmenge , welche zur Absorption gelangt, proportional der Dichte, (dem Teildrucke) des Gases, das mit der Flüssigkeit in Kontakt steht. Sind mehrere Gase in einem Gasgemisch vor- handen und eine vollkommene Absättigung der Flüssigkeit mit der Gasmeuge erfolgt, so entsprechen die zur Absorption gelangten Mengen jedes einzelnen Gases (unabhängig voneinander) genau dem Absorptionskoeffi- zienten und dem Teildrucke des betreffenden Gases im Gemenge. Die Größe der Ab- sorption eines Gases wird durch das Vor- handensein anderer Gase nicht beeinflußt. Bei Absättigung einer Flüssigkeit mit einem Gasgemenge ist demnach die Summe Atmung (Physiologie der Atinimg und der Blutgase) 691 der Spannungen der Gase in der Flüssig- keit gleich der Summe der Spannungen im Gasgemenge. Der Spannungsausgleich voll- zieht sich "um so rascher je inniger der Kon- takt zwischen Gas und Flüssigkeit ist. Hierauf beruht die Konstruktion der Tono- meter, in denen durch Vergrößerung der Oberfläche eventuell durch Schütteln der Flüssigkeit mit dem Gas der Gasausgleich möglichst beschleunigt wird. Die chemische Bindung von Gasen im Blute erkennt man daran, daß jene Menge Gas, die man durch Auspumpen aus dem Blute erhält, viel größer ist als jene, die man nach der Berechnung erhalten müßte, wenn das Blut nur auf Grund physikalischer Bindung bei gegebener Höhe der Temperatur und des Druckes mit den Gasen in Spannungsausgleich getreten wäre. Die Analyse ergibt, daß Sauerstoff und Kohlensäure zum weitaus größeren Teil in chemischer Bindung im Blute festgehalten sind. Die chemische Bindung von CO 2 und O2 im Blute ist nur eine lockere, weil es möglich ist, diese durch Verminderung des Teildruckes des betreffenden Gases über dem Blute bis auf 0, vollkommen zu trennen (Dissoziation). Eine solche vollständige Trennung kann nicht nur durch die Wirkung eines Vakuums erzielt werden, sondern es tritt auch dann vollkommene Dissoziation der 0, oder CO o- Verbin düngen des Blutes ein, wenn dieses z.B. mit stets neuen Mengen von reinem No oder H2 geschüttelt wird. ic) D e r Gehalt des Blutes an den einzelnen Gasen: Stickstoff und Argon finden sich nach der Annahme der meisten Autoren im Blute nur absorbiert, die Mengen werden mit 1,2 Vol. % N2 (0,04 Vol.-% Argon) angegeben. Der Absorptions- koeffizient für Na ist bei 38° für Wasser und Blutplasma 0,012, für das Gesamtblut 0,011. Nach Bohr (1897) soll ein sehr geringer Teil des Stickstoffes in chemischer Bindung im Blute vorhanden sein (etwa 0,06 Vol.%) doch steht die Bestätigung dieses Befundes noch aus. Der Sauerstoff ist im Plasma und in den Blutkörperchen absorbiert und außer- dem an das Hämoglobin des Blutes chemisch gebunden. Der Absorptionskoeffizient be- trägt für das Wasser bei 38« 0,0237, für das Plasma 0,023 und für das Gesamtblut 0,022. Das Plus an Sauerstoffes, das man durch Auspumpen aus dem Blute erhält, entstammt der chemischen Verbindung des Hämoglobins mit dem Sauerstoff, dem Oxyhämoglobin. Dieses Plus ist jedoch je nach den Umständen sehr verschieden groß. Die Annahme, daß das Sauerstoffbindungsvermögen der Hämo- globine bei Absättigung unter gleich hohem Sauerstoffdrucke ein konstantes sei, hat sich nicht bestätigt, ebensowenig kann heute noch daran festgehalten werden, daß pro Gramm Eisen vom Blute (dem Hämoglobin) eine kon- stante Menge von Sauerstoff gebunden werde (Hüfner, Bohr 1904). Es zeigt sich im Gegen- teil, daß die Hämoglobine verschiedener Tiere sich in bezug auf ihr spezifisches Sauerstoff- bindungsvermögen verschieden verhalten, ja Bohr (1892) nahm sogar an, daß das menschliche Hämoglobin kein einheitlicher Körper sei, sondern aus verschiedenen Hänio- globinen mit unterschiedlichem spezifischen Sauerstoffbindungsvermögen bestehe. Die Untersuchungen über den Einfluß verschie- dener Sauerstoffdrucke auf die Sauerstoff- niengen, die vom Hämoglobin gebunden werden, haben ergeben, daß das Hämoglobin bei allen Sauerstoffspannungen, die über rund 80 mm Hg liegen, nahezu vollkommen mit Sauerstoff gesättigt ist. Bei Verminderung der Sauerstoffdrucke unter den genann- ten Wert sinkt die Sauerstoffsättigung anfänglich langsam, dann aber rasch ab. Trägt man die Werte der prozentischen Sättigung als Ordinaten, die Sauerstoff- drucke als Abszissenwerte auf, erhält man eine Kurve, die man als Dissoziationsspan- nungskurve des Oxyhämoglobins bezeich- net (Fig. 1). Der Verlauf der Dissoziations- spannungskurve hängt nicht nur ab von der Tierart, von der das Blut entnommen wurde, Oi ccjn in 100 ccm Blut ZO ?o3ätrigung ^ ■^ ^ "■ 90 SO 70 60 a Y /> y / y t / / 1.0 30 20 4 f , / / / Jy\ 1 0 2 OJ 0 (. 0 5 0 6 0 A 0 s 0 » 0 IL )0 77 Oti OL OH ^L J Fig. 1. Dissoziationsspamiungskiirve des Oxy- hämoglobins. a CO2- freies Blut; b bei 80 mm COa-Spannung. Nach Krogli kombiniert. sondern er ist auch ein wesentlich abweichen- der bei Verwendung reiner Hämoglobin- lösungen. Will man die Dissoziationsspan- nung des Hämoglobins im strömenden Blute beurteilen, so hat man zu berücksich- tigen, daß der COa-Gehalt des Blutes die Sättigung des Hämoglobins mit Sauerstoff wesentlich beeinflußt (Bohr, Hassel- balch und Krogh 1904). Die Sauerstoff- spannungskurve des Blutes fällt nämlich um so rascher ab, je größer der CO 2- Gehalt desselben ist (Fig. 1). Erhöhte Kohlen- säurespannung in den Lungen führt aus die- sem Grunde dazu, daß das Blut trotz gleich- bleibender Sauer Stoff Spannung in den Al- veolen sauerstoffärmer in den arteriellen Kreislauf eintritt, es ist aber auch zu beden- ken, daß die hohe Kohlensäurespannung in den Geweben eine gesteigerte Dissoziation des 44* 692 Ahnung- (Physiologie der Atmung und der Blutgase) Oxyliämoglobins bedingt; sie vermag also infolge der Entbindung größerer Sauerstoff- mengen zu leichterer Deckung des Bedarfes zu führen. Auf den Verlauf der Spannungskurve wirkt ferner die Temperatur. Das Bindungs- vermögen des Hämoglobins für Sauerstoff nimmt mit zunehmender Temperatur ab. Nach Bar er oft kann aus diesem Verhalten gefolgert werden, daß bei poikilothermen Tieren, die bei niedriger Temperatur leben und deren Hämoglobin also weniger leicht dissoziiert, der Sauerstoff hauptsächlich unter dem Einflüsse der höheren Cüa-Spannung im Gewebe abgespalten wird. Bei höheren Tieren spielt die Entbindung des Sauerstoffs unter dem Einflüsse gesteigerter Temperatur eine Rolle im Fieber und bei angestrengter Muskelarbeit (Barcroft 1909, L o e w }% Gas pari 1910); es wird durch die ge- steigerte Dissoziation die Sauerstoffversor- gung begünstigt. Die Konzentration des Blutes und dessen Salzgehalt, die Menge von sauren Abbauprodukten, insbesondere das Vorhandensein von Milchsäure (Barcroft 1910) beeinflussen ebenfalls den Verlauf der Sauerstoff Spannungskurve in bedeutendem Maße. Im Höhonldima findet unter ver- ringerter Blutalkahnität eine Steigerung der Dissoziation des Oxyhämoglobins statt, wodurch günstigere Verhältnisse für die Sauerstoffversoigung der Gewebe geschaffen werden (Barcroft 1911). Kohlenoxydgas hat eine 154 mal größere Affinität zum Hämoglobin als Sauerstoff und verdrängt diesen daher aus dem Oxyhämo- globin. Statt jedes Moleküles O2 tritt ein Molekül CO ein, es genügen 0,3 Vol.-% CO in der Inspirationsluft bei gewöhnlichem Sauerstoffgehalt der Luft, um ^4 des Oxy- hämoglobins in CO-Hämoglobin überzufüh- ren und dadurch Erstickung zu bewirken. Bei hohem Sauerstoffgehalt in den Alve- olen ( Sauerstoff atmung) werden 0,3% CO noch ohne Schaden vertragen. Die Kohlensäure ist im Blute ebenfalls durch Absorption imd chemische Bindung festgehalten. Der Absorptions- koeffizient ist für Wasser bei 3S° 0,555, für das Plasma 0,541, für das Gesamtblut 0,511. Wegen des hohen Absorptionskoeffizienten und der beträchtlichen COo-Spannung im Gewebe werden beträchtliche Mengen von CO2 durch Absorption auch in der Gewebs- flüssigkeit festgehalten. Die chemische Bindung der CO 2 im Blut ist sehr kompliziert und auch heute noch nicht völlig geklärt, zum größeren Teile ist die Kohlensäure locker, zum geringeren fest (an Alkali als Karbonat) gebunden. In den Blutkörperchen selbst findet sich etwa Vs der gesamten CO2 des Blutes. Mit großen Schwierigkeiten ist die Bestimmung der Spannungskurve der CO 2 im Blute verbunden , . da die Alkaleszenz des Blutes je nach der Entnahme und Be- handlung des Blutes Schwankungen unter- worfen ist. Noch schwieriger ist es, die Bindungsweise der CO 2 an die Einzelbestand- teile des Blutes zu erforschen. Es ergibt sich, daß der Verlauf der Spannungskurve der CO 2 in Blut und Blutserum aber auch in Hämoglobinlösungen ein sehr verschiedener ist. Im Serum ist die Dissoziation eine schwächere als im Gesamtblut. Im Vakuum gibt Blut trotz seiner alkalischen Reaktion seine ganze CO2 ab, ja es kann durch Blut sogar CO 2 aus einer Sodalösung frei gemacht werden (P f 1 ü g e r) ; aus dem Plasma ent- weicht beim Auspumpen der bei weitem größte Teil der Kohlensäure, der Rest kann jedoch erst nach Säurezusatz gewonnen werden. Es folgt daraus, daß im Gesamt- blute saure (subazide) Stoffe (Jaquet) in größerer Menge enthalten sein müssen als im Serum, die ebenso wie Säuren auf den Austritt von CO 2 aus kohlensaurem Alkali wirken. Für die Erklärung dieser Erscheinung wurde angenommen, daß die Eiweißkörper des Blutes und das Hämo- globin als schwache Säuren wirken , die Alkali an sich gekettet halten, solange sie die stärker wirksame Säure vorstellen. Bei hoher CO2- Konzentration überwiegt nach dieser Annahme jedoch die Säure Wirkung der CO 2 (Massen Wirkungsgesetz), sie spaltet die Alkali-Eiweißverbindung und es erfolgt die Absättigung der Säurevalenzen der CO2 zum Teil durch das Alkali, zum Teil durch das Eiweiß, das sich (als amphoterer Körper gedacht), der CO 2 gegenüber nun ebenfalls als Alkali verhält. Der Beweis für die Spal- tung der Alkalieiweißverbindungen durch hohe C02-Spannung sowie für das Entstehen von COo-Eiweißverbindungen wurde experi- mentell erbracht (L 0 e w y und Z u n t z , Setschenow; später Gürber, Ham- burger). Es wurde jedoch gefunden, daß zur Spaltung der Eiweißalkaliverbindungen so hohe CO 2" Spannungen erforderlich sind, wie sie im Tierkörper wenigstens normaler Weise nicht vorkommen. Es kann also dieser Vorgang keine wesentliche Bedeutung für den Gasaustausch haben. Ebensowenig ist zu erwarten, daß bei den vorkommen- den Drucken, CO 2 aus Bikarbonatverbin- dungen dissoziiert werde. Es ist demnach anzunehmen, daß die Schwankungen im Kohlensäuregehalt des Blutes nur auf Aenderungen in der Menge der CO 2 zurück- zuführen sind, welche im Blute absorbiert ist und welche an Eiweiß oder Hämoglobin gebunden ist. Die Bindung der CO 2 an das Hämoglobin wird von der Sauerstoff Span- nung nur wenig beeinflußt, es muß daher die CO 2 an einen anderen Teil des Hämo- globins gebunden sein als der Oj. Es ist an- Atmung (Physiologie der Atmimg mid der Bliitgase) 693 zunehmen, daß der O2 sich an den Chromoteil des Hämoglobins kettet (Bohr), während die CO 2 an das Globin tritt. id) Der Austausch der Gase zwischen Blutkörperchen und Plasma. Das Gasbindungsvermögen des Gesamtblutes und die Dissoziationsspan- nung ist abhängig vom Verhalten der Gase in Blutkörperchen und Plasma. Es muß immer wieder ein Gleichgewicht in der CO2- und Oo-Spannung zwischen beiden eintreten. Wird dem Plasma Sauerstoff entzogen, so strömt aus dem Hämoglobin O2 in das Plasma nach, wenn der Sauerstoff druck in diesem so weit gesunken ist, daß das Oxyhämoglobin (OHb) weiter dissoziieren muß. Hohe Sauer- stoffdrucke in der Lunge (Atmung reinen Sauerstoffes) führen durch Absorption zum Ansteigen des Sauerstoffgehaltes des Plas- mas, das Hämoglobin vermag jedoch über seine Sättigung weiteren Sauerstoff nicht mehr aufzunehmen (ein Rest Hb muß sogar immer dissoziiert bleiben). Vermindert sich nach derart erhöhter Sauerstoffzufuhr der Og-Druck über dem Blute, so wird in- solange O2 aus dem Plasma nahezu allein abströmen bis der Oo-Druck in diesem auf ca. 100 mm abgesunken ist, dann erst treten beträchtl'chere Mengen von O2 aus dem Hämoglobin an das Plasma über, größere Mengen werden aber erst bei weiterem Sin- ken des 0 2- Druckes aus dem OHb disso- ziieren. Begreiflicherweise muß nach dem Verlauf der Dissoziationskurve des OHb bei niederen Drucken der 0 ^-Verlust des Hämo- globins ein viel größerer sein. Diese Verhält- nisse spielen eine Rolle bei der Sauerstoff- therapie. Da auch die COo-Spannungs- kurve für das Plasma und die Blutkörperchen eine verschiedene ist, muß bei einer Aenderung im COg-Druck über dem Blute ein Austausch von CO2 zwischen Blut und Plasma statt- finden, dies ist umsomehr der Fall, als durch das Wandern von Verbindungen aus dem Plasma in die Blutkörperchen und umgekehrt die Bindungsverhältnisse für die CO 2 ständig verschoben werden. Durch Z u n t z , H a m - b u r g e r u. a. wurde nämlich nachgewiesen, daß das Plasma des CO2 reichen Blutes stets reicher an Alkalien, aber ärmer an Chlor (Koeppe) gefunden wird, als das arterielle. Die Menge und Spannung der Blut gase. Der Sauerstoffgehalt des menschlichen arteriellen Blutes be- trägt nach Setschenow 21,6 Vol. - %, hiervon sind rund 0,5% durch Absorption festgehalten. Nach den Versuchen von A. L 0 e w y sind im Menschenblut 19 Vol.-% Oo im Mittel enthalten. Für den kräftig genährten Hund schwanken die Werte zwischen 18 und 22 Vol. - % (P f 1 ü g e r , Bohr). Niedriger liegt der Oa-Gehalt im arteriellen Blute der Pflanzenfresser und Vögel (Pferd 14 Vo; Hammel lOVoI Kanin- chen 13%; Taube 10,7 o/j,; Ente 14,9%). An Kohlensäure wurden gefunden beim Menschen 40 Vol.-% (Hund 33 bis 34; Pferd 49; Hammel 45; Kaninchen 35; Huhn 47 Vol.-7p). Die angeführten Werte stellen jedoch keineswegs Standardzahlen vor, denn die Schwankungen im CO2 und Oa-Gehalt des arteriellen Blutes ein und desselben Tieres sind außerordenthch groß (vgl. Zuntz, Hermanns Handb. IV/2, S. 35). Von Stickstoff und Argon enthält das Blut, wie erwähnt, 1,2 Volumprozente. Kohlenoxyd findet sich auch im Blute normaler Menschen in geringen Spuren. Die Herkunft ist nicht sichergestellt (Nicloux 1901, Lepine und Boulud 1906). Ozon ist im frischen Blut nicht nachzuweisen (P f 1 ü g e r) , zersetztes Blut gibt charak- teristische Ozonreaktion. Das venöse Blut enthält weniger Sauerstoff und mehr COo als das arterielle. Untersucht man das venöse Blut aus dem rechten Herzen, so erhält man die besten Durchschnittsproben, desungeachtet weichen aber doch die Angaben über den Gasgehalt ebenso wie beim arteriellen Blut sehr stark voneinander ab. Von A. L 0 e w y und v. Schrötter (1905) wurden auf Grund von Lungenkatheterversuchen 12 bis 15,5 Vol.-yo O2 gefunden. Der Gasgehalt des venösen Blutes des abgenabelten Kindes an CO 2 be- trägt nach Cohnstein und Zuntz (1884) 40,5 bis 47 Vol.-%. Die Werte (Näherungs- weite) für den Gasgehalt des venösen Blutes bei Tieren lauten in Vol.-%: Hund 0,13, CO, 47,2; Pferd 7,6 O2, 55,9 CO2; Schaf 6,5 02^ 48,3 CO2; Hammel 5,4 0,, 55,5 CO2; Huhn 4,1 O2, 57,5 CO 2. Sehr verschieden ist bei Tieren und Menschen der Gasgehalt des Venenblutes, das aus den einzehien Organen ausfließt. Man kann im allgemeinen an- nehmen, daß das venöse Blut des Menschen rund 8% 0, ärmer und 6 Vol.-% CO, reicher ist als das arterielle. Daraus ergibt sich der ,, respiratorische Quotient" des Blutes mit 0,75. Es ist jedoch begreiflich, daß diesem Werte darum nur eine geringe Bedeutung beizulegen ist, weil die Unterschiede in den Ergebnissen der Blutgasanalysen recht be- trächtliche sind. Bedeutende Abweichungen finden sich schon, wenn man das Blut von ein und demselben Tiere unter möglichst gleichen Bedingungen untersucht; besonders groß sind sie, wie erwähnt, beim venösen Blut. Aber auch durch die Methodik können künstlich wesentliche Differenzen erzeugt werden, denn die Werte schwanken schon dann sehr stark (um 10%), wenn das Aus- pumpen verscliieden schnell und durch ein trockenes oder feuchtes Vakuum erfolgt. Daran ist zu einem guten Teile die Eigenschaft des Blutes schuld, nach Entnahme aus der Ader 694 Atniimg (Physiologie der Atinimg vuid der Blutgase) Sauerstoff in festerer Form an sich zu binden. Verschließt man nämlich verdünntes Blut, das deutlich die Streifen des Oxyhämo- globins zeigt, in einem Fläschchen, so beobach- tet man, daß nach einiger Zeit die Streifen des Oxyhämoglobins verschwinden und jene des reduzierten Hämoglobins auftreten, man sieht also, daß das Blut sich selbst reduziert hat. Auch dann, wenn man Erstickungsblut mit O2 versetzt, gelingt es nicht mehr den verschwundenen Sauerstoff durch Auspumpen quantitativ aus dem Blut wieder zu erhalten. Die Ursache für diese Erscheinung liegt nach der derzeitigen An- schauung in einer Bindung des O2 an die Blutkörperchen, insbesondere die Leuko- zyten, möglicherweise handelt es sich aber auch um einen Stoffwechsel der Blutkörper- chen als lebendes Gewebe. Ein solcher wurde besonders bei iuf2;endlichen roten Blut- körperchen von Warburg und von Mora- witz (1909) tatsächlich nachgewiesen. Es ist schließlich auch selbstverständlich, daß die Unterschiede im Zellstoffwechsel, wie auch alle jene Einflüsse, die den Gasgehalt des Blutes vorübergehend zu verändern ver- mögen, den respiratorischen Quotienten des Blutes beeinflussen müssen: le) Einflüsse auf den Gasgehalt des G e s a m t b 1 u t e s. Der Gasgehalt des Blutes wird hauptsächlich durch fol- gende Umstände beeinflußt: 1. Durch die Menge des Hämoglobins und die Art des Hämoglobins ; 2. durch die Höhe des Kohlen- säuregehaltes, der auch auf die Sauerstoff- sättigung rückwirkt; .3. durch Unterschiede in der Höhe der Blutalkalinität und das Auf- treten saurer Oxydationszwischenstufen; 4. durch die Temperatur; 5. durch die Höhe der Teildrucke der Gase in der Lunge bezw. in den Geweben (nach P f 1 ü g e r und F i - lehne wechselt der Blutgasgehalt sogar mit jeder In- und Exspiration); 6. durch die Größe und Art der Lungenventilation sowie durch die Entfaltung der Lunge, abgesehen von dem Teildruck der Gase in der Lunge. Wenn nämlich bei flacher Ventilation Blut durch Lungenpartieen zirkuliert, die nicht oder nur wenig ventiliert worden sind, so wird dem voUarterialisierten Blut weniger oder nicht arterialisiertes zugemischt; 7. durch die Tätigkeit der Organe, doch ist diese Wirkung keineswegs eine einheitliche. Meist steigt bei der Arbeit der 0 2- Gehalt des arteriellen Blutes und sinkt dessen CO,- Gehalt, während im venösen Blut der COo- Gehalt erhöht, der Oa-Gehalt gegenüber der Ruhe vermindert ist. Aus der tätigen Speicheldrüse strömt das Blut jedoch sauer Stoff reicher aus als aus der ruhenden. Dies kann darauf beruhen, daß das Blut bei dem raschen Passieren durch die er- weiterten Gefäße relativ weniger Sauer- stoff verliert und ferner infolge des be- trächthchen Wasserverlustes an Hämoglobin prozentuell reicher wiid (NerveneinfJuß?); 8. durch die Stauung. Diese führt zur Verminderung des Sauerstoffgehaltes und Steigerung des CO 2 -Gehaltes; 9. möglicher- weise durch die Sekretion von Sauerstoff und Kohlensäure durch das Lungengewebe. Die Annahme einer solchen wird zur Zeit von den meisten Autoren bestritten. if) Die Gasspannungen im Blute. Wird das Blut mit einem Gas geschüttelt und vermag es sich mit diesem in Ausgleich zu setzen, so sind die Gasspannungen im Blute dieselben wie in jenem Gase, mit dem es in Ausgleich getreten ist. Die meisten älteren Untersuchungen haben wesentlich voneinander abweichende Werte für die Gasspannungen der Lungenluft und jene der Blutgase im Körper er- geben; doch läßt sich dies dadurch erklären, daß I)ei den früher verwendeten Instrumen- ten ein Spannungsausgleich niclit zustande gekommen sein dürfte. Die Rückschlüsse auf die Gasspannung im Venenl)lut, welche sich auf der Anwendung des Lungenkatheters und auf der Analyse der entnommenen Luftproben aufbauen, sind ebenfalls kaum als vollkommen eindeutig zu betrachten. Einwände können auch gegen die indirekte Methode der Be- stimmungen der Sauerstoff Spannung im Blute, die auf der Einatmung CO-haltiger Luft ba- sieren, erhoben werden. In neuester Zeit hat K r 0 g h durch sein Mikrotonometer (1908) einen Apparat geschaffen, der allen Anforde- rungen voll zu entsprechen scheint und insbe- sondere einen sehr raschen und vollkommenen Spannungsausgleich zwischen dem Blut und dem zu untersuchenden Gasbläschen herbei- führt. A. Krogh und M. Krogh fanden, daß die Gasspannungen im Arterienblute jenen des Lungengases entsprechen und von diesem nur um einen geringen Betrag, dem erforderlichen Spannungsgefälle entsprechend, abweichen. Zufuhr von CO , in die Lunge hatte in den Versuchen Kroghs einen ganz überein- stimmenden Anstieg der COa-Tension des Carotis-Blutes zur Folge. Weiteres s. unter 2 S. 695. Gas bin den de Stoffeim Blute niederer Tiere. Das Hämoglobin tritt nur bei manchen der niederen Tiere auf, an dessen Stelle findet man bei anderen Tier- formen blaue, grüne oder gelbliche Farb- stoffe, die mit dem Gaswechsel in Verbindung zu bringen sind. Auch farblose, sauerstoff- bindende eiweißhaltige Körper, die für die Unterhaltung der Atmung von Bedeutung sind, dürften im Tierreich ziemlicli verbreitet sein, ohne daß sie jedoch näher gekannt wären (Achrooglobuline); solche Stoffe finden sich ))ei manchen Muscheln und Schnecken, zum Teile liegen sie nicht in Blutzellen. Atmung (Physiologie der Atmmig und der Blutgase) 695 sondern sind diffus in der Blut- oder Gewebs- flüssigkeit verteilt. Untersuchungen über das Sauerstoffbindungsvermögen von Chromo- proteiden verdanken wir u. a. in neuester Zeit Winterstein (1909). Von den Farbstoffen seien erwähnt das Hämocyanin, eine blaugefärbte Eiweißkupfer- verbindung, die im Vakuum dissoziiert und die blaue Farbe verliert. Hämocyanin findet sich bei höheren Krebsen, Cephalopoden, Skorpionen, manchen Spinnen u. a. Bei Oktopus beträgt das Oo-Bindungs vermögen des luftgesättigten, hämocyaninhaltigen Blu- tes 4,2 — 5 Vol.-%, bei Palaemon 1,5%, bei Maja 1,7%. Ein rötlich gefärbter Farbstoff ist das Echinochrom der Seeigel, rötlich ist das Hämerythrin bei Sipunculus, das in der Leibeshöhlenflüssigkeit 2 Vol. - % 0.2 bindet, wenn diese mit Luft ge- sättigt wird. Ob das Chlorocruorin der Borstenwürmer Sauerstoff zu binden vermag, ist derzeit nicht entschieden. Chlorophyll wurde durch Engel mann bei Vorticellen nachgewiesen und gezeigt, daß dies im Licht Sauerstoffabgabe herbeiführt (Bakterienme- thode im Mikrospektrum), nach neueren Auf- fassungen handelt es sich hierbei jedoch nur um Chlorophyll symbiotisch lebender Algen. 2. Die alveolare Tension und der Gas- austausch zwischen Blut und Lungen- luft. Sekretionstheorie. Da die Sättigung des Blutes mit Gasen abhängig ist von dem Teildrucke der Gase, mit denen es in Be- rührung kommt, so müssen im lebenden Tiere die Gasspannungen in den Lungen- aive ölen von größtem Einfluß auf die Gas- spannungen im Blute sein. Ob dieser Einfluß aber ausschließlich in Betracht kommt, läßt sich von vornherein nicht sagen, da das Blut nicht unmittelbar, wie im Aerotono- meter in Spannungsausgleich mit der Alveolen- luft tritt. Zwischen Blut und Lungenluft sind als trennende Membranen die Wan- dungen der Alveolen und jene der Blut- kapillaren eingeschaltet, die von den Gasen durchsetzt werden müssen. Bei der Beur- teilung der Bedingungen für den Gasaus- tausch darf die Zusammensetzung der Luft, welche mit der Exspiration entleert wird, nicht schlechtweg als identisch mit jener der Alveolenluft angesehen werden, denn sie ist CO 2 -ärmer und 0,-reicher als die Luft der Alveolen, weil letzterer bei der Ausatmung auch jenes Gas zugemischt ist, das sich in den Bronchien in der Luftröhre und im Nasenrachenraum be- fand. Die Zusammensetzung dieses Gas- anteiles nähert sich sehr stark jener der atmo- sphärischen Luft, weil dieses Gas nicht am Lungengaswechsel in den Alveolen beteiligt ist. Es ist ferner selbstverständlich, daß die Gasspannung in den Alveolen eine ständig wechselnde sein muß. Die Sauer Stoff Span- nung liegt am höchsten am Schlüsse der In- spiration, am tiefsten am Schlüsse der Ex- spiration. Wenn man daher von alveolärer Spannung spricht, kann unter dieser nur die mittlere Spannung in den Alveolen ge- meint sein. Die Höhe der Gasspannungen in den Lungen kann für bestimmte Verhält- nisse direkt durch den Lungenkatheter (Pflü- ger) ermittelt werden. Die Handhabung des Instruments beruht darauf, daß man trachtet, eine feine Sonde, deren Ende mit einem aufblasbaren Ballon armiert ist, in einen Bronchus einzuführen. Durch den Ballon kann der Bronchus abgeschlossen werden und mittels der Sonde werden Gasproben aus dem abgesperrten Bezirk entnommen. Auf in- direktem Wege ist die Alveolentension zu berechnen (Loewy, Zuntz) dadurch, daß man, unter Annahme eines konstanten Wertes für den schädlichen Raum, 140 ccm Gas, von der Zusammensetzung atmosphäri- scher Luft abzieht von derjenigen Menge von Gas, die bei einem einzelnen Atemzug ausge- atmet worden ist. Die Restmenge des Gases und der in dieser erübrigende Gehalt an CO 2 und O2 gestattet, den Prozentgehalt der Al- veolenluft an CO 2 und O2 zu berechnen. Die Höhe der Teildrucke der CO 2 und Oj ergeben sich dann, wenn man zuerst vom Gesamtdruck des Gases (korrigierter Baro- meterstand) den Teildruck abzieht, der auf den Wasserdampf im Gemenge entfällt. Da die Luft in der Lunge bei rund 37° C mit Wasserdampf gesättigt ist, ist dies ein kon- stanter Wert (46,6 mm Hg). Der Rest stellt die Summe der Teildrucke von CO 2, 0, und N2 vor und in dieser Summe verhält sich der Teildruck jedes emzelnen dieser drei Gase proportional dem Gehalte des Gemenges an diesem Gase (bei 4% COa-Gehalt, also vier Prozenten des restlichen Gesamtdruckes). Ein anderes Verfahren wurde von Ha 1 d an e angegeben. Es beruht darauf, daß eine Gas- probe, die dem Beginne und dem Ende einer Exspiration entspricht, von der Lungenluft entnommen Wird. Das Mittel aus den Werten der analytisch bestimmten Zusammensetzung dient der Berecluiung der mittleren Alveolar- tension. Als Werte für die alveoläre Sauer- stoff- und Kohlensäurespannung wurden ge- funden in der Ebene im Mittel 105 mm Hg Sauerstoffdruck und 35 mm Hg Kohlen- säuredruck. Der CO 2 -Druck ist bei ver- schiedenen Personen keineswegs gleich hoch, er schwankt innerhalb der Werte von 32 bis 46 mm in einwandfreien Beobachtungen bei verschiedenen Menschen. Die Sauerstoff Spannungen differieren bei den meisten Menschen nur wenig. Unter vermin- dertem Luftdruck nehmen die Werte für die Gasspannung des Sauerstoffes und die Kohlen- säure allmählich ab, während der Teildruck des Wasserdampfes konstant bleibt und demnach 696 Atmung (Physiologie der Atmung und der Blutgase) einen um so größeren Teil des Gesamtdruckes vorstellt, je verdünnter die Luft ist. "Wälirend der Arbeit ist die Verschiebungder Gasspannun- gen in der Lunge keine wesentliche, es wurde hierbei je nach der Atemmechanik Zunahme oder Abnahme der Gasspannungen in den Alveolen beobachtet. Unter er- höhtem Luftdruck steigen die Gasspannungen in der Lunge. Dies ist insbesondere wegen des Ansteigens der Na-Spannung von Be- deutung. Der Druckzunahme entsprechend tritt unter erhöhtem Druck (Caissons) durch Absorption eine beträchtliche Menge von N2 in die Gewebsflüssigkeit ein, welche bei zu rascher Verminderung des Druckes (zu schnellem Ausschleussen) in Form von Gas- blasen entbunden wird. Hierauf beruhen die bei Caissonarbeitern beobachteten Er- krankungen und Todesfälle. Bei langsamer Druckverminderung (langsamem Ausschleu- sen) kann das Auftreten von Gasblasen (Luftembolie) vermieden werden, da dann die Zeit ausreicht, daß der überschüssige Stickstoff durch die Lunge abgegeben wird. Die Höhe der Kohlensäurespannung, die für den einzelnen Menschen in der Ebene charakteristisch ist, wird von diesem mit großer Konstanz eingehalten. Unter vermin- dertem Luftdruck sieht man die Atem- mechanik sich immer so verändern, daß ein konstanter Wert für die Sauerstoff Spannung erzielt wird, der für die einzelne Versuchs- person unter sonst gleichen Verhältnissen so charakteristisch ist, daß man danach die Meereshöhe bestimmen könnte (H a 1 d a n e und Boykott, Dur ig 1905, 1910). Vertiefung der Atmung führt bei sonst gleich großer Ventilation zu einem Steigen der O2- Spannung und einem Sinken der COj-Span- nung, was sich aus den Verhältnissen der Zumischung der frischen Luft zur Best- und Reserveluft und aus der Wirkung des schäd- lichen Baumes ergibt (A. L 0 e w y). Bei erhöhtem Sauerstoffbedarf wäluend der Ar- beit oder bei vermindertem Sauerstoff- anbot (im Höhenklima) könnten daher durch eine Anpassung der Atemmechanik im Sinne einer weiteien Vertiefung der Atemzüge günstigere Verhältnisse für die Sauerstotf- versorgung durch Steigerung der alv. Oj- Spannung herbeigeführt werden. Eine solche Regulation konnte jedoch nicht nachge- wiesen werden (D u r i g). Die pro Millimeter COg-Spannung in der Lunge geatmete Gas- menge (s, 0.) steigt stetig, je größer die Höhe ist, in die ein Mensch vordringt. Da das Gas in den Alveolen, insbesondere auf der Höhe der Inspiration einen höheren Oa-Druck imd einen niederen COa-Druck aufweist, als das venöse Lungenblut, muß infolge dieser Druckdifferenz Sauerstoff an das venöse Blut übertreten und CO 2 in die Lungenluft abgegeben werden. Je größer die Druckdifferenzen sind, umso rascher muß sich der Gasaustausch vollziehen. Nach physikalischen Forderungen müßte dann, wenn die Zeit eine zureichende ist, der Gas- übertritt bis zum Spannungsausgleich fort- dauern, und es wäre die Menge der über- tretenden Gase durch den Eintritt des Span- nungsausgleiches begrenzt. Es ist jedoch zu berücksichtigen, daß die Lunge wie jedes an- dere Organ aus lebendem Gewebe besteht und darum ihren eigenen Stoffwechsel be- sitzt, also CO 2 produzieren imd O2 verbrau- chen muß. Endlich ist zu bedenken, daß die Möglichkeit einzuräumen ist, daß das Lungen- gewebe ähnlich wie das Gewebe der Schwimm- blase der Fische 0, und CO 2 zu secernieren vermag. Unter dieser letzteren Voraus- setzung könnten die übergetretenen Gasmen- gen nicht mehr dem Spannungsausgleich entsprechen. Ist der Spannungsausgleich in der Lunge ausschließlich auf Grund der Druckdifferenzen vollzogen, so müssen die Gasspannungen in den Alveolen immer noch um einen geringen Wert verschieden von jenen im Blute bleiben, da die Gasmoleküle unter Leistung von Arbeit die trennende Wand durchsetzen müssen. Das Ergebnis der Blut- gasanalysen steht in guter Uebereinstimmung mit dieser Forderung. Es wurde nämlich in den neuen einwandfreien Tonometerversuchen, der COg-Druck in den Alveolen stets geringer, jener des 0-, stets höher gefunden als im arteriellen Blute (Krogh 1910). Das Bestehen eines eigenen Stoff- wechsels in der Lunge hat seine Bestätigung in den Versuchen von Bohr und Henriques (1897) gefunden. Die beiden Autoren maßen dem Lungenstoff- wechsel eine sehr große Bedeutung bei. Dieser sollte nicht nur beim ruhenden Menschen in Betracht kommen, sondern beim arbeitenden zu einer solchen Höhe anwachsen, daß auf ihn unter Umstän- den sogar ein größerer Teil der Gesamt- verbrennungsvorgänge entfallen würde, als auf die Oxydationsvorgänge im ganzen übrigen Gewebe. Im Durchschnitt sollte ein Drittel der Oxydationsvorgänge des Ge- samtkörpers sich in der Lunge abspielen. Bohr und Henriques nahmen an, daß bei einem Mißverhältnis zwischen Sauerstoff- verbrauch imd Sauerstoffzufuhr in großer Menge Oxydationszwischenstufen in den Kreislauf eingeschwemmt würden, die in der Lunge zur vollkommenen Verbrennung ge- langen. Zu bedenken ist hierbei jedoch, daß unter physiologischen Verhältnissen solche Stoffe wohl in größerer Menge im Harn niemals aber im Blut nachgewiesen wurden. Sich selbst überlassenes arterielles Blut redu- ziert nur selu" langsam und nur die Blut- körperchen im Blute asphyktischer Tiere binden reichUch und rasch 0, an sich. Atmung (Physiologie der Atmung und der Blutgase) 697 Die Versuche der beiden Autoren, die zur Annahme so weitgehender Oxydation solcher Zwischenprodukte in der Lunge führten, können also wohl nur für die Verhältnisse so verminderter Sauerstoffversorgung Gel- tung haben, wie sie eben in ilu'en Beobach- tungen vorlagen. Es ist jedoch vollkommen sicher, daß dann, wenn infolge von Sauer- stoffmangel reichlich intermediäre Produkte auftreten und solche durch den lü'eislauf auch in die Lunge eingeschwemmt werden, diese Stoffe in der Lunge umso leichter zur Oxydation gelangen müssen, je höher in dieser die Sauerstoffspannung liegt. Beim Menschen spielt die Möglichkeit der Oxy- dation der Zwischenstufen in der Lunge jedenfalls eine wichtige Rolle, die bei der Sauerstofftherapie in Betracht kommt. Es ist begreiflich, daß die Sauerstoffinhalation nicht nur durch die Zufuhr größerer, im Plasma absorbierter Sauerstoffmengen, son- dern auch durch das Fertigoxydieren inter- mediärer Produkte in der Lunge bei künst- lich erhöhter Sauerstoffspannung günstig und für einige Zeit nachhaltend wirken muß. Die Annahme einer Gas Sekretion in der Lunge (Bohr; Haidane) oder die Anschauung, daß durch die Wirkung des lebenden Lungengewebes die Spannungs- differenz zwischen Blut und Lungenluft so erhöht werden könne, daß größere Mengen von Gas die Alveolen wände zu passieren ver- mögen, ist von den Anhängern der rein physi- kalischen Auffassung des Gasaustausches in der Lunge entschieden bestritten worden. Für die Sekretionstheorie werden folgende Argumente ins Feld geführt. Es wurde durch Bohr gefunden, daß die COa-Spannung im arteriellen Blut niedriger, die Oa-Spannung höher sei als im Alveolengas. Die" Schwimm- blase der Fische enthält ein Gas von 80% Oj-Gehalt, es kann also durch lebendes Ge- webe wirklich Sauerstoff sezerniert werden. Beim Frosch, ebenso bei Schildkröte und Kaninchen, können nervöse Einflüsse auf die Atmung und den Gasaustausch nachge- wiesen werden (Henriquez; Maar 1902). Nach Bohr könnten ferner jene Mengen von Sauerstoff, die bei angestrengter Arbeit verbraucht werden (insbesondere im Höhenklima bei vermindertem Luft druck) die Alveolenwände auf Grund der bestehenden Druckdifferenzen (Invasions- koeffizienten) nicht passieren. Demgegenüber wurde durch Zuntz und Loewy im Experi- mente an der Froschlunge bewiesen, daß die Gase die Lungenepithelien vermöge des großen Lösungsvermögens desselben für Gase sogar leichter zu durchsetzen vermögen als Wasser. Es ergibt sich aus der Berechnung der Gesamtoberfläche der Alveolen und der Diffusionsgeschwindigkeit durch diese, daß bei Atmung atmosphärischer Luft mindestens 6 1 O2 pro Minute die Lunge zu passieren vermögen, so daß die selbst bei forzierter Arbeit erforderliche Sauerstoffmenge von 3 1 leicht auf rein physikalischem Wege durch Druckausgleich gedeckt werden kann. Es genügt eine Spannungsdifferenz von 3 mm für den Sauerstoff beim arbeitenden und von 0,5 mm beim ruhenden Menschen sowie eine Spannungsdifferenz von 0.02 mm Hg an Kohlensäure, damit der Gasübertritt hin- reichend rasch erfolgen kann (L 0 e w v und Zuntz 1904). Ein Versagen der Oz-Zufuhr kann unter sonst normalen Verhältnissen nur durch ungenügende Bindung von O2 durch das Hämoglobin bei wesenthch vermin- dertem Sauerstoffdruck der geatmeten Luft auf Grund der Dissoziationskurve eintreten. Im selben Sinne beweisen die Versuche von A. und M. Krogh (1910) direkt auf Grund der CO-Mengen, die aus der Lungen- luft in der Zeiteinheit ins Blut übertreten können, daß unter allen (nicht pathologischen) Umständen der Sauerstoffbedarf durchDiffu- sion gedeckt werden könne. Ein Schluß, der unter der zulässigen Annahme einer Analogie zwischen dem Verhalten des CO- Gases und des Oo hinsichtlich der Diffusion durch das hemmende Gewebe vollauf berech- tigt ist. Gegen die Angabe von Bohr, daß in der Lungenluft höhere (^Oa-Drucke als im arte- riellen Blute gefunden werden, sind Einwände erhoben worden, die sich auf die veränderte Zirkulation bei den Versuchtstieren beziehen. Bohr selbst hat in letzter Zeit die Sekretions- theorie fallen gelassen und an deren Stelle die Annahme einer Steigerung der Spannungs- differenzen zwischen Blutgasen und Lungen- luft durch vitale lü-äfte gesetzt. Man gelangt auf Grund dieser Aimahme aber auch dann nicht zur Förderung hinreichender Sauer- stoffmengen, wenn man annimmt, daß die Sauerstoff Spannung im Blute bis auf 0 ge- drückt werden könnte. Es zeigt sich nämlich, daß bei angestrengter Arbeit im Hochgebirge tatsächlich mehr Sauerstoff aus der Inspira- tionsluft verschwindet als bei der von Bohr angenommenen Diffusionsgeschwindigkeit und bei maximaler Steigerung der Druckdiffe- renz übertreten könnte (D u r i g 1910). Mit Hilfe des Mikrotonometers haben nun, wie erwähnt, in jüngster Zeit A. und M. Krogh nachgewiesen , daß in allen Fällen die Oa-Spannungen des Lungenblutes niedriger, jene der CO 2 höher als die entsprechenden Spannungen in der Alveolen- luft waren, es ergibt sich also daraus, daß das Druckgefälle immer im Sinne der tat- sächlichen Strömung der Gase eingehalten wird, daß also kein Anhaltspunkt für die Hypothese der Gassekretions- oder Druck- ditferenzsteigerung erübrigt. Wegen der Unterschiede im Diffusionskoeffizienten ist die Differenz zwischen der Sauerstoffspannung 698 Atmung- (Physiologie der Atmung mid der Blutgase) im Blut und in den Alveolen ein größerer als Jener der COa-Spannung. Krogh fand im arteriellen Lungenblut eine um 0,1% höhere COo-Spannung als in den Alveolen und eine uml bis 2% höhere Oj-Spannung in den Alveolen als im arteriellen Blut. Gegen die Versuche von Haidane und Douglas, die auch im Sinne einer Gassekretion sprachen, sind ebenfalls Einwände erhoben worden. Aus den neu- esten Beobachtungen dieser Autoren (1911) geht hervor, daß eine Gassekretion unter normalen Bedingungen in der Tat nicht stattfindet. Tritt jedoch Sauerstoffmangel ein, so soU dieser als Reiz auf das Lungen- gewebe wirken und dies zur Sauerstoff- sekretion veranlassen, und zwar sei es das Epithel der Blutkapillaren, welches für ; die Gassekretion in Betracht kommen dürfte (zusammenfassend über die Frage bei L 0 e w y Berl. kl. Wochenschr. 1910). Er- wähnt sei ferner, daß der Vergleich zwischen Schwimmblase und Lunge darum nicht an- gängig ist weil in der Schwimmblase an einer Stelle ein eigenes, Oo sezernierendes Organ (eine Drüse) ausgebildet ist. Die nervöse Beeinflussung des Gaswechsels beim Frosche kann vermutlich auf eine Wirkung der Nerven auf die Blutgefäße zurückgeführt werden. 3. Die chemischen Veränderungen der geatmeten Luft. Atmen abnormaler Gas- gemenge. Zur Festlegung der Veränderungen chenen hauptsächlich die im folgenden ange- führten Methoden. Die Gasmengen, die untersucht werden «ollen, werden entweder volu- metrisfh oder mit Hilfe der Wägung, beziehungs- weise titrimetrisch gemessen. Bei der volumetri- schen Bestimmung muß die Gasmenge erst auf bestimmte Temperatur, bestimmten Druck und Trockenheit umgerechnet werden. In der Regel spricht man von reduziertem Volumen als jenem, das auf 0", 760 mm Hg Druck und Trockenheit berechnet ist. Bei der Messung der Gase ist größtes Gewicht auf die Dichtigkeit der Verbindungen und auf Gleichmäßigkeit der Temperatur zu legen. Die Gase werden meist volumetrisch bei voll- kommener Sättigung mit Wasserdampf gemessen wobei die Meßgefäße kalibriert sein müssen. "Wird eine Flüssigkeit an Stelle von Hg zum Abschluß verwendet, ist die Möglichkeit einer Absorption von Gas in der Flüssigkeit zu be- denken. Wesentlich vereinfacht wird die Be- rechnung der Gasvolumina, wenn man das Verhalten bekannter Vergleichsvolumina heran- zieht (Thermobaronieter, Luftbarometer). Bei Analysen hat es sich besonders bewährt, das Vergleichsvolum zugleich mit dem zu unter- suchenden Volum auf ein Differentialmano- meter wirken zu lassen (z. B. bei der Mikrogas- analyse). Titrimetrisch können 0, (im Wasser) und CO2 bestimmt werden. Meist verfährt man in der Weise, daß man Gase durch feste che- mische Bindung quantitativ aus dem Gasgemisch entfernt und darm die Volumverminderung des Gases oder die Gewichtsänderung ermittelt. Die Respirationsapparate ge- statten die Veränderungen des Gaswechsels während längerer Zeitperioden zu verfolgen; hierdurch wird es möglich eine Büanz über die Gesamtheit der gasförmigen Einnahmen und Ausgaben aufzustellen. 1. Dies geschieht nach dem Prinzip von Pettenkofer in der Weise, daß die Versuchs- person (oder das Tier) in einen Kasten gebracht wird, durch den mittels Pumpwirkung Luft ge- saugt wird. Das Volum der Luft, welche den Kasten verläßt, wird mit Hufe einer Gasuhr bestimmt, aus dem Luftstrom wird ein pro- portionaler Anteü abgezweigt, gemessen und durch Schwefelsäure und Barytvorlagen ge- schickt, in denen der Gehalt an Wasser und an CO 2 bestimmt werden kann. Ein besonders großer Apparat dieser Type ist jener von Son- den und Tiger ste dt; ein mit Zinkblech ausgeschlagenes Zimmer dient als Respirations- kammer, durch einen Ventilator wird die Luft im Zimmer durchgemischt. Die Analyse des COs- Gehaltes der aus der Kammerluft ent- nommenen Luftproben geschieht volumetrisch nach Petterson. Der Apparat von J a q u e t ist als kleine, eben für die Größe eines Menschen berechnete Kammer charakterisiert. Analyse ebenfalls nach Petterson auf CO, und "O2. 2. Das Prinzip von Regnault und Reiset beruht auf der Herstellung eines Kreisstromes. Das Versuchsindividuum atmet immer wieder dasselbe Gas, das aus der Kammer gepumpt, von CO2 befreit und wieder in die Kammer zu- rückgeschickt wird. Der verbrauchte Sauerstoff wird durch Ersatz aus Vorratsflaschen gedeckt. Hierbei wird CO 2 und 0?- Verb rauch bestimmt. Auf diesem Prinzipe beruhen die Apparate von Hoppe-Seyler, Atwater und Bene- dict, Zuntz und Oppenheimer sowie ein neuer Apparat von Zuntz, der gestattet, nach diesem oder nach dem Pettenkofer- schen Prinzipe zu arbeiten. 3. Die Atmung wird direkt am Versuchsindi- viduum bestimmt. Hierbei werden Tracheal- (Tampon) — Kanülen, Mundstücke, Nasenoliven (Benedict) oder Gesichtsmasken verwendet. Bei letzteren besteht immer große Gefahr von Undichtigkeit. In allen diesen Fällen wird aus- scMießlich die Lungenatmung untersucht. Zur Sonderung der In- und Exspirationsluft werden Ventile verwendet, die möglichst wenig Wider- stand und schädlichen Raum bei verläßlich dich- tem Schluß besitzen sollen. Am empfelilens- wertesten sind u. a. Darmventile (nach Zuntz) mit befeuchteten Präservativmembranen oder Fischblasen überzogene , seithch geschützte Röhren, die von einer zweiten, äußeren Röhre umschlossen werden. Das Lovensche VentO, das aus zwei, mit Goldschlägerhaut überspannten I Trommeln besteht, zeichnet sich durch be- sonders geringen schädliclien Raum aus. Gute Dienste erweisen auch Schwalbenschwanzventile aus Kautschuk. Die meisten übrigen Ventile sind unzweckmäßig, weil sie unverläßlich im Schluß smd oder zu große AViderstände geben. Die Messung der Gase geschieht mit der Gas- uhr, aus der proportional jedem Atemzug auto- matisch zur Analyse Luftproben entnommen und gesammelt werden (G e p p e r t und Zuntz). Bei den Versuchen im Freien wird eine trans- Atniimy (Physiologie der Atmung und der Blutgase) Gfl9 portable, trockene Gasuhr auf dem Rücken mit- getragen. Auch des Spirometers kann man sich zum Sammeln der Gase bedienen (Speck, Tissot); Douglas (1911) sammelt das Exspirationsgas in einem Sack, den die Versuchs- person auf dem Rücken tnägt. Nach Schluß des Versuches wird das Gas gemessen und ana- lysiert. Benedict verwendet einen Apparat für den Menschen, bei welchem die Versuchsperson durch Nasenoliven gegen einen Sack hin und her atmet. Die Luft wird durch einen Motor im Ivieisstrom getrieben, wobei sie entkohlensäuert, entwässert, wieder angefeuchtet und mit Sauer- stoff versetzt, zum Sack zurückgelangt. Die Analyse geschieht durch Wägung. Für kleine Tiere werden der nach dem Pettenkofer sehen Prinzip gebaute kleine V o i t sehe Apparat, der Apparat von H a 1 d a n e , W e i n 1 a n d u. a. verwendet. Auch das Regnault sehe Verfahren wurde hierbei benutzt, ja, die ursprüngliche Versuchs- anordnung von Regnault und Reiset war ausschließlich für kleine Tiere zu verwenden. Ein neuer, sehr expeditiver Apparat von Bene- dict und Ho maus (1911) beruht darauf, daß kleine Tiere in einer Kammer, deren Deckel mit HoO-Verschluß aufgedichtet ist, atmen. Durch einen ^lotor wird die Luft im Kreiss<"rom bewegt. Das Gas der Kammer wird in Proben analysiert. Das Tier selbst steht auf einer Art Wage, deren Schwanlamgen nach außen über- tragen Bewegungen des Tieres aufzeichnen. Krogh konstruierte einen Respirationsapparat mit Kreisstrom nach besonders originellen Ideen mit einem Gesamtfassungsraum von nur 360 com. Für das Studium des Gaswechsels der Fische wird die durch den geschlossenen Behälter ge- triebene Luft auf Menge, CO, und Üo-Gehalt untersucht. Zuntz konstruierte einen eigenen Respirationsapparat für Fische, der sehr exakte Werte liefert. W i n t e r s t e i n verwendete Kanülenatmung zum Studium der Fischatmung. An niederen marinen Tieren arbeitete Ver- non; er untersuchte den Gaswechsel der Tiere, die sich in einem abgeschlossenen Gasbehälter befanden, der in einem zweiten als Wasserbad dienenden Gefäß eingetaucht war, um Tempera- turkonstanz zu erzielen. Analyse nach P e t - terson. Gegen das von Pütt er verwendete Verfahren, die Atmung von Wassertieren zu unter- suchen, bestehen Bedenken. Für die Unter- suchung der Atmung kleinster Tiere dient das Mikrorespirometer (T h u n b e r g , Winter- s t e i n). Von G o d 1 e w s k i (1896) und S t 0 k 1 a s a (1908) wurden Verfahren zur Unter- suchung der Atmung von Bakterien angegeben (vgL Tiger stedt Handb. der phvs. Me- thodik u. Abderhalden, Handb. IIL 2). Die Veränderungen der aus- geatmeten Luft. Im folgenden ist hauptsächlich das Verhalten des Menschen herausgegriffen. Die Exspirationsluft ist mit Wasserdampf gesättigt, sauerstoffärmer und kohlensäurereicher als die eingeatmete Luft. Die Wasser mengen, die mit der Ex- spirationsluft dem Menschen entzogen werden, wechseln mit derGrößeder Ventilation (Arbeit)', der Temperatur und der Sättigunc,- der ein- geatmeten Luft mit Wasserdampf. Die Ex- spirationsluft enthält imLiter 43, 95mg Wasser. Als Mittel für die Wasserdampfausscheidung des Menschen durch die Lunge können 500 ccm pro Tag angenommen werden. Der Stickstoffgehalt der Exspirations- luft liegt zwischen den Werten 79,20 und 80,20 Vol.-%, nur selten findet man höhere oder niederere Werte. Sämtlicher mit der Inspirationsluft eingeführter Stickstoff er- scheint in der Exspirationsluft wieder und es ist als festgestellt zu erachten, daß gasför- miger Stickstoff sich an den chemischen Umsetzungen im Körper nicht beteiligt (Krogh, 0 p p e n h e i m e r ). Der Anteil, den der Wasserdampf im Ge- samtvolum desExspirationsgases einnimmt, ist um so größer, je niederer der Luftdruck ist, denn die Spannung des Wasserdampfes in der bei 37" mit HaO-Dampf gesättigten Luft ist unabhängig vom Barometerstand. Durch die Erwärmung der eingeatmeten Luft und durch die Wasserverdunstung und endlich durch das Entweichen der CO 2 wird dem Kör- per Wärme entzogen (ca. 450 Kai.) woraus eine kühlende Wirkung der Lungen und Luft- säcke auf das Herz abgeleitet w^erden kann (E X n e r 1909). Es muß hierbei berück- -sichtigt werden, daß in der Lunge die Bindung des Sauerstoffs an das Hämoglobin unter positiver Wärmetönung einhergeht und hier- für pro Tag rund 300 Kai. anzusetzen sind, wodurch nahezu der gesamte Wärmeverlust von 450 Kai. gedeckt wiid. Bezüglich dieses Wertes ist jedoch anzunehmen, daß die Hauptmenge der Wärme nicht in der Lunge, sondern schon in den oberen Luftwegen entzogen werden muß, da die Luft bereits in den mittelgroßen Bronchien mit H.^O-Dampf gesättigt und auf Körpertemperatur er- wärmt sein dürfte (K a y s e r 1887). Der Kohlensäuregehalt der Exspira- tionsluft kann beim Menschen im Mittel mit 4% angenommen werden. Je nach der Atem- mechanik und der Erregbarkeit des Atem- zentrums der Versuchsperson (vgl. hierzu 2 die alveoläre Tension) schwanken die Werte in ziemlich weiten Grenzen (2,5 bis 7,0 Vol.-%). Bei Personen, die ruhig und gleichmäßig atmen, stellt sich der CO.,- Gehalt immer auf recht gleichlautende Werte ein. Eine Steigerung der Ventilation hat an- fänglich eine Vermehrung der CO o- Ausgabe zur Folge, an die sich dann eine Vermin- derung anschließt. Wird sehr COa-reiche Luft eingeatmet, so kann das Exspirations- gemisch COa-ärmer sein als das Lispirations- gemisch, weil in diesem Falle wiegen des hohen Teildruckes der CO 2 in der Lunge bis zur entsprechenden Sättigung CO 2 in den Körper aufgenommen wird (L e i m d ö r f e r). Der Sauerstoffgehalt derExspirationsluft schwankt um einen "Mittelwert von 16 °o» so daß das 700 Atmung (Physiologie der Atmung und der Blutgase) Sauerstoffdefizit mit 5% im Durchschnitt angesetzt werden kann. Bei Zufuhr sauer- stoffreicher Gemische können geringe Mengen von 0, durch Absorption an das Bhit- plasma aus der Inspirationshift verschwinden. An die Bhitkörperchen tritt unter gewöiin- lichen Verhältnissen kein Plus an Sauer- stoff, wenn der Sauerstoffgehalt der Lungen- luft erhöht wird. Bei hohem Druck des Nj iu dei' Inspira- tionsluft verschwinden beträchtliche Mengen von 1^2 durch Absorption in den Körper, diese Gasmengen erscheinen wieder, wenn der Teildruck des N2 erniedrigt wird (siehe oben S. 695). Von letztgenannten Umständen abgesehen, kann aus der Menge von Stickstoff, die während einer bestimmten Zeit ausgeatmet wurde, die Menge Luft berechnet werden, die während derselben Zeit eingeatmet wurde, Wasserstoff und Methan ver- lassen beim Pflanzenfresser in beträchtlicher Menge die Lungen (pro Kilogramm Kanin- chen und Stunde nach T a c k e je 4 ccm Hg und CH4 maximal). Li der menschlichen Exspirationsluft wurden diese Gase nicht gefunden. Die Frage nach der Ausscheidung von Ammoniak durch die Lunge ist der- zeit noch nicht geklärt. Es ist anzunehmen, daß ev. nachweisbares NH3 aus Fäulnis- vorgängen in der Mundhöhle stammt. Von Brown S e cj u a r d und d'Arsonval wurde die Behauptung aufgestellt, daß der Exspirationsluft giftige Stoffe, bei- gemengt seien. Man hatte durch Lijektion des Kondenswassers der Atemluft Tiere unter Vergiftungserscheinungen getötet. Forma- nek erbrachte jedoch den Beweis, daß die Exspirationsluft nur dann giftig wirkt, wenn ihr NHg aus den Ausscheidungen (Harn und Kot) beigemischt ist. Auch die Schäd- lichkeit der Luft überfüllter Räume dürfte nicht auf eine Giftigkeit der Exspirations- luft, sondern auf die erhöhte Temperatur und auf die Beimischung flüchtiger, von der Hautoberfläche stammender Substanzen, von viel Wasserdampf und auf den Gehalt an Schwefelwasserstoff zurückzuführen sein. Der respiratorische Q u 0 - t i e n t. Die Zusammensetzung der Exspira- tionsluft wird außer durch die Ventilation auch durch die Art der Verbrennungsvor- gänge beeinfhißt, die im Körper ablaufen. Werden Sauerstoff reiche Stoffe oxydiert, so erscheint relativ mehr Kohlenstoff in Form von CO2 in der Exspirationsluft und die Menge des gleichzeitig verbrauchten Sauer- stoffes sinkt. Bildet man die Verhältnis- zahl zwischen dem Volumen der gebildeten CO2 und jenem des verbrauchten Sauerstoffes (C02:02), so erhält man einen Wert, der von Pflüg er als respiratorischer Quotient (RQ) bezeichnet wurde. Bei ausschließlicher Ver- brennung von Kohlehydrat, bei der gleich- viele Moleküle CO2 entstehen als Moleküle Oo verbraucht werden, muß der Quotient gleich Eins werden (bei gleichemDruck und gleicher Temperatur nehmen die Moleküle der ein- zelnen Gase denselben Raum ein). Für die Fettverbrennung ergibt sich als Mittelwert RQ= 0,707, für Eiweiß RQ = 0,801 und für Alkohol 0,667. Der respiratorische Quotient des Menschen und der Tiere schwankt je nach der Nahrung zwischen 0,70 und 1,0 bei Pflan- zenfressern liegt er hoch, bei Fleischfressern im Hunger niedrig. Unter Umständen werden respiratorische Quotienten gefunden, die über 1 liegen. Diese sind in dem Sinne zu deuten, daß sauerstoffreiche Körper in sauerstoffärmere umgebaut worden sind, wie dies z. B. bei der Bildung von Fett aus Kohle- hydrat der Fall ist (B 1 e i b t r e u). Unter 0,7 wird der Quotient dann sinken, wenn Kohlehydrat aus Eiweiß oder Fett entsteht, wie dies im Diabetes der Fall ist. Auch nach vorangegangener Anstrengung und dadurch erzeugtem Kohlehydratmangel des Körpers sinkt der respiratorische Quotient (Z nutz mit L e h m a n n und Hage m a n n bezw. Schumburg, Durig, Porges und P r i b r a m). Ist Ueberventilation vor- hergegangen und wird in der Folge CO 2 retiniert, so findet man ebenfalls ein Sinken des RQ (Speck, Loewy). Die Arbeit be- einflußt den respiratorischen Quotienten im allgemeinen nicht; übermäßige körperliche Anstrengung, bei der es zu ungenügender Sauerstoffzufuhr kommt, führt ein Steigen des RQ herbei; dann, wenn die Sauerstoff- versorgung wieder zulänglich wird, sinkt der RQ unter die Norm (L 0 e w y). Im Höhen- klima (bis 4560 m ü. M.) blieben die respira- torischen Quotienten konstant (Z u n t z und D u r i g). Die Atmung sauerstoffreicher Ge- mische ändert den RQ nicht, ebensowenig findet eine Verschiebung derselben bei Atmung Oa-armer Gemische statt, insolange der Gehalt der Inspirationsluft nicht unter etwa 10% O2 sinkt (L 0 e w y 1895, D u r i g 1903, Bene- dict 1911). Da der respiratorische Quotient meist kleiner als 1 ist, muß das auf 0° und Trockenheit sowie auf 760 mm Druck redu- zierte Volum der ausgeatmeten Luft ein kleineres sein als das der eingeatmeten. Das beobachtete Volum der Exspirations- luft ist wegen der Erwärmung und Sätti- gung mit Wasserdampf jedoch größer als das eingeatmete. Atmen abnormer Gasgemische. Die Atmung stickstoffreicher Luft oder einer Luft, in der Stickstoff unter hohem Drucke steht, verändert an und für sich den Chemis- mus der Atmung nicht. Auch Zufuhr von Wasserstoff oder Grubengas erweist sich als indifferent. Bei Atmen sauerstoffreicher Gas- gemische wird O2 entsprechend dem Ab- sorptionskoeffizienten und dem hohen Teil- Atmung- (Physiologie der Atmung und der Blutgase) 701 drucke in größerer Menge aufgenommen. ! Nur dann, wenn vorher Zwischenoxydations- stufen in größerer Menge sich angehäuft hatten, kann mehr O2 zur Bestreitung von Verbrennungsvorgängen verbraucht werden. Die Oxydation dieser Stoffe spielt sich dann durch direkten Uebertritt von Sauerstoff in der Lunge selbst ab, zum Teil werden aber die reichlicheren, durch das Plasma zuge- führten Sauerstoffmengen auch im Gewebe ; zur Wegschaffung dieser intermediären Pro- dukte Anlaß geben (Sauerstofftherapie; Schaffung einer Besserung des Befindens auf geraume Zeit , bis es wieder zur Anhäufung von intermediären Produkten kommt). Beim Gesunden findet ein Melu:- verbrauch von Sauerstoff bei erhöhter 02-Zufuhr nicht statt (Speck, Loe- wy, Falloise, Durig, Schater- nikoff, Benedict und H i g g i n s 1911). Sauerstoffarme Gemische bis zu 8 bis 9% 02-Gehalt herab können eben noch ohne Schaden geatmet werden (L 0 e w y). Sauerstoffdrucke von 3 bis 4 Atmosphären wirken tötend (P. Bert, Hermann), die Tiere sterben dabei unter Erstickungserschei- nungen (auch Phosphor brennt bei hohem Sauerstoffdruck nicht spontan). Erhöhung des Kohlensäuregehaltes der Inspirations- luft b's zu 4% wird ohne Schädigung er- tragen, es steigt hierbei jedoch die Venti- lation. Bei 7 b s 8% COa-Gehalt treten Schwindel und Ohnmacht auf, 15% CO 2 erzeugen Lähmungen und bei 25% kann wegen der Giftwirkung der COo, vielleicht auch wegen der Dissoziation des Oxyhämo- globins selbst bei hohem Oj-Gehalt der Luft der Tod nicht mehr aufgehalten werden. Kohlenoxyd, Cyanwasserstoff, Arsen- wasserstoff, Stickoxydul u. a. wirken, der Inspirationsluft beigemengt, in hinreichenden Dosen tötend. H2undCH4 sind indifferent. V. Haut- und Darmatmung. Ebenso wie die Wandungen der Lungenal- veolenfür Gase durchlässig sind, so sind es auch die Epithelien der Haut und des Darmes. Es muß daher ein Gasaustausch zwischen Gewebe und Blut einerseits und der Luft, die den Körper umhüllt , andererseits zustande kommen. Li gleicher Weise müssen die Gase, die sich im Darm vorfinden, in Wech- selbeziehung zum Blut treten. Da die zu durchsetzenden Schichten im allgemeinen (s. Darmatmung von Fischen und Ober- flächenatmung) dicker sind, die Oberflächen dagegen verschwindend klein gegenüber der Lungenoberfläche genannt werden müssen, ist die Größe des Haut- und Darmgaswechsels gering. Der Haut- und Darmgaswechsel kann bestimmt werden aus der Differenz zwischen dem Lungen- und dem Gesamt- gaswechsel oder man ermittelt ihn, indem man den Menschen, den man frei durch ein Rohr nach außen atmen läßt, in einen luftdicht abgeschlossenen Raum (z. B. die Menschendose von Pflüger) einschließt und das Gas, welches in dem abgesclilossenen Raum den Körper umhüllt, analysiert. Es ist zweckmäßig, dabei den Raum zu ven- tilieren (Z u n t z). Die Größe der CO2- Abgabe durch die Haut kann beim Menschen mit 1^4% in Ruhe und mit 4—5% bei schwitzender Haut (bei Arbeit) von jener des Lungengaswechsels angenommen werden. Beim Pferde bestimmten Zuntz und Hage- mann den C02-Hautgaswechsel mit 21/0% des Lungengaswechsels, bei der Taube wird er mit 4% angegeben (Krogh). Für den Durchtritt von Sauerstoff durch die Haut ist weniger als 1% des Lungengaswechsels anzusetzen (Franchini und P r e t i). Die Unterdrückung der Hautatmung sollte nach älteren Angaben infolge von Giftwir- kung zum Tode führen. In den meisten Fällen konnte jedoch Wärmeverlust als Todesur- sache nachgewiesen werden (R 0 s e n t h a 1), doch können dadurch wohl nicht alle Fälle erklärt werden (S t y c h und B a b ä k 1905). Die Darmatmung gewinnt bei höher stehenden Tieren nur einige Bedeutung bei den Pflan- zenfressern ; bei diesen können größere Mengen von CH4 im Darm zur Resorption ge- langen. Werden an O2 oder CO2 reiche Gemische in den Darm eingebracht, so wird diesen O2 bezw. COo entzogen. P. Bert gelang es, ein Kätzchen, dem die Trachea verschlossen war, durch Lufteinblasen in den Darm länger am Leben zu erhalten. Ueber die Darmatmung bei Fischen vgl. S. 707. VL Die Gewebsatmung. Die Atmung der Gewebe kann dadurch ge- I prüft werden, daß man die Veränderungen des Blutes untersucht, welches ein Organ oder Ge- webe durchströmt, indem man beim lebenden Tiere den Gasgehalt von Blutproben aus Arterie und Vene bei dem in situ befind- lichen Organe bestimmt oder indem man das isolierte Organ künstlich durchblutet (z. B. mit Sauerstoff gesättigter Ringerlösung nach V e r n 0 n). Hierbei ist, wenn es sich um ein Sekret bildendes Organ handelt, die Volumsverminderung, welche das abströmende Blut gegenüber dem zugeströmten erfährt, zu berücksichtigen. Die größte Schwierig- keit besteht bei derartigen'Versuchen in der richtigen Bestimmung der Blutmenge, die das Organ passierte. Brodie schloß die Organe luftdicht in eine Kapsel ein und sperrte vor- übergehend die abführende Vene ab. Aus der Volurasänderung des Organes kann durch dieses onkometrische Verfahren die Menge des eingeströmten arteriellen Blutes bemessen werden. Bei den Untersuchungen über die Atmung überlebender Gewebe ist auf die (02 Atmmig (Physiologie der Atmimg- und der Blutgase) Gefahr emer Fälschung der Kesultate durch Bakterienwirkung zu achten, es ist auch schwierig, vergleichbare Grundbedingungen in bezug auf den Gasaustausch der Gewebe zu schaffen, da es kaum möglich ist, alle Teile des Gewebes in gleicher Weise mit dem Medium, aus dem dieses atmen soll, in Berüh- rung zu bringen. Um solcher ungenügender, nur an der Oberfläche verlaufender Atmung vorzubeugen, haben B a t e 1 1 i und Stern einen Apparat gebaut, in dem das Gewebe ständig geschüttelt wird. Für die Unter- suchung sehr kleiner Gewebsmengen sind die Mikrorespirometer (T h u n b e r g , Winter- stein) vorzügliche Instrumente. Wie die Spannungsdifferenz die treibende Kraft ist, welche das Strömen der Gase vom Orte höheren Teildruckes gegen jenen niede- ren Teildruckes in der Lunge bedingt, sind es auch die Unterschiede in den Gas- spannungen, die im Gewebe den Anlaß zum Gasaustausch geben. Eine spezifische, gassekretorische Tätigkeit der Endothel- zellen der Blutkapillaren wurde noch durch keinen Befund in den Bereich der Wahr- scheinhchkeit gerückt. Da der Sauerstoff- druck in den Geweben jedenfalls außer- ordentlich niedrig ist imd wohl gleich 0 gesetzt werden kann, strömt der O2 dem Gefälle entsprechend aus dem Blutplasma nach dem Gewebe ab. Nach Z u n t z und Loewy ist das Og-Gefälle dabei so voll- kommen zureichend, daß unter normalen Verhältnissen auch der maximalste Sauer- stoffbedarf des Gewebes durch Diffusion gedeckt werden kann. Das Abströmen des O2 aus dem Plasma bedingt dann, wenn der Sauerstoffdruck im Plasma hinreichend er- niedrigt ist, eine Dissoziation von Oxyhämo- globin und Uebertritt von O2 aus diesem an das Plasma und wieder weiterhin an das Gewebe. Die Annahme, daß das Gewebe selbst nur einen verschwindend kleinen Sauerstoffdruck aufweisen kann, ergibt sich daraus, daß durch die Gaspumpe Sauerstoff aus dem Gewebe nicht erhalten werden kann (Hermann), auch zeigen die aus dem Körper entnommenen Gewebe kräftige Reduktions- wirkungen. Im selben Sinne spricht die Tat- sache, daß die Lymphe, die Flüssigkeit in serösen Höhlen und auch die meisten Se- krete sehr 02-arni sind (Pflüg er und Straß- burg, H a m m a r s t e n). Die Anschauung, daß im Gewebe Sauer st offdepots vorhanden seien, wurde wiederholt verfochten. Sie stützte sich unter anderem auf die Erfahrung, daß ein Froschmuskel auch im Vakuum noch einige Zeit in Tätigkeit zu versetzen ist und ebenso- viel CO 2 produziert, wie bei Versorgung mit Sauerstoff (H e r m a n n). Durch Winter- stein (Habilitationsschrift 1906, Rostock; 1907 Ztschr. f. allg. Phys.) wurde jedoch am Froschrückenmark in Uebereinstimmung mit den Versuchen von Pflüg er, Hermann und Lesser nachgewiesen, daß solche Sauer- stoffdepots nicht bestehen und daß das Gewebe die Fähigkeit besitzt, unter Schädi- gung des Protoplasmas und bei unökonomi- schem Zerfall sauerstoffhaltiger Verbindungen ohne Zufuhr von äußerem O2, Energie zu produzieren (s, a. Zuntz, Festrede 1908). Es wird dabei vielleicht der beim Zerfall ent- stehende O2 zur Oxydation verwertet, was man unter Annahme des Entstehens super- oxydartiger Körper (z. B. F r ä n k 1 und D i m i t z 1909) als Zwischenprodukte, die dann den Sauerstoff abgeben, erklärhch machen könnte. Jedenfalls werden die Spal- tungen zu einem guten Teil nur bis zu Zwischenprodukten geführt. Wahrschein- licher ist es jedoch, daß die Produktion von CO2 wnd Energie hierbei auf Grund rein enzymatischer Spaltungen stattfindet, ohne daß" Oxydationsvorgänge ablaufen dürften. Die Beweiskraft der Versuche, welche das Fehlen von Sauerstoffdepots dartun, wird zur Zeit noch bestritten (V e r w 0 r n). Das Fehlen solcher Depots kann auch da- durch wahrscheinhch gemacht werden, daß, wie bereits oben erwähnt, bei der Atmung sehr sauerstoffreicher Gemische nicht mehr an O2 verbraucht wird, als bei der Atmung eines Gases, das noch weniger als 10% O2 enthält. Durch dieses Ergebnis ist auch bewiesen, daß die Höhe der Oxydationsvorgänge durch Mehr- zufuhr von Oo nicht gesteigert werden kann. Auch im Anschluß an die erschöpfende Muskel- arbeit wird nicht mehr 0 2 verbraucht (Zuntz). Bei L i m a x und T e n e b r i 0 ist nach Thunberg (1905) der Stoffwechsel von der Sauerstoff zufuhr abhängig (Einwände dagegen s. bei Atmung von L u m b r i c u s. Die C02-Spannung im Gewebe ist hoch und zwar höher als jene des venösen Blutes. Dementsprechend strömt die CO.^ aus den Geweben dem Blute zu und bedingt in diesem eine gesteigerte Dissoziation des Oxyhämoglobins, so daß unter dem Ein- flüsse des höheren COa-Druckes mehr O2 freigemacht und den Geweben zur Verfügung gestellt werden kann. Das Auftreten saurer Abbauprodukte steigert die Kohlensäure- spannung im Gewebe. Sinken der CO2- Spannung im Gewebe vermindert die Disso- ziationsspannung des Oxyhämoglobins, und dadurch soll die Sauerstoffversorgung un- günstig beeinflußt werden (B 0 h r), dem- gegenüber ist jedoch zu bedenken, daß bei niederer C02-Spannung im Gewebe in der Regel auch die C02-Spannung in der Lunge niedrig ist und infolgedessen größere O2- Mengen in der Lunge gebunden werden, so daß die verminderte Dissoziation im Gewebe bei niederem C02-Druck durch gesteigerte Oo- Auf nähme und Zufuhr im arteriellen Blute zu einem Teile kompensiert werden dürfte. Atraimg (Physiologie der Atmung- imd der Blutgase) "03 Die günstige Wirkung von CO,-Lilialation unter vermindertem Luftdruck ist demnach wohl, abweichend von der Annahme Bohrs, auf Vertiefung der Atmung und Steige- rung deralveolären Oo- Spannung in erster Linie zurückzuf iiluen. Einwände gegen die Akapnie- Theorie Mos so s erhebt A. Loewy 1898.) Bei der Bestimmung des Gaswechsels im Gewebe sind die Ergebnisse der Sauerstoff- analysen das Ausschlaggebende. Es wurde gefunden, daß die Gewebe bei steigender Temperatur einen größeren, bei sinkender einen geringeren Sauerstoffverbrauch auf- weisen. Ai-beit erhöht den 0 2- Verbrauch bis auf das 35 fache (C h a u v e a u). Beim Muskel werden gefunden pro Gramm und Minute 0,004 ccmOo- Verbrauch in Ruhe, beim Herzen 0,019 com (B a r c r 0 f t). Nach R i c h e t entfallen 92 % des gesamten Ge- websstoffwechsels in körperruhe auf die Muskeln. Diese Annahme ist jedoch jedenfalls um das Doppelte zu hoch (Barcroft 1908). Auch im zentralen Nervensystem und im peripheren Nerven wurde der Gaswechsel untersucht (Fröhlich, Hill und N a - barro, v. Baeyer, Winterstein, T h u n b e r g ausführliche Bearbeitung bei Barcroft: Ergebn. d. Pliys. VII S.''699; dort auch Diskussion über die Wirkung der Gewebe auf Farbstoffe). Ueber die Vorgänge bei der Oxydation im Körper wissen wir noch wenig Bestimmtes. Die größte Schwierigkeit liegt in der Ent- scheidung darüber, wie im Körper organische Verbindungen oxydiert werden können, die außerhalb des Körpers nicht oder nur langsam Verbindungen mit dem 0, eingehen. Die An- nahme von Oxydasen, deren Vorkommen im Blut bestritten wird, sowie jene vom Auf- treten aktiven Sauerstoffes, liefert derzeit noch keine befriedigenden und ausreichenden Erklärungen, immerhin weisen die neuesten Untersuchungen auf eine Möglichkeit der Erklärung hin (Unna 1911). Es ist wahr- scheinlich, daß primär Spaltungs Vorgänge auftreten, die zur Bildung intermediärer Produkte führen, denen man bei der Ana- erobiose und bei Oa-Mangel begegnet, diese Stoffe würden dann erst zur Oxydation ge- langen. Aufbauend auf den Vorstellungen Hermanns und Pflügers hat Verworn (1903) in der B i 0 g e n h y p 0 t h e s e fol- gende Vorstellung entwickelt: Das lebendige Eiweißmolekül, das Biogen, ist einem ständi- gen Stoffwechsel unterworfen; es stellt ein äußerst leicht zerfallendes Molekül vor, von dem locker gebundener, intramolekularer Sauerstoff leicht abgespalten wird. Der Dissimilationsvorgang am Biogenmolekül be- stellt nach der Theorie darin, daß der Sauer- stoff abgespalten wird und sich mit den oxydablen Gruppen des Biogens verbindet und so Endprodukte bildet, die aus dem I Biogenmolekül ausgestoßen werden. Diesem Dissimilations Vorgang muß eine Assimila- tion folgen, bei der der Rest des Biogenmole- küls sich durch Neuaufnahme oxydabler Gruppen und intramolekularen Sauerstoffes sjiithetisch regeneriert. Es würde demnach nur solcher Sauerstoff, der Zellbestandteil im Biogenmolekül geworden ist, der Oxydation dienen. Nach Winter stein s Annahme soll im Gegensatz hierzu der Sauerstoff, ohne in das Biogenmolekül einzutreten, direkt an die leicht oxydablen Spaltungsprodukte treten und sich mit diesen verbinden. Bedeutungs- voll ist die Tatsache, daß Narkose die Ö.^- Aufnahme erstickter Zellen verhindert (Fröhlich, W i n t e r s t e i n) und die Oxydationsprozesse überhaupt herabsetzt. Noch einer Annahme ist an dieser Stelle Erwähnung zu tun. Durch B a t e 1 1 i und Stern wurden aus dem tierischen Gewebe Substanzen extrahiert, die die Fähigkeit besitzen, die Gewebsatmung anzuregen. Der wirksame Stoff wurde von den Autoren als Pnein bezeichnet (1908), er unterscheidet sich von den Oxydationsfermenten, die aus dem Gewebe extrahiert werden können und auch in Abwesenheit lebendiger Zellsubstanz wirken dadurch, daß seine Wirkung durch Tripsinverdauung aufgehoben wird. Das Pnein soll die „Hauptatmung" des Gewebes auslösen (1911). VII. Die Größe des Gesamtgaswechsels vgl. auch den Artikel ,,S t 0 f f w e c h s e 1". Kennt man die Größe der Ventilation und die Zusammensetzung der ein- und ausgeatmeten Luft, so kann man daraus die Menge der in der Zeiteinheit produzierten Kohlensäure und die Größe des Sauerstoffverbrauches be- rechnen. Für den vollkommen be- wegungslos hegenden oder schlafenden Men- schen ergeben sich dabei 5,5 mg = 2,8 ccm COj-Produktion pro Kilogramm und Minute und ein Sauerstoff verbrauch, bezogen auf dieselbe Grundlage von 5,1 mg = 3,5 ccm. Korrekterwerden die Werte auf das Quadrat- meter Körperoberfläche bezogen, sie lauten dann rund 179 mg O2 Verbrauch und 180 mg CO2 Produktion pro Minute (Grundum- satz oder E r h a 1 1 u n g s u m s a t z) , bei manchen Menschen sind abweichend davon noch wesentüch niedrigere Werte beobachtet werden (Loewy 1910). Je nach der Größe der Muskelarbeit wachsen diese Mengen bedeutend an. Vergleicht man die ent- sprechenden Werte bei nur ruhenden Menschen, die jedoch nicht vollkommen bewegungslos hegen, so findet man, daß die Werte bereits durch dieses geringe Plus an Muskehnnervation um 25% erhöht smd (Johansson); bei angestrengter Arbeit steigern sich COa-Produktion und Oj-Ver- brauch auf das Zehnfache. Im Durchschnitt r04 Atmmig (Physiologie der Atmung und der Blutgase) können 9 mg CO., pro Kilogramm und Minute für den nicht arbeitenden Menschen als Mittelwert angenommen werden (Tiger- s t e d t). Für Tiere können folgende Nähe- rungswerte pro Kilogramm und Minute namhaft gemacht werden: Pferd (Ruhe) 8mgr; Rind, Schaf, Ziege, Schwein 12mgr; Hund, Katze 18 mgr; Sperling 180 mgr; Frosch 2 mgr. Zur Arbeit ist auch die Ver- d au ungs arbeit zu zählen, demnach steigen COa-Produktion und Oo- Verbrauch die man schlechtweg als Ausdruck des Umsatzes an- spricht, nach jeder Nahrungsaufnahme. Will man daher den Erhaltungsumsatz feststellen, so muß die Versuchsperson sich nicht nur be- wegungslos ruhig verhalten, sondern es muß auch die Nachwirkung vorangegangener Nah- rungsaufnahme vollkommen ausgeschlossen sein. Vergleicht man die Höhe des Erhaltungs- jimsatzes unter verschiedenen Be- ding u n g e n (vgl. den Artikel „Stoff- wechsel" sowie Loewy in Oppen- heim e r s Handbuch IV), so erkennt man folgende hauptsächhchste Gesetzmäßigkeiten : Der Erhaltungsumsatz ist bei Kindern größer, bei Greisen kleiner als bei Erwachsenen mitt- leren L e b e n s a 1 1 e r s (M a g n u s - L e V y und Falk, Sonden und Tigersted t). Die Ursache hierfür kann vielleicht in Unterschieden im Muskeltonus erblickt werden. Das Geschlecht ist ohne wesentlichen Einfluß auf den Umsatz. N a r - c 0 t i c a beeinflussen im allgememen den Erhaltungsumsatz des Menschen nicht (Loewy 1891) ; bei Tieren werden durch den Wegfall von Muskelspannungen meist die in Ruhe gefundenen Werte bei Verab- reichung von Narcoticis gedrückt. Unter dem Einfluß der Umgebungstemperatur findet eine Umsatzsteigerung statt, wenn die Temperatur des Protoplasmas erhöht wird (Pf lüg er 1878). Ein Sinken der Proto- plasmatemperatur führt zur Abnahme der Verbrennungsvorgänge. Insofern bestehen Analogien zwischen Warm- und Kaltblüter; durchgreifend ist der Unterschied zwischen beiden insofern, als der Warmblüter durch seine Regulationsmechanismen (die meclia- nische Regulation) bestrebt ist, möghchst lange einem Sinken oder Steigen der normalen Protoplasmatemperatur entgegenzuarbeiten. Es darf jedoch nicht übersehen werden, daß Kälte allein, ohne gleichzeitige Muskel- tätigkeit ebensowenig zu einem Ansteigen der chemischen Umsetzungen im Körper führt wie Wärniewirkung an und für sich zu einem Sinken der Verbrennungen Anlaß gibt. (Speck 1883, Loewy 1889, Johans- son 1897). Wird beim Warmblüter die Körpertemperatur durch Muskelaktion (Mus- kelspannung und Zittern) reguMert, dann wächst natürlich der Gaswechsel, es steigen die COj-Produktion und der Og- Verbrauch wie bei jeder Arbeit. Es ist daher begreifhch, daß alle Versuche, die über die Wirkung der Bekleidung oder über Erwärmung und Abkühlung ausgeführt wurden und in denen Schlüsse auf die Wärmeregulation aus der Größe von 0 2- Verbrauch und CO2- Produktion gezogen wurden, mit größter Vorsicht beurteilt werden müssen, wenn bei ihnen nicht vollkommene Muskelruhe ein- gehalten wurde. Im selben Sinne dürfte wohl auch die bei kleinen Tieren (Kaninchen, Meerschweinchen und Hunden) konstant beobachtete Erhöhung der Verbrennungs- vorgänge bei herabgesetzter Temperatur auf reflektorisch gesteigerte Muskeltätigkeit zurückzuführen sein. Einen geringen, allerdings nicht einmal sicher zu be- hauptenden Einfluß der Temperatur auf die CO 2- Ausscheidung fanden Ignatius, Wärri und L u n d (1908). Hierbei muß übrigens auch bedacht werden, daß die Größe der CO 2" Ausscheidung allein noch keine Rück- schlüsse auf die Wärmebildung gestattet, da der kalorische Wert der CO 2 ein sehr schwankender sein kann und nicht nur durch die Höhe der RQ, sondern auch wesenthch durch die Atemmechanik, die sich ja manchmal mit der Temperatur ändert, beeinflußt wird. Die Jahreszeit (Sommer und Winter) sowie verschiedene K 1 i m a t e , so auch das Seeklima, sind olme Einfluß auf die Höhe der Verbrennungsvorgänge in Körperruhe (Eijk- mann, Loewy und Müller, Durig und Z u n t z). Intensivere Belichtung führte in den Versuchen von Z u n t z , D u r i g und V. Schrötter (1911) und Hassel- balch zu keiner Steigerung der C02-Produk- tion, dagegen war während der Polarnacht bei allerdings nicht eindeutigen Versuchs- bedingungen eine Verminderung zu beob- achten (Lindhard 1910). Die Einwirkung von R a d i u m e m a n a t i 0 n (C a s p a r i und Aschkinas, Loewy und P 1 e s c h 1911), von Teslaströmen (Loewy), wech- selnder Höhe des Potentialgefälles und der Luftionisation (Z u n t z und D u r i g , R e i c h e 1 1910) veränderte die Höhe der Verbrennungsvorgänge nicht. Es stellt sich demnach die Größe der COa-Produktion und des Oo- Verbrauches (der Erhaltungs- Umsatz) als ein außerordenthch kon- stanter Wert dar, der unter den verschieden- sten Bedingungen unverändert bleibt. Auch im Verlaufe von Jahrzehnten werden bei ein und derselben Person immer gleichhohe Werte für den Erhaltungsumsatz gefunden (Loewy 1910). Eine nicht unbeträchtliche Erhöhung des Erhaltungsumsatzes wird in großer Höhe unter der Wirkung verminderten Luft- druckes beobachtet. Diese Steigerung der Oxydationsvorgänge ist nicht ausschheßhch Atmung (Physiologie der Atmung und der Blutgase) 705 durch die Erhöhung der Atemarbeit erklärlich (Zuntz uud Dur ig 1903; Dur ig 1909). Die Untersuchung des G a s w e c h s e 1 s bei der Arbeit ergab, daß koustaute Be- ziehungen zwischen der Größe der Arbeit und der Höhe von Sauerstoff verbrauch und C0<>- Produktion bestehen (Arbeitsgaswechsel). Es ist möghch, aus dem Gasweclisel indirekt die Höhe des Energie wechseis zu berechnen. Berechnung des E n e r g i e u m - Satzes aus COg-P r o d u k t i o n und 0 2-V e r b r a u c h. Nach den von Zuntz an- gegebenen Prinzipien kann aus der Höhe des respiratorischen Quotienten und der Größe des 0 2" Verbrauches der Energieumsatz be- rechnet werden. Die Ueberlegung ist fol- gende: Würde der RQ = 1 gefunden, so wäre nur Kohlehydrat verbrannt worden. Pro 1 g Kohlehydrat werden 1,185 g O2 verbraucht und 4,18 Kai. erzeugt. Es ent- spricht also einem Liter 0,- Verbrauch eine Produktion von 5,05 Kai. (kalorischer Wert des O2 bei der Verbrennung von Kohle- hydrat). Bei Verbrennung; von Fett ist der Wert für RQ = 0,707. Ein Gramm Fett liefert unter Verbrauch von 2,89 g 0, bei der Oxydation 9,46 Kai., weshalb dem Verbrauch von 1 1 O2 für Fettverbrennung eine Produktion von 4,69 Kai. entspricht. Da das Eiweiß in der Regel nur einen ganz geringen Anteil am Stoffwechsel nimmt (kaum Ys der Gesamt- energie), so ist es zulässig, bei der Aelmlichkeit der kalorischen Werte des 0,, die Eiweiß- verbrennung gar nicht gesondert zu berück- sichtigen und nur so zu rechnen, als ob aus- schließlich Fett und Kohlehydrat verbrannt wären (M a g n u s - L e v y). Aus obenge- nannten Zahlen geht hervor, daß beim An- wachsen des RQ von 0,707 bis 1 eine Steige- rung des kalorischen Wertes des Sauerstoffes stattfindet, die für den Anstieg des RQ um 0,001 einem Wert von 0,00123 Kai. ent- spricht. Es ergibt sich daraus der kalorische Wert des Sauerstoffes für jeden beliebigen zwischen 0,707 und 1,0 gelegene RQ (die Werte finden sich in Tabellen). Ist die Höhe des Sauerstoffverbrauches aus dem Respira- tionsversuch bekannt und der RQ durch die Analyse von CO 2 und O2 ermittelt, kann die Höhe des Erhaltungsunisatzes leicht in Kalorien ausgedrückt werden. Analog wird im Versuch bei Arbeitsleistung der Gesamt- umsatz berechnet. Wird von diesem der Wert des Erhaltungsumsatzes in Kalorien sub- trahiert, erübrigt der Verbrauch von Kalorien die ausschheßlich für die Arbeit verausgabt wurden. Weiteres siehe im Artikel ,,S 1 0 f f - w e c h s e 1," sowie bei T i g e r s t e d t',' Handb. d. physiol. Methodik I, 3 S. 73 ff. Bildet man den Quotienten aus produ- zierter mechanischer Energie und hierfür aufgewendeter Energie erhält man einen Wert, der als .Wirkungsgrad bezeichnet wird. Es Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Band I sei darauf hingewiesen, daß der Aufwand für die Leistung von 1 mkg Steigarbeit etwa 8 kleine Kai., jener für die Fortbewegung von 1 kg entlang einem Meter Weg (horizontales Gehen) etwa 0,5 kleine Kai. beträgt, größer ist der Verbrauch beim Drehen an einem Rad. (Atwater 1904, Reach 1908). Der Wirkungs- grad dürfte im günstigsten Falle etwa 33% erreichen (Zuntz, L e h m a n n , H a g e - m a n n 1889 und 1898). Die Steigerung der Leistung über eine gewisse Größe hat ein um so stärkeres Anwachsen des Verbrauches für die Arbeitseinheit zur Folge, je mehr die Leistung erhöht wird (Z u n t z 1897, Durig, Reichel 1910). Durch das Training wird größere Oekonomie der Arbeitsleistung erzielt, durch Zufuhr von Alkohol während der Arbeit wird die Oekonomie verschlechtert (G r u b e r , Zuntz, L 0 e w y , M ü 1 1 e r , C a s p a r i 1906; D u r i g 1906 und 1909). VIII. Der embryonale Gaswechsel. Nach Bohr ist der Gaswechsel des Embryos bezogen auf die Gewichtseinheit größer als jener des Muttertieres. Beim Hülmerei fanden Bohr und Hassel balch, daß der Gaswechsel parallel mit der Entwickelung zunimmt und im ^■erhältnis dem ausge- w^achsenen Hühnchen entspricht. Im Ei der Vögel tritt das Blut, das im AUantoiskreis- lauf strömt mit der Außenluft in Gasaus- tausch. Die Gase müssen auch die Eischale durchsetzen. Bei den Tieren , welche Pla- zenten besitzen, findet die Atmung infolge des Gasaustausches in der Plazenta statt. Nach Bohr soll (ähnlich wie er dies für die Lunge annahm) ein beträchtlicher Teil der Oxydation der beim Zellstoffwechsel ent- standenen Produkte erst in der Plazenta erfolgen. Es kann jedoch ebenso wie bei der Lunge angenommen werden, daß außer dem, der Plazenta wie jedem anderen Gewebe zukommenden Stoffumsatz, unter normalen Bedingungen eine Oxydation von solchen unvollständig oxydierten Stoffen in der Plazenta nicht stattfindet. Der Uebertritt der CO 2 und des Oo vermag sich in der Pla- zenta ganz und in vollkommen zureichender Weise auf Grund der Spannungsdifferenzen zwischen kindlichem und mütterlichem Blut zu vollziehen. Die Bedingungen für den Gas- austausch hegen bei der Plazentaratmung sogar noch günstiger als bei der Kiemen- atmung. Zudem ist zu bedenken, daß die Wanderung des in die Zellen eingetretenen 02 zu den Blutgefäßen dadurch erleichtert wird, daß sich in den Plazentarzotten eine fettdurchsetzte Grenzschicht findet, die ein größeres Lösungsvermögen für O2 besitzt als Wasser (Hofbauer 1905). Für die Annahme der Wirkung eines besonderen Oxydationsfernientes in der Plazenta und für die Theorie aktiver Gassekretion in der Plazenta hegen derzeit keine zwingenden 45 706 Atmung (Physiologie der Atmung und der Blutgase) Beweise vor, zum mindesten besteht keine Notwendigkeit, bei der Frage der Deckung des Gasaustausches auf solche Momente zurück- zugreifen (L. Z u n t z Ergebn. d. Phys. VII 1908). Bezüglich der Atemmechanik sei er- wähnt, daß der Embryo nach neuen Beob- achtungen bereits intrauterin regelmäßige, rhythmische dem späteren Extrauterinleben entsprechende Atembewegungen ausführen soll (Reif f er scheid 1911). IX. Der Gaswechsel der Winterschläfer. Der Winterschläfer besitzt die Fähigkeit, zu bestimmten Zeiten aus einem homoiothermen zum poikilothermen Tier zu werden. Im Winterschlaf stellt sich die Funktion der Organe auf einen Mindestwert ein. Das Ein- schlafen geschieht unter Herabsetzung des Stoffwechsels und damit auch der Zirkulation und der Atmung. Eine Voraussetzung für das Zustandekommen des Schlafes ist eine Ver- änderung der Erregbarkeit nervöser Zentra, vor allem eine Einstellung der wärme- reguherenden Zentra auf eine andere Erreg- barkeitsschwelle (Reizschwelle). Eine Ab- kühlung der Winterschläfer auf noch niederere Temperatur löst bei diesen ausgesprochene Wärmeregulation aus und erst wenn dieses mechanische Entgegenwirken gegen den Wär- meverlust nicht mehr zureichend ist, sinkt die Körperwärme des Winterschläfers weiter; dieser verhält sichdann, wie ein unter die Norm abgekühlter Warmblüter. Das Charakteristi kum des Winterschlafes ist gegeben durch die Fähigkeit „kalt zu werden und kalt zu bleiben" (Me r z b a c h e r 1904) Bei der Winterschlaf- temperatur steigt und fällt der Gaswechsel der Tiere, ebenso wie beim Kaltblüter mit den Schwankungen der Temperatur. Im Winter- schlafe ist nicht nur die Regulation durch die Zentren auf die veränderte Größe des Umsatzes eingestellt sondern es kommt auch dem Gewebe des Winterschläfers die Fähigkeit zu, seine Verbrennungsvorgänge sehr weit einzuschränken und weniger zu atmen. Dies wird durch die Tatsache be- wiesen, daß das Herz eines winterschlafen- den Murmeltieres ebenso wie das eines Kaltblü'ers , wenn es aus dem Körper ausgeschnitten ist, noch stundenlang weiter- schlägt. Verminderte Oa-Zufuhr, niederer Luftdruck, Zumischung von Gasen (CO), die die Sauerstoffbiiidung des Hämoglobins herabsetzen, werden von Winterschläfern gut vertragen. Dies ist nicht nur durch die geringe Größe des Sauerstolib.darfcs bedingt, son- dern es muß angenommen werden, daß das Atemzentrum des Winterschläfers durch dauernden Og-Mangel gegen die Reizung durch intermediäre Abbauprodukte weniger empfindhch ist. Li diesem Sinne spricht ein Versuch Claude Bernard s. Vögel, denen allmählich der Sauerstoff entzogen wird, vermögen noch in einer Luft zu leben, in der frisch eingebrachte Vögel sofort zugrunde gehen würden. Hierbei sank bei den gewöhn- ten Vögeln die Körpertemperatur von 41 auf 31 ° ab, die Atemfrequenz, der Puls und der Umsatz verminderten sich, die Tiere näherten sich in ihren Eigenschaften also den Winter- schläfern. Analoges beobachtet man auch bei Mäusen, die wiederholt an die Grenze des Erstickens gebracht werden (Kr ei dl 1911). Die Größe von Oj-Verbrauch und COo-Produktion wechselt beim Winter- schläfer mit der Tiefe des Schlafes und der Temperatur. Im eigentlichfn Schlaf sinkt der Oa-Verbrauch z. B. beim Murmeltier bis auf ein zwanzigstel desjenigen im Wachen (Z u n t z). Die respiratorischen Quotienten liegen vielfach unter 0,7 und können bis auf 0,4 (Regnault und Reiset) ab- sinken. Die Erklärung für dieses Verhalten liegt in der Bildung von Glykogen aus Fett. Hierdurch ist es auch erklärlich, daß Winter- schläfer ab und zu im Schlafe sogar ttwas an Gewicht zunehmen, falls die COo-Pro- duktion um vifles geringer ist, als der 0 2- Verbrauch. Beim Erwachen steigt der RQ; dabei geschieht die Erwärmung des Tieres vor all(m auf Kosten von Kohle- hydratverbrcnnung. Erwärmt sich das wache Tier unter lebhaften Muskelbewegungen, so wird weniger Glykogen und mthr Fett ver- brannt und der RQ steigt nur auf wesent- lich geringere Werte (W e i n 1 a n d 1911). X. Der Gaswechsel kaltblütiger Tiere (über die Atembewegungen siehe auch Baglioni Ergebn. d. Phys. IX S. 90 1910). Bei den Fischen wirkt Erwär- mung beschleunigend auf die Atmung. Auch bei ihnen findet sich ein deutlich aus- gesprochenes, dominierendes Atemzentrum, das die Rhythmik der Atembewegungen be- dingt. Auf nervösem Wege findet eine Steuerung nach Art der Hering-Breu er- sehen statt. Atemreflexe werden auf alle mechanischen Reize hin, welche die Körper- oberiläche oder die Maulhöhle treffen, aus- gelöst (Baglioni, Deganello 1908). Nach B a b ä k (1909) ist Sauerstoffmangel der eigentliche Atemreiz bei den Fischen. Hoher 0 2- Gehalt fülnt zur Apnoe, Oa-Mangel löst Steigerung der Ventilation aus. Die Annahme B a g 1 i 0 n i s , daß das Wasser einen spezifischen Atemreiz für die Fische vorstelle, ist durch R y n b e r k (1910) wider- legt worden. Die Fische verhalten sich in Oel analog wie in Wasser. Bei Sauerstoffmangel sclmappen manche Fische an der Oberl lache Luft und vermischen sie mit dem Atemwasser um günstigere Ver- hältnisse für die 0 2- Versorgung zu schaffen (W i n t e r s t e i n). Fische sind gegen höhere COa-Tensionen empfindhch. Sie werden bei 60 mm COg-Tension getötet, geringere COo- Mengen bewirken krampfhafte Mundbe- Atmung (Physiologie der Atmimg imd der Blutgase) 707 wegungcn, Gleichgewichtsstörungen und dyspnoische Atmung. Eine Vermehrung des Sauerstofigehaltes des Wassers führte zu Verminderung der Atemtiefe und hatte eine Frequenzabnahme zur Folge (K e u ß). Elementarer Stickstoff tritt auch bei Fischen nicht in die chemischen Umsetzungen ein, dagegen wird CO 2 auch in Form von Karbo- naten in chemischer Bindung durch die Kiemen abgegeben (R e g u a r d). Die Größe des kalorischen Umsatzes geht wie bei Säugern annähernd der Körperobertläche parallel. Die Höhe der Verbrennungsvor- gänge steigt mit der Temperatur und ebenso auch bei Arbeit also auch nach Nalirungs- aufnahme (K n a u t h (). Hoher Sauerstoff- druck ist olme Einfluß auf die Größe der Verbrennungsvorgänge (W i n t e r s t c i n), die Sauerstoffdrucke können wesenthch sinken, bevor Zeichen von Sauerstoffmängel beobachtet werden. Der respiratorische Quotient liegt bei Fischen in der Regd zwischen 0,74 imd 0,88 (C r 0 n h e i m in Oppenheimer's Handbuch IV, 12). Darni- atmung findet sich in ausgesprochener Weise beim Schlammpeitzger, der Luft schluckt und diese an O2 verarmt wieder durch den After entleert. Ein dichtes Blutgefäßnetz ermöghcht hinreichend raschen Gasaustausch zwischen Luft und Blut. Die CO 2 wird bei diesem Fisch hauptsächlich durch die Haut abgegeben. Die Hautatmung der Fische ist sonst noch wenig untersucht. Durch K r 0 g h wurde nachgewiesen, daß Aale bei niederer Tempe- ratur ihren ganzen Oa-Bedarf durch die Haut zu decken vermögen. Die Schwimmblase stellt nach der herrschenden Ansicht ein Organ mit hydro- statischer Funktion vor (Bohr, B i 0 t). Auch bei Insektenlarven (Coretlu-a) kommen Schwimmblasen vor, die gleichfalls als stati- sches Organ wirken, äluiMch wie die Behälter bei Unterseebooten (Krogh 1911). Das Gas, welches die Blase enthält, stammt aus dem Blute und wird durch ein eigenes drüsiges Organ in der Blasenwand unter Leistung von Arbeit sezerniert (s. S. 697). Nach Durch- schneidung der zugehörigen Nerven sistiert die 02-S.kretion. Die Atmung der Frösche. Kröten und Salamander. Es findet sich Lungen- und Hautatmung, außerdem Kie- menatmung. Der Gasaustausch erfolgt, wie Krogh annimmt, auf Grund physikahscher und sekretorischer Vorgänge. Die 0 2- Auf- nahme lindet hauptsächhch durch die Lungen, die COj-Abgabe in größerem Umfange durch die Haut statt. Der Atemtypus ist ein recht wechsehider, er wird durch ein Zentrum und zentrifugale wie zentripetale Nerven beeinflußt. Beiderseitige Vagotomie führt zu unregelmäßiger Atmung. Als Atemreize I wirken aUe Einflüsse auf die äußere Haut. Nach Kokainisierung der äußeren Haut und beiderseitigen Vagotomie tritt Atemstillstand auf, der nach Wegwaschen des Kokains wieder verschwindet. Während die Frosch- larven ebenso wie die Fische ein hauptsäch- hch durch Oo- Mangel erregbares Atemzentrum besitzen, verhert das Atemzentrum bei der Entwickelung der Tiere diese Eigenschaft und wird für den COg-Reiz empfindhcher. Es sind bei ausgewachsenen Urodelen und Salamandern zwei Atemzentren anzunehmen, eines welches die Kehlatmung und eines, das die Lungenatmung reguhert. Die beiden Zentren sind auf 02-Mangel und COg- Reiz verschieden empfindhch (B a b ä k und K ü h n 0 V ä 1909). Zur Paarungszeit ist eine Steigerung der COa-Produktion vor- handen (B 0 h r , K r 0 g h), auch die Jahres- zeit ist nacli manchen Autoren von Einfluß. Nach V e r n 0 n besteht ein Parallehsmus zwischen der Höhe der Temperatur und der Größe des respiratorisch gemessenen Um- satzes beim Frosch nur dann, wenn eine mittlere Temperaturgrenze nach oben oder unten überschritten wird. Nach Cou- vreur ist die CO 2- Abgabe beim Wassersala- mander kleiner als beim Landsalamander. Die Abgabe an Wasserdampf ist bei Wassersala- mandern in der Luft größer. Frösche, die an Wasser verarmt sind (Dursten und Aus- tiocknen), vermögen ihren Wasservorrat aus Wasserdampf gesättigter Luft allem nicht zu ersetzen (D u r i g). (Ausführhches bei C r 0 n h e i m in 0 p p e n h e i m e r s Hand- buch IV, 21 Gaswechsel Wirbelloser (Wein- land m Oppenheimers Handbuch IV, 2). Die Eier der Lepidopteren zeigen einen Gaswechsel, der mit der Temperatur steigt und fällt. Dauernder Oa-Mangel führt zu Asphyxie und zum Tod. Während der ersten Entwickelung der Eier ist der Gas- wechsel sehr lebhaft (Sommerperiode), dann folgt eine Winterschlafperiode, in der der Gas- wechsel fast sistiert. Während der eigent- Uchen Entwickelungsperiode wächst der Stoff- wechsel mächtig an (F a r k a s) und erreicht sehr hohe Werte beim Ausschlüpfen. Bei spinnreifen Seidenraupen wurden respira- torische Quotienten von 0,78 bis 0.81 und pro 100 g Tier und Tag rund 2 g COa-Pro- duktion gefunden. Der Gaswechsel der Puppen verläuft auf Grund physikahscher Vorgänge, er ist abhängig von der Temperatur (v. Brücke), jedoch nicht beemflußbar durch Behchtung (L 0 e b). Die Annahme v. L i n d e n s , daß Puppen und Raupen der Lepidopteren gasförmig aufgenommenen Ng oder CO2 synthetisch zum Autbau organischer Sub- stanz verwenden können, darf als widerlegt gelten (v. B r ü c k e). Ueber den Gaswechsel 45* 708 Atimmg- (Physiologie der Atmimg- und der Blutgase) der Hymenopteren wissen wir wenig Sicheres; es sollen Bienen pro Kilogramm und Stunde bei 20 " Umgebungstemperatur 17 1 COo produzieren (Marie P a r h o n 1909), die Angabe wird mit Recht von W e i n 1 a n d bezweifelt. Eingehende und gründliche Untersuchun- gen über den Gaswechsel von Dipteren fC a 1 1 i p h 0 r a) stammen von W e i n - 1 a n d. Während der Metamorphose der Tiere sinkt unter Zersetzung des Larvenge- webes der Gaswechsel ab und hält sich auf einem konstanten Wert. Zur Zeit der Bildung des Imago steigt er an und erreicht eine maximale Größe vor dem Ausschlüpfen. Ausgewachsene Larven produzieren pro 100 g 3,3 g CO2 pro Tag. Ng wird in Form von NH3 in beträchtUcher Menge ausgeschieden (bezüg- lich des Stoffwechsels 1. c.). Coleopteren: Maikäfer gaben in Versuchen von Regnault und Reiset pro 100g Tier und Tag 2,7g CO2 ' ab und verbrauchten 2,4 g O2, ihr RQ be- trug 0,8 im Mittel. Mehlwürmer lieferten in Thunbergs Beobachtungen pro Tag und 100 g 1,15 g CO2. In Oo freier Atmosphäre wurde durch Mehlwürmer mehr als einen Tag lang CO 2, allerdings in verminderter Menge : produziert. Unter Sauerstoffmangel wird der i Stoffwechsel eingeschränkt. Aus COg-reicher j Luft nehmen Mehlwürmer durch Stunden hindurch beträchtliche Mengen von CO., auf. Orthopteren passen ihren Gaswechsel der Temperatur an (V e r w 0 r n). Bei den Crustaceen kommt zu einem Teil die Sauerstoffversorgung durch das Hämocyanin in Betracht. Man fand beim Flußkrebs pro Kilogramm und Stunde einen 0 2- Ver- brauch von 38 ccm, bei Palaemon und dem Flohkrebs betrug der Verbrauch rund 130 ccm. Mangel an O2 fiihrt bei Crustaceen bald zum Tod (Bunge). Bei Luftatmung wird der O2- Verbrauch herabgesetzt, da die Atmungs- organe der Krebse für die Luftatmung un- zulänglich sind (B r u n 0 w 1911). Er- höhter Oa-Druck beschleunigt die Stoff- wechselvorgänge nicht (H e n z e 1910). Bei Decapoden wurde ein RQ von 0,8 gefunden. Schalenbildende Tiere speichern gebunden an Ca oft große Mengen von COn auf, weshalb nur die Werte für den 0 2- Ver- brauch als verläßhch gelten können. - Die Atmung der Mollusken. J 0 1 y e t und R e g n a r d fanden bei der Auster pro Kilogramm Tier und Stunde 13.4 ccm 0 2- Verbrauch, einen Wert, der ähn- lich dem ist, der bei anderen Muscheln ge- funden wurde. Es dürfte wohl schwer sein, die Wirkung der Bakterien und sonstiger Parasiten auzsuschalten. Da die Flüssigkeit, die bei Muscheln aus den abgeschnittenen Kiemen und Fühlern ausfließt, Guajak- tinktur bläut, ist anzunehmen, daß diese auch im Körper als Sauerstoffüberträger wirkt. An Mollusken stellte Vernon (1897) Unter- suchungen an (bei Tetliys, Ptero- trachea, Helix u. a.) und fand RQ von 0,74 bis 0,79. Bedeutungsvoll scheinen die Beobachtungen Thunbergs bei Limax und zwar besonders darum, weil aus seinen Ver- suchen eine weitgehende Abhängigkeit der Oxydationsvorgänge von der Höhe der zuge- führten Sauerstoffmenge hervorgeht. Dieser Befund hat jedoch insofern keine Bestäti- gung erfahren, als durch H e n z e (1910) nachgewiesen wurde, daß bei Aplysia und bei Cephaloj)oden unter höherem Sauerstoff- druck keine Steigerung der Vei brennungs- vorgänge eintritt. Ein Absinken der Oxyda- tionsvorgänge wurde von ihm unter vermin- derter Sauerstoffzufuhr allerdings beobachtet, doch kann dies ganz mit jenen Erscheinungen in Parallele gestellt werden, die man auch bei höheren Tieren im Gefolge von Sauer- stoffmangel sieht und die zur Asphyxie führen. Bei 0 k t 0 p u s wurde ein Sauer- stoffverbrauch von 44 ccm pro Kilogramm und Stunde ( J 0 1 y e t und R e g u a r d) gefunden- Temperaturerhöhung führt auch bei diesen Tieren zu einer Zunahme des Gaswechsels. Ueber die Atmung von Echino- dermen liegen Beobachtungen von Winter- st e i n und P ü 1 1 e r vor. An Eiern von Arbacia pustulosa wies W a r b u r g (1908) nach, daß nach der Befruchtung der 0 2- Verbrauch auf das Siebenfache erhöht war. Im Hinbhck auf die Untersuchungen von J. L 0 e b ist es jedenfalls auch be- merkenswert, daß durch die Einwirkung schwach hypertonischer Lösungen eine ähn- liche Steigerung zu erzielen ist. Von Würmern sind besonders A s c a r i s und L u m b r i c u s wie H i r u d 0 viel- fach auf den Gaswechsel untersucht worden. 100 g A s c a r i s produzieren pro Tag 0,38 g CO 2 bei Wasserstoff atmung, und 0,54 g bei Luftatmung (W e i n 1 a n d). Die Höhe der Verbrennungsvorgänge steigt mit der Tem- peratur. 30% CO2 in der Inspirationsluft schädigte Regenwürmer noch nicht, ja sogar reine COo wird von diesen noch geraume Zeit vertragen. Unter vermindertem Luft- druck vermindert sich auch die COo-Abgabe und der Oo- Verbrauch anfänglich proportio- nal der Abnahme des Druckes, ist jedoch der Druck auf Werte unter 100 mm Hg gesunken, so steigt die CO 2- Abgabe wieder an, während der O2- Verbrauch weiter sinkt, ja bei weiterer Druckverminderung kann die C02-Produk- tion wieder dieselbe Höhe, wie bei normalem Barometerstand erreichen. Begreif hcher- weise ändert sich damit der RQ, der 1 über- steigt und bis auf 3 anwächst (K 0 n 0 - p a c k i 1907). Da während der Erholung der Tiere nach Sauerstoff zufuhr der RQ immer noch sehr hoch bleibt (L e s s e r 1910), können die anoxybiotisch produzierten Atmung (Physiologie der Atmung luid dov Blutgase) — Atmimg der Pflanzen 7(J9 Zwischenstufen niclit sofort nach der Sauer- stoffzufuhr wieder oxydiert werden. Es geht aus den Beobachtungen hervor, daß die Tiere anoxybiotisch und oxybiotisch leben können, und daß von bestimmter niederer 0., Zufuhr an der anoxybiotische Umsatz in den Vordergrund tritt. Eine Stei- gerung der Verbrennungsvorgänge bei er- höhter Sauerstoffzufuhr, wie sie T h u n - b e r g (1905) ableitete, ist für Lumbricus nicht als erwiesen anzusehen. In den Ver- suchen von K 0 n 0 p a c k i war eine solche Zunahme nicht zu beobachten. Blutegel scheiden beträchtliche Mengen von NH3 aus und zwar bei Anoxybiose weniger als bei Oxybiose. Ihr Gaswechsel ist durch die Temperatur zu beeinflussen. C n i d a r i e n wurden von V e r n 0 n auf ihren Gaswechsel untersucht, auch bei ihnen wurde der Einfluß der Temperatur erwiesen. Pro Kilogramm und Stunde war ihre Sauer- stoffaufnahme 5,7 bis 12,7 mg O^. S p 0 n - g i e n bedürfen lebhafter Erneuerung des Wassers, müssen also einen niclit unbeträcht- lichen Gaswechsel besitzen, dieser ist derzeit noch nicht gekannt. Auch über Protozoen liegen nur wenige Angaben vor, aus denen man etwas über den Gaswechsel erfährt. Vernon fand bei Collozoon, einem Kadiolar, 11,1 mg Oa-Aufnahme pro Kilo und Stunde. Der RQ betrug 1,06. Bei Paramäcien wurden durch Bar rat eine COa-Produktion von 1,3 — 5,3 Gewichtsprozent des Tieres in 24 Stunden gefunden. Manche Protozoen, die gewöhnlich niclit anoxybiotisch leben, sind gegen geringe Zunahme des Oa-Druckes sekr empfindlich und werden durch diese ge- schädigt (E n g e 1 m a n n , Putte r). Literatur. Stoklasa, 3Iethoden zur Bestimmung der Exkrete bei der Atmung der Bakterienzelle, Abderhalden, Handb. III, IS. 516. — Henze, Untersuch, an Seetieren. Ebenda S. IO64. — Schenk, Die Atembeivegungen, Tigerstedt, Handb. d. phys. ßleth. II j2, S. 1. — Tiger stedt, Respirationsapparate. Ebenda 1/3, S. 71. — Müller, Biologische Gasanalyse, Ab der - haldlen, Handb, III, S. 555, — Johansson, Methodik des Encrgieivechsels. Ebenda III, 8. 114. — Battelli und Stern, Atmung tieri- scher Geivebe. Ebenda III, S. 4U- — Baglioni, Stoffwechsel überlebender Organe. Ebenda III, S. 359. — Barcroft, Blutgaswechsel, Ergebnisse der Phys. VII, S. 699. — Lesser, Das Leben ohne Sauerstoff. Ebenda VIII, S. 7^2. Baglioni, Vergleichende Physiologie der Atmung der Wirbeltiere. Ebenda IX, 8. 90. — Wein- land, Stoffwechsel der Wirbellosen, Oppen- heimers Handb. I VI 2, S. 446. — Cronheim, Stoffwechsel der kaltblütigen Wirbeltiere. Ebenda S. 401. — Du Bois Reyniond, Die Mechanik der Atmung. Ergebn. d. Phys. Ij2, S. 377. A. Loeivy, Die Gase des Körpers und der Gaswechsel, Oppenheimers Handb. IV, S. 1. — Bohr, Die Blutgase und der respiratorische Gaswechsel, Nagels Handb. I, S. 54. — Jaquet, Der respi- ratorische Gaswechsel. Ergebnisse der Phys. IIjl, S. 457. — Ziintz, Loewy, Müller und Cus- pari, Höhenklima und Bergwanderungen in ihrer Wirkung auf den Menschen, Bong. 1906. — Durig, Ergebnisse der Monte Rosa Exp. v. J. 1906. Denkschr. d. Wiener Akad. Bd. S6, 1908 bis 1911 (ErhalUmgsumsatz , Atemmechanik). Zi. Zuntz, Stoffaustausch ztoischen Mutter und Frucht. Ergebn. d. Phys. VII, S. 40S. — Merz- hacher, Der Winterschlaf. Ebenda 111/2, S. 21 4. — Atwater, Versuche über Stoff- und Kraftwechsel. Ebenda III, S. 497. — H. Borruttau, Inner- vation der Atmung. Ebenda Ij2, S. 40S und Nagels Handb. I, S. 1. — Schenek, Inner- vation der Atmung. Ergebn. d. Phys. VII, S. 65. — ■ H. Boruttau, Das Atemzentrum. Ebenda IIII2, S. 89. — Siefert, Ueber die Atmung der Reptilien und Vögel, Pf lüg er s Ar eh., Bd. 64, S. 361. Im Voranstehenden sind nur zusammen- fassende Abhandlungen aus der neuesten Literatur angeführt, die den einschlägigen Stoff' ausführlich behandeln. An der Hand dieser Aufsätze ist es leicht, die vorliegende Literatur zti übersehen. Neuere Arbeiten (bis zum Sommer 1911) wurden im Text mit Jahreszahlen versehen, die es er- möglichen, in jedem Jahresberichte leicht das Zitat über die Originalpublikation zu finden. Er- wähnt seien schließlich die gelävfigeyi, weit ver- breiteten Lehrbücher der Physiologie, von denen z. B. hervorgehoben seien die Lehr- bücher von Hermann, Landois-Roseniann (mit vielen Literaturzitaten), Lucidni, Tiger- stedt, Ztmtz und Loeivy, A. Durig. Atmung der Pflanzen. Allgemeine Bemerkungen zum Begriff der Atmung: I. Die Sauerstoff atmung der Pflanzen. 1. Die Atmungsintensität. 2. Methodisches zur Sauerstoffatmung der Pflanzen. 3. Die Be- einflussung der Sauerstoffatmung der Pflanzen durch die äußeren Bedingungen. 4. Die post- mortale Kohlensäureproduktion. 5. Die Mate- rialien für die vitale Oxydation in der Sauer- stoffatmung. 6. Die Ursachen der vitalen Ver- brennung in der Sauerstoffatmung. II. Die anaerobe Atmung. Allgemeine Bemerkungen zum Begriff der Atmung. So wie verschiedene andere Grundbegriffe der Pflanzenphysiologie, so hat sich auch die Lehre von der Atmung der Pflanzen wesentlich an Erfalirungen und Analogien der Physiologie der höheren Wirbel- tiere herangebildet. Die Atmungsvorgänge an dem gewöhnlich zu Exiierimenten ver- wendeten Pflanzenmaterial, wie an keimenden Samen oder Pilzen, stimmen in der Tat in allen wesentlichen Charakteren mit der Wirbeltier atmung überein. Hier wie dort handelt es sich um Vorgänge an lebenden Zellen, und die physiologische Erfahrung zeigt, daß sie wie bei' Pflanzen so bei Tieren im Dienste der Energiegewinnung zur Auf- rechterhaltung des Betriebes der Lebens- erscheinungen stehen. Das vergleichend 710 Atmung der Pflanzen chemische Studium aller dieser Atmungs- prozesse lehrt, daß hierbei stets freier Sauer- stoff aus dem umgebenden Medium, Luft oder "Wasser, aufgenommen wird und dem Verbrauche in dem lebenden Organismus anheimfällt. Als Hauptprodukte des che- mischen Umsatzes werden aber Kohlensäure und Wasser nach außen hin abgegeben. Hier wie dort bilden Kohlenstoffverbin- dungen das Material dieser vitalen Oxyda- tionen, und Fette und Kohlenhydrate spielen weitaus die wichtigste Rolle bei der Unter- haltung der Atmung. Ja selbst die Ent- wickelung freier "Wärme ist kein Vorgang, der auf die atmenden warmblütigen höheren Wirbeltiere beschränkt ist, denn man kann unter Benützung geeigneter Methoden ohne Schwierigkeit bei jeder atmenden Pflanze die "Wärmeentwickelung nachweisen. Nur die Einrichtungen zur Konstanthaltung der Körpertemperatur sind den warmblütigen "Wirbeltieren eigentümlich. Trotzdem ist es schwer den Begriff der Pflanzenatmung in strenger Parallele mit der tierischen Atmung zu halten. Schon die Einschränkung des Atmungsbegriffes auf Vorgänge an lebenden Zellen stößt auf Schwierigkeiten, indem ziemlich allgemein Pflanzenorgane auch im abgetöteten Zustande Kohlensäure ausscheiden, sei es, daß sie im Mörser zu Brei zerrieben wurden, oder daß sie unzerkleinert, unter Bedingungen, die Bakterien ausschließen, aufbewahrt werden. Man kennt gegenwärtig analoge Vorgänge ebenso von tierischen Geweben. Auch das zweite prinzipielle Merkmal der Pflanzen- atmung, daß alle vitalen Oxydationsvorgänge der Gewinnung von Betriebsenergie dienen, ist nicht absolut scharf, da es Oxydationen in der lebenden Zelle gibt, die als Quelle von Betriebsenergie nicht wesentlich ins Gewicht fallen. Es muß ferner die Atmung auch nicht immer mit Kohlensäureausschei- dung verbunden sein, sondern die Atmungs- produkte können ganz anderer Natur sein. Der Zerfall des Zuckers in der Alkohol- gärung der Hefe vereinigt wiederum alle Merkmale der Atmung mit der einzigen auffallenden Ausnahme, daß dabei keine Sauerstoffaufnahme und Oxydation statt- findet. Endlich kann sich die vitale Oxyda- tion in der Pflanzenatmung auf Materialien erstrecken, die die Atmung höherer Lebe- wesen absolut nicht unterhalten können. Die Salpeterbildung aus Ammoniak oder die Oxydation des Schwefelwasserstoffes durch Bakterien sind typische vitale Oxydationen im Dienste der Gewinnung von Betriebs- energie, die nur in dem einen Punkte von der Wirbeltieratmung weit abweichen, daß hier inorganische Materialien verarbeitet werden. Stellt man bei der Behandlung des Atmungsproblems in der Pflanzenphysiologie den chemischen Standpunkt in den Vorder- grund, so gelingt es bis zu einem gewissen Grade der Schwierigkeiten dadurch Herr zu werden, daß man die Bezeichnung ,, Atmung" ganz vermeidet und die betreffenden Lebens- erscheinungen als ,, Sauerstoffresorption" zu- sammenfaßt. Dabei sieht man ganz davon ab, ob gleichzeitig Kohlensäure produziert wird oder nicht. Gleichzeitig erzielt man den Fortschritt, daß man nicht nur solche Lebensprozesse berücksichtigt, die durch die Aufnahme des freien Luftsauerstoffes unter- halten werden, sondern auch jene Vorgänge, die in der vitalen Reduktion von verschie- denen inorganischen und organischen Sauer- stoffverbindungen bestehen und in ihrer physiologischen Bedeutung den Oxj^dations- vorgängen durch den freien Luftsauerstoff im Organismus größtenteils entsprechen. So habe ich vorgeschlagen, die Vorgänge der Sauerstoffresorption in die ,, Luftatmung" und die ,,Reduktionsatmvmg" zu gliedern. Leider fallen Prozesse, wie die Alkohol- gärung, die mit der Atmimg in engem physiologischen Zusammenhange stehen, überhaupt außerhalb des Rahmens der Sauerstoffresorption. Nimmt man mit Pfeffer die physio- logischen Gesichtspunkte als das leitende Moment in der Behandlung des Atmungs- problems an, was ich für den richtigsten Vorgang halte, so ist unbedingt daran fest- zuhalten, daß zwischen allen den verwirrend mannigfachen Atmungsprozessen nur die Ge- winnung von Betriebsenergie das einigende Band darstellt. Aus diesem Heere von Vor- gängen hebt sich die Sauerstoff- a t m u n g als weitverbreiteter Typus ab, der charakteristisch in der vitalen Oxyda- tion von Kohlenhydraten, Fetten und anderen organischen komplexen Verbindungen unter Zutritt des atmosphärischen Sauerstoffes besteht, und bei den höheren Pflanzen und Tieren wohl wesensgleich ist. Organismen, die ohne Darbietung des atmosphärischen Sauerstoffes nicht zu leben imstande sind, werden als obligate Aerob ionten bezeichnet. Als Gruppenbezeichnung von Vorgängen, die im Dienste der Gewinnung von Betriebs- energie stehen, kann selbst der alte Begriff der Gärungen noch herangezogen werden. Man hätte darunter Prozesse zu verstehen, bei denen massenhafter Umsatz einer be- stimmten Substanz stattfindet, ohne daß es den betreffenden Organismen hierbei auf etwas anderes ankäme, als sich die bei dem Umsätze freiwerdende Energiemenge zunutze zu machen. Die Umsatzprodukte selbst werden in der Regel zum allergrößten Teile unbenutzt gelassen. Bei den Gärungen spielt auch die Aufnahme freien Sauer- ste fes keine wesentliche Rolle. Immerhin Atmunff der Pflanzen 711 ist mit der Betonimg der Gewinnung von Betriebsenergie durch die Atmungsvorgänge der ursprüngliche Charakter des Atnmngs- begriffes so stark verschoben, daß man es begreiflich findet, wenn manche Forscher, wie Barnes, auch von dieser Seite den Begriff ,, Atmung" ganz aufgegeben haben, und nur von Betriebsstoffwechsel oder Energesis sprechen. I. Die Sauerstoffatmung der Pflanzen. I. Die Atmungsintensität. Die Sauer- stoffatmung darf deswegen, weil die Pflanzen nicht zu den Lebewesen mit konstanter höherer Körpertemperatur gehören, hin- sichtlich ihrer Litensität nicht unterschätzt werden. Die pflanzlichen Kleinwesen, wie auch die niederen Pilze, die meist ein enormes Vermehrungs- und Wachstumsvermögen besitzen, scheiden im Verhältnis zu ihrer Körpermasse oft 6 bis 20 mal so viel Kohlen- säure aus, wie der Mensch und die warm- blütigen Wirbeltiere. Selbst keimende Samen atmen nicht viel weniger lebhaft als der Mensch, indem sie innerhalb von 24 Stunden fast 1 % ihres Frischgewichtes an Kohlen- säure erzeugen, während der Mensch un- gefähr 1,2 % seines Lebendgewichtes in derselben Zeit an Kohlensäure ausatmet. Dabei ist die Körperwärme der pflanzlichen Organismen in der Regel von der Tempe- ratur ihrer Umgebung nicht sehr verschieden, so daß die Intensität der Sauerstoffatmung in keinem direkten Zusammenhange mit einer höheren Körpertemperatur zu stehen braucht. Bei keimenden Samen vermag man ohne Schwierigkeit bei genauer Verfolgung der Atmungsintensität während des Fort- schreitens der Entwickelung zu konstatieren, daß die Atmungsintensität mit der Intensität des Längenwachstums zunimmt, ihren höchsten Betrag dann erhält, wenn das Längenwachstum am lebhaftesten ist, und dann mit der Abnahme des Längenwachs- tums der Keimlinge wieder abklingt. Diese Zunahme und Wiederabnahme des Längen- wachstums während der Entwickelung der jungen Pflanze bezeichnet man als die großePeriodedes Wachstums. Gerade- so kann man auch von einer großen Periode in der Sauerstoffatmung während der In- dividualentwickelung sprechen. Die Blätter der entwickelten Pflanze atmen nach neueren Feststellungen gleich- falls sehr intensiv. Doch überwiegt der durch die Chlorophylltätigkeit im Sonnenlichte verursachte Gaswechsel, Sauerstoffausschei- dung und Kohlensäurebindung, den Atmungs- gaswechsel im Lichte so bedeutend, daß die grünen Pflanzen im Sonnenlichte eine nam- hafte Mehrproduktion an Sauerstoff auf- weisen. Dieser Umstand hat lange Zeit hindurch das Durchdringen der richtigen Auffassung der Pflanzenatmung als einer ununterbrochenen fortdauernden Lebens- erscheinung, die allen Getviichsen eigen ist, verhindert. Blüten zeigen ebenfalls lebhafte Atmungsfähigkeit. In auffallender Weise steigt die Atmung des Fruchtknotens nach erfolgter Bestäubung der Narbe. Bei gequollenen Samen atmet der Embryo vielmal stärker als das Samennährgewebe. Daß aber auch ruhende Samen meßbare Mengen von Kohlensäure ausscheiden, ist durch eine Reihe von LTntersuchungcn er- wiesen worden. Die Atmungstätigkeit der Samen nimmt mit steigendem Wasser- gehalte der Samen beträchtlich zu. Während 1 kg Getreidekörner von 9 % Wassergehalt in 4 Monaten nur 0,07 bis 0,12 g Kohlen- säure ausschied, wurde von Getreidekörnern, die 33 % Wasser enthielten, schon in 24 Stun- den 0,2 g Kohlensäure produziert. Während der Winterruhe ist die Atmung der Zweige unserer Holzgewächse deutlich schwächer als während der Zeit der vollen Vegetationstätigkeit. Doch ist die Schwä- chung nicht so bedeutend wie man denken könnte, und beläuft sich auf eine Herab- setzung des Maximalbetrages um ungefähr %• 2. Methodisches zur Sauerstoffatmung der Pflanzen. Um die Kohlensäureaus- scheidung durch Pflanzen in einem Demon- strationsversuche einfach nachzuweisen, empfiehlt es sich, keimende Samen oder ein anderes geeignetes Material locker gehäuft in einen Glaskolben zu bringen, und diesen Glaskolben mit einem doppelt durchbohrten Stopfen zu verschließen. Man verbindet wie die nebenstehende Abbildung (Fig. 1) zeigt, das Keimlingsgefäß mittels Fig. 1. Glasröhren jederseits mit zwei Gaswasch- flaschen. Das eine Flaschenpaar dient zur Untersuchung der zugeleiteten Luft, das andere zur Prüfung der durch die atmenden Keimlinge veränderten Luft, und wird mit der Wasserstrahl- Saugluftpumpe verbunden. Die dem Keimlingsgefäß benachbarten Flaschen werden mit Wasser beschickt, das durch Natriumbikarbonat schwach alkaliseh gemacht und durch Zusatz weniger Tropfen alkoholischer Phenolphthaleinlösung rot ge- färbt wird. Die beiden anderen Wasch- flaschen werden mit Barytlauge gefüllt. 712 Atmung der Pflanzen Wenn nun ein langsamer Luftstrom durch den Apparat hindurcligesaugt wird, so sieht man in den zwischen Keimlingsgefäß und Luftpumpe eingeschalteten beiden "Wasch- gefäßen die Lösungen sich sehr bald ver- ändern: die alkalische Phen«lphthalein- lösung wird entfärbt, und in der Baryt- lösung scheidet sich rasch ein dichter Nieder- schlag von kohlensaurem Baryt aus. Die Lösungen in den beiden anderen Flaschen bleiben so gut wie unverändert. Um den Verbrauch von Sauerstoff in der Pflanzenatmung zu zeigen, benützt man ge- wölmlich die Erscheinung, daß atmende Pflanzen ein eingeschlossenes Luftvolumen stark vermindern, falls man dafür Sorge trägt, daß die entwickelte Kohlensäure sofort durch Alkalilauge absorbiert wird. Ich bringe das Keimlingsmaterial in ein Exsikkatorgefäß, das mit einem aufgeschliffenen Deckel mit Glasrohransatz versehen ist (Fig. 2). Der Fig. 2. Boden des Exsikkatorgefäßes wird mit starker Natriumhydroxydlösung bedeckt, die zur Absorption der gebildeten Kohlensäure be- stimmt ist. Die Keimhnge werden auf einer durchlöcherten Scheibe ruhend in dem oberen Teile des Exsikkatorgefäßes angebracht. Das an den Exsikkator angesetzte Glasrohr ist zweimal rechtwinkelig gebogen, und taucht mit seiner Mündung in ein Gefäß mit Queck- silber ein. Wenn der Versuch im Gange ist, so steigt das Quecksilber im Rohre rasch auf, besonders wenn man dafür Sorge trägt, daß die Temperatur im Keimlingsgefäß 25 bis 30 " beträgt, was durch ein Wasserbad leicht geschehen kann. Für die quantitative gasometrische Ana- lyse der Atmungsprodukte der Pflanzen ist der zweckmäßigste unter den gegenwärtig existierenden Apparaten unstreitig die von A. Richter angegebene Vorrichtung, die jetzt in der von W. Polowzow ver- besserten Ausführung in den Laboratorien im Gebrauche steht. Eine Beschreibung dieses Apparates, der auch für die Bestim- mung von Wasserstoff, Methan usw. ver- wendbar ist, kann hier in Kürze kaum ge- geben werden. Ich verweise vielmehr auf die im Literaturanhange angeführte Arbeit von P a 1 1 a d i n und Kostytschew, die ausfülnlich über diese wichtige physio- logische Untersuchungsteclmik orientiert. Daselbst sind auch die älteren Methoden zur Analyse kleiner Mengen von Atmungs- gasen näher dargelegt, von denen insbe- sondere der vielbenützte gasometrische Appa- rat von B 0 n n i e r und Mangln zu nennen ist, der gleichfalls gute Resultate zu ge- winnen gestattet. 3. Die Beeinflussung der Sauerstoff- atmung der Pflanzen durch die äußeren Bedingungen. Die T e m p e r a t u r v e r - h ä 1 1 n i s s e beeinflussen die Atmung der Pflanzen sowie andere Lebenserscheinungen in sehr erheblichem Maße. Solange nicht das Leben der Pflanzen durch niedere Temperaturgrade aufgehoben oder stark ge- schädigt wird, findet, wie ältere und neuere Beobachtungen gezeigt haben, auch bei Temperaturen von 10 bis 20 ° unter dem Gefrierpunkte noch eine meßbare, wenn auch sehr schwache Ausscheidung von Kohlensäure statt. Wenn sich die Temperatur dem Nullpunkte nähert, so stellt sich eine erhebliche Steigerung der Atmungstätigkeit ein. Kiefernnadehi atmen bei 0 ° bereits 25 mal stärker als bei — 12 ". Bei dem weiteren Ansteigen der Temperatur ent- spricht die Zunahme der Atmungstätigkeit der Pflanzen in der Regel dem als die v a n ' t Hoff sehen Regel bekannten Gesetze der Abhängigkeit der Geschwindigkeit chemischer Reaktionen von der Temperatur. Die Zu- nahme der Atmungstätigkeit erfolgt pro- portional der Temperatursteigerung so, daß die Atmung auf den 2,2 bis 3 fachen Betrag ansteigt, wenn die Temperatur um 10 ** wächst. Diese Beziehung wird bis 40 ° meist mit hinreichender Genauigkeit ge- funden. Dann tritt jedoch plötzlicher rapider Abfall der Atmungsintensität ein, der mit dem Tode der Pflanze endigt. Von einem sogenannten ,, Optimum" der Atmung bei einer bestimmten Temperatur kann sonach nicht gesprochen werden. Diesen allgemeinen Beziehungen zwischen dem Gange der At- mung und der Temperatur ist hinzuzufügen, daß rasche Temperaturschwankungen die Intensität der Atmung vorübergehend ener- gisch beeinflussen, in ähnlicher Weise wie durch eine plötzliche Temperaturschwankung das Wachstum von Pflanzen vorübergehend stark verlangsamt wird. Der Einfluß von Lichtstrahlen auf die Atmungsintensität bei den Pflanzen ist seit langer Zeit ein viel umstrittenes Ge- biet. Ergebnisse, die in bestimmter Weise eine direkte Beeinflussung der Atmung durch Atmuim' der Pflanzen 713 das Licht zeigen würden, liegen bisher nicht vor. Kritische Versuche aus neuerer Zeit scheinen eher darauf hinzuweisen, daß das Licht einen direkten Einfluß anf die Liten- sität der Atmung nicht besitzt. Radiunistrahlen haben nach den vor- liegenden Experimentaluntersuchungen keine Wirkung auf die Atmung der Pflanzen. Beschränkung der Säuer- st o f f z u f u h r. Werden höhere Pflanzen unter Bedingungen kultiviert, unter denen im Vergleiche zum normalen Leben an der freien Luft die Sauerstoffzufuhr eingeschränkt ist, so dauert die Atmung ungeschwächt fort, selbst wenn die Sauer stoffpartiär- pressung bis auf die Hälfte der normalen Spannung herabgesetzt wurde. Erst wenn die Sauerstoffspannung der umgebenden Luft bis auf Vio m^d weniger des normalen Betrages gesunken ist, treten schwere Stö- rungen in der normalen Atmung ein, und es setzen Stoff Wechselprozesse ein, die als Ersatz der normalen Sauerstoffatmung zu dienen haben. Auf diese wnrd noch weiter unten zurückzukommen sein. Auch sehr sauerstoffreiche Luft äußert auf die Atmung der Pflanzen so wenig schädliche Wirkungen, daß Samen selbst in reinem Sauerstoffgase zur Keimung gelangen. Erst bei einem Luftdrucke von 5 Atmosphären und mehr treten infolge der zu großen Pressung des Sauerstoffes Stö- rungen der Atmung und des Wachstums ein (Sauerstoffstarre). Durch den er- höhten Sauerstoffdruck wird die Intensität der Kohlensäureausscheidung in verschie- dener Weise geändert. Je nach den Versuchs- pflanzen wurde bald eine Vermehrung oder eine Verminderung der ausgeatmeten Kohlen- säure gegenüber der Norm konstatiert, Verletzungen der Versuchspflanzen haben einen sehr ausgeprägten Einfluß auf die Intensität der Kohlensäureausscheidung. Man kann wie Böhm zuerst dargetan hat, an zerschnittenen KartoffellmoUen oder Zwiebehi leicht sicherstellen, daß der At- mungswechsel infolge des Verwundungsreizes viel lebhafter wird. Hierbei wird sowohl melir Sauerstoff aufgenommen, als Kohlen- säure abgegeben. Sofort nach Erzeugung der Verletzungen erfolgt ein starker Anstieg der Atmung, der mit der Abscheidung der in den Geweben angesammelten Kohlensäure zusammenhängt, die nun von der stark ver- größerten Organoberfläche entweicht. Der eigentliche Anstieg der Atmung durch den Verwundungsreiz geschieht später und währt mehrere Tage, seinen Höhepunkt erst am 6. oder 7. Tage erreichend. In Verbindung mit der gesteigerten Atmimg ist als Folge der Verletzungen auch stets eine erhöhte Wärmeproduktion nachzuweisen. Von chemischen Reizwir- kungen auf die Sauerstoffatmung der Pflanzen ist besonders der Einfluß narkotisch wirkender Stoffe von Interesse. Kleine Mengen von Aetherdampf oder Chloroform- dampf erhöhen die Atmung verschiedener Pflanzen sehr energisch. Ueberschreitet man jedoch die Konzentration des Aether- dampfes über ein bestimmtes nicht hoch ge- legenes Maß, so tritt eine Herabsetzung der Atmungstätigkeit ein. Den gleichen Effekt der Verminderung der Atmungstätigkeit kann man jedoch auch dadurch erzielen, daß man die anfangs erregend wirkende Aether- menge zu lange Zeit einwirken läßt. Eine Erregung der Atmungstätigkeit läßt sich aber ebenso durch andere Gifte erzielen, wenn man diese in sehr kleinen Dosen anwendet. Es gelingt dies beispielsweise durch Lösungen von Pflanzenalkaloiden, von Antipyrin, von Jod, oder durch Schwermetallsalze. Diese Wirkungen auf die Sauerstoffatmung ge- hören zu den Teilersche nungen der allge- meinen Erfahrung, daß Gifte in kleinsten Konzentrationen allgemein als physiologische Erregungsmittel wirken. Erst bei Üeber- schreitung einer gewissen Konzentrations- grenze entfalten alle diese Stoffe ilu"e charak- teristischen toxischen Wirkungen. Bekannt- lich benützt 2nan die erregende Wirkung kleiner Mengen von Aetherdampf auf die Sauerstoffatmung und das Wachstum der Pflanzen in der gärtnerischen Praxis als Mittel zum Antreiben des Flieders. Größere Mengen von Kohlen- säure hemmen die Atmung der Pflanzen selbst dann, wenn gleichzeitig reichlich Sauerstoff zur Verfügung steht. Mehr als 5 Volumenprozente an Kohlensäure in der umgebenden Luft sind bereits nachteilig wirksam, jedoch nicht bei grünen Pflanzen am Lichte, w^eil da der Ueberschuß an Kohlensäure in der Chlorophylltätigkeit ver- arbeitet wird. Schließlich muß erwähnt werden, daß bei Pilzen, die in flüssigem Nährsubstrate w^achsen, auch osmotische Einflüsse auf die Atmung beobachtet werden. Plötzliche Konzentrationsänderungen der Nährlösung alterieren die Atmungsintensität in der Weise, daß ein Anstieg in der Konzentration der Nährlösung die Atmung hemmt, und eine Konzentrationsherabsetzung die Atmung steigert. So zeigen auch Bohnenkeimlinge, die in konzentrierteren Zuckerlösungen ge- zogen werden, eine gesteigerte Atmung im Vergleich zu Bolmenpflanzen in verdünnterer Zuckerlösung. Im übrigen hat die Zusammen- setzung des Nährsubstrates bei Pilzkulturen einen großen Einfluß auf das Mengenver- hältnis der ausgeschiedenen Kohlensäure und des verbrauchten Sauerstoffes, besonders aber auf die Quantität der produzierten Kohlensäure. 714 Atmuno: der Pflanzen 4. Die postmortale Kohlensäurepro- duktion. Eine theoretisch sehr bedeutsame Erscheinung ist die Fortdauer von Aus- scheidung von Kohlensäure an abgetötetem Pflanzenmaterial. Meist ist diese post- mortale Kohlensäureproduk- tion viel schwächer als die vitale Aus- scheidung von Kohlensäure. Doch kann sie bei durch Hitze getöteten Getreidekörnern selbst intensiver sein als die normale schwache Atmung. Wir dürfen nach dem vorliegenden Tatsachenmaterial nicht mehr daran zweifeln, daß Kohlensäureproduktion und Sauerstoff- bindung durch Zellen nach dem Tode sehr verbreitete Erscheinungen sind. Außer der Abtötung durch Hitze ist besonders auch die Tötung ganzer Pflanzen durch Ge- frieren und Wiederauftauen bei Gegenwart von Chloroformdampf ein gutes Mittel, um die postmortale Kohlensäureausscheidung an geeignetem Materiale zu studieren. Diese Vorgänge, die übrigens auch in der post- mortalen Atmung tierischer Gewebe (,, akzes- sorische Atmung" nach B a 1 1 e 1 1 i und Stern) ihr Analogen besitzen, sind wohl nicht als eigentliche Sauerstoffatmung zu bezeichnen, weil sie keine geordneten im Dienste der Gewinnung von Betriebsenergie stehenden physiologischen Vorgänge sind. Es ist auch durchaus ungewiß, ob wir in den in der postmortalen Kohlensäureausschei- dung zu beobachtenden Vorgängen wirklich erhalten gebliebene Teilerscheinungen der normalen Sauerstoffatmung vor uns haben. Doch deuten manche später zu erwähnenden Umstände darauf hin, daß Kückschlüsse auf normale Atmungsvorgänge aus der „post- mortalen Atmung" wohl gestattet sind, vorausgesetzt, daß bestimmte Versuchsbe- dingungen eingehalten werden. 5. Die Materialien für die vitale Oxydation in der Sauerstoffatmung sind bei den höheren Pflanzen nicht schwer zu erkennen. Während der Vegetationsruhe der Samen, der Knollen und Zwiebeln, sowie während der Winterruhe der Holzpflanzen in deren Zweigen, werden allgemein in großen Mengen Fette oder Kohlehydrate, unter den letzteren besonders häufig Stärke, gespeichert, ebenso wie es mit Fett im Tierreiche vor Eintritt einer Ruheperiode regelmäßig zu geschehen pflegt. Beim Keimen der Samen und Austreiben der Knospen werden diese Stoffe im Verein mit dem energisch ein- setzenden Wachstum und der lebhaft werden- den Atmung reichlich verbraucht, ebenso wie es bei entsprechenden Vorgängen im Tierreiche geschieht. Schon Lavo isier und Saussure, die sich zuerst mit der Pflanzen- atmung beschäftigten, wurden darauf auf- merksam, daß bei den Pflanzen bemerkens- wert oft die Menge der ausgeatmeten Kohlen- säure dem Volumen nach übereinstimmt mit dem verbrauchten Sauerstoff. Bei der Atmung der Tiere findet man hingegen be- deutend mehr Sauerstoff dem Volumen nach konsumiert, als Kohlensäure abgegeben wird. Seit Saussure weiß man nun, daß der letzterwähnte Typus des Atmungs- gaswechsels bei der Keimung fetthaltiger Pflanzensamen gleichfalls vorkommt, wäh- rend stärkehaltige Samen ebensoviel Sauer- stoff verbrauchen, als sie Kohlensäure ab- geben. Dieses Verhalten entspricht voll- ständig den Ergebnissen bezüglich der Ver- brennungsgase bei der vollständigen Ver- brennung von Fetten oder Kohlehydraten und Zucker. Bei der Zuckerverbrennung wird ebensoviel Kohlensäure entwickelt wie Sauer- stoff verbraucht wird. Bei der Verbrennung der sauerstoffarmen Fette übertrifft die Menge des verbrauchten Sauerstoffes bedeutend jene der entwickelten Kohlensäure. Deshalb ist der Schluß gestattet, daß eine vitale Verbrennung von Kohlenhydraten stattfinde, wenn in der Sauerstoffatmung von Pflanzen- organen das Quantum der produzierten Kohlensäure gleich ist der aufgenommenen Sauerstoffmenge. Hingegen wird bei der Veratmung von Fetten die produzierte Kohlensäuremenge viel kleiner sein müssen als das verbrauchte Sauerstoffvolumen. Das Verhältnis der abgegebenen Kohlensäure zum aufgenommenen Sauerstoff nennt man den respiratorischen Koeffi- zienten. Er ist dem Gesagten zufolge bei der Veratmung von Kolilenhydraten gleich 1, bei der Veratmung von Fetten kleiner als 1. Allerdings ist nicht zu ver- gessen, daß der Betrag des respiratorischen Koeffizienten nur die Resultante des Ge- samtgaswechsels darstellt, und wir über die unterlaufenden Einzelprozesse aus ihm weiter nichts erfahren können. Wie ich eingangs bereits bemerkt habe haben die Erfahrungen an niederen Pflanzen gelehrt, daß hier nicht selten Typen von Atmungs Vorgängen vorkommen, die sich von der Fett-Kohlenhydrat-Atmung der höheren Organismen weit entfernen. Eklatant tritt die durchgreifende Verschiedenheit be- sonders bei jenen Atmungstypen hervor, in denen gar keine Kohlenstoffverbindungen verbrannt werden, sondern ganz andere Stoffe aus dem Bereiche der inorganischen Chemie. So gibt es Bakterien, die Schwefel- wasserstoff zu Schwefelsäure verbrennen, andere, die Ammoniak zu Salpetersäure oxydieren, ja selbst Formen, die Wasser- stoff in der vitalen Oxydation zu Wasser verbrennen. Relativ weit entfernen sich aber auch jene Mikroben vom Atmungs- typus der Wirbeltiere und Blütenpflanzen, die an die Veratmung von sehr einfach gebauten Kohlenstoffverbindungen angepaßt sind. Es wurden Mikroben gefunden, die Atmuno,- der Pflanzen 715 Methan, Kohlenoxyd, Ameisensäure oder Methylalkohol reichlich verarbeiten, teil- weise unter Verhältnissen, die darauf sicher schließen lassen, daß diese Substanzen als hauptsächliches Atmungsmaterial dienen. Diese Stoffe sind sämtlich als Atmungs- mater'alien für die höheren Lebewesen nicht geeignet. Li allen diesen Fällen handelt es sich aber wie bei der Sauerstoffatmung der höheren Pflanzen um eine totale Ver- brennung der betreffenden chemischen Ver- bindung zu Wasser und Kohlensäure. Nun gibt es weitere mikrobische Atmungstypen, in denen regelmäßig nur eine unvollständige Verbrennung der Atmungsmaterialien unter- läuft. Ein bekanntes Beispiel hierfür bieten die Essigbakterien, die verdünnten Aethyl- alkohol unter Sauerstoffaufnahme zu Essig- säure oxydieren und diese zum größten Teile unverbrannt zurücklassen. Demnach vermag ich von der vollständigen Ver- brennung der Fette und Kohlenhydrate im Organismus aller höheren und vieler niederen Pflanzen folgende Atmungstypen zu scheiden, die sämtlich ausschließlich Stoffwechsel- anpassungen bei Mikroben betreffen: in- organische Atmung, die unvollständige Ver- atmung von Kohlenstoffverbindungen und die Veratmung einfachster Kohlenstoffver- bindungen. Die inorganischeAtmung lernte man zuerst an den merkwürdigen Faden- bakterien aus der Gattung Beggiatoa kennen, die häufig in schwefelwasserstoff- haltigen Quellen leben, und auch an Orten, an denen reichlich organische Zersetzungen in stagnierendem Wasser stattfinden. Diese Bakterien speichern reichlich Schwefel in Körnchenform in ihren Zellen. Zutritt von Luftsauerstoff und Vorhandensein geringer Mengen von Schwefelwasserstoff sind für sie unerläßliche Lebensbedingungen. Kohlen- säureproduktion wurde bei cliesen Schwefel- • bakterien noch nicht nachgewiesen. An organischen Nährstoffen bedürfen diese Mi- kroben nur sehr wenig. Da sich in den Ge- wässern, in denen Beggiatoen zahlreich leben, stets Sulfate finden, so faßt man den Stoff- wechsel der Schwefelbakterien mit W i n o - g r a d s k y in der Weise auf, daß man den Schwefelwasserstoff als Oxydationsmaterial betrachtet, und die Schwefelkörnchen in den Zellen als ein Produkt vitaler Oxydations- vorgänge und als Vorratsstoff für die weitere Verbrennung zu Schwefelsäure ansieht. Das Atmungsendprodukt wäre dann die Schwefel- säure. Die von N a t h a n s o h n im Golf von Neapel entdeckten Thiobakterien zeigen manche Analogien; doch scheinen sie außer- dem Kohlensäure zu assimilieren. Wenigstens in manchen Fällen hat ferner auch die Ablage- ung von Eisenhydroxyd in den Gallerthüllen von Eisen bakterien Beziehungen zur in- organischen Atmung. Es handelt sich dann um die vitale Oxydation des in den eisen- haltigen natürlichen Wässern vorkommenden Ferrokarbonates zu dem Salze des drei- wertigen Eisens. Einen sicheren Fall von inorganischer Atmung stellt schließlich die weitverbreitete mikrobische Oxydation von Ammoniak im natürlichen Boden und in Gewässern dar. Wir wissen seit W i n o - gradskys klassischen Untersuchungen, daß dieser Vorgang dualistischer Natur ist. Gewisse Mikroben, Nitrosomonas und Nitrosococcus genannt, oxydieren das Ammoniak reichlich zu Nitrit und nicht weiter. Nitro b acter hingegen ist ein mit den Nitritbildnern vergesellschaftet lebender Mikrobe, welcher Ammoniak nichi angreift, wohl aber das Nitrit zu Nitrat oxydiert. Dieser Vorgang hat im Kreis- laufe der Stoffe eine ungeheure Bedeutung, die man schon daraus ermessen kann, daß die Blütenpflanzen fast allgemein Nitrate bei ihrer Ernährung den Ammoniaksalzen vor- ziehen, und daher entschieden der Ernährung durch Nitrate angepaßt sind. DieunvollständigeVerbren- nung von Kohlenstoffverbin- dungen in der Sauerstoffatmung der Pflanzen ist in mehrfacher Hinsicht von be- deutendem theoretischen Litertsse. Vor allem lernen wir hier Fälle kennen, wo das Atmungsmaterial unter Sauerstoffaufnahme verändert wird, olme Kohlensäure abzu- spalten. Darauf gründet sich die Auffassung, daß die Sanerstoffbindung und die Kohlen- säureentwickelung im Atmungsprozesse nicht in direktem gegenseitigen Abhängigkeitsver- hältnisse stehen, sondern größtenteils verschie- denen Umsetzungen im chemischen Mechanis- mus der Atmung entsprechen. M i c r o c o c c u s 0 b 1 0 11 g u s oxydiert Traubenzucker olme Ko hlensäureabspaltung so reichlich zu Glukon- säure, daß man den Vorgang mit der Essig- gärung analogisieren und geradezu von Glukon- säuregärung sprechen kann. Das B a e - terium aceti bildet ganz ähnlich aus Mannit Fruktose, aus Glykol Glykolsäure. Das ..Sorbosebacterium", Bacterium x y 1 i n u m , bildet aus Sorbit Sorbose, und aus Glyzerin Dioxyazeton. Solcher Vor- gänge gibt es noch eine große Zahl. Alle haben den gemeinsamen Grundzug, daß die Kohlenstoffkette in den als Atmungsmate- rialien dienenden Verbindungen intakt bleibt, und gleichzeitig typische Oxydationen unter- laufen. Einen Schritt weiter gehen die Orga- nismen bei der Bildung organischer Säuren in der Sauerstoffatmung. Traubenzucker läßt sich ohne Zertrümmerung seiner Kohlen- stoffkette nur bis zur Glukuronsäure und bis zu der zweibasischen Zuckersäure oxydieren, was auch in der lebenden Zelle stattfindet. 716 Atmun"- der Pflanzen Darüber hinaus führt die Oxydation zum Zerfalle des Zuckermoleküls. Zunächst ent- stehen Weinsäure und Oxalsäure. Dieser Prozeß findet wahrscheinlich im Pflanzen- organismus häufig ebenso statt, und für viele Fälle ist insbesondere die Herkunft der Oxalsäure, aber auch der Weinsäure aus der unvollständigen vitalen Oxydation des Zuckers sichergestellt, oder mindestens selu" wahrscheinlich gemacht. Allerdings darf nicht vergessen werden, daß Oxalsäure im Stoffwechsel nicht nur aus Zucker entstehen kann, sondern gewiß als intermediäres Stoff- wechselprodukt verschiedener biochemischer Vorgänge auftritt. Schimmelpilze bilden aber in Zuckerlösungen oft so reichlich Oxal- säure, daß kein Zweifel über die Natur des Vorganges bestehen kann. Jedoch auch auf reinem Pepton wird so viel Oxalat gebildet, daß die Kulturflüssigkeit beim Einengen zu einem Brei von kristallinischem Ammonium- oxalat erstarrt. Da nun die Pflanzensäuren sicher häufig im weiteren Gange der Sauerstoffatmung bis zu Kohlensäure und Wasser abgebaut werden, so haben wir hier gute Beispiele von dem in zwei Stufen vor sich gehenden oxydativen Zerfall der Atmungsmaterialien. Die Kohlensäureabspaltung gehört nur dem zweiten Teile des Prozesses an. Einschlägiges Interesse besitzt die Tatsache, daß viele sukkulente Gewächse während der Nacht- stunden größere Mengen von organischen Säuren anhäufen, die in den hellen Tages- stunden bei gesteigertem assimilatorischen Kohlensäureverbrauche rasch wieder ver- schwinden. Das Süßwerden des reifenden Obstes beruht nicht auf einem Uebergange der organischen Säuren in Zucker, wie man früher angenommen hatte, sondern auf einem Verbrauche der Pflanzensäuren in der Sauerstoffatmung unter dauernder Ver- mehrung des Zuckergehaltes der Früchte. Von besonderem physiologischen und chemischen Interesse ist die Erscheinung, daß von den beiden optischen Isomeren der Wein- säure, der Milchsäure und der Aepfelsäure nicht beide Antipoden gleich rasch dem oxydativen Zerfalle in der lebenden Zelle anheimfallen, sondern daß eine elektive Ver- arbeitung unter Rücklassung des allergiößten Teiles der schwierig angreifbaren Modifikation erfolgt. Eine Parallelerscheinung kennt man in der Vergärung optischer Antipoden in der Zuckerreihe, wo z. B. aus einem Gemisch von d-Glukose und 1-Glukose jene allein und diese praktisch so wenig verarbeitet wird, daß man die biologische Elektion als Mittel zur Reindarstellung solcher Verbindungen verwenden konnte. Zur Beurteilung der chemischen Vorgänge, die bei der voll- ständigen vitalen Verbrennung des Zuckers in der Zellatmung in Be- tracht kommen, ist die Erkenntnis von der allgemeinen Verbreitung der Alkoholgärung des Zuckers in Luftorganismus bei Ein- schränkung der Sauerstoffzufuhr von der größten Bedeutung gewesen. Seit Pfeffer auf Grund dieser Erfahrungen 1878 zuerst die weittragende Idee erwog, daß die Alkohol- bildung in der sog. ,, intramolekularen A t m u n g" mit der Sauerstoffatmung gene- tisch verknüpft sein könne, haben sich sehr viele zugunsten dieser Auffassung sprechende Tatsachen ergeben. Höchstwahrscheinlich spaltet das Zuckermolekül in der normalen Atmung zunächst ohne Sauerstoffbindung einen Kohlensäurekomplex ab , und die Oxydation setzt erst an einem der Spaltstücke ein. Dabei ist es durchaus nicht nötig, daß Aethylalkohol wirklich auch in der normalen Sauerstoffatmung entsteht. Die Versuche von P a 1 1 a d i n und K o s t y t s c h e w , die in den letzten Jahren bedeutend zur Stützung der Pfeffer sehen Atnmngs- theorie beigetragen haben, sprechen sogar dafür, daß Aethylalkohol in der normalen Sauerstoffatmung nicht entsteht. Allerdings ist die Frage der sogenannten intramoleku- laren Atmung selbst noch recht der Klärung bedürftig. Ursprünglich sollten unter der Be- nennung ,,intramolelaüare Atmung" alle bei Sauerstoffabschluß vor sich gehenden Vital- prozesse zusammengefaßt werden , die Kohlensäure liefern und als Ersatzprozesse für die unmöglich gewordene Sauerstoff- atmung hinsichtlich der Beschaffung von BetrielDsenergie dienen. Als sich immer öfter die Gegenwart von kleinen Mengen Aethylalkohol in Pflanzenorganen bei der intramolekularen Atmung ergab, und schließ- lich auch die Anwesenheit eines Alkohol und Kohlensäure aus Zucker bildenden Enzyms bei intramolekular atmenden höheren Pflan- zen konstatiert wurde, das mit der Zymase der Hefe übereinstimmt, schienen die Sehr an-- ken zwischen den Begriffen intramolekulare Atmung und Alkoholgärung gefallen zu sein. In der Tat haben genaue analytische Feststellungen für eine Reihe von Fällen intramolekular atmender Keimlinge ergeben, daß Kohlensäure und Alkohol in demselben Mengenverhältnisse gebildet werden, wie es die bekannte Gleichung des Zerfalles von Zucker in Alkohol und Kohlensäure verlangt. Jedoch wurde durch die neueren Studien, besonders durch die in P a 1 1 a d i n s Labo- ratorium angestellten liritischen Untersu- chungen gezeigt, daß als Material für die anaerobe Atmung nicht allein Zucker dienen kann, sondern auch Pepton, und daß voraus- sichtlich auch Eiweißstoffe dem Zerfall in der intramolekularen Atmung unterliegen können. Die Ausscheidung von Azeton in der intramolekularen Atmung von Keim- Atmunü' der Pflanzen 717 lingen würde gleiclifalls eher auf die Ver- arbeitung von Stoffen, die eine Isopropyl- gruppe enthalten, wie Leucin, hindeuten, als auf einen anaeroben Zuckerzerfall. Nach Kostytschew wird ferner in der intra- molekularen Atmung von Champignon- Fruchtkörpern sicher kein Alkohol gebildet und Zymase fehlt hier. Es wird sich deshalb empfehlen, intramolekulare Atmung und Alkoholgärung nicht schlechthin als gleich- bedeutende physiologische Prozesse anzu- sehen, wenn auch in zahlreichen Fällen die intramolekulare Atmung der Pflanzen wesent- lich in der Alkoholgärung des Zuckers be- steht. Will man den älteren Begriff ,, intra- molekulare Atmung" durch eine modernere Fassung ergänzen, so wäre es höchstens zu empfehlen, die betreffenden Vorgänge als „anaerobe Atmung" zusammenzufassen. Von dem biologischen Verhältnisse, in dem die sich vertretenden Prozesse der Sauer- stoffatmung und der anaeroben Atmung stehen, kann uns der Vorgang der bakte- riellen Eiweißfäulnis ein ungefähres Bild liefern. Bei reichlicher Sauerstoffversorgung wird das Eiweiß von den Bakterien rasch bis zu Ammoniak, Kohlensäure und Wasser abgebaut. Tyrosin und Leucin entstehen nur vorübergehend in kleiner Menge, Indol und Skatol gar nicht. Bei mangelhafter Lüftung verläuft hingegen der Vorgang unter reichlicher Abspaltung von Kohlensäure aus den Aminosäuren, wobei Phenole, Phenol- säuren, Indol, Skatol, Methylmerkaptan als charakteristische Fäuhiisprodukte hervor- gehen. Große Lücken weisen die gegenwärtigen Kenntnisse vom Abbau der Fette im Atmungs- stoffwechsel auf. Die oxydativen Verände- rungen scheinen hier in frühen Stadien ein- zusetzen. Auch ist die Tatsache bemerkens- wert, daß sehr oft im pflanzlichen Stoff- wechsel vorübergehend reichlich Zucker und Kohlenhydrate erscheinen, in dem Maße wie das Fett verschwindet, und erst die Kohlen- hydrate der vitalen Verbrennung anheim- fallen. Ob jedoch die Zuckerbildung immer als intermediäres Stadium der Veratmung von Fett im Pflanzenkörper in Erscheinung treten muß, läßt sich heute nicht sagen. Daß Eiweißkörper und Aminosäuren durch Pflanzen reichlich veratmet werden, lehrt ohne weiteres ein Ernährungsversuch mit Bakterien oder Pilzen unter Ausschluß der Darreichung von Zucker. Hierbei wird regelmäßig reichlich Ammoniak abgespalten, und die Aminosäuren dürften zunächst in Oxyfettsäuren übergehen. Parallelversuche mit kombinierter Zucker- und Aminosäure- darreichung lehren bei Schimmelpilzen ohne weiteres, wie bedeutend das Wachstum und die Atmung gesteigert werden, wenn man der Aminosäure Zucker hinzufügt. Die Aminopropionsäure wirkt anscheinend am besten von allen anderen untersuchten Amino- säuren. Wenn Eiweißstoffc im Atmungs- stoffwechsel zerfallen, so werden immer zyklische Kohlenstoffverbindungen wie Ty- rosin, Prolin, Tryptophan zerstört, und man darf daraus den Schluß ziehen, daß auch der Benzolring und der Pyridinring in der vitalen Oxydation aufgespalten werden. Nach den vorliegenden Erfahrungen ist dies in ziemlich weitem Umfange möglich. Aspergillus n i g e r vermag nikotinsaure Salze auszu- nützen, und ebenso manche Pflanzen- alkaloide und Purinbasen. Die Oxydation einfachster Kohlenstoffverbindungen in der Sauerstoffatmung spielt besonders in den Ernährungsanpassungen der niederen Pflan- zenformen eine wichtige Rolle. So wird das Methan, das in der Natur als Produkt der milcrobischen Buttersäuregärung der Kohlen- hydrate und in verwandten Prozessen in weiter Verbreitung gebildet wird, von be- stimmten Bakterien reichlich verarbeitet. Ebenso sind Methylalkohol und Ameisen- säure für bestimmte Spaltpilzformen ge- eignete Stoffe zur Unterhaltung der Lebens- funktionen. Kohlenoxyd dürfte nach neueren Beobachtungen gleichfalls durch Mikroben verarbeitet werden, und nach P o 1 1 e r ist es nicht unwahrscheinlich, daß selbst Holz- kohle, Steinkohle und Torf bakterielle Um- setzungen unter Temperaturerhöhung und Kohlensäureentwickelung erleiden. Vieles auf diesem Gebiete ist allerdings noch un- sicher, und es steht besonders noch die Frage offen, wieweit gerade die Atmung bei den bakteriellen Umsetzungen einfachster Kohlen- stoffverbindungen eingreift. Aethylalkohol ist bereits als ausgezeichnetes Material für die vitale Verbrennung bekannt. Die Essig- bakterien oxydieren diesen Alkohol, solange sie reichen Vorrat davon haben, ohne Kohlen- säure abzuspalten bis zur Essigsäure. Sie sind jedoch auch dazu befähigt, die Essig- säure bis zu den Endprodukten der Oxyda- tion, Kohlensäure und Wasser zu verbrennen. 6. Die Ursachen der vitalen Ver- brennung in der Sauerstoffatmung auf- zuklären, stößt heute noch auf große Schwierig- keiten. Nur wenige jener Stoffe, die im Pflanzenkörper bei gewöhnlicher Temperatur leicht und reichlich bis zu den Endprodukten jeder Verbrennung kohlenstoffhaltiger Sub- stanzen zerfallen, neigen außerhalb der lebenden Zelle dazu ohne Anwendung hoher Temperatur oder energischer chemischer Mittel durch die Einwirkung des atmo- sphärischen Sauerstoffes in Kohlensäure und Wasser zu zerfallen, ja selbst ganz geringe Oxydation zu erleiden. Für die Chemie waren die Versuche von D ö b e r e i n e r (1828) ein wichtiger Ausgangspunkt für die 718 Atmunff der Pflanzen Erforschung der Oxydationen bei niedriger Temperatur. Die Physiologie verdankt dem Scharfblicke S c h o e n b e i n s die ersten Anregungen zur Erforschung der Oxydations- mechanismen in lebenden Zellen. Sowie die Verbrennung von Alkohol zu Essigsäure oder die Verbrennung von Schwefeldioxyd zu Schwefelsäure durch feinverteiltes Platin ohne Temperaturerhöhung relatir rasch ein- geleitet werden kann, so finden sich auch in den lebenden Zellen allgemein verbreitete Stoffe, die analog dem Platinmohr ,,kata- lytisch" Oxydationsvorgänge stark beschleu- nigen. Schoenbein machte zuerst auf eine solche Substanz im Gewebe von Hutpilzen aufmerksam, die für die rasche Bläuung der Bruchflächen mancher Boletus- arten verantwortlich zu machen ist. Die als Ursache der Blaufärbung anzusehende Sub- stanz ist nach neueren Erfahrungen ein phenolartiger aromatischer Stoff, das Boletol. Sie läßt sich leicht durch Alkohol in Lösung bringen, und Mefert haltbare Lösungen, die sich an der Luft nicht von selbst bläuen. Wohl aber gibt das Boletol mit Oxydations- mitteln, wie Superoxyden blaue Farben- reaktionen. Offenbar ist außer dem Boletol im Gewebe des Pilzes noch ein Stoff ent- halten, der den inorganischen Oxydations- mittehi analog wirkt, und „den Sauerstoff auf das oxydable Boletol überträgt". Dieser Stoff ist in Wasser löshch, verhert seine Wirksamkeit durch Erhitzen der Lösung auf 100 ", und verhält sich in jeder Richtung wie ein Enzym. Wir haben daher ein Eecht, hier von einem Oxydationsenzym oder einer Oxydase zu sprechen. Oxydasen, die sich ähnlich verhalten wie das genannte Pilzenzym, sind in den meisten Pflanzen- organen vorhanden. Zu ihrem Nachweise ist eine Emulsion von Guajakharz geeignet, die durch die Oxydation der in diesem Harze enthaltenen Guajakonsäure rasch blau wird. Viel angewendet wird ferner die Indophenol- probe. Das Indophenolreagens besteht aus einer verdünnten Lösung von 1 Aequivalent a-Naphthol, 1 Aequivalent p-Phenylendiamin und 3 Aequivalente Natriumkarbonat. Es wird durch oxydierende Mittel dunkelblau gefärbt. Das Reagens von Wurster be- steht aus einer alkalischen Lösung von Di- methyl- oder von Tetramethyl-p-Phenylen- diamin und gibt eine rote Farbenreaktion. Auch eine mit Wasserstoff in statu nascendi entfärbte Lösung von indigsulfosaurem Na- tron (Indigkarmin) läßt sich zum Oxydasen- nachweise gebrauchen. K a s 1 1 e s Reagens ist Phenolphthalin in alkahscher Lösung, das zu Phenolphthalein oxydiert wird. Andere Re- agentien sind das ,,Ursol D", das Blaufärbung gibt, und das Pyramidon. Spezielles Inter- esse hat die Untersuchung der fermentativen Oxydation von Tyrosin, das oft braune, als Melanine bezeiclmete Pigmente bei der Oxydation gibt, oder wenigstens aufhört, I die M i 1 1 0 n sehe Probe zu liefern, unter Auftreten einer starken reduzierenden Wir- kung auf ammoniakalische Silberlösung. j Mit Ausnahme des Tj' rosin zielen alle die genannten Reagentien nur auf einen einzigen Oxydasentypus hin, der meist als Phenolase oder L a c c a s e bezeichnet wird. Bertrand entdeckte das von ihm als Laccase bezeichnete Enzym im Milch- safte des japanischen Lackbaumes, R h u s V e r n i c i f e r a , wo es als die Ursache der rasch eintretenden Dunkelfärbung des Milch- saftes an der Luft zu betrachten ist. Laccase- artige Enzyme sind nun meist verbreitet in Blättern, Sprossen, Wurzeln und unter- irdischen Reservestoffbehältern der höheren Pflanzen, weniger in Blüten und Früchten. Nur in säurereichen Organen scheinen sie nicht vorzukommen. Da eine Reihe von inorganischen Oxydationsmitteln auf Guajak- emulsion und andere Oxydasenreagentien gleichfalls wirken, so ist es in jedem Falle nötig, die Existenz einer Laccase durch die Probe auf Kochfestigkeit zu bestätigen. Nur die beim Kochen unbeständigen oxy- dierenden Stoffe können den Phenolasen zu- gereclmet werden. Interessant ist das Vor- kommen von Mangan in der Asche von Phenolasepräparaten. Wegen der energisch oxydierenden Wirkung der Manganverbin- dungen darf man wohl annehmen, daß in diesen Fällen eine Manganverbindung als ,, Hilfsstoff" oder Coferment die Wirkung der Laccase unterstützt. Dies ist auch bei der Laccase im Milchsafte des Lackbaumes der FaU. Die laccaseartigen Oxydationsenzyme bläuen Guajakonsäure für sich allein. Es gibt nun außerordentlich verbreitet enzym- artige Stoffe in den Pflanzen, die für sich allein Reaktion nicht bewirken können, wohl aber sofort die Reaktion geben, wenn man etwas Wasserstoffperoxyd hinzufügt. C h 0 d a t und B a c h , die auf die Wichtig- keit dieser Erscheinung zuerst aufmerksam gemacht haben, unterschieden solche Oxy- dationsenzyme als Peroxydasen. Sie all3 haben ein Peroxyd als Hilfsstoff b;i der Sauerstoffübertragung nötig und bekunden ihre Fermentnatur dadurch, daß tie beim Erhitzen unwirksam werden, und daß sie eine streng spezifische Wirkung auf gewisse Stoffe besitzen. Nach den Untersuchungen von C h 0 d a t und Bach finden sich die Peroxydasen nur selten allein in Pflanzen- zcll^n, und werden von eigentünihchen hitzeunbeständigen Stoffen begleitet, die sdbst in verdünntem Alkohol unlöshch sind und die Eigenschaft haben, im Vereine mic der Peroxydase den Luftsauerstoff unter Bildung von per oxydartigen Verbindungen Atmune: der Pflanzen 719 aufzunehmen. Dies sind die 0 x y g e n a s e n. Für alle die genannten Enzyme bestehen noch manclie Bedenken. Fast scheint es sicher, daß ihre Wirlfungen im Pilanzenorganismus auch von nicht enzymatischen Oxydations- katalysatoren nicht selten ausgeübt werden. Damit kann man jene Fälle erklären, in denen Oxydationswirkungen auch nach Er- hitzen des Reaktionsgemisches nicht aus- bleiben. Die auf Tyrosin einwirkende T y r o - s i n a s e ist hingegen wohl in allen Fällen zu den echten Enzymen zu zählen. Dieses in Tier- und Pflanzenzellen weit verbreitete Enzjmi wirkt ohne Coferment, und hat einen entschiedenen Einfluß auf die Bildung von braunen Pigmenten im Organismus. Außer Tyrosin werden noch verschifdene stickstofffreie und stickstoffhaltige zyklische Kohlenstoffverbindungen von der Tyrosinase oxydativ abgebaut. Bii Pflanzen kann man die Melaninbildung namenthch nach dem Absterben der Zellen in Chloroformatmo- sphäre häufig konstatieren. Der chemische Mechanismus der Wir- kungen der erwälmten oxydierenden Enzyme läßt sich aus dem heutigen Stande der Forschung noch nicht hinreichend verstehen. Man neigt sich derzeit unter dem Eindrucke der chemischen Darlegungen von E n g 1 e r über die Oxydationsvorgänge und der Studien von C h 0 d a t und Bach über das Zu- sammenwirken von Peroxydasen und Oxy- genasen meist zu der Ansicht, daß bei den vitalen Oxydationen zunächst durch An- lagerung des freien molekularen Sauerstoffes Peroxyde als Intermediärprodukte entstehen, die den Sauerstoff an eine geeignete Sub- stanz, den ,,Acceptor", weitergeben. Wenn die Ansicht richtig ist, daß Bildung von Peroxyden und Regeneration der der- oxydbildenden Substanz unter Sauerstoff- abspaltung mit in den Mechanismus der vitalen Oxydationen gehört, so wäre es nicht ausgeschlossen, daß ein weit verbreiteter Stoff enzymartiger Natur, der energisch Hydroperoxyd in Wasser und Sauerstoff spaltet, mit zu den Enzymen der Atmung gehört. 0. L 0 e w , der zuerst das allgemeine Vorkommen des wasserstoffperoxydspalten- den Enzyms erkannte, nannte das Ferment Katalase. Katalase fehlt vielleicht keiner lebenden Zelle und es ist eine sehr empfindliche Lücke in unserem Wissen, daß so wenige Anhaltspunkte für eine Theorie von der physiologischen Bedeutung der Katalase sich bisher ergeben haben. Eine Schwierigkeit besteht insbesondere darin, daß Katalase auf organische Peroxyde wirkungs- los zu sein scheint, während sie auf Hydro- peroxyd so energisch einwirkt. Wasserstoff- peroxyd aber ist der herrschenden Auf- fassung nach in lebenden Zellen nicht vor- handen, so daß man für das allgemeine Vor- kommen der Katalase einen rechten Grund nicht anzugeben weiß. Die erwähnten Atmungsenzyme wirken sämtlich auf aromatische Kohlenstoffverbin- dungen, Derivate des Benzols, kräftig ein. In auffallendem Gegensatze zu der Reich- haltigkeit dieses Enzymtypus steht die Ergebnislosigkeit der Bemühungen, oxyda- sische Enzyme aufzufinden, die auf Fette, Kohlenhydrate oder andere physiolgisch wich- tige Stoffe aus der Reihe der aliphatischen Kohlenstoffverbindungen ihren Wirkungs- kreis erstrecken. Sicher den oxydasischen Enzymen zuzurechnen ist die Ursache der Oxydation des Aethylalkohols zu Essig- säure durch die Essigmikroben. Hier ist es bisher B u c h n e r und Meisen- h e i m e r allerdings nur gelungen „Dauer- präparate" von abgetöteten Essigbakterien zu erhalten, die Alkohol noch zu oxydieren vermögen, und eine Abtrennung des Enzyms von den Bakterienzellen ist noch nicht durch- geführt worden. Li den Preßsaft geht dieses Enzym nicht hinein. Da man aus dem tierischen Stoffwechsel Aldehyd zu Säure oxydierende Enzyme kennt, die A 1 d e h y - d a s e n , so wäre es nicht unmöglich, daß eine Aldehydase auch bei der bakteriellen Essigsäurebildung beteiligt ist. Dann hätte man aber auch an ein Enzym zu denken, das den Aethylalkohol zu Aldehyd oxydiert und mit der Aldehydase gemeinsam tätig ist. Fast gewiß zu erwarten hat man die Auf- deckung pflanzlicher Oxydasen, die die zyklischen Basen aus der Verwandtschaft des Purins oxydieren. Solche Enzyme spielen im tierischen Organismus bei der Ent- stehung und beim Abbau der Harnsäure eine wichtige Rolle. Angesichts dieser Sachlage bietet es keine geringen Schwierigkeiten, die Bezie- hungen von Atmungsenzyraen zu der Oxy- ration von Fetten und Kohlenhydraten zu verstehen. Ein bedeutungsvoller Schritt in dieser Richtung ist erst vor kurzem durch P a 1 1 a d i n unternommen worden. Daß verschiedene Pigmente in Tieren und Pflan- zen imstande sind, Sauerstoff locker zu binden und ihn auf anderweitige oxydable Stoffe zu übertragen, weiß man schon lange. Dies betrifft sowohl den roten Blutfarbstoff der Wirbeltiere, als das kupferhaltige blaue Blut- pigment mancher Mollusken, das Hämocyanin als auch verschiedene Bakterienpigmente, die in der analogen Weise nach den Unter- suchungen von Pfeffer Sauerstoff locker zu binden vermögen. Sodann ist von weit verbreiteten Pflanzenfarbstoffen vor allem das Karoten, der rotgelbe Farbstoff der Möhrenwurzel und seine Verwandtschafts- gruppe, als eine energisch Sauerstoff auf- nehmende Substanz zu nennen. P a 11 a d i n 720 Atinuns: der Pflanzen hat nun das Augenmerk darauf gelenkt, daß die bekannte Erscheinung, daß Pflanzen nach dem Absterben eine dunkle Farbe an- nehmen, gleichfalls mit der Sauerstoff- aufnahme durch Farbstoffbildner in Zu- : sammenhang gebracht werden könne. Sehr leicht läßt sich diese postmortale Dunkel- färbung nachweisen, wenn man die Pflanzen in Chloroformdampf in geschlossenen Ge- fäßen einige Zeit aufbewahrt. Besonders die Milchsaft führenden Pflanzen, viele Tubifloren, Rubiaceen, Compositen, dann Liliaceen und Orchideen zeigen diese Er- scheinung. Die in Betracht kommenden Chromogene sind sehr verschiedener Natur; sie gehören jedoch, soweit man sie verfolgt hat, immer in die Reihe der zyklischen Kohlenstoffverbindungen. Auch das Tyrosin sowie das Pflanzenindikan, die Muttersub- stanz des Indigofarbstoffes müssen zu diesen ,,Atmungschromogenen" gezählt werden. Daß bei dieser Pigmentbildung die uns bereits bekannten Oxydasen die maßgebende Rolle spielen, ist wohl nicht zu bezweifeln. P a 1 - 1 a d i n s Hypothese geht nun darauf hinaus, daß die Atmungschromogene auch im Leben in den Pflanzengeweben durch die Ver- mittelung der auf aromatische Stoffe wirk- samen Phenolasen und Peroxydasen Sauer- stoff binden und ihn an Oxydationsmate- rialien so rasch abgeben, daß es zu einer merk- lichen intravitalen Farbstoffbildung gar nicht kommt. Durch eine solche Hypothese würde die weite Verbreitung von Phenolasen und von aromatischen Chromogenen in den Pflanzengeweben dem Verständnisse näher gebracht werden. Was mit dem an die Chromogene vorüber- gehend gebundenen Sauerstoff in der lebenden Zelle weiter geschieht, sagt uns aber auch P a 1 1 a d i n s Hypothese nicht. Das wich- tigste Oxydationsmaterial der lebenden Zelle, die gärungsfähigen Zucker arten, könnten primär ohne Sauerstoffaufnahme durch zymaseartige Enzyme in Kohlensäure und ein unbekanntes Spaltungsprodukt, welches mit Aethylalkohol meist nicht identisch zu sein scheint, zu zerfallen. Die Oxydation würde erst bei diesem Spaltungskörper ein- setzen. Vielleicht entstehen aber organische Säuren, wie Weinsäure, Oxalsäure auf dem Wege über Glukonsäure und Glukuronsäure aus dem Zucker, unter sofortiger Oxydation der endständigen Aldehyd- und Älkohol- gruppen. Hier lassen uns die empirischen physiologischen Kenntnisse noch völlig im Stiche. Ebenso ist die vitale Oxydation der Fette noch ein durchaus unberührtes Problem. II. Die anaerobe Atmung. Die anaerobe Atmung umfaßt unter diesem, dem ursprünglichen Sinne des Wortes Atmung nach eine contradictio in adjecto darstellenden Titel alle Vorgänge der Be- schaffung von Energie zu Zwecken des Be- triebes des Zellebens, die ohne Zwischen- treten des freien Luftsauerstoffes erfolgen. Im chemischen Sinne laufen sehr viele der anaeroben Atmungsvorgänge auf eine Reduk- tion von organischen oder auch inorganischen Sauerstoffverbindungen hinaus. Man kann deswegen in diesen Fällen von einer Re- sorption chemisch gebundenen Sauerstoffes sprechen. Andere anaerobe Atmungsvor- gänge, wie der Zerfall des Zuckers in der Alkoholgärung zu Kohlensäure und Alkohol oder die Milchsäuregärung des Zuckers haben mit einer Sauerstoffaufnahme über- haupt nichts zutun, sondern sie vermitteln Energiegewinn durch Spaltung auf nicht oxydativem Wege. Seit P a s t e u r 1861 die Möglichkeit des anaeroben Lebens zu- erst nachgewiesen hat, lernte man sowohl Formen von Lebewesen kennen, die dem ,, Leben ohne Sauerstoff" strikte angepaßt sind und zugrunde gehen, wenn sie aus einer Kultur unter Abschluß des Sauerstoffes in sauerstofffreiem Medium plötzlich an die normale Atmosphäre gebracht werden, als auch solche, die jederzeit einen Wechsel zwischen sauerstoffireiem bezw. sehr sauer- i stoffarmem Medium und dem Zutritte von ' gewöhnlicher Luft vertragen. Jene hat man sich gewöhnt als obligate Anaero- bio n t e n zu bezeichnen, diese als f a k u 1 - tativ an aero bische Lebewesen. Die fakultative Anaerobiose wies schon P a s - t e u r für die Hefe nach. Streng obligate Anaerobionten hat man später in den Rausch- i brand- und Tetanusbakterien und anderen ; patbogenen Formen, sowie in Granulo- b a c t e r b u t y 1 i c u m kennen gelernt. In neuerer Zeit wird häufig der Ausdruck ,,Anoxybiose" statt Anaeroliiose gebraucht. Die Befähigung zum an aeroben Leben erkennt man bei Mikrobenkulturen häufig 1 bereits daran, daß die Bakterien in der ganzen Länge des Impfstiches der Reagens- rohrkultur wachsen, und nicht nur an der Oberfläche wie die obligaten Aeroben. Bei Pilzen sieht man Wachstum von unter- getauchten Sproßmyzelien als Zeichen an- aeroben Wachstums. Die Hefe wächst ' in manchen Rassen bekanntlich sehr lebhaft am Grunde der Gärbottiche. Im übrigen hat man bei der Prüfung auf Anaerobie dafür zu sorgen, daß die Entwickelung bei möglichst vollständigem Luftabschlüsse er- folgt. In vielen Fällen genügt es, den Kultur- j räum mit Hilfe der Wasserstrahl-Luftpumpe I möglichst zu evakuieren und die Luft durch sehr reinen Stickstoff oder Wasserstoff zu ersetzen. Kommt es darauf an, auch Spuren von Sauerstoff längere Zeit hindurch fern- i zuhalten, so müssen die Kulturen in einer Atmung der Pflanzen f21 runden flachen Glaskanimer (Fig. 3) angelegt werden, die beiderseits einen Glasroliransatz trägt, der zum Zusclimelzen nach voll- zogener Evakuierung mit der Oel-Luftpumpe dient. Bezüglich der Technik anaerober Versuche wie Ersatz des Luftsauerstoffes durch andere indifferente Gase, Verwendung der Luftpumpe zur Entfernung der atmo- sphärischen Luft aus dem Kulturräume, Kulturgefäße, ferner bezüglich der ünter- D Fig. 3. suchung und des Nachweises der Stoffwechsel- produkte im anaeroben Leben, können Einzelheiten nicht in unserer Darstellung Kaum finden. Das Wissenswerteste hierüber ist in den im Literaturanhange erwälmten Arbeiten von P a 1 1 a d i n und K o s - t y t s c h e w , sowie von S t o k 1 a s a ent- halten. Um bei Unterrichtsdemonstrationen anschaulich die Möglichkeit des Wachstums von Bakterien in einem äußerst sauerstoff- armen, praktisch Sauerstoff freien Medium vorzuführen, fülle ich einen dickwandigen Glaskolben oder eine Druckflasche nach L i n t n e r bis zum oberen Teile des Halses mit Bakteriennährlösung (5% Rohrzucker, 3% Pepton Witte, 1% Fleische xtrakt, neu- tralisiert), impfe mit einem Stückchen der Samenschale von Gartenbolmen oder Puff- bohnen, und füge soviel Lösung von Indig- karmin hinzu, daß die Flüssigkeit dunkelblau wird. Kun wird die Flasche mit einem Kautschukstopfen fest verschlossen und bleibt 1 bis 2 Tage lang im Brütschranke bei 25 bis .30 " stehen. Nach Verlauf dieser Zeit ist das Lidigkarmin durch die sich massenhaft entwickelnden anaeroben Bakterien sicher vollständig reduziert imd entfärbt. Wenn man den Flascheninhalt sodann langsam in ein Becherglas ausgießt, so färbt sich die Lösung sofort grünlichblau und nach kurzer Zeit dunkelblau durch die Reoxvdation an der Luft. Die reichlichen Flocken, die die Lösung trüben, bestehen aus Buttersäure- gärungsmikroben. Als R e d u k t i 0 n s a t m u n g kann man alle Prozesse zusammenfassen, die zur Energiegewinnung in lebenden Organis- men unter Reduktion von sauerstoffhaltigen Verbindungen führen, ohne Bedarf an freiem Luftsauerstoff. Auch hier gibt es eine Ver- atmung inorganischer Stoffe, sowie eine Reduktionsatmung auf Kosten von orga- Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Band I nischen Stoffen. Vitale Reduktion inorga- nischer Stoffe kennt man vor allem von den Bakterien, die Sulfate zu Schwefelwasserstoff reduzieren. Solche Mikroben sind in Graben- schlamm, Aestuarien, überhaupt überall ver- breitet, wo reichlich Sulfat unter geringem Luftzutritt dargeboten wird. Andere Mikroben reduzieren im anaeroben Leben Nitrate. Manches spricht dafür, daß Reduktions- enzyme, Reduktasen oder Hydroge- nasen, bei den vitalen Reduktionsprozessen als Katalysatoren wirksam sind. Außer Schwefelwasserstoffbildung aus Sulfaten eignet sich auch die Abscheidung von schwar- zem kolloidalen Tellur aus tellurigsaurem Salz gut zur Demonstration von vitalen Reduktionsvorgängen bei Mikroben. Die vitale Recluktion von Kohlenstoff- verbindungen läßt sich besonders leicht durch das Hinzufügen von reduzierbaren Farbstoffen, die ungefärbte ,,Leukoprodukte" liefern, zu Kulturen anaerober Bakterien verfolgen. Da Chloroform oder Toluol- zusatz den Entfärbungsvorgang nicht hemmt, so hat man wohl an Reduktionsenzyme zu denken, durch deren Vermittelung die vitale Reduktion geschieht. Unter den in der an- aeroben Atmung verwendbaren organischen Verbindungen nimmt der Zucker weitaus den ersten Rang hinsichtlich der Eignung ein, und für viele Mikroben ist das anaerobe Leben an die Darreichung von Zucker eng gebunden. Doch fehlt es nicht an merk- würdigen Stoffwechselanpassungen, in denen sehr einfach gebaute Kohlenstoffverbin- dungen der vitalen Reduktion anheimfallen. Das Bacterium formicicum vergärt im anaeroben Stoffwechsel reichlich ameisen- sauren Kalk zu Calciumkarbonat, freier Kohlensäure und Wasserstoff. Man kennt sodann anaerobe Verarbeitung von Milch- säure, Glyzerin und Weinsäure durch Bak- terien. Die Zuckerarten werden meist unter so reichlicher Bildung von Buttersäure durch anaerobe Bakterien konsumiert, daß man von B u 1 1 e r s ä u r e g ä r u n g zu sprechen pflegt. Die entstehende Säure ist Normalbuttersäure. Doch ist es nicht aus- geschlossen, daß gelegentlich kleine Mengen von Iso buttersäure formiert werden. Die neben Buttersäure reichlich auftretenden gasförmigen Produkte sind Kohlensäure und Wasserstoff. Bei Bakterien ist die Butter- säuregärung des Zuckers weitaus der ge- wöhnlichste anaerobe Prozeß. An die mikrobische Buttersäuregärung des Zuckers reiht sich direkt die anaerobe Verarbeitung von Kohlenhydraten vor allem der Zellulose, durch Bakterien an. Der primäre Vorgang ist hier jedenfalls die enzymatische Spaltung der Zellulose zu Traubenzucker und daran dürfte sich in der Regel die gewöhnliche Buttersäuregärung anschließen. Doch "wnirde 46 722 Atmimg der Pflanzen durch Omelianski außer der Butter- säure und Wasserstoff liefernden anaeroben Zellulosegärung noch ein zweiter mikro- bischer Prozeß aufgedeckt, wo nur wenig Buttersäure, aber viel Essigsäure und Methan entstehen. Bei dieser ,, Methangärung" der Zellulose dürfte das Methan aus der inter- mediär gebildeten Essigsäure durch Kohlen- säureabspaltung entstehen. Nicht alle Butter- säur egärungsmikr oben sind zu der Ver- arbeitung von Zellulose befähigt. Es gibt ferner eine anaerobe Butylalkoholgärung. Verschiedene Bakterien bilden anaerob aus Zucker oder Glyzerin viel Butylalkohol. Bei höheren Pilzen und bei den Blüten- pflanzen scheint Buttersäuregärung des Zuckers gar nicht vorzukommen. Die zweite Form der anaeroben Atmung besteht in der Gewinnung von Energie für die Vitalprozesse aus Spaltungen komplexer Verbindungen ohne Zwischentreten des freien Luftsauerstoffes. Hier kommen anaerobe Ausnützungen inorganischer Verbindungen gar nicht in Betracht. Ausschließlich orga- nische Verbindungen eignen sich zum an- aeroben Umsätze chemischer Energie in andere Energieformen in den pflanzlichen Lebensvorgängen. Unter den organischen Verbindungen, die hier eine Rolle spielen, herrscht die anaerobe Verarbeitung des Zuckers so bedeutend vor, daß die Er- forschung der an aeroben Spaltungsatmung anderer Kohlenstoffverbindungen noch sehr wenig in Aufnahme gekommen ist. Die meisten Bakterien, soweit sie nicht zu den Butter säuremikroben gehören, verarbeiten Zucker anaerob zu Milchsäure. Die Milch- säuregärung ist aber kein obligat anaerober Vorgang, sondern sie tritt sowohl bei Luft- zutritt wie bei Luftabschluß ein. Die Milch- säuremikroben sind teils obligat aerob, teils fakultativ anaerob, doch wohl nie obligate Anaerobionten wie die Buttersäuremikroben. Walu-scheinlich spielt bei der Milchsäure- gärung ein von den Bakterien produziertes Endoenzym als zuckerspaltendes Agens oder als Katalysator eine Rolle, Wenigstens konnten B u c h n e r und Meisen- h e i m e r aus dem Bacillus Del- brück i i Leichm. ein Azetondauerpräparat herstellen, das aus Zucker Milchsäure bildete. Auch Herzog konnte über positive Be- funde zugunsten eines Milchsäure bildenden intrazellulären Enzyms berichten. Im Pflanzenreiche scheint die Befähigung zur Milchsäuregärung des Zuckers auf die Bak- terien eingeschränkt zu sein, während die Milchsäurebildung im tätigen Tiermuskel uns zeigt, daß die Verbreitung dieser Art der Zuckerspaltung bei den Tieren ganz allgemein ist. Doch hat auch hier die Milch- säuregärung nicht den Charakter einer An- passung zur anaeroben Energiegewinnung, wie es bei den Bakterien so häufig der Fall ist. Die bis in die neueste Zeit immer wieder behauptete anaerobe Verarbeitung von Man- nit durch höhere Pilze, wobei diese Substanz Alkohol, Kohlensäure und Wasserstoff liefern sollte, hat sich in einer genauen Ueber- prüfung der Angelegenheit durch K o s t y - t s c h e w als eine Täuschung durch ein- gedrungene Buttersäuremikroben erwiesen. Hingegen sind die Blütenpflanzen und die höheren Pilze vielleicht allgemein im anaeroben Stoffwechsel zur Alkoholgärung des Zuckers befähigt. Schon im gewöhnlichen aeroben Leben fehlen kleine Alkoholmengen vielen Pflanzenorganen, wie Früchten, Keim- lingen, Baumzweigen, nicht. Bei Luft- abschluß ist es relativ sehr leicht, die reich- liche Bildung von Alkohol und Kohlensäure durch keimende Samen oder Früchte nach- zuweisen. Die eingehenden Ermittelungen von G 0 d 1 e w s k i und Polszeniusz haben erwiesen, daß die produzierten Ge- wichtsmengen von Allcohol und Kohlen- säure sehr gut den theoretischen Zahlen entsprechen, die sich aus der Alkohol- gärungsgleichung berechnen lassen: 100 Kohlensäure und 104,5 Alkohol. Schließlich dürfte nach den Arbeiten von S t o k 1 a s a und von P a 1 1 a d i n kaum daran zu zweifeln sein, daß die anaerobe Zuckerspaltung in Blütenpflanzen durch eine Zymase ver- mittelt wird, analog der Alkoholgärung durch Hefe. An der Intensität der Alkohol- gärung durch M u c 0 r und andere Pilze mit der Hefegärung ist wohl niemals gezweifelt worden. Ebenso steht es für M u c o r fest, daß diese Pilze unbegrenzt lange Zeit unter Sauer Stoffabschluß in Zuckerlösung vege- tieren können, gerade wie Hefe, und ihren Gesamtbedarf an Betriebsenergie durch die Alkoholgärung decken. Anders verhält es sich mit den Blüten- pflanzen. Früchte und auch keimende Samen können zwar wochenlang unter Sauer- stoffabschluß kultiviert werden, ohne daß Absterben eintritt, auf Kosten der intra- molekularen Atmung, die wesentlich hier mit Alkoholgärung zusammenfällt. Allein schließlich treten doch Verhältnisse in der Ernährung ein, die dem Leben der Pflanzen ein Ende machen. Man darf also die an aerobe Atmung hier nur als temporären Ersatz der Sauerstoffatmung betrachten, nicht aber als i physiologisch vollwertiges Aequivalent des aeroben Lebens, wie etwa bei Hefe. In der Tat ist bei den höheren Gewächsen die Befähigung zur anaeroben Atmung in recht verschiedenem Grade ausgeprägt. Die Plas- raaströmung in den Zellen von Ohara ["kann wochenlang unter Abschluß von Sauer- stoff andauern, und Sonnenblumenkeimlinge können fast 48 Stunden bei ganz geringen Atniune,- der Pflanzen — Atonilelire 723 Sauerstoffspuren noch "Wachstum zeigen. Doch stellen Keimlinge von Brassica bei 3 mm Luftdruck das Wachstum völlig ein. Da die Darreichung von Zuckerlösung das anaerobe Wachstum von Keimlingen bedeutend unterstützt, so ist wohl nicht daran zu zweifehl, daß auch hier die Alkohol- gärung Betriebsenergie liefert. So dürfte wohl bei höheren Pflanzen in verschieden hohem Maße die Befähigung verbreitet sein, durch Spaltung des Zuckers in Alkohol und Kohlensäure die zum Leben nötige Be- triebsenergie wenigstens auf einige Zeit auch ohne Zwischentreten des Luftsauerstoffes durch an aerobe Atmung zu gewinnen. Literatur. W. Pfeffer, Pflanzenphysiologie, II. Avfl., Leipzig 1897, Bd. 1 S. 521. — L. Jost, Vorlesungen über Pflanzenphysiologie, II. Aufl., Jena 1908 S. 218. — F. Czapek, Biochemie dtr Pflanzen, Jena 1905, Bd. II S. 368. — Ueber Oxydasen: Bach, Neuere Arbeiten an f dem Ge- biete der pflanzl. und tierischen Oxydasen und Peroxydasen. Biochem. Zenlratblatt, Bd. 9 S. 1, 1909. — E. I). Clark, The Plant Oxidases, Dissertation of Columbia JJniversity, Neiü York 1910. — Atmungsmechanik: W. Palladin, Ueber das Wesen der Pflanzenatmung , Biochemische Zeitschrift, Bd. 18 S. 151, 1909. — F. Czapek, Die Atrnung der Pflanzen, Ergebnisse der Physio- logie von As her und Spiro, IX Jahrg. 1910, S. 587. — Methodik: W. Palladin nnd S. Kostytschew, Methoden zur Bestimmung der Atmung der Pflanzen . In Abder haldens Handbttch der biochem. Arbeitsmethoden, Bd. III S. 479, Berlin- Wien 1910. — J. Stoklasa, Methoden zur Bestimmung der Exkrete bei der Atmung der Bakterienzelle. In Abderhaldens Handbuch der biochemischen Arbeitsmethoden, Bd. III S. 516. 1910. F. Czapek. Atomlehre. 1. Atombegiiff. 2. Die Erhaltung des Stoffes. 3. Der sogenannte reine Stoff. 4. Das Gesetz der „konstanten" und „multiplen" Proportionen. 5. Bestimnnmg und Wahl der Verbindimgsge- wichte. 6. Das Aequivalentgeuicht. 7. Darstel- lung der Tatsachen durch den Atombegriff. 8. Atomkonstanten. I. Atombegriff. Das Wort Atom (./to«o. unzerschneidbar) bedeutete in früheren Zeiten einen philosophischen Begriff. Li die Ent- wickelung der chemischen Wissenschaft ist dieser vor etwas mehr als 100 Jahren durch John Dalton eingeführt worden und hat dadurch einen definierbaren und dem Fort- schritte der Kenntnis entsprechend etwas variablen Inhalt bekommen. Das Wort be- zeichnet heute einen Stoffteil von außer- ordentlich geringer Raumerfüllung, dem be- stimmte Eigenschaften zugeschrieben werden, die nur dann vorhanden sind, wenn dieser Teil unverletzt ist, und verschwinden oder sich wesentlich ändern würden, wenn er zerstört würde. Daß eine solche Zerstörung unmöglich sei, war die Voraussetzung der Konzeption dieses Begriffes, die der Tatsache der Unveränderlichkeit gewisser Eigenschaf- ten der Stoffe entsprach. Diese Eigenschaften waren und sind wesentlich mechanischer Natur, und dieser Umstand ist es, welcher die aus philosophischen Gründen stets vorhanden gewesene und in unserer Zeit sich sehr stark betätigende Tendenz begünstigt, alle Natur- erscheinungen auf mechanische Erscheinun- gen zurückzuführen. Die Annahmen über Eigenschaften der Atome erstrecken sich demnach auf ihre räumliche Erscheinung, d. h. ihren äußeren und, in unserer Zeit, auch ihren inneren Bau, auf ihre Konfiguration, d, h. gegenseitige Lage, und ihre B ew egu ngs- zu stände. Innerer Bau und Bewegungs- zustand entsprechen wesentlich Erscheinun- gen, welche in der Physik besprochen werden müssen (Liehterscheinungen , Elektrizität, kinetische Theorie der Gase) , dagegen wählt man die Annahmen über äußere Er- scheinung und gegenseitige Lage wesentlich im Hinblicke auf chemische Tatsachen. Sehr wesentlich ist bei der ganzen Vor- stellung die Annahme der enormen Kleinheit, denn diese führt zu der Folgerung, daß endlich große, sichtbare Stoffstücke aus ungeheuer vielen Atomen zusammengesetzt sind und daher die Regeln der Wahrscheinlichkeits- rechnung Anwendung finden können. Für die Chemie ist der Atombegriff und der mit ihm aufs engste verknüpfte Begriff der Molekel (vgl. den Artikel ,,Mole- kularlehre") darum sehr wichtig, weil er einö außerordentlich anschauliche Vorstellung (,,mechanische Erklärung") gros- ser Komplexe von Tatsachen und gesetz- mäßigen Beziehungen und weiterhin die heuristisch wertvolle und oft erfolgreiche Anwendung des Analogieschlusses zur Ent- deckung neuer Beziehungen erlaubt. Die wichtigsten Tatsachen, die man mit Hilfe des Atombegriffes darzustellen pflegt, sind im folgenden behandelt. 2. Die Erhaltung des Stoffes. Bei allen Umwandlungsvorgängen, natürlichen wie künstlichen im Laboratorium und der Tech- nik, bleibt die Gesamtmasse aller beteiligten Stoffe, entstehender wie verschwindender, konstant. Dieser Satz, auch das Gesetz von der Erhaltung der Materie genannt, ist der Ausdruck der Tatsache, daß an einem be- liebigen Orte der Erdoberfläche das Total- gewicht der miteinander in Reaktion treten- denStoffe gleich dem der daraus entstehenden Stoffe ist, falls man den Vorgang in einem völlig geschlossenen Gefäße verlaufen läßt. Denn wenn man das Gewicht durch die von Ort zu Ort wenig aber merklich variie- 46* 724 Atüiiilehro rende Gravitationskonstante dividiert , so erhält man, wie die Mechanilc lehrt, die von den äußeren Umständen nicht abhängende Größe der Masse. Die experimentelle Prüfung dieses Fun- damentalsatzes erfordert eine sehr subtile Versuchsanordnung und Berücksichtigung von oft sehr wenig geahnten Fehlerquellen. | Sie ist in den letzten 20 Jahren durch ver- [ schiedene Gelehrte, am sorgfältigsten und ausführlichsten durch Hans Landolt, vor- genommen worden und hat mit der bisher erreichbaren Genauigkeit (etwa 0.00000001 der Gesamtmasse) die Bestätigung ergeben. Zur Demonstration eignen sich besonders Reaktionen, die ohne Gasentwickelung und mit möglichst geringer Temperaturänclerung verlaufen und eine Farbänderung oder eine Fällung ergeben. Ein passendes Gefäß zeigt die Figur 1. Es wird von a aus gefüllt, Fig. 1. je eine Lösung nach b und nach c; dann ver- schließt manamöghchst dicht (Zuschmelzen), wägt, kehrt das Gefäß um und wägt Avieder. 3. Der reine Stoff. Durch die prä- parative Arbeit langer Zeiten ist ein weiterer wichtiger Begriff begründet worden, der des reinen Stoffes oder des chemischen Individuums. Man kann Stoffe von mehr oder weniger gleichen Eigenschaften auf sehr ver- schiedenen Wegen erhalten, und je sauberer und sorgfältiger man arbeitet, desto geringer werden die Verschiedenheiten der erhaltenen Endprodukte. So kann man das feste Chlor- silber folgendermaßen gewinnen: 1. Durch Auflösen von Silber oder Silberoxyd in Sal- petersäure und Zufügen von Salzsäure oder Chlorkalhim oder Eisenchlorid. 2. Durch Ver- brennen von Silber in Chlorgas, 3. Durch Glühen von Silberchlorat, wobei Sauerstoff weggeht. 4. Durch Schütteln von festem Silbersulfat mit Kaliumchloridlösung. Die in diesen ausgewählten Beispielen angeführ- ten Reaktionen verlaufen niemals vollständig der Art, daß die Ausgangsstoffe völlig ver- braucht werden. Ferner treten „Neben- reaktionen" verschiedenster Art auf, die zu anderen als dem gewünschten Stoffe führen; und die Reste der Ausgangsstoffe, sowie die im Laufe des Vorganges außer dem Chlor- silber entstandenen Stoffe, die durch Hilfs- operationen wie Auswaschen, Filtrieren, Trocknen usw. entfernt werden sollen, lassen sich erfahrungsgemäß nie vollständig so weit entfernen, daß durch kein analytisches Ver- fahren eine Spur davon mehr nachweisbar bliebe. Das Gleiche gilt von den Ausgangs- stoffen, die für jeden dieser Prozesse ver- wendet werden. Ferner erleiden viele Prä- parate durch irgendwelche bei ihrer Gewin- nung vorgenommene Operationen wesent- liche Veränderungen (instabile Stoffe). Dem- zufolge weichen alle Proben von Chlorsilber mehr oder weniger merklich voneinander ab. Je nach dem Stande der experimentellen Technik lassen sich solche Differenzen ver- ringern, und zwar so weit, daß sie praktisch nicht mehr von Belang sind. Da dieses Ziel sieh an verschiedenen Stoffen nicht gleich leicht erreichen läßt, so zeigt die theoretische Betrachtung dieser Verhältnisse wesentliche Unterschiede. Berthollet (um 1800) betonte nachdrücklich die praktische und theoretische Unmöglichkeit der Darstel- lung eines „völlig reinen" Stoffes, d. h. die Unmöghchkeit, einen Stoff mit völlig gleichen chemischen Eigenschaften nach Beheben zu gewinnen, dagegen vertrat Proust die Anschauung, daß, wenn die Unreinheit praktisch nicht in Betracht kommt, ein Stoff als ideal rein angesehen werden soll. Da die Ansicht Prousts wegen der Häufig- keit der Fälle, in denen sie brauchbar war, sich durchgesetzt hat, so ist man zur Aner- kennung des Begriffes vom „chemischen In- dividuum" gekommen, unter dem man einen solchen ,, völlig reinen" Stoff versteht. Es darf aber nicht etwa behauptet werden, daß Berthollets Ansicht ,, falsch" gewesen sei, denn es handelt sich um eine Frage der Zweckmäßigkeit. Hätte die Chemie sich wesenthch mit Harzen und Oelen statt mit Salzen, oder mit Stoffen wie Phosphorwolf- ramsäure statt mit Chlorkalium beschäftigt, so wäre wohl damals wenigstens Berthollet Sieger geblieben. In Fällen, wo es auf hochgradige Reinheit der Stoffe ankam, wie bei den Atomgewichtsbestimmungen (s. u.), ist auch gelegentlich diese klassische Streitfrage wieder erörtert worden, und einer der klarsten Köpfe und der besten Experimentatoren, die die Geschichte der Chemie kennt, Marignac, hat zur Er- klärung experimenteller Differenzen sehr mit siecht auf die Unmöglichkeit der Ge- winnung „reiner" Stoffe hingewiesen. 4. Das Gesetz der , .konstanten" und ,, multiplen" Proportionen. Jedenfalls ge- hört dieser Idealbegriff^) jetzt zu den wesent- Uchen Annahmen der Chemie; er verlangt 1) Es ist hierbei imter einem ,, Stoffe" stets ein sogenannter homogener Stoff zu verstehen, d. h. ein solcher, dessen Eigenschaften dmch seine ganze blasse hindurch sich gleich bleiben. Atuiulehn 725 mit Notwendigkeit die Anerkennung des Schlusses, daß, wenn ein Objekt als ,, reiner Stoff" oder ,, chemisches Individuum" be- trachtet werden darf, die relativen Mengen der Stoffe, die man erhält, wenn man ihn zerlegt, d. h. in andere Stoffe ohne Hinzutritt fremder Stoffe umwandelt, in einem unveränderlichen für ihn charakteristischen Verhältnisse zu- einander stehen. Man nennt diesen Satz das Gesetz der konstanten Proportionen und zieht zu seiner Ergänzung den später zu erörternden Satz von den multiplen Pro- portionen heran. Ein Stoff, der in solcher Weise in andere zerlegt werden kann, wird eine ehemische Verbindung genannt, die Teilprodukte seine Bestandteile. Man kann die Zer- legung so weit treiben, bis man zu den Ele- menten kommt (vgl. den Artikel „Che- mische Elemente"). Der Satz von den konstanten Proportionen läßt sich dann so aussprechen: „Die Masse einer Verbin- dung ist gleich der Summe der Mas- sen ihrer Elemente. Die Verhältnisse, nach denen die Elemente die Ver- bindung bilden, sind konstante, durch kein Mittel veränderliche Grös- sen. Wenn eine Verbindung aus den Ele- menten A, B, C in den Verhältnissen a:b:c entsteht, und eine andere aus A, B, D, so gelten für diese die Verhältnisse a:b:d, d. h. für beide bestellt zwischen A und B das unveränderliche Verhältnis a:b, gleich- gültig, welche Verhältnisse zwischen ihnen und C oder D bestehen. Drückt man alle diese Größen in derselben Einheit aus, etwa in Gramm, so heißt a das Verbindungsgewicht (oder Molargewicht) von A, b das von B, c das von C usw. Statt der Elemente kann man auch Teilverbindungen betrachten (etwa Chlorkalium als Teilverbindung des aus Kalium, Chlor und Sauerstoff bestehenden Kaliumchlorates); dann ist deren Verbin- dungsgewicht natürlich gleich der Summe der Verbindungsgewichte ihrer Elemente. Mit diesen relativen „Verbindungsgewichten" treten die Elemente auch in andere Ver- bindungen ein. Der Satz von den multiplen Propor- tionen besagt dagegen, daß ein Element nicht nur mit dem eben charakterisierten Verbin- dungsgewichte auftreten kann, sondern auch mit einem ganzzahligen Vielfachen da- von, und zwar gehört dazu als wesentliche Ergänzung, daß dieser zum einfachen Ver- bindungsgewichte hinzutretende Faktor eine kleine Zahl ist, also nicht etwa 100 oder 1000, denn dann würde die analytische Genauigkeit nicht mehr ausreichen, um die Zahl festzu- stellen (etwa zwischen 100 und 101 zu unterscheiden) und somit der Beweis nicht geführt werden können, daß das Zahlenver- hältnis ganzzahlig ist. Bei den anorganischen Stoffen handelt es sich meist um Zahlen, die 10 nicht überschreiten. Der experimentelle Nachweis dieser von T. Bergman, J. B. Kichter, J. Dal- ton, J. H. Wollaston aufgestellten Sätze bildet den Inhalt der umfangreichen Literatur über Bestimmung der Verbindungsgewichte (mit Rücksicht auf die Atomenlehre meist Atomgewichte genannt), deren bedeutendste Autoren J. Berzelius, J. Ch. Galissard de Marignac, J. S. Stas und in der Gegen- wart Th. W. Richards sind. Bevor davon die Rede sein kann, muß noch die zu wählende Einheit definiert werden. Als solche gilt das Verbindungs- gewicht eines idealen, nicht existierenden Elementes, das dadurch charakterisiert ist, daß dieses Verbindungsgewicht genau 16mal so klein ist wie das des Sauerstoffes. Diese Zahl ist nahe gleich dem Verbindungsgewicht des Wasserstoffes, das in früheren Zeiten als Einheit gedient hat, die jetzt aber aus praktischen Crründen verlassen worden ist. 5. Bestimmung und Wahl der Ver- bindungsgewichte. Die Wahl der Bezugs- einheit mit Rücksicht auf den Sauerstoff hat ihren Grund darin gehabt, daß dieses Element außerordentlich viele Verbindungen bildet und folglich in sehr vielen Verhältnis- bestimmungen auftritt, sowie auch eben dadurch solche Elemente, die nicht gemein- sam in gut zu untersuchenden Verbindungen vorkommen, indirekt aufeinander zu be- ziehen erlaubt. Die gegenwärtige Grundlage des ganzen Systems der Verbindungsgewichte wird von den Elementen Sauerstoff, Stick- stoff, Silber und Chlor gebildet, weil so die genauesten Messungen und Berechnungen ermöglicht werden. Sauerstoff und Stickstoff. Für den Vergleich zweier Gase gibt es nicht nur die Möglichkeit der Zerlegung (falls sie keine Elemente sind) und quantitativen Analysie- rung aller ihrer einzelnen Bestandteile, wie das bei festen und flüssigen Stoffen geschehen muß, sondern auch die der Verwertung des auf die Entdeckungen von Boyle, Cray- Lussac, Dalton n. a. begründeten Satzes, daß von verschiedenen Gasen, wenn sie sich im sogenannten idealen Gaszustande be- finden, unter gleichem Drucke und gleicher Temperatur gleiche Volumina solche Mengen enthalten, daß diese genau im Verhältnisse der Verbindungsgewichte stehen (Prinzip von Avogadro). Man kann demnach das Verhältnis von Stickstoff zu Sauerstoff da- durch bestimmen, daß man ihre Mengen unter den eben geschilderten Bedingungen ver- gleicht (meist durch Wägung), "wobei noch Korrekturen für die Abweichungen vom idea- len Gaszustande anzubringen sind. Ebenso kann man gasförmige Stickstoffverbindungen des Sauerstoffs, wie das Oxydul und das 726 Atoinlolire Oxyd, mit Sauerstoff vergleichen, und diese endlich kann man analysieren. So erhält man eine Anzahl voneinander unabhängiger, also einander kontrollierender Zahlen; und es hat sich ergeben, daß alle innerhalb der Arbeitsgenauigkeit zusammenstimmen. Das Verbindungsgewicht des Stickstoffs liegt danach zwischen den Grenzen N = 14,008 und N = 14,000, wenn für Sauerstoff 0 = 16,000 gilt. Silber und Chlor. Zu weiteren Zahlen kommt man durch Untersuchung eines Stoffes, der außer Sauerstoff und Stickstoff nur noch ein anderes Element enthält. Die in neuester Zeit außerordentlich sorgfältig bestimmte Zusammensetzung des Silber- nitrats, das ein solcher Stoff ist, erlaubt dem- nach das Verbindungsgewicht des Silbers zu finden. Silber bildet seinerseits sehr gut definierte Verbindungen mit den halogenen Elementen Chlor, Brom, Jod, und so kann man durch Vergleich von Silber etwa mit dem aus ihm zu gewinnenden Chlorsilber das Verbindungsgewicht des Chlors finden. Alkalimetalle, Wasserstoff, Am- monium. Von diesem kann man auf die Alkalimetalle Kalium und Natrium, sowie auf das diesen sehr ähnliche, aus Stickstoff und Wasserstoff zusammengesetzte Am- monium übergehen. Die Alkahmetalle bilden so viele Salze, daß man von ihnen aus zu sehr vielen anderen Elementen weiter kommen kann; das Ammonium dagegen bildet die Brücke zu einer kontrollierenden Nebenreihe. Denn man kann den gasförmigen Wasserstoff ebenso wie den Stickstoff mit dem Sauer- stoffe vergleichen, sowohl direkt durch Gas- wägung wie auch durch Untersuchung des aus beiden Stoffen zusammengesetzten Was- sers (analog dem Stickoxydul). So erhält man die Beziehung von Stickstoff zu Wasser- stoff und also das Verbindungsgewicht des Ammoniums. Ferner kann man auch das gasförmige Chlor und dessen Wasserstoffverbindung, den Chlorwasserstoff, genau wie Stickstoff uno Wasserstoff auf den Sauerstoff beziehen, und endlich kommt man zum Schluss der Kontrolle durch Analyse des dem Chlorsilber und Chlorkalium analogen, nur aus Chlor, Stickstoff und Wasserstoff bestehenden Chlorammoniums, Einige Zahlen mögen diese Ueberlegung ergänzen. Die ideale Gasdichte von NO steht zu der von 0, im Verhältnis 0,35851:0,38228 = 1:1,06630, folglich ist, wenn O2 = 32,000, NO - 32:1,06630 = 30,001, undN - 32,001 — 16,000 = 14,001. Nach der Analvse ist NO: 0 = 1,8760, also NO = 16.1,8760 = 30,002, und N = 14,002. Die Gasdichte von N2 ist 1,1418 mal so klein als die von O2, folglich N« = 32:1,1418, oder N = 14,002. Ferner ist AgN03:Ag = 1,57479, oder NO 3 :Ag = 0,574^79, daraus folgt 62,002 :0,57479 = A- = 107,880. Weiter ist AgCl:Ag = 1,32870, also Cl:Ag = 0,32870, oder 107,880.0,32870 = Cl = .35,457. Nach der Gasdichte ist H,:02 = 2,0156:32, also H = 1,0078. Chlorwasserstoff ergibt HCl: Oa^ 1,13965, also HCl = 36,469, und Cl = 35,401. Endlich ist NH^ChAg = 0,49590, dem- nach NH4CI = 53,500 und NH4CI — NH4 = 53,500 — 18,034 = Cl = 35,466. Die drei Werte für Cl sind innerhalb der Fehlergrenzen gleich. Alle anderen Elemente lassen sich nun an eins oder mehrere dieser Fundamental- elemente anschließen. Die analytischen Methoden sind natürlich von Fall zu Fall sehr verschieden und müssen auf das Genaueste hinsichtlich ihrer Zuver- lässigkeit geprüft weiden, besonders dann, wenn der Arbeitsfehler großen Einfluß auf das gesuchte Ergebnis haben kann. Ein Beispiel dafür bildet das Schwermetall Wismut. Dieses wird derart mit seiner Sauerstoff- verbindung Wismutoxyd verglichen, daß zur Wägung das Oxyd und das Metall kom- men. Die Gewichtsdifferenz entspricht dem Sauerstoffe und beträgt noch nicht einmal 12% des Metalls oder 10% des Oxydes, demnach wirft sich der Fehler einer jeden der l)eiden Bestimmungen mit acht- bis zehn- facher Größe auf diese Differenz und somit auf das gesuchte Verbindungsgewiclit. In solchen Fällen muß man derartig in Betracht kommende Differenzen direkt zu bestimmen suchen, statt wie in diesem Beispiele in- direkt. Die gegenwärtig genauesten Zahlen der einfachen Verbindungsgewichte der Ele- mente sind nun folgende. Sie werden jedes Jahr von der Internationalen Atom- gewichtskommission neu berechnet, deren Mitglieder zurzeit Clark e für Amerika, Thorpe für England, Ostwald für Deutsch- land, Urbain für Frankreich sind. Internationale Atomgewichte 1912. Silber ■BZ6.S 107.88 AI Aluminium 27.1 Ar Argon 39.88 As Xrsen 74.96 Au Gold 197.2 B Bor 11.0 Ba Barium 137.37 Be Beryllium 9.1 Bi Wismut 208.0 Br Brom 79.92 C Kohlenstoff 12.00 Ca Calcium 40.07 Cd Cadmium 112.40 Ce Cerium 140.25 Cl Chlor 35.46 //ö cfUTiyyn^cMn. /6S Of^ /?Ä^^liu immer die Anwesenheit wenigstens eines dritten Elementes erfcrder- lich ist (vgl. das Beispiel KCl— i^bCl). Wärmekapazität. Die Wärmemeni^e, die die Gewichtseinheit irgendeines Stoffes braucht, um von der Temperatur t auf (t + 1) erwärmt zu werden, nennt man die spezifische Wärme des Stoffes bei t. Diese Größe mit der Masse des Stoffes multipliziert, wenn diese nicht gleich 1 ist, nennt man die Wärmekapazität dieser Stoffmasse. Du long und Petit haben 1819 gefunden, daß bei gleicher Temperatur die Wärmekapazitäten der Elemente für je 1 Verbindungsgewicht, d. h. also die spezitische Wärme mal Verbin- dungsgewicht, einer fast universell kon- stanten Größe gleich sind, für gewöhnliche Temperatur etwa 5 bis 7 kleine Kalorien (vgl. den Artikel „Kalorimetrie"). So ist die spezifische Wärme des Kaliums bei Obgleich 0,188. sein Verbindungsgewicht gleich 39,1, das Produkt also 0,188.39,1 = 7,3, Lithium hat 0,94.7,0 = 6,6, Schwefel 0,178. 32,0 =5,7, Wismut bei 0« 0,030.208,5 = 6,3. Grobe Ausnahmen sind Kohlenstoff, Silicium und einige andere Elemente, doch nähern sich diese bei hohen Temperaturen den anderen an. Elemente mit Verbindungsgewichten größer als etwa 30 folgen der Regel. Man nennt diese Wärmekapazität pro Verbindungsgewicht auch die Atomwärme (s. weiter unten). In Verbindungen bleibt die Dulong-Petitsche Regel bestehen (Kopp- Neu m a n n sches oder J o u 1 e - W o e s t y n - sches Gesetz). So ist die spezifische Wärme von Chlorkalium, KCl, gleich 0,171, sein Ver- bindungsgewicht ist 74,6, also 0,171.74,6 = 12,8. ^Kalium hat (s. o.) 7,3, Chlor 0,22. 35,46=7.8, KCl sollte also die Wärmekapa- zität 7,3+7,8=15,1 statt 12,8 haben. Die Differenz ist sicher reell und in unvoll- kommener Gültigkeit der erwähnten Regeln begründet, aber sie ist nicht so groß, daß man nicht zwischen zwei stark verschiedenen möglichen Annahmen der Verbindungsge- wichte unterscheiden dürfte. So kann beispielsweise für Schwefelqueck- silber HgS (14,8 %S, 85,2% Hg) das Aequi- valentgewicht 200 + 32 = 232 sein, wenn das des Quecksilbers 200, oder auch gleich 132, wenn das des Quecksilbers 100 wäre. Dem ersten Falle entspricht, da die spezi- fische Wärme des Quecksilbers 0,033 ist, die Wärmekapazität der Verbindung 200. 0,033 + 32.0,178 = 12,3. dem zweiten die Wärmekapazität 100. 0,033 + 32. 0,178 = 9,0. Gefunden ist die spezifische Wäinie 0,0517, also würde für den ersten Fall das Verbin- dungsgewicht 12,3:0,0517 = 238, für den zweiten 9,0:0,0517 = 174 herauskommen. 238 ist fast gleich der für diesen Fall zu er- wartenden Zahl 232, dagegen weicht 174 von 132 stark ab. 6. Das Aequivalentgewicht. Bei der Zerlegung von Salzen durch den elektrischen Strom w^erden gemäß dem bis jetzt ausnahms- los streng gültig befundenen Gesetze von F a r a d ay (vgl. den Artikel ,,E 1 e k t r o - Chemie ") durch gleiche Elektrizitäts- mengen die Elemente oder Verbindungen in solchen Mengen abgeschieden, daß diese im Verhältnisse der Verbindungsgewichte stehen. So scheidet eine Elektrizitätsmenge von 1 Coulomb aus einer Silberlösung 0,001 118 g Silber, aus einer Säure 0,00001040 g Wasserstoff ab. Diese Zahlen verhalten sich wie 0,001118:0,00001040 = 107,1, während die Verbindungsgewichte (s. o.) 107,9:1,008 = 107,1 ergeben. Aus einem Quecksilber- salze, z. B. dem Chlorid HgCla (s. o.), scheidet dieselbe Elektrizitätsmenge nur 0,001037 g ab, während das Verbindungsgewicht 200 Atom] ehre 29 des Quecksilbers verlangt, daß 107,9:200 = 0,001 118 :x, also daß x - 0,002074 g ab- geschieden würden, d. h. die doppelte Menge. Aus dem Quecksilberchlorür HgCl wird in der Tat diese Menge Hg abgeschieden. Die Erklärung bringt uns die Lehre von der Valenz (s. u.). Wo diese Komplikation nicht in Betracht kommt, gilt der Satz, daß elek- trochemisch äquivalente, d. h. durch die gleiche Elektrizitätsmenge abscheidbare, Men- gen beliebiger Elemente im Verhältnisse der Verbindungsgewichte stehen, oder, wenn der Einfluß verschiedener Valenz auftritt, im Verhältnisse ganzzahliger Multipla der Ver- bindungsgewichte. Valenz (vgl. auch den Artikel , , Valenz- lehre"). Die eben geschilderten Be- ziehungen haben sich als so weit gemeinschaft- lich gültig gezeigt, daß man berechtigt ist, sie durch einen mit allen in Beziehung stehen- den Begriff zu verbinden und also auf sie ein Svstem der Verbindungsgewichte zu begründen, das nicht nur dem Gesetze der konstanten, sondern auch dem der multiplen Proportionen ohne Widerspruch genügt. Widersprüche könnten natürlich auftreten, wenn ein Element mit verschiedenen Mengen eines anderen, nicht nur mit einer einzigen, Verbindungen bilden kann, und wenn solche Fälle, wie es tatsächlich der Fall ist, sich oft wiederholen. So kann Eisen eine Ver- bindung mit Chlor bilden, die 55,8%, und eine andere, die 65,5% Chlor enthält, d. h. auf Eisen berechnet einmal das 1,264 fache und das 1,896 fache Gewicht Chlor; diese Zahlen verhalten sich wie 1,896:1,264 = 3:2. Man könnte die Formeln also FeClund FeCli.g schreiben, da aber die Verhältnisse der Verbindungsgewichte keine gebrochenen Zahlen sein sollen, so muß man dem Eisen ein doppelt so großes Verbindnngsgewicht zu- schreiben; dann kann man die Formel ver- doppeln und setzen FeCl, und FeCls. Man hätte aber auch vervierfachen können FeCl^ und FeClg. Die Wahl nun wird eben auf Grund der vorstehenden Beziehungen getroffen, besonders, wenn es möglich ist, auf Grund der Dampf dichteergebnisse; man wählt dann als Verbindungsgewicht einer Verbindung die Stoffmenge, die unter gleichen Bedingungen von Druck und Temperatur dasselbe Volum einnimmt wie 32 g Sauerstoff. Man kommt so zu dem Begriffe der Wertigkeit, Valenz oder Säftigungs- kapazität der Elemente. Darunter versteht man diejenige Anzahl Verbindungsgewichte einiger bestimmter wichtiger Elemente, die das Verbindungsgewicht irgendeines Elementes braucht, wenn es eine Verbindung mit einem jener anderen bildet. Solche Bezugselemente sind Chlor, Kalium, Natrium, Wasserstoff und einige andere, die diesen chemisch sehr nahe stehen; sie werden einwertige Ele- mente genannt. Demnach beträgt die \ alenz des Eisens in der einen der obengenannten Chlorverbindungen mindestens 2, in der anderen 3^ die des Quecksilbers im Chlorid HgCL 2, (oder 4 wenn man HgoClj annimmt), im Chlorür HgCl nur 1. Eisen und Queck- silber sind also mehrwertige Elemente von mehifacher Valenz. Durch Division des Verbindungsgewichtes durch die Valenz erhält man das Aequi- valentgewicht. Dieses beträgt also für Quecksilber bei dendem HgClaCntsprechenden Mercurisalzen 200:2 = 100, bei den Mercuio- salzen (wie HgCl) 200:1 = 200. Die Aeciui- valentgewichte sind identisch mit den elek- trolytischen Aeqiiivalenten (vgl. den Artikel ,,E i e k t r 0 c h e m i e'-). Die Valenz einiger wichtiger Elemente sei hier mitgeteilt: Alkalimetalle K, Na, Li, Rb, Cs einwertig. Erdalkalimetalle Ba, »Sr, Ca zweiwertig (Mg ein- und zweiwertig). Schwermetalle Zu, Cd zweiwertig, Fe zwei- und drei-, AI drei-, Ag ein-, Cu und Hg ein- und zweiwertig. Nichtmetalle: H ein-, 0 zwei-, N drei- oder fünf-, S zwei-, C vier-, P drei- oder fünf-, Si vierwertig. Bei der Nomenklatur der Verbindungen drückt man solche Stufen der Valenz durch bestimmte Silben aus: Salze des einwertigen Quecksilbers heißen Mercuro-, des zweiwerti- gen Mercurisalze, Salze des zweiwertigen Eisens Ferro-, des dreiwertigen Ferrisalze. 7. Darstellung der Tatsachen durch den Atombegriff. Die Zusammenfasssung der hier geschilderten Verhältnisse erlaubt die anfangs angedeutete Vorstellung vom Atom. Man stellt sich die er^^'ähnten sehr kleinen Kürperchen als mit charakteristischen Eigenschaften der Elemente begabt vor, so daß es so viele Arten Atome wie Elemente gibt. Ein Sauerstoffatom ist 16:1,0077 = 15,88 mal so schwer wie ein Wasserstoff atom, es hat eine andere spezifische Wärme als dieses usf. Es können definitionsgemäß nicht Bruchteile von Atomen in eine Verbindung eintreten, also müssen die multiplen Pro- portionen durch ganze Zahlen für jedes Atom ausgedrückt werden, und die Valenz muß stets eine ganze Zahl sein. In isomorphen Stoffen vertritt ein Element das andere Atom für Atom; die Wärmekapazität aller Arten von Atomen ist gleich groß; in gleichen Gasräumen sind bei gleichem Drucke und gleicher Temperatur gleichviel Atome (aber Molekeln, vgl. den Artikel „Molekular- lehre") enthalten. Dies sind die behan- delten Sätze in der Sprache der Atomlehre ausgedrückt. Die Valenz stellt sich in dieser Anschauung dar als eine Anzahl von Stellen auf dem Atom, an denen dieses sich mit einem anderen zusammenlagern kann. 730 Atomlehre Damit h<ängen die Vorstellungen über, die räumliche Gestalt der Atome zu- samm^en, die sich als ein sehr wichtiges Hilfs- ' mittel der räumlichen Darstellung von ♦ chemischen Formeln erwiesen haben. Be- sonders in der organischen Chemie (Kohlen- stoffverbindungen) hat sich eine Annahme V über die Gestalt des Kohlenstoffatoms be- ^ währt. ' Danach ist dieses ein Tetraeder, J dessen vier Ecken die Bindungsstellen sind (van't Hoff, LeBel). Hierdurch wird nicht ^ nur die Vierwertigkeit des Kohlenstoffs aus- gedrückt (Kekule), sondern auch die Tat- sache der optischen Isomerie. Näheres über die Atomformen und Valenzpunkte gehört in die Strukturchemie oder Atomver- kettungslehre (vgl. die Artikel ,,0r- ganische Chemie" und „Isomerie"). Der Vorteil dieser Zusammenfassung vieler Tatsachen durch den Atombegriff ist in mnemonischer und heuristischer Beziehung ^^ so groß gewesen, daß man sehr oft der An- sicht begegnet, er sei eine Denknotwendigkeit. \ Man hat auch manche Tatsachen und Eigen- schaften nur mit Rücksicht auf den Atom- begriff benannt und es versäumt, nur die Tat- sachen ausdrückende, den hypothetischen Inhalt des Atombegriffs nicht berücksich- tigende Bezeichnungen zu schaffen (z. B. Atom Volumen, Atomrefraktion, Atom- wärme). Wenn also auch in diesem Texte mit Rücksicht auf den allgemeinen Gebrauch solche Ausdrücke verwendet werden, so sollen diese mit dem hj^pothetischen Begriffe des Atoms nichts zu schaffen haben. Ins- besondere soll das Wort Atomgewicht nicht das absolute Gewicht eines Atoms ausdrücken, sondern die auf eine willkürliche Einheit bezogene Stoffmenge, die dieser Einheit chemisch äquivalent ist, das Aequivalentgewicht (vgl. den Artikel ,,Ae qui V alent") oder ein ganzzahliges Multiplum davon (das Verbindungs- oder Molargewicht oder Mol). Die Autoren der alten Literatur (z. B. Berzelius) ge- brauchen den Ausdruck fast nur in diesem objektiven Sinne, wie der Umstand zeigt, daß er a.uch für Verbindungen benutzt wird, z. B. ein Atom schwefelsaures Kalium (gleich 158,2 g) usf. 8. Atomkonstanten. Atom Volumen, Atomkompressibilität, Atomrefrak- tion. Zu den Eigenschaften der Elemente, die als besonders charakteristisch betrachtet werden, gehören seit langer Zeit die Raum- erfüllung und Lichtbrechung. Man nennt den von 1 g eines Stoffes ein- genommenen Raum in ccm sein spezifisches Volum (oder Räumigkeit nach Ostwald), den reziproken Wert, also die Menge pro ccm, sein spezifisches Gewicht. Dichte heißt das spezifische Gewicht dividiert durch das eines willkürlich 2;ewählten Normalstoffes unter gleichen Bedingungen. Für Gase dient das S. 725 definierte Idealgas, de facto also der Sauerstoff, traditionell auch die Luft (auf Luft bezogene Dichten müssen zur Reduktion auf jenes Idealgas mit 28,95 multipliziert werden). Bei festen und flüssi- gen Stoffen sind Dichte und spezifisches Gewicht praktisch identisch, weil für die Dichte als Einheit das spezifische Gewicht des Wassers bei 4" dient und 1 g davon, auf weniger als 0,01;o genau, 1 ccm einnimmt. Die Bestimmung der Dichte erfolgt durch Wägung eines bekannten Volums oder Aus- messung einer bekannten Gewichtsmenge. Jene meist gebräuchliche Methode bedient sich der je nach Umständen verschieden geformten Pyknometer (vgl. den Artikel ,,Dichte"), mit Marken versehener Gefäße von bekanntem Inhalte. Die Ausmessung bekannter Gewichts- mengen läßt sich bei einfach gestalteten Körpern durch geometrische Längenmessung ausführen; einfacher und gebräuchlicher ist die Anwendung des Archimedischen Prin- zips (vgl. den Artikel ,,Flüssigkeiten") durch Ermittelung des Auftriebs in einer Flüssigkeit bekannter Dichte, die das Ge- wicht und damit das Volum der dem Objekte an Volum gleichen Flüssigkeitsmenge an- gibt. Mit der Flüssigkeit nicht verträgliche Stoffe schließt man in Gefäße ein, deren Auftrieb im leeren Zustande bekannt ist (vgl. den Artikel ,,Dichte".) Die Genauigkeit dieser Methoden läßt sich sehr weit treiben, doch muß man mancherlei Korrekturen be- rücksichtigen und im einzelnen Falle über- legen, ob die,, chemischeDefinition",d.h.Rein- heitszustand und Reproduzierbarkeit des Ob- jektes, der Messungsgenauigkeit entsprechen. Was nundie Ergebnisse anbetrifft, so lassen diese gewisse Regelmäßigkeiten erkennen. Wir sehen hier ab von den gasförmigen Stoffen, für die ja eine allgemeine Beziehung, das „Gasgesetz" (vgl. den Artikel „Gase") be- kannt ist, und führen hier nur die für flüssige und feste Elemente möglichst in der Nähe von Zimmertemperatur gefundenen Zahlen an. Unter d ist die Dichte, unter b die durch das Atomgewicht (s. S. 726) dividierte Dichte, die ,, Atomkonzentration", der reziproke Wert des Atomvolums, angegeben. Für Stoffe, die etwas schwankende Werte von d zeigen, wie das folgende Beispiel Kupfer, destilliert 8,933 komprimiert 8,938 sind Mittelwerte gegeben (vgl. die Tabelle auf der nächsten Seite). Die Gruppen dieser Tabelle enthalten chemisch nahe verwandte Elemente. Man sieht bei den Leichtmetallen und Metalloi- den im allgemeinen die Größe b mit steigender Dichte abnehmen, bei den Schwermetallen der Prisen- und Platingruppe fast konstant Atomlehre 731 Element Li Na K Rb Cs Mg Ca Sr Ba Be B AI Ce C Diamant . . Graphit . . Si ...... . S monoldin . . rhomb. . . . amorph . . Se Te Cl flüss. . . . Br J P weiß .... rot As geschmolzen gelb . . . Sb Sn weiß . . . grau . . . Bi Tl Pb Zn Cd Hg Fe rein .... ,, Guß weiß . „ „ grau . Stahl . . . . Co Ni Äln Cr Cu Ag Au Ptl Rh Ru Pt Jr Os 0,59 0,98 0,87 1,5 1,89 1,74 1,55 2,54 3,8 1,9 2,5 2,58 6,9 3,5 2,2 2,40 1,97 2,07 1,92 4,8 6,25 1,5 3,15 4,66 1,83 2,20 5,71 3,88 6,62 7,29 5,80 9,78 11,9 11,3 6,92 8,64 13,55 7,88 7,65 7,1 7,7 8,6 8,9 7,40 6,9 8,93 10,5 19,3 12,1 12,3 21,5 22,4 22,5 0,084 0,043 0,022 0,017 0,0142 0,070 0,0388 0,029 0,028 0,21 0,23 0,095 0,047 2,9 1,8 0,085 0,0615 0,0647 0,0598 0,061 0,049 0,042 0,0395 0,0367 0,059 0,071 0,076 0,052 0,055 0,061 0,052 0,047 0,058 0,054 0,106 0,0768 0,0678 0,141 0,137 0,127 0,137 0,145 0,151 0,135 0,132 0,140 0,097 0,098 0,107 0,117 0,121 0,110 0,116 0,118 bleiben. Näheres über diese Regelmäßig- keiten s. in dem Artikel ,,C h e m i s c h e Elemente". Nur sei noch hervorgehoben, daß die Atomkonzentration d in uaher Beziehung zur Härte steht; so hat Diamant den größten überhaupt vorkommenden Wert von d. Doch besteht nicht etwa Proportio- nalität. Kompressibilität. Eine weitere Be- ziehung linden wir zu der Veränderlichkeit des Volumens bei Einwirkung von Druck. Es ist hierbei nicht die dauernde Veränderung gemeint, welche etwa durch Hämmern be- wirkt wird, sondern die Elastizität der Stolfe, d. h. ein Nachgeben unter allseitiger Druck- wirkung und sofortiges Zurückgehen in das frühere Volumen bei Aufhebung des Druckes. Feste und flüssige Stoffe lassen sich be- kanntlich viel weniger leicht zusammen- drücken, als die viel weniger dichten Gase. Der Bruchteil ihres Volums, um den sie durch Druck von einer Atmosphäre (rund 1 kg/qcm) verkleinert werden können, der ,, Kom- pressibilitätskoeffizient", beläuft sich nur auf einige Milliontel. Man bedarf zur Messung besonderer Apparate, unter denen das Piezometer besonders gebräuchlich ist. Das Prinzip dieser Anordnung besteht darin, daß man das Objekt mit irgendeiner die Volumänderung anzeigenden Anordnung in ein starkwandiges Gefäß bringt und in dieses eine den Druck übertragende Flüssig- keit einpumpt, den Druck aber innen oder außen an einem Manometer abliest. Die auf Seite 732 folgende Tabelle zeigt einige KompressibiUtätsko effizienten ß (mit 10** multipliziert) sowie das Produkt mit der Größe d. Man sieht hier in mehreren Gruppen das Produkt ß.d nahezu konstant bleiben. Für diese Fälle kann man folgenden Satz aussprechen: Die absolute Aenderung eines gegebenen Volumens eines Elementes pro Atmosphäre Druck, multipliziert mit dem durch das Quadrat dieses Volumens divi- dierten Atomgewichte, ist konstant, oder: die relative Aenderung eines gegebenen Volumens pro Atmosphäre, multipliziert mit dem durch dieses Volumen dividierten Molargewichte, ist konstant. Refraktion. Das Lichtbrechungs ver- mögen der Elemente läßt sich direkt nur in Ausnahmefällen an den Elementen selbst messen, w-eil sie meist nicht lichtdurchlässig sind; man bedient sich für die Metalle der Messung der Rellexion. Ferner aber leitet man es aus dem Brechungsvermögen von Verbindungen ab. Auf diesem Wege hat man wieder gesetzmäßige Beziehungen ge- funden, indem man die Stoffe nach Mol, d. h. nach durch die Atomgewichte bezeich- neten Mengen verglich. (Näheres s. in dem Artikel „M 0 1 e k u 1 a r 1 e h r e".) 732 Atomloliit Aufniorksanücoit Element ],i . . . . Na. . . . K . . . . Eb . . . Cs . . . . Mg . . . Ca ... . C Diamant Graphit Si . . . . S .... Se . . . . Cl fliiss. . Br fliiss. . J . . . . P weiß . . rot . . . As ... . Sb . . . . Sn . . . . Bi . . . . TI . . . . Rb . . . Zn . . . . Cd ... . ii^ • • • Fe ... . Ni . . . . Mn . . . Cr .... Cu . . . . Ag . . . . Au ... . P(l . . . . Pt . . . . ß.ö 8,8 15,4 31,5 40 61 5,5 0,5 3 0,16 11,8 95 51,8 13 20,3 9,0 4,3 2,2 1,7 2,8 2,6 2,2 1,5 1,9 3,7 0,40 0,27 0,67 0,7 0,54 0,84 0,47 0,38 0,21 0,711 0,66 0,69 0,09 0,87 o,ig 0,21 1,4 0,06 0,014 0,77 0,71 4,0 2,05 0,48 1,18 0,64 0,32 0,12 0,10 0,13 0,15 0,12 0,16 0,16 0,25 0,056 0,041 0,090 0,09 0,075 0,081 0,046 0,041 0,023 Beziehungen zwischen den Atom- gewichten. Die hier charakterisierten Regehnäßigkeiten haben zur Aufstelhing von Sj^stemen geführt, in denen die Elemente sich nach verschiedenen Eigenschaften in gleiche Reihenfolge ordnen (vgl. den Artikel „Che- mische Element e"). Literatur. W. Ostu'fUd, Lehrbuch der allf/e- meiHen Chemie. Leipzig 1891. — Derselbe, Grundriß der allgemeinen Chemie. Leipzig 1909. — W. Nernst, Theoretische Chemie. Stuttgart 1909. — H. Landolt, lieber die Erhaltung der Hasse bei chemischen Umsetzungen. Halle 1909. K. Drucker. Atwood George. Geboren 1745; gestorben am 11. Juli 1807 in London. Er besuchte die Westminster Scool, lebte als Fellow des Trinity College in Cam- bridge, wurde 1776 zum Mitglied der Royal Society ernannt, erhielt später eine Sine eure. Im Jahre 1784 erfand A t w 0 0 d eine Fall- maschine, die die Gesetze des freien Falls der Körper nachzuweisen ermöglichte. E. Drude. Aufmerksamkeit. 1. Begriff der Aufmerksamkeit. 2. Die Auf- fassungs-(Bewußtseins-)stufen. 3. Vorbereitung undErwartung mit ihren Wirkungen. 4. Die unwill- kürliche Aufmerksamkeit. 5. Der Aufmerksam- keitsumfang und die Ablenkung. 6. Schwan- kungen der Aufmerksamkeit. 7. Aufmerksamkeit und Gedächtnis I. Begriff der Aufmerksamkeit. Der Versuch, das Gemeinsame all der Fälle herauszuheben, in denen wir im laxeren Sprachgebrauch den Namen Aufmerksamkeit verwenden, führt kaum weiter als zu der etwas vagen Formuherung, es liege überall ein „lebhaftes Hervortreten und Wirksam werden einzelner see- lischer Gebilde auf Kosten anderer" vor, oder anders gewendet wir finden, daß „einzelne Bewußtseinsinhalte oder Tätigkeiten vorübergehend der Mittel- punkt des ganzen psychischen Lebens werden, während in demselben Maße der übrige Bewußtseinsinhalt in niederem Grade be- wußt ist und seinen Einfluß auf den Gang der psychischen Tätigkeit verhert". Dabei heißt "bald dies Hervortreten selbst Auf- merksamkeilsprozeß, bald wird die Ver- fassung des Subjekts, von der es abhängt. Zustand der Aufmerksamkeit genannt. Eine wissenschafthche Präzisierung dieser Tatsachen wird nun vielfach auf dem Wege erstrebt, daß man das Hervortreten und Wirk- samwerden als Eigenschaften ansieht, die unseren Bewußtseinsinhalten in wechsehidem Grade zukommen; diese Eigenschaften wer- den als Klarheit (Deutlichkeit) und Leb- haftigkeit (Eindringlichkeit) bezeichnet. Klarheit und LebJiaftigkeit müssen dann, wenn man konsequent sein wnll, in Parallele gestellt werden zu der Qualität und Inten- sität der Empfindungen, also etwa der Ton- höhe und Tonstärke, und müssen in irgend- einem Grade auch jeder Empfindung zu- geschrieben werden. Die hier gemeinte Lebhaftigkeit ist nicht zu verwechsehi mit der Intensität, denn es können z. B. Empfindungen von ganz ge- ringer Intensität sein, die sich durchsetzen und tiefgehende Wirkungen hinterlassen, und es können Empfindungen von hoher Aufmerksamkeit 733 Intensität spurlos vorübergehen. Lebhaftig- keit ist vielmehr gar nichts anderes wie das Sichdurchsetzen, Wirksamwerden selbst. Der Begriff der Klarheit ist aus dem Gebiet des Sehens entlehnt. Die Luft ist klar, heißt, sie ist gut durchsichtig; ein Gegen- stand ist klar abgebildet, wenn die Konturen scharf sind und Einzelheiten sich gut heraus- heben. Unklar sehen wir die Dinge in großer Ferne oder in der Dämmerung; unklar auch bei schlechter Akkommodation der Linse unseres Auges. Aus anderen Gründen ver- schwinden in der Peripherie unseres Gesichts- feldes die feineren Raum- und Farbendetails ; auch das nennen wir Unklarheit. Aelmlich nun gehen feinere und sogar grobe Unter- schiede, feine und grobe Einzelheiten der Dinge für unser Bewußtsein auch verloren, ohne daß wir das Auge, allgemeiner ohne daß wir die peripheren Aufnahmeappa- rate unserer Sinneswerkzeuge dafür ver- antwortlich machen könnten. Das sind dann die Fälle, in denen wir von einer zentral bedingten, einer Aufmerksamkeitsunklar- heit unserer Wahrnehmungen sprechen; und das übertragen wir dann auch auf Vorstel- lungen und Gedanken. Die Frage bleibt, wie denn dies Vorloren- gehen zustande kommt. Und da gibt es zwei Richtungen in den Erklärungsver- suchen; die eine sucht die Ursachen in relativ peripheren, die andere in zentraleren Phasen der Wahrnehmungsprozesse. Viel- leicht hat die eine für diese, die andere für jene Gruppen von Tatsachen recht. Es mag sein, daß es in der Tat so etwas gibt wie ein Verschwimmen, Lieinanderfließen schon der Empfindungsinhalte selbst und als physio- logische Basis dafür mag eine diffusere Ver- breitung der Nerverregungen in relativ tie- feren Zentren des Gehirns in Frage kommen. Soweit das zutrifft, soweit gibt es echte, zentral bedingte ,, Klarheitsgrade" der Empfindungen selbst. Doch dürfte das von untergeordneter Be- deutung sein. Nur der scheint mir den Tat- sachen gerecht zu werden, der in dem Be- achten, dem Unterscheiden, dem Zusammen- fassen besondere psychische Prozesse sieht, die sich auf die Empfindungsinhalte richten. Prozesse, die auftreten oder auch ausbleiben im Anscliluß an die Empfindungen und von deren Auftreten oder Ausbleiben es abhängt, ob diese oder jene Bestimmtheiten, Einzel- heiten, welche das Empfindungsmaterial tat- sächlich enthält, für uns verloren gehen oder aber im weiteren psychischen Geschehen wirksam werden. Für die Gesamtheit dieser Vorgänge verwendet man zweckmäßig den Terminus ,, A p p e r z e p t i o n s vo r g äng e ". Wir können hier für diese Auffassung nur das eine anführen, daß nur sie es ver- stau dhch zu machen vermag, wie die ,, Klarheit" bald diesem, bald jenem ab- strakten Moment an den Empfindungs- inhalten zukommen kann. Wenn der besondere Ton einer Farbenempfindung be- achtet wird, so braucht es nicht gleichzeitig auch die Helligkeit zu werden usw. Es wird diese Tatsache auch physiologisch wohl nicht anders zu deuten sein als so, daß das Ge- schehen das eine Mal diese, das andere Mal eine andere Fortsetzung erfährt. Im Be- wußtsein aber korrespondieren diesen ver- schiedenen Fortsetzungen verschiedene Pro- zesse der Auffassung und Deutung. Noch weniger wird es angehen der Tat- sache, daß sich einzehie Empfindungen und VorsteUungen gleichsam mit größerer Energie vordrängen, in den Mittelpunkt schieben, einfach so gerecht zu werden, daß man neben die Litensität der Empfindungen noch die zweite quantitative Eigenschaft der Leb- haftigkeit stellt. Lebhaftigkeit ist nur ein bequemer Ausdruck für bestimmte Beach- tungsvorgänge. Wenn wir sagen, sehr starke Reize rufen zwar sehr lebhafte aber keines- wegs klare Empfindungen hervor, so heißt das, es schließt sich an ihre Empfindungen, neben manchen unangenehmen Neben- empfindungen, die sie begleiten mögen, die besondere Beachtung ihres Vorhandenseins, vielleicht auch ihrer Intensität an, während ihre qualitative Bestimmung dadurch gerade leidet. Wenn wir von der Aufdringlichkeit einer besonderen Farbe oder eines Geruches sprechen, so heißt das in unserem Sinne, sie erzwingen sich regelmäßig eine solche Beachtung. Wir begeben uns damit nicht der Mög- lichkeit anzuerkennen, daß dieselben Vor- gänge das eine Mal lebhaft im Sinne von rasch und exakt, das andere Mal matt im Sinne von langsam und unexakt verlaufen können. Das eine wird bei körperlicher Frische, das andere im Zustand der Schläfrig- keit oder Ermüdung der Fall sein. Aber wir werden uns hüten, den Unterschied, der zwischen einem beachteten und einem un- bemerkt vorübergegangenen Ton besteht, ' zu verwechseln mit dem Unterschied zwischen einem frischen, pünktlichen Prozeß des Be- merkens und einem matten, nachhinkenden Bemerken, wie es bei großer Ermüdung vor- kommt. Aus dem großen Gebiet der unter dem Namen der Aufmerksamkeit gehenden Tat- sachen , sollen hier in erster Linie die berücksichtigt werden, die mit den Vor- gängen der sinnlichen Walnnehmung zu- sammenhängen, einmal weil sie besser be- kannt und leichter darzustellen sind und dann weil sie hier wohl mehr Anspruch auf Interesse haben. 2. Die Auffassungs- (oder Bewußtseins)- stufen. Unser Nervensystem ist ein Stufen- 734 Aufmerksamkeit bau. An den motorischen Leistungen, die direkt auf Reize hin erfolgen, läßt sichs viel- leicht am deutlichsten zeigen, wie jede höhere Stufe im Sinne einer Zusammenfassung oder Differenzierung oder im Sinne einer Kontrolle des Erfolgs in die Funktionen der niederen eingreift. Auch an den physiologischen Vor- gängen, die unseren Wahrnehmungen dienen, sind mehrere Stufen beteiligt; und dieser anatomischen und physiologischen Stufen- struktur entspricht auch ein Stufen bau der psychischen Prozesse der Wahrnehmung. Das ergibt sich unverkennbar z. B. aus ge- wissen pathologischen Tatsachen. Wir finden bei den verschieden tiefgehenden und ver- schieden weit ausgebreiteten Läsionen der Sinnessphären der Großhirnrinde und ihrer Nachbarschaft eine stufenweise Auflösung der seelischen Prozesse, die mit jenen Ge- bieten verknüpft sind; z. B. eine schritt- weise Aullösung der Prozesse des optischen Erkennens oder des akustischen Erkennens. Die Psychiater haben sich bemüht, die Zahl dieser Stufen aufzufinden und sie gegen ein- ander abzugrenzen, sie sind aber noch nicht zu übereinstimmenden Resultaten gekommen. Das psychologische Experiment fängt jetzt an, auch dieses Gebiet sich zu erobern. Ver- schiedene Phasen des optischen Erkennens vermochte man der Selbstbeobachtung schon zugänghch zu machen. Bei kurzer Expesition einfacher optischer Gebilde erhält man sie dadurch nebeneinander im Bewußtsein, daß man den Versuch macht, verschiedene Fest- stellungen in einer einzigen Beobachtung zu machen. Die Aufgaben ordnen sich dann allemal einander unter und das Nebensäch- liche bleibt vielfach auf halbem Wege stecken. Es sind an ganz einfachen Erkennungsvor- gängen wenigstens drei Phasen zu unter- scheiden: 1. das schlichte Gegebensein eines Eindrucks, 2. die Beachtung und 3. die Kon- statierung. Wir beschäftigen uns während einer relativ längeren Expositionszeit mit der Auffassung einer einzigen Figur im Gesichtsfeld; die anderen, die auch noch da waren, sind uns nicht völlig entgangen. Wir vermögen sie unmittelbar nach dem Verschwinden des Reizes noch aufzufassen. Bevor diese Auf- fassungsprozesse eintreten, sind die Ein- drücke im Bewußtsein schon gegeben. Es kann auch die Gestalt einer Figur auf- gefaßt werden, während ihre Farbe nur mit- gegeben bleibt, aber nicht auch aufgefaßt wird. Die Beachtung, das Bemerken eines Eindrucks ist in der Regel nicht zu trennen von seiner Bestimmung und diese erfolgt immer in einer gewissen Richtung, von einem Gesichtspunkt aus. Der Ge- sichtspunkte gibt es auch bei ganz ein- fachen Gegenständen recht viele. Der optische Reiz bestehe etwa aus fünf dunklen Punkten auf hellem Grunde; bei passender Einstellung des Auges werden alle fünf im Bewußtsein repräsentiert sein. Was wird beachtet? Vielleicht die Größen Ver- schiedenheit der Punkte, oder ihre Zahl oder ilire räumliche Anordnung z. B. die Gestalt der Figur, deren Eckpunkte sie darstellen könnten usw. Wenn wir nun bei dem Ergebnis der Be- achtung verweilen, es eigens fixieren z. B. durch die Anwendung eines Namens, so er- leben wir die dritte Phase des ganzen Prozesses, das Konstatieren. Oft geht dem formulierten Urteil des Kon- statierens noch eine Phase voraus, in welcher dieses Urteil schon vorbereitet ist und der Beobachter die Sicherheit besitzt, es vollen- den zu können; das ist das Stadium des potentiellen Wissens. Diese Stufen lassen sich nur feststellen, wenn der ganze Prozeß irgendwie gehemmt wird oder seine Richtung ändert. Leicht läßt sich der Weclisel verschiedener Beach- tungsgesichtspunkte auf optischem Gebiet demonstrieren. Wir betrachten ein optisches Muster, etwa ein Quadrat aus lauter regel- mäßig angeordneten schwarzen Punkten auf weißem Grunde. Die Punkte werden sich bei längerem Fixieren wie von selbst bald in horizontalen bald in vertikalen Reihen präsentieren, oder in der Richtung einer Diagonalen, oder das ganze Quadrat erscheint zerlegt in kleinere Rechtecke, oder es hebt sich in der Mitte ein kleineres Quadrat heraus usw. Der ruckartige Wechsel, der hier jedesmal auftritt, ist ein Wechsel in der Be- achtung der Figur. Es kommt jedesmal ein anderer Gesichtspunkt der Auffassung zur Herrschaft. Es liegt prinzipiell nichts an- deres vor, wenn wir an einem einzelnen Ton zuerst die Höhe und dann die Lautheit be- achten. Daß uns hier der Umschlag der Auffassung nicht so eindrucksvoll erscheint, hat seine guten Gründe in der Isolierung des Tones. Seine Höhe oder Lautheit hebt sich nicht ab von der anderer Tonempfindungen, während alle Raumbeziehungen in unserem ersten Falle auf lauter Empfhidungselemente fundiert sind und daher selbst viel zwingender, viel eindeutiger auftreten. 3. Vorbereitung und Erwartung mit ihren Wirkungen. Ob eine Empfindung Beachtung erfährt, ob dieser oder jener Ge- sichtspunkt dabei eingenommen wird, das hängt zum Teil vom Zustand des Subjekts, zum Teil vom Charakter des Reizes ab. Der günstigste Zustand des Subjekts ist das, was man gewöhnhch die Erwartung nennt, die Vorwegnahme des Kommenden in der Vorstellung oder im Denken. Zweck- mäßig ist es indes zu unterscheiden zwischen der Vorbereitune; der kommenden Leistungen Aufmerksanikeit 735 und der Vorwegnahme des Resultats, d.h. der Erwartung in einem spezielleren Sinne des Wortes. Die Vorbereitung brauclit keine Erwartung, wenigstens keine spezielle Er- wartung zu enthalten. Die Vorbereitung zu einer Beobachtung beginnt mit der Ueber- nahme einer Aufgabe. Wir denken an das Ziel der Beobachtung und davon gehen meist automatisch eine Reihe von Wirkungen aus. Während icli ein Buch lese, kommt mir etwa der Gedanke an die Zeit, begleitet von dem Wunsch, sie zu wissen; imd daran schließen sich ohne weiteres die Bewegungen der Hand, des Ko])fes an, schheßen sich die Einstel- lungen der Augen an, die nötig sind zur Ab- lesung der Zeigerstellung meiner Taschenuhr. Nur bei ungeläufigen und komplizierten Be- obachtungsleistungen werden außer dem Ziel auch die einzelnen Stadien des ganzen Prozesses, der es verwirklicht, explizite voraus bewußt. Der geübte Beobachter hat in der Vorbereitungszeit außer dem Ziel nichts in seinem Bewußtsein; und auch dieses ver- schwindet allmählich daraus, w^nn sich die gleichen Beobachtungen wiederholen. Es bleibt dann nur ein Zustand der Spannung bestehen, der Hauptsache nach ein Komplex von Muskel- und Gelenkempfindungen, aus jenen Muskelsystemen her. welche die Ein- stellung des Sinnesorgans und die gespannte Haltung des Kopfes oder gar des ganzen Körpers und die Hemmung der Atmungs- tätigkeit besorgen. Sonst ist das Bewußtsein leer; es sind alle psychischen Prozesse unterbrochen, und das ist für Beobachtungen der günstigste Zustand. Die Vorbereitungen haben sich hier außerhalb des Bewußtseins vollzogen; daß sie überhaupt vorhanden sind, beweisen be- stimmte Tatsachen. Reaktionsversuche, bei denen auf das Erscheinen eines Reizes hin möglichst rasch eine verabredete einfache Bewegung auszuführen ist, haben gelehrt, daß die Reaktionszeit beträchtlich verkürzt wird, wenn dem Versuch ein Signal voraus- geht. Das ist auf Veränderungen im m o t o - r i s c h e n Gebiet des Zentralnervensystems zurückzuführen. Die Wirkung kann noch ver- größert werden durch eine einseitige Be- günstigung der motorischen Seite der Leis- tung in der Vorbereitung. Auf senso- rischem Gebiete finden wir eine Er- höhung der Empfindlichkeit, die sich messen läßt an der Herabsetzung der Reizschwelle. Vermutlich wird auch allgemein die Emp- findungsintensität etwas erhöht durch die Vorbereitung; es sprechen dafür Beobach- tungsserien im Vergleichen der Lautheit zweier Töne, von denen der eine unter gün- stigen, der andere unter ungünstigen Vor- bereitungsbcdingungen geboten wurde. Wir dürfen diese sensorisclien Wirkungen wohl zum Teil auf eine Erhöhung der Empfäng- lichkeit im zentralen Teil des funktionieren- den Sinnesapparats zurückführen; vielleicht findet die ankommende Erregung dort schon eine ganz schwache ähnliche Erregung vor. Die Tatsache, daß auch die U n t e r - s c h i e d s e m p f i n d 1 i c h k e i t erhöht wird, können wir damit nicht erklären. Denn mit einer Verstärkung beider Erregungen wird ja ihr relativer Unterschied, auf den es hier immer ankommt, nicht größer. Handelt es sich um Qualitätsunterscheidungen, so kann man zur Not mit der Annahme aus- kommen, die Erregungs bahnen seien da gegenseitig schärfer isoliert. Bei Intensitäten versagt dagegen auch diese Deutung. Man wird dagegen allen Tatsachen gerecht durch die Annahme, daß durch die Vorbereitung auch d i e Prozesse schon begünstigt, schon zurechtgelegt werden, welche sich an die Emp- findungen anschließen, nämlich die Akte der Auffassung. Wir wissen schon lange, daß wir über die Gesichtspunkte bestimmen können, welche maßgebend werden sollen. Neuere Ver- suche (Westphal) haben gezeigt, daß wir auch die Reihenfolge ihrer Wirksamkeit und die Art ihrer Unterordnung in weiten Grenzen im voraus zu regehi vermögen. Und Höchstleistungen erfordern eben auf allen Gebieten des Be- obachtens eine spezielle Vorbe- reitung desoder der Auffas- sungsakte selbst. Eine sehr bekannte und wichtige Wirkung spezieller Vorbereitung ist die Ana.lyse von G e s a m t e i n d r ü c k e n. Vielge- staltige Reizkomplexe kommen oft nur in einem undifferenzierten Gesamteindruck in unserem Bewußtsein zur Geltung. Unsere Wahrnehmung der taktilen Eigenschaften der Körper, der Härte oder Weichheit, der Glätte oder Rauhigkeit, Trockenheit oder Feuchtigkeit usw. beruht größtenteils auf solchen Gesamteindrücken. Auch auf dem Gebiete des Gesichtssinnes finden sie sich; wo wir etwa Aehnlichkeiten zwischen mensch- lichen Gesichtern entdecken, ohne die Ein- zelheiten angeben zu können, auf denen sie beruhen, haben wir es mit solchen unanaly- sierten Gesamteindrücken zu .tun. Durch eine passende Vorbereitung können wir da eine Differenzierung eintreten lassen. Das klassische Beispiel einer solchen Auflösung bildet die K 1 a n g a n a 1 y s e. Wir ver- mögen bekanntlich statt des einfachen Klanges, den uns z. B. eine Violinsaite liefert, eine Mehrlieit von Tönen zu hören. Die dazu nötige Vorbereitung besteht anfangs darin, daß wir den herauszuhörenden Oberton zu- nächst isohert vernehmen und festhalten, um ihn dann in dem Klange wiederzufinden. Es bleibt da — so hat man diesen Vorgang er- klärt — von dem vorausgehenden Hören noch eine ganz schwache Erregung zurück, welche 736 Aiifinerksauikeit die ihr entsprechende Komponente der nachkommenden Erregung verstärkt, ifür das Bewußtsein resultiert dann dasselbe, wie wTnn die entsprechende Partialschwin- gung durch physikaHsche Mittel z. B. durcli einen Resonator verstärkt würde. Diese Er- klärung ist aber nicht vollständig, denn eine solche Erregungssteigerung erhöht nur die Intensität des Partialtons und macht ihn dadurch der isolierten Auffassung leichter zugänglich, diese Auffassung selbst ist immer noch ein eigener Prozeß. Nach einiger Uebung ist die Hilfe des vorausgehenden isolierten Tones überflüssig. Und wenn sich dann nach sehr langer und intensiver Be- schäftigung mit diesen Dingen die Obertöne förmlich aufdrängen, so wird man kaum mehr eine vorausgehende Verstärkung eines jeden einzebien von ihnen annehmen können. Was hier bereit liegt, sind nicht mehr einzehie Tonvorstellungen, sondern etwas Funktio- nelles, die Art des Wanderns der Beachtung von einem gegebenen Grundton aus nach bestimmt entfernten Punkten der Tonreihe hin, an welchen die Obertöne zu finden sind. Man nennt solche durch Uebung er- worbene Bereitschaft zu komplexen Betäti- gungen E i Ji s t e 1 1 u n g e n. Sie lassen sich auf allen Gebieten des Seelenlebens nach- weisen; besonders leicht auf motorischem Gebiete, da konnten auch schon einige Ge- setzmäßigkeiten ihres Entstehens und Ver- gehens aufgedeckt werden. Nehmen wir statt der auszuführenden Akte schon das Resultat dieser Akte in der Vorbereitung auf eine Beobachtung voraus, so laufen wir Gefahr uns im Sinne dieser Vorwegnahme zu täuschen; besonders wenn wir von mehreren möglichen Ergebnissen eines einseitig begünstigen. Es soll eine der bestbekannten Erwartungstäuschungen hier noch besondere Erwälmung finden, nämlich die sogenannte Z e i t v e r s c h i e b u n g. Zwei objektiv annähernd gleichzeitige Er- eignisse kann man in der Auffassung bald in der einen bald in der anderen Richtung sukzedieren lassen durch eine Aenderung der Erwartung. Die Größe der gerade nicht mehr umkehrbaren objektiven Ungleichzeitigkeit beträgt z. B. für zwei gleiche und nicht weit auseinanderliegende optische Reize Ygo his Vio Sekunde. Unter ungünstigeren Beobachtungs- verhältnissen, so wenn es sich um die Ein- drücke zweier verschiedener Sinnesgebiete handelt, kann sie noch beträchthch größer werden. Die persönhchen Differenzen der nach der alten Augen- und Ohrmethode ge- machten Durchgangsbestimmungen der Astronomen betrugen große Bruchteile von Sekunden. Und diese Differenzen sind, wie das Ex|)eriment gezeigt hat, niclits anderes als Erwartungstäuschungen. Maßgebend ist bei dieser Zeitverschiebung nicht, wie man anfangs wohl gemeint hat, die einfache Begünstigung, Betonung des einen der beiden Reize in der Vorbereitung; denn man kann sehr gut auch auf denjenigen Reiz das Gewicht legen, der nachfolgen soll. Maßgebend ist viel- mehr die Erwartung eines speziellen Suk- zessionsverhältnisses. DieseErwartung ändert, soweit man sehen kann, nichts an dem Ein- tritt der Empfindungen. Denn man kann oft nachträghch sein Urteil noch korrigieren. Wer rasch nach der Beobachtung mit einer veränderten Erwartung an den Gedächtnis- residuen der Empfindungen eine Nach- prüfung vornimmt, findet nicht selten, daß er sich zuerst geirrt hatte. Das setzt aber voraus, daß die Empfindungen selbst die Sukzession der Reize richtig wiedergespiegelt haben. Die Verschiebung geht — wie auch die anderen Erwartungstäuschungen • — erst innerhalb der Auffassungsprozesse vor sich. 4. Die unwillkürliche Aufmerksamkeit. Gar oft verschaffen sich bei uns Empfin- dungen Beachtung, auf die wir nicht vorbe- reitet sind, ja die gar nicht hineinpassen in den Konnex von Aufgaben, unter deren Wirksamkeit wir gegenwärtig stehen. Und Aehnliches gilt auch für reproduzierte Vorstellungen und Gedanken. Es erhebt sich die Frage, unter welchen Bedingungen das geschieht. Da ist zunächst zu betonen, daß jede Vorbereitung nicht nur dem speziell zu er- wartenden Eindruck zugute kommt, son- dern auch anderen, die ihm hi einer Hinsicht nahe stellen. Wenn wir z. B. subtile akus- tische Beobachtungen machen, vermögen ganz geringe Geräusche sich durchzusetzen, auf die wir sonst nicht im mindesten achten. Da ist die ganze akustische Sphäre in einen Zustand erhöhter Beachtungsdisposition ver- setzt. Dann ist daran zu erinnern, daß ein- mal gestellte und energisch verfolgte Auf- gaben lange nachwirken können; sie be- tinden sich in einem Daten zzustand, werden aber durch geringfügige Anstöße aktuell und machen dann ihren Einfluß geltend. Wer vergebhch etwas gesucht oder sich auf einen Namen besonnen hat, erlebt es, daß ihm nach Stunden mitten in einem ganz anderen Zusammenhang das Vermißte in die Augen springt, daß er mit dem Namen laut oder leise herausplatzt. Da hegt eine Nachwirkung des vorausgegangenen Suchens vor. Für das, was mit unseren gewolmten Beschäftigungen zusammenhängt, bestehen dauernd derartige latente Beachtungsdis- positionen, die leicht aktuell werden. Sie machen einen wichtigen Bestandteil dessen aus, was wir ,,I n t e r e s s e" nennen; ein rein theoretisches Interesse für einen Gegen- stand ist nichts anderes als ein Inbegriff von bestimmten Beaclitungsdispositionen (das praktische Moment unserer Interessen da- Aufmerksamkeit 737 gegen gehört der Gefühls- und Willensseite unseres Wesens an). Aber außerdem gibt es sicher auch Eigen- tümlichkeiten der Reize, die sie befähigen sich ohne Vorbereitungshilfen und selbst gegen alle Widerstände durchzusetzen. Es gibt schreiende Farben, die uns auf der Straße aus der tiefsten Meditation heraus- reißen; es gibt penetrante Gerüche und pene- trante Geräusche, die sich immer Beachtung verschaffen. Da ist die Q u a 1 i t ä, t der Empfindung von stets überwältigender Ein- dringlicldveit. Das Gleiche gilt allgemein von h 0 ii e n I n t e n s i t ä t e n , doch bestehen in beiden! große individuelle Differenzen; auch wirkt Gewohnheit beträchtlich ab- stumpfend. AlsAequivalent für hohe Intensität können auch längere Dauer, große räum- liche Ausbreitung und gehäufte Wiederholungen eines Reizes ein- treten. Der in seine Arbeit Vertiefte hört vielleicht nicht den ersten al)er den fünften Anruf, der objektiv nicht stärker war; ein Geräusch mag sich vielmals monoton wieder- liolt haben, bis wir es beachten und dann zu unserem Aerger nicht mehr los werden können. Ol) in diesen Fällen eine kumu- lierende Wirkung der Wiederholung vorliegt oder ob nur einmal eines der Reihenglieder zufällig in eine Phase geringerer Konzen- tration fiel und deshalb beachtet w'urde, wird nicht immer leicht auszumachen sein; möglich ist wohl beides. Bekannt ist, daß auf optischem Gebiet Bewegtes sich leicht Beachtung ver- schafft; die Netzhautperipherie besonders scheint geradezu dafür prädisponiert zu sein, selbst auf unbedeutende räumliche Veränderungen die Aufmerksamkeit und damit auch den Bhck hinzulenken. Wir verstehen die Nützlichkeit dieser Einrichtung und erklären uns ihr Funktionieren vor allem durch eine hohe latente Beachtungsdis- position, die alles Bewegte durch tausendfache Uebung für uns gewonnen hat. Auch andere Veränderungen und besonders diejenigen, die sich plötzlich abspielen, wirken auf den verschiedenen Sinnesgebieten ähnhch wie Bewegung. Eine Erfahrungstatsache, die sich nicht bestreiten läßt, ist es, daß auch das N e u e , Seltene, Ungewohnte als solches sich Be- achtung zu erzwingen pflegt. Den Psycho- logen mutet das zunächst etwas paradox an; denn das Neue ist dadurch charakteri- siert, daß es keine oder nur geringe asso- ziative Resonanz in der Seele findet; und gerade diese Resonanz wird sonst als eine wichtige Beachtungsbedingung angesehen. Nun soll das Fehlen dieser Resonanz zu derselben Wirkung führen. Die Schwierig- keit löst sich auf durch die Tatsache, daß j nicht alle Assoziationen die Beachtung be- Handwürterliuch der NatxirwissenschafteD. Band I günstigen. Viele wirken wie ein Abfluß, der die ankommenden Eindrücke ins ge- wohnheitsmäßig Unbeachtete hinüberleitet. Ist dem aber so, dann ist es nicht mehr unbegreiflich, daß auch eine Art Stauung des psychischen Geschehens, die dann ein- tritt, wenn ein Abfluß auf gewohnte Asso- ziationsbahnen nicht stattfindet, beachtungs- begünstigend wirken kann. Viel besprochen ist endlich die Tatsache, daß das Aufhören eines gewohn- ten Eindrucks die Beachtung auf sich lenkt. Wie der Müller erwacht, wenn seine Mühle stehen bleibt, so macht sich uns das Stillstehen einer Zimmeruhr oder die Dämp- fung des gewM)hnten Straßenlärms nach einem Schneefall bemerklich. Bei der Erklärung dieser Dinge muß erstens im Auge behalten werden, daß oft längere Zeit vergeht, bis das Aufhören auffällt. Das deutet darauf hin, daß das nur geschieht in einer Aufmerk- samkeitspause, wenn wir ungewollt und un- bewmßt einen Augenblick von der Arbeit aufhorchen. Es ist zweitens vielfach so, daß zunächst nur ein Fremdheitseindruck ent- steht; wir müssen erst suchen, was sich denn geändert hat, w^as uns befremdlich vor- kommt. Das beweist, daß da ein unana- lysierter Gesamteindruck zuerst mitspielt, an dem uns die Veränderung zum Bewußtsein kommt. 5. Der Aufmerksamkeitsumfang und die Ablenkung. Wird uns ein optischer Gegenstand ganz kurze Zeit (etwa Yio Sek.) dargeboten, so können wir bei guter Vor- bereitung nachher mancherlei Angaben über ihn machen. Bestand er aus einer kleinen Gruppe einfacher Figuren, so können wir ihre Zahl, ihre Farben, eir.en Teil ihrer Gestalten richtig bezeichnen. Von den uns geläufigen Gestalten einfacher geometrischer Figuren, Ziffern, Buchstaben oder kurzer Wörter können nach einer speziellen Vorbereitung etW' a 6 richtig benannt resp. abgelesen werden. War noch mehr vorhanden, so wissen wir das, können aber nicht genauer bestimmen, was es war. Die Konstatierungen, die hier gemacht w^erden, finden sicher alle erst nach der Expositionszeit statt. Es ist uns zu- nächst nur ein Gesamteindruck gegeben, der nachher analysierend verarbeitet wird. Was uns verloren ging, war zum Teil auch im Be- wußtsein gegeben, wurde aber rasch w^ieder vergessen ; das Konstatieren kam da zu spät. Der Versuch beweist jedenfalls, daß auf der Stufe des schlicht Gegebenen mancherlei in unserem Bewaißtsein gleichzeitig neben- einander existieren kann. Für die höchste Auffassungsstufe, das Konstatieren liegt die Sache anders. Sind in einer Beobachtungszeit mehrere Konstatierungen auszuführen, so erfolgen sie immer nacheinander. Es kann also offenbar immer nur ein einziger Sach- 47 738 Aufmerksamkeit verhalt in einem Augenblick konstatiert werden. Doch ist hervorzuheben, daß dieser Sachverhalt nicht so einfach zu sein braucht wie die Gleichheit oder Verschiedenheit zweier Empfindungen oder die Zahl der Seiten eines Polygons. Es sind manche Feststellungen nötig, um eine Zeichnung als mikroskopisches Hautschnittbild zu erkennen. Und wenn jemand nach längerer Betrachtung diese Konstatierung trifft, so geht manches von dem was er vorher einzebi erfaßt hat, mit in den bewußten Sachverhalt der Schhißkon- staticrung ein. Wir können heute noch nicht übersehen, wieweit in solchen Fällen die Kompliziertheit des wirklich Bewußten zu gehen vermag. Wohl aber läßt sich sagen, daß mit einer Konstatierung zusammen noch manches im Bewußtsein schücht gegeben sein kann, was nicht zum konstatierten Sachverhalt gehört. Ich konstatiere in einer Beobachtnng die Farbe einer Figur, während allerhand anderes zu weiteren Konstatierungen schon bereit liegt in meinem Bewußtsein. Auch daß mehrere unabhängige Gesichtspunkte gleich- zeitig einem OlDJekt gegenüber ein- genommen werden, scheint nicht gänzlich ausgeschlossen zu sein. Die Regel ist es freilich, daß hier dasselbe geschieht, was wir auch auf motorischem Ge- biete finden: entweder die beiden Leis- tungen organisieren sich zu einer Gesamt- leistung oder sie werden nacheinander aus- geführt. Zwei ungewohnte komplizierte Bewegungen können recht gut mit dem rechten und dem linken Arm gleichzeitig ausgeführt werden, wenn sie nur für unser (kontrolherendes) Bewußtsein ein Ganzes bilden. Genau so kann ich sehr wohl an einem Polygon die längste Seite und die Gestalt gleichzeitig beachten; nur müssen die beiden Sachverhalte sich zu einem Ganzen zusammenfügen. Sie können das z. B. in der Weise, daß die längste Seite als Basis dient, über welcher sich der Rest der Seiten wie ein Bogen ausspannt. So kann ich die längste Seite und die Eckenzahl in der Tat in einem Akt beachten. Beobachter, die diese Art der Polygon auf fassung gar nicht kennen oder doch nicht regelmäßig anwenden, verfallen unter dem Zwang der Aufgabe einer gleichzeitigen Beachtung immer darauf, sie auszuführen. All die Schranken, die wir jetzt ange- deutet haben, gehören mit zu dem, was man kurz als die Enge der Aufmerk- samkeit neben dem weiteren Umfang des Bewußtseins bezeichnet. Es leuchtet ein, daß weder das eine noch das andere einfach durch eine Zahl von Bewußtseins- inhalten meßbar sein kann. Unmöghch sind nur zwei gleichzeitige Akte des Konstatierens. Aber der festgestellte Sachverhalt kann recht verwickelt sein; und daneben kann noch allerhand anderes schlicht gegeben sein. Gelingt es, sich während einer tachistoko- pischen Darbietung mit etwas anderem zu beschäftigen, wälu-end die Augen auf das Feld gerichtet und akkommodiert sind, dann wissen wir beträchtlich weniger über das Gesehene auszusagen. Immerhin können noch etwa 3 Figuren richtig benannt oder 3 kurze Wörter gelesen werden. Wir waren jetzt während der Darbietung von dem optischen Reiz abgelenkt. Das Resultat läßt sich leicht interpretieren. Es braucht anfangs nicht weniger im Bewußtsein ge- geben gewesen zu sein. Fragen wir statt nach der Gestalt der Figuren nach ihrer Anzahl, so erhalten wir leicht die richtige Angabe, daß es 8 oder 10 waren. Im Bewußtsein ge- geben waren also die Figuren. Daß die Gesamtleistung gesunken ist, liegt wesent- lich an der nachträglichen analysierenden Bearbeitung des Eindrucks. Weil wir nicht darauf vorbereitet waren, deshalb kamen wir zu spät zum Konstatieren, es war schon recht viel wieder vergessen. Es wäre von Wichtigkeit, die Beein- trächtigung, welche die verschiedenen körper- lichen und geistigen Leistungen unter dem Einfluß größerer oder geringerer Ablenkung erfahren, genauer studieren zu können. Einstweilen ist es aber noch nicht gelungen, längere Ablenkungszustände von einiger Kon- stanz mit ex])erimentellen Hilfsmittehi her- vorzurufen. Reize, die einem anderen Sinnes- gebiet als die Hauptleistung angehören, sind sehr wenig wirksam, ja stören nach kurzer Gewöhnungsfrist überhaupt nicht mehr. Un- regelmäßig intermittierende Eindrücke sind etwas besser als konstante. Am stärksten haben sich immer noch gefühlsbetonte Reize, wie starke Gerüche oder solche Dinge erwiesen, die zum Nachdenken anreizen; das Sichbe- sinnen auf einen Kamen, die Spannung auf die Fortsetzung einer fessehiden Erzählung oder einer vorgespielten Melodie lenken im hohen Grade ab. Werden zwei Leistungen verlangt, die nebeneinander herlaufen sollen, so gelingt das recht gut, sobald die eine von ihnen gar keine oder eine geringe Anforderung an die Aufmerksamkeit stellt. Mecha- nisches Zählen, Hersagen auswendiggelernter Silben, Summen bekannter Melodien braucht z. B. optische Beobachtungen nicht im ge- ringsten zu stören. Machen beide Leistungen Beachtungsansprüche, dann können sie immer noch aufrecht erhalten werden, wenn sie sich zeitlich so ineinander schieben lassen, daß immer die einen in den Beachtungspausen der anderen erledigt werden. 6. Schwankungen der Aufmerksamkeit. Wer in tiefer Stille auf das leise Ticken einer Taschenuhr lauscht, wird konstatieren kön- Aufmerksamkeit 739 non, daß ilim die Schläge in langsamen Schwankungen bald lauter, bald leisox er- scheinen, mitunter auch ganz verschwinden und wieder auftauchen. Aehnhches fand man bei gerade überschwelhgen Helhgkeits- unterschieden und bei Tastreizen und stellte dann die Lehre von der regelmäßig perio- dischen Funktion der Aufmerksamkeit auf. Sorgfältige neuere Untersuchungen haben gezeigt, daß diese Schwankungen nicht ein- heitlicli erklärt werden können, sondern auf verschiedenen Sinnesgebieten verschiedenen Ursachen zuzuschreiben sind. Schwache Helligkeitsdifferenzen verschwinden infolge schnellerer Erschöpfung der stärker ge- reizten Ketzhautstellen und tauchen dann natürlich immer wieder auf, wenn kleine Fixationsbewegungcn der Augen die Bilder auf der Netzhaut verschieben. Beim Tast- sinn treten Schwanknngen überhaupt nicht immer auf; sie können iedenfalls Minuten lang ganz ausbleiben. lieber die Gehörs- schwankungen gehen die Meinungen noch auseinander. Auf eine Tätigkeit des Musculus tensor tympani, des Trommelfellspanners, können sie jedenfalls nicht zurückgeführt werden, denn sie wurden auch von Menschen ohne Trommelfell und Gehörknöchelchen beobachtet. Vielleicht ist es wie beim Tastsinn, daß sie überhaupt nicht immer sich einstellen. Uebrigens muß hier besonders sorgfältig auf die Konstanz der äußeren Bedingungen ge- sehen werden, bei Taschenuhren schwankt vielfach die Intensität der Reize. Der Rhythmus ist bei all diesen Schwankungen nur dann regelmäßig, wenn sich der Be- obachter unbewußt auf ihn eingestellt hat. Auf zentraler Ermüdung beruhen wohl die langweUigen und wie es scheint unver- meidbaren Schwankungen beim b i n o k u - laren Wettstreit. Wer eine Brille mit zwei verschiedenfarbigen Gläsern auf- setzt, sieht die Gegenstände besonders in den zentralen Partien seines Gesichtsfeldes bald von der Farbe des einen bald von der des anderen Glases übergössen, unter ge- wissen selteneren Bedingungen mischen sich auch die beiden. Im allgemeinen sind hier auch die Faktoren der Vorbereitung ent- scheidend. Es zeigt sich aber, daß keine der beiden Hauptauffassungen über bestimmte Zeitgrenzen hinaus aufrecht erhalten werden kann. Es setzt sich immer auch die andere wieder durch und behauptet dann um so länger das Feld, je weiter die vorausgehende Periode ausgedehnt worden war. Etwas anders zu erklären ist das Oscillieren der Auffassungen bei vieldeutigen F i g u_r e n. Die Linienskizze eines Würfels z. B. ist perspektivisch mehrdeutig und bei längerer Fixation wechsehi die Deutungen unregelmäßig ab. Die Umschläge fallen häufig in die durch Lidschlag oder Fixations- bewegungcn hervorgerufenen kleinen Er- kennungspausen oder sind synchron mit Akkommodationsänderungen der Linse. Das können indes nur auslösende Momente sein, denn eine konstante Koordination zwischen ihrer Art und den einzehien möglichen Auf- fassungen besteht nachweislich nicht. Auch treten die gleichen Umschläge bei optischen Nachbildern auf, die doch durcli Blick- bewegungen und Akkommodationsände- rungen nicht in derselben Weise beeinflußt sein können wie die primären optischen Empfindungen. Die Sache wird hier so liegen, daß sich neben einer gerade domi- nierenden Auffassung immer die andere vor- bereitet und sich dann bei Gelegenheit jener peripher bedingten Unterbrechungen oder Veränderungen durchsetzt. Dafür spricht vor allem die Tatsache, daß die Umschläge dadurch sehr eingeschränkt werden können, daß man sich während der Beobachtung noch mit etwas anderem beschäftigt; dann können eben jene Erwartungen nicht mehr so leicht auikommen. Analoge aber viel kompliziertere Schwan- kungen kann man bei jeder länger dauernden und gleichartigen körperlichen oder geistigen Tätigkeit konstatieren, die eine größere An- spannung erfordert. Es ist da immer so, daß auf einen kräftigen Anlauf ein Nach- lassen folgt, das wieder durch einen neuen Impuls ü])erwunden werden muß. Messend läßt sich das z. B. an fortlaufenden Rechen- leistungrn verfolgen. Die günstige Wirkung eines konstanten Rhythmus auf aU unser Arbeiten beruht in erster Linie darauf, daß er diese notwendigen Schwankungen reguliert. 7. Aufmerksamkeit und Gedächtnis. Von der Rolle, die das Beachten bei den soge- nannten komplexeren se^hschen Prozessen spielt, ist noch wenig exakter Beobachtung zugänglich gewesen. Am meisten wissen wir über sein Verhältnis zu den Gedächtnis- leistungen. Was nicht beachtet wurde, ver- fällt sehr rasch dem Vergessen. Das sahen wir schon oben; kurzdauernde Ge- samteindrücke entfallen uns so schndl, daß viele Einzelheiten, die eben noch im Bewußt- sein gegeben waren, gleich darauf nicht mehr konstatiert werden können. Da han- delt es sich um ein unmittdbares Behalten. Analoges zeigt sich, wo es gilt, Eindrücke für längere Zeit einzuprägen. Gewisse Er- gebnisse der Gedächtnisversuche legen die Frage nahe, ob, was gar keine Beachtung erfährt, überhaupt selbst bei noch so vielen Wiederholungen sich in einem nachweis- baren Grade einprägt. Exakt gelöst konnte diese Frage noch nicht w^erden. Sicher ist ?ber, daß bei ganz unaufmerksamem Lesen die Zahl der bis zum Auswendigkönnen nötigen Wiederholungen ins praktisch Un- 47* 740 Aiifmerksamlveit meßbare wächst, während alles, was die Konzentration auf den Lernstoff fördert, die Zahl der nötigen Wiederholungen herabsetzt; sicher ist auch, daß selbst zufällige Be- achtungen und Konstatierungen von Einzel- heiten, die während des Lernprozesses auf- treten, für dessen Fortschritt nützlich werden können und daß die besonders beachteten Einzelheiten am festesten haften bleiben. Beim Erlernen von Reihen gilt es nicht nur die einzelnen Glieder einzuprägen, da müssen Assoziationen gestiftet wer- den. Es hat sich gezeigt, daß das selbst bei sinnlosen, unzusammenhängenden Stoffen fast immer in der Weise geschieht, daß die Reihen sich systematisch gliedern. Kleinere Gruppen und größere Komplexe werden ge- bildet. Schon der Rhythmus, der immer sich einstellt, wenn wir Reihen lernen, bietet eine Grundlage dafür. In einzelnen Fällen werden noch besondere Hilfsmittel herangezogen; so können sich zu dem Rhythmus Tonhöhen- unterschiede beim Sprechen also eine ein- fache Melodie gesellen, oder es kann ein optisches Schema ausgebildet werden, in dem jedes Güed seinen Platz erhält. An dieser Komplexbildung sind natürlich all die Funktionen beteiligt, für die man den Namen Aufmerksamkeit gebraucht. Und da die Komplexbildung und alles was damit zu- sammenliängt von kaum zu überschätzender Bedeutung ist für Bildung der Assoziationen, so läßt sich die Frage aufwerfen, ob sich ohne die Beteiligung der Aufmerksamkeit überhaupt Assoziationen bilden. Vielleicht ist die einfache Kontiguität von Erleb- nissen, die einfache Gleichzeitigkeit gar nicht imstande Verknüpfungen zuwege zu bringen; vielleicht muß wenigstens eine Be- achtung dieser Kontiguität, besser noch eine Auffassung von allerhand anderen Bezie- hungen hinzukommen, damit Assoziationen sich bilden. Beantworten läßt sich heute auch diese wichtige Frage noch nicht. Für die Wirksamkeit gestifteter Assozia- tionen ist die Aufmerksamkeit höchstwahr- scheinlich keine unerläßliche Bedingung. Jedenfalls vollziehen sich viele Repro- duktionen außerhalb des Kreises, von Gegenständen, denen wir gerade gegen- wärtig unsere Beachtung schenken. Ja für die Reproduktion ganz geläufiger Stoffe kann es gelegentHch verhängnisvoll werden, wenn die Aufmerksamkeit sich darein mischt. Wir bringen den Ablauf durch Betonung eines einzelnen Ghedes zum Stocken, so daß gänzhche Leere sich dahinter auftut, oder wir lenken den Prozeß in falsche Bahnen. Das zweckmäßige Verhalten entspricht bei Reihenreproduktionen ganz dem, welches wir bei schwierigen, gut eingeübten Körper- bewegungen einnehmen. Auch da dürfen Einzelheiten nicht beachtend festgehalten werden. Unser Beachten muß in beiden Fällen auf das Ganze gehen und darf nur einen regulierenden, kontrolherenden Einfluß auf die mehr peripheren und automatisch verlaufenden Prozesse ausüben. Bei den Bewegungen müssen wir das Ziel im Auge haben. Bei den Reproduktionen legen wir vorauseilend das Schema und andere Hilfs- mittel zurecht, die auch bei der Einprägung eine Rolle gespielt haben; handelt es sich um sinnvolle Stoffe, so nehmen wir fast regelmäßig den kommenden Gedanken in der Beachtung schon voraus. Und einzeln beachtet werden auf motorischem Gebiet wie hier nur die Wendepunkte mid besonders gefährdete Stellen. Ganz anders verhält sich die Aufmerk- samkeit beim Besinne n. Wir kommen, wenn wir uns auf etwas besinnen, vielfach schon dadurch zum Ziel, daß wir ein ge- gebenes Reproduktionsmotiv aufmerksam festhalten. Da mag schon durch die Dauer seine AVirksamkeit erhöht werden. Wich- tiger aber ist, daß bei diesem Festhalten die Gesichtspunkte der Beachtung wechseln; es tritt bald diese, bald jene Seite der Wahr- nehmung oder Vorstellung, von welcher die Rerpoduktion ausgehen soll, bald diese oder jene konkrete Einzelheit hervor und darunter mag sich nun auch diejenige befinden, die für die Stiftung der Assoziation wirksam war. Hilft das nicht, dann gehen wir zu anderem über, von dem eine Reproduktionstendenz zu dem Gesuchten hin zu erwarten steht. Manchmal verlegen wir uns auch aufs Kon- struieren. Wir bilden uns, wenn etwa ein Name gefunden werden soll, auf Grundlage der paar Buchstaben oder des Betonungs- schemas oder des Klangschemas, das wir schon gefunden haben, ein oder mehrere Wortbilder. Haben wir das richtige getroffen, so erkennen wir es wieder; denn es ist eine allgemeine Erfahrung, daß das Wieder- erkennen leichter eintritt als eine selbstän- dige Reproduktion. Literatur. G. E. Müller, Zur Theorie der sinnl. Aufmerksamkeit, Leipzig 1873. — C. Stumpf, To7ipsychologie, Leipzig, Hirzel, I. Bd. 1883, II. Bd. 1890. — O. KüliiC, The problem of attention. The ßlonist XIII 1902. — W. McDotigall, The physiological factors of the altention-process. ßlind JV. S., Vol. XI (1902), XII (1903), XV (1906). — E. Dürr, Die Lehre von der Avfmerksamkeit, Leipzig 1907. — C, Stumpf, Erscheinungen und psychische Funktionen, Abh. d. Berl. Akad. d. Wiss. 1906. — W. B. Pillsbury, Attention, London 1908. — E. B. Titchener, Lectures on the elemcn- tary j^sychology of feeling and attention, New- York 1908. — TF. Wirth, Die exp. Analyse der Bewvßtseinsphänomene, Braunschweig 1908. — Dazu an neueren Einzeluntersuchungen : R, L. Geissler, The measurement of attention, The Aufmcrksamkeil — Azin t;ruii]io 741 Americ. Jourv. of Psych., Vol. XX 1909. — E. Westphal, Ueber Havpt- vnd Nebeyiaufyabcu bei JieaktioTisvcrsurhen, Arch. /. d. yes. Psycli. Bd. 21 1911 (über BewvßtsemsstuJ'eji). — 11. Pauli, Ueber die Beurteilvvg der Zeitordnurxj v<'ii optischen Reizev, Ebevda. — Ueber ivdiriduellr UvterKchiede der Anfmerk.iamkeitsprozesse : H. C. McComas, Some Types of attenliov, Tl.c P,iychol. Monotjraphs Vol. XIII, JVo. 3 (1911). K. Bühler. August Ernst Ferdinand. Geboren 1795 in Prenzlau; gestorben 1870 in Berlin. Er wurde 1817 Lehrer am Joachinistal- schen Gymnasium in Berlin, 1827 Direktor des Cölnischen Realgymnasiums daselbst. Er kon- struierte 1825 sein Psychrometer. E. Drude. Aves die wissenschaftliche Bezeichnuiif? der durch den Besitz von Flügeln und Federn aus- gezeichneten Wirbeltierabteilung der Vögel (vgl. den Artikel „Vögel"). Avogadro di Qiiaregiia Amedeo. Geboren zu Turin am 9. August 1776 als Sohn eines Staatsbeamten, gestorben am 9. Juli 1856. Er war lange Zeit vergessen, obwohl er in seiner 1811 im Journal de Physique erschienenen Abhandlung Essai d'une maniere de d( terminer les masses relatives des molt'cules tltmentaires des corps et les propor- tions, Selon lesquelles elles entrent dans ses combinaisons die Grundlagen der heutigen Mole- kulartheorie dargelegt hatte. Die zuerst betretene juristische Laufbahn gab er bald auf, um sich dem Studium der Mathematik und Physik zu widmen. Als Professor am Lyceum zu Vercelli 1809 bis 1820 betätigte er sich in verschiedenen Untersuchungen als ebenso scharfer Denker wie guter Beobachter, auch in chemischer Richtung. Von 1820 an war er mit einigen Unterbrechungen bis zu seinem Tode Professor der mathematischen Physik in Turin. Die Tatsache, daß Avogadro s grundlegende Auffassung von der Proportionalität der Gas- dichten und der Molekulargewichte jahrzehnte- lang unbeachtet geblieben ist und erst dann reichste Früchte getragen hat, gehört zu den lehr- reichsten Erscheinungen, die in der Geschichte einer Wissenschaft vorkommen. Ueber die Ur- sache und Begleitumstände dieser Vorgänge vgl. Je. G u a r e s c h i s ausgezeichnete Schrift Amedeo Avogadro und die Molekulartheorie (Deutsch herausgegeben von Kahl bäum Leipzig). Avogadros Lehrsatz, wonach in gleichen Gasräumen bei gleicher Temperatur und gleichem Druck eine gleich große Zahl Moleküle enthalten sind , ist nach Gerhardts Versuch, ihn für die richtige Zusammensetzung organischer Stoffe zu verwerten, besonders von C a n n i z - zaro 1858 (vgl. sein Sunto di un corso di filosofia chimica. Deutsch in 0 s t w a 1 d s Klassikern 1891) in seiner Bedeutung für die gesamte Chemie erkannt und seitdem ein Grund- pfeiler dieser Wissenschaft gew(n-den. Trotz- dem Avogadro nach dem Jahre 1811 mehrmals auf diesen Lehrsatz zurückgekommen ist, besonders eingehend 1821 in einer franzö- sischen Abhandlung, die in den Denkschriften der Turiner Akademie erschien, haben die be- deutendsten Chemiker noch ein Vierteljahr- hundert lang nichts von ihm gewußt. So er- wähnt Hermann Kopp ihn nicht in seiner vierbändigen Geschichte der Chemie. Uebrigens hat Avogadro auch die an- organische Chemie durch die Feststellung der richtigen Zusammensetzung wichtiger Ver- bindungen bereichert. Die vollständige Wür- digung der Leistungen A v o g a d r o s findet man in der genannten Schrift G u a r e s c h i s. Seine Originalabhandlungen sind schwer zu- gänglich. E. von Mefier. Azingruppe. Einschließlich der Oxazine und Thiazine. 1. Diazine. 2. Triazine. 3. Tetrazine. 4. Oxazine. 5. Thiazine. Ersetzt man in einem Benzolring zwei oder mehrere Metliin-(CH-)Gruppen durch Stickstoffatome, wie dies im Pyridinring bei einer Methingruppe der Fall ist, so gelangt man zu heterocyklischen Verbindungen, die unter dem Namen ,,A z i n e " zusammenge- faßt werden. Es sind Azine mit 2 bis 4 N-Ato- men in demselben Ringe bekannt, die dem- entsprechend die Bezeichnung Diazine, T r i a z i n c und Tetrazine erhalten haben. An die Stelle eines N-Atoms kann auch Sauerstoff oder Schwefel treten. Im ersteren Falle erhält man die Oxazine im letzteren die Thiazine. Stellungsisomere Diazine werden je nach Anordnung der N-Atome, als Ortho-, M e t a - und P a - r a d i a z i n e bezeichnet. Analog ist die Unterscheidung der Oxazine und Thiazine. Die isomeren Triazine und Tetrazine werden in symmetrische, a s y m metri- sche und V i c i n a 1 e eingeteilt. Im allge- meinen benennt man die einzehien Unter- gruppen nach ihren Grundkörpern. Die be- merkenswertesten unter den Azinen sind jene, die die Heteroatome (N, 0 u. S) in Para- stelhmg haben, da sie die Muttersubstanzen wichtiger Farbstoffklassen bilden. I. Diazine. a) 0 r t h o d i a z in e. «) P y- r i d a z i n e. Der Grundkörper das P y r i d a- 742 AziiigTuppe HC CH HC N N^ zin wird aus seinem Dibenzoderivat, dem so- genannten Phenazon gewonnen. Es ist eine wasserhelle Base von pyridinartigem Geruch. Fp. — 8«, Sdp. 208". Allgemein entstehen Pyrida- zine oder ihre Dihydroderivate durch Einwirkung von Hydrazinen auf 1,4 ■ — Diketone. ß) B e n z 0 r t h 0 d i a z i n e oder B e n z o - p y r i d a z i n e sind die C i n n o 1 i n e und Phtalazine. Cinnolin Fp. 39" ist eine ^CH^^CH^ HC C CH I II ! HC C N ~^ch/\n^ starke, giftige Base, die aus ihrer Oxycarbon- säure gewonnen wird ,CH P h t a 1 a z i n Fp. 91«, ^--\/CH^ HC C N i II I HC C N ^ch/\ch^ Sdp. etwa 315" (Zersetzung). Durch Einwirkung von Hydrazinen auf o-Phtalaldehydsäure entstehen Ketohydrophtalazine sogenannte Phta- lazone. Ueber die Chlorverbindungen gelangt man von diesen zu den Phtalazinen. y) Dibenzorthodiazine oder D i - benzopyridazine. Hierher gehört das Phenazon und seine Derivate. Es wird ge- wonnen durch Reduktion des o, o-Dinitrodi- phenyls. Grüngelbe Nadeln. Fp. 156". \_ V b) Me t a d ia z ine. a) Pyrimidine (Miazine). Die Abkömmlinge des P y r i m i d i n s HC N HC CH Fp. 21", Sdp. 124" stehen in naher Beziehung zur Harnsäure- und zur P u r i n g r u p p e. Purin selbst kann als ein kondensiertes Pyi-imidin-Glyoxahn betrachtet werden; die Barbitursäure (Malonylharnstof f ist ein Trioxypyrimidin. U r a c i 1 e sind Dioxypyri- midine (vgl. den Artikel ,,K o h 1 e n s ä u r e - d e r i V a t e "). Pyrimidine entstehen durch Einwirkung von 1, 3 -Diketonen auf Ami- dine. Aminopyrimidine, sogenannte K y a n a 1 - kine bilden sich durch Polymerisation von Nitrilen mittels Natrium. Das Pyrimidin selbst wird erhalten durch trockene Destillation seiner K-Carbonsäure. /J)Benzometad iazine oder B e n z o - pyrimidine sind die Abkömmlinge des Chinazolins Fp. 48", Sdp. 243". Dieses ent- CH^ ^CH \ N I CH ^ch/\n^ steht durch Oxydation seiner Dihydroverbindung. Diliydrochinazoline bilden sich allgemein aus Acyiderivaten von o-Aminobenzj'laminen durch Wasserabspaltung. Oxydiert gehen sie in ihre Ketoderivate, die C h i n a z o 1 o n e über. c) P a r a d i a z i n e. <:<;) P y r a z i n e (Pia- zine). Diese Verbindungen finden sich unter den Gährungsprodukten des Rübenzuckers und im Fuselöl. Neben Pj^ridinen (s. d.), denen sie sehr ähneln, entstehen die Pyrazine auch durch Einwirkung von Ammoniak auf Traubenzucker. Synthetisch darstellbar sind sie durch Konden- sation zweier Moleküle a-Aminoaldehyd oder Aminoketon. Pyrazin Fp. 55", Sdp. 115" ist eine N. / HC CH HC CH hehotropartig riechende Base. Durch Reduktion entstehen gleich die Hexahydropyrazine oder Piperazine. (3) Benzo pyrazine oder C h i n o x a - line. Sie werden erhalten durch Kondensation von 1,2 Diketonen mit o-Phcnylendiaminen. o-Naphtylendiamine liefern N a p h t o c h i n o - xaline. Den Stammkörper selbst, das Chi- HC C CH I II ! HC C CH ~^ch/\n^ no xalin Fp. 27", Sdp. 229" gewinnt man aus Glyoxal und o-Phenylendiamin. y) D i b e n z 0 p y r a z i n e P h e n a - z i n - G r u p p e. Zu dieser wichtigen Gruppe gehören die am längsten bekannten Azine, sowie ausgedehnte Farbstofiklassen. Der Stammkörper, das Ph e n a z i n, gelbe Nadebi HC CH C CH ^H HC C C CH ^ch/\n^\ch^ Fp. 171" wurde zuerst von Claus durch Destillation des azobenzoesauren Kalkes dar- gestellt und zunächst mit Azophenylen be- zeichnet. Merz schlug später den Namen ,, A z i n e " vor. Sie bilden sich unter anderem durch Konden- sation von o-Diaminen mit o-Dioxybenzolen oder o-Chinonen. So erhält man Phenazin aus o-Phe- nylendiamin und Brenzcatcchin, c.-./i-N a p h t a - zin aus Naphtylendiamin und Naphtochinon. N CinH. )CinHfi N Azingruppe ■43 Es ist die am längsten bekannte Azinverbindung (N a p h t a s e 1840). Analog dargestellt werden N a p h t 0 p h e n a z i n e , P h e n a n t h r 0 - p h e n a z i n e und Phenanthronaphta- z i n e. Das P h e n a n t h r a z i n (A n t h r a - z i n ) wird aus dem blauen Farbstoff I n - d a n t h r e n durch Zinkstaubdestillation ge- wonnen. Indanthren ist ein Dihydroanthrachi- nonazin. — Die Phenazine sind schwach basische, meist gelblich gefäibte Verbindungen, die durch Reduktion in unbeständige Dihydroderivate übergehen. A m i n 0 - und 0 x y p h c n a z 1 n c - Durch Eintritt der NH2- und OH-Gruppe worden die Phenazine in Farbstoffe ver- wandelt (vA'l- auch den Artikel „F a r b s 1 0 f f e"). 1. M 0 n 0 a m i n 0 p h e n a z i n e oder E u - r h 0 d i n e werden analog den Plienazinen dar- gestellt durch Einwirkung von Amino-o-diaminen auf o-Cliinone. Es sind schwache Basen, die leicht dissoziierbare Salze bilden. 2. D i a m i n 0 p h e n a z i n e. a) U n - s y m m e t r i s c h e D i a m i n 0 p h e n a z i n e entstehen durch Oxydation von o-Diaminen. as-D i a m i n 0 p h e n a z i n N NH, CfiH, >C«H, N Nh2 b) Symmetrische D i a m i n 0 p h e n - a z i ]i e (T 0 1 u y 1 e n r 0 t g r u p p e ) erhält man durch Oxydation von Aminoindaminen. So entsteht aus dem Indamin Toluvlenblau der Farbstoff T 0 1 u y 1 e n r 0 t (N e u - t r a 1 r 0 t), ein D i m e t h y 1 d i a m i n 0 t 0 1 u - (CH3)2N.CeH3< I >C«H / p h e n a z i n. N e u t r a 1 v i 0 1 e 1 1 ist das niedere Homologe des Neutralrotes. 3. 0 X y p h e n a z i n e oder E u r h 0 d 0 1 e bilden sich durch Erhitzen der Aminophenazine mit konzentrierter Salzsäure bei 180°. P h e n a z 0 n i u m V e r b i n d u n g e n. Li iluien tritt ein Azinstickstoff fünf- WTttig auf; sie sind theoretisch und praktisch wichtig, weil sie einerseits über die in diesen Körpern auftretende orthochinoide Bindung Aufschluß geben, andererseits die Grund- sul)stanzen der großen Farbstoffklassen der I n d u 1 i n e und S a f r a n i n e sind. Die Azoniumverbindungen entstehen durch Kon- densation von monosubstituierten o-Diaminen mit o-Chinonen. So erhält man das P h e - n V 1 p h e n a z 0 n i u m c h 1 0 r i d und seine CbH/ "^Cl hölieren Kernliomologen. Die wichtigste Eigenschaft dieser Azoniumsalze ist ihre Reaktionsfähigkeit mit Ammoniak und Al- kalien unter Bildung von Amino- resp. oder von Oxyverbindungen, die im ersteren Falle I n d u 1 i n e , im letzteren I n d 0 n e ge- nannt werden. I n d u 1 i n e. B e n z o 1 i n d u 1 i n e oder Aposafranine leiten sich ab vom A p 0 s a - NH.CÄ^ ^CÄ f r a n i n. Es ensteht auch durch partielles Entamidieren des Phenosafranins. Das P ar ap h e n y le n b 1 au ist wahrscheinlich ein kompliziertes Aposafranin. Pt 0 s i n d u - 1 i n e werden unter anderem gewoimen durch Schmelzen von Benzolazo-K-naphtylamin mit Anilin. Die Grundsubstanz, das R 0 s i n d u - lin NH.(\oH5(N2(\H5)CeH, Fp. 199», ist ein Derivat des Phenylnaphtophenazonium.-;. Die Disulf osäure der Base ist der Farbstoff R 0 s i n - d u 1 i n ; A z 0 c a r m i n ist eine Disulf osäure des Phenylrosindulins. Isorosinduline sind solche Naphtophenazoniumverbindungen, die die Aminogruppe in der Benzolhälfte enthalten. Isorosindu lin r,oH6(N2- C6H5)C6H3.NH entsteht aus Chinondichlorimid und Phenyl-/?- naphtylarain. Das B a s 1 e r Blau ist ein Ani- linodimethyhsorosinduUn. N a p h t i n d u - 1 i n e stammen vom Phenylnaphtazonium ab. Naphtindulin NH.CioH5(N2.CsHglCioHe Fp. 250" wird aus Benzolazo-c.-naphtylamin mit a-Naphtylamin und Anilin gewonnen. Die Farb- stoffe N a p h t y 1 b 1 a u und N a p h t y 1 - violett sind Anilinoderivate des Naphtindu- hns. Flavinduline leiten sich vom P h e n y 1 p h e n a n t h r 0 ]3 h e n a z 0 n i u m ab. Das Chlorid ist ein gelber Farbstoff. I n d 0 n e . Die I n d 0 n e oder A p 0 s a - f r a n 0 n e sind die den Indulinen entsprechenden Sauerstoffderivate. Sie entstehen, abgesehen von der bereits erwähnten Darstellungsweise, durch Erhitzen der InduHne mit konz. Salzsäure: A p 0 s a f r a n 0 n 0. CßHsCN.,. CeH5)CsH4 Fp. 242«. Rosindon O.CioH5(N,.C6H5)C6H4 Fp. 259». Seine Sulf osäure ist der Farbstoff Rosindulin G. Isorosindon CioH6(N2.C6H5)C6H3.0 Fp. 224». Naphtindon O.CioH5(No.C6H5)CioH« Fp. 295». Safran ine. Safranine sind die symmetrischen Diaminoderivate der Azoni- umverbindungen. Sie entstehen durch Oxy- dation eines Indamins mit einem Monoamin, ferner durch Einwirkung von Ammoniak oder Aminen auf acetylierte Induline. Die Safranine sind starke Basen, die wie die Eurhodine dissoziierbart Salze bilden. Phenosafraninchlorid H^N.CeHg^ )C6H3.NH, CeH/ \C1 Sein Dimethylderivat liefert den Farbstoff Fuchsia; ein Homologes desselben ist das Giroffle. Amethystviolett ist Tetra- äthylphenosafranin, I n d a z in ein Dimethyl- phenylphenosafranin. Tolusafranin ist der Haupt- bestandteil des roten Farbstoffes Safran in. Ein Trinaphto safranin ist das Magdalaro t. Monophenylsafranine sind die M a u v 0 i n e. Durch Oxvdation von toluidinh altigem Anilin erhielt P e r k i n 1856 das M a u v e i n , den ersten technisch dargestellten Anilinfarbstoff. 744 Azingruppe Erwähnt seien schließlich noch die Farbstoffe I n d u 1 i n und N i g r o s i n. Safran one und S a f r a n o 1 o. Jene sind die aus den Safraninen durch Aus- tausch einer Aminogruppe gegen Hydroxyl entstehenden Oxyaniinoplienazoniumverbin- dungen; diese die entsprechenden Dioxyderi- vate. Der Umsatz wird bewirkt durch Kochen mit Kali oder konzentrierter Säure. F 1 u 0 r i n d ine. Die Vertreter dieser Farbstoff klasse leiten sich ab vom F 1 u o r i n d i n N ^ ,NH t^'sHi^f /CgHa. ^G^Yi^ Sie sind also Dibenzoderivate eines Benzodipy- razins; sie entstehen durch Oxydation der Salze von o-Diaminen. 2) Triazine. a) Symmetrische y/) T r i a z i n e , K y a n i d i n e. Als Gnmdkörper dieser Gruppe kann der hypothetische T r i - Cyanwasserstoff HCf >N gelten. Derivate des sym. Triazins oder K y a n i d i n s erhcält man durch Einwirkung von Aluminiumchlorid auf ein Gemenge von Nitril und Säurechlorid. Triphenylkyanidin ist das Kyaphenin, Trioxykj-anidin die normale Cyanursäure. Über Melamin Amelid und A m e 1 in (vgl. den Artikel ,, C y a n v e r b i n - düngen"): b) Asymmetrische («) Triazine. Sie leiten sich von folgendem hypothetischen Stammkörper ab: HC N II I HC CH Von dem einfachen Ring sind wenig Abkömmlinge bekannt. Be n z o -a-t r ia z in e oder Phen- triazine entstehen durch Kondensation von Formazylverbindungen. P h e n t r i a z i n .N = CH C„H, /' Fp. 75", Sdp. 235—240". c) V i c i n a 1 e {§) Triazine sind nur als Benzodihydroderivate N = N ^CHa— N— R bekannt. Sie bilden sich ähnlich wie die Dihydrochinazoline durch Ein- wirkung von salpetriger Säure auf o-Aminoben- zylamine. 3. Tetrazine. a) V i c in a 1 e oder 0 s 0 t e - trazine entstehen durch Oxydation von Osa- zonen. Osotetrazin HC NH I I HC NH Fp. 51». b) Symmetrische Tetrazine und ihre D i h y d r o d e r i v a t e entstehen durch Einwirkung von Hydrazin auf sog. Imidoäther. D i h y d r 0 t e t r a z i n /CH^ NH N N NH ^ch/ Fp. 82". Ein Diketohexahydrotetrazin ist das U r a z i n oder der D i h a r n s t 0 f f . c) Asymmetrische Tetrazine sind nicht bekannt. 4. Oxazine. a) 0 r t h 0 x a z i n e. Der für diese Gruppe typische Ring HC 0 HC CH2 ^ch/ ist in einigen Verbindungen enthalten, so z. B. in den Benzorthoxazinonen u. a. m. b) M e t 0 X a z i n e sind die Abkömmlinge des P e n t 0 X a 1 i n s und Phenpentoxa- z 0 lins. fi-Phenylpentoxazolin H,C C.CeH^ H,C 0 ■-CH,' Derivate des Benzometoxazins sind die Cumazonsäuren, Cumarazine sowie die I m i d 0 - und T h i 0 c u m a z 0 n e . c) Paroxazine. Hierher gehören die Morpho line und P h e n m 0 r p h 0 1 i n e. M 0 r p h 0 1 in .NH H,C "I H,C CH3 in. 0 Sdp. 129", wurde so benamit, weil man im Mor- phin (s. d.) einen ähnlichen Ring annahm (vgl. den Artikel ,,A1 k a 1 0 i d e"). Die Gruppe des Dibenzoparoxa- z i n s oder P h e n 0 x a z i n s ist besonders bemerkenswert, da eine Reihe wichtiger Farl)- stoffe hierher gehören. Phenoxazin HC I HC CH. ./ 0 /CH^ C CH II I C CH ^ch/^nh^^ch^ Fp. 148" entsteht durch Erhitzen von Brenz- catechin mit o-Aminophenol. Es existieren aucli N a p h t 0 X a z i n e , P h e n a n t h r 0 - X a z i n e u. a. m., die den entsprechenden Plienazinen analog konstituiert sind. Die zu den Farbstoffen dieser Gruppe führen- den Phenoxazinderivate sind wie in der Plienazinreilie, die Sauerstoff-und Ammoniak- abkömmlinge ; jene \verden 0 x a z 0 n e , diese 0 x a z i m e genannt. Azinynippe — Azoverbindungon r45 Oxazone entstehen z. B. durch Kon- densation von o-Oxychinonen mit o-Amino- phenolen. P h e n o x a z o u 0:0,113/ yc,R, Fp. 217«. Ein Aminoderivat ist das R e s 0 r u - f a m i n , ein Oxvphenoxazon das R e s 0 r u f i n. Der Farbstoff G a 1 1 0 c y a n i n ist eine Di- methylaminooxyphenoxazoncarbonsäure, deren Methyk^ster ist der Farbstoff P r u n e. D e 1 - ph in b lau entsteht gleichfalls aus dem Gallo- cyanin. Oxazime erhält man durch Kon- densation von o-Oxychinonimiden mit o-Amino- phenolen. Ph e n y 1 p h e n 0 x a z i m Fp. 197". Hierher gehörige Farbstoffe sind das C a p r i b 1 a u , ein Diaminophenoxazimderivat und das N a p h t 0 1 - oder E c h t b 1 a u (v 0 n M e 1 d 0 1 a) , ein Dimethylnaphtophenoxazim- chlorid. Amino- und Anilinoderivate des letz- teren sind das N i 1 b 1 a u und das G y a n a m i n. Muscarin ist ein Oxyderivat des Naphtol- blaus. 5. Thiazine. Sie entsprechen in jeder Beziehung- den Oxazinen; Orthothiazine sind jedoch bisher nicht bekannt geworden. a) Metathiazine sind die sog. P e n t h i a z 0 1 i n e und P h e n ]) e n t h i a - zolin e. Sie sind in bezug auf Konstitution und Darstellung ganz die Analoga der Pentox- azoline (s. d.). Sie leiten sich vom hypothe- tischen T e t r a h y d r 0 m e t a t h i a z i n ab HC CH2 I I S CH, \ch/ " b) P a r a t h i a z i n e. Audi hier sind wie bei den Diazinen und Oxazinen die Diben- zoderivate die wichtigsten. D i b e n z 0 p a - r a t h i a z i n e oder T h i 0 d i p h e n y 1 - a m i n e leiten sich ab vom T h i 0 d i - p h e n y 1 a ni i n ^ GH HC S c GH C GH HC C G GH VH/\NH/\rm/ CH^ Phenth iazon 0:G«H3^ \GeH, o entsteht aus Phenthiazim durch Kochen mit Soda. Oxythiazon ist das T h i 0 n 0 1; ein Amino- thiazon das T h i 0 n 0 1 i n. Der Farbstoff Gallo- thionin ist das Analogon des Gallocyanins. Phenthiazim HN:CeH3^ >C,H, \s/ wird durch Entamidieren von T h i 0 n i n er- halten. Dieses ist ein p-Aminophenthiazim ; dessen Ghlorhydrat bildet das L a u t h ' s c h e Vio- lett. Tetramethylthionin ist der wertvolle Farbstoff AI e t h y 1 e n b 1 a u. Erwähnt seinen schließlicli noch das ]\Iethylengrün,Thio- c a r m i n und B r i 1 1 a n t a 1 i z a r i n b 1 a u. Literatur. V. v. Hlchter, Organische Chemie, Bd. II, 10. Aufl., Bonn 1905. — E. Wedekind, Heterocyklische Verbiyiclmigev, Leipzig 1901. — R. Nietzki, Chethie der oigcini.-CH3.N = N0K Nitrosomethylurethan Kaliummethyl- diazotat N > GHo< li oder CH.,:NiN Diazomethan Aus letzterer Umsetzung kann man schließen, daß die aliphatischen Diazoverbin- dungen innere Anhydride der unbeständigen Diazohydrate Xx /N=NOH Y H sind, welche letzteren die wahren Analoge der aromatischen Diazoverbindungen wären. Diazomethan entsteht auch noch bei der Reduktion von Methylnitroamin und aus Methyldichloramin und Hydroxylamin. CH3.NCI; -^ H,NOH — > [CH3.N - NOH] N > CR, II oder CHjiN.-N N Die Diazof ettsäureester erhält man dagegen durch „Diazotierung", d. h. durch Einwirkung von Kaliumnitrit auf die Chlor- hydrate der a-Aminofettsäureester. HC1,H2N . CH5 . COoCÄ + NO2K Glykokollesterchlorhydrat = II >CH.CO,C,Hä (oder N-:N: CH.COX^Hg) N- "t^- Diazoessigester + KC1-^2H20. Ebenso wie die einfachen a-Aminoester lassen sich auch Di- und Polypeptidester diazotieren, wenn sie noch die Gruppe NH2. CH2.CO — enthalten, ß- und 7- Aminosäure- ester liefern dagegen keine Diazoester. Die Natriumsalze der Diazofett- säuren entstehen auch aus den sogenannten Isonitraminfettsäuren durch Reduktion mit Natrium am algani . Eigenschaften und Umsetzungen der aliphatischen Diazoverbindungen. DasDiazomethan ist ein geruchloses gelbes sehr giftiges Gas, das sich leicht verflüssigen läßt und Toei ca. 0" siedet. F.s explodiert beim Erhitzen auf 200° heftig. Die Diazoessig- ester sind eigentümlich riechende, gelbe, bei tiefer Temperatur erstarrende und im Vaku- um ungesetzt destillierbare Flüssigkeiten, die in der Hitze in Stickstoff und Fumarsäure- ester zerfallen und durch konzentrierte Schwefelsäure zur Explosion gebracht werden können. Die Diazofettsäureester lassen sich durch Ammoniak in die entsprechenden Diazo- fettsäureamide überführen. Diese, sowie Azoverbindungen 740 die aus a-Aminonitrilen durch Diazotierung erhältlichcu Diazofettsäureuitrile sind ziemlich beständig, während die freien D i az o - fettsäuren sofort zerfallen. Diazoessigester hat schwachsaure Eigenschaften, indem das Wasserstoffatom der CHN^-Gruppe bei der Behandlung mit wasserfreien Alkoholaten durcli AUcalimetalle ersetzt werden Icann: Hierbei lagert sich aber der Diazoessigester in den desmotropen Iso diazoessigester HN. I \C-C0.AH5 um (s. S. 748 und 750). Nach der neuen Formulierung (s. S. 748) dürfte sich dieser Vorgang vielleicht folgendermaßen abspielen. CsHsOaC . CH : N i N — > C2H5O2C . C i N :NH Der freie Isodiazoessigester kann aus seinen Salzen abgeschieden werden, ist aber leicht zersetzlich. Die Formeln der beiden isomeren p]ster gehen daraus hervor, daß der Diazo- ester durch Hydrolyse in Stickstoff und Glycolsäure (I), der Isodiazoester aber in Hydrazin und Oxalsäure (II) übergeführt wird, N OH I aHAc.cH: N + ^ = " i\ xl OH C^HsO.C.CH „ +N2 XI NH HÖH + Alkohole, aromatische Amine oder Aldehyde. Die Reaktion verläuft stets so, als ob unter Stickstoffabspaltung ein Kohlenstoffatom mit zwei freien Affinitäten X. /N X. / >C< >C< +N, Y/ \N y/' entstände, an welche dann das mit der Diazo- verbindung zusammengebrachte Agens ad- diert wird. Es entstehen also z. B. aus Diazo- essigester (I) mit Halogen Dihalogenfettsäure- ester (IT), mit Wasser Glykolsäureester (III), mit Halogenwasserstoff Halogenfettsäure- ester (IV), mit organischen Säuren Acylglykol- säureester (V), mit Alkoholen und Phenolen Alkyloxyessigester (VI), mit Anilin Anilino- fettsäureester (VII) und mit Aldehyden Ketosäureester (VIII). C,H,OX I H" N \N \n/ III :C HO H II CHsO.C.C^i^ ('ROX.C OH ^0 0H2 NH, NH2 H C^H^O.C ^ H> C.HsO^C ''' H C2H5O2C VII ^} C.,H,OX. II IV C; VIII oder nach der neuen Formulierung vielleicht I CaHsOoCCHrNi N+ H.OH = C2H5O2C.CH.N :N = I I H OH C2H5O2C.CH2OH+ N2 II C2H502C.CN:NH+ 2H0H = C2H5O2C.COOH+ H2N.NH2. Das dem Diazomethan entsprechende Iso- /HH diazomethan HC^ 1 scheint in freier Form nicht existenzfähig zu sein, läßt sich aber durch Derivate nachweisen. Die der Diazogruppe eigentümlichen Re- aktionen der aliphatischen Diazoverbin- dungen lassen sich, ähnlich wie bei den aroma- tischen Diazokörpern, in zwei Gruppen tren- nen, je nachdem bei ihnen die Diazogruppe erhalten bleibt oder als freier Stickstoff ab- gespaltet wird (vgl. S. 751). Reaktionen unter Stickstoffab- spaltung gehen vor sich, wenn man die Diazoverbindungen mit Halogen oder mit Substanzen umsetzt, welche ein bewegliches Wasserstoffatom besitzen, wie Wasser, an- organische und organische Säuren, Phenole, H C< C^ C2H502C H C2H5O2C H H OCO.CH3 /H " OAlk H NHCßHs .H CO. an. >c< ■;c<: /J .H Cl Alle die eben angeführten Reaktionen lassen sich ebensogut erklären, wenn man für die aliphatischen Diazoverbindungen die neue Thielesche Formulierung (s. S. 748) annimmt. Hiernach würden die Diazover- bindungen das betreffende Agens z. B. Wasser zunächst addieren C:N ; N + H.O Y •N = N I OH Die auf diese Weise primär entstehenden Körper wären den aromatischen Diazover- bindungen (s. S. 752) völlig analog konstituiert, sind aber anscheinend noch viel unbeständiger als diese und zerfallen sofort unter Abspal- tuna: von Stickstoff. X C— N I H = N OH )C< .H -^OH + N, Wie man sieht, tritt bei Annahme der neuen Konstitutionsformeln die durchweg beobachtete Analogie zwischen aliphatischen und aromatischen Diazoverbindungen viel besser hervor. 750 Azoverbindimo-en In völlig analoger Weise reagiert Diazo- methan so als ob es freies „Methylen" HoC < wäre, d. h. es führt die sich an seine freien Valenzen anlagernden Säuren, Phenole, Al- kohole oder Amine in deren Methylester, -äthcr usw., Aldehyde aber in Methylketone über. Infolgedessen ist das Diazomethan als Methylierungsmittel wertvoll und zwar um so mehr als es häufig schon in der Kälte glatt reagiert und dadurch die Methylierung empfindlicher Körper, z. B. labiler tautomerer Modifikationen ohne Konstitutionsänderung erlaubt. Reaktionen ohne Stickstoffabspal- tung. Daß der Diazoessigester durch Alkali- alkoholat in einen Isodiazoessigester umge- lagert wird, ist schon (S. 749) erwähnt worden. In ähnlicher Weise liefert er mit konzen- trierter Natronlauge das Natriumsalz der sogenannte Bisdiazoessigsäure, die aber in Wirklichkeit eine Bis-iso-diazoessigsäure ist, da sie bei der Hydrolyse Hydrazin und Oxalsäure liefert. Durch vorsichtige Reduk- tion kann man Diazoessigester in Salze der Hydraziessigsäure überführen, die bei der Hydrolyse ebenfalls Hydrazin liefert, N. 2H HN, II )CH . CO2C2H5 — > I ' CH— CO2H N/ HN H2O H2N —> I + OCH.COoH HoN oder nach der neueren Formulierung 2H NiNiCH.COaCsHs —> N.NiCH.COaCaHs N ,^ ^. N II /CHj + H2C( II — >. N/ ' N N— -CH2— N II + II N-CH,— — N N-CH2— N > II II N-CH2-N und auch die eben erwähnte Bisdiazoessig- säure ist ein Derivat eines Dihydrotetrazins. An ungesättigte Kohlenwasserstoffe und un- gesättigte Ester addieren sich Diazokörper unter Bildung von Pyrazolinen. So liefert Diazomethan mit Aethylen Pyrazolin und Diazoessigester liefert z. B. mit Acrylsäure- ester Pyrazolindicarbonsäureester. C2H5O2C.C.H /" + N=N aH,OX.CH CH,. II CH.C02C2H5 CH, N= N — CH.COoCoK C2H5O2C.C N — NH CH2 CH.CO2C2H5 Alle die so entstehenden Körper werden bei den hetero zyklischen Verbindungen näher be- handelt werden. Pb'er möge nur des Zusammen- hanges wegen erwähnt werden, daß die Pyr- azolincarbonsäureester beim Erhitzen Stickstoff abspalten mid in Trimethylencarbonsäure - est er übergehen. CoHgOoC.C CH2 H2O H N -^ H2N.NH2+ OCH.CO2H. Diese Reaktionen sind wichtig für die Dar- stellung des Hydrazins (vgl. die Artikel „Amm 0 ni ak d er i vat e" und „Stick- stoff"). Außerdem neigen die aliphatischen Diazo Verbindungen dazu, unter Lösung der einen Stickstoff-Kohlenstoffbinduns; wie ein — >► N— NH— CH.CO2C2H5 C2H5O2C.CH— CH2 N2+ \CH.CO2C2H5 Y C /'N = N- Komplex mit zwei freien Valenzen zu reagie- ren und in dieser Form durch Umlagerung, Polymerisation oder Anlagerung an andere ungesättigte Verbindungen in beständigere heteiozyklische Verbinclungen überzugehen. So lagert sich Diazoacetamid in Triazolon so daß man die Diazoester indirekt auch zur Synthese von ,,iso zyklischen" Verbindimgen verwenden kann. In offenbar analoger Reaktion liefert Diazoessigester beim Erhitzen mit Benzol imd dessen Homologen die sogenannten Nor- caradiencarbonsäureester (Benzotrime - thylencarbon säure est er). N N. N' ;CH-C0NH2 —> N. NH N- N-CH-CO -NH — >► N-CH2— CO um, Diazomethan polymerisiert sich am Sonnenlicht zu C-Dihydrotetrazin + II /CH.CO2C2H5 N' CH.C0.C2H,4-N, Schließlich sei noch erwähnt, daß Diazo- essigester oder Diazoacetamid mit Hydrazin das Hydrazid der Azidoessig säure eines Derivats der Stickstoffwasserstoff - säure liefert (s. S. 771). C2H5O.C.CH/1I +2H2N.NH, = ^N Azovei'bindimc'en 751 N HsN.NH.CO.CHo.N || + NH3 + N C2H5OH oder nach der neueren Formiilienino:- C2H5O2C . CH : N •: N + 2H2N . NH, = H2N.NH.CO.CH2.N: N;N4- NH3 + C2H5OH. 2b) Aromatische Diazoniumsalze und Diazoverbindungen. Wie schon erwähnt, gehen NHs-Gruppen, welche direkt an einem aromatischen oder auch hetero- zyklischen Kern haften, im Gegensatz zu aliphatisch gebundenen Aminogru])pen bei der ,,Diazotieiung'\ d. h. bei der Behandlung mit freier salpetriger Säure ganz allgemein zunächst in unbeständige, zuerst von Peter Grieß entdeckte Derivate über, in denen sowohl da? Stickstoffatom der xVminogmppe als auch das der salpetrigen Säure noch vor- handen sind und welche außerdem noch, je nach dei Art der bei der Diazotierung noch vorhanden gewesenen Mineralsäure, einen einwertigen Säurerest enthalten, lieber die Konstitution diesei bei der Diazotierung primär entstehenden Verbindungen ist lange diskutiert worden, doch nimmt man jetzt all- gemein an. daß dieselben neben einem drei- wertigen auch ein fünfweitiges Stickstoffatom enthalten. Diese zuerst von Blom Strand angenommene aber erst viel später von Hantzsch bewiesene Auffassung gründet sich namentlich auf der Leitfähigkeit und dem kryoskopischen Verhaken der fraglichen Ver- bindungen, welche danach den Ammonium- salzen analog gebaut sind. Diese Erkenntnis finde: ihren Ausdruck darin, daß man die genannten Körper nicht mehr wie früher als Diazoverbindungen sondern als Diazonium- salze bezeichnet (vgl. S. 746). Der Vorgang bei des Einwirkung der salpetrigen Säure auf die Salze primärer aromatischer Amine stellt sich also folgendermaßen dar. ,H 0^ CeH5.K-H+ ^N = CeH5.N:N+2H20 1 H HO I Cl Cl Aniünchlorhvdrat Benzoldiazoniumchlorid H 0 CioH^.N H+ ^N = CioH,.N;N+2H20 I H HO ' I ONO2 ONO., Naphtylaminnitrat Naphtalindiazoni- umnitrat Es sei hier erwälmt, daß man früher den Vorgang bei der Diazotierung rmd die Konsti- tution der entstehenden Verbindungen nach dem Vorschlag von Kekule im Sinne folgender Formeln auffaßte. C,H5.NH2.HC1 + 0:N.0H= [CeHs.NiN.OH-f- Anilinchlorhydrat HCl + H.O] = CJl5.N:N.CI + 2 H^O Diazobonzolchlorid, Man findet diese Auffassung, die jetzt end- gültig als falsch bewiesen erscheint, in älteren Lehrbüchern und bezeichnet die bei der Diazo- tierung primär entstehenden Verbindungen auch beute noch vielfach aus alter Gewohnheit als Diazosalze (Diazobenzolchlorid, Diazonaphtalin- nitrat usw.), doch ist ihre Benennmrg als Diazoniumsalze unbedingt vorzuziehen. Die Diazoniumsalze, von deren Darstel- ' lung und Umsetzungen später noch ausführ- lich die Rede sein wird, sind ziemlich unbe- ständige und namentlich gegen Temperatur- erhöhung recht empfindliche Körper, die man daher auch nur bei relativ niedrigen Temperaturen erhalten kann. Sie sind aber sehr reaktionsfähig und können als Zwischen- produkte zur Darstellung zahlreicher stick- sto ffreier und stickstoffhaltiger aromatischer Verbindungen benutzt werden. Sie sind infolgedessen für zahlreiche präpaiative und theoretische Zwecke, so namentlich für die Farbstofftechnik von allergrößter Bedeutung. Die Umsetzungen der Diazoniumsalze zerfallen in zwei große Gruppen, von denen die erste zunächst als eine einfache Stick- stoffabspaltung aufgefaßt werden kann. Unter gewissen Bedingungen liefert z. B. das Benzoldiazoniumchlorid Chlorbenzol und freien Stickstoff CeH^.N^N —> C6H5.CI+N2 Cl und in analoger Weise können andere Diazo- niumsalze zerfallen. Bei der zweiten Gruppe von Umsetzungen bleibt dagegen die aus zwei Stickstoffatomen bestehende Gruppe im Molekül erhalten. Besonders wichtig ist die Fähigkeit der Diazoniumsalze oder ihrer Um- wandlungsprodukte, sich in alkalischer oder neutraler Lösung mit Phenolen (und anderen Verbindungen) zu substituierten Azo Verbin- dungen, "den Grundkörpern der wichtigen Azofarbstoff e zu vereinigen. Diesen Vor- gang bezeichnet man allgemein als ,, Kuppe- lung". So kann man z. B. Benzoldiazonium- chlorid in alkalischer Lösung mit Phenol zu 0 X y a z 0 b e n z 0 1 „kuppeln". CeH5.N = N+C6H5.0H+ KOH Cl = CeHs.N = N.C6H4.OH + KCl + H2O. Die beiden Gruppen von Reaktionen werden später ausführlicher besprochen wer- den. Zu ihrem Verständnis ist es aber nötig, vorher das Verhalten der Diazoniumsalze gegen Alljali nach den jetzt herrschenden theoretischen Anschauungen zu besprechen. Die Diazoniumsalze verhalten sich den Ammoniumsalzen analog. Versetzt man eine Lösung des Benzoldiazoniumchlorids oder 752 A zoveri jindinigeu -Sulfats mit Silberoxyd oder der genau äqui- valenten Menge Baryumhydroxyd, so erhält man eine stark alkalische Lösung, welche offenbar das den Aramoniumhydroxyden ent- sprechende Diazoniumhydroxyd enthält. CeHä.N^N+AgOH = CeHs.N^N + AgCl Cl OH Benzoldiazonium- Benzoldiaz onium- chloiid hydroxyd Diese Diazoniumhydrate sind aber äußerst unbeständioe Körper und zeigen namentlich gegen Kalium hydroxyd ein sehr charakte- ristisches Verhalten, indem sie mit demselben ein Kahumsalz von der Zusammensetzung CeHjNoOK bilden. Dieses Kaliumsalz scheidet sich aus der konzentrierten Lösung ab, es entsteht aber auch, wie die Leitfähigkeits- bestimmungen deutlich zeigen, in verdünnter Lösung. Das Kaliumsalz kann sich nun nicht direkt von dem stark basischen Diazonium- hydroxyd ableiten, sondern letzteres muß sich vor der Salzbildung in einen Körper sauren Charakters umgelagert haben, dem man mit Hantzsch eine Struktur im Sinne der alten Kekuleschen Diazoformel zuer- teilen wird. Der Diazoniumhydrat lagert sich also in ein Diazohydrat um und letz- teres bildet mit KOH ein Salz, das man als Diazotat bezeichnet. CeHs.N-N — >► C6H5.N = N.OH OH Benzoldiazonium- Diazobenzo'hydrat hy drat — > C6H5.N = N.OK Kaliumbenzoldiazotat. Bei Zusatz von Mineralsäuren gehen diese Diazotate wieder in die Diazoniumsalze über, d. h. die besprochene Umlagerung findet im umgekehrten Sinne statt. Die frisch darge- stellten Diazotate zeigen nun die oben er- wähnte Eigenschaft, zu ,, kuppeln", sie sind aber wiederum ziemlich unbeständig and lagern sich, teils schon bei gewöhnlicher Temperatur, teils beim Erhitzen in andere Kaliumsalze, die sogenannten Isodiazotate, uiu, welche in alkalischer Lösung nicht, oder uur schwierig ,, kuppeln". Von diesen stabileren Salzen nimmt man jetzt allgemein an, daß sie mit den labileren, kup- pehniggfähigen Diazotaten stereoisomer sind. Auf das Wesen dieser Stereoisonierie des Stickstoffs kann an dieser Stelle nicht noch einmal ausführlich eingegangen werden. Sie ist in dem Kapitel ,, Ammoniakderivate" bei der Stereoiso merie der Oxime (S. 294) eingehend besprochen worden. Aus Gründen, die den bei den stereo- isomeren Oximen maßgebend gewesenen ana- log sind, muß man annehmen, daß die primär entstehenden, labilen und kuppelungsfähigen Diazotate die Syn-Konfiguration, die sekundär entstehenden, stabilen, nicht kup- pelnden Diazotate aber die Anti-Konfigu- ration besitzen. Die Isomerie dieser beiden Reihen von Salzen stellt sich also im Sinne folgender beiden Formeln vor: C«H, - N C«K - N KO — N N— OK Syn-Diazotat. Anti-Diazotat. Labil, kuppelnd. Stabil, nicht kuppelnd. Wenn man die Lösung eines Anti-Diazo- tats mit Mineralsäure versetzt, so wird nicht wie bei den Syndiazotaten das Diazo- niumsalz zurückgebildet, sondern es wird das dem Antidiazotat entsprechende saure Anti- diazo hydroxyd in Freiheit gesetzt. + HC1 CfiHs-N II + KCl N.OH Antidiazohydrat CsH^-N II N-OK Antidiazotat Diese Antidiazohydrate sind aber wieder- um sehr unbeständig, so daß ihre Isolierung nur in wenigen Fällen möglich ist. Sie lagern sich meist sofort in die neutralen ,,Nitros- amin"-Formen um, aus denen aber mit Alkali unter Rttckumlagerung momentan die Antidiazotate regeneriert werden. C«H,-N N-OH C«H5-N-H N= 0 Antidiazohydrat und ,,Nitrosamin" stehen zueinander in dem Verhältnis desmotroper oder tautomerer Formen. Beispiele für solche Tantomerien sind ebenfalls in dem Kapitel ,, Ammoniakderivate" bei den Säureamiden, Hydro xamsäuren und anderen Verbindungen ausführlicher besprochen worden. Hier möge nur noch erwähnt werden, daß man die jetzt als stereoisomer erkannten beiden Formen der Diazotate früher als tautomere Salze im Sinne der beiden Formeln C,E,—W N - 0 Isodiazotat N.OK und C,H-N Diazotat angesehen hat. Diese Formulierung kann aber nicht richtig sein, weil beide Formen von Dia- zotaten bei Zusatz von j\Iineralsäuren zunächst saure Hydro xylverbindungen liefern, Die Reihe von Umlagerungen, die man nach dem jetzigen Stand der Chemie für die Diazoverbindungen annehmen muß, stellt sich also folgendermaßen dar: X.N — Cl KOH > N < — HCl Diazonium- salz X.N— OH N Diazoniura- liy drat Azovcrbmdune-en 753 KOH > X.N KOH N < — HCl Syn-Diazohydrat nicht isolierbar Ji£J X.N X.N ► II N — OK Syn-Diazotat Anti-Diazotat <~KO.N HCl ^ ,-r HCl — ^ X.N — >► KOH N-OH ^- Anti-Diazohydrat HCl > < KOH X N.H ü^; N = 0 Nitrosami 11 X.N-Cl II) N Diazoniumsalz. Die primären Nitrosamine werden von wässerigen Säuren zum Teil allmählicli unter x\bspa]tuiig von salpetriger Säure zersetzt, zum Teil aber auch, namentlich in großer Verdünnung in Diazoniumsalze zurückver- wandelt. Derartige Umlagemngen der Diazonium- salze gehen aber offenbar nicht nur bei Al- kalizusatz sondern bis zu einem gewissen Grade auch in saurer Lösung vor sich, und man muß sie auch den unter Stickstoffabspaltung vor sich gehenden Umsetzungen der Diazo- körper, so der obenerwähnten (S. 751) Bildung von Chlorbenzol aus Benzoldiazoniumchlorid (vgl. auch S. 756) zugrunde legen. Bei dieser Reaktion lagert sich bei Gegenwart über- schüssiger Salzsäure das Diazoniumchlorid anscheinend zunächst in Syn-Diazobenzol- chlorid um, und dieses spaltet beim Erhitzen Stickstoff ab, wobei sich Benzolrest und Chlor, da sie sich räumlich nahe stehen (vgl. die Umsetzungen der stereoisomeren Oxime im Artikel ,, Ammoniakderivate" S. 294), leicht miteinander vereinigen können. CeHs N = N-f Cl C«H. Cl = N= :N 31 H Syndiazo- chlorid CeHs-Cl + N2 Diazoniumchlorid Aber auch diese Syn-Diazoverbindungen sind labil und lagern sich leicht in stabilere Anti-Diazoverbindungen um. C«H..N ' C„H..N Cl.N N.Cl SjTidiazo- Antidiazo- chlorid chlorid Im Anti-Diazobenzolchlorid stehen Benzol- rest und Chlor räumlich weit voneinander entfernt und können sich daher nicht mehr miteinander vereinigen. Daß diese theoretische Auffassung richtig ist, konnte Hantzsch in einigen Fällen be- weisen. Wenn man nämlich die Lösung eines Diazoniumchlorids mit Cyaniden versetzt , so erhält man in analoger Realrtion Cyanbenzol (Tolunitril, vgl. S. 756), indem sich Benzolrest und Cj^an genau ebenso mitemander vereinigen. \\äe vorher Benzolrest und Chlor. In erster Phase der Reaktion wird hierbei einfach das Chlor atom des Diazoniumchlorids durch die Cyangruppe ersetzt, d. h. es entsteht ein Dia- zoniumcyanid. Dasselbe ließ sich isolieren, als man an Stelle des Benzolrestes einen Anisolrest (Methoxybenzolrest) setzte. GH30.C6H,.NH3 I + HNO, Cl Anisidincblorhydrat = CH30.CeH4.N = N-|-2H,0 I Cl Anisoldiazoniumclüorid CH,O.CoH4.N = N I Cl CH3O.CA.N + KCN N KCl CN Anisoldiazoniumcyanid. Daß dieser Körper \\irklich ein Diazonium- cyanid d. h. eine salzartige Verbindung ist, geht daraus hervor, daß er sich ähnlich verhält wie Cyankalium, nämlich in wässeriger Lösun- alkalisch reagiert, den elelrtrischen Strom leitet, und wasserlöslich sowie farblos ist, Dagegen erhält man ein gelbgefärbtes Zwischenprodukt von durchaus anderem Charakter, wenn man p-Chlor- benzoldiazoniumchlorid mit Cyansalzen behan- delt. Diese Verbindung, welche ihrem ganzen Verhalten nach kein Diazoniumsalz sem kann, entwickelt in Berüluimg mit Kupferpulver (vgl. S. 756) lebhaft Stickstoff und geht in p- Chlortolunitril über. Sie stellt offenbar das Syn- Diazo Cyanid vor, denn sie ist unbeständig und lagert sich leicht in eine isomere Verbindung — das Anti-Diazo Cyanid — um, welche gegen Kup- ferpulver unempfindlich ist, d. h. kein p-Chlor- tolunitril liefert. Es smd also folgende Um- setzungen vor sich gegangen. Cl.CeH,.N-Cl + KCN = C1.C6H4.N-CN + KCl N p-Chlorbenzoldiazonium Chlorid N Cl.CßH^ CN N = N + p-Chlorbenzol- diazoniumeyanid (Nicht isolierbar) Cl.CeH.CN Cl.CeH, N = N N=N CN K Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Band I. CN p-Chlorbenzol- p-Chlor- ^ syn-diazo Cyanid benzolanti- diazo Cyanid. 48 754 Azoverhinduna'en Darstellung der Diazoniumsalze. Die Diazoniumsalze entstehen, wie schon gesagt, bei der Einwirkung freier salpetriger Säure auf die Salze primärer aromatischer Amine. Da sie aber gegen Temperaturer- höhung ziemlich empfindlich sind, erhält man sie nur, wenn man während der ,,Diazo- tierung" sorgfältig kühlt. Anderenfalls gehen auch die aromatischen Amine, ebenso wie die aliphatischen (s. S. 747), direkt in die ent- sprechenden Hydro sylverbindungen, die Phenole, über (vgl. S. 755). Trotz ihrer Un- beständigkeit kann man die Diazoniumsalze bei genügender Vorsicht in fester Form iso- lieren. Da dieselben aber sehr unbeständig sind und auf Stoß oder Schlag heftig explo- dieren, andererseits auch nur als Zwischen- produkte praktisch wichtig sind, verzichtet man fast stets auf ihre Reindarstellung und stellt nur ihre wässerigen Lösungen her, die man dann sofort im gewünschten Sinne weiter verarbeitet. Natürlich kann man in gleicher Weise, wie man aus Anilinchlor- hydrat das Benzoldiazoniumchlorid erhält, aus Anilinsulfat, -nitrat usw. die Diazonium- sulfate, -nitrate usw. darstellen und auch bei den Salzen irgendwelcher anderer aro- matischer, primärer Amine verläuft die Diazotierung genau ebenso wie beim Anilin. Bei den Diaminen ist zu bemerken, daß diejenieren, in denen die beiden Aminogruppen benachbart zueinander stehen, also die o-Pheny- len- oder o-Naphtylendiamine, die peri-Naphty- lendiamine usw. nicht in normaler Weise in Diazoniumsalze überführbar sind. Hier wird offenbar zunächst die eine Aminogruppe normal diazdtiert, das entstehende Diazoniumsalz liefert aber sofort eine ringförmige Diazoamino- verbindung, ein sogenanntes Azimid (vgl. S. 759). .NH, r /\ NH NH \n„ci m- imd p-Diamine können bei Gegenwart von viel Salzsäure normal diazotiert werden, wenn stets ein großer lieber schuß von salpetriger Säure vorhanden ist. Unter diesen Bedingungen werden beide Aminogruppen gleichzeitig di- azotiert, welchen Vorgang man auch als ,,Tetr- azotierung" bezeichnet, ebenso wie man die entstehenden Verbindiuigen als ,,Tetrazo Ver- bindungen" benennt. Diazotiert man aber in neutraler Lösung, indem man die Lösung des Diaminsalzes mit Natriumnitrit verset:t, so ent- stehen aus m-Diaminen sogleich Aminoazokörper, indem die primär entstandene Diazoniumver- bindimg sofort mit einem zweiten Molekül m-Diamin ,, kuppelt" (vgl. S. 758). p-Najjhtylen- diamin wird von salpetriger Säure leicht zu «-Naphtochinon oxydiert. Die festen Diazoniumsalze stellt man dar, indem man in einen Brei des zu diazo- tierenden Aminsalzes mit Wasser unter Eis- kühlung gasförmige salpetrige Säure ein- leitet. Aus der erhaltenen Lösung fällt man das feste Diazoniumsalz mit einem Gemisch von Alkohol und Aether. Zweckmäßiger ist es noch, die Diazotierung so auszuführen, daß man das Aminsalz in Alkohol löst, mit einigen Tropfen konzentrierter Mineralsäure ver- setzt und nun unter Kühlung Amylnitrit zu- tropft. Auch in Eisessiglösung kann man mit Amylnitrit diazotieren. In beiden Fä.Uen scheidet sich das Diazoniumsalz direkt kri- stallinisch ab. Es sei hier nochmals darauf hingewiesen, daß viele Diazoniumsalze in trockenem Zustand außerordentlich heftig explodieren. Man hat übrigens in der Technik mit gutem Erfolg versucht, aus den Diazoniumsalzen durch Zusammenkiistallisieren mit indifferenten Metall- salzen feste Präparate herzustellen, welche sich ohne Explosionsgefahr handhaben xmd trans- portieren lassen, und welche lange genug haltbar sind, um direkt als Handelspro dukt zum Zweck der Erzeugung von Azofarbstoffen in den Verkehr gebracht werden können. Hierüber existieren zahlreiche Patente (z. B. D.R.P. Nr. 94495 und 97933), die aber nur technisches Interesse haben. In fast allen Fällen vermeidet man aber besser die Darstellung der festen Diazonium- salze und verwendet ihre wässerigen Lö- sungen direkt. Zu ihrer Herstellung ver- wendet man an Stelle der freien salpetrigen Säure viel bequemer Natriumnitrit. Man löst das zu diazotierende Amin mit etwa 2^2 Aequivalenten der betreffenden Mineral- säure in Wasser und tropft in diese Lösung unter Kühlung eine wässerige Lösung der genau äquivalenten Menge Natriumnitrit. Hierbei entsteht zunächst in der Lösung freie salpetrige Säure, die sofort in statu nascendi verbraucht wird. Außerdem existieren noch verschiedene Reaktionen, bei denen Diazoniumsalze ent- stehen, die aber alle nur theoretisches Interesse besitzen. So entstehen Diazoniumsalze, wenn man die Nitrate primärer aromatischer Amine mit Zinkstaub und Salzsäure reduziert, CsHjNH^.NOaH + Zn + 3HC1 - CeHs.No.Cl + ZnCla + 3 H2O oder wenn man Phonylhydrazinsalze mit Queck- silberoxyd oxydiert. CeH^.NH.NHoHCl + 20 = CeHs.Na.CI + 2H2O. Aus Nitro so benzolen entstehen Diazover- bindmigen mit Hydroxylamin (1) oder mit Stick- oxyd (U). I. CA. NO + H2N0H= C6H,.N2.0H + H.O. IL C6H5.NO + 2NO= CeH5.N2.NO3. Alkalidiazotate erhält man auch bei der Verseifung von Nitro so acetanilid mit Alkalilauge. /NO CeH5.N< + 2 KOH = CeH5.N.,.0K \CO.CH3 + CHj.COOK + HoO. Azoverbin düngen Das Kaliumbenzol-syn-diazotat kann man in Form von weißen perlmutterglänzenden Blättchen erhalten, wenn man eine Eenzol- diazoniurachloridlösmrg in viel, sehr konzen- trierte Kalilauge einträgt. Es verpufft nur schwach, aber das entsprechende Silbersalz ist sehr explosiv. Beim Eintragen der Diazonium- salzlösung in eine Lösung von Kaliumsulfit und überschüssiger Pottasche erhält man die eben- falls explosiven Salze der Benzoldiazosulfo- säure CsHs.N^N.SOgH, welche dadurch von Interesse sind, daß man hier sowohl das labile Syn-Salz als auch das stabile Anti-Salz in fester Form isolieren kann. Eigenschaften der Diazonium- salze. Die Diazoniumsalze sind meist kri- stallinische farblose Verbindungen, die in Wassei leicht löslich sind nnd in dieser Lösung in ihrem physikaMschen Verhalten den Ammoniumsalzen ähneln. In Alkohol sind sie wenig, in Aether kaum löslich. Sie sind sehr unbeständig und zersetzen sich durch Schlag oder Stoß nnd beim Erhitzen unter äußerst heftiger Explosion. Umsetzungen der Diazoniumver- bindungen. Wie schon erwähnt, sind die Diazoniumsalze außerordentlich reaktions- fähig nnd daher sehr wichtige Zwischen- produkte für die Darstellung zahlreicher organischer Präparate. Diese Eeaktionen zerfallen in zwei große Gruppen, je nachdem in ihrem Verlauf der Diazostickstoff abge- spaltet wird oder die aus zwei Stickstoff- atomen bestehende Gruppe erhalten bleibt. Bei allen diesen Reaktionen muß man, wie vorher ausgeführt wurde (S. 752 ff.), zunächst eine Umlagerung in Syn-Diazo Verbindungen annehmen. Da sowohl diese, als auch die Diazoniumsalze sehr unbeständig sind, muß man stets frisch hergestellte Diazo- niumsalzlösungen verwenden. A. Umsetzungen unter Abspaltung von Stickstoff. Der Verlauf dieser Re- aktionen ist vorher geschildert worden. Sie beruhen alle darauf daß die Diazonium- //^ Chloride Ar— Nf' (vel. S. 746 Fußnote) oder V-1 auch die Diazoniumsalze anderer Säuren bei Gegenwart der verschiedensten Verbindungen H.X oder Mei).X zunächst Syn-Diazo Ver- bindungen Ar.N:N.X bilden " (s. S. 753), Ar X N = N = Ar.X-f N2 Ar N = N + Ar N = N + Me Cl Gl Me und daß diese sich dann unter Entwickelung von Stickstoff und Vereinigung der Gruppen Ar und X zersetzen. 1) Me = MetaU. Im ganzen findet also ein Ersatz der Diazogruppe durch den Rest X statt. Diese Reaktion läßt sich nun außerordentlich vari- ieren und dient zur Darstellung von Pheno- len (X = OH), Kohlenwasserstoffen (X=H), Phenoläthern (X=OAUc), Ha- logenbenzolen (X = Halogen) und Ni- trilen (X = CN). Weniger wichtig sind analoge Umsetzungen, die zu Thiophenolen und Thiophenoläthern, Nitroverbindungen, Sulfinsäuren, Rhodanverbindungen, Isocya- naten und Diphenylverbindungen führen. In einzelnen Fällen kann man auch die Diazo- gruppe durch Amiureste ersetzen. Phenole erhält man, wenn man die Di- azoniumsalze und zwar am besten die Sulfate mit Wasser kocht oder auch nur längere Zeit bei gewölmlicher Temperatur stehen läßt. Man diazotiert also das Amin in schwefelsamer Lösung und bläst nach mehrstündigem Stehen Wasser- dampf ein, mit dem das entstandene Phenol gewöhnlich überdestilliert. Aus o-Toluidin erhält man so z. B. o-Kresol CHg.CÄ.NH^ > CH3.CeH,.0H. .Kohlenwasserstoffe erhält man aus den Diazoniumsalzen durch Behandeln mit Reduk- tionsmitteln d. h. Wasserstoff in statu nascendi. Gewöhnlich verfährt man so, daß man die Di- azoniumchloridlösmig entweder mit Zinnchlorür- lösung kocht oder nach Zusatz von überschüssigem Alkali sofort mit Zinnoxydidnatronlösmig be- handelt. Die Anti-Diazotate werden durch Zinnoxydulnatrium nicht mehr- reduziert. Als Nebenprodukte entstehen zuweilen Diphenyl- derivate (vgl. S. 756). Wahrscheinlich entsteht bei diesen Reduktionen als Zwischenprodukt Phenylhydrazin (s. S.756), das durch überschüssige Diazoverbindmig oxydiert wird. Man kann diese beiden Phasen der Reaktion auch trennen, indem man erst Phenylhydrazin darstellt imd dieses mit Kupfer Sulfat oder Eisen chlorid oxydiert CeHg.NH.NHa + 0 = CeHß + N2 + H,0. Der Ersatz der Diazogruppe und damit auch der Amine- und Nitrogruppe durch Wasserstoff ist häufig für Konstitutionsbestimmimgen wichtig geworden. Kohlenwasserstoffe und Phenoläther entstehen häufig nebeneinander, wenn man Di- azoniumsalze mit Alkoholen erwärmt. Vermutlich verläuft diese Reaktion im Sinne folgender Gleichungen. CgHs H I I N = N .+CIOC2H5J N = N . -hHCl 1) Aldehyd, CeHs-H = -f Nj 4-HCI-fC2H40i) CeHs-OCÄ = + N2 -fHCl 48* '56 Azo vcrbi ndun o-en Diazoninmsalze mit negativen Substituen- ten im Kern liefern vorwiegend Kohlenwasser- stoffe, mehrwertige Alkohole anscheinend nur Phenoläther. Zur Ausführung dieser Reaktion läßt sich die gewöhnliche wässerige Diazoniumsalzlösmig nicht verwenden. Man kann das feste Diazonium- salz mit Alkohol erwärmen; häufiger aber leitet man entweder gasförmige salpetrige Säure in die Lösung des Amins im Alkohol oder man erhitzt das Amin mit Alkohol mid Aethylnitrit, führt also Diazotiermig und Zersetzmig in einer Opera- tion aus. Halogenbenzole entstehen, wenn man die wässerige Diazoniumsalzlösmig mit überschüssiger Halogenwasserstoffsäure erhitzt (vgl. S. 753). In dieser einfachsten Form verläuft aber die Reaktion nm" bei der Jodwasserstoffsäure glatt. Hier genügt es, die Diazoniumsalzlösmig in eine erwärmte " Jodkaliumlösung einzutragen. Bei den übrigen Halogenwasserstoffsäm-en entstehen als störende Nebenprodukte reichliche Mengen von Phenolen, indem sich offenbar das als Lösungs- mittpl vorhandene Wasser im Sinne der vorher besprochenen Phenolbildung an der Reaktion beteiligt. Dies läßt sich aber vermeiden, wenn man die Lösung des betreffenden Diazonium- halogenids mit Kupferclilorür oder Kupferbromür versetzt, Hierbei entstehen additionelle Ver- bindungen, wie C6H5.N.,.C1, Cn-^GU, die sich beim Erwärmen glatt im gewünschten Sinne zersetzen. In dieser wichtigen Form bezeichnet man die Umsetzung nach ihrem Entdecker als „Sandmeyer sehe" Reaktion". Dasselbe er- reicht man häufig sehr vorteilhaft dadurch, daß man die Diazoniumsalzlösung mit Kupfer- pulver versetzt, das offenbar katalytisch wirkt. Unter diesen Bedingungen erfolgt der Zerfall der Diazoninmsalze meist schon in der Kälte, so daß hierdurch die Phenolbildung fortfällt. Fluorverbindungen erhält man am besten, wenn man starke Fluorwasserstoffsäure auf Diazoaminoverbindungen s. S. 768) ein- wirken läßt, C6H5.N:N.NH.CeH5 + 2HF= CÄF + N^ + HF, NH^.CeHs, Bromverbindungen auch sehr gut beim Behandeln der Diazobenzolperbromide (s. weiter unten) mit Alkohol. CsH^.NaBra + CH3CH2OH = CeH^Br + N^ -|- CH,.CHO + 2HBr. Nitrile entstehen am besten nach der San dnieyer sehen Reaktion, indem man zu einer Kaliumkupfercyanürlösung (aus Kupfer- vitriol und Cyankalium) eine frisch bereitete Diazoniumchloridlösung zufügt (vgl. S. 753). Diese Reaktion ist für die Synthese aromatischer Säuren wichtig. In gleicher "Weise kann man die Diazogruppe dm-ch den Rhodanrest ersetzen. Von den minder wichtigen analogen Um- setzungen sei hier nur noch die Bildimg von Diphenylverbindungen erwähnt, die am besten (vgl. S. 755) bei Gegenwart von Aluminium- chlorid verläuft. CsH5.N,.Cl + CeHe = CsHs . CeHj + N, + HCl. In gleicher Weise kann man auch die Phenyl- gruppe in heterozyklische Verbindungen ein- führen. Bei der Behandlung mit ammoniaka- lischer Kupferoxydullösung gehen Diazo- niumsalze meist in Azobenzole (s. S. 762) über. 2C6H5.N,.C1 + Cu^O = C6H5.N:N.CeH, + 'N2 + CUCI2 + CuO. Zuweilen entstehen auch hier Diphenyl- derivate. B. Umsetzungen ohne Stickstoff- abspaltung. Trotz der Zersetzlichkeit der Diazoveibindungen kann man bei genügender Vorsicht eine ganze Reihe von Reaktionen mit denselben ausführen, bei denen die aus zwei Stickstoffatomen bestehende Gruppe dem Molekül erhalten bleibt und die zum Teil von hervorragender technischer Bedeutung sind. Einige dieser Reaktionen beruhen darauf, daß die Syn-Diazoverbindungen, deren intermediäre Bildung man auch hier zweckmäßig annimmt (vgl. S. 753), vermöge der zwischen den beiden Stickstoffatomen vorhandenen Doppelbindung Elemente oder Verbindungen addieren. Die wichtigste von diesen Reaktionen ist die Anlagerung von Wasserstoff, die zu Arylhydrazinen führt. Aus Benzoldiazoniumchlorid erhält man auf diese Weise das Chlorhydrat des Phenylhydrazins, C6H5.N:N.C1+4H= C8H5.NH.NHo,HCl, indem gleichzeitig das chlorierte Stickstoff- atom ftinfwertig wird. Zur Ausführung der Reduktion behandelt man entweder die Diazoniumchloridlösung mit Zinnchlorür und Salzsäure oder man führt das Diazoniumsalz erst durch Zusatz von Alkali- sulfit in das Natriumsalz der Benzoldiazo- sulfo säure (s. S. 755) über mid reduziert dieses durch überschüssiges Sulfit oder besser mit Zinkstaub mid Essigsäure zu benzolhydrazin- sulfo saurem Natrium, das beim Kochen mit Salzsäm-e in Natriumbisulf at mid Phenylhydrazin zerfällt. CrHr SO3 — Na N^N-1- .. i Gl Na CgHs SOgNa -^ I I NH — NH C«H6 SOgNa I I N = N 2H H,0 > NH — NH2 + NaHS04 Alle diese Operationen lassen sich sehr be- quem ohne Isolierung der Zwischenprodukte in einer Lösung ausführen. In ähnlicher Weise addiert die Diazo- giuppe zwei Atome Halogen. So fällt bei Zusatz einer Lösung von Brom in Brom- wasserstoffsäure zu einer Benzoldiazonium- nitratlösung das sogenannte Diazobenzol- perbromid CgHäNsBr. als braunes, schnell kristaUinisch erstarrendes Oel aus. Azoverbmclimffen Ceti, B r CA Br N = N + > N = N NO3 H CeHs Br CfiHä 2Br N _ N oder N = NBr ^ 1 1 Br Br Diazobenzolperbroraid läßt sich mit Al- kohol in Brombenzol (s. S. 756) und mit wässerigem Ammoniak in Diazobenzol- imid (s. S. 771), ein Derivat der Stickstoff - Wasserstoff säure, überführen. Bei der Oxydation in alkalischer Lösung mit Ferricyankalium oder Kaliumperman- ganat nimmt sowohl das Syn- als auch das Anti-Benzolkaliumdiazotat ein Atom Sauer- stoff auf und liefert das Kahumsalz der so- genannten Diazo benzolsäure //^ CeHs . N : N . OK + 0 = CeH^ . N : Nf Diese Diazo beiizolsäirre gehört zu den tautomeren Substanzen (vgl. im Artikel „Ani- mo n i a k d e r i v a t e " S. 278), denn ihr Silber- salz gibt mit Jodmethyl einen Methvlester //^ CgH^.N.'Nc; dessen Konstitution der obigen \OCH3 Formel entspricht, wäluend das Natrinmsalz bei gleicher Behandlung eine Methylverbindung — das sogenannte Phenylmethylnitramin /CH3 CgHj.Nx — liefert, in der die Methylgruppe \N0, am Stickstoff haftet. Man muß also der Dia- zo benzolsäure die beiden tautomeren Formeln CsH^ - N -^ Nf ^_> CeHs - NH - n/ zuerteilen und bezeichnet sie daher auch als JNIitranilid oder Phenylnitramin. Beim Er- hitzen oder mit Miner alscäuren lagert sich Diazo - benzolsäure in 0- und p-Kfitranilin und das Phenylmethylnitramin in 0- und p-Nitromethyl- anilin um, indem die Nitrogruppe vom Stickstoff an den Benzolkern wandert. Mit Hydro xylamin (I), Phenylhydrazin (II) oder Hydrazin (III) Meiert Benzoldiazo- niumsulfat Diazobenzohmid (s. S. 771) und im letzteren Falle daneben auch freie Stick- stoffwasserstoffsäure (s. S. 770). Diese Realrtionen erklären sich vielleicht auf folgende Weise. I. C,H5.N:N.S04H + NH^OH — >► [CeHs.NrN.NHOH] — >► [CeHs.NH.NiN.OH] /N — >► CeH5.N< II + H,0 II. CJl^.N: N.SO4H + HoN.NHC.H. — >► [CeHg.NrN.NH.NHC^HJ — > [CeH^.NH.NiN.NHCoHg —> CÄ-N' |i + NH.,.C6H5 III. CJl5.N:N.S0JI + H.,N.NH., — >► [CÄ.NiN.NH.NH,] —> [CeHä.NH.NiN.NHJ CÄ.N/jl + NH3 \ N:-N CeH^NH, + \/ NH Die bei II und III angenommenen, aber meist nicht isolierbaren primären Zwischenpro- dukte mit einer Kette von vier Stickstoffatomen sindDerivate des sogenannten Buzvlens(s. S. 774). Viel wichtiger als diese Reaktionen ist die Fähigkeit der Syn-Diazoverbindungen mit Phenolen, Arylaminen und anderen Alkylaminen zu ,.kuppeln" (vgl. S. 751 und 752). Bringt man Diazoniumsalze (oder die daraus gebildeten Syn-Diazoverbindungen) (vgl. S. 752 ff.) in alkalischer, schwach saurer oder neutraler Lösung mit Phenolen oder tertiären Arylaminen zusammen, so ,, kup- peln" sie unter Bildung von Oxy- oder Dialkylamino-Azoverbindungen (s. S. 762), indem die Diazogruppe in den Benzcl- kern eingreift. C6H5.N:N.OK + CßHs.OH = C6H5.N:N.C6H,.OH + KOH Oxyazobenzol. C«H,.N:N.C1+ C6H5.N(x\lk)., = C6H5.N:N.CsH,.N(Alk)2 -f HCl Dialkylaminoazobenzol. Der Eingriff in den Benzolkern erfolgt im allgemeinen in der p-Stellung ziu' Hydro xyl- bezw, Dialkylaminopruppe. Ist diese p-Stellung aber schon durch eine andere Gruppe besetzt, so erfolgt Kuppelimg in o-Stellmig. Anders erfolgt die Kuppelung der Diazo- verbindungen im allgemeinen mit primären oder sekundären Alkylaminen. Hier ist der am Stickstoff noch vorhandene Wasser- stoff offenbar im allgemeinen reaktions- fähiger als der des Benzolkerns, d. h. die Diazogruppe kettet sich an das Stickstoff- atom und es entstehen Körper, welche nach der früher (S. 746) gegebenen Definition nicht Azo-, sondern noch Diazo kör per sind, die sogenannten D i a z 0 am i n 0 v e r b i n du n»- e n (s. S. 758). C6H=.N:N.C1 + HoN.CHs = CsHä.NrN.NH.CeHs + HCl Die aus Diazoverbindungen mit primären aromatischen Aminen erhaltenen Diazoamino- verbindungen lagern sich leicht in Amino- azoverbindungen (s.S. 759 und 764) um, in- dem die Diazogruppe vom Stickstoff indenBen- zolkern und zwar in die p-SteUung wandert. Solche Aminoazoverbindungen entstehen auch direkt ohne Zwischenbildung von Diazo- 758 Azoverbindung-en aminoverbindungeii aus Diazoniunisalzen mit solchen primären aromatischen Aminen, welche in m-Stellung zur Aminogruppe noch eine zweite Aminogruppe (m -Di am ine) oder auch eine andere Gruppe (z. B. m-To- luidin) enthalten. C6H5.N:NC1+ H X = CÄ.N:N- NH2 + HCl Hier ist das in p-Stellung zur Amino- gruppe stehende Kernwasserstoffatom offen- bar infolge der gleichzeitigen Beeinflussung durch die in 0- und in p-Stellung zu ihm stellenden Gruppen reaktionsfähiger ge- worden als die am Stickstoff stehenden Wasserstoff atome. Die m Diamine liefern daher, wie schon erwähnt wurde (S. 754), bei der Diazotierung mit unzureichenden Mengen salpetriger Säure direkt Arainoazokörper. Auch die Naphtylamine kuppeln mit Diazoverbindungen gewöhnlich direkt zu Aminoazo Verbindungen. Diazoaminoverbindungen entstehen auch aus Diazoverbindungen mit primären und sekundären aliphatischen Aminen und Ami- nen vom Typus des Benzylamins. Läßt man zwei Moleküle Diazoverbin- dung in alkalisch-alkoholischer Lösung auf Anilin einwirken, so entsteht eine Dis- di azo am ino verbin düng 2CeH5.N:N0K+H2N.C6H5 C«H...N:N. >N.C6H5+2KOH CeHs.NrN/ und analog entsteht mit Ammoniak Dis- diazobenzolamid (C6H5.N:N-)2NH. Erwähnenswert ist, daß aus Benzoldiazo- niumchlorid mit p-Toluidin einerseits und p-Toluoldiazoniumchlorid mit Anilin anderer- seits die gleiche Diazoaminoverbindung entsteht und zwar allem Anschein nach diejenige, die man aus Benzoldiazonium- chlorid und p-Toluidin zu erwarten hat. Die nach den beiden Reaktionen zu erwartenden Produkte lassen sich als desmotrope oder tautomere Modifikationen auffassen C6H5.N:N.NH.C6H4.rH3 <-> Aus Benzoldiazoniumchlorid und Toluidin <-> C6H5.NH.N:N.C6H4.CH3 Aus Anilin und Toluoldiazoniumchlorid Die Kuppelung der verschiedensten Diazo- niumsalze mit den verschiedensten Phenolen und aromatischen Aminen läßt sich außer- ordentlich mannigfaltig variieren und hat direkt oder indirekt zu zahllosen Oxy- und Aminoazoverbindungen geführt, die nament- lich in der Benzol-, Naphtalin- und Diphenyl- reihe als Azof arbstoff e von großer Be- deutung für die Technik sind. Noch weiter vergrößert wird die Zahl der möglichen Kom- binationsprodukte dadurch, daß man in aromatischen Basen mit mehreren primären Aminogruppen, wie z. B. im Benzidin NH, . CgH^ . C6H4 . NH, Diazotieru ng und Kup- pelung mehrmals im selben Molekül aus- führen kann, was zu Bisdiazo Verbin- dungen und Disazof arbstoff en (s. S. 767) geführt hat. Letztere kann man auch er- halten, wenn man in den Aminoazokörpern die Aminogruppe wiederum diazotiert und von neuem ,, kuppelt". Analoge Kuppelungen finden zwischen Diazoniunisalzen und hetero- zyklischen Oxy- und Aminoverbindungen statt. Uebrigens lassen sich Diazoverbindungen auch mit aliphatischen Komplexen kup- peln, wenn diese ein leicht bewegliches Wasser- stoffatom besitzen, wie die Nitroparaffine, /3-Ketosäureester, Maionester u. a. Doch haben die entstehenden Kombinationspro- dukte, wie man jetzt allgemein annimmt, nicht die zu erwartende Azostruktur, sondern lagern sich im Entstehungsmoment in die tautomere Hydrazonform um (vgl. S. 760). CeHs.N.-N.Cl + H,C(COOCoH.)o -> [C6H,.N:N.CH(C00C2H;)2] -> CgHs.NH.NiqCOOCaHOs Näheres hierüber findet sich in dem Artikel „Ammoniakderivate" bei den Hvdra- zonen (S. 306). 2c) Diazoaminoverbindungen. Die Diazoaminoverbindungen, die durch die Gruppe — N = N — N = charakterisiert sind (vgl. S.746) entstehen, wie schon erwähnt fast immer als erste Produkte, wenn man Diazoniumsalze in neutraler oder essigsaurer Lösung mit primären oder sekundären Aminen ,, kuppelt". So liefert Benzoldiazo- niumchlorid mit Anilin das sogenannte Diazo- aminobenzol CßHs.N.-NCl + H^N.CeHs = C6H5.N:N.NHC«H5 + HCl. Zur Darstellung des Diazoaminobenzols werden z. B. 10 g Anilin in 100 ccm Wasser und soviel starker Salzsäure, als 12 g HCl entspricht, gelöst und unter Eiskühhmg tropfenweise mit einer Lösung von 8 g Natriunmitrit in 50 ccm Wasser versetzt. Dann mischt man unter weiterer Kühhmg mit einer eiskalten Lösimg von 10 g Anilin in 50 ccm Wasser und soviel starker Salz- säure, als 4 g HCl entspricht und schließlich mit einer konzentrierten Lösung von 50 g kristalli- siertem Natriumacetat. Das Diazoamino- benzol scheidert sich nach kurzem Stehen kristallinisch ab. Als Ausnahme ist schon erwähnt wor- den, daß m- substituierte Amine und Naphtylamine mit Diazoniumsalzen Amino- azokörper liefern. Li gleicher Weise entstehen Diazoamino- Azoverbmdunacn 759 Verbindungen direkt aus primären aroma- tischen Aminen mit salpetriger Säure, wenn von dem Amin zwei Moleküle für jedes Mole- kül salpetrio-e Säure vorhanden sind. Offen- bar entsteht hier primär ein Diazoniumsalz, das sofort mit dem Ueberschuß des Amins kuppelt. Nacli dieser Methode erhält man z. B. Diazoaminobenzol, wenn man zu einer Lösmig von 15 s, salzsaurem Anilm in 300 com Wasser imter Kühlmag eine Lösung von 5,2 g Natrium- nitrit und 10 g kristallisiertem Natrium- acetat zutropft. Ein analoger Vorgang findet statt, wenn man o-Diamine und andere Diamine, deren Aminogruppen benachbart zueinander stehen, diazotiert. Hier entstehen ringförmige Diazoamino Verbindungen, die soge- nannten Azinjide (s. S. 754) ,NH, r /\ .NH, NH„ \N:NC1 -> Auch Nitrosoanilide bilden mit primären Aminen unter Abspaltung des Säurerestes Diazoamino Verbindungen CeHs.NCCO.CHgi.NO + HaN.CßHs = Nitrosoacetanilid Anilin CßHs . NH . N : N . CßHs + CH3 . COOK Diazoaminobenzol Schließlich entstehen Diazoaminover- bindungen noch aus den sogenannten Diazo- imiden mit Alkylmagnesiumhalogeniden (vgl, S. 772). Daß Diazoniumsalze unter bestimmten Bedingungen mit primären Aminen (und Ammoniak) auch Disdiazoaminoverbin- dungen geben können, ist schon (S. 758) er- wähnt worden. Eine größere Bedeutung be- sitzen diese Verbindungen nicht. Die rein aromatischen Diazoaminokörper sind kristallinische, meist intensiv gelb ge- färbte, in Wasser, verdünnten Säuren und Alkalien unlösliche Verbindungen, zeigen aber sowohl schwach basische als auch schwach saure Eigenschaften, indem sie einerseits unbeständige Salze mit Platin- chlorwasserstoff säure und andererseits Na- trium- und Silbersalze liefern, in denen das am Stickstoff stehende Wasserstoffatom durch MetaU ersetzt ist. Die Diazoamino- verbindungen sind wesentlich beständiger als die Diazonium- und Diazosalze. Sie schmelzen meist ohne Zersetzung und ver- puffen erst bei höherer Temperatur. Mit kalter Salzsäure zerfallen sie oft wieder in Diazoniumchlorid und Aminhydrochlorid, während sie beim Erhitzen mit verdünnten Säuren natürlich Phenole (s. S.755) und Amin- salz liefern. Durch salpetrige Säure werden sie vollständig in Diazoniumsalze übergeführt. Die wichtigste Eigenschaft der aroma- tischen Diazoaminoverbindungen ist ihre schon erwähnte (S. 757) Umwandelbarkcit in Aminoazokörper (s. S. 763), die man als eine Wanderung der Diazogruppe vom Stick- stoff in den Kern deuten kann und die damit einAnalogon vieler ähnlicher Umsetzungen(vgl. den Artikel „Ammoniakderivate" S. 274) bildet. Wie in ähnlichen Fällen (vgl. S. 757) wandert die Diazogruppe gewöhnlich in die p-Stellung zur Aminogruppe, ist diese aber loesetzt, in die o-Stellung. Die Umlagerung bildet die wichtigste Darstellungsmethode für primäre Aminoazokörper. Gewöhnlich wird zu dem genannten Zweck der Diazo- aminokörper mit dem betreffenden freien Amin und dessen Chlorhydrat gelinde er- wärmt (s. S. 764), doch wirken diese Zusätze nur katalytisch und die Reaktion ist mono- molekular. C«H,.N:N.NH. / N Diazoaminobenzol -> C«H,.N:N • NH. p-Aminoazobenzol. Setzt man ein anderes Amin zu, als in dem Molekül der Diazoaminoverbindung schon gebunden ist, so tritt zuweilen Aus- tausch ein, der aber primär eine neue Diazo- aminoverbindung liefert, die sich erst sekun- där in die Aminoazoverbindung umlagert. Beim gelinden Erwärmen mit Phenolen liefern die Diazoaminokörper Oxyazoverbindungen. C6H5.N:N.NH.C6H5+ H. OH = C«H,.N:N. .OH+CeHsNH^ Besonders beständig und wenig reaktions- fähig sind die als Azimide bezeichneten ringförmigen Diazoaminoverbindungen (s. oben und S. 754). Das am Stickstoff atom stehende Wasser- stoffatom der Diazoniumverbindungen läßt sich wie in den gewöhnlichen sekundären Aminen durch Alkylgnippen und Säurereste ersetzen und reagiert auch mit Phenyliso- cyanat unter Bildung von Harnstoffderi- vaten (vgl. Ai'tikel ,, Ammoniakderivate" S.274 und 279). DieDiazoaminoverbindungen mit zwei verschiedenen aromatischen Resten gehören, wie schon (S. 758) gesagt worden ist, zu den tautomeren oder desmo- tropen Verbindungen. Die aus Diazoniumsalzen mit primären '60 Azoverbindnna:en oder sekundären aliphatischen Aminen entstehenden gemischten Diazoamino- V er bin düngen sind wenig wichtig. Das aus Methylazid (s. S. 771) mit Methyl- magnesiumjodid entstehende rein aliphatische piazoaminomethan CHg.NiN.NH.CHs ist eine unbeständige sehr explosive Verbin- dung. 3, Azoverbindungen. Nach der eingangs (S. 746) gegebenen Definition bezeichnet man als eigentliche Azokörper nur diejenigen Ver- bindungen, welche die sogenannte Azogruppe — N=N — beiderseitig an Kohlen- wasserstoffreste gebunden enthalten. 3 a) Aliphatische Azokörper, welche die — N = N — an zwei aliphatische Reste gebunden enthalten, sind wenig wichtige Verbindungen, von denen bisher kaum einige Repräsentanten bekannt sind. Sie entstehen aus den Dialphylhydrazinen durch Oxydation. So liefern die Hydrazofettsäureester, -aniide und -nitrile mit Bromwasser oder Chrom- säure die entsprechenden Derivate von Azofettsäuren. NH.CH2.COOR N.CH2.COOR I +0-11 + H,0 NH.CH2.COOR N.CH2.COOR Die einfachste Azofettsäure, die Azo- ameisensäure oder Azodicarbonsäure HOOC.NrN.COOH ist als zersetzliches und beim Erhitzen verpuffendes Kaliumsalz aus dem Azodicarbonamid mit Kalilauge erhalten worden Ihr Diamidin NH2. KH2 >C.N:N.C. entsteht als Nitrat bei der Oxydation von Aminoguanidinnitrat mit Kalium- permanganat. Aehnlich hat Thiele durch Oxydation von symmetrischem Dime- thylhydrazin mit Chromsäure Azomethan CHa.NrN.CHg als ein beim Erhitzen heftig explodierendes Gas erhalten. 3b) Gemischte, fettaromatische Azokörper, in denen also die Azogruppe einerseits an einen aliphatischen, andererseits aber an einen aromatischen Rest gebunden ist, entstehen ebenfalls durch Oxydation entsprechender symmetrischer Dialkylhydra- zine, die sich gewöhnlich in ätherischer Lösung mit Quecksüberoxyd ausführen läßt. So liefert das symmetrische Aethylphenylhydra- zin bei der Oxydation Aethan-azo-benzol. C«H5.NH.NH.CH2.CH3+ 0 = C8H5.N:N.CH2.CH3 + H2O. Diese Azokörper sind gelb bis gelbrot gefärbte, ziemlich beständige Oele, die sich bei vermindertem Druck unzersetzt destil- lieren lassen. Sie sind isomer mit den ent- sprechenden Aldehydphenylhydrazonen — so das Aethan azo-benzol mit dem Acet- aldehydphenylhydrazon — . CH3.CH2.N:N.C6H5< Aethanazobenzol CH3.CH:N.NH.C«H3 Acetaldehydphenyl- hydrazon in die sie sich teilweise durch kalte starke Mineralsäuren umlagern lassen. Beide Ver- bindungen unterscheiden sich nur durch die Stellung eines Wasserstoffatoms und den dadurch bedingten Bindungswechsel von- einander, sind aber durchaus verschieden und jede für sich beständig. Befinden sich aber in dem aliphatischen Rest der Azo Verbindung an dem mit der Azo- gruppe direkt verbundenen Kohlenstoff Gruppen, welche die an demselben Kohlen- stoffatom stehenden Wasserstoffatome leicht beweglich machen — z. B. eine Nitrogruppe oder zwei Carbonyl- oder Garbo xylgruppen usw. — so wird aus der Isomerie Tautomerie, d. h. die eine der beiden Formen — Azokörper oder Phenylhydrazon — wird so labil, daß sie nicht mehr in freiem Zustande zu exi- stieren vermag, sondern sich im Entstehungs- moment sofort in die andere Form umlagert. Man erhält also immer nur die eine Form, auch wenn man eine Darstellungsmethode an- wendet, nach der man die andere Form er- warten sollte. Die Frage, ob die einzig existierende Form die eine oder die andere Konstitution besitzt, ist für den vorliegenden Fall ■ — soweit man nicht tautomere Verbin- dungen immer als Gleichgewichtsgeniische beider möglichen Formen ansieht — durch neuere Arbeiten dahin entschieden, daß den freien Verbindungen die Phenylhydrazon- struktur zukommt. Solche, nach dem eben Gesagten nicht" existenzfähigen Azokörper entstehen nun beider schon (S. 758) erwähnten Kuppelung von Diazoverbindungen mit pii- mären Nitroparaffinen, ^-Ketosäureestern, Malonsäureester, /?-Diketonen, ^-Ketoalde- hyden usw. Alle die so entstehenden Ver- bindungen sind also nach der jetzt allgemein herrschenden Auffassung keine Azokörper, sondern Phenylhydrazone und sind daher schon in dem Artikel ,, Ammoniakderi- vate" (S. 306) bei dieser Körperklasse behan- delt werden. Zugunsten der erwähnten Auf- fassung spricht namentlich folgendes. Bei der Kuppelung von Benzoldiazoniumcblorid mit Methylacetessigester sollte man eine Azover- bindung erwarten, welche die genannte Tau- tomerie nicht mehr zeigen könnte, weil das an der Azogruppe stehende aliphatische Kohlen- stoffatom hier keinen leicht beweglichen Wasserstoff mehr gebunden hat. Trotzdem ist auch hier die Tendenz zur Hydrazon- bildung so gioß, daß der zu erwartende Ben- zolazomethylacetessigester im Entstehungs- moment unter Abspaltung der ebenfalls nur lose gebundenen Acetylgruppe in das Phenyl- Azoverbindime'en 761 hydrazon des Brenztraubensäureesters über- o;eht. /COOCÄ CeHs . N : N . OH + HC( CHsX;^^ ^^^ /CO.CH3 = C6H5.NH.N:C(CH3).COOC2H5 + CH3.COOH. Es sei übrigens erwähnt, daß man, trotz der jetzt allgemein angenommenen Auffas- sung der fraglichen Verbindungen als von Hydrazonen "dieselben häufig aus Becjuem- lichkeit entsprechend ihrer Bildungsweise als Azokörper benennt, so das Monophenyl- hydrazon des Diketobiittersäureesters als Benzolazoacet essigest er usw. Ein zyklischer fettaromatischer Azo- körper ist das Cinnolin das bei den „heterozyklischen Verbindungen" abgehandelt wird. Das wichtigste Derivat desselben, die Oxycinnolincarbonsäure entsteht aus Phenylpropiolsäure-o-diazoni- umchlorid beim Erwärmen mit Wasser, OH ^n_ COOH N.OH -> und geht durch Kohlensäureabspaltung in Oxycinnolin über, aus dem sich das Cin- nolin selbst gewinnen läßt. Zu den fettaromatischen Azokörpern kann man auch die sogenannten Formazyl Ver- bindungen vom Typus --N:N.Ar X.G ^N.NH.Ar rechnen, die gleichzeitig Azokörper und Phenylhydrazone sind. Sie entstehen haupt- sächlich bei der Einwirkung von Diazo- niumsalzen auf solche Hydrazone, welche an dem mit dem Hydrazonrest verbundenen Kohlenstoffatom noch Wasserstoff oder leicht abspaltbare Gruppen, wie Carboxyl oder Acetyl enthalten. Da nun solche Phenyl- hydrazone, wie eben ausgeführt wurde, bei der Einwirkung von Diazoniumsalzen auf aliphatische Carbouyl- und Carboxyl Ver- bindungen entstehen, führt diese Reaktion bei Anwendung liberschüssigen Diazonium- salzes gewöhnlich weiter zu Formazylver- bindungen. Bei der Einwirkung von über- schüssigem Benzoldiazoniumchlorid auf Acet- essigester entstehe also erst der sogenannte Benzolazoacet essigester (Diketobutter- säureestermonophenylhydrazon), dann unter Abspaltung der Acetylgruppe Formazyl- carbonsäureester und schließlich sogar unter Abspaltung der Carboxylgruppe Form- azylazobenzol. 3C6H5.N:NOH+ H^C C6H5.NH.N:C CO.CH3 COOC2H5 CO.CH, C«H...N:N CeHs-NH.N CeH5.N:N ^ COOC.H, C-CCOC2H, C— N:N.C«Hs CßHs.NH.N^. Die Formazylverbindungen sind dunkehot gefärbt und kristallisieren gut. Bei der Re- duktion mit Zinkstaub und Schwefelsäure zerfallen sie in ein Hydrazin und ein Säure- hydrazid, während sie bei der Oxydation farblose heterozyklische Basen, die soge- nannten Tetrazoliumhydroxyde vom Typus r.N.N.Ar X.Cf /OH Ar liefern. Mit starken Mineralsäuren liefern die Formazylverbindungen unter Abspaltung von Arylamin Phen-a-triazine, ebenfalls hete- rozyklische Verbindungen. ,.N, % ■N /N \ NH . Ar -X = \n^ N C-X + H^NAr 3c) Aromatische Azokörper ent- halten die Azogruppe — N = N — beider- seitig direkt an aromatische Kerne gebunden. Sie können als symmetrische und unsym- metrische Azoverbindungen unterschieden werden, je nachdem die beiden an der Azo- gruppe stehenden Reste gleich oder ver- schieden sind. Erstere bezeichnet man, indem man auf das Vorwort Azo den Namen der beiden gleichen Kerne nur einmal folgen läßt: z. B. Azobenzol, x\.zo-p-toluol usw. Bei den unsymmetrischen muß man beide Kerne benennen, indem man das Wort Azo zwischen deren Namen setzt: z. B. Benzol- azo-p-toluol oder indem man sie als Sub- stitutionsderivate das Azobenzols bezeichnet und die Stellung der Substituenten in beiden Kernen mit den Zahlen 1 bis 6 und 1' bis G' '62 Azoverbindunoen kenntlich macht, z. B. 4 Methyl-4'-Amino- Azobenzol. Darstellune; der Azoverbindungen. Die wichtigste Methode zur Gewinnung von einfachen und substituierten Azokörpern mit Ausnahme der später gesondert zu behandeln- den Amino- und Oxyazokörper (s. unten) ist die Reduktion aromatischer Nitrover- bindungen, bei der als Zwischenprodukte die Azoxy Verbindungen (s. S. 768) ent- stehen. Ar. NO, Ar.N. Ar.N 0 Ar.NOa Ar.N Ar.N Die Reduktion muß in alkalischer Lösimg ausgeführt werden, da sie in saurer Lösung er- fahrungsgemäß meist weiter geht und nur Amine liefert. Als Reduktionsmittel sind zur Erzeugung von Azokörpern Zinkstaub mit Ammoniak, Natronlauge oder alkohrlischer Kalilauge, Zinn- oxydulnatronlösung (Zinnchlorür und Natron- lauge) und Natriumamalgam und Alkohol ge- eignet. Auch elektrolytisch läßt sich die Reduk- tion gut erreichen. Auch die als Zwischenprodukt genannten ; Azoxykörper lassen sich durch Eisenfeil- späne unter Ausschluß von Wasser zu Azo- körpern reduzieren. Ohne praktische Bedeutung aber theore- tisch wichtig ist es, daß Azokörper durch Oxy- dation symmetrischer Hydrazine (der soge- nannten Hy dl azokörper) oder primärer aro- matischer Amine und Kaliumpermanganat oder Ferricyankalium in alkalischer Lösung, Ar.NH.NH.Ar + 0 = Ar.N:N.Ar + H,0 Ar.NH,-fH,N.Ar+02=Ar.N:N.Ar " i+ 2H2O sowie bei der Einwirkung von Nitrosoben- zolen auf piimäre aromatische Amine Ar.N:0 + H,N.Ar = Ar.N:N.Ar + H.O entstehen. Daß Azoverbindungen auch aus Diazoniumsalzen mit ammoniakalischer Kup- feroxydullösung entstehen, ist schon (S. 756) gesagt worden. Natürlich kann man sie auch aus Aminoazokörpern erhalten, wenn man deren Aminogruppe durch Diazotierung und Reduktion (vgl. S. 755) eliminiert. Letztere Reaktion, sowie die kompli- zierter verlaufende Bildung von Azokörpern beim Erhitzen eines Gemisches von einer Nitroverbindung mit einem primären Amin unter Zusatz von pulverisiertem Aetzkali oder Aetznatron führt auch zu unsymme- trischen Azokörpern. Eigenschaften. Die Azoverbindungen sind sehr beständige, ohne Zersetzung destil- lierbare, zum Teil sehr gut kristallisierende, indifferente Verbindungen. Sie sind orange- gelb bis intensiv rot gefärbt. Man bezeichnet daher die Azogruppe als eine „chromo- phore Gruppe". Die Azokörper sind die Stammsubstanzen der außerordentlich wich- tigen Azofarbstoffe (vgl. den Artikel ,, Farbstoff e"). Sie selbst sind — als in- differente Verbindungen — noch keine Farb- stoffe. Sie werden aber zu Farbstoffen, wenn in ihr Molekül noch eine sogenannte „auxo- chrome Gruppe" (Hydroxyl-, Ämino-, Carboxyl- oder Sulfosäuregruppe) als Kern- substituent eintritt. Die Azoverbindungen sind so beständig, daß man sie direkt cldo- rieren, nitrieren oder sulfurieren kann. Nur gegen Reduktionsmittel sind sie einiger- maßen empfindlich und werden entweder zu symmetrischen Hydrazinen (Hydrazover- bindungen) oder unter Spaltung zu zwei Mole- külen Amin reduziert Ar — N Ar.NH ArNH. II — > I — > Ar — N Ar.NH ArNHg Letzteres ist für die Bestimmung ihrer Konstitution wichtig. Durch Oxydation lassen sich Azoverbin- dungen wieder in Azoxy Verbindungen über- führen (s. oben). Eine zyklische x\zoverbindung ist das bei den „heterozyklischen Verbindungen" aus- führlicher zu besprechende Phenazon N = N das in normaler Weise aus 0,0-Dinitro- diphenyl mit Natriumamalgam und Methyl- alkohol oder durch elektrolytische Reduktion entsteht (s. den Artikel ,,Äzine"). 3d) Oxyazokörper und Aminoazo- körper. Wie schon erwähnt, sind die Oxy- und Aminoazoverbindungen, d. h. Azo- körper, in deren aromatischen Kernen eine oder mehrere Hydroxyd- bezw. Amino- gruppen als Substituenten stehen, die ein- fachsten Repräsentanten der wichtigen Azo- farbstoffe, die zum Färben von Wolle und Seide direkt verwendbar sind. Noch wich- tiger als diese einfachsten Azofarbstoffe sind deren Sulfosäuren und namentlich diejenigen Analoga, welche als aromatische Kerne den Naphtalinkern oder den Komplex des Di- phenyls enthalten, sind praktisch von großer Bedeutung. Aber nicht nur als FarlDStoffe sondern auch als Zwischenprodukte für die Gewinnung anderer Farbstoffe, der Disazo- korper sowie derLiduline undEurhodine sind z. B. die Aminoazoverbindungen technisch wertvoll (vgl. S. 765). So ist" es natürlich, daß die Zahl der mit der Zeit bekannt ge- wordenen Oxy- und Aminoazokörper eine ungeheuer große ist, da man planmäßig durch immer neue Kombinationen neue Farbstoffe der verschiedensten Nuancen und von möglichst großer Echtheit zu erhalten versucht hat. Azoverbinduno-cn 763 Darstellung der Oxy- und Amino- azokürper. Alle die zahllosen bekannten Azofarbstoffe sind im wesentlichen nach einer Methode hergestellt worden, nämlich durch die schon erwähnte (S. 757) „Kuppe- hing" von Diazoniumsalzen mit Phenolen und aromatischen Aminen oder deren Sulfosäuren, oder von diazotierten Aminosulfosäuren oder von Diazoniumsalzen anders substitu- ierter Amine mit Sulfosäuren oder wiederum mit anderen kernsubstituierten Phenolen oder Aminen. In ganz analoger Weise kann man Diazoniumsalze auch mit Derivaten hetero- zvklischer Kerne kuppeln, ebenso wie sich Äminoderivate heterozyklischer Kerne diazo- tieren und dann zu Azokörpern kuppeln lassen, doch besitzen die so gewonnenen Azo- farbstoffe meist keine größere praktische Bedeutung. Es ist an der genannten Stelle schon ausgeführt worden, daß die Kuppelung von Diazoniumsalzen mit Phenolen oder tertiären aromatischen Aminen direkt zu Oxv- oder Aminoverbindungen führt, wäh- rend mit primären oder sekundären Aminen im allgemeinen (vgl. S. 757) zuerst Diazo- amino Verbindungen entstehen, welche aber leicht (s. S. 759 und 764) in Aminoazokörper umgelagert werden können. Es ist auch schon gesagt "worden, daß bei diesen Reaktionen die Azogruppe wenn möglich in die p- Stel- lung zur Hydroxyl- oder Aminogruppe tritt. Dementsprechend sind die wichtigen Azo- farbstoffe meistenteils p-Oxy- oder p-Amino- azokörper. Ist die p-Stellung aber schon durch irgendeine andere Gruppe besetzt, so tritt Kuppelung in o-Stellung ein. Sind aber p-Stellung und beide o-Stellungen besetzt, so ist das betreffende Phenol oder Amin nicht mehr zur Kuppelung verwendbar. Etwas verwickelter lico;en die Verhältnisse bei der Kuppehmsj von Diazoniumsalzen mit Naphtolen und Naphtylaminen , die zu den nainentlich in Form ihrer Sulfosäuren wichtigen Naphtalinazofarbstoffen führt. Auch hier greift die Kuppelung bei freier p-Stellung in diese, Nur beim /?-Oxy-c^-naphtochinon findet in- folge der chmoiden Strulrtur des Kernes ent- gegen der eben angeführten Regel Kuppelung in der einzig noch freien ^-Stellung statt. 0 0 Aber auch die erste Regel, daß bei freier p-Stellung Kuppelung in dieser eintritt, erleidet eine Ausnahme, wenn in o- oder peri-Stellung zu dieser freien p- Stelle eine Sulfosäure- gruppe steht. Li diesem Falle tritt trotz freier p-Stellung o-Kuppelung ein. OH OH SO,H NrN.CeHä SO.H N:N.C«H, SO.H SO,H NE NH, NrN.CÄ bei besetzter p-Stelhnig aber in o-Stellung ein. Bei der Kuppelmig mit /J-Naphtolen vmd ß- Naphtylarainen ist aber dazu zu erwähnen, daß hier Kuppehmg in der o-ständigen «-Stellung, nicht in der ja ebenfalls o ständigen /3-Stelhmg stattfindet Wenn o- und p-Stellung frei smd, findet zuweilen Kuppehmg in beiden statt, d. h. es entstehen beide möglichen Kuppelmigsprodulrte oder auch Disazo Verbindungen (s. S. 767). Die Gewinnung der Oxy- und Amino- azoverbindungen möge hier noch an einigen praktischen Beispielen erläutert werden, wäh- rend sich der theoretische Verlauf der Reak- tion aus dem früher (S. 752ff.) Gesagten er- gibt. p-Oxyazobenzol stellt man dar, indem man eme Lösimg von 9 g Anilm in ca. 200 ccm Wasser und soviel starker Salzsäm-e als 9,1 HCl entspricht, unter Eiskühlung mit einer Lösung von 7 g Natriumnitrit in 50 ccm Wasser diazotiert und diese Lösung nach kiu'zem Stehen unter Eiskühlung in eine eiskalte Lösung von 9.4 g Phenol und 16 g festem Natriumhydroxyd in ca. 250 ccm Wasser einfließen läßt. Nach eini- gen Stunden fällt man das Oxyazobenzol aus der filtrierten Lösmig dmxh Einleiten von Kohlen- säure. Aehnlich erhält man p-Dimethylamino- azobenzol-p' -snlfo säure , den unter dem Namen Helianthin oder Methylorange na- mentlich als Indikator in der Alkalimetrie ver- wendeten Farbstoff als Natriumsalz, wenn man eine Lösmig von 10 g Sulfanilsäme (p-Amino- benzolsulfosäure) in einer Lösmig von 3,5 g wasserfreier Soda in 150 ccm Wasser löst, durch Zusatz von 4,2 g Natriumnitrit in 20 ccm Wasser mid dann von soviel verdünnter Salzsäure, als 2.5 g HCl entspricht, unter Eiskühlung diazotiert und diese Lösung in eine solche von 7 g Dimethyl- aniJm in soviel verdünnter Salzsäure, als 2,1 g HCl entspricht, einträgt. Dann macht man mit Natronlauge deutlich' alkalisch und setzt zur "04 Azoverbindmiii'en völligen Abscheidimg noch etwa 25 g fein pul- verisiertes Kochsalz zu. Zur Darstellimg von p-Aminoazobenzol erwärmt man eine Mischung von 10 g feinge- pulverten Diazoaminobenzol (s. S. 758) imd 5 g gepulvertem Anilinchlorhydrat mit 25 g Anilin etwa eine Stunde lang unter Umrühren auf etwa 45° imd verreibt so lange mit verdünnter Essigsäure, bis sich das Aninoazobenzol als vollkommen fester Niederschlag abgeschieden hat. Sulfuriert man p-Aminoazobenzol, so ent- steht ein Gemenge von Mono- und Disulfosäure, daß als S ä u r e g 6 1 b oder E c h t g e 1 b in der Wollfärberei verwendet wird. In ganz analoger Weise werden die technisch wichtigen Azofarb- stoffe dargestellt, von denen insbesondere die vom Naphtalin abgeleiteten wichtig sind. Als Beispiele seien die folgenden genannt. Diazo- tierte Sulfanilsäure liefert beim Kuppeln mit ci- oder /^Naphtol die als N ap hto lor an ge oder T r 0 p ä 0 1 i n bekannten Farbstoffe. Aus diazotierter a-Naphtylamin-p-sulfosäure entsteht mit /3-Naphtol analog das wertvolle Echtrot, und ähnlich erhält man durch Kuppelun? mit Naphtoldisulfosäuren die unter dem Namen Ponceaux und Bordeaux in den Handel gebrachten Farbstoffe. Die Bildmig von Azofarbstoffen kann man sehr gut benutzen, um eine mi bekannte Base als primäres aromatisches Amin zu erweisen, indem man eine Lösung von etwa 0,7 g der frag- lichen Base in 3 ccm starker Salzsäure unter Eiskühlung so lange mit Natriumnitritlösimg versetzt, bis die Lösimg Jodkaliumstärkepapier bläut, und in eine mit überschüssi£;er Soda und Kochsalz versetzte Lösung von R-Salz (Natrium- salz der /3-Naphtol- «-Disulfosäure) eingießt. Lag eine primäre aromatische Base vor, so scheidet sich hierbei ein roter Farbstoff ab. Unter Verwendimg von titrierter R-Salz-Lösung oder NaphtoUösung kcinn man primäre aromatisch gebundene Aminogruppen auf diese Weise auch quantitativ bestimmen. Es ist schon vorher (S.759) gesagt worden, daß beim Behandehi einer Diazoaminover- bindung- mit einem anderen, als dem schon in ihrem Molekül gebundenen Amin ein Aus- tausch eintreten kann und daß man beim Erwärmen von Diazoamino Verbindungen mit Phenolen Oxyazokörper erhält. Außerdem existieren aber noch einige weniger wichtige Bildungsweisen für Oxyazoverbindungen, die der Vollständigkeit wegen erwähnt werden mögen. So entstehen Oxyazokörper beim Erhitzen von Azoxyverbindungen (s. S. 770) mit Schwefelsäure durch Umlagerung, 0 / \ CßHs.N-N.CeHs Azoxybenzol —> C6H5.N = N.C6H4.0H p-Oxyazobenzol oder aus Nitrosophenolen (oder Chinon- oximen vgl. den iVrtikel ,,x\mmoniakderi- vate" S. 298) mit primären aromatischen Aminen CeH , . NH , + ON . C0H4 . OH = CÄ.NiN.CßHs.OH + H.O Ferner kann man in den Aminoazo Verbin- dungen die primäre Aminogruppe wiederam diazotieren und nach dem früher (S, 755) ge- sagten gegen eine Hydroxylgruppe aus- tauschen. Sclüießlich kann man symme- trische Dioxyazo benzole oder deren Aether aus Nitrophenolen oder Nitrophenoläthern durch Reduktion, sowie aus Aminophenolen oder Aminophenoläthern durch Oxydation nach den allgemeinen Darstellungsmethoden für Azokörper (s. S. 762) erhalten. Von besonderem theoretischen Inter- esse ist es, daß man gewisse Oxyazokörper auch aus Chinonen mit Phenylhydrazinen erhält. Hierauf wird bei der Besprechung der Konstitution der Oxyazokörper (S. 766) noch näher eingegangen werden. Eigenschaften und Verhalten der Oxy- und Aminoazokörper. Die wich- tigste Eigenschaft der Oxy- und Aminoazo- körper ist ihre Verwendbarkeit als Farbstoffe, d. h. sie sind nicht nur intensiv gefärbt son- dern besitzen auch die Eigenschaft sich mit manchen Gespinnstfasern fest zu vereinigen. Hierbei spielt die Azogruppe die Rolle einer „chromophoren Gruppe", während die Hydro xyl- bezw. Aminogruppe als ,,auxo- chrome Gruppe" wirkt (vgl. S. 762). Ihre näheren Eigenschaften in dieser Beziehung werden im Artikel „Farbstoffe" (Azo- farbstoffe) besprochen. Natürhch sind, ent- sprechend ihrer Natur als Phenole, die Oxyazo- körper saureVerbindungen, d. h. sie lösen sich in wässerigen Laugen und werden aus dieser Lösung durch Säuren (auch durch Kohlen- säure) wieder gefällt, während die Amino- azokörper als Amine basischer Natur sind, d. h. mit Mineralsäuren Salze (die tech- nischen Aminoazofarbstoffe) bilden. Einige o-Oxj^izoverbindungen sind jedoch in Laugen wenig oder gar nicht lösMch. Andeierseits bilden übrigens Oxyazoverbindungen in Ben- zol Anlagerungsprodukte mit Salzsäure, doch sind dieselben namentUch bei den o-Oxy- azokörpern ziemlich unbeständig. Die freien Oxy- und Aminoazokörper sind in iMkohol meist leicht löslich und kristallisieren gut. Im Wasser sind sie wenig löslich. Natürlich ändern sich ihre Eigenschaften durch Ein- führung anderer Gruppe z. B. der Sulfo- säuregruppe unter Umständen -wesentlich. Die Aminoazokörper können wie alle Azokörper durch Reduktionsmittel in Hydr- azoverbindungen übergeführt oder an der Stelle der doppelten Bindung gespaltet wer- den. Bei letzterer Reaktion (vgl. S. 762) Hefern die Monamino azokörper neben einem Molekül Monamin je nach ihrer Konstitution ein Molekül p- oder o-Diamin z. B. Azoverbinduna'en 765 CÄ.N CÄ.NH, NH,.C6H4.N NH2.C0H4.NH2 Man benutzt daher die reduktive Spaltung- der Aminoazokörper zur Aufklärung ihrer Konsti- tution so^\ie zur Gewinnung von Diaminen. Wie schon mehrfach erwähnt, läßt sich die primäre Aminogruppe von Aminoazokörpern wiederum diazotieren. Aus den so erhaltenen Azodiazoniumsalzen kann man durch erneute Kuppelung mit Aminen oder Phenolen Dis- azokörper (S. 767) sowie nach den bekann- ten Methoden Azobenzole (S.762) Oxyazoben- zole (S. 764) und die übrigen Umwandlungs- produkte der Diazoniumsalze (vgl. S. 755) ge- winnen. Die aus o-Aminoazoverbindungen durch Diazotierung entstehenden Azobenzol- o-Diazoniumsalze liefern bei der Keduktion heterozyklische Verbindungen, die sogenann- ten Isophendihydrotetrazine \/\n : N . Ar \/^N — X . Ar Beim Erhitzen mit Anilinchlorhj drat geben die Aminoazoverbindungen in kom- phzierter Eeaktion andere wichtige Farb- stoffe, die aber nicht mehr zu den Azokörpern gehören ; und zwar entstehen aus denp-Amino- azoverbindungen Induline, aus den 0- Aminoazoverbindungen Eurhodine (vgl. den Artikel „Farbstoffe"). genau so wie diejenige der einfachen primären aromatischen Amine, d. h. unter Bildung indifferenter Kondensationsprodukte, die zu den Anilen (vgl. den Artikel ,, Ammoniak - derivate" S. 280) zu rechnen sind und sich leicht wieder in die Komponenten zerlegen lassen aH,.N:N =aH..N:N-, -NH2+ OCH.CfiHg -N:CH.C6H5-f-H20 NH/\/ + NH,CÄ — > j I CeHs Indulinbase Benzalaminoazobenzol. Die O-Aminoazoverbindungen geben da- gegen mit Aldehyden farblose, beständige Kondensationsprodukte basischer Natur, welche zu den heterozyklischen Verbindungen gehören und als Phendihydro-a-triazine bezeichnet werden. N.CcHs + OCH.C6H5 ,N-N.CeH5 -> j I +H,0 \/^N-CH.CeH5 Schließlich lassen sich o-Aminoazover- bindungen durch Oxydation in die soge- nannten P se udoazimido Verbindungen überführen. \/N=N.CeH5 NH / \y ^NH Eurhodinbase (Es sei hier nebenbei bemerkt, daß die Indulinsalze durch Diazotierung imd Entami- diermig in sogenannte Azoniumsalze über- geführt werden, die aber nicht, wie man aus dem Namen schließen könnte, zu den Azokörpeni gehören (vgl. S. 746). Die primäre Aminogruppe der p-Amino- azoverbindungen reagiert mit Aldehyden + 0 N.CßH. + H^O Die Oxyazokörper zeigen im allge- meinen die Reaktionsfähigkeit des freien Phenolhydroxyls, doch wurde schon vorher (S. 764) bei der Alkalilöslichkeit erwähnt, daß dies bei den o-Oxyazoverbindungen nicht immer der Fall ist. In ähnhcher Weise bilden die p-Oxyazokörper mit Phenylisocyanat die normalen Urethane (vgl. den Artikel ,, Am- moniakderivate" S. 279), während die O-Oxyazoverbindungen gegen dies Agens indifferent sind. Bei der Reduktion mit Zinn- chlorür und Salzsäure zerfallen alle Oxyazo- körper ebenso wie die Aminoazokörper (s. S. 764) an der Stelle der doppelten Bindung und liefern ein Gemisch von Aminen und Amino- phenolen. Die Allcalisalze der Ox^^azokörper liefern mit Halogenalkylen glatt die ent- sprechenden Azophenoläther, die bei der Reduktion analog zerfallen. f66 Azoverbiüdimgen Die Konstitution der Amino- und und für die o-Amino- und Oxy-azokörper im Oxyazokörper. Ebenso wie p-Nitroso- Sinne der Formelpaare phenol und Chinonmonoxim nicht zwei ver- schiedene Verbindungen sind, sondern, wie die eine Verbindung, die man sowohl durch Nitrosierung des Phenols als auch durch Oximierung des Chinons erhalten kann, gegen manche Agentien als Nitrosophenol gegen andere aber als Chinonmonoxim, also nach den beiden tautomeren Formeln OH 0 >N:N.CeH5 o-Aminoazobenzol ^->- NH \/^N.NH.CeH5 o-Chinonimidphenyl- hydrazon N:0 N.OH reagieren kann (vgl. den Artikel „Ammo- niakderivate" S. 299), so ist auch für die p- Amino- und Oxy-azokörper eine Tautomerie im Sinne der beiden Formelpaare NH, NH < — > ' -NrN.CeHs o-Oxyazobenzol NrN.CeHs p-Aminoazobenzol N.NH.CßHs Chinonimidpheuyl- hydrazon 0 < — > NiN.CßHs p-OxyazobenzoI N.NH.CeHg Chinonmonophenyl- hydrazon + H2N.NHG6H4.NO2 .NH.CeHg o-Chinonmonophenyl- hydrazon in Betracht zu ziehen. Danach müßte man auch hier erwarten, daß dieselbe Substanz entsteht, gleichgültig, ob man z. B. Phenyl- hydrazin auf Chinon einwirken läßt oder ob man Benzoldiazoniumchlorid mit Phenol kuppelt. Nun läßt sich die erstere Reaktion zwar bei dem gewöhnlichen Chinon nicht verwirklichen, weil Phenylhydrazin lediglich reduzierend auf Chinon einwirkt, aber in bestimmten Fällen zeigt sich doch, daß obige Voraussetzung in der Tat richtig ist. So entsteht die gleiche Verbindung sowohl aus /5-Naphto chinon mit Nitrophenylhydra- zin als auch aus a-Naphtol mit Nitrobenzol- diazoniumchloiid (neben der entsprechenden p-Verbindung vgl, S. 763). Eine Tautomerie in dem gedachten Sinne zwischen 0- oder p-Chinonhydrazonen oder Chinonimidhydrazonen und Oxy- oder Aminoazokörpern ist also wirklich vorhanden und auch bei den übrigen analogen Verbin- dungen zeigt sich, daß dieselben bei manchen Reaktionen als Hydrazone, bei anderen als Oxy- oder Aminoazokörper reagieren (vgl S. 764ff.). Namentlich die ünlöslichkeit mancher o-Oxyazokörper in Allcali und die Ringkonden- sationen der o-Oxy- und o-Aminoazokörper :N.NH.C6H4N02 identisch T mit Y OH -|-C1N:N.C6H4.N02 -> N:N.CfiH4N02 scheinen für die Hydrazonstruktur zu sprechen, während das Verhalten der p-Oxy- und p- Aminoverbindungen im allgemeinen besser der Azoformel entspricht. Es erhebt sich nun die Frage, ob man etwa für die 0- und die p-Verbindungen verschiedene Strukturen annehmen soll und, wenn man die ange- führten Verschiedenheiten auf Tautomerie zurückführt, d. h. wenn man annimmt, daß die gleiche Verbindung unter verschiedenen Verhältnissen nach verschiedenen Struktur- formeln reagieren kann, ob die freien Ver- A zoverbindiinffen 767 bindungen selbst in der Hydrazoiiform oder in der Azoform vorliegen. Hierüber ist lange diskutiert worden, es kann aber jetzt, ab- gesehen von der Auffassung aller tautomerer Verbindungen als Gleichgewichtsgemische beider möglicher Formen, als bewiesen gelten, daß die Kuppelungsprodukte aus Diazo- niumsalzen mit aromatischen Aminen oder Phenolen stets als wahre Azokörpei aufzu- fassen sind. Wie früher (S. 760) ausgeführt wurde, ist man betreffs der Kuppelungspro- dukte von Diazoniumsalzen mit aliphatischen Verbindungen gerade zu der entgegengesetz- ten Ansicht gelangt. Bei den Kuppeln ngs- produkten mit heterozyklischen oder alizykli- schen Verbindungen (s. S. 758 und 763) läßt sich diese Frage nicht allgemein entscheiden, vielmehr sind hier manche Verbindungen als Azokörper, andere wiedenim als Hydrazone erkannt worden. Es soll schließlich nicht unerwähnt bleiben, daß die hier geäußeite Auffassung von der Konstitution der Oxy- und Aminoazokörper immerhin noch von einigen Chemikern angezweifelt wird. Die besprochene Tautomerie, die ja wie immer auf dem Platzwechsel eines Wasserstoffatoms beruht, kann natürlich nur dann auftreten, wenn an der betreffenden SteUe des Mole- küls wirklich ein Wasserstoff atom vorhanden ist, nicht aber wenn dasselbe durch eine andere Gruppe substituiert worden ist. So können einerseits die Azophenoläther Alk.O. CgHi.NiN.Ar und die Azokörper au? ter- tiären Aminen (Alk).N.C8H4.N:N.Ar natür- hch nur in der Azoform und andererseits die aus asymmetrischen Acylphenylhydrazinen gewonnenen Chinonhydrazone Ac 0:C6H4:N.N< Ar nur in der Hydrazonform reagieren und existieren. 3e)Disazokörper, Trisazokörperusw. Disazokörper welche die Azogruppe zweimal im selben Molekül enthalten," sind zum Teil für die Farbstofftechnik von außerordentlich großer Bedeutung geworden, da sich in dieser Eeihe wertvolle Substantive Farbstoffe, die ungeheizte Baumwolle anfärben, sowie vorzügliche Wollfarbstoffe gefunden haben. Auch hier sind es in erster Linie wiederum die Sulfosäuren der Disazokörper. welche sich als Farbstoffe in der Praxis bewährt haben. Da die Disazoverbindungen drei aromatische Kerne im Molekül enthalten, benennt man sie zur Erreichung einer eindeutigen che- mischen Bezeichnung stets so, daß man den Namen des zwischen den beiden Azogruppen stehenden Kernes voransetzt; ihm folgt zunächst das Stammwort „Disazo" und dann nacheinander noch die Namen der beiden an den Enden der Disazogruppe j— N=N.Ar.N= N-- stehenden Komplexe, I wobei m-in alle drei aromatischen Komplexe nicht als Reste (z. B. Phenyl-) sondern als ver- vollständigte Wasserstoffverbindungen (z. B. Benzol-) bezeichnet z. B. CioH^.NrN.CeH^.NiN.CÄ.NCCH.,)^ Benzoldisazo-naphtalin-dimethylanilin. Die Herstellung von Disazoverbindungen kann nach verschiedenen Methoden geschehen. Zunächst kann man in den Aminoazover- bindungen, wie schon erwähnt (S. 765) die primäre Aminogruppe von neuem diazo- tieren CßHg.NrN.CeH^.NH,, HCl + HNO, = C6H5.N:N.C6N4.N,C1 + 2H2O " und die so hergestellte Azodiazonium Ver- bindung genau ebenso wie ein einfaches Diazoniumsalz mit einem aiomatischen Amin oder einem Phenol kuppeln (s. S. 762). So erhält man durch Kuppelung von diazotiertem Aminoazobenzol mit Anilin das Benzol- disazobenzolanilinC6H5.N:N.C6H4.N:N .CgHi.NHa. In diesem läßt sich die Amino- gruppe wiederum diazotieren und in bekannter Weise (vgl. S. 755) eliminieren. Man erhält so den einfachsten bekannten Disazokörper des Benzoldisazobenzol. CeHs.NcN.CeH^.NiN.CeHs. Nach dieser Methode werden z. B. diu-ch erneute Diazotierung von Aminoazonaphtalin- sulfosäuren und Kuppelung mit einer Naphtolsul- fosänren die wichtis;en ,,Naphtolschwarz"- Sorten und andere wertvolle schwarze Woll- farbstoffe dargestellt und ähnlich gewinnt man durch erneute Diazotierung von Aminoazobenzol- sulfosäm-en und Kuppehmg mit Naphtol oder Naphtolsulfo säure die schönen luiter dem Namen Cr oce in schar lach 3 Bund Bie bricher Schar- lach bekannten roten Farbstoffe. Andererseits kann man Diaminoazo Ver- bindungen, die zwei Aminogruppen im selben Kern in m-Stellung zueinander enthalten und die man aus m-Phenylendiamin und seinen Derivaten durch Kuppelung mit Diazonium- salzen erhält (vgl. S. 758) noch mit einem zweiten Molekül Diazoniumsalz kuppeln. So liefert das sogenannte Chrysoidin (2,4- D i a m i n 0 a z 0 b e n z 0 1) C«H...N:N )NH, NH, mit Benzoldiazoniumsalz m-Phenylendiamin- disazobenzol(C,H5.N:N)2C8Ho(NH,)2 Eine analog aus Chrysoidinsulfo säure dar- gestellte Sulfosäure dieses Disazokörpers bildet als Natriumsalz das sogenannte Säurebraun G. Daß Oxy- und Aminonaphtaline, in denen 0- und p-Stellung unbesetzt sind, unter Um- ständen direkt zwei Moleküle Diazoniumsalz zu Disazoverbindungen kuppeln können, ist schon erwähnt worden (S. 763). 768 Azoverbmduno'en Wichtiger noch als diese Methoden ist namentlich für die Farbstofftechnik die- jenige, die sich darauf gründet, daß man in aromatischen Diaminen beide primären Ami- ncgruppen diazotieren kann. Man spricht in solchen Fällen auch von einer ,,Tetrazo- tierung" des Diamins. Von den Phenylen- diaminen und Naphtylendiaminen lassen sich nur die m- und p-Diamine und auch diese nur unter bestimmten Bedingungen (s. S. 754) tetrazotieren, während die o- bezw. peri- Diamine mit salpetriger Säure die sehr be- ständigen Azimide liefern. Von größter tech- nischer Bedeutung sind aber insbesondere die- jenigen Disazokörper, die man durch Kuppe- lung von tetrazotiertem Benzidin (Di-p- diaminodiphenyl; vgl. den Artikel .»Am- moniakderivate" S. 303) und von ana- logen Tetrazoverbindungen aus o-Tolidin, o-Dianisidin, o-Aethoxy- und 0,0-Diäthoxy- benzidin sowie deren Sulfosäuren mit Aminen, Phenolen und deren Sulfosäuren erhält. Die Anzahl der so erhältlichen Dis- azoverbindungen läßt sich, abgesehen von der Verwendung verschiedener Ausgangs- materialien, noch weiter dadurch vermehren, daß man das tetrazotierte Benzidin sowohl gleichzeitig mit zwei gleichen Komplexen als auch nacheinander mit zwei unterein- ander verschiedenen Komplexen kuppeln kann. So kann man symmetrische und unsymmetrische Disazo Verbindungen X.N:N.C6H4.C6H4.N:N.Y darstellen. Die nach diesem Verfahren erhaltenen Farb- stoffe sind Substantive Baumwollfarb- stoffe, d. h. sie besitzen die wertvolle Eigenschaft ungeheizte Baumwolle anzufärben. Man be- zeichnet sie als ,,Congofarbstoffe", weil der älteste und wichtigste Repräsentant dieser Klasse, der aus tetrazotiertem Benzidin mit 2 Molekülen Naphtionsäuie entsteht, NH, NH, ^N:N- SO,H den Namen Congorot führt. Analoge Farbstoffe sind jetzt fast in allen möglichen Farbnuancen bekannt. Auch Farbstoffe mit noch mehr als zwei Azogruppen kennt und verwendet man. So ist das sogenannte Diamingrün G ein Trisazokörper, der entsteht, wenn man tetrazotiertes Benzidin einerseits mit 1 Molekül HjN N:N — SO3H Salicylsäure \mä dann andererseits mit einem Molekül p-Nitrobenzolazo -aminonaphtoldisnlfo- säme-H laippelt. Noch höhere Azofarbstoffe erhält man z. B. wenn man das Diamin schwarz R. 0., das zur Reihe der Congofarbstoffe gehört und aus tetrazotiertem Benzidin dmch Kuppeln mit Aminonaphtolsulfosäm'e-G entsteht, also die Konstitution NH, hat, wiederum diazotiert und von neuem kuppelt, was auf der Faser selbst ausgeführt wird. 4. Azoxyverbindungen. Die Azoxy- körper (vgl. S. 747) enthalten die Gruppe — N — N — beiderseitig an aromatische Kerne gebunden, wenigstens wird diese Konstitution gewöhnlich angenommen. Von anderer Seite wird für dieselben auch die Formulierung Ar — N = N — Ar vorge- 1 II I 0 schlagen, welche die Umsetzungen der Azoxy- verbindungen ebensogut erklärt. Zwischen beiden Formeln ist eine experimentelle Ent- scheidung bisher noch nicht getroffen worden. Bildungsweisen. Zur Darstellung von Azoxyverbindungen benutzt man fast aus- schließlich die Keduktion von aromatischen Nitroverbindungen, seltener von Nitroso- ' Verbindungen. Diese Keduktion, die in saurer Lösung meist zu den Endprodukten der Re- duktion, den Aminen, führt, läßt sich in al- kalischer Lösung unter geeigneten Be- dingungen so leiten, daß unter Verkettung zweier Moleküle eine Azoxy Verbindung ent- steht. Ar.NOa Ar.K ^^ I .O+3H2O Ar.NOz ^ Ar.N Als geeignetes Reduktionsmittel für den vorliegenden Fall hat sich wasserfreier Methyl- alkohol oder Aethylalkohol bei Gegenwart von Kaliumhydrat oder Natriumhydrat erwiesen. Der Alkohol wird hierbei zu Ameisensäure bezw. Essigsäure oxydiert, die vom Alkah gebunden wird und zwar wirkt Aethylalkohol stärker reduzierend als Methylalkohol. Auch die Natur des Alkalis ist nicht ohne Einfluß, indem Kali stärker wirkt als Natron. Um Azovei'lDindmiü'en 769 die alkoholische Lösung möglichst wasserfrei zu halten, verwendet man oft zweckmäßig eine Lösung von metallischem Natrium in dem Alkohol. Zur Darstellung von Azoxybenzol kocht man 30 g Nitro benzol mit einer Lösung von 20 g Natriummetall in 200 ccm Methylalkohol 6 Stun- den am Rückflußkühler, destilliert den Alkohol ab imd nimmt den Rückstand mit Wasser auf, wobei sich das Azoxybenzol als Oel abscheidet, das | in der Kälte Icristallinisch erstarrt. | Erwähnenswert ist, daß diese Koduktion anormal verläuft, wenn das Ausgangsmate- rial in p-Stellung zur Nitrogruppe eine Me- thylgruppe enthält. In diesem Falle wirkt der Wasserstoff der Methylgruppe teilweise selbst als Keduktionsmittel, so daß Verket- tung zweier Moleküle durch die Methyl- gruppen eintritt. Es entstehen dadurch Nitro-, Nitroso- oder Azoxyderivate des Di- benzyls CeHs.CHo.CHa.CeHs und Stilbens CsHs.CHiCH.CeHs. Auch andere Reduktionsmittel, wie Na- triumamalgam und Alkohol, Zinkstaub mit alkohohschem Ammoniak oder arsenige Säure in alkoholischer Lösung haben sich für die Gewinnung von Azoxy Verbindungen als brauchbar erwiesen. Bei der Reduktion von Nitroverbindungen entstehen natürlich nur symmetrische Az- oxyverbindungen, d. h. solche, in denen die Azoxygruppe mit zwei gleichen Resten ver- bunden ist. So erhält man Azoxyphenole HO.CßH^.N — N.CeH.OH und Azoxy p he noläther Alk. O.CeH^.N — N.CgH^. O.Alk analog durch vorsichtige Reduktion von Nitro- oder Nitroso-phenolen und -phenol- äthern, Azoxybenzoesäuren aus Nitro- benzoesäuren usw. Unsymmetrische Azoxy- v'^rbindungen kennt man bisher nur soweit, als sie sich durch Substitution aus den symmetrischen erhalten lassen. Beispiels- weise liefert Azoxybenzol bei der Nitrierung Mononitroazoxybenzol. /0\ N02.CeH,.N-N.CoH5 Entsprechend der Auffassung der Azoxy- verbindungen als der Zwischenprodukte bei der Reduktion der Nitroverbindungen zu Aminen kann man dieselben auch umgekehrt durch Oxydation von Azoverbindungen oder Aminoverbindungen erhalten. So kann man Anilin in alkoholischer Lösung mit KaMum- permanganat zu Azoxybenzol oxydieren. CßHs.NH^ _ 'CßHs.N. I / 0 + 2H,0 Phenylhydroxylaminlösungen an der Luft. Hierbei entsteht primär Nitrosobenzol (I), das sich sekundär mit dem noch in der Lösung befindlichen Phenylhydroxylamin zu Azoxy- benzol vereinigt (II). "" TT I. CßHg.N r + 0 = CeHs . N : 0 + H2O ^OH IL CßHs . N : 0 -f CeH5.N0 -> il + FeO Ar.N^ Ar.N Mit Schwefelammonium kann man die Azoxyverbindungen zu Hydrazokörpern (vgl. den Ai'tikel „Ammoniakderivate" S. 301) reduzieren. Ar.N 4H Ar.NH I >0 -> 1 + H,0 Ar.N^ Ar.NH während mit sauren Reduktionsmitteln Ge- mische von x\minen entstehen, die teils Spal- tungs- teils Umlagerungsprodukte (vgl. den Artikel ,,Ammoniakderivate" S. 303) der primär entstandenen Hydrazoverbindungen sind. Ar.N. I Ar.N^ 0 Ar.NH 2Ar.NH2 n Ar.NH ""NH^.Ar.Ar.NHa Eine sehr merkwürdige Reaktion ist die schon erwähnte (S.764) Umlagerung von Azo- xyverbindungen in Oxyazokörper beim Er- wärmen mit konzentrierter Schwefelsäure 0 CßHs . N — N . CßHs -> CßHs . N : N . CßHi . OH. 5. Derivate der Stickstoffwasserstoff- säure und andere Verbindungen mit drei und mehr direkt zusammenhängenden Stickstoffatomen. Abgesehen von den heterozyklischen Verbindungen (vgl. den Art. ,, Heterozyklische Ve r b i n du nge n"), welche drei oder vier direkt zusammenhängen- de Stickstoffatome als Ringgheder enthalten, denOsotriazolen oderAzimiden (s. S.750; 754; 759; 765 und 772), den Osotriazinen, Tetrazolen (s. S. 761) und Osotetra- zonen (s. S. 765), die hier nur gelegentUch erwähnt werden, kennt man nur relativ wenige organische Verbindungen, w'elche drei und mehr direkt zusammenhängende Stickstoffatome enthalten. Man kann sie als Substitutionsprodukte von Stickstoffwasser- stoffverbindungen auffassen, welche letzteren selbst aber meist nicht bekannt sind. Die wichtigsten Körper dieser Gruppe, die Di- azoamino verbin düngen, die als Derivate des unbekannten Stickstoffwasserstoffs H.N: N.NH2 gelten können, sind aus praktischen Gründen schon früher (S. 758) im Anschluß an die Diazoverbindungen ausführlich be- handelt worden. 5a) Derivate der Stickstoffwasser- st off säure. Von den übrigen hierher ge- hörigen Verbindungen ist nur noch eine Gruppe von Bedeutung. Es sind das die organischen Derivate eines Stickstoffwasser- stoffs N3H, der auch in freiem Zustande bekannt ist und den Namen Stickstoff- wasserstoffsäure führt. Die Konstitu- tion dieser Stickstoffwasserstoffsäure w'urde bisher allgemein entsprechend der Formel H.N< II angenommen. Neuerdings hat aber Thiele für diese Verbindung die schon von Angeli vorgeschlagene Formel H.N: N ; N mit sehr einleuchtenden Beweisgründen gestützt. Hier- durch werden die Derivate der Stickstoff- wasserstoffsäure mit den Diazoniumverbin- dungen in Parallele gestellt , w^as ihren Bildungsweisen und ihrem Verhalten durch- aus entspricht. Zw^ar ist der Thielesche Vorschlag so neu, daß eine Diskussion über denselben bisher nicht möglich war, doch läßt sich nicht verkennen, daß die neue Formel alle Reaktionen der Stickstoffwasserstoffsäure und ihrer Derivate ebensogut und zum Teil I wesentlich besser erklärt, als die bisher an- j genommene. 1 Die freie Stickstoffwasserstoffsäure wird als rein anorganische Verbindung in dem Artikel ,, Stickstoff" ausführlicher behan- delt werden, doch sei hier erwähnt, daß sie eine farblose, giftige Flüssigkeit von unangenehmem Geruch ist, die bei 37" siedet und, ebenso wie viele ihrer Salze, beim Er- hitzen heftig explodiert. Sie ist nur schwach dissoziiert und in Lösung ziemhch beständig. Man erhält die freie Säure durch Destillation ihres Blei- oder Natriumsalzes mit ver- dünnter Schwefelsäure. . Die Stickstoff Wasserstoff säure oder ihre Salze (Metallazide) entstehen bei der Ein- wirkung von salpetriger Säure auf Hydrazin, H2N.NH0+ HO.NO= N3H + 2H,0 oder aus Hydrazin und Chlorstickstoff in Benzol bei Gegenwart von etwas Natron- lauge H,N.NHo+ NCl3=N3H + 3HC1. " Auch bei der Einwirkung von Stickoxydul auf Natriumamid erhält man stickstoff- wasserstoffsaures Natrium. NaNH, + N2O = NaNs + H^O. Kleinere Mengen von Stickstoffwasserstoff- säure erhält man am bequemsten beim Be- handeln von p-Nitrodiazobenzolimid (vgl. S. 771 und 772) mit alkoholischer Kali- lauge. Auch beim Kochen von Benzazid mit AUvah (S. 772) entsteht Stickstoffwasser- stoffsäure, die auf diese Weise von Curtius entdeckt wurde. Die Derivate der Stickstoff wasserstoff- säure, in denen deren Wasserstoffatom durch einen organischen Rest ersetzt ist, bezeichnet man als Azide oder auch Azoimide (vgl. S. 747) und zwar kennt man Acidylderivate, die sogenannten Säure azide, und Alkyl- Azovei'l jindvm f>-en 71 derivate, die man meist als Alkylazide oder als Ester der Stickstoffwasserstoff- säure benennt. Die aromatischen Alkyl- azide, in denen die Ns-Grnppe direkt an einem aromatischen Kern steht, bezeichnet man wegen ihres nahen Zusammenhangs mit den Diazo Verbindungen gewöhnlich als Diazo- imide oder weniger gut als Azoimide. Es möge hier noch besonders daran erinnert werden, daß weder die sogenannten Azimide (vgl. S. 754; 759 und 765) noch die Azine (vgl. „Ammoniakderivate" S. 305) Derivate der Stick- stoff wasserstoffsäure sind. Darstellung der Alkylazide und Diazoimide. Die aliphatischen Ester der Stickstoffwasserstoffsäure sind noch nicht sehr . eingehend untersucht. Das Methyl- azid erhält man aus dem Natrinmsalz der Stickstoffwasserstoffsäure mit Dimethylsul- fat, d. h. durch gewöhnliche Veresterung. Außerdem kennt man noch Derivate der so- genannten Azidof ettsäuren. Man erhält dieselben entweder analog, z. B. Azido- essigsäureester aus Jodessigester und Silberazid, bezw. aus Chloressigester und Natriumazid NjAg + J.CH.,.C00C,H5 = N3'.CH2.C00C.,H5 + AgJ oder aus den Estern bezw. Amiden der Diazo- fettsäuren mit Hydrazin (s. S. 750). So ent- stellt z. B. das Hydrazid der Azidoessig- säure aus Diazoessigsäureester ,N C2H5O2C . CH^ II + 2H,N . NH2 = [H2N . NH . CO . CH2 . N=N . NH . NH2 + C0H5OH] =H2N . NH . CO . CH, . N || + NH3+ C.HsOH oder nach der neuen Formulierung (s. S. 770) C,H,0.,C.CH:N; N + 2H,N.NH, = fH,N.NH.OC.CH,.N:N.NH.NH; + CoH50H]= H,N.NH.C0.CH,.N:N; N + NH3 + C2H3OH.' Sehr viel genauer bekannt sind die schon von Peter Grieß entdeckten aroma- tischen Diazoimide. Sie entstehen analog der Darstellung der Azidofettsäurehydrazide bei der Einwirkung von Hydrazin ' auf Di- azoniumsalze unter Abspaltung von Ammo- niak. Hierbei treten als Nebenprodukte Aniline und freie Stickstoffwasserstoffsäure auf, was darauf hindeutet, daß intermediär ein Derivat des sogenannten Buzylens HN:N.NH.NHo (s. S. 774) gebildet' wird. CßHs . N2 . SO4H + H2N . NH2 <- [CßHs.NrN.NH.NH^+H^SOJ CeH5.N:N:N+NH3 — 2 Diazobenzolimid CßHs.NHa-f NiN:NH Ganz ebenso verläuft die Bildung von Diazobenzolimid aus Benzoldiazonium- sulfat und Phenylhydrazin CeHj . N, . SO4H + N2H . NHCeHs -> CsHs.NrN; N + H^SO^ -|- NHo.CeH^ Die wichtigste Darstellungsmethode für Diazoimide ist die Einwirkung von wäs- serigem Ammoniak auf Diazoperbromide (s. S. 756). So erhält man p- Nitro benzo 1- diazoimid (vgl. S. 770), wenn man das aus diazotierten p-Nitranilin gewonnene Per- bromid unter Eiskühlung vorsichtig in wäs- seriges Ammoniak einträgt. NolCÄ.N.Brg + H3N = NO2.C6H4.N3 + 3HBr. Auch durch Einwirkung von Hydro xylamin auf Diazoniumsulfate lassen sich Diazoimide gut gewinnen (vgl. S. 757). CgHs . N2 . SO4H + NH2OH —> [CeHs.NrN.NHOH+H.SOJ -^CoH^.N; II oder C6H5.N:NiN+ H„0. ^N Ferner entstehen Diazoimide, wenn man salpetrige Säure auf primäre Arylhydrazine einwirken läßt. Hierbei werden zunächst die sehr unbeständigen Nitrosohydrazine ge- bildet, die beim Erwärmen mit Alkalien oder Säuren in Wasser und Diazoimide zer- fallen. R.NH.NH2 + HONO —> R.N — >'R.N< II + HoO /NO NH, ^N Nach der neueren Formulierung (s. S. 770) dürfte der Vorgang folgendermaßen zu er- klären sein NO R.N( — >R.NH.NH.NO — > ^NH2 R.NH.N:NOH— ^R.N:N:N + H20. Zur direkten Gewinnmig von Diazoimiden läßt man zweckmäßig die salpetrige Säure in der Wärme und bei Gegenwart überschüssiger Säure auf das Arylhydrazin einwirken. Schließlich entstehen Diazoimide noch aus Diazoniumsalzen mit Stickstoffwasser- stoffsänre, mit Oximen oder auch mit Zinn- chic rür. Sehr merkwürdig verläuft eine Reaktion, die zu o-Azidobenzaldehyden führt. Diazotiert man o-Aminobenzaldoxime, so entstehen zunächst heterozyklische Ver- bindungen, die sogenannten In diazo n- oxime, die sich mit Wasser oder Alkali leicht in o-Azidobenzaldehyde umlagern. /CH:N0H /CH:N0H C6H4<„„ ->CeH,/ — - *^NH2 \N2Cl 49^ 772 Azovei-binduiiffen CeH4< NOH .CHO Eigenschaften und Umsetzungen der Alkylazide. Das Methylazid ist eine giftige, unangenehm riechende Flüssigkeit, die bei etwa 20" siedet und über 500" explo- diert. MitMethylmagneäiumjodid(vgl. unten) liefert es Diazoaminomethan (s. S. 760). Die Azidoessigsäure zerfällt beim Kochen mit Alkalien in Oxalsäure, Ammoniak und Stick- stoff. Die aromatischen Allvvlazide sind in- differente, teils flüssige, teils feste Verbin- dungen von betäubendem Geruch. Bei höherem Erhitzen unter gewöhnhchem Druck explodieren sie, doch kann man z. B. Diazo- lienzolimid im Vakuum destiUieren (Siede- punkt 59" bei 12 mm Druck). Beim Kochen mit verdünnter Schwefel- säure zerfallen die Diazoimide — oft sehr glatt — in Stickstoff und p-Aminophenole, wobei offenbar als Zwischenprodukt Phenyl- hydroxylamin entsteht (vgl. den Artikel „Ammoniakderivate" S. 290). /N H .H ^^«- HO.CeH^.NHo + Na. Aehnhch verläuft wohl die Zersetzung beim Kochen mit Salzsäure, wobei unter Stickstoffabspaltung ein Gemenge von o- und p-Chloranilin entsteht. Die in o- oder p- Stellung nitriertem Diazobenzoliraide zer- fallen beim Kochen mit alkahscher Kahlauge teilweise in Nitro phenole und Stickstoff- wasserstoff säure (vgl. S. 770). N02.C6H4.N3 + KOH = NO,.C6H4.0K+HN3 Beim Erhitzen für sich zerfallen die o- Nitrobenzoldiazoimide in Stickstoff und o- Dinitrosobenzole. Mit Alkylmagnesiumhalogeniden liefert Diazobenzolimid zunächst ein Salz xMgHal das mit Wasser eine Diazoaminoverbindung gibt (vgl. S. 759). .N /N CeHsN/ll oder CeH5.N:NiN + ^N ^ .CO.CH3 hch; C0.CH3 C6H5.NH.N:N > H3C C(OH) C.COOCHg CßHs.N.NrN N. C«H.,.N \ oder CÄ.N:N N Alk. Mg. Hai — >► CcHo.NrN.K /H N + MgHal Alk H,0 -> CÄ.N:N.N \Alk Mit ^-Ketosäureestern und Malonestern liefert Diazobenzolimid Triazole, fünf- gliederige heterozyldische Verbindungen z. B. mit Acetessieester: + H2O. H3C.C^C.C00C2H5 Solche Triazole entstehen auch bei der Ad- dition von Diazobenzohmid an Acetylen- dicarbonsäureester. Darstellung der Säureazide. Säure- azide, und zwar sowohl ahphatische als auch aromatische stellt man durch Einwirkung von salpetriger Säure auf Säurehydrazide dar, eine Reaktion, die analog der entsprechenden Bildung der iVlkylazide verläuft (s. S. 771). So erhält man Benzazid (Benzoylazo- imid) bei der Einwirkung von Natrium- nitrit und Essigsäure auf Benzoylhydrazin CeHj.CO.NH.NH^ + HONO = CeH5.C0.N3+2H20. Die Hydrazide von a/?-ungesättigten Säuren lassen sich nicht in Azide überführen sondern hefern mit salpetriger Säure Nitro- soderivate der durch Umlagerung entstan- denen heterozykhschen Pyrazolidone. X.CH:CH.CO X.CH.CH^.CO H2N— NH HN NH Auch bei der Einwirkung von Diazo- niumsalzen auf die Säurehydrazide entstehen Säureazide. Von den aUphatischen Säureaziden sind bisher nur wenige Vertreter bekannt, die sich von Fettsäuren und von der Kohlensäure ab- leiten. Von letzterer sind das Diazid (Carb- azid), das Azidamid (Carbaminsäure- azid), der Azidomethylester und das Azid- amidin bekannt. Es sei daran erinnert, daß das sogenannte Semicarbazid (vgl. den xVrtikel „Ammoniakderivate" S.o08)nicht ein Azid, sondern das Amidhydrazid der Kohlensäure ist. Genauer untersucht sind die iVzide aromatischer Säuren. Eigenschaften und Umsetzungen der Säureazide. Die Säureazide sind in- differente, flüssige oder niedrig schmelzende kristallinische Substanzen von stechendem Geruch, die beim Erhitzen explodieren. In Wasser sind sie unlöshch, in Alkohol und Aether dagegen leicht löshch. Beim Kochen mit Alkah zerfallen sie unter Bildung von Salzen der Stickstoffwasserstoffsäure und der betreffenden organischen Säure (s. S. 770). Azovei-1 lindunc-en n.\ Ein sehr merkwürdiges Verhalten zeigen die Säureazide beim Erhitzen mit Alkohol oder mit Wasser. In beiden Fällen ent- wickelt sich Stickstoff, indem beim Erhitzen mit Alkohol Urethane (I), (DX.CO.Nj + CoHäOH^ X.NH.CO.OC2H5+ N2 beim Kochen mit Wasser symmetrische Dialkylharnstoffe (II) entstehen. (II) 2X.C0.N, + 2H2O = (X.NH)2C0 + CÖ2 + HoO + 2N., Diese eigenartigen Umwandlungen wer- den verständlich, wenn man in ihrem Ver- lauf eine der sogenannten ,, Beckmann - sehen Umlagerung" (vgl. den Artikel ., Ammoniakderivate" S. 297) analoge Umlagerung annimmt. Zunächst addieren die Azide anscheinend unter Stickstnffabspal- tung Alkohol (la) bezw. Wasser (IIa), wobei Hydro xainsäu rester bezw. Hydroxanisäuren entstehen, ähnlich wie bei der Spaltung der Alkylazide in Stickstoff und Aminophenole (S. 772) als Zwischenprodukte anscheinend Hydro xylamine gebildet werden: N H Ja) X.CO.N I + I N oaHg H X.CO.N 4-N, OCÄ N H IIa) X.CO.N^ II + I = N OH H x.co.n: + N2. ^OH Diese Hydro xamsäurester (Ib) und Hydr- oxanisäuren (IIb) können nun in ihrer tau- tomeren Form die bei den Oximen zuerst beobachtete Beckmannsche Umlagerung erleiden : Ib) X-C = 0 X-C-OH i < > II CoHgO-N-H C2H5O-N C^HsO-C-OH -> II X-N IIb) X-C = 0 X-C-OH I < > II HO-N-H HO-N HO-C-OH X— N Im ersteren Falle ist das Umlagerungs- produkt dietautomere Form des entstehenden Urethans : Ic) CHgO-C-OH II X-N C2H50-C=0 X— NH Im zweiten Falle werden die Umlage- rungsprodukte sofort unter Wasserabspaltung in Alkylisocyanate übergehen, die ja be- kanntlich mit Wasser in CO2 und symme- trische Dialkylharnstoffe zerfallen. IIc) HO— C-OH C=0 II <—> II X-N X-N Ild) 2X.N:C:0+H20=(XNH),C:0+G02 Diese beiden Reaktionen sind praktisch wichtig, weil die entstehenden Urethane und Dialkylharnstoffe beim Erhitzen mit Säuren oder mit Aetzkalk primäre Amine liefern. Man kann also auf diese Weise aus einem Säureester X.COOR über das Hydrazid und Azid das primäre Amin X.NHg darstellen (vgl. den Artikel ,,Animoniakderivate" S.' 273). Aehnlich verläuft offenbar die Bildung acylierter Semicarbazide beim Kochen von Säureaziden mit Säurehydraziden. So liefert Benzazid mit Acethydrazid Acetyl- p h e n y 1 s e m i c a r b a z i d . N H CeHs.CO.N 11+ I N NH.NH.CO.CH3 ->N2+C6H5.CO.NH.NH.NH.CO.CH3<->- CeHs-C-OH <-^ II -> CH3.CO.NH.NH — N CH3.CO.NH.NH — C — OH CsHg - N CH3.CO.NH.NH — c = o CeH^-NH 5b) Verbindungen mit mehr als drei direkt zusammenhängenden Stickstoffatomen. x\bgesehen von den in diesem Artikel nicht zu besprechenden heterozyklischen Verbindungen (vgl. S. 770) gehören hierher die schon besprochenen Disdiazoaminoverbindungen und das Disdiazobenzolamid (s. S. 758 und 759), die als Derivate des Stickstoffwasserstoffs H . N : N . NH . N :NH aufgefaßt werden können, der selbst nicht bekannt ist. Außerdem kennt man noch Derivate dreier, ebenfalls unbekannter Stickstoff- wasserstoffe von je der direkt miteinander verbundenen Stickstoff atomen. Der erste derselben ist der hypothetische Stickstoff- wasserstoff HoN.N.-N.NHo, dessen Derivate man als Tetrazone bezeichnet. Man kennt aliphatische und aromatische Tetraalkyl- tetrazone (Alk)2N.N:N.N(AUv),, die bei der Oxydation asymmetrischer Dialkyl- hydrazine mit Quecksilberoxyd in alkoho- lischer oder ätherischer Lösung oder mit verdünnten Eisenchloridlösuna" 774 Azoveii)indune,'en (Alk)2N.NH2 + H2N.N(Alk)2 + 0^ = (Alk)2.N.N:N.N(Alk)2 + 2H2O entstehen und anscheinend auch durch Ein- wirkung von Nitrohydroxylamin (vgl. den Artikel „Ammoniakderivate" S. 269) auf sekundäre Amine erhalten werden können. Es sind wenig wichtige, ziemlich leicht zer- setzliche, flüssige oder feste basische Körper. Analog liefern Aldehydphenylhydrazone bei der Oxydation mit Quecksilberoxyd oder Amylnitrit die sogenannten Hydrotetra- zone, die als Derivate des hypothetischen Stickstoffwasserstoffs HoN.NH.NH.NHa zu betrachten sind. So erhält man aus Benz- aldehydphenylhydrazon das sogenannte Di- benzaldiphenyldihydrotetrazon. CßHs.CHrN.NHCeHs + 0 = CßHg.CHiN.NHCeHs C6H5.CH:N.N.CeH5 I + H,0. CßHs.CHiN.N.CsHs Diese Hydrotetrazone lösen sich in kon- zentrierter Schwefelsäure mit intensiv blauer oder violetter Farbe und bedingen wahr- scheinhch die sogenannte ,,Bülowsche Re- aktion" der Phenylhydrazone und symme- trischen Phenylhydrazide (vgl. den Artikel „Ammoniakderivate" S. 305). Sclüießlich kennt man noch Derivate eines ebenfalls unbekannten Stickstoffwasser- stoffs HNrN.NH.NHa, den man unter An- lehnung an den Namen Butylen als „Bu- zylen" bezeichnet hat. Buzylenderivate erhält man durch Kuppelung von Diazonium- salzen mit Alkyl- und Acylhydrazinen (vgl. S. 757). So entsteht Phenyläthylbuzylen aus Benzoldiazoniumsulfat und Aethylhydra- zin, C6H5.N2.S04H+H2N.NHC,H5 = CeHs.N-.N.NH.NHC^Hg öder CsH5.N:N.N(CoH5).NH2+H2S0, und Hippurylphenylbuzylen aus Benzol- diazoniumsulfat und Hippursäurehvdrazid. C,H5.N,.S04H+ H2N:NH.C0.CH,.NH.C0.C«H5= C,H3.N:N.NH.NH.C0.CH2.NH.C0.C6H5+ H,SO, Diphenylbuzylene, die man auch als D i a z 0 b e n z 0 1 p h e n y 1 h y d r a z i d e bezeich- net, entstehen enweder analog aus Benzol- diazoniumsulfat und Phenylhydrazin oder auch durch Oxydation von Phenylhydrazinen mit Jodlösung. Sie Jiaben, wie die gleich noch zu erwähnende Oxydation wahrschein- lich macht, die Konstitution CgHs.NiN.N. (C6H5).NH2. Audi die Buzylenderivate sind ziemhch unbeständige, wenig wichtige Körper. Schließlich kann man auch Ketten von acht direkt miteinander verbundenen Stick- stoffatomen erhalten, und zwar Derivate eines unbekannten Stickstoffwasserstoffs NH:N. NH.N:N.NH.N:NH, die man Oktazone oder Bisdiazotetrazone nennt. Sie ent- stehen, wenn man die eben erwähnten Diazo- benzolphenylhydrazide mit Kaliumperman- ganat oxydiert. Die Oxydation verläuft analog derjenigen der asymmetrischen Dial- kylhydrazine zu Tetrazonen. Das einfachste Diazobenzolphenylhydrazid hefert so ein Bisdia zobenzoldiphenyltetrazon oder Tetraphenyloktazon. 2C6H3.N:N.N(C6H,).NH, + 0.,= C6H5.N:N.N(C6H3).N:N.N(C6H5).N:N .C0H3+2HA Auch die Oktazone sind sehr leicht zersetz- liche explosive Substanzen. 6. Beschreibung wichtiger Diazo- und Azoverbindungen.i) 1. Diazo verbi ndungen. Diazomethan N2:CH2. Azimethj'len; gelbes, geruchloses, giftiges Gas; greift Haut, Augen und Lunge stark an. Diazoessigsäure N2:CHC00H; sehr unbe- ständig; Na-Salz: gelb, sehr leicht löslich in HjO; die Lösung reagiert stark alkalisch. Diazoessigsäureaethylester NoiCHCOU .CoH,. Fp. — 24»; Sdp. 143»; d^^ 1,073; explodiert heftig beim Zusammenbringen mit konz. H2SO4, nicht aber durch Stoß oder Schlag. a-Diazopropionsäureäthylester N2 :C(CH3) .COO.C2H5. Sdp.41 65 bis 68»; gelbes OeL *DiazobenzolchloridC6H5N2Cl farblose Nadeln; Platinchloriddoppelsalz: gelbe Prismen; Queck- silberchloriddoppelsalz: weiße Nadeln, die sich bei 122» zersetzen. * Diazobenzolbromid CgHsNaBr; weiße Blätt- chen; Kupferbromürdoppelsalz: rotgelbe Nadeln. Diazobenzolperbromid CfiH5N2Br3; gelbe Blätt- chen aus Alkohol; unlöslich in H.,0 und Aether. *Diazobenzolnitrat CeHsN.«) .NOo; lange farb- lose Nadeln, die durch Stoß, Druck oder gelindes Erhitzen außerordentlich heftig explodieren. * Diazobenzolsulfat CgHjNaO.SOaH farblose, prismatische Nadeln, die bei 100» explodieren. * Diazobenzolrhodanid CgHsNo.SCN; gelbe, sehr explosive Masse. Diazobenzolanhydrid (CfiH5N2)20; aus Di- azobenzolkalium und Säure; gelbe, äußerst ex- plosive Fällung. Diazobenzolkalium C6H5N2OK; weiche, perl- mutterglänzende Blättchen. Diazobenzolmethyläther CgHgNoOCHs; gelbes, flüchtiges, betäubend riechendes, zersetzliches Oel. Diazobenzolsulfosäure CeHjNaSOaH, Ben- zolazosulfosäure; sehr leicht zersetzlich; K-Salz: gelbe bis orangefarbige zersetzliche Kristalle, die stark lichtempfindlich sind und in ]\Iischung mit Aminen und Phenolen zu einer photographi- schen Kopiermethode („Diazotypic") verwendet werden, wobei Azofarbstoffe entstehen. Diazobenzolcyanid C6H.,NoCN; unbeständiges Oel; HCN-Doppelverbindung: gelber Nieder- schlag, Fp. 70». 2. Diazoaminoverbindungen. Diazo- aminomethan CH3N2.NHCH3. Fp. —12»; Sdp. ^) Bearbeitet von K. Schaum. Ueber die Konstitution der mit * bezeichneten Diazo- niumsalze vgl. S. 751ff. Azovcrliiiiduim'en 93"; farblose, giftige Flüssigkeit, die beim Ueber- hitzen heftig explodiert; mit H.,0 mischbar; Ag-Salz: farblose Nadeln; Cu-Salz: gelbe Kri- stalle. Diazoamim)benzoI CsHäNo.NHCeHg; Benzol- diazoanilid, Diazobeiizolaiiilid; schmilzt bei 96" uml explodiert beim Erhitzen auf höhere Tem- peratur; goldgelbe glänzende Blättchen oder Prismen; unlöslich in HjÜ; schwer löslich in kaltem Alkohol, leicht löslicli in heißem Alkohol, Aether, Benzol. Platinchlorwasserstoffsäure- Doppelsalz: rötliche Nadeln. 3. Azoverbindungen. Azomethan CH3.N2 .CH3; beim Erhitzen heftig explodierendes Gas. Azodicarbonsäure CüüH.No.CüOH; Azo- ameisensäure; K-Salz: gelbe Nädelchen, die sich über 100" unter Verpuffung zersetzen. Diäthylester: Sdp.j^ 106"; orangegelbes Uel. Azodicarbonamid NH.CO.No.CUNH,, Azo- formamid; orangerotes Pulver. Azodicarbondiamidin NH.,(NH)C . N., . C . (NH)- NH2; das Nitrat bildet ein gelbes, schwer lös- liches, bei 180 bis 184" verpuffendes Kristall- pulver. AzobenzolC6H5.N.,.C6H5, Azobenzid; Fp.68"; Sdp. 293"; orangerote rhombische Kristalle; schwer löslich in H2O, leicht löslich in Alkohol und Aether. Azotoluole (CH3)C6H,.N,.C6H4(CH3); 0-: Fp. 157"; m-: Fp. 55"; p-: Fp. 143". Benzolazomethan CgHä.N, .CH3; Sdp. ca. 150", und Benzolazoaethan CgHs.Nä.C.H.,; Sdp. ca. 180", sind eigentümlich riechende Flüssig- keiten. 4. Aminoazoverbindungen. p-Amino- azobenzol C6H5.N3.CeH.,NH,; gelbe Blättchen oder Nadeln; Fp. 123", Sdp. 360"; Sdp.j, 225". Chlorhydrat: stahlblaue Nadeln. Die "Mono- und Disulfosäure bilden den Farbstoff Echt- oder Säuregelb. p-Aminoazobenzol ist das Ausgangsprodukt für viele Disazofarbstoffe und Induline. 2,4-Diaminoazobenzol CgHg.N, .CfiH3(NH.),,; gelbe Nädelchen. Fp. 117". Seiii HCl-Salz ist der Farbstoff Chrysoidin. Tri- aminoazobenzol NHs.CßH^.Nä.C.HgfNHo).; das HCl-Salz ist im Bismarckbraun (Vesuvin) ent- halten. lieber Disazoverbindungen usw. vgl. den Artikel „Farbstoff e". 5. Azoxyverbindungen. Azoxybenzol CßHg.N N.C0H5; Fp. 36"; hellgelbe Nadeln; unlöslich in H,0; leicht löslich in Alkohol und Aether. p-Azoxyanisol (OCH3). (CH30)CJI,.N N.C,H, p- Azoxyphenetol (C.2H50)C5H4 . N N . Q^R^- (OC2H5). und ähnlich konstituierte Verbindungen bilden kristallinisch-flüssige Modifikationen (vgl. oben und den Artikel „Flüssige Kristalle"). 6. Stickstoffwasserstoffsäurederivate. Methylazid CH3.N3, Methyldiazoimid, giftige Flüssigkeit; Sdp. etwa 20"; d,*^, 0,869; der Dampf explodiert bei starkem Erhitzen. Azidoessigsäure N3CH0COOH; Aethylester: farbloses Oel, Sdp. 21 75". AzidokohlensäureN3COUH; Methylester: Sdp. 102»; Amid: Fp. 97». Propionylazid CH3CH,C0.N3; farblose, stechend riechende Flüssigkeit. Carbodiazid C0(N3)2; spießige Kristalle von betäubendem Geruch; explosiv. Diazobenzolimid CcHgNg, Stickstoffwasser- stoff säurephenylester: Sdpj2 59»; gelbes, betäu- bend riechendes Oel, das unter gewöhnlichem Druck erhitzt explodiert. Literatur. V. v. Richter, Chemie der rohlenstoff- verbindungen, Bonn 1905 bis 1909. — Meyer- Jacohson, Lehrbuch der organischen Chemie, Leipzig 1902 bis 1911. — ^4. F. Hollenian, Lehr- buch der organischen Chemie, L^eipzig 1911. — Th, Posner, Lehrbuch der si/nthetischen Methoden, Leipzig 1908. — A. Hantzsch, Die Diazover- bindungen, Stuttgart 1903. — J. Thiele, Ueber die Ko7istittition der aliphatischen Diazover- binduvgen und der Stickstoffwassersäure. Be- richte der deutschen chemischen Gesellschaft. 44. 2522 u. S336 [1911.]. — Angelt, Atti E. Accad. dei Lincei, Roma. [5] 16. LL. 790 [1908], 20. L. 626 [1910]. Th. Posner. B. Babinet Jaques. Geboren am 5. März 1794 zu Lurignan im De- partement Vienne ; gestorben am 21. Oktober 1872 zu Paris. Er wurde zunächst Ai-tülerie- offizier,dann, nachdem er 1814 seinen Abschied ge- nommen, Professor am College Saint-Louis und Hilfsastronom am Längenbureau. 1825 bis 1828 nahm er teil an einer meteorologischen Expe- dition nach Athen und wurde 1840 zum Mitglied der Pariser Akademie ernannt. Babinets Arbeiten beschäftigrn sich mit Optik, Magnetis- mus, Wärme theorie ; er konstruierte einen Kompensator zur Untersuchung zirkulär pola- risierten Lichtes. E. Drude. Literatur. Kuno Fischer, Frans B. r. l'., Leipzig 1875. — Abholt, Francis B. v. V., London 1885. — Jtosenherger , Gesch. d. Phys. LL, S. 70 bis 85, Brannschweig I884. E. Drude. Baco von Yerulam Francis. Geboren am 26. Februar 1561 in London; ge- storben am 9. April 1626 in Highgate bei London. Er war der Sohn des Großsiegelbewahrers von England, bezog mit 14 Jahren die Universität Cambridge, unternahm zur weiteren Ausbildung eine Reise nach Frankreich, von der er aber bald anläßlich des Todes seines Vaters 1580 zurück- kehrte. Wenig vermögend wurde er des Gelder- erwerbes wegen Advokat, doch drängte sein Ehrgeiz nach anderen Stellungen. Als Kron- anwalt arbeitete er die Anklageschrift gegen seinen bei der Königin Elisabeth in Ungnade fallenen Gönner, den Grafen Es s e x, aus und stellte 1601 sogar den Antrag zu dessen Hinrichtung. Nach dem Tode Elisabeths wendete Jakob I. ihm seine Gnade zu, ernannte ihn zum Peer, schließlich zum Großsiegelbewahrer und Groß- kanzler. 1621 wurde Baco der Bestechlichkeit als Kanzler des höchsten Gerichtshofes angeklagt und verurteilt. König Karl L begnadigte ihn und setzte ihm eine Pension aus; doch starb Baco zwei Jahre darauf. Sein Charakter sowohl wie seine Bedeutung für die Wissenschaft er- fahren sehr verschiedene Beurteilung; durch sein nachdrückliches Hinweisen auf die induktive Methode und energisches Experimentieren hat er sich um die Naturwissenschaft ein unbestreit- b9,res Verdienst erworben. Baer Karl Ernst von. Geboren 17. (28.) Februar 1792 auf dem Gute Piep in Estland; gestorben 16. (28.) November 1876 in Dorpat. Er studierte von 1810 bis 1814 in Dorpat Medizin und promovierte auch daselbst. Darauf machte er dem Brauche der Zeit folgend eine Studienreise, die ihn nach Wien, Berlin und Königsberg führte, ohne daß ihn seine praktisch- medizinischen Studien gefesselt hätten. Als er dann im Herbst 1815 nach Würzburg kam, lernte er durch Döllinger das Feld der vergleichenden Anatomie und Embryologie kennen, das von nun an seine ganze wissenschaftliche Ivi'aft in An- spruch nahm. Mit besonderer Genugtuung be- grüßte es Baer, als er 1817 eine Prosektorstelle in Königsbergannehmenkonnte, um sogänzlich die praktische Medizin verlassen zu können. Für ihn beginnt nun eine außerordentlich fruchtbare Tätigkeit als Forscher und Lehrer, die auch äußerlich durch seine schon 1819 erfolgte Er- nennung zum außerordentlichen und 1821 zum ordentlichen Professor der Zoologie und 1826 zu- gleich zum Professor derAnatomie anerkannt wurde. Von anderen weniger umfangreichen anatomischen Studien wandte er sich bald der Entwickelungs- geschichte zu, wahrscheinlich angeregt durch die Arbeit Panders Die Entwickelung des Hühn- chens, die er bei Döllinger hatte entstehen sehen. Seine entwickelungsgeschichtlichen Er- gebnisse, die er in einer grundlegenden Mono- graphie der Embryologie niederlegte (1828 bis 1837) waren so bedeutend, daß er als Bahn- brecher auf diesem damals neuen Gebiete bezeichnet werden muß. Nicht mit Unrecht hat man ihn den Vater der Entwickelungsge- schichte genannt. Eine seiner wichtigsten Ent- deckungen ist die des menschlichen Eis , die ihm 1827 durch Zufall gelang. Im Jahre 1834 verließ er Königsberg aus nicht ganz auf- geklärten Gründen, vielleicht weil ihm die Ver- von Baor — Bakterion (Morphologie) (i i hältnisse zu eng waren und nahm eine Stelle als außerordentliches Mitglied der Akademie der Wissenschaften in St. Petersburg an. An- fangs war dieser Wechsel für ihn selir ungünstig, denn er konnte an keine Fortsetzung seiner in Königsberg begonnenen Arbeiten denken, da er nicht die nötigen Hilfsmittel zur Verfügung hatte. Mit jugendlicher Elastizität wandte er sich bald anderen Studienobjekten zu, so zuerst kianiolo- gisclien und anthropologischen Arbeiten, später auch linguistischen und geographischen, auf die hier indessen nicht eingegangen werden soll. Im Auftrage der Regierung führte er eine Reihe von Reisen zur Erforschung des russischen Reiches aus, so nach der Insel Novaja Seraelja, dem russischen Lappland, der Halbinsel Kola und kam 1845 auch nach Triest, um sich noch einmal entwickelungsgeschichtlichen Studien hinzugeben, jedoch befriedigten ihn die bei Erforscliung der Entwickelung der Seesterne erzielten Ergebnisse nicht. Er wandte sich nunmehr ganz der ange- wandten Naturwissenschaft, besonders der Fische- rei zu, machte zu diesem Zwecke noch eine Reihe von Reisen, deren Ergebnisse er in seinen Kaspischen Studien I bis VIII niederlegte. Diese Abhandlungen enthalten noch eine Reihe von wertvollen geographischen Befunden, die einen Beweis für die große Vielseitigkeit der Kenntnisse dieses Naturforschers geben. 1864 legte er seine arbeitsreichen Ämter nieder, um sein Leben in wohlverdienter Muse in Dorpat zu beschließen, v. Baer ist als einer der imposante- sten deutschen Zoologen neben Johannes Müller anzusehen. Seine zahlreichen Arbeiten zeugen von seinem weiten Blick und einer sehr vorsichtigen Verwertung der Resultate, ent- sprechend seiner Devise ,, Beobachtung und Reflexion". Er war Anhänger der Cuvierschen Typenlehre, die er entwickelungsgeschichtlich weiter ausbaute. Dem biogenetischen Grund- gesetz gegenüber hat er sich stets in vorsichtiger Reserve gehalten. Von seinen Schriften seien nur erwähnt: De ovi mammalium et hominis genesi, Leipzig 1827; Ueber Entwickelungsgeschichte der Tiere, Beobachtung und Reflexion, Königsberg 1828 bis 1837, 2 Bde., Schlußheft herausgegeben von Stieda, Königsberg 1888; Untersuchungen über die Entwickelungsgeschichte der Fische. Nebst einem Anhang über die Schwimmblase, Leipzig 1835; Ueber doppelle ibige Mißgebui-ten oder or- ganische Verdoppelungen in Wirbeltieren, Peters- burg 1846; Reden und kleine Aufsätze, Peters- burg 1864 bis 1877, 3 Bde., 2. Ausg., Braun- schweig 1886; Selbstbiographie, Nachrichten über Leben und Schriften, Petersburg 1886, 2. Aus- gabe, Braunschweig 1886. Literatur. Stieda, Karl Ernst von Baer, Braun- schvr'Kj 1878. — Seidlitz, Beiträge zur Des- zendenztheorie II, Baer und die ' Darwinsche Theorie, Leipzig 1876. W. Harms. Bakterien. Morphologie. 1. Einleitung. 2. Größe. 3. Formen. 4. Formabweichungen. 5. Membran. 6. Protoplast. 7. Geißeln. 8. Teilung. 9. Wuchsformen. 10. Zooglöen und Kolonien. 11. Sporen. 12. Sporen- keimung. 13. System der Bakterien. 1. Einleitung. Die Bakterien sind sehr kleine, einzellige, mit fester Membran um- hüllte Organismen ohne Chlorophyll und sehr wahrscheinlich ohne Zellkern, welche sich ausschließlicli vegetativ vermehren und zwar durch Zweiteilung, die bei den ge- streckten Formen stets senkrecht zur langen Achse verläuft. Sie stellen eine ziemhch isoherte Gruppe niederster pflanzenartiger Lebewesen dar, die aber verwandtschaftlich nicht vollständig geschlossen ist und z. T. nur durch das gemeinsame Merkmal außer- ordentlicher Kleinheit zusammengehalten wird. Für die echten Fadenbakterien (Tri- chobacteriaceen) kann mit so viel Grund ein enger Anschluß an die blaugrünen Algen angenommen werden, daß sie besser dort unterzubringen sind (s. Spaltplanzen). 2. Größe. Eine Stäbchenbakterie mitt- lerer Größe ist etwa 1 jli breit und 5 ß lang, docht gibt es wesentlich größere und kleinere Formen, wie die folgende Tabelle zeigt: SpiriUum parvum 0,1 — 0,3 /t dick; Bacillus der Influenza 0,4 ft breit, 1,2// lang; Eiter- kokken 0,8 jLi; Milzbrandbazillus 1 bis 1,2 /^ breit, 3 bis 10 fi lang; Bacillus mega- therium 2,5 fi breit, 10 /.i lang; Bac. oxa- laticus 4 fi breit, 10 /< lang; Chromatium Okenii 5 /< breit. Die Ideinsten Formen, wie z. B. Spirillum parvum passieren noch Por- zellanfilter. Die Erreger der Maul- und Klauenseuche, sowie die der Hühnercholera und der Peripneumonie der Rinder sind mit gewöhnhchen Linsen überhaupt nicht sicht- bar. Doch bilden die letzteren auf künst- lichem Kährsubstrat sichtbare Kolonieen. Ob diese letzten Mikroben, sowie die ge- legenthch mit dem Ultramikroskop beobach- teten sogenannten Ultramikroben Bak- terien sind, ist natürlich kaum entscheidbar. 3. Formen. Der Formenkreis der Bak- terien ist sehr einfach. Wenn wir zunächst von abweichenden Gestalten absehen, so können wir drei Haupttypen der Form, näm- lich die Kugel, das Stäbchen und die Schraube und demgemäß Kugel-, Stäbchen- und Schraubenbakterien unterscheiden. Die Grenze zwischen Kugelbakterien (Kokken) und Stäbchenbakterien ist oft nicht leicht zu ziehen. Unter den Schraubenbakterien werden diejenigen, welche nur ein kurzes Stück eines Schraubenumganges darstellen, die also, in die Fläche projiziert, kommaartig aussehen („Kommabacillus" der Cholera^ als Vibrionen von den Spirillen unterschieden, deren Körper einen oder mehi'ere Schrauben- umgänge umfaßt. Die Spirochäten, deren Körper sehr dünne und lange Spiralen mit vielen Windungen darstellen, scheiden aus 778 Bakterien (Morpliologie) den Bakterien aus. Es sind wahrscheinlich flagellatenartige Mikroorganismen Innerhalb der Grundformen kommen viele kleinere Besonderheiten vor, die zur Charakterisierung der Arten brauchbar sind. So ist z. B. der Diphtheriebacillus kein vöUig zyhndrisches Stäbchen, sondern hat häufig Keulen- oder Hantelforni, andere Stäbchen- bakterien, wie z. B. der TuberkelbaciUus sind nicht ganz gerade, sondern etwas gekrümmt, Rhabdomonas, eine Schwefelbakterie, hat eine unregelmäßig spindlige Form; auch Eiformen, die dann schwer von Kokken abzugrenzen sind, kommen vor. Verhältnis von Länge zur Breite, Steilheit der Schrau- bengänge, Beschaffenheit der Stäbchenenden (ob abgestutzt oder abgerundet usw.) geben weitere verwertbare Merkmale. 4. Formabweichungen. Außer solchen kleineren Abweichungen von den Grund- typen gibt es teils normal, teils unter be- stimmten Bedingungen auftretende besondere Formen, die abnorm groß, aufgetrieben oder verzweigt sind. Man pflegt sie gewöhnhch als Involutionsformen zu bezeichnen. Es ist jedoch nicht sich'^r, ob sie wirldich überall Krüppel- oder Altersbildungen sind und nicht in manchen Fällen in den nor- malen Entwicklungsgang der Art hinein- A f r \ ^ V ■< -- \\^^ / A ^ I V- Fig. 1. Abweichende Bakterienfoimen. a) Bac- teriumBerestnewi. Nach Lepesikkin. Ver- größerung 2300. b) B a c t e r i u ra a c e t i. Nach F. Chr. Hansen. Vergrößerung 1000. c) Ba- cillus radicicola aus dem Knöllchen von Vicia Faba. Vergrößerung 750. gehören. So finden sich z. B. beim Tuberkel- baciUus, wenn auch selten, so doch ganz normal in jungen Kulturen verzweigte Individuen; desgleichen beim Diphtherie- bacillus. Noch viel ausgeprägter und ganz durchgehend verzweigt sich das merkwürdige Bacterium Berestnewi (Fig. la). Zweifel- haft ist es, ob die y-, t- oder v-Formen, welche der Knöllchenbacillus der Leguminosen in älteren Knöllchen zeigt (Fig. Ic), oder die riesigen, schlauchartigen oder blasigen Indivi- duen etlicher Essigbakterien arten, welche besonders häufig bei höherem Essiggehalt und höherer Temperatur einzeln aber auch in jungen Kulturen angetroffen werden (Fig. Ib), wirklich Mißbildungen sind. Sicher sind die klumpigen, verzerrten Individuen, die in alten Kulturen bei vielen Bakterien ganz gewöhnhch vorkommen, durch die physikalischen und chemischen Bedingungen des Substrates hervorgerufene Degenerations- formen, die sich z. T. auch planmäßig züchten lassen. 5. Membran. Die Bakterien sind stets von einer festen Membran umkleidet, ändern also ihre Körperformen nicht. Eine Ausnahme machen nur die Myxo- bakterien, doch ist diese Gruppe gerade wegen der Flexibilität der Individuen, sowie wegen anderer vom Bakterientypus auffällig abweichen- der Eigenschaften von den echten Bakterien abzutrennen und den Schleimpilzen zu nähern. Sie tauchen besonders leicht auf Kaninchen- mist auf, der bei hölierer Temperatur feucht gehalten wird und bilden zunächst Schwärme stäbchenförmiger, auf fester Unterlage kiiechender (niemals frei schwimmender) biegsamer Indivi- duen, die sich später bei der Sporenbildung, die hier einfach durch kugelförmige Abrimdung der Stäbchen vor sich geht, zu kleinen, meist lebhaft gefärbten und oft gestielten Frucht- körpern vereinigen. Die Membran der Bakterien besteht nur in seltenen Fällen aus Zellulose, meist ist sie stickstoffhaltig wie die der Pilze. Sie ist stets sehr dünn und ohne wahrnehmbare Skulpturen. Bei manchen Bakterien läßt sich durch Plasmolyse der Zelleib von der Membran ablösen, so daß die Zellkammer deutlich hervortritt. Die äußere Membran- schicht ist gewöhnhch etwas schleimig, wes- halb im lebenden Präparat die Individuen bei dichter Lagerung etwas voneinander entfernt liegen. Auch die häufige Verklebung zu kleineren oder größeren Gruppen hat dieselbe Ursache. Gelegentlich erreichen die Schleimhüllen besondere Ausbildung und bedeutende Mächtigkeit und werden dann als Kapseln bezeichnet (Fig. 2). Sie lassen sich durch bestimmte Färbemethoden färben, sind aber auch direkt als helle Höfe zu sehen, wenn die lebenden Bakterien in sehr feiner Tusche aufgeschwemmt werden. Die Gallert- hülle erreicht bei einzelnen durch starkes Schleimbildungsvermögen ausgezeichneten Formen bedeutende Dicke, so bei den Zuckerlösuugen in Gallertmassen umwandeln- den Froschlaichpilz (Streptococcus Bakterien (Morphologie) 779 mesenteroides), bei der Ginger-beer- ' plant (Bacterium vermiforme Fig. 2b), an deren gallertum hüllten und deshalb wurm- förmigen Fäden die Gallertbildung oft ein- seitig gesteigert wird, so daß stielförmige Anhängsel entstehen. Noch ausgeprägter ist dies bei Bacterium pediculatuin derFall, dessen Individuen seitlich auf langen durch- einandergewirrten Gallertfäden sitzen. Bei manchen Bakterien zerfheßen die Gallert- hüllen vollständig und vereinigen sich zu zusammenhängenden Schleimmassen, in welche die Individuen eingebettet sind und die man als Zooslöen bezeichnet. Der b Fig. 2. a) Kapselbacillus der Pneiimo Gewebssaft einer Maus. Vergrößerung b) B a c t 6 r i u m vermiforme. Nach Vergrößerung 420. nie im ; 2000. Ward. Schleim ist teils stickstoffhaltig teils stick- stofffrei. Bei der Essigsäurebakteric Bact. Pasteurianum färbt sich die Gallerthülle mit Jod blau, besteht also auseiner Art Kohle hydrat. 6, Protoplast. Ueber die Organisation des Bakterienprotoplasten sind sehr widersprechende Ansichten geäußert worden, man kann aber wohl auf Grund der Tatsache, daß sich viele Bakterien ganz in der Weise pflanzlicher Zellen plasmolysieren lassen, annehmen, daß der Bau der Bakterienzelle im wesenthchen demjenigen der Pflanzenzelle entspricht. Allerdings sind nicht alle Bak- terien plasmolysierbar, wie der IVIilzbrand-, Heu-, Kartoffelbazillus u. a., doch wird man im Hinblick auf die sehr gut plasmoly- sierbaren Vibrionen, Spirillen, Coh-, Typhus- und fluoreszenten Bakterien die Abweichun- gen auf besondere osmotische Eigenschaften dieser Formen und nicht auf prinzipiell andere Bauart ihrer Protoplasten zurück- führen dürfen, zumal es auch nicht plasmo- lysierbare Pflanzenzellen gibt. Wie man an besondere großen Spirillen und Stäbchenbak- terien direkt sehen kann, ist der lebende In- halt der Bakterienzelle ein von Zellsafträumen durchsetzter Plasmaschlauch (Fig. 3, c — f). Andere Bakterien freilich, besonders junge, eben erst ausgekeimte Individuen haben ein vollkommen homogenes Plasma ohne Va- kuolen, in dem auch anfänglich keinerlei körnige Bestandteile sichtbar sind. Später finden sich ganz allgemein im Plasma verschiedenartige kleine Körnchen. Man hat ihnen besondere Aufmerksamkeit zugewandt bei der Frage, ob die Bakterien Zellkerne besitzen oder nicht. Die Klein- heit der Bakterien macht die Entscheidung sehr schwierig, so daß sie ohne Wider- spruch bisher nicht erfolgt ist. So viel geht aber aus den zaidreichen Unter- suchungen hervor, dab Keine, wie sie den höheren Organismen zukommen, den Bakterien abgehen. Man hat zwar bei der Sporenbildung des Bacillus asterosporus und in der Spore selbst konstant ein Körnchen beobach- tet, doch war es in den vegetativen Stäbchen nicht nachweisbar. Bei anderen Bakterien soll stets eni Kern vorkommen, dessen Teilungsstadiem sogar beschrieben werden; doch sind die Angaben nicht unbestritten und scheinen oft auf einer Verwechslung mit der während der Teilung auftretenden me- dianen Plasmaansammlung zu beruhen. Für wieder andere Bakterien werden melirere Kerne angegeben. Bei einigen der größten und am besten untersuchten Arten sind im Plasma eine größere Zahl kleiner Körnchen nachgewiesen, welche ebenso wie die oben erwähnten ,, Kerne" aus nukleinartiger, d. h. also der für den Zellkern charakteristischen Substanz bestehen (Fig. 3). Sehr merkwürdig V^- Fig. 3. Plasma- struktur und Körnchen, a Ba- cillus Bütsch- lii. Nach Schau- dinn. b Ba- cillus maxi- '"^ mus buccalis. a Nach S welle n - grebel. c Typhusbacillus. d Choleravibrio. e Milzbrandbacillus. f Spirillum undula. c bis f nach A. Fischer. Vergrößerung a 1000. b 2500, c bis e 2250, f 1500. ist es, daß bei einem großen Spirillum und einer im Zahnbelag häufigen, großen Stäbchen- bakterie (dem sogenannten Bacillus maxi-, mus buccalis (Fig. 3b) diese als Chroma- 780 Bakterien (Moi-phologie) tinkörnchen bezeichneten Granulationen, durch feine Fäden verbunden, eine spirahge Verteilung zeigen und daß sich die Körnchen- spirale verdoppeln und beide Teile sicli auseinanderziehen können. Man faßt diese Erscheinung als Teilungsvorgang auf. Bei dem sehr großen im Darm einer Schabe gefundenen Bacillus Bütschlii hegen die zahlreichen Körnchen in den Knoten eines sehr feinen Maschenwerke (Fig. 3a). Während bei den obigen Formen die Zahl groß und unbestimmt ist, werden für Bact er in m binucleatum nur zwei Körner angegeben, welche sich vor der Teilung in bestimmter Weise verändern und dann verdoppeln. Bei der großen kugeligen, beweghchen, mari- nen Schwefelbakterie Thiophysa ist die Teilung von Chromati nkörnchen sogar im Leben beobachtet worden. Ob die Granu- lationen als diffus verteilte Kernmasse oder, besonders da, wo ihre Zahl konstant und nicht groß ist, als Kerne selber zu deuten sind, oder überhaupt nicht mit der Kernfrage in Beziehung stehen, darüber herrscht keine Uebereinstimmung. Möghcherweise ver- halten sich auch nicht alle Bakterien gleich- artig. Außer den Chromatinkörnehen finden sich im Plasma noch andere körnige Bestandteile, so z. B. das sogenannte Volutin, dasin Spirillum volutans zuerst entdeckt, auch sonst verbreitet ist, ferner Fetttröpfchen. Im Plasma der wichtigsten Buttersäurebakterie Glos tri dum amylo- bacter treten in gewissen Entwicklungs- stadien dichte Massen einer feinkörnigen Substanz auf, welche sich mit Jod blau färbt, also stärkeähnlich ist: sie wird als Granulöse bezeichnet. Auch Glykogen ist bei Bakterien ebenso häufig als bei den höheren Pilzen verbreitet. Man kann alle diese Substanzen als Reservestoffe bezeich- nen. Auch den Schwefel, der sich in dem Plasma der Schwefelbakterien in der Form dunkel erscheinender, zähflüssiger Tröpfchen findet. Er verschwindet allmähhch, wenn die Schwefelbakterien in schwefelwasser- stofffreiem Wasser gehalten werden, wird also verbraucht. Die Analyse der Tuberkel- bazillen hat eine große Menge Wachs er- geben, doch ist das wohl ein Ausscheidungs- produkt, durch das auch die eigentümhche fettige, wachsartige Beschaffenheit der Kolonien resp. Kahmhäute bedingt wird. Irgendwelche den Chromatophoren der grünen Pflanzen vergleichbare Farbstoff- träger fehlen bei den Bakterien vollständig. Die rote Färbung, welche das große Chro- matium Okenii, eine Schwefelbakterie, besitzt, scheint ganz diffus den Körper zu durchdringen. Erwähnenswert ist noch, daß vor der Sporenbildung im Plasma des großen Ba- cillus Bütschlii eine nach den Enden zu verlaufende und hier springbrunnenartig umbiegende Plasmaströmung auftritt. 7. Geißeln. Viele Bakterien vermögen mit Hilfe besonderer Bewegungsorgane, der Geißeln, im Wasser zu schwimmen. Die Art der Fortbewegung ist verschieden. M< nche Bakterien schießen pfeilschnell durchs Wasser, andere tanzen hin und her oder wackeln träge, manche beschreiben mit dem Vorder- und Hinterende Kegelmäntel, andere über- schlagen sich beständig über die Querachse. Sehr verbreitet ist eine mit dem Vorwärts- eilen verbundene Drehung um die Längs- achse, die Individuen schrauben sich durch das Wasser, und zwar ist dies nicht nur bei den Vibrionen und Spirillen, sondern auch bei vielen Stäbchen deutlich zu beobachten. Im Leben ist nur bei den größten Spirillen die Begeißlung wahrnehmbar, doch läßt sie sich ganz allgemein durch besondere Färbungen (z. T. auch mit der Dunkclfeld- beleuchtung) sichtbar machen. Man sieht dann, daß die Geißeln sehr feine, gewellte Fäden verschiedener Länge darstellen, die wahr- scheinhch als zarte, aus Löchern der IMembran austretende Plasmafortsätze, weniger als Anhängsel der Membran aufzufassen sind. (Fig. 4). Nicht alle Bakterien besitzen Geißeln. Beweghch sind die Vibrionen und Spirillen, dann der Heu-, Kartoffel-, Coli-, Typhus-, Buttersäure-, Tetanusbacillus, die fluoreszenten Bakterien usw., während z. B. die typischen Essigbakterien, der Tuberkel-, Milzbrand-, Diphtheriebazillus sowie die meisten Kokken und Sarcinen nicht schwimmen können. Trotzdem es bei man- chen bis dahin als unbeweglich geltenden Arten durch zweckmäßige Züchtung gelang, sie zum Schwimmen zu bringen und dem- entsprechend auch Geißeln nachweisbar { Fig. 4. Typen der Begeißlung. a peiitrich; b und c lophotrich; d und e monotrich. wurden, gibt es doch ohne Zweifel viele andere, bei denen nie Beweglichkeit festge- stellt wurde. Desgleichen ist die Anordnung der Geißeln, soweit man weiß, sehr konstant (vgl. Fig. 4). Im einfachsten Fall ist nur eine Getßel vorhanden und diese ist polar befestigt. Zu diesen als monotrich be- zeichneten Bakterien gehören die Vibrionen, sowie eine Anzahl Stäbchenbakterien, wie Bakterien (Morphologie) 781 z. B. der Erreger des blaugrünen Eiters. Die lophotrichen Bakterien besitzen einen ebenfalls polar inserierten Schopf von Geißeln. Lophotrich sind die Spirillen sowie einige Stäbchenbakterien, wie der fluoreszierende Bacillus, der Bacillus der blauen Milch u. a. Spirillum undula, eins der häufigsten Sumpfwasserspirillen, besitzt z. B. 20 bi« 30 Geißeln an einem Ende, die jedoch im Präparat meist mehr oder weniger mitein- ander verklebt sind, oft einen dickeren Schwanz bilden. Schließhch können die Geißeln über die ganze Körperoberfläche ver- teilt sein, wie es bei den meisten beweghchen Stäbchenbakterien der Fall ist. Solche For- men heißen per i tri eh. Die Zahl der Geißeln ist verscliieden. Bei dem roten Hostienbacillus sind es nur 3 bis 9, beim Cohbacillus etwa 10 bis 12, während der Bacillus proteus, eine sehr gewöhnhche Fäulnisbakterie, der Er- reger des Rauschbrandes u. a. von einem dichten Pelz langer gewellter Geißeln bedeckt sind. Junge Individuen der mono- und lophotrichen Arten tragen nur an einem Körperende Geißeln; teilen sie sich jedoch, so sprossen auch am anderen Ende welche hervor, so daß bei längerem Vereintbleiben der Tochterzellen zweipohg begeißelte For- men vorzuhegen scheinen. Bei den peri- trichen Arten müssen bei dem Wachstum vor und nach der Teilung neue Geißeln zwischen die alten eingeschoben werden. Die Bak- teriengeißeln sind sehr empfindlich und werden leicht abgeworfen. Normal beweg- liche und begeißelte Individuen trifft man deswegen nur in jungen Kulturen auf gün- stigem Substrat an (auf Agar oder in Flüssig- keiten). Oft geht bei lange dauernder Züch- tung unter ungünstigen Bedingungen die Be- weglichkeit verloren, wie sie sich andererseits durch besondere Kulturmethoden wieder er- wecken läßt. Ganz normal verschwindet bei manchen Arten die Begeißelung in bestimmten Entwickelungstadien. Wenn z. B. der den Heuinfus während der ersten Tage durch- schwärmende Heubacillus sich anschickt, an der Oberfläche der Flüssigkeit eine Kahm- haut zu bilden und weiterhin zur Sporen- bildung überzugehen, so verhert er seine Geißeln und wird nnbewegheh. Doch ist dieser Verlust nicht überall an die Sporen- bildung geknüpft. Buttersäurebakterien und andere sporenbildende Anaerobe z. B. bleiben mit der Spore in ihrem Körper noch lange beweghch. Die aus den Sporen austretenden Keimstäbchen sind zunächst noch unbe- geißelt, werden aber dann sehr rasch beweg- lich. EigentümMche Gebilde sind die Geißel- zöpfe, wie sie besonders typisch in Agar- kulturen des Rauschbrandbacillus angetroffen werden. Es sind große spindehge Körper, welche aus zusammengedrehten, isoherten Geißeln bestehen. Wahrscheinlich kommen sie dadurch zustande, daß in dichten Kultu- ren einzelne Individuen mit ihren Geißeln verldeben, und nachdem diese losgerissen sind, immer neue an diesen Anfängen kleben bleiben und ihre Geißeln im Stiche lassen müssen. Dadurch und vielleicht durch Zu- ziehung der abgeworfenen Geißeln, die mit dem hin und her gewälzten Zopf in Berüh- rung kommen, wächst dieser allmähUch heran. 8. Teilung. Nach einer Periode des Wachstums der Bakterienzelle tritt Zwei- teilung ein. Sie erfolgt bei den gestreckten Formen ausnahmslos senkrecht zur Längs- achse, in deuthchem Gegensatz zu den sich vorwiegend längsteilenden Flagellaten. Grob betrachtet, erscheint die Teilung als eine Durchschnürung in der Mitte des Körpers, die schheßhch zu einer Trennung beider Ab- kömmhnge führt. Bei den größten Formen ist der Vorgang etwas genauer verfolgt wor- den. Wenn das junge, noch von ganz homo- genem Plasma erfüllte Stäbchen von Ba- cillus oxalaticus etwas in die Länge ge- wachsen ist, taucht in der Mitte eine Vakuole auf, welche bald von einer queren Plasma- lamelle durchsetzt wird. Dann dringt von der Wand her eine ringförmige Leiste vor, die sich schheßhch zu einer zarten Scheide- wand entwickelt. Diese spaltet auf, die Enden der Tochterstäbchen runden sich ab, die Verbindungszone wird dadurch immer schmä- ler, bis sich beide Individuen gänzhch von- einander getrennt haben. Während dieser Zeit sind sie schon gewachsen und haben ihrerseits Teilungen eingeleitet, so daß manche ' der langen, äußerhch einheithchen Stäbchen, die man vielfach antrifft, in Wahrheit Zell- ketten sind, deren GHeder sich in verschie- denen Stadien ihrer Loslösung befinden. Die Kokken zeigen meistens vor der Teilung keine Längsstreckung, vielmehr tritt die Scheidewand schon auf, wenn die Mutter- zelle noch vollkommen kugelig ist. Die Halbkugeln runden sich dann später zu Kugeln ab. Die Geschwindigkeit der Teilungs- folge richtet sich naturgemäß nach der Temperatur, Nahrung, Feuchtigkeit, ist aber auch bei günstigen Bedingungen bei den Arten spezifisch verschieden. Die Choleravibrionen z. B. teilen sich alle 20 Minuten, während der T üb erkelbacillus, dessen Trägwüchsigkeit sich auch in den sehr langsam wachsenden Kolonien zeigt, viele Stunden dazu ge- braucht. 9. Wuchsformen. Die Lagerung der Tochterindividuen nach der Teilung ist für ' manche Arten sehr bezeichnend. Was zu- nächst die Stäbchen anlangt, so trennen sie sich nach der Teilung rascher oder lang- samer oder aber sie bleiben lange aneinander kleben. Im ersten Falle entstehen Einzel- f82 Raktoiien ( Morphologie) individuell oder kurze Zellreilien, deren Glieder sich noch nicht ganz losgelöst haben, wie dies z. B. bei dem Hcubacillus im Jugend- stadium, beim CoH-, Typhusbacillus, den fluoreszenten Arten u. a. der Fall ist. Im zweiten Falle bilden sich lange Zellketten aus, die aber leicht auseinander lallen können. Solchen typischen Faden wuchs zeigen z. B. der Heubacillus in der Kahmhaut (Fig. 5), der Milzbrandbacillus, der Bacillus m y c o i - des (eine im Erdboden sehr verbreitete Art), die kahmhautbildenden Essigbakterien usw. Fig. 5. Heu- bacillus (Ba- cillus subti- lis), Stückeiner Kahmhaut. Vergrößerung 100. Nach Migula. Eigenartig ist die Wuchsart des Tuberkel- bacillus und seiner Verwandten. Die dünnen, meist unregelmäßigen Stäbchen schieben sich nach der Teilung, der eine bajonettartige Deformation vorausgeht, unter plastischer Veränderung ihrer Form aneinander vorbei und bilden so die be- kannten dicht verklebten Massen (Fig. 6). Bleiben die Kugelbakterien nach der Teilung aneinander hängen, so kommt in \ ^ \ \< w I i b Fig. 6. Aufeinanderfolgende Stadien der Zell- teilung und Koloniebildung, a vom Tuberkel- bacillus. b vom Harnbacillus. Vergrößerung etwa 750. den resultierenden Wuchsformen eine bei den A'rten verschiedene Folge der Teilungs- richtungen zum Ausdruck, die systematisch verwertbar ist. Verlaufen die Teilungen ohne gesetzmäßige Folge nach allen Richtungen des Raumes, so entstehen unregelmäßige Zellhaufen (früher Staphylokokken genannt). Doch wird angegeben, daß auch solche Kokken sich gesetzmäßig nach den zwei Richtungen der Ebene teilen und so Viererformen und kleine Täfelchen bilden, die aber leicht aus- einanderfaUen und sich nur bei gewissen Arten erhalten. Diese werden dann als Pedio- kokken bezeichnet (Fig. 7a), während die übrigen sich gesetzlos teilenden (oder doch in ihrer späteren Anordnung keine bestimmte Lagerung zeigenden) Arten als Mikro- kokken zusammengefaßt werden. Teilen sich die Kokken alle in derselben Richtung, so muß eine Kette von Kokken entstehen. Man nennt diese Formen Strep- tokokken. AVechseln die Teilungen regel- mäßig nach allen drei Richtungen des Raumes ab, so kommen würfelförmige, an umschnürte Warenballen erinnernde Gebilde zustande. Solche Kokken heißen Sar einen (Fig. 7b). Bei allen Kokken finden sich gelegenthch Doppelkokken, nämhch dann, wenn einzeln liegende Individuen sich eben geteilt haben. Gehen Teilung und Trennung sehr langsam vor sich, so trifft man besonders häufig solche Doppelkokken an, wie z. B. bei dem Erreger der Gonorrhöe. Doch ist der Gattungsname Diplococcus dadurch nicht gerechtfertigt. Auch Vibrionen und Spirillen können ge- legentlich nach den Teilungen aneinander- liängen bleiben, so daß dadurch längere oder kürzere Spiralen entstehen. 10. Zooglöen und Kolonien. Wenn die Bakterien in dichten Massen zusammen- V. a b Fig. 7. a P e d i 0 c 0 c c u s t e t r a g e n u s , im Gewebssaft einer Maus. Nach Migula. Ver- größerung 1000. b Sarcina ventriculi. Nach Zopf. gelagert sind, kommen häufig noch besondere Eigentümlichkeiten zum Ausdruck, die gute Merkmale zur Charakterisierung mancher Arten geben können. Man kann alle dichten Bakterienaggregationen als Zooglöen be- zeichnen. Zum kleinen Teil lassen sie sich schon an den natürhchen Standorten be- obachten, doch gehören im weiteren Sinne auch die Zusammenhäufungen hierher, welche die Bakterien bei künstlicher Kultur zeigen, insbesondere die Kolonien auf der Agar resp. Gelatineplatte. Eine natürhche Zooglöa, die früher Zoogloea ramigera (Fig. 8) hieß, trifft man z. B. oft in faulendem Wasser an. Es sind bandförmige, gelappte, meist regelmäßig gabehg verzweigte und da- durch etwas an die Braunalge Dictyota er- innernde Gebilde aus gallertiger Grundmasse, in welche die Stäbchenbakterien eingebettet l sind. Die ganze Masse wächst an den Enden, Bakterien (Moi-phologie) 783 wo die Individuen besonders dicht gelagert ' artiges Aussehen. Der Rand der Kolonie sind, fort. Auf der Oberfläche von Birnen- '' ist scharf oder verschiedenartig gefranst oder most sind merkwürdige Zooglöen beobachtet welche kugelige, mit fester Membran um- hüllte und von Bakterien erfüllte Blasen dar- stellen. Sehr gewöhnlich sind Kahmhäute, welche auf Flüssigkeiten auftreten. Sie zeigen ihre Eigenheiten am besten in Reinkulturen. Das graue, dünne, trocken aussehende, an den Wänden des Gefäßes emporsteigende Häut- chen, welches die Essigbakterien auf alko- hohschen Flüssigkeiten bilden, sieht anders lockig, der Umriß rund oder zackig oder ausgebuchtet. Diese Kolonie ist dünn- schleierig, die andere erhaben -knopfförmig. Fig. 9. Kartoffel- stück von Bacillus mesentericus be- wachsen. Natürliche Größe. Nach Leh- mann und Neu- m a n n. Die Oberfläche ist glatt, glänzend oder trocken schilfrig, hier wulstig, dort gebirgsartig oder geädert; die Struktur homogen, fein oder grobkörnig oder maulbeerartig oder strahlig. Die Fäulnisbaktcrie Bacillus proteus bildet spinnewebartige von Knötchen durch- setzte Kolonien, Bacillus mycoides wur- zelartig verzweigte an Pilzmycelien er- innernde Komplexe. Die MiJzbrkndkolonien zeigen eine sehr regelmäßige Anordnung weniger, paralleler Fäden, welche sich am Rande in lockenartigen Strähnen loslösen (Fig. 10). Wenn auch die Koloniebilder von den Kulturbedingungen und der Beschaffen- heit des Substrates abhängen und nur in den seltensten Fällen streng spezifisch sind, so liefern sie doch mit anderen Merkmalen zu- Fig. 8. Verzweigte Zooglöe aus Sumpfwasser. Vergrößerung 170. aus als die mehr schleimige, etwas gerunzelte Kahmhaut des Heubacillus, und dieser wieder unterscheidet sich auffäUig von dem langsam wachsenden, fettigen Häutchen des Tuberkel- bacillus, welches im Zentrum schollig-krümehg oder gefaltet, an dem Umfange schleierig-dünn und arabeskenartig gezeichnet ist. Die schleimige, wattenartige Kahmhaut des stick- stoffbindenden Azotobacter bietet wieder ein anderes Aussehen usw. Andererseits bilden viele Bakterien, wie z. B. der Cohbacillus niemals eigenthche Kahmhäute, sondern trüben nur die Flüssigkeit, während andere wieder nur einen Bodensatz in der klaren Flüssigkeit hervorrufen. Sehr typische Form und Struktur besitzen oft die Kolonien auf festem Substrat. So wächst z. B. der Kar- toff elbacillus (Bacillus mesentericus) auf Kartoffelscheiben in sehr charakteristischen, wulstig oder leistenförmig gefalteten, oft gittrig und gekröseartig aussehenden, zäh- schleimigen Ueberzügen (Fig. 9). Die Kolo- nien auf Agar oder (ielatine haben nach Größe, Dicke, Umriß, Konsistenz, Glanz, Zeichnung, Oberfläche sehr verschieden- Fi[^. 10. Junge Kolonie des Milzbrandbazillus. Vergrößerung 80. Nach Flügge. sammen einen schätzbaren Anhalt bei der Bestimmung und Kennzeichnung der Arten. Auch die Wachstumsweise im Stichkanal der Kulturröhrchen ist verwertbar und vor allem das physiologische, aber leicht sicht- bare Merkmal der Gelatineverflüssigung. 784 Bakterien (Morphologie) Heubacillus, viele Vibrionen, der grüngelb- lich fluoreszierende Wasserbacillus ver- flüssigen z, B. die Gelatine energisch, der Milzbrandbacillus viel langsamer, andere wie der Cohbacillus überhaupt nicht. Bei dem dichten Wachstum tritt schheß- lich noch eine neue, am Einzehndividuum nicht sichtbare Eigenschaft hervor, nämlich die Farbe. Abgesehen von den Purpur- bakterien, deren rote Färbung im Innern der Zellen ihren Sitz hat, und dem Bacillus violaceus, dessen blauschwarze Färbung in der Zellwand steckt, sind die Farben der übrigen Farbstoffbakterien Ausschei- dungsprodukte. Sie sind teils im Wasser löshch und diffundieren dann in das Kultur- substrat, wie bei den fluoreszenten Formen, teils unlösHch. Die besonders häufig vor- kommenden roten, gelben und braunen Farbstoffe gehören meist zu den Lipochromen (Fettfarbstoffen). Man erhält leicht eine bunte Musterkarte farbiger Kolonien, wenn man Platten der Luftinfektion aussetzt. Besonders zahlreich sind gefärbte Kokken und Sarcinen. Grüne Farbstoffe fehlen (von zweifelhaften Ausnahmen abgesehen); doch enthalten die Purpurbakterien neben dem roten Farbstoff, dem Bakteriopurpurin auch einen grünen (das Bakteriochlorin). II. Sporen. Viele Bakterien bilden Sporen. Wenngleich vielleicht die genauere Untersuchung bei einigen bisher nur sporen- los bekannten Arten noch Sporen nach- weisen wird, so verliert dadurch dieses Merk- zwischen Endosporen und Arthrosporen, Jenachdem die Spore im Innern einer Zelle entsteht oder sich die Zelle als ganzes zu einer Spore umwandelt. Wenngleich in alten Kulturen gelegenthch Individuen mit stark lichtbrechendem Inhalt und anscheinend der- berer Membran gefunden werden, so ist doch über ihre Natur so wenig bekannt, daß die obige Unterscheidung vorläufig un- begründet ist. Alle gut bekannten Sporen sind Endosporen. Im Prinzip besteht die Sporenbildung in einer starken Verdich- tung von Plasma und Umhüllung dieser kontrahierten, wasserärmeren Plasmamasse mit einer derben, schwer queUbaren und da- durch wasserundurchlässigen Membran. Die Sporen verdanken diesen Eigenschaften die Fähigkeit, lange Zeit außerhalb des natür- lichen Lebenselementes der Bakterien, dem Feuchten, lebendig und keimfähig zu bleiben, und dienen so der Erhaltung der Art unter ungünstigen Bedingungen, aber auch der Ausbreitung, da sie leicht verstäubbar sind. Andererseits schützt die undurchlässige Membran gegen schädliche, am natürlichen Standort entstehende Stoffe, was besonders in der experimentell geprüften Widerstands- kraft gegen Gifte zum Ausdruck kommt. Ein biologisch gleichgültiger Nebenerfolg der Wasserarmut des Plasmas und der schweren Durchlässigkeit der Membran ist die Wider- standskraft gegen trockene sowohl wie gegen feuchte Hitze, die übrigens bei den verschie- denen Arten ungleich groß ist. Die Sporenbildung kann auf zweierlei Weise erfolgen. Beim Heubacillus z. B. (vgl. Fig. IIa) zieht sich der g r ö ß t e Teil des Plasmas zusammen, so daß schließlich die glän- zende Spore in der leeren Hülle des Mutterstäbchens liegt, das schon lange vorher seine Beweglichkeit eingebüßt hatte. Bei Clostridium amylo- b acter hingegen (Fig. ilb), das den anderen Typ veran- schaulichen möge, beteiligt sich nur ein begrenzter Teil des Plasmas an der Sporenbildung, mal seine prinzipielle Bedeutung für die sodaß das sporenführende Stäbchen noch einige Systematik keineswegs. l Zeit lebendig und beweglich bleibt. Dazu Die Kokken, Vibrionen und Spirillen kommt noch ein weiterer Unterschied. Wäh- scheinen überhaupt keine Sporen zu bilden, rend das sporogene Stäbchen des Heubacillus ebensowenig wie die mono- und lophotrichen I zylindrisch bleibt, zeigt dasjenige des Stäbchen. Von den übrigen Stäbchenbak- Buttersäurebacillus eine starke keulige oder terien sind z. B. sporenlo^s Typhus-, Coli-, j spindlige Auf treib ung an der Stelle, wo Diphtherie-undTuberkelbacillus, die gewöhn- die Spore liegt. Beim Wundstarrkrampf- lichen Essigbakterien usw.; sporenbildend der j bacillus und anderen Arten ist die Auftreibung Heu-, Kartoffel-, Wundstarrkrampf-, Butter- i ausgeprägt endständig, sodaß die sporogenen säurebacillus, viele thermophile Bakterien j Stäbchen Stecknadelform annehmen (Fig. 12). und viele andere. Man unterschied früher | Nach dem ersten Typus bilden sich z. B. noch Fig. 11. Sporenbildung, a Heubacillus. Vergrößerung 1000. Nach Migula. b Clostridium amylobacter. 1 vegeta- tives, 2 sporenführendes Stäbchen. Vergrößerung etwa 1200. Nach A. Fischer. Bakterien ( ]\Ior})li()lofj;ie) 785 die Sporen des Milzbrand-, Kartoffel-, Wur- zelbacillus nsw., nach dem zweiten diejenigen vieler anaerober Gärungsbakterien. (iaiiz abweichend ist die nachträgliche Formänderung des sporogenen Stäbchens bei dem marinen Bacillus sporonenia, das sich an beiden Polen zu einem langen Fortsatz aus- wächst und so die Schwebefähigkeit der nicht herausfallenden Spore erhöht. Im lebenden Präparat fallen die Sporen durch ihren starken Glanz auf. die Färbung gelingt erst nach vorheriger Beizung. Die Form ist gewöhnlich kuglig oder eiförmig, seltener langgestreckt oder eckig, die Ober- fläche meist glatt, nur die Sporen des Fig. 12. Wundstarrkrampfbacillus im vege- tativen und sporenführenden Zustand. Ver- größerung lUUO. JS'ach Flügge. Bacillus asterosporus z. B. zeigen eine Längs- rippung. Fast alle Bakterien sind einsporig, selten sind Arten mit zwei Sporen. Eigen- artig ist das Verhalten von Bacillus sporo- nema. Vor der Sporenbildung wird eine Zell- teilung eingeleitet, dann aber wieder rück- gängig gemacht, worauf die Spore in der Teilungsebene der Zelle angelegt wird. Ob dies ein primitiver geschlechtlicher Vorgang (Autogamie) ist, steht dahin. Unsicher ist es ferner, ob gewisse sehr winzige und be- wegliche Gebilde, die gelegentlich in reinen Kulturen neben den Normalformen beobachtet wurden, etwa Schwärmsporen darstellen. 12. Sporenkeimung. Bei der Keimung quillt die Spore gewöhnUch mehr oder weniger auf, die Membran platzt und der Keimling tritt hervor. Die Sporenhülle bleibt oft eine Weile an seinem Fußende hängen, kann aber auch in zwei Kappen ge- teilt werden, welche seinen beiden Enden aufsitzen. Ausnahmsweise wächst das Keim- stäbchen an zwei Stellen heraus, häufiger drängt es sich mit der mittleren Partie schleifenartig hervor, während die Enden zunächst in der Hülle bleiben. Der Ort, wo der Keimling austritt, ist verschieden; manche Arten keimen polar, andere äquatorial (Fig.l.^). Selten unterbleibt das x\uf platzen ganz und die Spore streckt sich unter Verscldeimung ihrer Membran zum Keimstäbchen. 13. Das System der Bakterien. Die Ivlein- heit, der Mangel leicht feststellbarer und prä- Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Band I. gnanter morphologischer Merkmale sowie die Umständlichkeit der Untersuchungsmetho- dik erschweren die Abgrenzung von Arten und Gattungen und ihre Gruppierung außer- ordentlich, so daß trotz verschiedener Ver- suche ein auch nur in seinen Grundzügen allgemein anerkanntes oder gar befolgtes System der Bakterien nicht vorliegt. Da A -^P, .A^ Fig. 13. Sporenkeimung, a äquatorial beim Heu- bacillus. Vergrößert 1500. Nach A. Fischer, b Polar beim Bacillus calfactor. Vergröße- rung 1000. außerdem der größte Teil der Bakteriologen bei der Beschreibung und Benennung der Bak- terien sich nicht von systematischen Prin- zipien leiten läßt, und andererseits die Zahl der botanischen Systematiker, die eine ge- nauere Kenntnis der Bakterien besitzen, nur sehr klein ist, herrscht bei der Benennung der Bakterien die größte Willkür und Ver- wirrung. An Merkmalen bieten sich zunächst einige wichtige morphologische dar, wie die Form, die Sporenbildmig, die Begeißlung und die Wuchsart; dazu kommen die Dimensionen, das Aussehen der Kolonien, die Farbe, die Teihmgsweise, die Beschaffenheit der ]\Iembran sowie Eigen- heiten des Zellinhalts, Gallertbikhmg, Auftreten von Granulöse, Schwefel, Verhalten bei der auf bestimmten chemischen Qualitäten beruhenden Gramschen Färbung rmd die sogenannte Säru'e- festigkeit usf. Namentlich bei der Unterscheidmig der Arten reichen aber diese Merkmale vielfach nicht aus. Hier müssen physiologische hinzuge- zogen werden: Verflüssigmig der Gelatine, Gärwirkungen, Lichtproduktion, Ansprüche an Temperatur- und Nährstoffe, Verhalten dem Sauerstoff gegenüber, Pathogenität, besondere chemische Leistungen usw. Das folgende System kann nur als ein provi- sorischer V^ersuch aufgefaßt werden, eine Ueber- sicht über die wichtigsten, einigermaßen nach morphologischen ^Merkmalen trennbaren Gat- tungen und ihre zweckmäßigste Gruppierrmg zu gewähren. Diese involviert auch keine phyle- tische Zusammengehörigkeit, obgleich manche Gruppen, wie die Familie der Spirillaceen, ziemlich natürlich ist. Ganz aus dem System ausgeschaltet sind die echten Fadenbakterien, die Mj'xobak- terien und die Spirochäten. Einige ganz fragliche Arten sind am Schluß angefügt. Bacteria. Einzellige Organismen mit fester Membran, ohne Zellkern und Chro- matophoren. Ausschließlich ungeschlecht- liche Vermehrung durch Zweiteilung, die bei den gestreckten Formen stets senkrecht zur 50 786 Bakterien (Morphologie) Längsachse erfolgt. Vielfach Bildung von Endosporen mit derber Membran. Beweg- lichkeit verbreitet, aber stets Schwimm- bewegung, hervorgerufen durch verschieden angeordnete Geißeln. Grundformen: Kugeln, Stäbchen, Schrauben. Ernährungsweise fast ausschheßhch heterotroph. 1. Famihe Coccaceae (Zopf) Mig. Kugel- bakterien. Grundform der Zellen kugehg. Keine Endosporen, zum Teil bewegUch. a) Allococci. Zellen teilen sich ganz ge- setzlos (oder vielleicht regelmäßig nach den beiden Richtungen der Ebene, ohne daß jedoch konstante Wuchsformen zustande kommen). Demgemäß Einzel- und Doppelkok- ken, kurze Kettchen, Täfelchen, Häufchen durcheinander, 3. Gattung Micrococcus (Hall.) Cohn, ohne Geißeln. Micrococcus pyogenes Eitererreger; Micrococcus gonorrhoeae Erreger der Gonorrhöe; Micrococcus citreus, Micrococcus roseus Farbstoff- bakterien, 2. Gattung Planococcus Mig., mit Geißeln. Planococcus citreus, aus Erb- seninfus; Planococcus agihs; Plano- coccus thiophysa, große marine Schwe- felbakterie (auch wohl die stickstoff- bindende Erdbakterie Azotobacter agile). ß) Homococci. Bestimmte Teilungsfolge, die in gesetzmäßiger Lagerung der Kokken sich zeigt. 3. Gattung Sarcina Goodsir. Gesetz- mäßige Teilungsfolge nach den drei Richtungen des Raumes. Stets paket- artige Würfel (neben ihren Zerfallspro- dukten) Sarcina lutea, gelbe Farbstoff- bakterie; Sarcina azotobacter (?), stick- stoffbindende Erdbakterie. 4. Gattung Piano sarcina Mig., wie die vorige, aber begeißelt. 5. Gattung Pediococcus Lindner. Tei- lungen nach den beiden Richtungen der Ebene gesetzmäßig folgend. Regel- mäßige Bildung von Viererformen oder Täfelchen (neben ihren Zerfallsproduk- ten), Pediococcus tetragenus eine für Mäuse pathogene Art; Pediococcus thiopedia Schwefelbakterie, 6. Gattung Streptococcus Billroth, Teilung nur nach einer Richtung des Raumes. Perlschnurartige Ketten, neben Einzel- und Doppelkokken. Un- beweghch. Streptococcus pyogenes, Eitererreger; Streptococcus lanceolatus, Pneumokokkus; Streptococcus mesen- teroides, Froschlaichpilz; Streptococcus lactis acidi, eine Milchsäurebakterie. 2, Famihe Bacteriaceae, Stäbchenbakte- rien. Zellen langgestreckt, meist zyhndrisch oder aber etwas eiförmig, oder unregel- mäßig aufgetrieben, gelegentlich nicht voll- ständig gerade, aber niemals schraubig, Teilung nur nach einer Richtung des Raumes. Je nach dem Zusammenhalt der Individuen lange oder kurze Ketten, Dop- pel- oder Einzelstäbchen. Viele beweghch, viele mit Endosporen. a) Acihatae, ohne Geißeln. a) Asporogeneae, ohne Sporen. 1. Gattung Bact er. Bacter phosphoreum,- Leuchtbakterie aus der Nordsee; Bacter aceti, Essigbakterie; Bacter brunneum, Farbstoffbakterie ; Bacter influenzae, Influenzabacillus. ß) Sporogeneae, mit Sporen. 2. Gattung B a c t e r i u m. Ohne ausgeprägte Aenderung der zyhndrischen Körper- form bei der Sporenbildung; Plasma im sporogenenStäbchen ganz verbraucht. Bacterium anthracis, Mlzbrandbacillus. 3. Gattung Closter. Sporogenes Stäb- chen bauclhg-spindhg oder schwach keuMg angeschwollen. Nur ein Teil des Plasmas verbraucht. 4. Gattung Plectrum. Spore endständig in dem scharf abgesetzten Kopfteil des trommelschlägelartig deformierten Stäbchens. Sonst wie oben. Plectrum foetidum, Käsebakterie; Plectrum fer- mentationis cellulosae, anaerober Zel- lulosezersetzer, b) Circumcihatae, Geißeln über die Kör- peroberfläche verteilt, a) Asporogeneae, ohne Sporen. 5. Gattung Ciliobacter, Cihobacter typhi, der TyphusbaciUus; Ciliobacter coli, Kohbaciilus; Cihobacter prodigio- sus, der rote Hostienbacillus, ß) Sporogeneae, mit Sporen. 6. Gattung Bacillus (Cohn). Ohne Aen- derung der Körperform bei der Sporen- bildung, Plasma im sporogenen Stäb- chen ganz verbraucht, Bacillus subtilis, Heubacillus ; Bacillus mesentericus, Kar- toffelbacillus. 7. Gattung Clostridium Prazmowski. Wie Closter. Clostridium araylobac- ter, Buttersäurebakterie; Clostridium Chauveaui RauschbrandbaciJlus ; Clostri- dium oedematis mahgni Bacillus des malignen Oedems. 8. Gattung Plectridium A. Fischer. Wie Plectrum. Plectridium tetani, Te- tanusbacillus; Plectridium putrificum anaerobe Fäulnisbakterie; Plectridium pectinovcrum Pektinvergärer, c) Lophocihatae, Geißeln nur an einem Pol, Sporen fehlen. 9. Gattung Urobacter. Eine Geißel. Urobacter pyocyaneus Erreger des Bakterien (Moi|)liologie) — Bakterien (Physiologie) 78< blaugrünen Eiters; Urobacter chroma- tium große Purpurbakterie. 10. Gattung Lop ho bacter. Mehrere Geis- sein. Lophobacter syncyaneus Bacil- lus der blauen Milch; Lophobacter fluorescens gelbgrün fluoreszierende ge- latineverflüssigende Bakterie. 3. Famihe Spirillaceae, Schraubenbakte- rien. Zellen schraubig gewunden, zum Teil nur einen Teil eines Schraubenumganges umfassend; gelegenthch zu mehreren längere Spiralen bildend. Polare Begeiß- lung. Keine Sporen. 1. Gattung Vibrio (Müller-Löffler). Eine meist welhg gebogene Geißel. Vibrio cholerae Choleravibrio. 2. Gattung Spirillum (Ehrenberg). Ein Schopf meist halbkreisförmig ge- krümmter Geißeln. Spirillum undula Sumpfspirille; Spirillum volutans große Spirille des Brackwassers; Spirillum rubrum Purpurbakterie ; Spirillum thiospirillum rote Schwefelspirille. 4. Familie Mycobacteriaceae, Pilzbak- terien. Stäbchen von unregelmäßiger Form, gelegenthch etwas fädig und gebogen; auch in normalem Zustand bei einem Teil der Individuen oder aber durchgehend? verzweigt. Kein Kettenw^uchs, keine Endo- sporen, Beweglichkeit gewöhnhch fehlend. 1. Gattung Mycobacterium Lehmann et Neumann. Stäbchen selten ganz gerade, meist gekrümmt von leicht wel- hgem Umriß und unregelmäßigem Querdurchmesser. Länge der Zellen bei derselben Art stark wechselnd. Nach der Teilung, der ein bajonettartiges Stadium vorausgeht, biegen die ZeDen seithch aus und wachsen gleitend an- einander vorbei, wobei eine deuthche Plastizität zum Ausdruck kommt und sehr feste Verbände entstehen. Schwer zerreibhche Kolonien, auf Flüssigkeiten gewöhnhch Kahmhäute. Meist säure- fest. Unbeweghch. Sehr langsames Wachstum. Gelatineverflüssigung fehlt. Mycobacterium tuberculosis Tuberkel- bacillus; Mycobacterium leprae Lepra- bacillus. Verschiedene unbenannte auf Futter und Mist vorkommende Formen. Mycobacterium smegmae Smegmaba- cillus. 2. Gattung Corynebacterium, Leh- mann et Neumann. Keuhge oder hanteiförmige Individuen; kein Ketten- wuchs, unbeweghch; keine Kahmhäute. Coryneba terium diphtheriae Diph- theriebacillus, Corynebacterium mallei Kotzbacillus. 3. Gattung Brachiobacterium, sehr reichhche Verzweigung. Mycelartige Verbände, unbeweghch. Brachio- bacterium Berestnewi eine rote Farb- stoffbakterie. 4. Gattung Rhizobium B. Frank. Rhizobium leguminosarum, in Wurzel- knöUchen der Leguminosen mit korallen- artiger Verzweigung, junge Individuen beweghch, peritrich, unverzweigt. Anhang. Formen unsicherer systema- tischer Stellung: Spirosoma, unbewegliche Spiralen; Spiro phyll um, flache gedrehte Bänder von ganz unbekannter Bauart; Galionella, zopfig umeinander gedrehte ungeghederte Fäden u. a. Die letzten beiden vielleicht zu den Trichobakterien gehörig. Die Gattungen Bacter, Ciliobacter, Uro- bacter, Lophobacter, Closter, Plectrum, Clo- stridium, Plectridium, Mycobacterium, Co- rynebacterium, Brachiobacterium, Rhizo- bium werden gewöhnhch als Bacterium oder Bacillus bezeichnet. Eine gewisse Anerken- nung hat die Bezeichnung Bacterium für unbegeißelte, Bacillus für peritrich begeißelte und Pseudomonas für lophotrich und mono- trich begeißelte Stäbchenbakterien gefunden. Sporenbildung, Formänderung während der- selben, Verzweigung usw. sind dann nicht berücksichtigt. Literatur. A. Fischer, Vorlesungen über Bak- terien, 2. Aufl., Jena 1908. — Günther, Ein- führung in das Studium der Bakteriologie usw., 6. Avfl. 1906. — Lehmann und Neumann, Bakteriologische Diagnostik, 2 Bde., 4- Aufl., München 1907. — A. Meyer, Praktikum der botanischen BcLkterienkunde , Jena 190.3. — Migula, Allgemeine Morphologie usw. In La- far's Handbuch der techn. Mykologie, 2. Aufl., Bd. I, Jena 1908. — Schmidt und Weis, Die Bakterien, Jena 1902. H. Miehe. Bakterien. Allgemeine Physiologie der Bakterien. 1. Die osmotischen Eigenschaften der Bak- terienzelle. 2. Die stoffliche Zusammensetzung der Bakterien zelle. 3. Stoffwechsel: a) Stoff- aufnahme und Assimilation. b) Dissimilation imd Stoffabgabe. Gärungen. 4. Produktion von Licht und Wärme. 5. Allgemeine Leben sbedin- gmigen. 6. Freie Ortsbewegung. 7. Variabilität und Erblichkeit. I. Die osmotischen Eigenschaften der Bakterienzelle. Wenngleich bei vielen Bakterienarten die allzu geringe Größe oder auch unzulänghche Untersuchung bisher einen Einblick in die osmotischen Eigen- schaften ihrer Zellen unmöglich gemacht hat, so ist doch für eine ganze Zahl derselben nachgewiesen, zum Teil auch aus dem mikro- skopischen Anbhck zu sehheßen, daß ihre Zellen ein in osmotischer Hinsicht den Zellen 50* 788 Bakterien (Pliysiologie) höher organisierter Pflanzen analoges System j darstellen. Rücksichtlich der Ernährung i ergibt sich daraus so viel, daß lediglich j gelöste Stoffe ins Innere der Bakterien- zelle eindringen können, und weiter darf geschlossen werden, daß im wesenthchen dem lebenden Protoplasma und nicht der Zellhaut die Entscheidung darüber zufällt, ob Stoffe von außen nach innen oder um- gekehrt treten. Der Nachweis, daß Proto- plasma und Zellhaut gesonderte Gebilde sind, gelingt, wenn auch nicht immer, so doch oft durch Zusatz von Alkohol oder Jodlösungen zum mikroskopischen Präparat: das absterbende Protoplasma schrumpft stärker als die Zellhaut und hebt sich von ihr ab. Weiteren Aufschluß über den osmo- tischen Bau der Bakterienzelle ergeben plasmolytische Versuche. Versuchen wir Bakterien zu plasmolysieren, so zeigt sich, daß wir sie in zwei, wenn auch nicht prinzipiell, so doch graduell verschiedene Gruppen einteilen können: die Vertreter der einen Gruppe, meist gramnegative Arten, lassen sich mit Lösungen von Koch- salz und anderen Stoffen plasmolysieren, allerdings geht die Plasmohse nach einiger Zeit wieder zurück, da die plasmolysierenden Stoffe allmählich ins Innere eindringen. Ob dieser Rückgang vielleicht in manchen Fällen darauf beruht, daß die Bakterienzelle sofort Stoffe bildet (Kohlehydrate, organische Säuren nsw.), deren osmotische Leistungen den Zell- turgor wieder herstellt, ist noch unbekannt. Die Vertreter der anderen Gruppe, meist Gram-positive Formen, lassen sich überhaupt nicht plasmolysieren, da das Salz, und gleiches gilt von anderen sonst Plasmolyse bewirkenden Stoffen, sofort durch das Protoplasma in den Zellsaft ein- dringt. Was nun die je nach Spezies und Lebens- bedingungen wechselnde Höhe des osmo- tischen Druckes der Bakterienzelle angeht, so ist dieselbe mittels der plasmolytischen Methode natürlich nur bei Vertretern der ersten Gruppe zu bestimmen. Zellen von Spirillum undula und Cladothrix, die unter normalen Zuchtbedingungen leben, werden durch l%ige Salpeterlösungen noch nicht, wohl aber durch 2% ige plasmolysiert. Danach würde der Binnendruck ihrer Zellen (unter der vielleicht falschen Voraussetzung, daß während des Plasmolysierungsversuches noch kein Salpeter in den Zellsaft eindringt), mehr als 3,5 und weniger als 7 Atmosphären betragen, und der Üeberdruck über den osmotischen Druck der Außenlösung, wenn wir diesen auf rund 2 Atmosphären ver- anschlagen, zwischen 1,5 und 5 Atmosphären liegen. Ob dieser Üeberdruck bei Bakterien mit dem Wechsel der Lebensbedingmigen schwankt, weiß man nicht, zumal nicht, ob er trotz wech- scbider Konzentration der Außenlösung konstant bleibt. Das müßte der Fall sein, wenn die An- passung an konzentriertere Lösungen durch Aufnahme der Stoffe der Außenlösung erfolgt; falls aber die Regulation der Turgorhöhe außer- dem auch durch Bildung von Turgorstoffen er- folgt, ist es ebensowohl möglich, daß der innere Üeberdruck mit steigender Konzentration des Außenmediums wächst, imd nicht minder, daß er bei einer bestimmten Konzentration der Aiißen- lösmig ein Maximum hat. Wir erwähnen noch, daß diejenigen Stoffe, welche von dem Protoplasma höherer Pflanzen stets so schnell durchgelassen werden, daß sie keine Plasmolyse bewirken können (Glyzerin, Alkohol), auch bei Bak- terien keine Plasmolyse auslösen. Sodann, daß beim Antrocknenlass'en von Bakterien- zellen an Objektträger oder Deckglas, wie es behufs Herstellung mikroskopischer Präparate üblich ist, unter Umständen Plas- molyse, sogenannte ,,Präparationsplasmolyse" eintreten kann. Bei der zweiten Gruppe von Bakterien, deren Protoplasten also nicht nur Glyzerin, sondern auch die anderen Stoffe, Zucker, Salze, augenblicklich durchlassen, ist, wie schon gesagt, die Ermittelung des Turgors auf plasmolytischem Wege unmöglich. Doch kann man nicht daran zweifeln, daß auch sie unter normalen Bedingungen Turgor besitzen. Daß die Unterscheidung der Bakterien in nicht plasmolysierbare und plasmolysierbare auch ökologische Bedeutung haben dürfte, daiauf deutet der Befund hin, daß die ersteren Bakterien in höher konzen- trierten Medien leben können, als die letzteren. Nach dem Gesagten sind die Prinzipien des Wassereintritts in die Bakterienzelle und der Leitung von Zelle zu Zelle in bakteriellen Zellverbänden klar. Die Bedingungen für Wassereintritt sind stets dann gegeben, wenn die osmotische Leistung des Zellsaftes die des Außenmediums (oder bei Kolonien, der Nachbarzelle) übertrifft und gleichzeitig die Möglichkeit einer Volumvergrößerung der Zelle sei es durch Wachstum, sei es durch Dehnung der Zellhaut vorliegt. Ueber eine der wichtigsten den Stoff- austausch betreffenden Fragen, nämlich die nach der mit den Bedingungen wechseln- den Durchlässigkeit des Protoplasmas für bestimmte Stoffe, wissen wir bei Bakterien noch nichts. 2. Die stoffliche Zusammensetzung der Bakterienzelle. Zuerst behandeln wir die Frage nach den Eiweißkörpern der Bak- terienzelle. Durch geeignete Methoden gelingt es ans Bakterien echte Eiweißkörper Bakterien (Physiologie) 789 darzustellen, z. B. ans Bacillus subtilis ein Globulin, ferner ein Albuminat. Ueber das Vorkommen charakteristischer Abbauprodukte von Eiweißkörpern in Bakterienleibern, Albumosen, Peptonen, Aminosäuren, Diaminosäuren u. a. m. ist nicht viel bekannt. In Eiweißstoffen aus Tuberkel- bazillen konnten an Diaminosäuren Arginin und Histidin, Lysin al)er nur in geringer Menge nachgewiesen werden. Nukleo Proteide bei den Bakterien: Solche, oder doch Stoffe, die als mit ihnen verwandt bezeichnet werden dürfen, wurden zuerst für den Heubacillus wahrscheinlich gemacht, sodann gelang es in einem ,,Trink- wasserbacillus", wenn auch kein Nuklein, so doch Nukleinbasen nachzuweisen. Hierauf wurden aus Pest- und Cholerabazillenkulturen Nukleo Proteide dargestellt, ferner aus einem dem B a c t e r i u m ranici da ähnhchen Spalt- pilz. Auf andere Weise konnten Nukleo- proteide aus Bacterium pyocyaneum, Bacillus megaterium, anthrax und Staphylococcus pyogenes aureus ge- wonnen werden. Eine reiche Literatur liegt weiter vor über das Vorkommen solcher Stoffe (tuberkuhnsaiires Protamin, Tuberkulinsäure und Nukleoproteide) im Bacterium tuber- culosis, auch aus Diphtheriebazillen hat man Nukleoproteide und Nukleinsäuren dar- stellen können; im letzteren Fall neben den anderen charakteristischen Spaltungspro- dukten der Nukleoproteide auch Pentosen. Bei vielen Arten hat man mikroskopisch eine in Tröpfchenform in den Zellen sich abscheidende Substanz nachgewiesen, das sogenannte Volutin; für welches charak- teristisch ist, daß es sich bei Zusatz von Methylenblau und verdünnter Schwefel- säure blau färbt. Es gibt nicht die Eiweiß- reaktionen; man deutet es mit einer ge- wissen Wahrscheinlichkeit als ,, gesättigte oder saure Verbindung einer Nukleinsäure mit organischen Basen", da Tröpfchen, die aus Nukleinsäure bestehen, dieselben mikro- chemischen Reaktionen geben. Kohlehydrate haben wir schon als Spaltungsprodukte von Nukleoproteiden kennen gelernt, und auch sonst sind die verschiedensten Kohlehydrate anzutreffen, so z. B. Glykogen oder doch verwandte Stoffe, auch dextrinähnhche Körper, ferner ein auf Zusatz von Jodlösungen sich bläuendes Kohlehydrat, das beim Bacillus amylo- bacter vorkommt, früher Granulöse, neuer- dings auch logen genannt. Der Charakter als Reservestoff, die Aufstapelung vor und der Verbrauch bei der Sporenbildung läßt sich beim logen besonders hübsch demon- strieren. Ueber Kohlehydrate in der Zell- haut vgl. später. Die Fette sind sodann als Reservestoffe weit verbreitet bei den Bakterien. Ueber das Fett und verwandte Stoffe des Tuber- kuloseerregers existiert eine ganze Literatur. Mikroskopisch ist das Fett in Form kleiner glänzender Tröpfchen im Linern der Zellen nachweisbar und seiner Natur nach durch Färbung mit Fettfarbstoffen zu erkennen. Chemie der Zellwandstoffe: Die oft wiederkehrende Behauptung, daß bei manchen Bakterien Cellulose vorkomme, ist unbewiesen. Niclit selten wird aus der Blaufärbung der Zellwände, die nach Ein- wirkung von Jodlösungen bei manchen Alten auftritt, fälschlich auf Cellulose ge- schlossen. Bei manchen Arten soll Chitin in der Zellhaut vorhanden sein; doch wird diese Angabe bestritten. Es wird auch behauptet, daß sich Eiweiß- körper am Älembranbau beteiligten, imd die Meinung ist verfochten worden, daß die Zell- wand der Bakterienzelle in gewissen Fällen nur eine äußere Protoplasmaschicht, eine soge- nannte Pellicula sei. Eine sichere Entschei- thmg in diesen Fragen ist heutigen Tages nicht möglich; doch sei noch darauf hingewiesen, daß die sehr eigenartigen Löslichkeitsverhält- nisse der Bakterien zelhvän de in Cholsäme und verwandten Stoffen vielleicht dazu beitragen könnten, die Kenntnisse zu fördern. Als Resultat ergibt sich also, daß wir über den chemischen Aufbau der Wandungen nichts wissen. Auch über die chemische Zu- sammensetzung der Sporenwandungen ist nichts bekannt. Die Außenhüllen, die als Gallertschichten der Zellhaut vielfach aufgelagert sind, oder einen die Nährlösung erfüllenden Schleim bilden, bestehen beim Leuconostoc mesenterioides aus Dextran, d. h. einem Kondensationsprodukt von Traubenzucker. In anderen Fällen ist der Schleim stickstoff- haltig und als Mucin angesprochen, oder auch als dem Chitin nahestehend befunden worden. Um das Bild vom chemischen Aufbau der Bakterienzelle zu vervollständigen, müßten wir noch einer Unzahl anderer Stoffe gedenken, die an ihrer Zusammen- setzung dauernd oder vorübergehend teil- nehmen können, doch würde das zu weit führen und wir werden auch nachher bei Behandlung des Stoffwechsels noch auf einige derselben zu sprechen kommen; vor allem wären hier die Enzyme zu nennen, betreffs deren wir auf die Artikel „Stoff- wechsel" und „Enzyme" verweisen können. Wir beschränken uns hier darauf, die Farbstoffe noch zu nennen: Wir beobach- ten gelbe, rote, blaue, grüne, braune, schwarze Farben, auch fällt uns das Vor- kommen fluoreszierender Farbstoffe auf. Wir teilen die farbstoffbildenden Bakterien 790 Bakterien (Physiologie) ein in die chromoparen, welche den Farb- stoff nach außen abscheiden, in para- chromophore, deren Zellwand gefärbt ist, und endlich in chromophore Bakterien, welche den Farbstoff in ihrem Zellinnern führen. Bei den chromoparen Bakterien haben wir zu imterscheiden solche, die den Farbstoff in ungelöster von solchen, die ihn in gelöster Form ausscheiden. Von gelösten, darum in den Nähr- boden diffundierenden Farbstoffen ist der be- kannteste das Bacteriofluorescin, in wässe- riger Lösmig orangegelb gefärbt und je nach der Reaktion der Lösung blau oder grün fluores- zierend. Bei Bacterium pyocyaneum ist es vergesellschaftet mit dem blauen Farbstoff Pyo- cyanin, beim Bacterium der blauen Milch mit ,,Syncyanin". Das Pyocyanin soll erst als Leukofarbstoff gebildet und durch den Sauer- stoff zu dem blauen Farbstoff oxydiert werden. Die wasserunlöslichen Farbstoffe chromoparer Bakterien, die häufig rot oder gelb sind, werden eingeteilt in carotinähnliche, die auf Zugabe von konzentrierter Schwefelsäure blaugrün, und in die sogenannten Prodigiosinfarbstoffe, am besten bekannt durch das Vorkommen in den Kulturen des Bacterium prodigiosum (Bakterie der blutenden Hostie), die durch Schwefelsäure braun werden. Das Prodigiosin wird in Form kleiner Körnchen in der Nachbarschaft der Bakterieu- zellen abgelagert. Bei Bacterium chloro- raphis wird der Farbstoff in Form kleiner grüner Kristalle abgeschieden. Wenig rmtersucht sind die parachromo- phoren Bakterien mit gefärbter Zellwand, z. B. Bacterium vio 1 a c eu m. Die schwarze Färbung mancher Spaltpilze kann durch Schwefeleisen bedingt sein. An chromophoren Bakterien werden zunächst grüne Bakterien beschrieben, bei denen der Farbstoff das ganze Protoplasma gleichmäßig durchtränken soll. Sie sollen am Licht Sauer- stoff ausscheiden, der Farbstoff hätte danach dieselbe Funktion wie das Chlorophyll, die ganze Frage ist noch nicht spruchreif. Genauer unter- sucht sind unter den chromophoren Bakterien die Pvnpurbakterien (vgl. den Artikel „Bakterien. Schwefelbakterien"). Ueber die Bedeutung der Farbstoff Produk- tion ist wenig bekannt. Der Farbstoff einiger chromoparer und parachromophorer Formen bindet Sauerstoff locker und gibt ihn nachher im sauerstofffreien Raum wieder ab. Beachtens- wert ist die Abhängigkeit der Farbstoffbildung von den Leben sbedingrmgen der Bakterien. Chromopare Arten wacksen bei stark erhöhter Temperatm-, bei ungenügender Sauerste ff zufuhr, bei ungenügender Ernährmig usw farblos. 3. Stoffwechsel. 3 a) Stoff auf nähme und Assimilation. Bekanntlich besteht die Lebenstätigkeit aller, somit auch der Bakterienzellen in einem dauernden Stoff- aufbau (Assimilation) und Abbau (Dissimi- lation). Dieser hat in erster Linie die Be- deutung, als Energiequelle für alle Lebens- leistungen zu dienen; jener ist nötig zum Ersatz der Stoffe, die dem Abbau verfallen, und zur Bildung neuer lebender Zellen, zum Wachstum und zur Vermehrung. So läßt sich denn der Stoffwechsel gliedern in „Baustoffwechsel" und ,,Betriebs- stoffwechsel". Während sich in diesen allgemeinen Zügen das Leben der Bakterien ebenso abspielt wie das aller anderer Wesen, lassen sich doch mit Kücksicht auf den Aufbau wie auf den Abbau von Stoffen einige, für die Bakterien charakteristische Züge herausheben, die sich zwar auch schon in dem Stoffwechsel anderer Mikroorganismen finden, bei den Bakterien aber liesonders deutlich ausgeprägt sind. Was den Stoff auf bau angeht, so ist für die Bakterien kennzeichnend, daß der erste Schritt desselben, die Stoffaufnahme, eine ganz außerordentlich verschiedenartige ist: Die Verschiedenheit in den Ansprüchen der Bakterien an die Nährstoffe bedingt einen der größten Keize, der in der Be- schäftigung mit der Bakterienphysiologie liegt. Was den St off ab bau der Bakterien betrifft, so nimmt dieser in vielen Fällen einen weitaus größeren Umfang an, als wir es bei anderen Pflanzen zu sehen gewohnt sind, einen Umfang, der uns besonders dann oft überrascht, wenn wir ihn mit der Geringfügigkeit des damit Hand in Hand gehenden Aufbaues vergleichen. Wir erinnern hier nur kurz an jene gewaltigen Zer- trümmerungen von Stoffen, die auch dem Laien ohne weiteres als „Gärungen" in die Augen fallen, sind doch Gärungen nichts weiter als Dissimilationserscheinungen besonder? auffallender Art, auffallend sowold mit Rücksicht auf die Größe des Umsatzes wie auf die Art der Stoffe, die dabei gebildet werden, Stoffwechselvorgänge, die ihren Er- regern Energie spenden, außerdem durch die Produktfe, die sie liefern, manchen Nutzen gewähren können und zu deren Durchführung sie durch Bildung von En- zymen befähigt sind. Wir wenden uns nunmehr den ein- leitenden Schritten der Assimilation, der Aufnahme der einzelnen Stoffe zu, indem wir fragen, welche chemischen Elemente in den Stoffwechsel dei Bakterien gezogen werden, und ob sie in freier Form, oder ge- bunden in die Zelle eintreten. Wasserstoff: Dies chemische Element wird nicht nur aus Wasser, sondern auch in einer ganz großen Zahl anderer, anorganischer wie organischer Nährstoffe in gebundener Form zugeführt. Was den freien Wasserstoff angeht, so wird er von vielen Bakterien bei Gärungen frei gemacht, von einigen wenigen Bakterien auch wieder gebunden („Wasserstoffprototrophie") und zu Wasser oxydiert. Baktorien (Physioloyio) 791 Was den Sauerstoff anlangt, so wird auch er in gebundener Form mit dem Wasser und vielen anderen Verbindungen den Bak- terien zugeführt. Uebrigens weiß Jeder biolo- gisch Interessierte, daß sich die Bakterien ihm gegenüber verschieden verhalten. Es gibt Bakterien, welche unbedingt freien Sauerstoff zu ihrem Leben nötig haben (,, aerobe"), solche, die ganz ohne freien Sauerstoff gedeihen, und größere Mengen desselben überhaupt nicht ertragen (,, anaerobe") und endhch solche, welche sowohl ohne Sauerstoff als auch bei Zutritt größerer Mengen dieses . Gases leben können („fakultativ anaerobe ! Bakterien"). Genauere Untersuchung zeigt, daß für jede Bakterienart ein Minimum, Optimum und Maximum des Sauerstoff- gehalts festgestellt werden kann. Somit könnte eigenthch nur die Angabe dieser drei „KaTdinalpunkte" die Beziehungen jeder Bakterienart zum freien Sauerstoff genau kennzeichnen. Da das wenigstens vorläufig : praktisch undurchführbar ist, kann man die Bakterien auch zunächst in zwei Gruppen unterbringen, die aerophilen, die den Sauerstoffgehalt der Luft (276 mg im Liter) noch ertragen, und die aerophoben, die bei diesem Gehalt an Sauerstoff nicht mehr wachsen. Besonders zu beachten ist, daß es ,, obligat anaerobe" Bakterien nicht gibt, daß alle, die man früher so nannte, geringe Spuren von Sauerstoff vertragen können, und es hat sich auch gezeigt, daß sie dieselben veratmen. Der weiteren Aufklärung bedürftig ist aber die Frage, inwieweit die Grenzen der zulässigen Sauerstoffkonzentration durch besondere Er- nährungsbedingungen oder durch allmähliche Anpassiuig verschoben werden können. Es ist sodann daran zu erinnern, daß verschie- dene Funktionen der Bakterienzelle in ungleicher Weise vom Maß des Sauerstoffzutritts abhängen. Die Kardinalpunkte des vegetativen Wachstums gelten auch für die Sporenkeimung, während die Sporenbildung häutig in engere Grenzen eingeschlossen sein dürfte. Das Letztere scheint allerdings für die luftscheuen nicht zu gelten, denn diese sollen bei allzu reichlichem Luftzutritt das Wachstum einstellen imd Sporen ausbilden. Wir wenden uns nun den Elementen zu, die gewöhnlich in Form von mineralischen Salzen von den Bakterien aufgenommen werden und als ,, Nährsalze" in den Kultur- substraten geboten werden, übrigens vielfach auch in Form organischer Verbindungen den Bakterien zugänglich sind. Phosphor: Dieser muß in irgendwelcher assimilierbaren Form allen Bakterien geboten werden, damit sie wachsen können, was leicht begreiflich, da Nukleoproteide und andere phosphorhaltige Körper, z. B. Le- cithane (d. i. Phosphatide und Lecithin), am Aufbau der Bakterienzelle teilnehmen. Auch anorganische Phosphate dürften häufig Kon- stituenten der lebenden Bakterienzellen sein, z. B. als Turgorstoffe in der Form von Alkaliphosphaten. Gewöhnhch setzt man den Phosphor in Form von Alkaliphosphaten den Nähr- lösungen zu, aber auch die Phosphate der Erdalkalien sind hinreichend lösHch, um von den Bakterien aufgenommen zu werden, nötigenfalls werden sie durch die Atmungs- kohlensäure oder durch im Stoffwechsel gebildete organische Säuren in Lösung über- führt. Schwefel: Auch die Hinzufügung von Schwefel zu Bakterienkulturen in geeigneter Form ist von Bedeutung, da Bakterien- eiweiß wie die anderen Proteine schwefel- haltig ist. Meistens genügt man dieser Forderung durch Zusatz eines Sulfats. Aber auch andere schwefelhaltige Körper, Schwefel selbst (,,Schwefelprototrophie"), Schwefel- wasserstoff, organische Körper, wie Proteine, können im allgemeinen bei sonst günstigen Bedingungen den Bedarf decken. Das Kalium ist gleichfalls ein unentbehr- liches „Nährelement". Man pflegt es in Form eines Kalisalzes zuzugeben. Wie bei anderen mineraUschen Nährstoffen genügen auch hier recht kleine Mengen, um starke Vegetationen zu erzielen. Bei der Kultur einiger Bakterien (z. B. Bacterium pyocyaneum, nicht aber z. B. Azotobacter) kann es mit Erfolg durch Kubidium- und Caesiumsalze ver- treten werden. Deren Brauchbarkeit gilt aber nur innerhab engerer Konzentrations- grenzen als die der Kalisalze. Natrium und Ammoniumsalze können nach den bisherigen Versuchen die des Kaliums nicht vertreten. Warum das Kahum für den Stoffwechsel von Bedeutung ist, weiß man nicht. Magnesium: Magnesiumsalze müssen den Bakterien gleichfalls dargeboten werden. Versuche, dies Element durch andere, etwa durch Calcium zu ersetzen, mißlingen. Jedenfalls besteht zwischen Bakterien (und anderen niederen Pflanzen) und höheren Gewächsen insofern ein beachtenswerter Unterschied, als letztere Magnesium und Calcium zu ihrer Ernälirung unbedingt nötig haben. Dies wären die unerläßlichen minera- lischen Nährstoffe; eine Nährsalzmischung, welche Kaliumphosphat und Magnesium- sulfat enthält, ist also ausreichend. Doch sind auch viele andere Mineralstoffe, wenn nicht nötig, so doch oft nützlich und finden sich natürlich auch in der Bakterienzelle am natürhchen Standort vielfach vor, Calcium wirkt in Form seiner Salze oft günstig auf das Bakterienwachstum ein, das Wesen dieser Wirkung ist noch unbekannt. Auch Schwermetalle sind oft wachstumsbefördernd, ■92 Bakterien (Physiologie) wenn sie nur in geringer Menge geboten werden. Ihre Giftwirkung schlägt dann, wie bei allen Giften, in stimulierende Reizwir- kung um. Eisenzugaben wirken oft recht gut, es wird auch die Ansicht vertreten, Eisen sei als Nährstoff unentbehrlich, aber in sehr geringen Mengen ausreichend. Die auffallend günstige Wirkung, die bei Zugabe von Humus zu den Bakterien- nährlösungen in vielen Fällen beobachtet wurde, wird neuerdings auf den Eisengehalt der Humusstoffe zurückgeführt, von Anderen auf eine kombinierte Wirkung von Eisen, Aluminium und Kieselsäure. In manchen Fällen ist es besser statt reiner Nährsalze Gemische solcher mit anderen Salzen zu verwenden, wie sie z. B. in Heu- oder anderen Absuden, Fleischwässern, in dem von den Bakteriologen fast bis zur Erschöpfung ver- wendeten Fleischextrakt als Zufuhrmittel für Nährsalze vorliegen. Das hat seinen Grund darin, daß man wie für andere Pflanzen und Wesen so auch für Bakterien festgestellt hat, daß einzelne Salze, für sich allein ge- boten, eine mehr oder minder schädliche Wirkung ausüben können — das gilt auch für Nährsalze — und daß diese schädliche Wir- kung durch gewisse andere Salze aufgehoben wird. Oft zeigt sich, daß bestimmte Salz- gemische besonders günstig sind, weil dann die Entgiftung am vollkommensten ist, sogenannte ,,balanzierte Lösungen". Endlich sei daran erinnert, daß man die für viele Spaltpilze günstige alkalische Reaktion meist durch alkahsch reagierende Salze, kohlensaures Natrium, alkalisch reagierende Phosphate herbeiführt. Ist saure Lösung erwünscht, so kann sie durch Zugabe von sauren Salzen oder Säuren erzielt werden. Im allgemeinen sollen Nährsalze nur in geringen Konzentrationen geboten werden, dies gilt aber nicht für solche Bakterien (Meeresbakterien, Leuchtbakterien), die nur an salzreichen Standorten, z. B. im Meere, leben oder solche Standorte bevorzugen und eine stärkere osmotische Leistung der Substrate verlangen. Zusatz von Seesalz zur Nährlösung empfiehlt sich hier meist mehr als die Verwendung eines Salzes, etwa Chlornatrium, weil Seewasser eine besonders gut „ausbalanzierte" Lösung ist. Kohlenstoff und Stickstoff. Während die bislang genannten Nährelemente von allen Bakterien in Form von Mineralsalzen auf- genommen werden können, sind die An- sprüche, welche die verschiedenen Bakterien an die Versorgung mit Stickstoff und Kohlen- stoff stellen, so weitgehend verschieden, daß man auf Grund dieser die Bakterien zu verschiedenen ernährungsphysiologischen Gruppen zusammenfassen kann. Vor allem ist die Frage zu stellen, ob Kohlenstoff und Stickstoff in freier Form, d. h. als Element oder in Form anorganischer oder endlich organischer Verbindungen aufgenommen werden. Da ist zunächst zu sagen, daß von einer Aufnahme des Elementes Kohlen- stoff (,, Kohlenstoff prototrophie") nichts be- kannt ist, mir Oxydation amorpher Kohle durch Bakterien ist nachgewiesen. Was andererseits den freien Stickstoff angeht, so vermögen nicht wenige Bakterien diesen als Stickstoffquelle zu benutzen. Diese, wohl auch als Stickstoffprototrophe zu bezeichnenden Bakterien werden in diesem Werk gesondert behandelt (S. 806). Wenden wir uns nun den Verbindungen des Kohlenstoffs und Stickstoffs zu und zwar zunächst den anorganischen. Als anorganische Kohlenstoffverbindungen kommen für die Bakterienernährung das Kohlenoxyd und die Kohlensäure, als an- organische Stickstoffverbindungen die Ammonium-, salpetrigen und salpetersauren Salze in Frage (über Aufnahme von Stick- oxydul vgl. unten). An organischen Kohlenstoff Ver- bindungen haben wir Legion, es handelt sich um Fett- und andere organische Säuren, um Alkohole, Fette, Kohlehydrate, Amino- säuren, Aniide, Peptone, Albumosen, Pro- teine u. V. a. m. Die organischen Stick- stoffverbindungen, die in Betracht kommen, sind in den aufgeführten Kohlenstoffverbin- dungen, soweit sie gleichzeitig stickstoff- haltig sind, schon genannt; sie können den Bakterien nicht nur als Kohlenstoffquelle, sondern gleichzeitig als organische Stick- stoffverbindungen dienen. Es sind dies also vornehmlich die Eiweißstoffe und ihre Spaltungsprodukte. Man pflegt diejenigen Bakterien, welche sowohl den Kohlenstoff als auch den Stick- stoff aus anorganischer Bindung sich an- eignen, als die autotrophen Bakterien zu bezeichnen; für diese ist es charakteristisch, daß nicht nur die Nährstoffe im engeren Sinne, die zum Aufbau des Körpers dienen, sondern auch diejenigen Stoffe, durch deren Zersetzung sie sich die nötige Energie zum Aufbau beschaffen, ihre Kraftquellen, an- organischer Natur sind; die Autotrophen sind somit in Jeder Beziehung lediglich auf die Zufuhr und Verwertung anorganischer Stoffe angewiesen. Ueber die Methan- bakterien vgl. unten. Im Gegensatz dazu bezeichnet man als heterotroph diejenigen Bakterien — und das ist die ganz überwiegende Mehrzahl — , welche auf die Zufuhr organischer Stoffe, die ihnen einmal als Bausteine, zum anderen Mal als Energiequelle dienen, ange- wiesen sind. Unter ihnen gibt es sowohl solche, die bei Zufuhr organischer Kohlen- stoffquellen und anorganischer Stickstoff- Bakloiion ( Physiologie) 793 quellen gedeihen können, als auch anspruchs- vollere, die den Stickstoff gleichfalls aus organischen Verbindungen assimilieren. Die Heterotrophen teilt man in alt- bekannter Weise auch ein in Saprophyten, welche auf toten organischen Massen leben und in Parasiten, welche den lebenden Körper anderer Wesen befallen, eine öko- logische, nicht physiologische Einteilung, die für das Leben der Heterotrophen am ; natürlichen Standort Berechtigung hat. j Wenn Parasiten den lebenden Organismus als Standort bevorzugen, so hängt das damit zusammen, daß sie dort die ihnen zusagende Nahrung, Eiweißkörper und andere organische Stickstoff Verbindungen, vielfach auch die ihnen zusagende Temperatur (Parasiten der Warmblüter) vorfinden. Um eine noch weitergehend abgestufte, auf ernährungsphvsiologischer Grundlage aufgebaute Uebersicht über die Bakterien zu erhalten, hat man sie wohl auch noch in eine größere Zahl von Gruppen eingeteilt, die sich durch die ver- schiedenen Ansprüche an die Stickstoffcpielle imter scheiden. Wir charakterisieren die Gruppen dadurch etwas genauer, daß wir gleichzeitig das Wichtigste über die Ansprüche an die Ko Wen Stoff quelle mitteilen und bemerken, daß scharfe Grenzen zwischen den Gruppen nicht existieren, ändern sich doch die verschiedenen Ansprüche mit den sonstigen Außenbedingiuigen. Wir haben 1. die Stickstoff- Prototrophen, die vom freien Stickstoff leben können. Sie sincl sämtlich heterotroph, bedürfen Zucker oder andere Kohlenstoffcpiellen. Können auch von Stickstoff verbindrmgen leben. 2. Nitrat- und Nitrit-Bakterien und Am- mon-Bakterien. Früher war die i\Ieinmig ver- breitet, daß es überhaupt keine oder fast keine Bakterien gebe , die Nitrate (oder Nitrite) verwenden könnten; man hielt sie, soweit sie überhaupt von anorganisch gebmidenem Sauer- stoff leben können, für Ammonorganismen. Jetzt weiß man aber, daß es recht viele gewölm- liche Bakterien im Kot, im Ackerboden usf. gibt, die Nitrate zum Aufbau verwerten. Uebri- gens sind die unter 2. genannten Bakterien ent- weder hetero- oder autotroph. Die heterotrophen können alle statt der anorganischen Stickstoff- verbindimgen sich auch von organischen nähren, bevorzugen solche sogar vielfach. Die autotrophen sind im allgememen auf anorganische Stick- stoffverbindungen angewiesen. 3. Amidbakterien bevorzugen Aminosäuren, Amideusf., z. B. Asparagin oder ähnliche, können aber auch von anderen organischen Stickstoff- verbinchmgen leben; anorganische Stickstoffver- bindiuigen sind imtauglich. 4. Pepton bakterien gedeihen am besten bei Zufuhr von Pepton, Albumosen. Sie vermögen einerseits Proteine mangels der erforderlichen Enzyme nicht anzugreifen, begnügen sich anderer- seits auch nicht mit einfacheren Stickstoff Ver- bindungen, als Peptonen. 5. Proteinbakterien sind auf Zufuhr von Proteinen angewiesen oder gedeihen doch bei deren Zufuhr am besten. Die unter 3 bis 5 ge- nannten Bakterien sind natürlich alle hetero- troph. Beachtenswert ist, daß sie häufig — eine Ausnahme machen im allgemeinen Protein- bakterien — dann besonders gut zu gedeihen pflegen, wenn ihnen außer der organischen Stickstoff- und Kohlenstoffverbindung noch eine stickstofffreie Kohlenstoffverbhidung, wie Zucker oder ähnliches geboten wird, welche dann in erster Linie Atmungszwecken dient. Von manchen Peptonbakterien wird angegeben, daß sie überhaupt nur dann kräftig wachsen, wenn sie außer Pepton (richtiger Albumosen) noch eine besondere Kohlenstoffquelle zur Verfügung erhalten: sogenannte Pepton-Kohlenstoff- bakterien. Wir zählen nun die bisher bekannt ge- wordenen autotrophen Bakterien auf: 1. die nitrifizierenden Spaltpilze (vgl. den Artikel , ,Bakt er ien. Nitrifikation"); 2. die Schwe- felbakterien (vgl. den Artikel ,,Bakterien. Schwefelbakterien"); 3. die Eisenbakte- rien, die zum Teil autotroph leben (vgl. den Artikel ,, Bakterien. Eisenbakterien"). Autotroph sind 4. die Bakterien, welche Wasserstoff oxydieren, also Knallgas als Energiequelle verwerten, indem sie es zu Wasser verbrennen, und auf Kosten der dabei freiwerdenden Energie die Kohlen- säure reduzieren. Den Stickstoff entnehmen sie Nitraten oder Ammoninmsalzen. Den neuesten Arbeiten zufolge gibt es zwei Stäbchen, Bacterium vitreum und fla- vum, die beide in Reinkultur die Katalyse des KnaUgases dnrcliführen, falls die Kon- zentration des Sauerstoffs nicht zu groß ist. Anderenfalls vermögen sie nur in (iemein- schaft (,, Symbiose") miteinander die genannte Funktion auszuüben. Durch die Tätigkeit dieser im Ackerboden weit verbreiteten Bakterien wird ein Teil des Wasserstoffs, der in nicht unerheblichen Mengen auch durch Bakterientätigkeit frei gemacht wird, wieder in gebundene Form überführt. Man kann sie auch ohne Knallgaszufnhr bei Dar- bietung organischer Stoffe kultivieren, sie sind also fakultativ autotroph. Es werden dann in der Literatur auch Bakterien kurz erwähnt, welche imstande sind, bei iVbschluß der Luft Wasserstoff zu verbrennen und Kohlensäure zu assi- milieren, indem sie den dafür nötigen Sauer- stoff durch die Spaltung schwefelsaurer Salze gewinnen. Ferner werden kleine, unbewegliche Stäbchen beschrieben, welche Stickoxydul und Wasserstoff in Wasser und Stickstoff umsetzen und so die Energie zum autotrophen Leben gewinnen sollen. Schließhch werden Bakterien autotropher Art beschrieben, welche sich die Ener2:ie zu diesem Lebenswandel durch Oxydation von Kohlenoxyd verschaffen. Die Physiologie aller dieser autotrophen Formen ist iioch recht mibekannt. Es ist zweifel- haft, welches die ersten Assimilationsprodukte der kohlensäme in dem Bakterienleib sind. Un- 794 Bakterien (Physiologie) bekannt ist ferner überall, in welcher Weise die energiespendenden Prozesse mit dem Stoff- aufbau durch die Zellen verkettet sind. Endlich weiß man nicht, ob für die verschiedenen Arten die charakteristischen Oxydationen anorganischer Stoffe die einzigen Oxydationen sind, die von den Autotrophen unterhalten werden oder ob sie außerdem wie andere Wesen auch organische Stoffe veratmen. Die Menge organischer Substanz, die die autotrophen Bakterien aus Kohlensäme bilden, dürfte gegenüber der von den grimen Pflanzen erzeugten kaum ins Gewiclit fallen. Auch sind sie nicht diuchweg unabhängig in ihrer Kraft- quelle von anderen Organismen, ihre Kraft- stoffe, Wasserstoff, Ammoniak usw. werden ihnen zum großen Teil erst durch die Tätigkeit heterotropher Wesen geliefert. Sozusagen auf der Grenze zwischen heterotrophen und autotrophen steht das Bacterium methanicum, welches mit Rücksicht auf die Baustoffe autotroph ist, es lebt von Kohlensäure und mineralischen Salzen, aber mit Rücksieht auf die Kraft- quelle heterotroph, indem es das Sumpfgas, Methan, zu Kohlensäure und Wasser oxydiert und sich so die nötige Energie zur Reduktion der Kohlensäure verschafft. Wie das Methan seine Entstehung bakteriellen Prozessen ver- dankt, so schwindet es also auch wieder durch Bakterientätigkeit, soweit das nicht ohne Mitwirkung von Lebewesen geschieht. Früher nahm man an, daß die Purpur- bakterien, welche gleichzeitig zum Teil Schwefelbakterien sind, zum Teil aber nie- mals Schwefel im ZeUinnern abscheiden mittels der durch ihren Farbstoff absor- bierten Sonnenenergie imstande wären, die Kohlensäure zu assimilieren. Neuerdiugs aber hat sich ergeben, daß man die Purpur- bakterien in Reinkultur nur bei reichlicher Zufuhr von organischen Verbindungen züchten kann und daß sie nicht, wie Chloro- phyllpflanzen, Säuerstoff im Licht aus- scheiden. Es muß also ungewiß bleiben, welche Bedeutung der Farbstoff hat und warum diese Wesen, wenn sie Licht zu ihrem Gedeihen auch nicht eben nötig haben, doch durch die Licht- bezw. Wärmestrahlen in ihrem Gedeihen gefördert werden. Weiteres s. in Artikel ,, Bakterien. Schwefelbakte- rien". Wir kommen nun zu den heterotrophen Formen, die auf organische Stoffe irgend- welcher Art angewiesen, im übrigen ganz verschiedene Ernährungsbedingungen haben, zum Teil sehr anspruchslos sind und mit ganz einfachen Fettsäuren als Kohlenstoff- und anorganischen Stickstoffsalzen als Stick- stoffquelle auskommen, zum Teil zu den anspruchvollsten Wesen gehören und kom- plizierte Eiweißkörper zu ihrer Ernährung bedürfen. Hierher gehören die allermeisten Bakterien, die ,, Totengräber der lebendigen Natur", da die organischen Stoffe, die sie aufnehmen, nur zum geringeren Teil als Baustoffe dienen, zum weitaus größeren Teil aber dissimilatorisch zerstört und mine- ralisiert werden, um in dieser Form den grünen Pflanzen wiederum als Nährstoffe zu dienen. Während wir bei den autotrophen die Stoffe, welche als Bausteine dienen, d. h. die Kohlensäure und die Mineralsalze von den Kraftquellen, z. B. dem Wasserstoff und Sauerstoff bei den wasserstoffoxydieren- den Autotrophen scharf trennen können, müssen wir bei der Besprechung der Physiolo- gie der Heterotrophen diese Scheidung zwar begrifflich ebensogut vornehmen, de facto aber können wir es nicht, da es dieselben Stoffe sind, welche dem Aufbau und der Spendung von Energie dienen. Nimmt z. B. ein fäulnis- erregender Spaltpilz Eiweißstoffe auf, so spal- tet er dieselben zunächst ; ein Teil der Produkte dient dem Aufbau neuer lebender Substanz, ein anderer wird weiter dissimiliert und wieder nach außen abgeschieden. Li den wenigsten Fällen kennen wir den Stoffwechsel hin- reichend genau, um die Vorgänge im einzelnen überschauen zu können und es ist auch festgestellt, daß Stoffe, die zunächst für den Aufbau bestimmt waren, unter bestimm- ten Umständen, bei Aenderung der Lebens- lage usw. abgebaut werden. Kurz, die ver- schiedenartigen Umwandlungen, welche die organischen Stoffe von ihrem Eintritt in die Zelle ab durchlaufen, dienen sowohl der Assimilation als auch der Dissimilation, ohne daß wir hier scharfe Grenzen ziehen könnten. Aus diesem Grunde wollen wir Stoffaufnahme und Wandlungen durch die Heterotrophen im einzelnen erst später, gemeinsam mit der Besprechung der wich-* tigsten Dissimilationsvorgänge bringen. Hier noch einige allgemeine Ausführungen! Wenn wir von verschiedenen Ansprüchen verschiedener heterotropher Bakterienarten sprechen, so dürfen wir nicht ver- gessen, daß nicht nur die Qualität, sondern auch die Quantität der Stoffe eine Rolle spielt. Manche Formen, die in natura sehr nährstoffreiche Standorte bewohnen, werden auchinunseren Kulturen reichliche Nahrungs- zufuhr erheischen oder doch vertragen, andere werden zwar dieselben Stoffe ver- dauen können, aber nur wenn sie in geringer Menge geboten werden, ^ Lehrreich in dieser Beziehung sind Er- fahrungen an Wasserbakterien, die oft nur sehr geringe Quantitäten von guten Nähr- stoffen, wie etwa Zucker vertragen können; mit wie wenig manche Formen auskommen können, lehrt z. B. das Bacterium oligo- carbophilum, das mit noch unbekannten flüchtigen organischen Stoffen, die in der Atmosphäre vorkommen, sein Auslangen findet und aus diesem Grund auch als ,, Luftreiniger" bezeichnet worden ist. Ein Bakt erien (Physiologie) 79Ö zweiter Punkt ist der, daß die Ansprüche der Bakterien nicht unwandelbar sind. Wir werden zum Schluß, wenn wir einen kurzen Blick auf Vererbungsfragen werfen, noch hören, daß Anpassungen an bestimmte Nährstoffe stattfinden können; auch jene Wasserbakterien, von denen wir eben sprachen, können allmählich an die Bewältigung größerer Stoff mengen gewöhnt werden. Eine An- passungsfähigkeit an die Quahtät sowohl als auch an die Quantität von Nährstoffen ist also nachweisbar. In weitgehendem Maße ist ferner die Assimilierbarkeit der Stoffe von äußeren Bedingungen abhängig, vom Luftzutritt, von der gleichzeitig vor- handenen Stickstoff quelle usw.; eine Ivohlen- stoffquelle, die allein unfähig ist, eine Art zu ernähren, kann dadurch tauglich werden, daß andere gleichzeitig geboten werden. Jeder dieser Stoffe übernimmt dann eben die Teilfunktionen des gesamten Leben- getriebes, denen er genügen kann. Lehrreich ist das Verhalten eines Spalt- pilzes bei Darbietung zweier (oder mehrerer) Nährstoffe, deren jeder auch allein ausreichen würde. Meist werden beide nicht gleich- zeitig verarbeitet, der Spaltpilz wählt viel- mehr je nach seiner Eigenart nach sonstigen Lebensbedingungen zwischen ihnen aus, er trifft eine ,,Elektion der organischen Nähr- stoffe". Das klassische Beispiel dafür ist dies, daß bei Darbietung von Rechts- und Links- weinsäure die Bakterien zuerst vorwiegend die Rechts-, dann erst die Linksweinsäure aufnehmen und verarbeiten, worin eine Methode zur Trennung beider gegeben ist; auch bei Darbietung verschiedener Mandel- säuren findet man solche Elektion. Bekannt ist ferner, daß Gelatine bei Gegenwart von Traubenzucker nicht verflüssigt oder später angegriffen wird, als beim Mangel dieses Kohlehydrats, sodann daß Harnstoff durch Traubenzucker gedeckt wird. Bacterium vulgare, in reinem Fleischwasser gezüchtet, zerstört in großem Umfang dessen Eiweiß- stoffe unter Ammoniakabspaltung und da- durch bedingter Alkalisierung der Lösung; fügt man Zucker hinzu, so werden die P^iweiß- körper zum Teil geschützt und der Zucker unter Säuerung der Lösung verarbeitet. Wir haben hier gleichzeitig ein gutes Beispiel dafür, daß der Stoffwechsel nicht an feste Bahnen gekettet ist: werden nur die Eiweiß- körper des Fleischwassers geboten, so müssen sie sowohl dem Aufbau wie der Lieferung von Energie dienen, bei Zuckergegenwart wird die Funktion der Energieheferung aber in erster Linie von diesem getragen, eine so weitgehende Zerlegung der Proteine, wie bei Zuckermangel, ist dann nicht erforderlich. Der Stoffwechsel, so sagt man, wird in jedem Einzelfall „regulatorisch" gelenkt und bald auf diese, bald auf jene Weise das Bedürfnis der lebenden Zelle befriedigt. Das Gegen- stück zu den Elektionsversuchen liegt dann vor, wenn mehrere Bakterienarten gleichzeitig mit demselben Nährstoff in Mischkultur gefüttert werden. Dies ist das beste Mittel, um sich über das Zusammen- wirken derselben in der freien Natur, wo Reinkulturen fehlen, eine Anschauung zu bilden, und es steht auch nichts dem Versuch entgegen, solchen Mischkulturen zweier oder mehrerer Bakterien gleichzeitig verschiedene Nährstoffe zu bieten, um die Kulturbe- dingungen den natürlichen noch mehr anzu- nähern. Entweder entwickelt sich ein Kampf, in dem die einen Arten unterliegen, oder es macht auch die eine Art der anderen erst bestimmte Stoffe zugänglich. Führen wir einer Mischkultur zweier Arten, von denen nur eine die Cellulose verarbeiten kann, dies Kohlehydrat als einzige Kohlen- stoffquelle zu, so kann es vorkommen, daß beide sich gleichzeitig gleich kräftig ent- wickeln, indem die eine von den durch die andere gebildeten Zersetzungsprodukten der Cellulose lebt .und jener irgendwelche Gegendienste leistet. Daß anaerobe Arten in Mischkultur mit aeroben durch diese vor dem Sauerstoff der Luft geschützt, Stoffe verarbeiten können, die sie sonst nur bei Sauerstoffabschluß verwerten können, ist endlich ein weiteres gutes Beispiel für günstige Beeinflussung einer Bakterienart durch eine andere. Findet gegenseitige günstige Beeinflussung statt, so würde man von Symbiose reden; interessante Beispiele dafür finden sich im Artikel über ,,Stick- stoff bindende Bakterien". Li den meisten Fällen ward jedoch wie in der Kultur so auch in der Natur nicht eine gleichzeitige Entwickelung stattfinden sondern eine „Metabiose", indem zuerst die eine Art die Höhe der Entwickelung erreichen wird, um dann erst durch die andere mehr oder weniger plötzlich verdrängt zu werden. 3b) Dissimilation und Stoffabgabe. Gärungen. Die Betriebsenergie liefernden Dissimilationsvorgänge bestehen in Stoff- zertrümmerungen, wobei die in diesen ruhende chemische Energie in Freiheit gesetzt und für die Lebenstätigkeit disponibel wird, Ueber den Dissimilationsstoffwechsel der Autotrophen haben wir auf S. 793 das Nötige schon gesagt, wir halten uns im folgenden an die Zerstörung organischer Stoffe im Stoffwechsel der Heterotrophen. Da haben wir zweierlei iVrten zu unter- scheiden, einmal diejenigen, welche durch Eingriff des Sauerstoffs" erfolgen und als langsame Verbrennungen sich charakteri- sieren, sodann Zersetzungen, die ohne den Sauerstoff stattfinden. Diese können ent- weder in einfachen hydrolytischen Spal- tungen organischer Stoffe, z. B. Zuckerarten, 79G Bakterien (Physiulogie) bestehen oder auch in komplizierteren Zer- setzungen, die derartig verlaufen, daß aus einem Stoff ein reduziertes und ein oxy- diertesProdukt hervorgeht, Zertrümmerungen, die derart gedacht werden können, daß der Sauerstoff innerhalb des Moleküls des zer- fallenden Stoffes wandert. Man faßt sie darum als intramolekulare Atmung zusammen. Weil bei dieser ein Teil des Stoffes unter Energieverbrauch reduziert werden muß, wird viel mehr Substanz bei der intramoleku- laren als bei der normalen Sauerstoffatnuing zerstört werden müssen, damit derselbe Energiegewinn herauskommt; das ist einer der wesentHchsten Gründe, -warum intra- molekulare Atmungsvorgänge oft so großen Umfang annehmen. Der bekannteste, aller- dings bei Bakterien nur wenig ausgeprägte Fall ist die alkoholische (lärung, bei der Zucker in Alkohol als reduziertes und Kohlen- säure als oxydiertes Produkt zerfällt. Prin- zipiell verlaufen die meisten Fälle bakterieller, unter Abwesenheit des freien Sauerstoffs vor sich gehender Dissimilationsprozesse ebenso ; nur kann man nicht sagen, daß ein einziger Stoff in der besagten Weise zerfällt wird, muß sich vielmehr begnügen zu sagen, daß das zur Verfügung stehende Stoff- gemisch unter Energiegewinn dergestalt zer- legt wird, daß mehr oder minder reduzierte und mehr oder minder oxydierte Produkte gebildet werden. Wir können das Ergebnis dieser Betrachtungen auch so fassen: Oxy- dationen finden statt auf Kosten von ge- bundenem Sauerstoff. Wir können nun (vgl. S. 791) mit Rück- sicht auf die Dissimilation die gesamten Bakterien in zwei große Gruppen einteilen, in diejenigen, deren Dissimilation lediglich in intramolekularer Atmung und analoger Stoffspaltung ohne freien Sauerstoff besteht; sie vermögen zwar geringe Mengen von freiem Sauerstoff, soweit sie solche vertragen können, ebenfalls in den Stoffwechsel zu ziehen, können aber auch ganz ohne solchen auskommen, das sind die anaeroben Bak- terien, und in diejenigen, welche ebenfalls derartige ohne Eingriff des freien Sauerstoffs verlaufende Stoffzersetzungen unterhalten, aber außerdem zu ihrem Leben Verbrennungen unterhalten müssen, also bei gänzlichem Ausschluß von Sauerstoff nicht leben können, die sogenannten aeroben. Als dritte Gruppe unterscheiden wir die fakultativ anaeroben, welche sowohl bei Zutritt des Sauerstoffs gedeihen, als auch ohne solchen auszukommen vermögen. Diese Einteilung ist, wie früher gesagt, ein Notbehelf, der aber beim heutigen Stand unserer Kenntnisse für ernährungsphysiolo- gische Betrachtungen einigermaßen ausreicht. Wenden wir uns nun den dissimilato- rischen Stoffumwandlungen zu, so bestätigt uns schon die rohe Untersuchung des Gas- austausches das eben Gesagte. Aerobe Kulturen bringen Sauerstoff zum Verschwin- den; an ausgehauchten Gasen finden wir sowohl total oxydierte Kohlensäure und Wasserdampf, daneben aber, bei anaeroben auch reduzierte, vor allem Wasserstoff und Methan, mit deren Entweichen den anaeroben ein beträchtlicher Besitz an chemischer Energie verloren geht, da sie dieselben nicht verbrennen können, sondern dies Gut anderen ujid zwar aeroben (wäe wir sahen, autotrophen Bakterien) überlassen müssen. Die entweichenden Gasmengen sind oft recht bedeutend, vielfach, zumal bei an- aeroben Kulturen, ohne weiteres dem bloßen Auge sichtbar. Viel untersucht ist zumal bei anderen Gewächsen das Verhältnis der ausgeatmeten Kohlensäure zu dem gleichzeitig aufgenommenen Sauerstoffquantum. Bei aeroben Bakterien hat sich gezeigt, daß dies gleich 1 sein kann, z. B. bei Azotobacter, der Kohlehydrate glatt zu Wasser und Kohlensäure verbrennt, dann ist dies Ver- hältnis auch zu erwarten. In vielen Fällen weicht es aber ab von 1, wird z. B. kleiner werden, wenn die Oxydationen nicht bis zur Aushauchung von Kohlensäure sondern nur bis zur Bildung von organischen Säuren führen, die zumal bei reichlicher Zuckerzufuhr und Verminderung der Zufuhr stickstoffhaltiger Nährstoffe in erheblicher Menge aufzutreten pflegen. Wenn ferner z. B. Sauerstoff gespeichert wird, wie wir das für manche farbstoffbildende Bakterien kennen gelernt haben, und die ausgehauchte Kohlensäuremenge gleich bleibt, so ward es ebenfalls kleiner werden; wenn dann nach einiger Zeit dieser gespeicherte Sauerstoff verwertet wird, so muß es wachsen. Wir wollen jetzt die Umsetzungen, die einige wichtige Stoffe im aeroben und anaeroben Dissimilationsstoffwechsel er- leiden, betrachten, ohne dabei zu vergessen, daß derartige Spaltungen und Oxydationen auch dazu berufen sind, Bausteine für den Abbau zu bilden. Eine der wichtigsten Aufgaben der Bak- terien im Haushalt der Natur, der Abbau der Eiweißkörper, wird an anderer Stelle (vgl. den Artikel ,, Fäulnis") behandelt. Die dissimilatorische Umwandlung anderer stickstoffhaltiger Stoffe verfolgen wir hier gleichfalls nicht im einzelnen. Bezüglich des Abbaues von Aminosäuren sei gesagt, daß aus Asparagin Ammoniak abgespalten und Asparaginsäure unter Bildung von Bernstein-, Essigsäure und Kohlensäure zerlegt wird, z. B. durch enzymatische Tätigkeit des Bac- terium prot eu s. Ein stickstoffhaltiger Gerüststoff von vielen Tieren und niederen Pflanzen, das Chitin, wird von bestimmten Bakterien Bakterien (Physiologie' 797 (Bacterium chitinovorum) verarbeitet unter xVmmoniakabspaltung und genügt als einziger Kraft- und Baustoff. Allbekannt ist die Vergärung des Harn- stoffs durch die „Urobakterien", die nach der Gleichung verläuft CON2H4 + 2H2O = (NH4)2C03 + 7 Kai. eine Hydrolyse, die als energiespendender Vorgang anzusehen, vielleicht den Harn- stoffbakterien aber auch dadurch von Be- deutung ist, daß durch die starke Alkali- sierung des Substrats andere Bakterien unterdrückt werden. Die Fähigkeit zur Verseifung des Harnstoffs ist weit verbreitet und bald in höherem, bald in geringerem Maße ausgebildet. x\ls der energischste Zerstörer des Harnstoffs gilt Urobacillus Pasteurii. Aus Reinkulturen von Harn- stoffbakterien kann das diesen Gärung be- wirkende Enz} m (Urease) dargestellt werden. Auch die Zerspaltung von Harn- und Hippur- säure durch Bakterien ist Gegenstand der Forschung gewesen. Gehen wir über zu den Kohlehydraten, so kommen wir zu dissimilatorisch ganz be- sonders wichtigen Stoffen, welche sowohl den aeroben als den anaeroben Spaltpilzen besonders häufig als bevorzugte Kraftquelle dienen. Die Aeroben oxydieren die ver- schiedensten Kohlehydrate entweder voll- ständig unter Bildung von Kohlensäure und Wasser, oder auch unvolUcommen, dann entstehen organische Säuren der ver- schiedensten Art. Säurebildung aus Kohle- hydraten, so sahen wir schon früher, ist eine der häufigsten Erscheinungen im Bakterien- leben, und wenn Säurebildung sehr reichlich [ stattfindet, so spricht man von oxydativen | Säuregärungen der Kohlehydrate (Glykose- säuregärung u. a.). Für uns sind aber be- sonders beachtenswert diejenigen Zerlegungen , der Kohlehydrate, bei denen freier Sauerstoff nicht in der chemischen Gleichung erscheint. Wir stoßen hier auf die typischsten durch Bakterien erzeugten „Gärungen". Zuerst die Milchsäuregärung, rücksichtlich deren wir auf den Artikel „Milchsäuregärung" verweisen. Durch bestimmte Milchsäure- bakterien (Bacterium lactis aerogenes) wird unter bestimmten Ernährungsbedin- gungen vorwiegend Essigsäure gebildet, man spricht in diesem Fall auch von anaerober Essigsäuregärung der Kohlehydrate (CgHiaOg = 3C,H,0,). Während Milchsäuregärung durch Sauer- stoffentzug gefördert wird, aber auch bei Sauerstoffzutritt vor sich gehen kann, ist die Buttersäuregärung an Sauerstoff- abwesenheit gebunden; dieser Vorgang ist der erste biologische Prozeß, an dem luan Lebenstätigkeit ohne Sauerstoffzutritt sicherstellte und auch die energetische Be- deutung solcher im luftfreien Raum vor sich gehender Zerspaltungen erkannte. Eine Gleichung der Buttersäuregärung, die von Milchsäure ausgeht, und annimmt, daß außer Butter- auch Propionsäure, Ameisensäure und Gase gebildet werden, lautet: GCaHgOg = 2C4H;02 + 2C3H,02 + CH2O2 + 3CO2 + 2H2O + H2 + 51 Kai. Bei Buttersäuregärung der Zuckerarten würde noch der Energie- gewinn hinzutreten, der bei der Milchsäure- gärung des Zuckers erzielt wird. Was die Verarbeitung von Polysacchariden anlangt, so wird Stärke von vielen Bak- terien als Nahrung verwertet und zerlegt. Besonders augenfällig in seiner Bedeutung für den Stoffwechsel in der Natur ist die durch Mikroorganismen bewirkte Zerlegung der Cellulose, die jahraus jahrein in unge- heuren Mengen in Wald und Feld gebildet wird. Vgl. den Artikel ,,Gärung". Auch die Pektinkörper, welche die Mittellamellen der Zellwände höherer Pflan- zen bilden, werden von Mikroben, so auch von verschiedenen Bakterien zerlegt, die ihrerseits nicht die Befähigung haben, die Cellulose anzugreifen. So dient die Tätigkeit dieser Bakterien, welche die Zellen, z. B, Bastfasern, isolieren, aber nicht die Zell- wände zerstören, bei der sogenannten Rotte des Hanfs und Leins auch dem Menschen. Es gibt Pektinvergärer, Buttersäurebildner, die logen speichern und bei der Sporen- bildung ilu'e sonst stäbchenförmigen Zellen Spindel- oder trommelschlägelartig an- schwellen lassen (Bacillus pectino- vo ru s). Auch andere Arten, wie Bacillus asterosporus, sind dazu befähigt. Der Agar-Agar ( Gelose, d. h. ein Gemenge von Polysacchariden, welche die Zellwände der Rotalgen aufbauen) verfällt gleichfalls bestimmten Bakterien, z. B. dem Bac- terium gelaticum, einer Meeresbak- terie , die wenigstens bestimmte Bestand- teile des Agars hydrolysiert und für den Stoffwechsel im Meere wichtig ist. Neuer- dings werden noch einige andere Arten be- schrieben, die gleichfalls Agar lösen, während diese Befähigung den meisten Bakterien abgeht. Nur kurz können wir darauf hinweisen, daß Gummiarten und verwandte Anhydride von Hexosen und Pentosen Bakterien zum Opfer fallen. So sehen wir denn, wie die mannig- fachsten Kohlehydrate dem Bakterienstoff- wechsel zugänglich sind und unter Ent- stehung charakteristischer Produkte zer- fallen (Butter-, Milchsäure u. v. a.). In be- stimmten Fällen, in denen die Produktion eines Stoffes derart gesteigert wird, daß er ganz besonders auffällt , benennt man die betreffende Zersetzung nach ihm als Buttersäuregärung, Milchsäuregärung usw. Ganz scharfe Trennung von anderen Zer- 798 Bakterien (Physiologie) Setzungen, in denen diese Produkte ebenfalls, nur nicht so reichlich entstehen, ist aber nicht möghch, unterscheiden sich die Er- reger dieser Gärungen doch nicht durch eine den anderen Bakterien abgehende Be- fähigung, sondern nur dadurch, daß sie die Be- fähigung im besonders großen Maße besitzen. Im Betriebsstoffwechsel der Bakterien werden vielfach Fette in Glyzerin und Fettsäure gespalten. Desgleichen sind Zer- setzungen von Alkoholen häufig untersucht. An Oxydationen von Alkoholen seien zu- nächst erwähnt die Oxydation des Sorbits zu Sorbose und des Glyzerins zu Dioxyaceton durch Bacterium xylinum, des Mannits zu Fruktose durcli Bacterium aceti. Am besten bekannt ist aber die Essig- säuregärung des Alkohols (vgl. den Artikel ,, Gärung"). Sehr wichtige Bau- und Betriebsstoffe sind auch die Fettsäuren, das geht schon daraus hervor, daß wir diesen in den obigen Auseinandersetzungen so häufig schon be- gegnet sind. Dieselben werden in der mannig- fachsten Weise zerspalten oder unter Sauer- stoffzutritt oxydiert. Wir ersparen uns auf Einzelheiten einzugehen. Was die ,, Kinetik" der Dissimilations- vorgänge anlangt, so haben wir schon aus- geführt, daß es vielfach gelungen ist, sie als Folgen enzymatischer Wirkung darzustellen. Die Frage, ob und wieweit aerobe Atmungs- vorgänge durch oxydierende Enzyme in Gang gesetzt werden, wollen wir hier gar nicht anschneiden, da nichts Sicheres da- rüber bekannt ist. Während alle echten Dissimilationsvor- gänge unter positiver Wärmetönung ver- laufen, die Assimilationsvorgänge (die Bil- dung von organischer Substanz aus Kohlen- säure und Wasser, die Bildung von Kohle- hydraten aus Fettsäuren, die Bildung von Fett aus Kohlehydraten, die Entstehung der Aminosäuren aus den zugehörigen Fett- säuren, die Verkuppelung der Aminosäuren zu Peptiden und endlich zu Proteinen, um nur einige der wichtigsten mehr beiläufig zu nennen), aber unter Wärmebindung, gibt es nun einige Stoffumwandhingen, die zwar zu ihrer Einleitung der Energiezufuhr er- heischen, gleichwohl aber in nahe Be- ziehungen zu Dissimilationsvorgängen stehen, die Denitrifikation und die Desulfu- ration. Denitrifikation heißt die bei einer nicht geringen Zahl von heterotrophen Bakterien zu beobachtende Erscheinung, daß Nitrite oder Nitrate, oder beide unter Entbindung von Stickoxydul. Stickoxyd und Stickstoff vergast werden. Bakterien, welche nur Nitrite zerlegen, können bei Zufuhr von Nitraten nur dann denitrifizieren, wenn sie in Misch- kultur mit irgend einem anderen Spaltpilz gezüchtet werden, der seinerseits Nitrate zu Nitriten reduziert, und diese Befähigung ist ganz außerordentlich weit verbreitet. Die Reduktion von Nitraten zu Nitriten und die Entbindung von Stickoxydul, Stick- oxyd und Stickstoff sind nun Vorgänge, die Energie binden, wie die folgenden Gleichungen, die unter der Voraussetzung, daß nur Stick- stoff, kein Stickoxydul frei würde, auf- gestellt sind: HNO3 + 184 Kai. = HNO2 +0 HNOo + 308 Kai. = H -f N + 20. Doch entsprechen dieselben der Wirklich- keit nicht, denn ganz abgesehen davon, daß nicht freie Säuren zerlegt werden, son- dern Salze, wird der freie Sauerstoff, der auf der rechten Seite der Gleichung erscheint, tatsächlich aus den Kulturen nicht frei, sondern sogleich zu Oxydationszwecken ver- wendet. Und berechnet man nun, wieviel Energie bei der Oxydation der organischen Stoffe des Nährbodens (Zucker, Pentosen oder andere Kohlehydrate, organische Säuren, Alkohol, der für denitrifizierende Bakterien ein sehr guter Nährstoff ist) frei wird, so eigibt sich, daß hierdurch weit mehr Energie gewonnen als bei der Reduktion von Nitrat oder Nitrit gebunden wird (CgHioOg -f 0., = 6C0, + 6H2O + 668 Kai). Beide Vorgänge zusammen liefern also Energie und sind so- mit den Dissimilationsprozessen zuzuzählen. Dasselbe Ineinandergreifen von Reduktion und Oxydation, das für das Leben anderer Bakterien bei Sauerstoffentzug charakte- ristisch ist, findet sich auch hier, aber in fein säuberlicher Weise auseinandergelegt, insofern als die Reduktion anorganische, die Oxydation die organischen Stoffe des Nähr- bodens betrifft. Daß diese Erklärung der Denitrifikation als einer inneren Atmung zutrifft , wird unzweideutig dadurch be- wiesen, daß manche denitrifizierenden Bak- terien nur dann anaerob leben können, wenn ihnen Nitrate oder Nitrite zugeführt werden. Sonst ersticken sie ohne Luft- zufuhr. Im übrigen sind die Beziehungen der denitrifizierenden Bakterien zum freien Sauerstoff noch nicht ganz klargestellt. Daß in natura jedenfalls durch Einschrän- kung der Lüftung Denitrifikation befördert werden kann, lehrt u. a. die Erfahrung der landwirtschaftlichen Bakteriologie, daß auf ein und demselben Ackerboden, auf welchem unter normalen Bedingungen keine Stick- stoffentbindung zu beobachten ist, eine solche durch starke Bewässerung und dadurch bewirkte Hemmung des Sauerstoffzutritts hervorgerufen werden kann. Uei)er denitrifizierende Schwefelbakterien vgl. den Artikel „Bakterien. Schwefel- bakterien". Die biologisch gleiche Bedeutung besitzt nun zweifellos die Desulfuration, d. h. die Bakterien (Physiologie) 799 Reduktion von schwefelsauren Salzen. Diese wird durch anaerobe Spaltpilze, die den bei dieser Reduktion verfügbar werdenden Sauerstoff für Oxydationszwecke verwenden, durchgeführt. Um die Güte einer Nährlösung zu ermitteln, kann man das Gewicht einer nach einer bestimm- ten Zeit gewachsenen Bakterienvegetation be- stimmen und mit dem Gewicht einer bei an- derer Ernährung erzielten Ernte vergleichen. Unter Einbeziehmig der gleichzeitig erfolgten Dissinülation kann man sodann feststellen, wie groß die Ernte ist, die auf Kosten einer bestimmten ^lenge dissimilierter Stoffe gebildet wird: Man bestimmt nach abgelaufener Kultm- dauer erstens das Gewicht der Ernte, zweitens das Gewicht des verbrauchten organischen Nähr- stoffes, um aus dem Verhältnis beider, dem so- genannten ,, ökonomischen Koeffizienten", zu ermitteln, ob die Bakterien melir oder minder ökonomisch gearbeitet haben. Im allgemeinen zeigt sich, daß die Oekonomie um so größer, je günstiger die Lebensbedingmigen sind. Sodann zeigen sich spezifische Differenzen. Die einen Bakterienarten müssen als ökonomischere Arbeiter als die anderen bezeichnet werden. Noch rich- tiger ist es, nicht Gewichtsmengen mit ein- ander zu vergleichen, sondern Kalorien. Man bestimmt den Verbrennmigswert (chemischen Energieinhalt), der in der Nährlösung ursprlmg- lich vorhandenen Nährstoffe, der nach der Ernte noch übrig gebliebenen organischen Stoffe und endlich der Ernte selbst imd kann auf solche Weise ermitteln, wie\'iel chemische Energie unter den betreffenden Kultiubedingungen frei ge- macht werden mußte, um eine bestimmte Menge chemischer Energie in den organischen Stoffen der Ernte festzulegen. So hat man z. B. beim Bacterium proteus gefunden, daß die Aus- nützung der Nährstoffe für Bauzwecke gering ist, wenn die Lösung zu stark alkalisch ist mid dadurch die Lebensbedingmigen verschlechtert werden. Auch Bacterium pyocyaneum arbeitet mrter schlechten Lebensbedingungen weniger ökonomisch. Auf gleiche Weise ist auch festgestellt worden, wie sich das Verhältnis der für Kraftzwecke verbrauchten stickstoffhaltigen zu den für gleiche Zwecke verbrauchten stickstofffreien Stoffen ge- staltet; da hat sich denn gezeigt, daß echte Fäul- niserreger, wie Bacterium proteus, mehr stickstoffhaltiges Material für- Kraftzwecke ver- brauchen als andere Arten, z. B. der Vibrio Finkler Prior. Ersterer charakterisiert sich also insofern als echter Erreger einer Eiweiß- fäulnis, als er Eiweiß nicht niu" für Bau-, sondern auch für energetische Zwecke weitgehend ver- wendet, während es füi" die andere Art kenn- zeichnend ist, daß sie stickstoffhaltiges Material in erster Linie für Bauzwecke verwendet, und stickstofffieies Material als Energiequelle ver- wertet. 4. Produktion von Licht und Wärme. Die wesentlichste Form des Energiewechsels im Bakterienleben haben wir soeben bei Behandlung des Stoffwechsels schon kennen gelernt. Die Verwertung der Energie in Form chemischer Energie hat für die Bak- terien wie für alle anderen Lebewesen den Vorteil, daß solche in sehr kompendiöser Form aufbewahrt und jederzeit ohne weiteres bei Bedarf aktiviert werden kann. Wir werfen nun noch einen Blick auf die Energie, welche als Wärme und als Licht die Bak- terienzelle verläßt, nachdem sie, der Zerlegung von Stoffen mit chemischem Energieinhalt entstammend, vorher die mannigfachsten Arbeitsleistungen im Dienste der Zelle voll- bracht haben mag. Zuerst die Produktion von Wärme. Bedingung dafür, daß man die auf Atmung und Gärungserscheinungen zurückzuführende Temperaturerhöhung nach- weisen kann, ist eine Anordnung, daß die Wärme sich nicht sofort verteilen kann, also Ansammlung von Bakterienmassen in dichten Haufen, welche aus einem die Wärme schlecht leitenden Material bestehen, und das gleichzeitig für die Dissimilation ge- eignete Nälu'stoffe, Wasser usw. birgt. Solche Bedingungen sind bekanntlich gegeben in jenen Heu-, Laubhaufen usw., in denen durch die Tätigkeit der darin hausenden Bakterien und anderen Mikroorganismen die Tem- peratur ganz beträchtlich, bis auf 70° und mehr steigen kann, eine Steigerung, in der dann schließlich die ,, selbsterhitzten" Massen durch Austrocknung und durcli schädliche Stoff Wechselprodukte steril werden, auch in einen Zustand geraten können, in dem sie bei plötzlichem ungehindertem Sauerstoffzutritt sich entzünden (pyrophorer Zustand). Beim Zusammenschichten von Gras, lebenden Blättern usw. kann man beobachten, daß zuerst durch die Atmung dieser höheren Gewächse eine gewisse Temperaturerhöhung eintritt, daß dann nach dem Tod jener wieder ein Abfall sich geltend macht, bis durch die nun einsetzende Bak- terientätigkeit wieder Steigerung eintritt, die bis zu den eben genannten hohen Wärme- graden fortschreiten kann. Daß diese Er- wärmung auf Mikroben zurückgeht, ist zweifelsfrei dadurch zu beweisen, daß Sterili- sierung sie verhindert. iVnaerobe Dissimi- lationsprozesse reichen zur Erzielung einer so gewaltigen Erhitzung nicht aus, vielmehr wird sie durch Sauerstoffentzug verhindert. Eine leicht nachweisbare, wenngleich nicht so hochgehende Erwärmung kann man aber auch dann beobachten, wenn gärende Massen ohne Luftzutritt gehalten werden. Die durch Bakterientätigkeit bewirkte Tem- peraturerhöhung hat man übrigens auch im Kalorimeter gemessen. Für die Bakterienwelt hat diese Er- wärmung von Heuhaufen und ähnlichem Material insofern Bedeutung, als sie Stand- orte schafft für solche Bakterien unserer Breiten, welche hoher Temperaturen be- dürfen. Davon später. Thermophile Tropen- bakterien finden in dem Boden tags- 800 Bakterien (Pliysiologie) über während hinreichend langer Zeit die nötige Temperatur. Produktion von Licht: Die „Leucht- bakterien" senden einen Teil der Energie, die ihre Zellen verläßt, als Lichtstrahlen aus. Ihr Licht hat ein kontinuierliches Spektrum von violett bis gelb und ist unter günstigen Bedingungen so stark, daß beispielsweise Keimlinge höherer Pflanzen sich nach ihm hinkrümmen können. Ein ,, Leuchtstoff" wird nicht ausgeschieden, nur die Zellen selbst leuchten; falls also die Lichtentwicke- lung durch einen bestimmten Stoff, die durchaus hypothetische ,,Luciferase", bewirkt wird, so ist dieser streng intracellular. Manche Leuchtbakterien können zwar auch ohne Sauerstoff leben, das Leuchten ist aber unbedingt an Sauerstoff zutritt gebunden und ist ein sehr feines in der bakteriolo- gischen Technik auch verwendetes Reagens auf äußerst geringe Sauerstoffspuren. Die Leuchtbakterien sind großenteils Meeres- bakterien, sind aber auch auf dem Festland weit verbreitet und finden sich vielfach auf Fleisch ein, das man mit 3% Kochsalzlösung übergießt und bei nicht zu hoher Tempe- ratur hinstellt. Sie bedürfen zum Wachstum und Leuchten außer den Nährsalzen einen gewissen Salzgehalt des Substrates. Aus dem Süßwasser (Eibvibrio) sowie aus Kot isoherte Leuchtbakterien können solchen Salzzusatz entbehren. Mit Rücksicht auf die Ernährung sind sie recht anspruchsvolle Kohlenstoff -Peptonbakterien, wenigstens gilt das von den genauer untersuchten, andere sollen weniger anspruchsvoll sein. Züchtet man sie auf Peptonnährböden ohne be- sondere Kohlenstoffquelle, so können sie nicht leuchten, bringt man aber einen Tropfen einer Zuckerlösung hinzu, so erfolgt sofortiges Aufleuchten, ein Zeichen, daß Wachstum und Leuchten nicht Hand in Hand zu gehen brauchen; auch hat man beobachtet, daß das Leuchten verloren gehen kann und zwar auf die Dauer, ohne daß das Wachstum sonst irgendwie behindert würde. Eine interessante Methode des Nachweises von Enzymen bedient sich der Leuchtbakterien: Stärke ist als Kohlenstoffquelle nicht ge- eignet Leuchten zu bewirken, ist kein ,, Licht- nährstoff". Wenn gleichwohl Aufliringen von Stärkekleister auf Böden, die mit Leuchtbakterien beimpft sind, Aufleuchten zur Folge hat, so zeigt dies an, daß ver- zuckernde Enzyme im Nährboden vorhanden sein müssen, welche Stärke in den Licht- nährstoff Zucker verwandelt haben. Da über die Mechanik des Wachstums der Bakterienzelle kaum etwas bekannt ist, wenden wir uns nun zur Frage nach dem Einfluß verschiedener Faktoren der Außen- welt auf das Bakterienwachstum und Bak- terienleben. 5. Allgemeine Lebensbedingungen. Auf die Bakterien wirken die Lichtstrahlen und zwar zumal die blauen, violetten und ultra- violetten schädhch, sobald sie eine hin- reichende Intensität besitzen. Sauerstoff- zutritt befördert die Schädigung. Agar- nährböden, die vorher belichtet waren, erlauben nachträglich auch im Dunkeln kein so gutes Wachstum als solche, die gar nicht behchtet worden waren; das wird auf Bildung von Wasserstoffsuperoxyd unter dem Einfluß der Belichtung zurück- geführt. Bei hinreichend langer und kräftiger Einwirkung tötet das Licht die Bakterien, und zwar nicht nur vegetative Zellen, sondern auch Sporen. Bei mäßigerer Wirkung hemmt das Licht bloß das Wachstum ohne zu töten oder schädigt die Zellen in sonstiger Weise. Bei pathogenen wird die Virulenz herabgesetzt, bei farbstoffbindenden die Farbstoff bildung gehemmt; hierbei zeigt sich auch eine Nachwirkung, indem auch die Deszendenz beleuchteter Zellen, die im Dunkeln wachsen, gleichfalls eine Zeitlang keine Fari.stoff bildung aufweisen. Durch gleichzeitige Anwesenheit fluoreszierender Farbstoffe (Eosin) kann die schädhche Wir- kung der Lichtstrahlen vermehrt werden. Die Wirkung von Radiumstrahlen auf Bakterien wurde untersucht mit wechselndem Erfolg , desgleichen die Wirkung von Röntgenstrahlen. Abhängigkeit des Bakterienlebens von der Temperatur: Die Lebenstätig- keit der Bakterien spielt sich etwa zwischen den Temperaturgrenzen 0" und 70° ab, doch gilt das nur für die Bakterien in ihrer Gesamtheit; bei den einzelnen Arten sind die Grenzen viel näher gerückt und die Lebenstätigkeit vieler Arten ist z. B. zwischen die Grenzen 3 und 45° eingeschlossen. Da man bei den verschiedenen Arten äußerst verschiedene Ansprüche findet, muß man mit Rücksicht auf diese i\nsprüche zur besseren Uebersicht die Bakterien in mehrere Gruppen unterbringen. Von medizinischer Seite stammt der Vorschlag drei Gruppen zu bilden, die Psychrophilen (0 bis 30"), die Mes ophilen (10 bis 45°) und die Thermo - philen (40 bis 70°). Etwas anders lautet eine von botanischer Seite vorgeschlagene Ein- teilung, die wir hier genauer wiedergeben wollen. Man zieht eine Grenze bei 25" (Zimmer- temperatur) und nennt alle Bakterien, die bei 25° nicht mehr wachsen, sondern niu" bei höherer Temperatur, thermophil. Liegt deren Maxi- mum sehr hoch, bei 60 bis 70°, so redet man von Orthothermophilen. Liegt dasMaximum zwar hoch, etwa bei 50°, findet aller bei niederer Tem- peratur besseres Wachstum statt, so spricht man von thermotoleranten Arten. Liegt das Op- timum hoch, findet aber auch bei niederer Tem- peratur noch Wachstum statt, so nennt man die Bakteriell (Physiologie) 801 Arten psvchrotolerant. Liegt das Maxinmm relativ tief, höchstens bei 35», so hat man psy- chrophile Formen vor sich und aus diesen hebt man als orthopsychrophil die heraus, die bei recht niederer Teinperatur besonders gut gedeihen. Orthothermophil wäre hiernach Bacillus calfactor, der sich in bakteriell erhitzten Heuhaufen findet, sobald die Tempera- tm- beginnt, 40" zu übersteigen mul der dann die Temperatur bis auf 70» hinauftreibt. Thernio- phil wäre z. B. der Tuberlaüoseerreger oder der Influenzabazillus, dessen iVIinimum bei 25" liegt. Thermotolerant sind Bacillus subtilis, vulgatus. Psychrotolerant wären die meisten pathogencn Arten, Bacillus anthracis, typhi u.a. Psychrophil wären Bacterium fluores- cens, coli, mycoides u. a. und endlich ortho- psychrophil Bacterium phosphoreum. Die genannten Zahlen beziehen sich auf das Wachs- tum dmch Zellteilung. Andere Fimktionen der lebenden Bakterienzelle haben teilweise andere Temperaturgrenzen. Die Sporenbildung scheint stets in engere Grenzen eingeschlossen zu sein, als die Zellteilung. Durch Züchtung bei hoher Temperatur, die sich zu weit vom Optimum entfernt, kann man asporogene Rassen erhalten, die die Fähigkeit zur Sporenbildung erst nach einiger Zeit der Kultur bei günstiger Tem- peratur wieder erhalten. Häufig beschrieben ist die Erscheinung, daß Essigbakterien durch Kultur bei suprao])timaler Temperatur Involutionsformen (S. 802) bilden. Die Gif- tigkeit pathogener Formen wird ferner durch Ungunst der Temperaturbedingungen abge- 1 schwächt oder vernichtet, desgleichen vielfach : die Farbstoffproduktion chromoparer Arten (so des Bacterium der blutenden Hostie). Das chromophore Spirillum rubrum wird auch durch Zucht bei seinem Maximum, 39" des Farbstoffs nicht beraubt. Die ge- ; nannten Zahlen sind nicht allzu genau zu i nehmen, da sich die Temperaturgrenzen stark mit den sonstigen Bedingungen ver- schieben können: der Choleravibrio ge- 1 deiht auf Kartoffeln nur bei erhöhter Teni- 1 peratur gut, auf Gelatine aber auch bei j niedriger. Gewisse Orthothermophile ge- deihen im Erdboden bei viel geringerer Tem- peratur als auf künstlichen Nährböden. Viel untersucht ist auch das Gebiet der „Anpassungserscheinungen" an höhere Tem- peratur, besonders auch rücksichtlich der Farbstoffbildung und der Erfolg auch dieser Studien w-arnt davor, die Temperatur- grenzen als allzufeste zu betrachten. Beim Anthraxbacillus gelingt es, durch allmähliche x\ngewöhnung die untere Grenze von 14 auf 10" herabzusetzen. Tötung durch extreme Tempe- raturen. Extrem tiefe Temperaturen sind ohne wesenthche Bedeutung; sie werden von den Bakterien ertragen und bewirken höchstens geringe Schädigung. Um so wich- tiger ist die Tötung durch hohe Tempe- Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Band I. raturen, die bekanntlich auch von größter praktischer Bedeutung für den mensch- lichen Haushalt ist. Vegetative Zellen werden schon durch ziemlich niedrige Temperaturen getötet, genaue Zahlenangaben sind schwer zu machen, da die Tötungszeit natürlich in Frage kommt und auch das Medium, in dem die Zellen erhitzt werden. Dienen saure Lösungen als, Medien während der Erhitzung, so genügen schon geringere Temperaturen, um tödliche Wirkung zu haben, als wenn die Zellen in neutralen, unschädhchen Lö- sungen suspendiert w'erden. Es findet sich angegeben, daß die Zellen psychrophiler Arten im feuchten Zustand durch eine Temperatur von 37", die von mesophilen durch 60" und die der thermophilen erst durch 75" abgetötet werden. Vegetative Zellen des Bacillus subtilis werden durch eine Temperatur von 55" in kurzer Zeit getötet. Viel widerstandsfähiger sind, wie männig- lich weiß, die Sporen, auch diese zumal im trockenen Zustand. Feuchte Anthraxsporen, welche Erhitzen auf 70" stundenlang er- tragen, gehen in Wasserdampf von 100" nach 10 Minuten zugrunde. Im trockenen Zustand vertragen sie Erhitzen auf 100" viele Stunden lang. Sporen 'von Bacillus vulgatus, mesentericus und mycoides, und zwar selbst solche, die während 23 Jahren im trockenen Zustand aufgehoben worden waren, wurden durch trockene Hitze von 120 bis 130", die während einer halben Stunde ein- wirkte, nicht geschädigt, sondern erst durch einhalbstündiges Erhitzen auf 145" getötet. Wir kommen zur Besprechung der che- mischen Beeinflussung der Bak- terien durch die Außenwelt, soweit diese Frage nicht bereits bei der Behandlung i des Stoffwechsels erledigt ist. Was zu- I nächst den Wassergehalt der Umgebung angeht, so finden wir auch bei den Bakterien I die mannigfachsten Abstufungen in den An- i Sprüchen und im Anpassungsvermögen. Auf den üblichen Agarnährböden der Mediziner stockt das Wachstum durchschnittlich dann, wenn weniger als 60" o Wasser zugegen ist. Während Bacterium coli bei Gegenwart von 7 bis 10% Kochsalz nicht mehr wächst, : vertragen andere Formen noch bis 25% [ Ob eine Art auf so salzreichen Böden wachsen kann oder nicht, hängt in erster Linie davon ab, ob sie imstande ist, die nötigen Turgorstoffe in ihrem Zellinnern zu bilden bezw. aufzustapeln, um den osmo- tischen Druck des Substrates zu über- winden, nebenbei macht sich aber natürhch auch die chemische Qualität der Salze geltend und wir hörten früher, daß oft Salz- mischungen bei gleicher osmotischer Leis- 51 802 Bakterien (Physiolegie) tung besser vertragen werden, als Lösungen eines einzigen Salzes. Neben dem Gros der Bakterien, bei denen wir die Frage stellen müssen, einen wie hohen osmotischen Druck sie vertragen können, gibt es dann noch andere, die einen gewissen osmotischen Druck nötig haben, um leben zu können, als solche haben wir schon früher die Meeres- bakterien und insonderheit die Leuchtbak- terien kennen gelernt. Anpassungserschei- nungen an stärkere und schwächere Lö- sungen sind vielfach zu konstatieren. Sinkt der Wassergehalt unter die Grenze, unterhalb deren Wachstum möglich ist, und trocknet endlich das Substrat vollständig aus, so trocknen damit auch die Bakterienzellen ein. Viele können auf solche Weise sehr lange aushalten, um bei Befeuchtung des Substrats wieder zu erwachen, andere sterben bald. Abgesehen von der hygienischen Seite dieser Frage ist die Frage der Wider- standsfähigkeit trockener Bakterien be- sonders in bakteriengeographischer Beziehung von großer Bedeutung, wie ohne weiteres einleuchtet. Ln Gegensatz zu den vegetativen Zellen stehen die Sporen. Diese sind, soviel man weiß, durch x\ustrocknen schier über- haupt nicht zu tüten, und bleiben z. B. nach viel jährigem Aufenthalt in trockener Luft noch keimfähig. Möglich ist allerdings, daß weitere Forschungen auch hier noch spezifische Unterschiede aufdecken werden. Die Frage, wielange Zeit Bakterien im trockenen Zustand lebend bleiben, ist übrigens ganz und gar von begleitenden Umständen abhängig, von der Frage, in welchem Substrat sie eintrockneten, ob das Eintrocknen lang- sam oder schnell erfolgte usw. und nicht zu letzt davon, ob auch die letzten Wasser- spuren, etwa im Exsikkator, entzogen werden oder nicht. Was die Beeinflussung des Bakterienlebens durch Gase betrifft, so verweisen wir mit Rücksicht auf den Sauerstoff auf Seite 791, kurz sei sodann erwähnt, daß Wasserstoff und Stickstoff (der letztere, wenn wir von; stickstoffbindenden Bakterien absehen) so- genannte indifferente Gase sind, d. h. sie schaden, wenn überhaupt, lediglich durch Ver- 1 drängung des Sauerstoffs. Die Kohlensäure ' ist in höherer Konzentration für manche Bak- terien ebenfalls indifferent, für andere giftig, i Schreiten wir weiter in der Besprechung der chemischen Beeinflussung des Bakterien- lebens, so laufen wir Gefahr, in ein uferloses Meer zu geraten. Besonders beachtenswert sind auf diesem Gebiet die sogenannten Chemomorphosen, Beeinflussungen derj Gestalt durch die Einwirkung bestimmter ! Stoffe oder Stoffkombinationen. Durch bestimmte Einflüsse können Bakterien, die sonst langgestreckte Stäbchen darstellen, kokkenartige Gestalt annehmen, andere, die gewöhnlich in Form von Zellfäden wachsen, können dazu gebracht werden, als Einzel- individuen zu erscheinen usw. Durch Gegen- wart bestimmter Stoffe können Spaltpilze, die sonst ohne Gallerthülle zu wachsen pflegen, eine solche ausbilden; man hat derselben wohl in diesem Falle auch eine Schutzfunktion gegen Schädigung durch diese Stoffe zugeschrieben, und umgekehrt fehlt unter dem Einfluß bestimmter Stoffe manchen Formen die Gallerthülle, die sonst für sie charakteristisch ist. Solche terato- logischen Erscheinungen, wie man sie genannt hat, können durch die verschieden- sten Stoffe (Lithiumsalze, Alkaloideu. a. m.), ferner auch durch Abweichung der chemischen Reaktion usw., auch durch die Zufuhr be- stimmter Nährstoffe erzielt werden. Zu den wichtigsten Chemomorphosen gehört die Beeinflussung und Umsteuerung des normalen Entwickelungsganges unter dem Einfluß der chemischen Veränderung des Nährbodens. Beginnen die Ernährungs- bedingungen sich zu verschlechtern, sei es durch eintretenden Nahrungsmangel, sei es durch Anhäufung ungünstiger Stoffwechsel- produkte, so wird das Wachstum stocken und die Zelle wird in Dauerzustand übergehen. Auf solche Weise wird die Sporenbildung bei den dazu befähigten Bakterien ausgelöst. Bedingung für derartige Auslösung der Sporenbildung ist es im allgemeinen, daß die Bakterien vorher gut ernährt waren. Daß luftscheue Arten durch zu reichlichen Sauerstoff zutritt zur Sporenbildung veranlaßt werden, haben wir schon gehört; übrigens kann auch bei diesen Nahrungsentzug zum gleichen Erfolg führen. Chemomorphosen, die direkt Ausdruck einer Schädigung sind, hat man auch als Livolutionsformen bezeichnet, solchen sind wir schon bei der Besprechung der Tem- peratur begegnet; sie sind oft, aber nicht immer, Vorläufer des Todes und bestehen in krankhaften Aufblähungen oder sonstigen Gestaltabweichungen. Wir betreten nun ein großes Sondergebiet der Lehre von der chemischen Beeinflussung der Bakterien, das Gebiet, das die Gift- wirkungen behandelt, d. h. die Wirkung solcher Stoffe, die schon in verhältnismäßig geringer Konzentration schädlich oder tödlich wirken. Wenn wir von der medizinischen Literatur, die bekanntlich im weitgehendsten Maße Giftwirkungen untersucht, absehen, so be- ginnt man erst neuerdings die Rolle von Giftstoffen, die von den Bakterien selbst gebildet werden, eingehender zu studieren; sie sind ihnen eine wichtige Waffe im Kampf ums Dasein, eine Waffe, die sich allerdings offenbar auch gegen ihre eigenen Erzeuger kehren kann, und wenn liakti'rii'ii ( Pliysioloo-ie) 803 wir sehen, wie bei der Fäulnis und anderen Stoffzersetzungen die einen Bakterienarten zuerst in überwiegender Menge auftreten, um über kurz oder lang durch andere ab- gelöst zu werden, so ist das, abgesehen von anderweitigen Veränderungen der Lebens- bedingungen, wesentlich die Folge der Wir- kung von Stoffwechselprodukten. Man kann die giftigen Stoffwechselprodukte als isantagonistisch oder als heteranta- gonistisch unterscheiden, im ersteren Fall wenden sie sich, wie der Name sagt, gegen die eigenen Erzeuger, im anderen gegen andere Bakterien. Ob das eine oder andere geschieht, wird ganz wesentlich auch von sonstigen Bedingungen abhängen, zumal von der Konzentration der Giftstoffe. Wissen wir doch, daß Gifte in geringen Spuren anregend auf die Lebenstätigkeit wirken. Die Frage, ob ein Stoff schädhch oder nützlich, ob er isantagonistisch oder heterantagonistisch wirkt, hat also bloß Sinn, wenn seine Kon- zentration und die Wirkungsbedingungen mit angegeben werden. Das spezifisch ver- schiedene Verhalten gegen dieselben Gifte lehrt sodann die Wirlamg der Gärungs- produkte, von denen wir wissen, daß sie in geringen Konzentrationen Feinde der Gä- rungserreger aus dem Feld schlagen, in stärkeren aber auch die Gänings erreg er selbst schädigen. Ueber die chemische Natur dieser Gifte, die wahrscheinhch die denkbar mannigfaltigste je nach Erzeuger und Er- zeugungsbedingungen ist, wissen wir fast noch gar nichts, wenn wir von den Gär- produkten im engeren Sinn absehen. Häufig genannt wird u. a. die Pyocyanase, ein kochfestes Produkt des Bacterium pyo- cyaneum. Schier noch größer als die Literatur über Giftstoffe, welche die Bakterien selbst bilden, ist die Literatur, die über Wirkung solcher Gifte handelt, die der Mensch im Laboratorium oder auch in seinem Haushalt auf die Bakterien wirken läßt. — Ein Einfluß der Schwerkraft auf das Wachstum der Bakterien hat nicht nach- gewiesen werden können. Die Beeinflussung der Bakterien durch mechanischen Druck ist zweifellos ein sehr geringer, Schädigungen, die man beobachtet hat, dürften auf Rechnung der durch den Druck gesteigerten Sauerstoffkonzentration oder auf ähnliche Weise zu erklären sein. Elektrische Ströme wirken infolge der Elektrolyse, d. h. rein chemisch auf das Bakterienwachstum ein. 6, Freie Ortsbewegung. In einigen Purpurbakterien, die im Wasser schweben oder auf der Oberfläche des Wassers eine sogenannte „Wasserblüte" bilden, findet man in den Zellen eigenartig gestaltete, das Licht stark brechende Körperchen, die die Zellen leichter machen als Wasser und so das Schweben ermöglichen. Früher nannte man sie Gasvakuolen; heute nennt man sie Schwebekörper (Airosomen). Woraus sie bestehen, ist unbekannt. Verschließt man das Gefäß, in dem sich solche mit Airosomen versehene Purpurbakterien be- finden, mit einem Kork, und übt man einen Druck auf den Kork aus, so sinken sie alsbald zu Boden und das Mikroskop zeigt, daß die Airosomen nun verschwunden sind. Wir wenden uns den Ortsbewegungen zu, welche direkt von der Lebenstätigkeit des Protoplasmas abhängen. Da haben wir einmal Kriech- oder Gleitbewegungen, zum anderen Mal Schwimm bewegung durch Geißeln. Die Mechanik der ersteren, die übrigens nur bei Beggiatoen, Thiothrix, Myxobakterien vorkommen, ist noch un- bekannt, die Zellen oder Zelltäden kriechen dabei unter Benützung einer Unterlage mit (oder ohne?) Drehung um die Längs- achse vorwärts. Der vordere Teil der Zell- fäden kann sich dabei vom Substrat ab- heben und einen Kegelmantel beschreiben (sogenannte Pendelbewegungen). Die oft sehr auffälligen Ivrümmungen, die die Fäden der Beggiatoen ausführen, sind nicht Folge eigener Krümmungsfähigkeit, werden ihnen vielmehr durch Sandkörnchen und andere Partikelchen des Substrats aufge- zwungen. Die den echten Bakterien, soweit sie bewegliche Entwickelungsstadien haben eigene Schwimmbewegung, ist auf Geißel- tätigkeit zurückzuführen. Diese Geißeln sind protoplasmatische Organe, die zweifels- ohne auch in den Fällen, in welchen man über die Anheftungsweise nichts wahrnehmen kann, vom Protoplasma entspringen, und die Zellhaut durchsetzen. In bestimmten Fällen (Spirillum volutans) hat man im Innern der Zelle in der Nähe der Insertionsstelle der Geißeln ein Organ in Form eines kleinen körnigen Gebildes beobachtet, das als eine Ai't von Bewegungszentrum, gleich dem ,,Blepharo- plasten" der Flagellaten gedeutet wird. Das koordinierte Zusammenarbeiten mehrerer Zellen, welches bei der Bewegung von fädigen oder anders gestalteten Kolonien nötig ist, wird offenbar durch Plasmadesmen (Proto- plasmaverbindungen) zwischen den Zellen er- möglicht. Unregelmäßige Purzelbewegungen, welche bewegliche Sarcinapakete nicht selten zeigen, deuten auf gelegentliche Stönmgen dieser koordinierten Bewegungstätigkeit hin. Form und Funktion der Geißeln ist neuerdings unter Benutzung der Dunkel- feldbeleuchtung eingehend studiert worden. Wo Geißelschöpfe vorhanden sind, sind die einzelnen Geißeln derselben während der Bewegung zu einer einheitlichen Geißel, 51* 804 Bakterien (Physiologie) einem sogenannten „Zopf" verklebt; das gilt nicht nur für die Spirillen, sondern wahr- scheinlich auch für die lateral begeißelten Stäbchen, die also während der Bewegung eine ganze Zahl solcher Zöpfe, die gleich- sinnig arbeiten, an den Längswänden führen. Diese Geißelzöpfe sind nun bei der Bewegung bei stäbchenförmigen Bakterien und Spirillen stets nach rückwärts gerichtet. Umkehr der Bewegungsrichtung erfolgt dadurch, daß sich die Zöpfe nach rückwärts schlagen und nunmehr der bis dahin vordere Zellpol zum hinteren wird. In diesen Fällen treiben also die Geißeln den Bakterienleib vor sich her, wie die Schraube den Dampfer. Anders die Geißeln der Vibrioneu. Sie sind derber als die der anderen Bakterien, und wäh- rend der Ruhe wie während der Bewegung stets vom Körper abgewandt. Sitzt also am vorderen Pol eine Geißel während der Be- wegung, so windet sie sich nicht um die Zelle , sondern schaut mit ihrer Spitze nach vorn, schleppt somit die Zelle hinter sich her. Was die Form der Geißeln bezw. Zöpfe angeht, so stellen sie, auch im Ruhe- zustand, eine rechtsläufige Schraube vor (rechts im Sinne des Mechanikers). Bei der Bewegung ,, umlaufen die schraubenförmigen Kontraktionslinien die Geißel ebenfalls rechts herum", der Bakterienkörper wird dadurch in eine linksherum rotierende und gleich- zeitig vorwärts gerichtete Bewegung versetzt. Der Körperbau der Spirillen und Vibrionen ist dieser Form der Vorwärtsbewegung ange- paßt, denn deren Zellen sind stets links gewunden. Bei den Stäbchen ist schon infolge des Vorhandenseins vieler Geißel- zöpfe die Bewegungs weise kompHzierter. Besteht sie auch hier im wesentlichen in einer unter Linkstorsion des Körpers ver- laufenden Vorwärtsbewegung, so tritt meist hinzu die sogenannte Trichterbewegung, indem die Zellen nach beiden Seiten hin von der Bahn der geradlinigen Vorwärtsbewegung ab- weichen. Diese ist um so stärker, je lang- samer sich die Bakterien, sei es infolge spezifischer Trägheit, sei es infolge äußerer Hemmung vorwärtsbewegen, und tritt zumal kurz vor dem Aufhören der Bewegung deutlich in die Erscheinung. Es ist noch hinzuzufügen, daß die Geißeln um so flacher gewunden sind, je schneller die Bewegung ist, in der Ruhe sind sie am steilsten und daß die Geißelgestalt insofern von der regelrechten Schraubenform etwas abweicht, als die Geißel statt auf einen Zylinder auf einen stumpfen Kegel aufgerollt zu denken ist. Protoplasmaströmungen im Innern der Bakterienzelle hat man bisher nur in einem einzigen Fall, bei Bacillus Büt- schlii beobachtet. Einfluß innerer und äußerer Be- dingungen auf die Schwimmbewegung der Bakterien: Soweit innere Ursachen in Betracht kommen, ist daran zu erinnern, daß bewegliche Bakterien nicht in allen Entwickelungsstadien diese Befähigung zur Schau tragen. Die Keimstäbchen tragen oft keine Geißeln und Fadenbakterieu, wie Cladothrix, sind nur im Schwärmstadium beweglich. Bacillus subtilisu. a. verliert die Beweglichkeit, wenn er sich dazu an- schickt, eine Kahmhaut und Sporen auszu- bilden, andere Arten (Anaerobier) schleppen ihre fertigen Sporen eine Zeitlang in sich umher. Hierbei spielen allerdings neben inneren schon äußere Ursachen mit insofern als die Sporenbildung wie auch die Schwärm- tätigkeit durch den Wechsel der Lebens- bedingungen ausgelöst wird. Die Zellteilung beweglicher Bakterien findet während der Bewegung statt. Wenden wir uns nun den Außenbedin- gungen zu, so liegen eine Anzahl von Be- obachtungen vor, denen zufolge durch be- stimmte Ernährungseinflüsse die Beweghch- keit genommen und wiedergegeben werden kann, so bei Bacillus amylobacter. Für unbewegliche Kokken liegt die noch zu bestätigende Behauptung vor, daß man sie durch stetes Ueberimpfen auf neue Böden von derselben Zusammensetzung im beweg- lichen Zustand erhalten könne. In allen diesen Fällen werden, falls unbewegliche Stadien vorliegen, Geißeln überhaupt nicht gebildet; in anderen Fällen aber können geißeltragende Bakterien „starr" gemacht werden, d.h. die Geißeln sinddannim aktions- unfähigen Zustand, so z. B. beim Heubacillus durch starkes Salzen der Böden. Bei Purpur- bakterien kann Verdunkelung ,, Dunkelstarre" auslösen. In anderen Fällen kann der Erfolg durch ungünstige Temperaturbedingungen erzielt werden. Besonders genau ist in dieser Richtung der Bacillus calfactor unter- sucht worden. Die Schnelligkeit der Bewegung ist be- greifhcherweise ebenfalls von der Höhe der Temperatur abhängig, aber abgesehen davon auch von spezifischen Unterschieden. Interessant sind die Beziehungen zwischen Beweglichkeit und Sauerstoff zutritt, die natürlich je nachdem luftscheue oder luft- liebende Formen vorliegen, verschieden sind. Bei anaeroben Formen erhscht die Bewegung infolge der Durchlüftung des Mediums, bei aeroben umgekehrt bei Luftentzug nach einiger Zeit. Fakultativ anaerobe Bakterien stellen bei Sauerstoffentzug ihre Bewegung über kurz oder lang ein, bei Zufuhr von Nahrung erst nach längerer Zeit als in Wasser. Haben wir soeben Fälle besprochen, in denen die Bakterien im „homogenen Medium" sich befanden, bei welchen also die Faktoren der Außenwelt allseitig in Bakterien ( Pliy .siologie) 805 qualitativ wie quantitativ identischer Weise auf die Zellen einwirkten, so müßten sich anschließen diejenigen Bewegungserschei- nungen, die ausgelöst werden, wenn die Keize ein Konzentrationsgefälle besitzen, so daß die Beweglichkeit den Bakterien erlaubt, in diesem Gefälle Orte einer be- stimmten Konzentration aufzusuchen. Es sind das sogenannte taktische Reizerschei- nungen. 7, Variabilität und Erblichkeit. Die große Bedeutung, welche die Bakterien für den Kreislauf der Stoffe auf Erden haben, wird uns erst dann voll verständhch, wenn wir noch auf eine bei ihnen besonders stark ausgeprägte Befähigung hinweisen, für welche wir im obigen bereits eine ganze Zahl von Beispielen gebracht haben: die Variabilität der physiologischen Eigenschaften, die große Plastizität, die der Stoffwechsel der meisten Arten zeigt, der sich je nach den obwaltenden Ernährungs- bedingungen in diesen oder jenen Bahnen bewegen kann; die Befähigung ferner, unter dem Einfluß bestimmter extremer Außen- bedingungen dieKardinalpunkte dieser Außen- bedingungen zumal Minimum und Maximum derart zu verschieben, daß die Spannweite innerhalb deren sich das Leben abspielen kann, erweitert wird. Die physiologische Variabilität der Bakterien ist häufig dar- gestellt worden und wir können sie hier nicht eingehend behandeln, wollen aber doch auf eine Tatsache hinweisen, die viel- leicht für die ganze Erbhchkeits- und Ent- wickelungslehre weit über die Grenzen der Bakteriologie hinaus Bedeutung erlangen könnte. Wir gehen aus von der Erfalun.ings- tatsache, daß Bakterien durch experimentelle Eingriffe neue Befähigungen annehmen oder auch bestimmte vorhandene verheren können. So können sie bei allmählicher Angewöhnung die Eigenschaft erwerben, bei höherer Tem- peratur als zuvor, zu wachsen, oder sie ver- lieren beispielsweise bei Zucht unter be- stimmten ungünstigen Bedingungen die Be- fähigung zur Sporenbildung, die ihnen normalerweise eignet. Derartige Verände- rungen werden nun für gewöhnlich über kurz oder lang wieder rückgängig gemacht, wenn die Arten wieder unter normalen Bedingungen kultiviert werden, der Faktor also verschwindet, der sie ausgelöst hatte, man spricht dann von „Modifikationen" einer Art, die nicht auf dieDauer erblich erhalten bleiben. Solche Modifikationen können manchmal auch dann wieder verschwinden, wenngleich die auslösenden Bedingungen bestehen bleiben. Einige experimentell hervorgerufene Ver- änderungen haben jedoch die Eigentümlich- keit, daß sie als unveräußerliches Gut auf die Nachkommen vererbt werden und bei diesen erhalten bleiben, auch wenn jene experimen- tellen Eingriffe verschwinden, und die Weiter- zucht unter ganz normalen Bedingungen erfolgt. Derartige erbhche Abänderungen können in einem „Fortschritt" bestehen, wenn wir als Fortschritt solche Verände- rungen bezeichnen, die das Rüstzeug im Kampf ums Dasein vermehren. Wir be- gnügen uns damit, einen Fall zu besclu-eiben: In der Bakteriologie muß man vielfach zur Artcharakterisierung physiologische Unter- scheidungsmerkmale mit heranziehen und zur Unterscheidung z. B. die Frage mit berück- sichtigen, welche Gasgemische unter be- stimmten Bedingungen gebildet werden, welche Kohlenstoffquellen die einzelnen Arten zu verarbeiten vermögen usf. Zur Unterscheidung von Typhusbakterien von dem gestaltlich kaum zu unterscheidenden Bacterium coli kann beispielsweise das Merkmal dienen, daß Bacterium coli im Gegensatz zum Typhusbakterium IVIilch- zucker verarbeiten kann. Nun hat man einen Bacterium coli-ähnlichen Spaltpilz ge- funden, der den Milchzucker nicht, wie das echte Bacterium coli, sofort anzugreifen vermochte; erst wenn er eine Zeitlang auf milchzuckerhaltigen Böden gezüchtet wird, erwirbt er die Befähigung dazu, und zwar die einzelnen Individuen in einer Kultur ungleich schnell und die Zucht auf solchen Böden ist auch die einzige Methode, ihm diese Befähigung zu verschaffen. Impft man nun dessen Deszendenten auf beliebige Böden über, so verlieren sie die Befähigung zur Milchzuckerzersetzung nicht wieder, auch wenn sie hinfort beliebig lange Zeit auf milchzuckerfreien Böden weiter gezüchtet werden; denn werden sie von solchen nun- mehr auf Milchzuckerböden übertragen, so bedürfen sie nicht erst der Anpassung an diese, sondern zersetzen das genannte Kohle- hydrat sofort. Es wird also eine nützliche Befähigung einer Spezies künstlich beige- bracht und diese Befähigung dann konstant weiter vererbt. Aehnliche Erscheinungen, z. B. Vererbung der experimentell beige- brachten Befähigung Rohrzucker zu zerlegen, Vererbung einer durch Giftzusatz erworbenen Aenderung in der Farbstoffbildung, die sofort konstant weiter vererbt wird, sind auch sonst nachgewiesen worden. Man hat solche Veränderungen im Gegensatz zu Modifikationen als Mutationen bezeichnet, im Hinbhck auf jene plötzlich auftretenden und sich konstant vererbenden Verände- rungen die ein Prozentsatz der Deszendenz höherer Pflanzen zeigen kann und die mit diesem Namen belegt werden. Von den Mutationen höherer Pflanzen unterscheiden sich die Bakterienmutationen dadurch, daß jene bisher nicht künsthch hervorgerufen werden können und auch keine 806 Bakterien (Physiologie) — Bakterien ( Stickstoff binclmig) „Anpassungen" an bestimmte Bedingungen der Außenwelt darstellen. Insofern sind jene Entdeckungen von Bakterienmutationen sicher ein wissenschaftlicher Fortschritt, viel- leicht sind sie berufen, späterhin die ex- perimentelle „Vererbungslehre" der Bakterien zu einer experimentellen „Entwickelungs- lehre" derselben umzugestalten. Literatur. Zentndblatt für Bakteriologie und Parasitenlcunde, 2. Abt., Jena 1895 bis 1911 u. f. — Friedrich Czapek, Biochemie der Pflanzen, Jena 1905. — H. Etiler, Grundlagen und Er- gebnisse der Pflanzenchemie, Braunschiveig 1908 und 1909. — Alfred Fischer, Vorlesungen über Bakterien, 3. Aufl., Jena 1903. — Ludwig tTost, Vorlesungen über Pflamcnphi/siologie, 2. Aufl., Jena 1908. — Alfred Koch, Jahres- bericht über die Fortsehritte in der Lehre von den Gärungsorganismen, Leipzig 1890 bis 1908 u. f. — Walter Kruse, Allgemeine ßlikrobiologie, Leipzig 1910. — K. B. Lehmann und- Jt. O. Neiimann, Atlas und Grundriß der Bakterio- logie, 2. Aufl., 3Mnchen 1907. — Arthur Meyer, Praktikum der botanischen Bakterienkunde, Jena 1903. — Alexander Nathansohn, Stoßwechsel der Pflanzen, Leipzig 1910. — Wilhelm Pfeffer, Pflanzenphysiologie, 2. Aufl., Leipzig 1897 tind 1904. W. Benecke. Bakterien. Stickstoff bin düng durch Bakterien, 1. Allgemeines. 2. Geschichte. 3. Vorkommen, Verbreitung und Kultur. 4. Die Energiequellen der Stickstoffbindung. 5. Die Bedingungen für die Bindung des Stickstoffs der Luft. 6. Die Ejiöllchenbakterien der Leguminosen. I. Allgemeines. Stickstoff Verbindungen werden vor allem in der Landwirt- schaft in großer Menge gebraucht, weil hohe Pflanzenernten in erster Linie davon abhängen, daß reichliche Mengen von Stick- stoff im Boden vorhanden sind. Da aber die zur Verfügung stehenden Produkte des tie- rischen Stoffwechsels nicht genügen, um diesen Stickstoffbedarf einer hoch ent- wickelten Landwirtschaft zu decken, auch durch Verzettelung ein großer Teil des aus landwirtschaftlichen Betrieben in Produkten verkauften Stickstoffs nicht wieder zur Land- wirtschaft zurückkehrt und verloren geht, muß stickstoffhaltiger K u n s t d ü n g e r verwendet werden. In welchem Umfange dies bereits geschieht, beweist die Statistik, wonach in Deutschland 1909 für rund 100 Millionen M. Chilesalpeter und für 70 Millionen M. schwefelsaures Ammoniak, die beiden wichtigsten stickstoffhaltigen Kunst- düngemittel, verbraucht wurden. Unter diesen Umständen muß die Nach- richt ernste Besorgnis hervorrufen, daß die S a 1 p e t e 1 a g e r in Chile ihrer Er- schöpfung stark entgegen gehen, so daß Er- satz für diese Stickstoffquelle geschaffen werden muß. Denn der der Landwirtschaft zur Verfügung stehende Stickstoffvorrat darf nicht zurückgehen, sondern muß im Gegen- teil im Literesse einer Ernteerhühung steigen. Die dazu nötige Stickstoffmenge ist nach Paul Wagner aber sehr beträchtlich. Denn eine Erhöhung der jetzigen deutschen Getreidemittelernte von 18 dz Körner per ha um 3 dz, was nach den agrikultur chemischen Düngungsversucheu möghch wäre, würde den Stickstoffbedarf der deutschen Getreide- äcker von 1,5 auf 3,4 Millionen dz Stickstoff vermelu-en. Die Quelle, aus der Ersatz für den versiegenden Chilesalpeter beschafft und der vermehrte Stickstoffbedarf der Land- wirtschaft gedeckt werden muß, ist die atmosphärische Luft, die im Kubikmeter für 1 M. Stickstoff enthält, wenn dieser zum Chilesalpeterpreis gerechnet wird. Dieser Luftstickstoff ist aber freier Stickstoff, der für die Pflanzen mit Ausnahme der Legu- minosen nicht verwertbar ist, sondern erst dann, wenn er in geeignete Verbindungen übergeführt wird. Diese Aufgabe hat die chemische Industrie in den letzten Jahren mit lebhaftem Eifer und großem Erfolg in die Hand genommen (vgl. den Artikel „Stick- stoff"). Schon lange ist aber bekannt, daß zur Ueberführung des freien Luftstickstoffs in Verbindungsform keine kostspieligen Fabrik- anlagen nötig sind, sondern daß dies auch niedere Organismen des Bodens können. 2. Geschichte. Berthelot zeigte schon, daß Boden sich nach längerer Auf- bewahrung an der Luft mit Stickstoff an- reichert, daß durch Hitze steriHsierter Boden dies aber nicht tut. Diese durch andere be- stätigte Beobachtung ist geeignet, zur Er- klärung der praktischen Erfahrung beizu- tragen, die besonders von K ü h n und V i b r a n s zahlenmäßig belegt worden ist, daß man aus schwerem Boden mehr Stick- stoff durch Pflanzenernten gewinnen kann, als man in der Düngung gab, w^ährend leichter Boden dies nicht erlaubt, sondern im Gegen- teil Stickstoffverluste veranlaßt. Die genauere Kenntnis der den Boden mit Luftstickstoff anreichernden niederen Organismen, deren Existenz im allgemeinen B e r t h e 1 0 t zeigte, verdanken wir W i n o - g r a d s k y und B e i j e r i n c k. Ersterer zog in Reinkultur Clostridium Pas- te r i a n u m , eine buttersäurebildende Bak- terienform, während B e i j e r i n c k einen als Azotobacter bezeichneten Organis- mus auffand, der vielleicht zu den Bakterien, vielleicht auch zu den chlorophyllosen Algen gehört und viel kräftiger als das genannte C 1 0 s t r i d i u m freien Stickstoff bindet. Für Pilze ist die Fähigkeit der Luftstickstoff- bindung auch mehrfach behauptet worden. Bakterien (Stickstoffbindung) 807 wahrscheinlich aber nur infolge unrichtiger Deutung der betreffenden Analysen. 3. Vorkommen,Verbreitung und Kultur. Man kann solche stickstofibindenden Or- ganismen sich verschaffen und leicht deren Verbreitung studieren, wenn man eine 2 proz. Rohr- oder Traul^enzuckerlösung mit etwas Erde impft. Bald entsteht dann eine weibe Kahmhaut, die die Flüssigkeit bedeckt und die beim Emtrocknen, z. B. da, wo sie an der Glaswand hochkriecht, sich dunkelkattee- braun verfärbt. Unter dem Mikroskop er- weist sich diese Kahmhaut meist vorwiegend als aus annähernd kugeligen Zellen oder kurzen dicken Stäbchen bestehend, die manch- mal in Sarcinaform gruppiert sind. Alle diese Zellen nehmen mit Jodiodkahum eine schön goldbraune Färbung an und gehören zur Gattung Azotobacter (benannt nach dem französischen azote = btickstott). Untersucht man andererseits die Flüssig- keit solcher Kulturen, so bemerkt man in der Mitte oder an einem Ende spmdelig aufgeschwollene Stäbchen, die sich mit Jod- iod'kalium mit Ausnahme des einen Endes, an dem später eine große Spore entstellt, braunviolett färben. Das sind Angehörige der sticktoffbindenden Buttersäurebakterien- gruppe. Durch solche Versuche findet man in sehr zahlreichen, aber nicht in allen Bodenproben schwerer und leichter Art, auch im Dünensand, die beschriebenen wich- tigsten stickstoffbindenden Bakterienformen, die also sehr weit auf der Erde verbreitet sind. Außerdem kann man in solchen flüs- sigen Mischkulturen, die durch Impfen von Zuckerlösung mit Erde erhalten sind oder in entsprechend hergestellten Reinkulturen von Azotobacter oder Clostridium, worüber die Spezialliteratur zu vergleichen wäre, durch chemische Analyse sich leicht überzeugen, daß die Kultur infolge des Wachs- tums der Bakterien stickstoffreicher wird. 4. Die Energiequellen für die Stick- stoffbindung. Diese Fähigkeit solcher Bakterien, Stickstoff zu binden, hat man dahin zu verstehen, daß sie bei ihrer Ver- mehrung zum Aufbau ihrer Körpersubstanz freien Stickstoff verwenden können, sie bilden also aus freiem Stickstoff Eiweiß und ähn- liche Substanzen. Aber ebenso wie rein chemisch freier Stickstoff nur schwierig in Verbindungsform überzuführen ist, wie er erst bei recht hoher Temperatur sich zu Salpetersäure oxydieren läßt, brauchen die Bakterien viel Energie zur Stickstoffestlegung. Ueberall aber, wo geeignetes Energiematerial und die be- treffenden Bakterien vorhanden sind, tritt denn auch Luftstickstoffbindung ein. Für die Abschätzung der Bedeutung der Luft- stickstoffbindung durch Bakterien im Haus- halte der Natur und im praktischen Betriebe der Landwirtschaft ist daher neben dem Nachweis des Vorhandenseins stickstoff- bindender Bakterien die Frage die aller- wichtigste, welche Energiequellen für diese Bakterien brauchbar sind und welche davon in genügender Menge zur Verfügung stehen, wobei in landwirtschaftlicher Beziehung auch der Kostenpunkt eine wichtige Rolle spielt. Man kann sich nun leicht überzeugen, daß verschiedene Zuckerarten, z. B. Dex- trose und Rohrzucker, dann die diesen ver- wandte Stärke und weiter Mannit, geeignete Energiequellen für Stickstoff- bindende Bakterien sind. Setzt man diese Substanzen dem Boden zu, der stickstoffbindende Bakterien enthält, so reichert er sich mit Stickstoff aus der Luft an. Li der freien Natur oder auf dem Acker sind solche Energiemateriaüen in Pflanzen resten u. dgl. vorhanden, sie werden auch durch die Assimilationstätigkeit der Algen und ähnhchen niederen grünen Organismen, die den Ackerboden mit einem grünen An- flug überziehen, den Stickstoff bindenden Bak- ter?en geliefert. Darauf deutet schon die alte landwirtschaftliche Erfahrung hin, daß ein mit Algen begrünter Ackerboden sich in guter „Gare" befindet und reiche Ernte verspricht. Tatsächlich hat dann Hell- riegel gezeigt, daß Sand in gläserrien Gefäßen, soweit das Licht eindrang und sich infolgedessen Algen entwickelten, sich mit Stickstoff anreicherte. Und Bouilhac und G i u s t i n i a n i bewiesen durch Topf- kulturversuche, daß mit Algen und stick- stoffbindenden Bakterien geimpfter Sand ebenso reiche Ernten bringt, wie nach laät- tiger Düngung mit Chilesalpeter. Daß Assi- milationsprodukte der Algen stickstoff- bindenden Bakterien Energie liefern, hat wahrscheinlich auch für den Stickstoffhaus- halt des Meeres Bedeutung, denn Rem k e fand auf großen Meeresalgen massenhaft Azotobacter aufsitzend und glaubt demiiach, daß die Organismen des Meeres mit Hilfe dieser stickstoffbindenden Bakterien Lutt- stickstoff zur Ernährung verwenden, da der ihnen durch die Flüsse zugeführte Stickstoff nicht genüge. Die genannten Kohlehydrate und höheren Alkohole stehen aber in der Natur und m der Landwirtschaft nur in mäßiger Menge zur Verfügung. Weit wichtiger ist daher die Frage, ob Zellulose, die in Pflanzenresten, im Stalldünger, Gründüngung, Riibenblat- tern usw. massenhaft in der Landwirtschatt, in der Laubstreu der Wälder z. B. auch m der freien Natur vorhanden ist, als Energie- quelle für die stickstoffbindenden Bakterien brauch))ar ist. Neuere UntersucMngen haben oezeigt, daß dies tatsächhch der l^ali ist, und daß man Boden durch Zusatz von 808 Bakterien ( Stickstoff bindimg) Zellulose mit Luftstickstoff anreichern kann. Diese Frage kompliziert sich aber dadurch, daß für die stickstoffbindenden Bakterien nicht die Zellulose direkt, sondern nur die unter dem Einfluß zelluloselösender Bak- terien daraus entstehenden Abbauprodukte verwendbar sind, daß diese Lösung der Zellulose aber nur langsam vor sich geht und die deshalb nur in kleiner Menge ent- stehenden Lösungsprodukte nicht nur von stickstoffbindenden Bakterien, sondern auch von anderen, besonders auch den salpeter- umsetzenden sehr gern verwertet werden. Deshalb verursacht Zellulqsezusatz zu Boden bedeutende Schwächung der Pflanzcnent- wickelung, weil der Salpeter des Bodens durch salpeterumsetzende Bakterien, die von der Zellulose ihre Energie beziehen, in Eiweiß verwandelt wird und die Pflanzen so ihrer besten Stickstoffnahrung beraubt werden. Deshalb beobachtet man auch keine Stickstoffbindung, wenn man Zellu- lose zu Boden zusetzt. Beschleunigt man aber die Zelluloselösung durch Lnpfung des Bodens mit zellulosevergärenden Bakterien z. B. durch Zusatz einer kleinen Menge Pferde- mistaufschwemmung, so tritt Luftstickstoff- bindung in dem mit Zellulose versetzten Boden ein. Auf diese "Weise dürfte eine neue Erklärung für die günstige Wirkung einer Stallmistdüngung gegeben sein. Der Nachweis der Eignung von Zellulose als Energiematerial für stickstoffbindende Bakterien vermittelt auch das Verständnis für die Beobachtung Henrys, daß Wald in seiner zellulosehaltigen Laubstreu mit Hilfe der darin befindlichen stickstoffbindenden Bakterien etwa ebensoviel Luftstickstoff festlegt, wie er dem Boden jährlich Stickstoff zum Aufbau seiner Holzproduktion entzieht. Und ebenso verständlich erscheint nun auch der Stickstoffreichtum der Wiesen böden und die Beobachtung, daß Wiesen eine Stick- stoffdüngung nicht lohnen. Die reichlich von der Wiese produzierten zellulosehaltigen Abfälle dürften luftstickstoffbindenden Bak- terien soviel Energie liefern, daß auf diese Weise viel Luftstickstoff dem Boden ein- verleibt wird. 5. Die Bedingungen für die Bindung des Stickstoffs der Luft. Es erübrigt sich nun noch, zu erörtern, welche Bedingungen außer Bereitstellung ausgiebiger Energie- quellen für eine ausgiebige Luftstickstoff - bindung durch Bakterien nötig sind. Außer genügender Feuchtigkeit ist eine nicht zu niedrige Temperatur für den in Rede stehen- den Prozeß nötig. Bei 7" findet in Erde noch keine Stickstoffbindung statt, wohl aber stark schon bei 15" und noch etwas mehr bei höherer Temperatur. Wesentlich gestei- gert wird die Stickstoffbindung in Erde durch Zusatz von Phosphorsäure und Fe2(S04)3, nach einigen Angaben auch durch Kalk. Sehr günstig für das Wachstum von Azotobacter wirkt aus Erde dargestellter Humus und damit steht vielleicht in Ver- bindung, daß die stickstoffbindenden Bak- terien, wenn sie längere Zeit außerhalb der Erde kultiviert werden, an Stickstoff bindender Kraft einbüßen und dieselbe durch Kultur in Erde wiedererlangen. Bezüglich der Ausnutzung der Energie- quellen ist zu bemerken, daß per Gramm Zucker etwa 10 mg Stickstoff höchstens, und zwar von Azotobacter gebunden werden. Gab man 7 mal nacheinander 2 "^ Zucker zu Göttinger Boden in achttägigen Zwischenräumen, so wurden 80 mg Stick- stoff per 100 g Boden gebunden, was einer Düngung von 100 Zentnern Chilesalpeter per Morgen auf eine 30 cm dicke Ackerkrume berechnet gleichkommen würde, während in der Landwirtschaft bei Getreide eine Gabe von 1 Zentner Chilesalpeter per Morgen schon eine recht kräftige Düngung darstellt. Wie oben bemerkt, ist der Stickstoff von den Bakterien zunächst als Eiweiß und ähnliche Körperbestandteile festgelegt. Da diese nicht -von den höheren Pflanzen ohne wei- teres aufgenommen werden können, fragt es sich, ob eine Stickstoffanreicherung des Bodens durch luftstickstoffbindende Balc- terien überhaupt von Vorteil für die in solcliem Boden wurzehiden Pflanzen ist. Bezügliche Versuche ergaben, daß der in Boden nach Zuckerzugabe in den Bakterienkörpern nieder- gelegte Luftstickstoff schnell nitrifiziert, d. h. von Bodenbakterien zuerst in Ammoniak und dann in Salpeter umgewandelt wird und dann kräftige Pflanzenernälu-ung und starke Ernteerhöhung bewirkt. Eine Gabe von 2 % Zucker zum Boden bewirkte im ersten Jahre so eine Ernteerhöhung auf das Dreifache und in den folgenden Jahren war eine Nachwirkung deuthch, so daß also der in Bakterien niedergelegte Stickstoff ebenso nach und nach zur Wirkung hinsichtlich der Erntesteigerung kommt, wie der von Stallmist, Gründüngung oder überJiaupt irgendwelchen im Boden vorhandenen pflanz- lichen oder tierischen Resten. 6. Die Knöllchenbakterien der Legu- minosen. Außer den bisher beschriebenen frei im Boden lebenden stickstoffbindenden Bakterien gibt es andere, die in Knöllchen an den Wurzehi der Leguminosen, also der mit Schmetterlingsblüten ausgestatteten Pflanzen, leben und diesen dadurch die an- deren Pflanzen abgehende Fähigkeit ver- leihen, den freien Stickstoff der Luft zu ihrer Ernährung zu verwenden. Ueber die Entwickelung unserer Kennt- nisse in dieser Frage ist folgendes zu be- merken: Daß die Leguminosen bodenver- Bakteiien ( Stickstoff bmdiing) 809 bessernd wirken, war schon im Altertum bekannt und man lehrte damals schon, daß das Feld nach Luzerne und Wicken nicht gedüngt zu werden brauchte. L a w e s und Gilbert in Rothamsted erkannten dann, daß es sich hierbei um eine Stickstoff- wirkung handele, und S c h u 1 1 z-L u p i t z wies von neuem (1883) nachdrücklich die Forscher auf dieses Probleiu hin, indem er leichten Boden durch 15 Jahre hintereinander fortgesetzten Lupinenbau stickstoffreicher machte. Trotzdem die bakterienführenden lüiöll- chen der Leguminosen schon seit Jahrhun- derten beschrieben waren, herrschten über dieselben und über die bakterien- und pilz- fadenähnlichen Einschlüsse derselben die verworrensten Ansichten, bis H e 1 1 r i e g e 1 1886 durch eine vorzüghche Untersuchung Klarheit in der Frage schuf. Er zeigt, daß, während die Gramineen, die er zum Vergleich heranzog, einzig und allein auf die im Boden vorhandenen Stickstoffverbindungen ange- wiesen sind, den Leguminosen außerdem der elementare Stickstoff der Atmosphäre zur Verfügung steht, aber nur dann, wenn bestimmte Mikroorganismen des Bodens mit den Leguminosen in ein symbiotisches Ver- hältnis treten. Er erkannte, daß die Wurzel- knöllchen der Leguminosen mit der erwähnten Luftstickstoffassimilation in einem ursäch- lichen Zusammenhange stehen. Diese Schlüsse zog er aus einfachen klaren Versuchen, durch welche er zeigte, daß Leguminosen nur im unsterilisierten Boden vom Luftstickstoff leben können und daß diese Unabhängigkeit vom Bodenstick- stoff gesichert wird durch Zusatz eines nicht gekochten Aufgusses eines Kulturbodens. Welcher Art die von H e 1 1 r i e g e 1 auf diese Weise nachgewiesenen Erreger der KnöUchenbildung und der Luftstickstoff- assimilation der Leguminosen sind, bewies dann B e i j e r i n c k , der zuerst Rein- kulturen von Bakterien aus Leguminosen- knöllchen. züchtete, während Prazmowski durch Einimpfung solcher R?inkulturen in sterilisierten Boden Ivnöllchenbildung an Erl)sen hervorrief und dadurch zeigte, daß Bakterien die KnöUchenerzeuger sind. Diese Bakterien wandern in ein Wurzelhaar der Leguminose ein, es bildet sich ein Schlauch mit Zellulosewand, der das ganze Wurzel- haar durchzieht, dann die Wurzelrinden- zellen durchsetzt, und unter Verzweigung bis in die innersten Wurzelrindenzellen vor- dringt. Mit Hilfe dieses Schlauches dringen die darin enthaltenen knöllchenerzeugenden Bakterien in die Wurzelrinde ein, treten in deren innerste Zellen über und veranlassen dadurch diese, sich mit Plasma zu füllen und sich lebhaft zu teilen. Dadurch entsteht als Abkömmling dieser so infizierten Wurzel- rindenzellen das jimge Knöllchen, das nun wächst, dadurch die Wurzelrinde sprengt und so schließlich als Knöllchen außen auf der Wurzel erscheint. Das erwachsene Knöllchen hat in seinem Innern ein groß- zelliges Gewebe, dessen mit dichtem fein- körnigem Lihalt ausgestattete Zellen mit Bakteroiden erfüllt sind, d. h. morphologisch veränderten Bakterien, welche z. B. Stäbchen, die an einem Ende aufgescliwoUen oder gabelig verzweigt sind, darstellen und ein eigenartig differenziertes Plasma besitzen. Dieses Bak- teroidengewebe wird von den Verzweigungen des oben beschriebenen Infektionsschlauclios, der aus dem infizierten Wurzelhaar in die Wurzelrinde hineinwuchs, durchzogen, die wie Pilzfäden aussehen. Das Bakteroiden- gewebe ist umgeben von plasmaarmen Rindenzellen, zwischen denen Gefäßbtindel verlaufen, die mit dem Gefäßsystem der Wurzel in Verbindung stehen. Außen ist das IvnöUchen von einer Korkhülle umgel)en. Bis zur beginnenden Samenreife der tragenden Pflanze erscheint das KjiöUchen prall und st prozentisch stickstoffreicher wie die Wurzel, während der Reife der Samen wird das IvnöUchen schlaff und gibt Stickstoff an die Samen ab. Schließlich verfault es und dabei gelangen die in ihm noch vor- handenen Bakterien wieder in den Boden. Ueber den Mechanismus der Stickstoff- bindung durch diese Leguminosenbaktericn- symbiose weiß man noch wenig. Die Kmill- chenbakterien in Reinkultur außerhalb der Leguminose haben jedenfalls nur zweifel- hafte Andeutungen von Stickstoffbindung ergeben. Innerhalb der Leguminose ver- halten sie sich möglicherweise anders. Be- züglich der Stickstoffentnahme aus den Kiiöllchen fanden N o b b e und H i 1 1 n e r, daß Erbsen mehr Luftstickstoff assimi- lierten, als das Gesamtgewicht ihrer Kjiöll- chen betrug. Dies spricht jedenfalls nicht dafür, daß die Pflanze die Bakteroiden ein- fach aufzehrt und sich auf diese Weise des durch die Bakterien gebundenen Luftstick- stoffs bemächtigt. H i 1 1 n e r meint viel- mehr, daß die Pflanze den Bakteroiden be- ständig Eiweiß entzieht, daß diese den Ver- lust durch Luftstickstoffassimilation aber wieder ergänzen. Bakteroiden kann man auch außerhalb der Leguminose in Lösungen, die reich an organischen Säuren oder Kohlehydraten sind, erzeugen. Die Stickstoffbindung der Leguminosen wird praktisch zur Stickstoffanreicherung des Bodens viel benutzt ; man läßt die Legu- minosen im landwirtschaftlichen Betriebe entweder reif werden, erntet sie ab und läßt nur Wurzeln und Stoppelrückstände im Boden oder man pflügt sie in voller Entwickelung als Gründüngung unter. Li welchem Um- 810 Bakterien (Stickstöfibiiidung) — Bakterien (Niti'it'ikation) fange dies geschieht, beweist der Umstand, daß in Preußen 1900 365 442 ha Lu])ine und 209 141 ha Seradella, die beiden wichtigsten Grtindüngungspflanzen des leicliten Bodens, gebaut wnirden. Für diesen Leguminosen- anbau ist es nach dem Vorstellenden selir wichtig, daß die Leguminosen ordentlich Knöllclien bilden und die dazu nötigen Bakterien im Boden vorhanden sind. Tat- sächlich ist dies meist der Fall. Nur wenn die Leguminosen auf einem ihnen nicht zu- sagenden Boden kultiviert werden, wie Lupinen oder Seradella auf schwererem Boden, bleibt die Ivnöllchenbildung aus. In solchen Fällen hat man mit gutem Resultat versucht, den Boden mit Knöllchenbakterien zu impfen. Große Erfolge hat Salfeld in dieser Richtung bei Moorkulturen gehabt, wo die Erbsen keine KnöUchen bildeten und schlecht gediehen, bis er Erde von Legu- minosenfeldern als Impferde aufstreute und so die Leguminosenentwickelung wesentlich verbesserte. Aber noch in anderer Beziehung hat die Bodenimpfung mit Ivnöllchenbakterien Be- deutung. N 0 b b e und H i 1 1 n e r haben gezeigt, daß Knöllchenbakterien an die Leguminosenart, aus deren IvnöUchen sie entnommen werden, sich in der Weise an- gepaßt zeigen, daß sie an Pflanzen derselben Art zahlreichere und kräftiger Stickstoff bindende Knöllchen erzeugen, als dies Bak- terien aus einer anderen Leguminosenart tun. Sie empfehlen deshalb Kulturen von Leguminosen mit an die betreffende Legu- minosenart angepaßten Ivnöllchenbakterien zu impfen, um möglichst große Stickstoffassi- milation zu erzielen. Solche angepaßte Kjiöll- chenbakterienkulturen sind unter dem Namen Nitragin im Handel und zu beziehen von den Agrikultur werken A. K ü h n in Wes- seling-Köln. Ein ähnliches Präparat, das Feilitzen warm empfiehlt, nach Simon in Dresden, vertreiben H u m a n n und T e i s 1 e r in Dolma (Bezirk Dresden) unter dem Namen Azotogen. Die Anwendung solcher Bakterien hat anfänglich Schwierigkeiten gemacht, bis man fand, daß die zur Impfung des Saatgutes verwendeten Bakterien durch Ausscheidungen der Samen leiden, wenn sie mit trockenem Saatgut in Berührung gebracht werden. Man muß daher das Saatgut einquellen oder da dies im landwirtschaftlichen Betriebe wegen der Schwierigkeit, gequollenes Saatgut auf den Acker zu säen, nicht w^ohl durch- führbar ist, ist es besser, den Bakterien Nährstoffe wie Magermilch oder Pepton- traubenzuckerlösung beizugeben, und mit diesem Gemisch trockenes Saatgut anzu- feuchten. Nach Anwendung dieses Ver- fahrens kann man öfter gute Erfolge der beschriebenen Impfung beobachten, es scheint aber doch, als ob die Leguminosen, wenn sie in ihnen zusagendem Boden wachsen, ohne Impfung so gut KjiöUehen bilden, daß auch die nach den verbesserten Verfahren ausgeführte Impfung den Ertrag nicht wesentlich steigert. Große Erfolge der Imp- fung beobachtet man dagegen, wenn die Leguminosen in ihnen nicht zusagendem Boden wachsen müssen. Ahius, Elaeagnaceen und einige andere Pflanzen bilden ebenfalls IvnöUchen und assimilieren freien Stickstoff. Ueber den Mechanismus dieses Vorganges und den die Kuöllchen erzeugenden bezw. bewohnenden Organismus ist aber noch wenig bekannt. Literatur. Handbuch der technischen Mykologie, ßd. III. Herausgegeben von Lafar. Jena. — Löhnis, Handblich der landwirtschaftlichen Bakteriologie, Berlin. — Kochs Jahresbericht ■über die Lehre von den Gärungsorganismen und Enzymen. Erschienen seit 1890, Leipzig. A. Kocli. Bakterien. Nitrifikation durch Bakterien. 1. Die früheren Anschauungen über Nitrifi- kation. 2. Versuche von Schlösing imd Müntz. 3. Winogradskys Untersuchungen. 4. Die zwei Stadien der Nitrifikation. 5. Der Nitritbildner und sein Wachstum auf flüssigen und festen Nährböden. 6. Nitrosomonas und Nitro so coccus und ihre Abarten. 7. Kohlensäureassimilation in Abwesenheit von Chlorophyll. 8. Verhalten gegen organische Substanzen. 9. Ausscheidmig von freiem Stickstoff. 10. Der Nitrat bildner (Nitrobacter). 11. Wachstum auf flüssigen imd festen Nährböden. 12. Verhalten gegen organi- sche Substanzen und Kohlensäme. 13. Hem- mende Wirkiuig von Ammoniaksalzen. 14. Ni- trifikation von organischem Stickstoff. 15. Ni- trifikation im Boden. Verlauf des Prozesses unter natürlichen und Laboratoriurasbedingiuigen. 16. Chilisalpeter. 17. Salpeterhütten. 18. Kode der Nitrifikationsmikroben in geologischen Zeit- altern. Die im Boden bei Eiweißfäulnis und bei der Harnzersetzung entstehenden Ammoniak- salze werden unter Einwirkung einer be- sonderen, überaus charakteristischen Bak- teriengruppe weiter oxydiert, wobei salpeter- saure Salze entstehen. In einigen Gegenden verläuft dieser Prozeß in hohem Grade energisch. So bedeckt sich z. B. in Indien (Gangestal), Spanien (Umgebung von Saragossa, Valencia), in Südamerika, der Boden in der trockenen Jahreszeit mit einem weißen, aus kristalhschem Salpeter be- stehenden Belag. Dieser Oxydationsprozeß, welcher in der Natur eine große Rolle spielt, wird als Nitrifikation (Nitrum= Salpeter), die ihn bedingenden Mikroorganismen aber Baktorioii (Nitrifikati( n\) SU als Nitrifikationsbakterien bezeichnet. Ihre Lebenstätigkeit ist für den Landban von hochgradiger Bedeutung, denn dank ihr nimmt die Fruchtbarkeit des Bodens zu. Nicht geringer ist auch ihre hygienische Bedeutung, denn die Nitrifikation stellt eine sehr wesenthche Stufe der Zersetzung und Mineralisation von organischen Stoffen dar, welche in starkbevölkerten Gegenden die oberflächlichen Bodenschichten überschwe- men. Es verdient noch erwähnt zu werden, daß das Produkt der Nitrifikation, der Salpeter, einen unumgänglich notwen- digen Bestandteil von Sprengstoffen, deren Fabrikation zu militärischen und technischen Zwecken in letzter Zeit kolossale Dimensionen angenommen hat, ausmacht. Von dem nach Europa importierten Chili salpeter werden etwa % zu landwirtschafthchen Zwecken und Yi in der Industrie verwendet, 1. Die früheren Anschauungen über Nitrifikation. Die Nitrifikation betrachtete man zu Anfang als einen rein chemischen Oxydationsprozeß des Luftammoniaks durch Sauerstoff oder Ozon im Boden, welcher hier die Rolle eines porösen Körpers spielt, d. r an seiner Oberfläche Gase (Ammoniak und Sauerstoff) kondensiert und eine kataly- sierende Wirkung ausübt. Daß diese An- sicht fehlerhaft "ist, offenbarte sich, als nachgewiesen wurde, daß die Nitrifikation mit gleicher Leichtigkeit auch in flüssigen Medien stattfindet und daß Nitrate sich im Boden bilden, indem nicht freies Ammoniak, sondern Ammoniaksalze oxydiert werden. 2. Versuche von Schlösing und Müntz. Schon im Jahre 1862 äußerte sich Pasteur dahin, daß die Nitrifikation durch spezifische Mikroorganismen hervorgerufen wird. Ein Beweis hierfür wurde erst ICi Jahre später, im Jalire 1878, von den französischen Ge- lehrten Schlösing und Müntz geliefert. Ihr berühmter Versuch bestand darin, daß sie ein 1 m langes Glasrohr, welches mit Sand und Kreide angefüllt war, Ammoniak- salze enthaltendes Spülwasser langsam durch- fließen heßen; zu gleicher Zeit wurde fort- laufend Luft durch das Rohr getrieben. Unter diesen Bedingungen fand Nitrifikation statt und konnten im abfließenden Wasser salpetersaure Salze entdeckt werden, welche im Spülwasser nicht enthalten waren. Er- hitzen bis auf 110" oder Chloroformzusatz, welche das Leben der Mikrobien zum Stocken brachten, hemmten auch die Nitrifikation. Dagegen förderten die Nitrifikation eine Temperatur von 37", Luftzutritt, Kreide- zusatz und eine mäßige Konzentration der Ammoniaksalze. Den Erreger dieses Oxy- dationsprozesses bezeichneten Schlösing und Müntz als „ferment nitrique", sie konnten ihn jedoch nicht in Reinkultur gewinnen. Die in dieser Richtung angestellten Versuche späterer Autoren, Hcraeus, Celli und Marino-Zuco, Munro, AVarington, Frankland u. a. scheiterten vollständig. Die Nitrifikationsbakterien weigerten sich hartnäckig, auf gewöhnlichen Bouillonnähr- medien, welche in sonstigen Fällen mit so hervorragendem Erfolg angewandt werden, zu wachsen; ohne Reinkulturen aber konnte die Physiologie dieser interessanten Mikroben- gruppe nicht studiert werden. 3. Winogradskys Untersuchungen. Einen Wendepunkt in der Geschichte der Frage bildete die im Jahre 1889 erschienene klassische Veröffenthchung über Nitrifi- kation von Winogradsky. Von der Tat- sache ausgehend, daß seine Vorgänger bei ihren Versuchen, Nitrifilvationsmikroben auf Bouillonnährmedien zu züchten, systematisch Mißerfolge zu verzeichnen hatten, verzichtete Winogradsky von Anfang an auf die Verwendung solcher Nährmedien, indem er ganz richtig annahm, daß organische Stoffe auf die Entwickelung dieser Bakterien ver- nichtend wirken. Er studierte den Prozeß in rein mineralischen Flüssigkeiten, welche Ammoniak- und sonstige Salze, die für die Ernährung der Bakterien notwendig waren, enthielten. Die Nitrifikation spielte sich unter derartigen Bedingungen durchaus in normaler Weise ab, und es gelang dank der elektiven Eigenschaft des Nährbodens mit Leichtigkeit, durch aufeinanderfolgende Ueberimpfungen eine Menge von beige- mengten, dem Prozeß nicht zuträgüchen Arten zu beseitigen und eine Anreicherung der Kultur mit spezifischen Mikroorganismen zu erzielen. Die Isolation von Nitrifikationsbakterien auf festen Nährböden gelang Winogradsky zu Anfang durch Anwendung einer geist- reichen Methode der ,, negativen Platten". Das Wesenthche der Methode bestand darin, daß man erst einen festen Bouillonnährboden mit einem Bakteriengemisch, welches Nitrifi- kationsbakterien enthielt, infizierte, sodann eine Ueberimpfung aus den scheinbar sterilen Stellen vornahm, in der Voraussetzun daß dort nur Keime der Nitrifikations- bakterien, welche auf dem betreffenden Nährboden sich nicht zu Kolonien ent- wickelt hatten, übrig geblieben waren. Später wurden zur Isolation von Nitrifikations- bakterien andere Methoden, welche sicherer zum Ziele führen, angewandt (s. unten). Nachdem Reinkulturen gewonnen worden waren, konnte man bereits zu einem genauen Studium der Eigenschaften von Nitrifi- kationsbakterien schreiten, und gegenwärtig stellt das Kapitel über Nitrifikation einen der am genauesten ausgearbeiteten Abschnitte der Mikrobiologie dar. 812 Bakterien (Xitrifikation) 4. Die zwei Stadien der Nitrifikation. Zur auläiiglichen Impfung von Lösungen, in denen Nitrifikation hervorgerufen werden soll, nimmt man am besten humusreiche Gemüsegartenerde. Walderde ist für diesen Zweck wenig tauglich, da sie ge- wöhnlich keine Nitrifikationsmikroben ent- hält (Migula). Die Kultur wird in konischen Kolben, welche einen aus Msgnesiumcarbonat (zur Neutralisation der sich entwickelnden Säure) bestehenden Bodensatz und eine dünne Schicht Flüssigkeit folgenden Be- standes enthält: Gramm Ammoniiimsulfat 2 Chloniation 2 Kaliumphosphat 1 Magnesiumsiilfat 0,5 Eisenox3'dulsulfat 0,4 Destillieites Wasser 1000 Bei einer Temperatur von 25 bis 30" be- j ginnt die Nitrifikation nach einigen Tagen, 1 was sich durch Entwickelung von Nitriten 1 oder Nitraten in der Flüssigkeit kundgibt. Je weiter der Prozeß vorschreitet, um so mehr wächst ihre Menge an und vermindert sich diesem parallel der Gehalt an Ammoniaksalz in der Flüssigkeit. Man nahm zu Anfang an, daß die Nitri- fikation durch eine Art, welche Ammoniak- salze direkt zu Nitrateu oxydiert, hervor- gerufen wird. Winogradsky wies jedoch nach, daß der Prozeß in 2 Phasen verläuft: anfangs werden die Ammoniaksalze zu Ni- triten, später diese letzteren zu Nitraten oxydiert, wobei ein jeder dieser Prozesse durch eine besondere Art hervorgerufen wird. Die Nitrifikationsreaktion kann in folgender Weise dargestellt werden: 1. Phase 2NH, + 3O2 = 2HNO2 4- 2H,0 2. Phase 2HNÖ2 + 0, = 2HNO3. Die bei der Nitrifikation entstehenden Säuren werden im Boden durch kohlen- saure Calcium- und Magnesiumsalze neutraM- siert, 5. Der Nitritbildner und sein Wachstum auf flüssigen und festen Nährböden. Die erste Phase der Nitrifikation oder Oxydation von Ammomaksalzen zu Nitriten wird durch einen Mikroben, den wir als Nitritbakterie bezeichnen wollen, hervor- gerufen. Um diese Bakterie zu isolieren, fertigt man in oben beschriebener Weise eine Kultur an und züchtet dieselbe durch aufeinanderfolgende Ueberimpfungen unter denselben Bedingungen durch eine Reihe von Generationen (4 bis 5) ; sobald die Kultur eine genügende Menge des spezifischen Mikroben enthält, wird letzterer auf festen Nährmedien isohert. Gewöhnhch wird zu diesem Zwecke „Kieselsäuregallerte" oder eine Kieselsäurelösung, welche nach Zusatz von Salzen zu der gallertigen Masse gerinnt (Winogradsky), verwandt. Auf diesem mmerahschen Nährboden gedeiht der Nitrose- baziUus ausgezeichnet, indem er gelbliche oder bräunUche scharf umrissene Kolonien bildet. Später jedoch, wenn an Stelle des oxydierten Ammoniaksalzes eine neue Portion desselben zur Kultur hinzugeiügt wird, nehmen die Kolonien bedeutend an Dimen- sion zu. Durch Ueberimpfungen aus diesen Kolonien in sterile flüssige Nähr- böden (siehe oben) kann man Reinkulturen des Nitrosebazilhis erzielen. Weniger ge- bräuchlich sind als feste Nährmedien Ma- gnesium-, Gips- oder Papierplatten (Ome- liansky), Magnesiumplatten (Perotti), so- wie Platten, die aus in besonderer Weise ausgelaugtem Agar (Beijerinck) angefertigt werden. Das Aussehen von auf derartigem Agar gezüchteten Kolonien ist aus Figur 1 ersichtlich. 6. Nitrosomonas und Nitrosococcus und ihre Abarten. Nitritbilder, welche Fig. 1. Stück einer 6 Wochen alten, durch Uebergießen mit absolutem Alkohol getrcckneten Agarplatte nach Beijerinck; geimpft in Strichen mit dem Nitritbildner aus Jeunvilliers. aus Bodenproben verschiedener Länder iso- liert worden sind, unterscheiden sich ihren morphologischen Merkmalen nach so stark voneinander, daß sie als verschiedene Arten angesehen werden. Die westeuropäische Art, Nitrosomo- nas europaea, ist von Winogradsky aus dem Boden Zürichs und der Rieselfelder bei Paris (Jeunvilliers) kultiviert worden. Es sind dieses ellipsoide Zellen, deren Durch- messer 1x1,5 fj, beträgt (Fig. 2, i und 2); sie wachsen entweder als vereinzelte, in der Flüssigkeit gleichmäßig verteilte, beweghche Zellen, welche mit einer kurzen Geißel ver- sehen sind (Fig. 3), oder als voluminöse Zooglöen am Boden des Gefäßes, wobei bei den verschiedenen Rassen bald die eine, Bakteiieu (Nitiifikation) 813 bald die andere vegetative Form vorwiegt. Bewegliche Formen zeigen sich in der Flüssigke't, sobald die Ammoniaksalze aus der Kultur verschwinden. Nach Zusatz dieser Salze büßt der Bazillus seine Geißel ein. Etwas kleiner sind die Arten, welche aus Bodenproben von Kasan (Fig. 2,:i), Algier, Tunis und Tokyo gewonnen wurden. Besonders klein (0,5 x 0,6 jli) ist die ja- vanische Art, Nitrosomonas javanensis. • %0 .•.tf % 0\ •V 2. % 1 3. Fig. 2. Nitritbildner aus der Erde. 1. Zürich; 2. Jeunvilliers; 3. Kasan; 4. St. Petersburg. Vergrößerung 1000. deren überaus lange Geißel den Körperdurch- messer des Bazillus etwa um das 60fache übertrifft (Fig. 4). Die Nitritbildner der Neuen Welt be- sitzen das Aussehen von großen unbeweg- lichen Kokken und sind von Winogradsky als Nitrosococcusgattung zusammenge- faßt worden. Ihr Durchmesser beträgt 2 /x Fig. 3. Nitrosomonas e u r 0 p a e a. Vergröße- rung 1000. Fig. 4. Nitroso- monas j a V a n e n - s i s. Vergrößerung 1000. (Campinas in Brasihen). Etwas kleiner ist die austrahsche Art (aus Melbourne). Kokkenform besitzt auch der Peters- burger Nitritbildner (Fig. 2,4), nur ist er kleiner (1 ju). Er besitzt keine Geißeln und bei Züchtung auf festen Nährböden bildet er oftmals ein intensiver gefärbtes körnchen- artiges Gebilde im mittleren Zellenteil. Sämtliche Nitritbildner färben sich in- tensiv bei Bearbeitung mit den gewöhn- hchen Anihnfarben und nach Gram. '''* 7. Kohlensäureassimilation in Ab- wesenheit von Chlorophyll, Die Fähigkeit des Nitritbildners, in einem gar keine orga- nischen Substanzen enthaltenden Nährboden zu leben und zu gedeihen, läßt sich durch die ihm unter allen lebenden Wesen aus- schließhch zukommende Eigenschaft er- klären, daß er freie oder halbgebundene (Bicarbonate) Kohlensäure assimiliert und Eiweiß aus minerahschen Substanzen in Abwesenheit von Licht und Chlorophyll synthesiert (Winogradsky). Die Energie, welche zu diesem endothermischen Prozeß notwendig ist, verschafft sich der Nitrit- bildner durch Oxydation von Ammoniak zu salpetriger Säure, und deshalb ist bei der Nitrifikation die Menge der assimiherten Kohlensäure derjenigen des oxydierten Am- moniaks proportional (ein Teil des assimi- lierten Kohlenstoffs entspricht 35,4 Teilen oxydierten Stickstoffs). Dem Charakter seiner Ernährung nach stellt also der Nitrit- bildner einen typischen prototrophen Orga- nismus dar, welcher sein Eiweiß aus an- organischen Verbindungen synthesiert. Die Entdeckung der Fähigkeit des Nitritbildners, Kohlensäure durch Chemosynthese zu aus- simihcren, muß, wie A. Fischer ganz richtig bemerkt, als eine der wichtigsten Entdeckungen der modernen Physiologie an- gesehen werden. 8. Verhalten gegen organische Sub- stanzen. Die hemmende Wirkung von organischen Stoffen auf die Entwickelung des Nitritbildners äußert sich um so stärker, je höher ihr Nährwert für die meisten übrigen Mikroben ist. Pepton und Glykose hemmen selbst in verschwindenden Konzentrationen (0,025%) sein Wachstum, wirken ihm gegen- über als echte Antiseptika, wie z. B. Karbol- säure auf andere Bakterien. Schwächer wirken Substanzen, wie Bodenextrakte, ein aus faulenden Blättern hergestelltes Extrakt, humussaurer Ammoniak, welche in geringen Konzentrationen die Nitrifikation sogar be- günstigen (Löhnis, Müntz und Laine). So empfindhch der Nitritbildner or- ganischen Substanzen gegenüber ist, so leicht verträgt er die Wirkung von mine- rahschen Giften. Er entwickelt sich z. B. ausgezeichnet in Gegenwart von Salzen 814 Bakterien (Xitrifikation) schwerer Metalle und ruft Nitrifikation der Animoniaksalze, der Arsensäure, des Fluor- und Jodwasserstoffes hervor (Boulanger und Massol). Der Nitritbildner oxydiert organischen Stickstoff nicht direkt und nitrifiziert weder Eiweiß, noch Asparagin, ebenso wenig Harnstoff und selbst die einfachsten Amine (Omeliansky). Nur Animoniaksalze sind für die Oxydationsarbeit dieses Mikroben zuträglich. Damit Jedoch die Nitrifikation erfolgreich vonstatten geht, darf ihre Konzentration 0,2 bis 0,3% nicht über- steigen. In Iprozentiger Lösung hört die Entwickelung des Älikroben ganz auf. 9. Ausscheidung von freiem Stickstoff. Nach Angaben von Godlewsky wird ein Teil des Ammoniakstickstoffes (2 bis 16%) bei der Nitrifikation in ungebundenem Zu- stande ausgeschieden; wahrscheinhch han- delt es sich hier um Zersetzung des salpetrig- sauren Ammoniaks. IG. Der Nitratbildner (Nitrobacter). Die zweite Nitrifikationsphase btsteht in der Oxydation von salpetrigsauren Salzen zu salpetersauren und wird durch einen besonderen Mikroben (Nitrobacter), wel- cher zuerst von Winogradsky aus einer südamerikanischen Bodenprobe isoliert wor- den ist, hervorgerufen. Dieses ist ein sehr kleiner, unbeweghcher Bazillus, welcher 0,3 bis 0,4 X 1 /^ (Fig. 5) mißt und sich weder mit gewöhnhchen Anilinfarben noch nach Gram färben läßt. Um ihn zu färben, muß man zu Methoden greifen, welche zu Sporenfärbung angewandt werden. Im Gegensatz zu dem Nitritbildner zeichnen sich die Nitratorganismen, sogar solche, die aus sehr weit voneinander entfernten Gegenden herstammen, durch ihre voll- kommene morphologische Identität aus. II. Wachstum auf flüssigen und festen Nährböden. Zur Kultur dieses Microben hat Winogradsky folgende Nährmedien vorgeschlagen : Flüssiger Fester Nährboden Nährboden päische Nitrobacter am Boden des Ge- fäßes einen kaum merkbaren krümeligen Bodensatz; die südamerikanische Art da- gegen wuchert als zarte Membran, welche den Boden und die Wandungen der Gefäße bedeckt. Es werden ebensolche Gefäße benutzt, wie für die erste Nitrifikationsphase. Das Verhalten des Nitrobacter zu organischen Stoffen und zur Kohlensäure ist im aUgemeinen das nämliche, wie bei dem Nitritbildner. Die zur Kohlensäure- assimilation erforderliche Energie wird durch Oxydation von Nitriten zu Nitraten be- schaffen. Das Verhältnis zwischen as- similiertem Kohlenstoff und oxvdiertem Stick- Fig. b. Nitrobacter. Vergrößerung 1000. -'-' -'Cv, :<»;•: ^.'V,' j-'r.-. Natriumnitrat 1 Natrinmcarbonat 1 Kaliumphosphat 0,5 Kochsalz 0,5 Eisenoxydulsulfat 0,4 Magnesiumsulfat 0,3 Agaragar • . . . ,, Destilliertes Wasser 1000 Leitungswasser ., 2 1 in Spur. 15 1000 Eine Konzentration des salpetrigsauren Salzes, welche die oben erwähnte Norm übersteigt, wirkt auf den Nitrifikations- prozeß schädlich ein, bei einer Konzen- tration von 2% MNO2 hört derselbe ganz auf. In flüssigen Kulturen bildet das euro- stoff ist bei dem Nitratbildner ein höheres, als wie bei dem Nitritmikroben: hier 1:40 bis 45, dort 1:35,4. 12. Verhalten gegen organische Sub- stanzen. Schon die Tatsache allein, daß das Nitrobacter auf mit gewöhnlichem Agar hergestellten Nährmedien gedeiht, deu- tet darauf hin, daß dieser Bazillus orga- nischen Stoffen gegenüber weniger empfind- lich ist, als wie der Nitritbildner. Die hem- mende Traubenzuckerdosis ist hier doppelt so groß. Durch systematische Kultur des Nitrobacter auf Nährböden mit ansteigen- dem Gehalt an organischen Stoffen kann man ein Wachstum dieser Art auf 50% Bouillon mit Zusatz von Nitriten er- zwingen. 13. Hemmende Wirkung von Ammo- niaksalzen. Die Entwickehmg des Nitro- bacter wird sogar durch minimale Mengen von Ammoniaksalzen, namenthch Ammo- niumcarbonat (5 mg Ammoniak auf 1 1 Flüs- sigkeit), gehemmt, während auf die Oxy- dationstätigkeit des Mikroben Animoniak- salze fast gar keine Wirkung ausüben (Bou- langer und Massol). Die Oxydationsfunktion des Nitrobac- ter beschränkt sich auf Salze der salpetrigen Säure und erstreckt sich durchaus nicht auf Salze der schwefligen und phosphorigen Säure. 14. Nitrifikation von organischem Stickstoff. Sämthche oben beschriebenen Eigenschaften beider Nitrifikationsorganis- men lassen dieselben als einen scharf ab- gegrenzten physiologischen Typus, mit einer ganzen Reihe von nur ihm allein zu- kommenden Merkmalen zusammenfassen. Die Wechselwirkung beider Nitrifikations- mikroben trägt den Charakter einer Meta- Bakterien (Nitritikation) 815 biose. Wenn man verdünnle Bouillon diger Nitrifikation des organischen Stick- mit einem Gemisch dreier Mikroben, eines Stoffes. Verwendet man zur Infektion ver- solchen, der Eiweißsubstanzen zersetzt, und schiedene Kombinaronen derselben Mikroben, beider Nitrifikationsmikroben, infiziert, so so erzielt man folgende Resultate (Ome- führt ihre gemeinsame Arbeit zu vollstän- ! li ansky). a + b + (• a + b a + c b + c Organischer Stickstoff NH, HNO, HNO, Gar keine Wirkung Bei gleichzeitiger Infektion mit allen drei Mikroben geht die Mineralisation des organischen Stickstoffs konsekutiv, Schritt füir Schritt vor sich. Zu Anfang zersetzt der Bacillus ramosus das Eiweiß unter Ammoniaksalzbildung. Solange die Lösung viele organische Stoffe enthält, be- ginnt die Arbeit des Nitroseorganismus noch nicht. Sie tritt erst dann zutage, wenn der Nährboden nur Eiweißspuren enthält. An- dererseits wird die Arbeit des Nitro bact er in Gegenwart von Ammoma ksalzen para- Ivsiert und kann nicht eher beginnen, als bis fast der Gesamtgehalt an Ämmoniak- salzen vollständig zu Nitriten oxydiert ist. Diese Aufeinanderfolge erscheint zweck- mäßig, denn sie schützt das sich ent- wickelnde Salpeter gegen Zersetzung durch denitrifizierende Bakterien, deren Tätigkeit in Abwesenheit von organischen Stoffen nicht möglich ist. 15. Nitrifikation im Boden. Verlauf des Prozesses unter natürlichen und Laboratoriumsbedingungen. Alle diese theoretischen Erwägungen haben jedoch nur insoweit einen Wert, als die Bedingungen eines gewöhnlichen Laboratoriumsversuches mit den Bedingungen des natürlichen Nitri- fikationsprozesses im Boden verglichen wer- den können. Es weicht aber das, was wir in der Natur beobachten, ziemlich stark von dem oben angeführten Schema des Laboratoriumsversuches ab. Die Nitri- fikation verläuft unter natürlichen Be- dingungen im Boden, in Salpeterhütten oder in den Oxydationsbassins biologischer Fil- tern bei gleichzeitiger, nicht aber aufeinander- folgender Tätigkeit beider Nitrifikations- mikroben, und eine intermediäreEntwickelung von salpetriger Säure kann dort fast gar nicht beobachtet werden. Bemerkenswert ist auch der Umstand, daß die Nitrifikation nnter natürlichen Bedingungen weder durch einen bedeutenden Gehalt an organischen Stoffen, noch durch die Gegenwart von Ammoniaksalzen gehemmt wird. Eher ver- läuft die Nitrifikation in humusreichem Boden sogar energischer. Gefördert wird sie auch durch Zusatz von kleinen a = Bac. ramosus b = Nitrosomonas c = Nitrobacter Glykosequantitäten zum Boden. Dieses letzte Ergebnis kann in der Weise erklärt werden, daß in einem so eminent porösen und gut durchlüfteten Medium, wie es der Boden darstellt, der Zusatz einer leicht oxy- dierbaren organischen Substanz (Glykose) nicht, wie in flüssigen Nährmedien, Reduk- tionsbedingungen schafft und deshalb die Nitrifikation auch nicht behindert. Weiter können dank der gleichzeitigen Wirkung von Mikroben, welche organische Substanz zer- setzen, sich im Boden vereinzelte Gebiete bilden, welche fast ganz frei von organischer Substanz sind und in denen die Arbeit des Nitrifikationsmikroben unbehindert von- statten geht. Was jedoch die Wirkung von Ammoniaksalzen anbetrifft, so haben wir schon darauf hingewiesen, daß sie nur die Vermehrung des Nitratmikroben, nicht aber seine Oxydationsarbeit behindern. Im Boden also, in dem die Nitrifikation fort- während vor sich geht, und in welchem die Erreger dieses Prozesses in großer Menge vertreten sind, können Ammoniaksalze auf den Gang der Nitrifikation keine hemmende Wirkung ausüben, ebensowenig wie sie das im LalDoratoriumsversuch bei ausgiebiger Infektion der Kultur tun können. 16, Chilisalpeter. Die Bildung kolossaler Salpeterablagerungen (von salpetersaurem Natron) in Chih, in der Atacamawüste, muß zweifellos cler Tätigkeit von Nitri- fikationsbakterien in geologischen Zeitaltern zugeschrieben werden. An den Bergabhängen waren Ueberreste organischen Lebens, vor allem immense Guanoablagerungen, d. h. die Dejektionen von Seevögeln, der Ein- wirkung von Mikroben ausgesetzt, weshalb ihr Stickstoff allmähhch nitrifiziert wurde. Die hierbei entstandenen Nitrate wurden von den Bergabhängen fortgeschwemmt und sammelten sich im Küstengebiet an, welches sich durch sein regenloses Khma auszeichnet; hier lagerten sie sich in kristallinischer Form ab und bildeten mächtige, 1 bis 2 m dicke Schichten Salpeter, welches jetzt in der ganzen Welt als Düngungsmittel benutzt wird (Deutschland allein importiert alljähr- lich für viele Millionen Mark Chilisalpeter). 816 Bakterien (Nitrifikation) — Bakterien (Schwefelbakterien) Die in naher Zukunft bevorstehende ^Er- schöpfung dieser Ablagerungen bedeutet eine Verminderung der Produktivität des Erdbodens und bedroht also die Ernährungs- quellen der Menschheit. Man muß also nach anderen Methoden fahnden, um den Verlust an Stickstoff im Boden zu decken. Einen bedeutenden Erfolg haben in dieser Beziehung in letzter Zeit zwei norwegische Gelehrte, Birkeland und Eide, erzielt, welche eine technische Methode zur Salpetergewinnung (und zwar zu einem Preise, der denjenigen von Chilisalpeter in Europa nicht übertrifft) durch Oxydation des Luft- stickstoffs vermittels eines starken elek- trischen Funkenbogens erfunden haben, 17. Salpeterhütten. In neuester Zeit sind Müntz und Laine zu der vergessenen Methode der Salpeterhütten zurückgekehrt. Mit diesem Namen werden bekanntlich be- sondere Einrichtungen, welche in früheren Zeiten zur Salpetergewinnung aus organischen Ueberresten angewandt wurden, bezeichnet. Es wurden große lockere Haufen aus Mist, Erde, verschiedenen Abfällen, Asche und derartigen sonstigen Stoffen zusammengelegt, zwecks besserer Durchlüftung mit Reisig überschichtet und dann mit Harn, Seifen- wasser, flüssigem Dünger usw. begossen. In derartigen Haufen spielten sich in den warmen Sommermonaten energische bioche- mische Prozesse ab, welche Zersetzung der organischen Substanz (Eiweiß, Harnstoff) und weitere Nitrifikation der entstandenen Ammoniaksalze zur Folge hatten. Müntz und Laine nehmen an, daß man bei ratio- neller Einrichtung der Salpeterhütten aus lockeren Torfmassen in unbegrenzter Menge ungefähr zum Marktpreise Salpeter wird gewinnen können. 18. Rolle der Nitrifikationsmikroben in geologischen Zeitaltern. Die Nitrifikations- mikroben spielen dank der Bildung von Salpetersäure bei der Verwitterung von Ge- steinen eine hervorragende Rolle. Müntz fand diese Mikroben an der Oberfläche von Felsen, welche gar keine Vegetation auf- wiesen. Man könnte annehmen, daß diese kleinsten Lebewesen mit ihrem primitivsten Stoffumsatz die Vorkämpfer de3 organischen Lebens auf unserem Planeten waren. Literatur. Winogradsky, Recherches sur les orr/anismes de la nitrification. Annales de l'Tnst, Pastcvr, t. IV, 1890 u. t. V, 1891. — Derselbe, ContribuLions ä la morphologie des organismes de la nitrification. Archives des Sciences biologiques 2nM. p. l'Inst. Imp. de Medicine exper. ä St. Petersbourg, Bd. 1, 1892. — Derselbe, Zur Mikrobiologie des Nitrifikationsprozesses. Zentral- Matt f. Bald., 2 Abt., Bd. 2, 1896. — Wino- gradsky und Otneliunsky, Einfluß der organischen Substanzen auf die Arbeit nitrifizieren- der Mikrobien. Zentralbl. f. Bakt., 2 Abt., Bd. 5, 1899. — Oineiiansky, Ueber die Isolierung der Nitrifikationsmikroben aus dem Erdboden und Ueber die Nitrifikation des organischen Stickstoffes. Zentralbl. f. Bakt., 2 Abt., Bd. 5, 1899; kleinere Mitteihmgen über Nitrifikations- mikroben. Bd. 8, 1902 u. Bd. 9, 1902. — Wino- gradsky, Die Nitrifikation, Handb. der tcchn. Jfi/kologir, Bd. III, 5. Kapitel, S. 132 — 181. — Lölinls, Handb. d. landw. Bakt., S. 473 — 475 und 601 — 623. W. Omeliansky, Bakterien. Schwefelbakterien. 1. Die zwei Stadien der Schwefelwasserstoff- oxydation. 2. Die Ablagerung von Schwefel- tropfen im Körper der Schwefelbakterien. 3, Fundort der Schwefelbakterien. 4. Künstliche Kultur der Schwefelbakterien. 5. Farblose und rote Schwefelbakterien. 6. Verhalten der Schwefel- bakterien gegenüber Sauerstoff und Licht. 7. Bakterienplatten. 1. Die zwei Stadien der Schwefel- wasserstoffoxydation. Bei der bioche- mischen Zersetzung verschiedener schwefel- haltiger Substanzen, namentlich bei der Eiweißfäulnis, spaltet sich der Schwefel zumeist in Form von Schwefelwasserstoff, einer gasförmigen Substanz, die sich bekannt- hch durch ihre giftigen Eigenschaften aus- zeichnet, ab. Indem er Boden und Unter- grund der Städte durchtränkt und das Wasser der städtischen Wasseranlagen sättigt, kann der Schwefelwasserstoff die Gesundheit der Bevölkerung aufs ernsteste gefährden, und deshalb ist die Frage nach dem weiteren Schicksal dieses Gases in der Natur von be- deutendem nicht nur theoretischen, sondern auch praktischen Interesse. Schon unter Einwirkung einer gewöhn- lichen Oxydation durch Luftsauerstoff geht der Schwefelwasserstoff in Schwefelsäure über, jedoch läuft dieser Prozeß unter Ein- wirkung einer besonderen Gruppe von Oxy- dationsbakterien, der sogenannten Schwefel- bakterien, die von Winogradsky zuerst genau studiert worden sind, viel energischer ab. Die Oxydation verläuft in zwei Phasen. Zu Anfang bildet der Schwefelwasserstoff, indem er sich mit Sauerstoff verbindet, Wasser und Schwefel: 2 HgS + 0, = 2H2O + S2 sodann wird der Schwefel weiter oxydiert, wobei sich Schwefelsäure bildet: 2H2O + S2 + 3O2 = 2H0SO1; diese wird gewölmUch durch Carbonate neu- trahsiert. 2. Die Ablagerung von Schwefel- tropfen im Körper der Schwefelbakte- rien. Der zu Anfang ausgeschiedene Schwefel wird im Körper der Schwefel- bakterien in Form von dickflüssigen Bakterien (Sehwefelbakterien) 817 Tropfen abgelagert (Fig. 1) und dieser Prozeß setzt sich so lange fort, wie in der umgebenden Flüssigkeit noch Schwefelwasserstoff vor- handen ist. Fehlt es an diesem, so wird der Schwefel zu Schwefelsäure weiter oxydiert. Dieser ganze Prozeß entspricht bei den Schwefelbakterien der Atmung. 3, Fundorte der Schwefelbakterien. Die Schwefelbakterien vegetieren in stehen- den Gewässern, an deren Boden orga- nische Ueberreste in Fäulnis geraten, in Schwefelrpiellen und in flachen Meeres- Fig. 1. Beggi- atoa mirabi- 1 i s C 0 h n. Op- tisclier Längs- schnitt durch die Spitze eines lebenden Fadens mit einer End- zelle und einer Binnenzelle. Im Protoplasma liegen viele Schwefeltropfen. Vergrößerung 900. Nach Hinze. buchten. Bekannt sind farblose Schwefel- bakterien, sowie auch solche, deren Fär- bung verschiedene Abstufungen von Rot und Violett darstellt. In den Küstenge- wässern Dänemarks entwickeln sich die P u r p u r b a k t e r i e n nicht selten in so immensen Quantitäten, daß das Wasser durch sie grellrot gefärbt wird (, .rotes Meer"). 4. Künstliche Kultur der Schwefel- bakterien. Eine Kultur der Schwefelbak- terien gewann W i n 0 g r a d s k y in der "Weise, daß er auf den Boden eines hohen Zylinders ein Stück Wurzellmollen von B u t 0 m u s u m b e 1 1 a t u s , ein wenig Schlamm und Gips brachte und den Zy- linder bis nach oben mit Wasserleitungs- wasser anfüllte. Nach einem Monat entwickel- ten sich in dem Gefäß gewöhnliche farblose Schwefelbakterien. Nach M 0 1 i s c h kann man eine Kultur Purpurbakterien leicht ge- winnen, indem man organische Substanzen (Ei, Fleischstückchen, Heu usw.) bei freiem Lichtzutritt unter Sauerstoffabschluß faulen läßt. Zu Anfang entwickehi sich farblose Bakterien, Infusorien, Algen, später, nach ein bis zwei Monaten. Purpurbakterien. 5. Farblose und rote Schwefelbak- terien. Zu den farblosen Schwefelbak- terien gehören vor allem die faden- förmigen. Zu der Gattung Beggiatoa gehören Schwefelbakterien, die das Aussehen von frei schwimmenden beweglichen Fäden von verschiedenen Dimensionen haben (Fig. 2). Die Fäden shid entweder mit Schwefeltröpf- chen angefüllt, oder sie enthalten deren eine sehr spärliche Menge, ja sogar auch gar nicht. Zur Gattung T h i 0 t h r i x gehören unbe- Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Band I. Fig. 2. Beggiatoa alba. Endstück eines Fadens: a in einem an HgS reichen Nähr- boden; der Faden ist mit Schwefeltropfen diclit erfüllt, b nacli 24 ständigem Ver- weilen in einer von diesem Gase freien Flüssigkeit; es sind nur noch wenige Schwefeltropfen vor- handen, c nach weite- ren 48 Stunden; jene sind ganz verscliwun- den; die Querwände sind nun sichtbar , der Inhalt der einzelnen Glieder hat sicli geballt. Vergrößerung 900. Nacli W i n 0 2; r a d s k v. weghebe Schwefelbakterien, die mit Hilfe besonderer schleimiger Kissen, die sich am Ende ihrer Fäden befinden (Fig. 3), ver- Fig. 3. Thiothrix nivea. Gruppe von jungen Fäden, deren eines Ende mit Hilfe des (durch Punktierung veranschaulicliten) Haftkissens sich an der Unterlage festgemacht hat. Vergrößerung 900. Nach Winogradsky. schiedenen Gegenständen anhaften. In der Gruppe von farblosen Schwefelbakterien gibt es auch eine Reihe von nicht fadenförmigen Arten, wie z, B. das von Oraeliansky beobachtete ThiospirillumVyinogradskii (Fig. 4). Fig. 4. Thio- spirillum Winogradskii. a Vergrößerung 150; b Vergrö- ßerung 1000. s V 62 818 Bakterien (Sehwefelbakterien) — Bakterien (Eisenbakterien) Die Gruppe der purpurfarbenen Schwefel- bakterien enthält einen sehr weiten Kreis von Arten, deren genaue Klassifikation von Winogradsky ausgearbeitet worden ist. Auf Figur 5 ist das rote Schwefelbacterium Fig. 5. Chromatium Okenii. Vererößerunt' ICOO. Chromatium Okenii abgebildet, der bereits von Ehrenberg beobachtet wurde. 6. Verhalten der Schwefelbakterien gegenüber Sauerstoff und Luft. Im Ver- gleich zu den farblosen Schwefelbakterien erfordern die Purpurbakterien eine ge- ringere Sauerstoffkonzentration. Außerdem offenbaren sie positive Phototaxis und ver- sammeln sich in Kulturen an der dem Licht zugekehrten Seite des Gefäßes. 7. Bakterienplatten. Für das Ge- deihen der Schwefelbakterien sind Sauer- stoff und Schwefelwasserstoff in gleichem Maße erforderhch, hierbei wird jedoch dieser, sobald er mit Sauerstoff zusammentrifft, so- fort oxydiert. Deshalb entwickehi sich die Schwefelbakterien gewöhnlich in den Flüssig- keitsschichten, wo der von oben diffun- dierende Sauerstoff mit dem von unten auf- steigenden Schwefelwasserstoffstrome zu- sammentrifft. An dieser Stelle bildet sich gewöhnlich eine Bakterien platte, d. h. eine in einem bestimmten Niveau lokahsierte massenhafte Schwefelbakterienansammlung (Fig. 6). Taucht man in das Wasser, das Fig. 6. Zucht von Schwefelbakterien aus den Limanen in schmalem Gefäße. In verkleinertem Maßstabe. Zu Un- terst schwarzer Li- manschlamm ; da- rüber die Flüssigkeit, deren gekrümmte Oberfläche eben noch am oberen Eande der Figur sichtbar ist; dazwischen die Bakterienplatte mit fünf Fontänen. Nach Jegunow. eine derartige Membran enthält, einen Faden, der mit wässerigem Eisenoxyd durchtränkt ist, so wird er unterhalb der Membran durch Bildung von Schwefelcisen schwarz, oberhalb derselben aber entfärbt er sich durch Lösung von Eisenoxyd in Schwefelsäure. Die oben beschriebenen Eigenschaften ihres Stoffwechsels lassen die Schwefel- bakterien als einen scharf abgegrenzten phy- siologischen Typus erscheinen. Literatur. Hinze, lieber den Bau der Zellen von Beggiatoa mirabilis., Ber. d. Deutsch. Bot. Ges. Bd. 19, 1901. — Jegunow, Sur les suljo- bactcries des limans d'' Odessa, Archiv des Sciences biolog., St. Petersbourg Bd. 3, 1895. — Verselbe, Bakterien- Gesellschaften, Centr. f. Bakt. 2 Abt., Bd. 2, 1896, Bd. 3, 1897 u. Bd. 4, 1898. — Nathnnson, lieber eine netie Griippe von Schtvefelbakterien und ihren Stoffwechsel, Mitt. aus der Zool. Station zu Neapel Bd. 15, 1902. — Winogradsky , Ueber Schrvefelbakterien, Bot. Ztg. Bd. 45, 1887. — Derselbe, Betträge zur ßlorphologie und Physiologie der Bakterien, Leipzig 1888. — Verselbe, Eecherches physiologiques sur les sulfobacteries , Ann.. Pasteur Bd. 3, 1889. — W. OmeliansTcy, Der Kreislauf des Schwefels, Handb. d. techn. Myko- logie Bd. III, Kapitel 8, S. 214 bis 244, Jena. — H. 3Iolisch, Die Parjjurbakterien, Jena 1907. W. OmeliansTcy, Bakterien. Eisenbakterien. 1. Erste Forschungen. Untersuchungen von Winogradsky und Molisch. 2. Fundort und Züchtung der Eisenbakterien. 3. Leptothrix ochracea, Crenothrix polyspora und andere Ai'ten I. Erste Forschungen. Untersuchungen von Winogradsky und Molisch. Wir finden bei Ehrenberg zuerst eine be- sondere Gruppe von Fadenbakterien er- wähnt, deren Zellen von einer braunen Scheide umgeben sind. C 0 h n hat fest- gestellt, daß sich in der Scheide Eisenoxyd- hydrat ablagert, und die Vermutung aus- gesprochen, daß dieser Prozeß mit den Lebensfunktionen der Eisenbakterien in engem Zusammenhang steht, indem er mit der intravitalen Ablagerung von Kiesel- säure im Diatomeenpanzer in Analogie zu bringen ist. Im Jahre 1888 lieferte Wino- gradsky den Beweis dafür, daß die Oxydation der Eisenoxydulsalze durch das lebende Plasma der Eisenbakterien hervor- gerufen wird und daß solche Oxydation im Leben der Eisenbakterieu die Rolle des Atmungsprozesses spielt. Die Reaktion ver- läuft nach folgender Gleichung: 2 FeC03+ 3 H2O + 0 = Fe 2 (OH)« + 2 CO2. Molisch ist es gelungen, Leptothrix ochracea in Reinkultur zu erhalten und zu zeigen, daß dieser Organismus in Nähr- lösung mit organischer Substanz ohne Zu- satz von Eisen oder Mangan gedeihen kann. Durch die Untersuchungen von L i e s k e ist festgestellt, daß Spirophyllum ferrugineum Bakterien (Eiseiibakteiien) 819 in anorganischer Nährlösung bei Gegenwart von Eisenoxydulkarbonat CO 2 assimihert. Für andere Eisenbakterien gelang dieser Nachweis nicht. Die Eisenbakterien stellen mithin eine Gruppe von Organismen dar, die ernährungsphysiologisch durchaus nicht dieselben Eigenschaften aufweisen. 2. Fundort und Züchtung der Eisen- bakterien. Eisenbakterien finden sich in Sümpfen, Teiclien, Seen und Wasserlei- tungswasser sowie in Eisenquellen. Im Meerwasser sind sie bis jetzt nicht ge- funden worden. Um eine Kultur von Eisenbakterien zu gewinnen, bringt man in einen hohen Zy- linder ausgekochtes Heu, frisch niederge- schlagenes Eisenoxydhydrat und zur In- fektion ein wenig Schlamm. Sodann wird der Zylinder mit Brunnenwasser angefüllt. Die nach einiger Zeit sich entwickelnden Eisenbakterien bedecken als brauner Filz Wandungen und Boden des Zylinders. Mo- lisch ist es gelungen, Reinkulturen von Eisenbakterien auf Agar mit Zusatz von 0,025 bis 0,05 % Manganpepton in Leitungs- wasser zu züchten. 3. Leptothrix ochracea, Crenothrix polyspora und andere Arten. Einen ganz gewöhnlichen Bewolmer von Eisenquellen X' ^ Fig. 1. Leptothrix ochracea. Eisen- bakterien mit Scheiden, ans denen in a die Gliederketten hervorragen, die demni'chst aus- schwärmen würden. Darüber entleerte Scheiden. b Ein Knäuel der Eisenbakterien aus einer Roh- knltur. Vergr. a 370; b 70. Nach A. Fischer. stellt Leptothrix ochracea (Fig. 1) dar. Die nicht verzweigten Fäden dieses Bakteriums bestehen aus sehr dünnen zylin- drischen Gliedern, die von einer braunen Scheide umgeben sind. Die jungen Fäden haften sich gewöhnlich mit einem Ende an feste Gegenstände, während sie mit dem anderen frei in der Flüssigkeit herum- schwimmen. Die Vermehrung findet durch eiförmige, unbewegliche Gonidien statt, die nicht selten leeren Scheiden anhaften, woraus sich eine scheinbare Verzweigung ergibt. Die mit Eisenoxyd imprägnierten Hüllen sind sehr widerstandsfähig und zersetzen sich nach erfolgtem Absterben der Bakterien nur ganz langsam, wobei sich am Boden stehender Gewässer Ablagerungen von Sumpf- oder Seeneisenerz bilden Eine andere Art von Eisenbakterien, Crenothrix polyspora, verun- reinigt, indem sie sich im Wasserleitungs- netze entwickelt, die Sedimentier- brunnen und veren- gert den Durch- messer der Wasser- leitungsröliren, bis- weilen bis zum völligen Verschluß desselben. So be- saß 2. B. in Dres- den ein Wasser- leitungsrohr, das anfangs im Durch- schnitt 10 cm maß, nach Verlauf von 30 Jahren einen Durchmesser von nur 4 cm. Ebenso häufig findet sich im Wasserleitungs- w^asser eine andere Form, Gallio- nella ferru- g i n e a , die in ihrem Aussehen an eine Haarnadel mit geflochtenen Enden erinnert (Fig. 2). Vor kurzem hat E 1 1 i s ein Eisen b akter in m, S p i r 0 p h y 1 - 1 u m f e r r u g i n e u m , beschrieben, das das Aussehen eines spiralförmig gewundenen Bandes besitzt (Fig. 2). Zu den Eisen- bakterien zählt man gewöhnhch auch die im Wasser ziemlich weit verbreiteten Fadenform, C 1 a d 0 t h r i x d i c h 0 t 0 m a (Fig. 3), dip zuweilen braungefärbte Hüllen bil- det. Lieske hat aber jüngst den Beweis gebracht, daß Cladothrix dichotoma in ihrer Scheide nur ganz geringe Mengen von Eisen aufnimmt und nicht zu den Eisenbak- terien zu rechnen ist. Sie ist wohl meist mit Clonothrix f usca verwechselt worden. Literatur. Winogradsky, Ueber Eisenbakterien. Bot. Ztg. Bd. 46, 1888. — Zopf, Entwickekings- geschichtliche Untersuchungen über Crenothrix polyspora, die Ursache der Berliner Wasserkala- mität, Berlin 1879. — Adler, Ueber Eisenbak- terien in ihrer Beziehung zu den therapeutisch verwendeten natürlichen Eisenwässern. Zentr. f. Bakt., 2 Abt., Bd. 11, 1904. — Colin, Beitr. z. Biol. d. Pflanzen, Heft 3. — H. Molisch, Die Pflanze in ihren Beziehungen zum Eisen, 1892. — Derselbe, Die Eisenbakterien, Jena 1910. — Ritllinann, Die Eisenbak- terien; Cladotrichecn, Streptotricheen und Acti- nomyceten. Handb. d. Mykologie Bd. III, 7. Kap. S. 198—212. — Lieske, Beiträge zur Kennt- 52* Fig. 2. 1. Gallionella { e r r u g i n e a. 2. Spiro- phyllum t'errugineum. 820 Bakterien (Eisenljakterien) — Ballistüi: nis der Physiologie von Spirophyllumferrvgineuni \ keit. i) Messung des Maximalgasdnicks. k) Be- Ellis, einem typischen Eisenbakterien. Jahrb. ' ansprucliungen der Waffe. 1) Druck. 2. Aeußere /. wiss. Botanik, Bd. 49, 1911. W. Omelianshy. ßalfour Frances Maitland. / Geboren am 10. November 185^ m Edinburgh ; ' gestorben am 18. Juli 1882 iufolge eines Ab- sturzes in den Alpen. Er erhielt seine Ausbildung in Harrow und von 1870 an in Cambridge, wo er sich mit der Entwicklung des Hühnchens zuerst j selbständig wissenschaftlich beschäftigte. Nach { Erlangung des Grades eines B. A. ging er 1873 | an die vor lairzem von A. Dohrn in Neapel gegründete Zoologische Station, wo er die wenig | bekannte Entwickelung der Elasmobranchier in Angriff nahm. Bedeutungsvoll sind namentlich seine Befunde über die Entwickelung der Spinal- nerven, besonders die der Nieren; sie wurden j von allgemeiner Bedeutung für die Beziehungen j dieser Organe zu höheren Vertebraten und be- sonders zu den Invertebraten. Balf our wußte diese Resultate wohl zu würdigen und ver- wertete sie auch entsprechend. Nach wieder- holten Besuchen in Neapel, wo er seine ent- wicklungsgeschichtlichen Studien fortsetzte, wurde er 1876 lecturer on animal morphology in Cambridge. Hier vollendete er auch 1878 seine Monogiaphie über die Entwicklung der Elasmo- branchier und entfaltete eine fruchtbare Lehr- tätigkeit. Daneben unternahm er ein Werk von umfassender und origineller Bedeutung, das im Jahre 1880 bis 1881 erschien unter dem Titel Treatise on comparative embryology. In diesem Werk stellte er zum erstenmal die gesamten be- kannten embryonalen Tatsachen kiitisch be- arbeitet zusammen und hat sich dadurch ein großes Verdienst um den weiteren Ausbau der Entwicklungsgeschichte erworben. 1882 kurz vor seinem für die Wissenschaft zu früh erfolgten Tode, wurde er Professor für Embryologie in Cambridge, nachdem er einen anderen Ruf aus- geschlagen hatte. Nach seinem Tode erschien noch die zweite Auflage seiner Elements of Embryology, die er mit M. F oster zusammen verfaßt hatte. Weitere Ai'beiten sind On the devolopment of elasmobranch fishes London 1878; Studies from the morphological laboratory in Cambridge 1880 bis 1882 2 Bde. Literatur. Diciimary of National Biocjraphy Bd. ,J, 18S5. W. Harms. Ballistik. 1. Innere Ballistik : a) Zweck und Ziele. Spreng- technik und Ballistik, b) Innerbaliistisches Haupt- problem und dessen Näherungslüsungen. c) Be- stimmende Eigenschaften einer Pulversorte, d) Wärmegehalt und Arbeitsvermögen, e) Nutz- effekt, f) Spezifisches Volumen, g) Brisanz eines Pulvers, h) Messung der Mündungsgeschwindig- Ballistik: a) Definitionen, b) Allgemeine Eigen- schaften der Flugbahn im luftleeren und im lufterfüllten Raum. c) Das außerballistische Hauptproblem, d) Sekundäre Probleme, e) Ein- dringen des Geschosses in das Ziel. Die Ballistik beschäftigt sich mit der Be- wegung des Geschosses und den daran sich anschließenden Fragen auf Grund der Mathe- matik, Mechanik und Physik Die sogenannte innere Ballistik verfolgt das Geschoß von dem Moment ab, in dem die Pulverladuug innerhalb des Verbrennungsraums der Waffe zur Entzündung gelangt, bis zum Austritt des Geschosses aus der Mündung. Die äußere Ballistik weiterhin von dem letzteren Moment bis zum Eindringen des Geschosses in das Ziel. Die sogenannte experimentelle Ballistik, die es mit den zugehörigen Messungs- und Beobachtungsmethoden zu tun hat, soll im Ajischluß einerseits an die innere, andererseits an die äußere Ballistik Erwäh- nung finden. I. Innere Ballistik, i a) Z w e c k u n d Ziele. S j) r e n g t e c h n i k und B a 1 - j 1 i s t i k. Die Pulverladung erfährt durch I Entzündung oder durch Schlag und Stoß eine chemische Umänderung, bei der große Mengen von gasförmigen Produkten ent- stehen. Sind diese Gasmengen in einen kleinen Raum eingeschlossen, so wird hier- durch, sowie infolge der bei der chemischen Reaktion auftretenden Wärmeentwickelung ein Druck auf die Umfassungswände ausgeübt. Dieser Druck kann Arbeit leisten. In der j eigentlichen Sprengtechnik besteht die von dem Explosivstoff geleistete Arbeit in der Ueberwinduug von Kohäsionslvräften ; daher handelt es sich hier um die Erzeugung von hohen Maximalgasdrücken, die nur sehr kurze Zeit wirken — ein Zweck, der durch brisante Sprengstoffe erreicht wird. Dagegen in der — hier allein zu besprechenden — Gewehr- und Geschützballistik soll der Gas- druck dazu verwendet werden, dem Geschoß innerhalb des Rohrs nach und nach eine lebendige Kraft insbesondere der Trans- lation zu erteilen, ohne daß die Festigkeit des Rohrs und des Geschosses gefälirdet wird. Dazu bedarf es wenig brisanter Explosiv- stoffe. Die Gase sollen nicht zertrümmernd, sondern schiebend auf das Gieschoß wirken. Der Zweck ist: bei möglichst niedrigem Maximalgasdruck eine möglichst hohe M ü n - d u n g s g e s c h w i n d i g k e i t des Ge- schosses zu erzielen Dabei versteht man unter „Mündungsgeschwindigkeit" oder „Anfangs- geschwindigkeit" die Geschwindigkeit des Geschosses, die dieses bei dem Austritt aus der Mündung des Rohrs besitzt. I b) Das i n n e r b a 1 1 i s t i s c h e Hauptproblem und d e s s e n N ä - Ballistik 821 h e r u 11 g s 1 ü s u n g e n. Würde alles Pul- ver schon in Gas verwandelt sein, ehe das Geschoß seine Bewegung begonnen hat, so würde der Gasdruck iin Verlauf der Geschoß- bewegung durch das Rohr nur abnehmen, da der den Gasen zur Verfügung stehende Raum zwischen Seelenboden und Geschoßboden mit dem Vorrücken des Geschosses nach der Mündung zu immer mehr wächst. Würde andererseits das Pulver so langsam abbrennen, daß der Maximalgasdruck erst oder noch nicht eintritt, wenn das Geschoß die Mündung pas- siert, so würde im allgemeinen nicht die nötige ,, Mündungsenergie" des Geschosses erhalten werden; auch würde meist die in dem Pulver enthaltene Energie nicht aus- genützt sein; starke Knalle und Feuer- erscheinungen an der Mündung würden ge- wöhnlich beobachtet werden. Das Ideal ist eine vollkommene Konstanz des Gas- drucks. Da sich diese nicht erreichen läßt, sucht man wenigstens eine annähernd gleich große Sjiannung der Gase zu erhalten, wobei die durch die Raum Vergrößerung mit Arbeits- leistung bewirkte fortwährende Verminde- rung des Gasdrucks so gut es geht durch fortwährende Zufuhr neuer Treibgase kom- pensiert wird, so daß das Pulver gerade vollständig verbrannt ist, wenn das Ge- schoß die Mündung verläßt. Dazu bedarf es entsprechend langsam verbrennender Pulver- sorten. Es muß also eine ganz bestimmte Beziehung bestehen zwischen der Schärfe des Pulvers (darüber s. w. u.), der Masse des Pulvers und des Geschosses, dem Rohr- und Geschoßkaliber, der Rohrlänge und dem Inhalt des ,, V e r b r e n n u n g s r a u m s ", d. h. desjenigen Raumes zwischen Geschoß und Seelenwandung, in dem das Pulver bei seiner Entzündung eingeschlossen ist. Sind diese Größen für eine projektierte Waffe versuchsweise gewählt, so handelt es sich darum, den im Seelenraum des Rohrs herr- schenden Gasdruck, die Geschwindigkeit und Beschleunigung des Geschosses, sowie die Temperatur der Pulvergase je in Funktion der Zeit oder auch des Geschoßweges im Rohr zu ermittehi. Darin besteht das inner- ballistische Hauptproblem. Se- kundäre Aufgaben beziehen sich auf die Er- wärmung des Rohrs, auf die Inanspruch- nahme von Rohr, Verschluß, Lafette, auf die Rotation des Geschosses in den Zügen usw. Lediglich auf theoretischem Wege mit Hilfe der Thermochemie und Thermodynamik den zeitlichen Verlauf des Gasdrucks, der Geschoßgeschwindigkeit und -Beschleunigung im Rohr, sowie der Gastemperatur aus den chemischen und physikalischen Eigenschaften des verwendeten Pulvers, aus der Pulver- ladung, der Gesclioßmasse, dem Kaliber, der Rohrlänge, dem Verbr^mungsraum usw. im voraus zu ermittehi, ist bisher, trotz sehr zahlreicher Ansätze, wenigstens nicht in völHg befriedigender Weise möglich geworden. Die außerordentliche Kompliziertheit des Problems, besonders aber die Mängel in den empirischen Unterlagen sind, wie man sehen wird, die Ursache. Man begnügt sich daher meistens, für die mutmaßliche Verbrennungs- weise des Pulvers beim Schuß Anhaltspunkte aus solchen Versuchen zu gewinnen, die mit derselben Pulversorte in der Versuchsbombe ausgeführt werden ; ferner supponiert man mitunter eine augenblickhche Verbrennung der ganzen Pulverladung vor Beginn der Geschoßbewegung und ermittelt die nun folgende Bewegung des Geschosses durch das Rohr unter Annahme einer polytropischen Zustandsänderung der Pulvergase mit em- pirisch gewonnenem Exponenten, wobei man entweder die Rechnung oder graphische Kon- struktionen zu Hilfe nimmt: oder endhch führt man Schießversuche mit dem betref- fenden Pulver und einer verwandten Waffe aus und schließt mittels gewisser empirischer oder halbempirischer Formehi und Tabellen auf den Verlauf der Geschoßgeschwindig- keit und des Gasdrucks in der projektierten Waffe. Ist die Waffe schon vorhanden, so mißt man jedenfalls den maximalen Gasdruck und die Mündungsgeschwindigkeit des Ge- schosses; häufig wird auch die Bewegung des Geschosses durch das Rohr oder aber der Rücklauf der Waffe beim Schuß zeitlich registriert ; aus solchen Registrierungen erhält man den Verlauf der Geschoßbeschleunigung und damit, zwar nicht den Verlauf des Gasdrucks selbst, der auf das Geschoß wirkt, aber wenigstens den der beschleunigenden Kj-aft. IC) Bestimmende Eigenschaften einer P u 1 v e r s o r t e. Die baUistischen Eigenschaften der zu verwendenden Pulver- sorte sind gegeben mit dem Wärmegehalt, dem spezifischen Volumen, dem Kovolumen, den Konstanten der spezifischen Wärme, der sogenannten Kraft des Pulvers, der Dichte, Form. Größe und Oberflächenbe- schaffenheit des einzehien Pulverkorns. Die V e r b r e n n u n g s g e s c h w i n d i g k e i t eines Pulvers hängt ab von dessen chemischen und physikalischen Eigenschaften und von dem jeweiligen Druck, der bei derVerbrennimg des Pulvers im konstanten Raum der Ver- suchsbombe in seinem Maximalwerte eine Funktion der Ladedichte ist. Dabei versteht man unter Ladedichte das Verhältnis zwischen der Pulverladung in kg zu dem In- halt des Verbrennungsranmes in 1. Auch von der Lagerung der einzehien Pulverkörner gegeneinander innerhalb des Verbrennungs- raumes, ilirer Temperatur und Feuchtigkeit, sowie von der Art und dem Ort der Zündung ist die Verbrennungsweise des Pulvers beim Schuß abhängig. 822 Ballistik I d) W ä r m e g e h a 1 1 u n d A r b e i t s- V e r mö g e n. Der Wärmegehalt einer Pul- versorte ist die Wärmemenge (in kg-Kal.), die durch die Umwandlung von 1 kg des Pulvers entsteht, falls Arbeitsleistung aus- geschlossen ist; z. B. für Schwarzpulver 680, für das rauchschwache Blättchenpulver 770, für das nitroglyzerin haltige Würfelpulver 1190 Kai. pro 1kg (nach den Angaben des deutschen Militärversuchsamts); dabei ist das entstandene Wasser in Dampfform zu denken. Thermochemisch läßt sich der Wärmegehalt aus der Analyse der Verbren- nungsprodukte und unter Berücksichtigung gewisser sekundärer Prozesse berechnen; sicherer wird er kalorimetrisch gemessen. Die Bedeutung dieser Größe liegt darin, daß sich hieraus und mittels der Konstanten der — von der Temperatur abhängigen — spezifischen Wärme die V e r b r e n n - n u n g s t e m p e r a t u r der Pulvergase berechnen läßt; diese ist ihrerseits für die Höhe des Gasdrucks und für die Frage der Ausbrennung der Rohre von Bedeutung. Z. B. für Blättchenpulver berechnet sich die Verbrennungstemperatur zu ca. 2100" C. Ferner spielt der Wärmegehalt des Pulvers naturgemäß eine wichtige Rolle bei allen rein theoretischen Näherungslösungen des inner- ballistischen Problems. In mkg pro 1 kg der Ladung ausgedrückt, wird der Wärmegehalt das ,,A r b e i t s V e r m ö g e n" des Pulvers genannt. Dieses, mit der Pulverladung (kg) multipüziert, gibt die gesamte ,, Energie" an, die in der Pulverladung enthalten ist. Li dem Moment des Geschoßaustritts aus dem Rohr findet sich diese Energie in folgende Teile zerlegt vor : Ein erster Teil ist auf die lebendige Kraft der Vorwärtsbewegung des Geschosses verwendet. Ein zweiter auf die Energie der Rotation des Geschosses um seine Längsachse. Ein dritter Betrag auf die Bewegungsenergie der verbrannten und etwa noch unverbrann- ten Pulverladung. Ein vierter auf die Be- wegungsenergie, die die Waffe oder ein be- stimmter Teil derselben nach rückwärts er- halten hat ; samt Erschütterungs- und Vibra- tionsarbeit an der Waffe usw. Ein fünfter Teil ist die Arbeit zur Ueberwindung des äußeren Luftdrucks, sowie die Energie, die bis dahin auf die vor dem Geschoß befindhche Luft übertragen wurde. Ein sechster ist die Arbeit zur Ueberwindung der Widerstände, die das Geschoß im Rohr erfährt, einsclüieß- lich der Einpressungsarbeit. Ein siebenter ist die Wärme, die von den heißen Pulver- gasen in das Rohr überging usw. Ein achter die Gesamtwärme der im Seelenraum ein- geschlossenen Pulvergase. Um für ein neueres Infanteriegewehr einige Zahlen anzuführen, so betrug die in der Ladung entlialtene Energie 2,762 Kai.; der Wärmeübergang in den Lauf, samt der sonstigen an den Lauf ab- gegebenen Energie, die in Wärme verwandelt ist, 0,62 Kai.; die Energie der Translations- l)ewegung des Geschosses im Moment des Geschoßaustritts 0,905 Kai.; die Energie der Rotationsbewegung des Geschosses in dem- selben Moment 0,004 Kai.; die Rückstoß- energie 0,003 Kai. le) Der Nutzeffekt. Unter ,, Nutz- energie" pflegt man die Energie der Trans- lationsbewegung des Geschosses im Augen- bhck des Austritts aus der Mündung zu be- zeichnen; diese Energie pro 1 kg Ladung als ,, Pulver Verwertung"; und dieselbe Energie im Verhältnis zu der in der ganzen Ladung enthaltenen Energie als ,,Nu t z e f f e k t" oder ,,P u 1 V e r au sn üt zu n g". Der Nutzeffekt liegt beim Schuß aus Geschützen und Gewehren zwischen 10 und 35 %. Dieser Begriff spielt naturgemäß in der Ballistik eine weit weniger wichtige Rolle, als bei den Gas- kraftmaschinen; so zahlreich auch sonst die Analogien sind, die zwischen der Theorie der Dampfmaschinen und Gasmotoren emerseits und der Theorie der Geschoßbewegung im Rohr des Geschützes oder Gewehrs anderer- seits bestehen. Man will nicht möglichst an Pulver sparen, da ja jedes Geschütz und selbst jedes Gewehr nur eine verhältnismäßig sein* kleine Anzahl von Schüssen gestattet, im Vergleich zu der Zahl der Kreisprozesse, die eine Gaskraftmaschine zu überdauern hat. Der Zweck ist vielmehr, bei möglichst großer Sicherheit für die Haltbarkeit des Rohrs, also bei möglichst niedrigem Maximalgasdruck ein Maximum der Mündungsenergie zu er- reichen ; das sogenannte ,,D r u c k v e r - h ä 1 1 n i s" — der Mittelwert des Gasdrucks dividiert durch den Maximalgasdruck — soll ein Maximum sein. if) Das spezifische Volumen. Das ,, spezifische Volumen" V« ist das Rezi- proke der Gasdichte; d. h. es ist das Volumen, das die aus 1 kg des Pulvers sich entwickehi- den Gase bei 0« C Temperatur und 760 mm Druck einnehmen würden, wobei das ent- stehende Wasser als Dampf gedacht ist. Auch diese Größe läßt sich thermochemisch berech- nen, wird aber sicherer durch Messung er- T halten. Der Ausdruck Pq-Vq. -273" = ^' (Po Atmosphärendruck, Vq spezifisches Volumen, T Verbrennungstemperatur im absoluten Maß) heißt der spezifische Druck oder die „Kraft" d e s E X p 1 0 s i V s t 0 f f s. Das ,,K 0 V 0 1 u m e n" a gibt an, welcher Teil der Pulverladung auch nach vollendeter Verbren- nung Rückstand bleibt, und zwar Rückstand im weitesten Sinne, also einschließlich der Molekularvolumina des Gases; man pflegt auch diese Größe als eine Konstante der be- treffenden Pulversorte anzunehmen. Kennt man die Kraft f des Pulvers, die Ladedichte A BalHstik 823 und das Kovolumen a, so läßt sich, bei Ver- 1 breniiung eines Pulvers im konstanten Raum der Versuchsbombe, der Maximaldruck P weniijstens für die neueren festen und flüssi- gen ^Explosivstoffe mit genügender Genauig- keit mittels des A b e 1 s c h e n Gesetzes: berechnen: P = (f A): (1— a A). Umgekehrt j kann man durch Anwendung verschiedener | Ladedichten und Messung des Gasdrucks die Größen f und a ex^jerimentell ermitteln. | i'g) Die Brisanz. Ueber die Art und Weise, wie die „Schärfe" oder „Bri- s an z" eines Pulvers bei dessen Verwendung in einer bestimmten Waffe definiert und folg- lich ermittelt werden soll, herrscht keineswegs Uebereinstimmung. Die Hauptschwierigkeit liegt darin, daß sich dieselbe Pulversorte, auch bei Anwendung der gleichen Ladedichte, in zwei verschiedenen Waffen sehr verschieden verhalten kann; ferner darin, daß das P i o - b e r t sehe Gesetz (von der Verbrennung des einzelnen Pulverkorns in äquidistanten Schich- ten) selbst bei den neueren Pulvern nicht völlig allgemein zutrifft, sondern z. B. von der gegenseitigen Lagerung der Pulverkörner ab- hängt. Meistens "führt man Gasdruck-Regis- trierungen mit der Versuchsbombe aus und definiert dann die Brisanz des verwendeten Pulvers auf Grund des erhaltenen Druck-Zeit- Diagramms; und zwar einerseits durch die Verbrennungsdauer des betreffenden Pulvers, wobei man annimmt, daß wenn der Druck in der Versuchsbombe konstant geworden ist, die Verbrenmmg des Pulvers beendigt ist; andererseits durch das Gefälle der Druckkurve in ihrem Wendepunkt; je stärker dieses Ge- fälle, um so brisanter nennt man das Pulver. Andere suchen einen Brisanzmodulus des Pulvers in dem oben erwähnten Druckver- hältnis; ein frühzeitiges Eintreten des Maxi- maldrucks ist mutmaßhch ein Anzeichen für ein rasches Abbrennen des Pulvers, und da es sich zeigt, daß, je früher unter sonst gleichen Umständen das Maximum des Gasdrucks eintritt um so größer auch der Maximalgas- druck Pi im Vergleich zum mittleren Gas- druck pm ist, so schließt man, daß die Ver- brennungsgeschwindigkeit des Pulvers mit — zu- und abnehme (ri = Druck Verhältnis rj ^ ' Pm : Pi); man nennt also das Pulver um so brisanter, je kleiner das Druckverhältnis ist. Das Pulver soll ,,s c h a r f " heißen, wenn 7j < 0,45 ist, „m i 1 1 e 1", wenn rj zwischen 0,45 und 0,60 liegt; und ,,m i 1 d", wenn r] > 0,60 ist. So soll als Stoff am schärfsten ScliM'arzpulver sein [r] höchstens 0,41): darauf das rauchschwache nitroglyzerinhaltige Wür- felpulver folgen (r] etwa 0,52); dann das reine Schießwolle -Blättchenpulver (i; etwa 0,65). Uebrigens läßt sich gegen diese Kennzeichnung der Brisanz manches einwenden. Endlich ist versucht worden, die Verbrennungszeit eines Pulvers beim Schuß selbst zu messen. Der Gasdruck in der Waffe steigt beim Vorrücken des Geschosses im Rohr meistens rasch bis zu seinem Maximum an und fällt alsdann langsamer bis zum Mündungsgas- druck ab ; z. B. bei neueren Lifanteriegewehren liegt das Maximum zwischen 3000 und 4000 kg/qcm. Unter sonst je gleichen Umständen und bis zu gewissen Grenzen ist der Maximal- gasdruck im allgemeinen um so größer, je größer die Pulverladung oder das Geschoß- gewicht oder die Ladediclite und je kleiner das Kaliber gewählt wird. Die Mündungsge- schwindigkeit des Geschosses nimmt unter je gleichen Umständen im allgemeinen zu, wenn die Pulverladung oder die Ladediclite oder — bis zu einer gewisssen Grenze — die Lauf länge größer oder aber das Geschoß- gewicht kleiner gew^ählt wird. I h) Die Messung der Mündungs- geschwindigkeit. Die M ü n d u n g s - geschwindigkeit läßt sich mit den neueren Hilfsmittehi auf etwa 0,2 % messen. Die Apparate, die zur Messung dieser Ge- schwindigkeit dienen, sind in den verschiede- nen Fällen und in den einzelnen Ländern recht verschieden. Der einzige Apparat, mit dem die Geschwindigkeit direkt ermittelt wird, ist das ballistische Pendel. Die anderen ; Apparate sind, wenn man von der Geschwindig- keitsbestimmung durch Messung des Wellen- winkels am fliegenden Geschoß absieht — ' durchweg indirekter Natur ; sie sind Zeit- messer. Meistens wird der B o u 1 e n g e - Apparat verwendet: Vor der Mündung ist ein Draht oder ein Kupferstreifen ausgespannt, der in dem Stromla'eis eines ersten Elektro- : magneten sich befindet. In 50 oder 100 m Entfernung davon ist ein Drahtgitter oder eine Kontaktscheibe aufgestellt und liegt im Stromkreis eines zweiten Elektromagneten. Wird durch das Geschoß der Mündungsdraht oder Mündungskupferstreifen durchrissen, so wird der erste Elektromagnet unmagnetisch; ein an ihm hängender Stab wird freigelassen und fällt herab. Wird auch das zweite Dralit- gitter durchrissen oder wird die Kontakt- scheibe von dem aufprallenden Geschoß zurückgedrückt, so verliert auch der zweite Elektromagnet seinen Magnetismus ; ein zwei- ter Stalj fällt und schlägt auf emem Teller auf. Dadurch wird eine Spannfeder frei; ein Messer springt vor und erzeugt in dem vorbei- fallenden ersten Stab eine Marke. Man erhält hieraus die zugehörige Fallhöhe, folghch auch die Fallzeit, und nach Subtraktion einer ge- wissen Instrumenten-Konstanten diejenige Zeit, die das Geschoß gebraucht hat, um die Messungsstrecke von 50 oder 100 m zurückzulegen. Durch Division dieser Zeit in die Messungsstrecke gewinnt man die mittlere Geschoßgeschwindigkeit V25 bezw. 824 Ballistik V50 auf dieser Strecke. Durch Rechnung wird alsdann V25 bezw. V50 auf die Mündung (Vq) reduziert. Der Apparat mißt ein Zeitintervall von z. B. 0,01 sec. mit einem mittleren quadratischen Fehler der Einzelmessung im Betrag von ±0,00004 sec; kleinere Zeit- intervalle als 0,001 sec. lassen sich mit dem Apparat nicht wohl mehr messen. In Eng- land wird auch der Tram-Chronograph von J. S m i t h benutzt, bei dem die Zeitre- gistrierung durch eine geaichte Stimmgabel und durch Registrier-Elektromagnete erfolgt, deren Anker mit Schreibfedern versehen sind. Häufig wünscht man die Geschwindigkeit in nächster Nähe der Mündung selbst auf kurzer Strecke von 1 m oder 20 cm zu messen. Hierzu dient der Siemens sehe Funken- chronograph, mittels dessen z. B. ein Zeit- intervall von 0,001 sec. mit einem wahrschein- lichen Fehler der Einzelmessung von ± 0,25% sich ermittehi läßt; ferner der Kondensator- Chronograph von S a 1) i n e - R 0 d a k 0 V i c , der Polarisations-Chronograph voii C r e h 0 re und S q u i e r usw. ; auch durch photogra- phische Registrierung kann die Geschwindig- keit auf sehr kurzer Strecke, bei völlig freiem Flug des Geschosses, gemessen werden. I i) Messung des M a x i m a 1 g a s - drucks. Zur Messung des Maximalgas- drucks, der in der Waffe beim Sclmß auftritt, wird meistens der N 0 b 1 e sehe ,, Stauch- apparat" angewendet: das Rohr ist, gewöhn- lich an der Stelle des Pulverraums, mit einer Seitenbohrung versehen. Es wird ein gut ein- geschliffener, leicht saugend gehender Stahl- stempel in die Bohrung eingesetzt, auf diesen ein genau abgemessener Kupferzylinder und hierauf eine Halteschraube. Durch den Gas- druck wird der Stempel vorgedrückt und der Kupferzylinder zusammengepreßt. Man mißt die Stauchung des Kupferzylinders und erhält daraus, auf Grund der Aichung mittels einer Presse oder eines Fallhammers, den Maximal- gasdruck; freilich in Verbindung mit mehreren zum Teil noch nicht vöUig gesetzmäßig er- forschten Fehlerquellen. Bei Geschützen wird die Stauchvorrichtung häufig in einem sogenannten ,,K r u p p s c h e n M e ß e i" untergebracht, das in den Pulverraum gelegt wird. Wenn man den zeithchen Verlauf des Gas- drucks im Rohr durch Messung zu erhalten wünscht, benützt man den S e b e r t sehen „R ü c k 1 a u f m e s s e r". Dieser gestattet, die Wege, die das möglichst reibungsfrei ge- lagerte Rohr beim Schuß nach rückwärts zurücklegt, in Funktion der Zeit zu gewinnen. Durch zweimaliges Differentiieren erhält man hieraus den Verlauf der Geschwindigkeit und Beschleunigung des Rohrs, somit die beschleunigende Kraft, die auf das Rohr wirkt, und auf Grund des Schwerpunktssatzes dasselbe für das Geschoß. Die Registrierung erfolgt mittels einer schwingenden Stimm- gabel, oder es schreibt eine aniLauf angebrachte und mit diesem zurückgehende Schreibfeder auf einer rotierenden berußten Trommel; neuerdings wird beim Gewehr auch photo- graphische Registrierung angewendet. Andere Methoden sind in größerer Anzahl vorge- schlagen und versucht worden. Alle diese Re- gistriermethoden leiden jedoch an dem Uebel- stande, daß sie nicht den Verlauf des Gasdrucks selbst angeben, sondern den der beschleuni- genden iCraft: man erhält nur die Differenz zwischen dem Gasdruck und dem Wider- stand, der innerhalb des Rohrs in Richtung der Seelenachse auf das Geschoß wirkt, in Funktion der Zeit oder des Wegs. Es ist je- doch bis jetzt nicht möglich geworden, den Einpressungswiderstand, den Zug- und Rei- bungswiderstand einwandfrei zu messen. Und doch ist insbesondere der Widerstand, den das Geschoß bei seinem Einpressen in den ge- zogenen Teil des Rohrs erfährt, von bedeu- tendem Einfluß auf die Verbrennungsweise des Pulvers und damit auf die Höhe des Maximalgasdrucks und der Mündungsge- schwindigkeit. I k) Beanspruchungen der Waffe. Die Kenntnis des Gasdruckverlaufs, insbe- sondere des Maximalgasdrucks ist vorzugs- weise für die Frage nach der Haltbar- keitdes Rohrs, ferner für die Konstruk- tion der Verschlüsse usw. notwendig. Zurzeit werden die Beanspruchungen eines einfachen oder beringten Rohrs oder eines Stahldraht- rohrs mit Hilfe der statischen Festigkeits- theorie ermittelt, doch hat man diesbezüg- liche dynamische Untersuchungen begonnen. Außer den Beanspruchungen des Rohrs und Verschlusses auf Druck und Zug sind an dieser Stelle die kräftigen Transversalverbiegungen zu erwähnen, die der Lauf eines Gewehrs beim Schuß periodisch erfährt. Die Trans- versalschwingungen erfolgen sowohl im Grundton, wie in den ersten Obertönen; die Knoten kann man zum Teil durch Aufstreuen von Sand auf einen Kartonstreifen nach- weisen, der auf dem Lauf befestigt wird. Für mehrere Gewelu'exemplare wurde der Verlauf der Schwingungen photographisch unter- sucht; diese Schwingungen beginnen schon vor dem Austritt des Geschosses aus der Mündung und sind, wenigstens bei einläufigen Gewehren, die Hauptursache davon, daß nach dem Geschoßaustritt die Anfangstangente der Geschoßflugbalm im allgemeinen nicht mit der verlängerten Seelenachse überein- stimmt, wie sie vor dem Schuß gerichtet war, daß vielmehr beide einen Winkel miteinander bilden (s. w. u.). Außer den Transversal- schwingungen dürften auch Longitudinal- schwingungen, ferner elastische Kaliberände- rungen und endlich, bei gezogenen Läufen, Torsionsschwingungen vorhanden sein; doch Ballistik 825 sind diese weiteren Beanspruchungen des Rohrs bis jetzt nicht experimentell nach- gewiesen worden. Verwickelter noch als die Bewegungs Vor- gänge bei einem Einzellader sind diejenigen bei einer Selbstladewaffe. Das Funktionieren ' einer Selbstladewaffe, das Zurück- und Vor- gehen des Verschlußkolbens, das Auswerfen der leeren Hülse, das Einschieben der neuen Patrone, das etwaige Heraustreten von Pulvergasen aus dem Verschluß usw. kann mit Hilfe der elektrischen Kmematographie im einzehien verfolgt werden, wobei sich etwaige Fehler der Waffe kundgeben, die sonst ver- borgen bleiben können. 1 1) Der Drall. Durch die Züge soU dem Langgeschoß ehie Rotation um die Längsachse (mit 3000 bis 4000 Touren pro Sekunde bei neueren Gewehren) zum Zweck der Stabilität beim Flug durch die Luft und damit eine erhöhte Treffähigkeit verliehen werden. Bil- den in der ebenen Abwickelung der inneren Seelenoberfläche die Zugkanten parallele Geraden, so heißt der Drall konstant („D r all - w i n k e 1" = Winkel zwischen diesen Ge- raden und der Seelen achse des Rohrs); anderenfalls veränderMch, „ProgressivdraU". Die Gewehre besitzen meist konstanten Drall; bei Geschützen wird nicht selten Progressiv- drall, und zwar entweder der parabohsche Drall oder der Drall gleicher Winkelzunahme , angewendet. Der konstante Drall kann den Nachteil mit sich bringen, daß das Geschoß anfangs zu stark auf Drehung beansprucht^ wird, daß also die Sicherheit der Führung des Geschosses in den Zügen leidet; beim Progressivdrall werden die großen anfäng- 1 liehen Leistendrücke vermieden, anderer- seits werden die Geschoßleisten fort- wälu-end verstellt und daher abgeschliffen. Der Enddrallwinkel bei Progressivdrall, bezw. der Drallwinkel bei konstantem Drall, wird so gewählt, daß beim Flug des j Geschosses die Geschoßachse möglichst in der Tangente der Schwerpunktsbahn bleibt, daß also ein ruhiger Flug des Langgeschosses durch die Luft gewährleistet ist. Eine Be- ziehung zwischen Enddrallwinkel, Geschoß- länge, Kahber usw , die dazu dient, für einen einzelnen Fall den erforderüchen Enddrall- winkel im voraus zu ermittehi oder wenig- stens in enge Grenzen einzuweisen, heißt ein Drallgesetz. Solche wurden verschiedentlich aus der Stabilitätsbedingung der Kreisel- theorie abgeleitet; übrigens ist es bis jetzt nicht gelungen, ein für jede behebige Geschoß- form zutreffendes, genügend allgemeines Drallgesetz aufzustellen. 2. Aeußere Ballistik. 2 a) D e f i n i t i o - n en. Das Geschoß habe nunmehr die Mün- dung verlassen und sei in die freie Luft aus- getreten. Zunächst mögen einige Benennun- gen angeführt werden, die in der äußeren Ballistik üblicii sind. Der Winkel zwischen der Anfangstangente der Flugbahn und der Horizontalen heißt „A b g a n g s w i n k e 1". Er ist im allge- meinen nicht identisch mit dem „E r h ö - h u n g s w i n k e 1", d. h. dem Winkel zwi- schen der verlängerten Seelenachse des Rohrs in dessen Ruhelage vor dem Schuß und der Horizontalen; vielmehr bilden (s. w. oben) die Anfangstangente und die verlängerte Seelen- achse einen Winkel miteinander, den soge- nannten „A b g a 11 g s f e h 1 e r w i n k e 1" ; dieser wird als positiv oder negativ bezeichnet, je nachdem der Abgangswinkel größer oder kleiner als der Erhöhungswinkel ist ; meistens trifft das Erstere zu; bei Gewehren heißt der Abgangsfehlerwinkel häufig „Vibrations- ! winker',dabeidiesen dieLaufschwingimgen die Hauptursache seiner Entstehung bilden. Die ' Vertikalebene durch die ruhende Seelenachse heißt „S c h u ß e b e n e"; ihre Schnittünie mit dem durch die Mündungsmitte gedachten Horizont („M ü n d u n g s h 0 r i z 0 n t") I heißt,, S c h u ß r i c h t u n g". Unter „V i - isi er Winkel" versteht man den Winkel zwischen der Seelen achse vor dem Abfeuern und der VisierUnie (d. h. z. B. beim Gewehr der Linie nach dem Ziel über Visierkimme und Korn). Unter „G e 1 ä n d e w i n k e 1" den Winkel zwischen der auf das Ziel ge- ; richteten Visierlinie und der Horizontalen; der Visierwinkel ist also auch die Differenz zwischen Erhöhungswinkel und Gelände- 1 Winkel; wenn nichts anderes gesagt wird, ist der Geländewinkel = Null anzunehmen. „R i c h t u n g s e b e n e" ist die Vertikal- ebene durch die Visierlinie; „R i c h t u n g s - 1 i n i e" die Schnittlinie dieser Ebene mit dem Mündungshorizont. Unter „Schußweite" hat man, wenn nichts anderes bemerkt wird, die horizontale Entfernung zwischen der Mündungsmitte und dem im Mündungshori- zont zu denkenden Auftreffpunkt des Ge- schosses zu verstehen. ,,A u f f a 1 1 w i n k e 1" ist der spitze Winkel zwischen der Flugbahn- tangente in diesem Auftreffpunkt und der Horizontalen ; „Endgeschwindig- keit" ist die Bahngeschwindigkeit, d. h. die Geschwindigkeit des Geschosses in seiner Bahn, die zu dem im Mündungshonzont gelegenen Auftreffpunkt gehört; „S c h ei - t e 1 g e s c h w i n d i g k e i t" die Geschwin- digkeit des Geschosses im Scheitelpunkt der Geschoßbahn. 2 b) Allgemeine E i g e n s c h at t e n d e r F 1 u g b a h n i m 1 u f 1 1 e e r e n u n d im 1 u f t e r f ü 1 1 1 e n Raum. Wäre der Widerstand der Luft nicht vorhanden, so wäre die Bahn des Geschosses euie Parabel mit vertikaler Achse; Endgeschwindigkeit i oieich Anfangsgeschwindigkeit; Auffallwinkel I deich Abgangswinkel. Denkt man sich von 826 Ballistik demselben Punkt aus mit derselben Munition unter den verschiedensten Abgangswinkeln geschossen, so hat man eine Schar von Parabehi; die Maximalschußweite beim Ab- gangswinkel 45°. Alle Parabehi sind von einem einzigen Paraboloid, dem sogenannten „Sicherheitsparaboloid" umhüllt, deren Pfeil- höhe gleich der halben Maximalschußweite ist; alle Scheitel liegen auf einem Ellipsoid; alle Brennpunkte auf einer Kugel usw. Mit Rücksicht auf die Erdkrümmung und die allgemeine Gravitation ist die Bahn des Ge- schosses eine Ellipse, deren einer Brennpunkt im Erdmittelpunkt liegt. TatsächHch wirkt jedoch der Luft- widerstand. Durch diesen wird die Flugbahn derart abgeändert, daß die Schuß- weite und die Endgeschwindigkeit verkleinert, die Gesamtflugzeit vergrößert, der Scheitel der Flugbahn mehr nach dem Auftreff])unkt hin verlegt wird. Der Punkt kleinster Bahn- geschwindigkeit liegt dabei nicht im Scheitel ■ — wie bei der Bahn im luftleergedachten Raum — ,' sondern jenseits des Scheitels, und zwischen diesem Punkt und dem Scheitel befindet sich der Punkt stärkster luümmung der Bahn. Denkt man sich die Flugbahn beliebig weit unter den Mündungshorizont hinab fortgesetzt, so nähert sie sich mehr und mehr einer vertikalen Asymptote, die Bahngeschwindigkeit einem Grenzwert („ Grenzgeschwindigkeit "), bei dem das Gewicht des Geschosses gleich dem Luftwiderstand ist. Die Horizontalkompo- nente der Geschoßgeschwindigkeit ist nicht konstant, wie im leeren Raum, sondern nimmt stetig ab; die Vertikalkomponente ist auf dem ,, auf steigenden Aste" der Flugbahn (d. h. zwischen Abgangspunkt und Scheitel) größer als auf dem ,, absteigenden Aste" (d. h. zwischen Scheitel und Auffallpunkt) in zwei Punkten der Bahn, die gleich hoch über dem Mündungshorizont liegen; die Flugzeit vom Abgangspunkt bis zum Scheitel ist kleiner als die Flugzeit vom Scheitel bis zum Auftreffpunkt im Mündungshorizont; der spitze Auffallwinkel ist größer als der Abgangswinkel. Die Verzögerung durch den Luftwider- stand pflegt man proportional dem Geschoß- quersclmitt, dem Tagesluftgewicht, einem Koeffizienten der Geschoßform, einer ge- wissen Funktion der Geschwindigkeit des Geschoßschwerpunktes und umgekehrt pro- portional dem Geschoßgewicht anzunehmen; (bemerkt möge werden, daß in der BalHstik noch die Rechnung mit dem statischen, technischen Maßsystem üblich ist). Unter „Tagesluftge wicht" versteht man das Gewicht eines cbm Luft am Versuchstage. Das Verhältnis des Geschoßgewichts zum GeschO ßquersclmitt wird häufig als ,,Q u e r - s c h n i 1 1 s b e 1 a s t u n g " bezeichnt ; je größer diese ist, um so weniger wird unter sonst gleichen Umständen das Geschoß durch den Luftwiderstand beemflußt. Z. B. das deutsche Infanteriegeschoß M. 88 verhert, bei 4" Abgangswinkel, durch den Luftwider- stand nicht weniger als 72 % seiner Schuß weite; dagegen die 80 kg-Granate des 21 cm- Mörsers bei 38" Abgangswmkel nur 2 % von der Schußweite im leeren Raum. Die erwähnte Geschwmdigkeitsfunktion wird empirisch meistens dadurch ermittelt, daß man für eine Reihe von Geschoßge- schwindigkeiten die Geschwindigkeitsverluste des Geschosses entlang eines möglichst kurzen und gestreckten Teils emer sehr flachen Flug- balm mißt. Man begnügt sich zurzeit, für die Flugbahnberechnungen rein empirische Funktionen zu verwenden, die auf diese Weise gewonnen sind. Auf theoretischem "Wege, mit HiKe der Aerod^aiamik, ein ge- nügend allgemeines und zugleich praktisch anwendbares Luftwiderstandsgesetz für die großen Geschoßgeschwindigkeiten aufzu- stellen, ist trotz sehr zahlreicher Versuche bis jetzt nicht gelungen. Die bedeutsamsten Winke über die Richtung, in der sich die Forschung bezüglich des Luftwiderstandes weiterzubewegen haben wird, sind durch die Mach sehe Photographie des flie- genden Geschosses samt den das Geschoß umgebenden Luftschheren, den Wellen und Wirbehi der Luft, geliefert worden. Solche Wellen gehen von der Spitze und von dem hinteren Ende aus (Kopf- welle, Schwanzwelle), ebenso auch von jeder Unebenheit der Geschoßmantel- fläche, z. B. von den Führungsringen. Aber nur so lange die Geschoßgeschwindigkeit größer als die Schallgeschwindigkeit ist, wird das Geschoß von den Wellen begleitet. Der Wellenwinkel hängt in einfacher Weise mit der Geschoßgeschwindigkeit zusammen. Die Wirbel entstehen zum Teil schon an den vorderen Teilen des Geschosses, vorzugs- weise jedoch auf dessen Rückseite. Die An- wendung des Mach sehen Interferenzrefrak- tometers gestattet, auch in quantitativer Hinsicht die Luftverdichtungen und -Ver- dünnungen in der Nähe des fhegenden Ge- schosses zu bestimmen. Wenn die Kopf- welle am Ohr des Beobachters angelangt ist, übt sie eine K n a 1 1 wm r k u n g aus. Man hat folglich zweierlei Knalle zu unterscheiden : den Waffenlmall, der davon herrührt, daß die Pulvergase, deren Druck vor dem Ge- schoßaustritt noch mehrere Hundert Atmo- sphären beträgt, mit großer Geschwindigkeit aus der Mündung des Rohres austretend heftig gegen die äußere Luft stoßen; und den Geschoßknall, der von der Geschoß- kopfwelle mitgeführt wird, bis die Geschwin- digkeit des Geschosses unter die Schall- geschwindigkeit herabgesunken ist. Ballistik 827 2c) Das jiußerballistische H a u p t p r 0 b 1 e in. Unter Berücksicli- tigung des Luftwiderstands die Koordinaten eines beliebigen Flugbahnpunktes, die Ge- schO ßgescliwindigkeit in diesem Punkt, samt ihren Komponenten, und die Flugzeit des Geschosses bis zu diesem Punkt zu be- rechnen, macht das äußer ballistische Haupt- problem aus. Dabei wird vorausgesetzt, daß das Geschoß mit seiner Längsachse dauernd in der Bahntangente liegt; und als gegeben sind dabei angenommen: z. B. Antangsge- schwindigkoit, Abgangswinkel, Geschoß (Kaliber, Geschoßmasse, Form des Geschosses) und das Tagesluftgewicht ; oder: Anfangs- geschwindigkeit, Abgangswinkel, Schuß- weite oder dgl. Zur Beurteilung des Ge- nauigkeitsgrades, mit dem eine Flugbahn mittels der neueren Formel- und Tabellen- systeme aus Anfangsgeschwindigkeit, Ab- gangswinkel, Geschoß- und Tagesluftgewicht berechnet werden kann, seien 4 Beispiele angeführt: Errechnet wurden die Schuß- weiten 4049, 4959, 6472, 7773 m ; gegenüber den beobachteten Schußweiten betrugen die entsprecheaiden Fehler — 61, — 52, + 24, — 52 m oder — 1,5, — 1,0, + 04, — 0,7 %. An die Berechnung der F 1 u g b a h n und ihrer einzelnen ,,E 1 e m e n t e" (Schußweite, Endgeschwindigkeit, Auffall- winkel, Gesamtflugzeit, Scheitelabszisse, Scheitelordinate, Scheitelgeschwindigkeit, Ko- ordinaten eines beliebigen Flugbahnpunktes mit zugehöriger Tangentenrichtung, Flugzeit und Bahngeschwindigkeit), die Aufstellung von Sehn ßtafehi für den praktischen Gebrauch und die Lösung der zahlreichen Einzelauf- gaben, die in der Praxis vorkommen, gliedern sich eine Reihe von sekundären Problemen an, die sich auf die einseitigen und die zu- fälligen Geschoßabweichungen, auf die Kreisel- bewegungen des rotierenden Langgeschosses und auf das Eindringen des Geschosses in das Ziel beziehen. 2 d) S e k u n d ä r e P r 0 b 1 e m e. Kon- stante oder einseitige Abweichungen können eintreten: durch Aenderungen in der Tages- luftdichte am gleichen Ort, in der Höhenlage des Schießplatzes, im Geschoßgewicht, der Pulverladung, dem Abgangswmkel ; ferner durch Wind, durch Aufstecken des Seiten- gewehrs als Bajonett beim Gewehr, durch schiefen Räderstand beim Geschütz bezw. durch Verkanten des Gewehrs, durch Erd- rotation und durch Geschoßrotationen. Die Abweichungen durch Erdrotation kom- men, wie die Rechnung zeigt, neben den zufälligen Abweichungen, die von Schuß zu Schuß auftreten , nicht mehr in Be- tracht. Die meteorologischen Einflüsse können recht bedeutend sein ; ebenso die Abweichungen durch schiefen Räderstand und durch Geschoßrotation. Diese beiden letzteren Abweichungen werden am Geschütz ausgeschaltet. Speziell die Abweichung durch Rotation des Laiiggeschosses hat ihre Haupt- ursache in folgendem : Die Geschoßachse sucht ilu'e Richtung im Raum beizubehalten; folg- hch entsteht bald ein von Null verschiedener "Winkel zwischen Balmtangente und Geschoß- achse; und da die Resultante des Luftwider- standes im allgemeinen nicht durch den Schwerpunkt des Geschosses geht, entsteht eine langsame Präzessionsbewegung der Ge- schoßachse um den Schwerpunkt; die Spitze des Geschosses wendet sich (bei Rechtsdrall) nach rechts, und das Geschoß wird als Ganzes nach der rechten Seite abgetrieben. Die näheren Umstände können hier nicht besprochen werden. Auch wenn die erwähnten einseitigen Ab- weichungen sämtlich ausgeschaltet sind oder wenn die Waffe genau auf das Ziel , »ein- geschossen ist", schlagen bekannthch nicht alle Geschosse wirklich in das punktförmig gedachte Ziel ein, sondern sie zeigen zufällige Abweichungen. Die Einschläge gruppieren sich um den mittelsten Treffpunkt derart, daß die kleineren Abweichungen häufiger vorkommen, als die großen. In den Schuß- tafeln sind meist die durch Beobachtung ermittelten wahrscheinlichen Abweichungen nach der Höhe (oder Länge) und nach der Seite vermerkt. Daraus läßt sich berechnen, wieviel Treffer bei gegebener Schußzahl in einer gegebenen Ziellläche zu erwarten sind. Die Anwendung des G a u ß sehen Fehler- gesetzes hat sich auch bei seiner Anwendung auf die T r e f f w a h r s c h e i n 1 i c h k e i t und die zahlreichen hierzu gehörigen Einzel- probleme wohl bewährt. 2 e) Eindringen des Geschosses in das Ziel. Beim Eindringen des Ge- schosses in das ausgedehnte Ziel treten manche Wirkungen auf, die zunächst auffallend er- scheinen, da unser mechanisches Empfinden an kleine Geschwindigkeiten gewölmt ist, und die sich durch die bedeutende Stoß- energie der Geschosse, durch die großen Trägheitswiderstände, die ihm entgegen- gesetzt werden, sowie durch die Kürze der Zeiten erklären, um die es sich beim Eindringen und Durchdringen von Ge- schossen handelt. Speziell die sogenannte Explosivwirkung moderner Lifanteriege- schosse in flüssigen und halbflüssigen Kör- pern geht vor sich, wie wenn im Innern des Körpers eine Sprengladung zur Entzimdung gebracht würde: das Geschoß stößt gegen die nächsten Partikehi des Körpers; dadurch werden diese selbst gewissermaßen zu Pro- jektilen, sie stoßen ihrerseits ihre Nachbarn, und so pflanzt sich der Druck im Bereich einer gewissen Druckzone nach allen Seiten fort. Manche Durchschießungs- und Eindringungs- vorgänge lassen sich in ihren Einzelheiten 828 Ballistik — Baionieter mittels der elektrischen Kinematographie verfolgen. Einige allerdings unsichere Be- rechnungen beziehen sich auf das Durch- schlagen von Panzerplatten, sowie auf die Tiefe des Eindringens von Geschossen in Erde, Holz usw und die zugehörige Ein- dringungszeit, und endlich auf die in Mauer- werk usw. gebildete Höhlung. Literatur. Ein ziemlich vollständiges Literatur- rerzeichnis findet sich in dem Referat „Ballistik" der Enzyklopädie der mathematischen Wisseii- schaften, Bd. 4, Nr. 18, Leipzig. — Ferner in Cranz, Poppenberg und Becker, Lehrbuch der Bnllistik, Leipzig 1910J12, B. G. Teubner, Bd. 1 bis 4- Dort sind auch die wich- tigsten SpezialWerke und die Fachzeitschriften zu- sammengestellt. C. Cranz. Barchan. Bogen- oder Sicheldüne ist eine im Wind- schatten (Leeseite) konkave, sichelförmig ge- bogene Düne (vgl. den Artikel „A t ra o - s p h ä r e"). Barometer. 1. Allgemeines über Quecksilber-Barometer: a) Prinzip des Quecksilber-Barometers, b) Rein- heit des Quecksilbers, c) Luftfreies Vakuum, d) Emfluß des Quecksilberdampfes, e) Kapillar- depression, f) Temperaturkorreittion. g) Schwere- Korrektion, h) Genauigkeit der Barometerab- lesungen. 2. Spezielle Formen des Quecksilber- Barometers: a) Gefäßbarometer, b) Heber-Baro- meter, c) Gefäß-Heber-Barometer, d) Wage- Barometer. 3. Barometer mit anderen Flüssig- keiten. 4. MetaU-Barometer: a) von Bourdon. b) Aneroid-Barometer von Vidi. 6. Registrierende Barometer: a) Quecksilber-Barograph, b) Aneroid- Barograph. 6. Thermo-Hypsometer. 7. Baro- metrische Höhenmessung. I. Allgemeines über Quecksilber-Baro- meter, la) Prinzip des Quecksilber- Barometer 3. Das Quecksilber-Barometer wurde im Jahre 1643 von Evangelista Torricelli erfunden. In seiner einfachsten Form besteht es im wesentlichen aus einer an einem Ende geschlossenen Glasröhre von ca. 80 cm Länge, die mit Quecksilber gefüllt und in umgekehrter Stellung in ein gleichfalls mit Quecksilber gefülltes Gefäß gesetzt wird. Das Quecksilber sinkt dann in der Röhre so weit zurück, bis sein hydro- statischer Druck dem äußeren Luftdruck das Gleichgewicht hält. Die Höhe der Queck- silbersäule mißt dann diesen Luftdruck (vgl. den Artikel ,, Luft druck"). ib) Reinheit des Quecksilbers. Das verwendete Quecksilber muß vollkom- men rein sein, weil unreines Quecksilber ein anderes spezifisches Gewicht besitzt, und be- sonders auch, weil es am Glase haftet. Eine mechanische Reinigung von Staub wird erzielt, indem man das Quecksilber durch einen Papiertrichter laufen läßt, dessen Spitze mit einer Nadel durchstochen wurde, oder noch besser, indem man es durch Leder hindurchpreßt. Fett wird durch x\usschüt- teln mit etwas Kali- oder Natronlauge oder Benzol und Alkohol und wiederholtes Nach- schütteln mit Wasser beseitigt. Fremde Metalle zieht man durch Schütteln des Queck- silbers mit verdünnter Salpetersäure oder Lösungen von Eisenchlorid oder doppelt- chromsaurem Kali aus, worauf stets mit destilliertem Wasser nachgewaschen werden muß. Schwer flüchtige Metalle entfernt man auch durch Abdestillieren des Queck- silbers, am besten im Vakuum (vgl. den Artikel ,, Physikalische Technik"). Eine andere Methode, reines Quecksilber zu erhalten, ist die, daß man dasselbe erst in Zinnober verwandelt und dann aus diesem reduziert. Das in destilliertem Quecksilber stets enthaltene Quecksilberoxyd wird durch Schütteln mit verdünntem Schwefelammo- nium fortgeschafft. ic) Luftfreies Vakuum. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß der über der Queck- silberkuppe befindliche leere Raum (das Torricellische Vakuum) keine Luftreste enthalten darf, da solche sofort ein Sinken der Kuppe und damit einen Fehler in der Messung herbeiführen würden. Erfahrungs- gemäß bleiben aber stets geringe Luftmengen am Glase haften, welche sich später im Vakuum sammeln, wenn man nicht besondere Vorsichtsmaßregeln ergreift. Seit alters her erhitzt man deshalb die gefüllte, noch nicht umgedrehte Röhre bis zum Siedepunkt des Quecksilbers, wodurch der größte Teil ; der Luft herausgetrieben wird. Taupenot i (1857) wandte den Kunstgriff an, daß er über dem offenen Röhrenende ein Vakuum erzeugte, .wodurch erreicht wird, daß das Quecksilber bereits bei 300" und ohne Stoßen siedet, was wegen des sonst häufigen Springens der Röhren von Wert ist. Wild bediente sich des gleichen Prinzips nach der in Figur 1 dargestellten Anordnung. Durch eine Luftpumpe A wird das Quecksilber- reservoir C evakuiert, mit welchem die zu füllende Barometerröhre K in Verbindung steht. Diese letztere wird nur angewärmt, während man das Quecksilber in C zum Kochen bringt und sodann durch Neigen der Vorlage in die Röhre laufen läßt. Durch dies Verfahren wird ein sehr reines Vakuum erhalten und zugleich die Gefahr des Zer- springens der Röhre sehr verringert. Ein anderes Verfahren, nach welchem man ganz ohne Auskochen eine ziemlich Baromotor 829 luftfreie Barometerröhre erhält, hat Bojien angegeben: Man läßt aus der ganz gefüllten und mit dem Finger (am besten mit Hilfe eines Kautschuküberzuges) geschlossenen Röhre nach dem Umkehren einige Zenti- meter Quecksilber austreten und das ent- standene Vakuum durch Hin- und Herneigen und Schütteln der Röhre durch dieselbe mehrmals hindurchwandern, wobei alle Luft- bläschen von dem Vakuum aufgenommen werden. Das Verfahren muß einige Male wiederholt werden, und das Quecksilber auf etwa 50*^ erwärmt sein. Die Luftfreiheit einer Barometerröhre kann man prüfen, indem man das Queck- silber durch Neigen der Röhre an ihr oberes Ende (vorsichtig!) anschlagen läßt, wobei ringe Verunreinigungen stark ändern können. Kohlrausch hat aus den Beobachtungen von Mendelejeff und Gutkowski die folgende Tabelle berechnet: Kapillardepression des Quecksilbers in einer Glasröhre. Durchmesser Höhe des Meniscus mm mm 0,6 1,'t 1,4 1,8 4 1,22 1,98 6 0,41 0,78 1,21 8 0,20 0,38 o,5NH Phtalimid. Die Säureamide sind viel schwächere Basen als die Amine, da der basische Charak- ter des Ammoniaks durch den Eintritt von Säureresten sehr abgeschwächt wird. Mit starken Säuren vermögen sie jedoch noch Salze zu bilden. Andererseits ist ein Wasser- stoffatom in diesen Verbindungen durch Metall ersetzbar geworden z. B. unter Bildung von Natriumazetamid CH3 — CONHNa. Das gleiche gilt in erhöhtem Maß für das Imid- wasserstoffatom der Säureimide z. B. Phtali- midkalium CrH, .C0\^ ^co/ NK. y) A m i d i n c. Wird in einer organischen Säure die Hydroxylgruppe durch NH,, das doppelt gebundene Sauerstoffatom durch NH ersetzt, so nennt man die entstehende Verbindung ein A m i d i n /NH2 CH3 — C, Acetamidin. ^NH Die Amidine sind starke einsäurige Basen. In freiem Zustand sind sie unbeständig und gehen durch Aufnahme von Wasser und Ab- spaltung von Ammoniak leicht in Säure- amide über /NH2 CH3-C; +H,0 ^NH ■ /NH, CH3-C^( + NH, ^0 Ihre Salze sind dagegen beständig. 2 b) A b k ö m m 1 i n g e des Hydro- X y 1 a m i n s. Vom H y d r 0 x y 1 a m i n NH2OH lassen sich zwei "^Reihen von Deri- vaten ableiten, je nachdem man das Wasser- stoff atom der Hydroxylgruppe oder die Wasserstoffatome der Aminogruppe durch : organische Reste ersetzt I NH2OCH3 NH(CH3)0H a-Methylhydroxyl- /5-Methylhydroxyl- amin amin Die ersteren werden als a-Derivate, die letzteren als /J-Derivate bezeichnet. Die a-Hydroxylamine werden durch Spal- tung von Öximäthern erhalten ^H Methylacetamid N^cbcH3 = C6H5NHCOCH3 ^H Phenylacetamid — Acetanilid Tritt ein zweiwertiger Säurerest für zwei CH,— C /H + HoO- CHc '^NOCHa C^^ + NH2OCH, Die /?-Hydroxylamine, namenthch solche mit aromatischen Resten, entstehen als Zwischenprodukte bei der elektrolytischen 84G Basen ( Org-anisclie) Reduktion der Nitroverbindungen, sowie durch deren Reduktion in neutraler Lösung C6H5NO2+4H = CßHsNHOH+HaO Beim Erwärmen mit starken Säuren lagern sich die schwachbasischen Hydro- xylamine in die stark basischen Amino- phenole um /H /NH2 Die /^-Hydroxylamine sind starke Re- duktionsmittel; die a-Derivate wirken nicht reduzierend. Abkömmlinge des Hydroxylamins sind auch die 0 x i m e z. B. Äzetaldoxim CHg — CH=NOH, doch haben diese keine basischen Eigenschaften. Dagegen sind die durch Anlagerung von Hydro xylamin an Nitrile entstehenden A m i - d 0 X i m e einsäurige Basen CH3-CN+NH,0H = CHa-C^^^jj Beim Erwärmen mit Wasser zerfallen die x\midoxime in Säureamide und Hydro- xvlamin /NH2 NH2 + NHoOH 2 c) A b k ö m m 1 i n g e des Hydra- z i n s. Die organischen Abkömmlinge des Hydrazins NH, — NH2 waren schon früher bekannt als dieses selbst. Je nach der Anzahl und Stellung der eintretenden orga- nischen Reste lassen sich mehrere Reihen von Hydrazinen unterscheiden RNH— NH2 R.,N— NH, RNH— NHR R2N— NHR R2N— NR, Die einfach substituierten Hydrazine der Fettreihe entstehen durch Reduktion und Spaltung der Nitrosoverbindungen dialky- lierter Harnstoffe rung von Wasserstoff an Azoverbindungen entstehen C«H.N=NaH,+ 2H CHgNHs CH3NH' CH,NHx >co CH,NH\ CH,N— NO - >C0 -> CH3NH-NH2 CH3N--NH, +CH3NH,+C02 Die einfach substituierten aromatischen Hydrazine werden durch Reduktion der Diazo verbin düngen dargestellt CeHsNoCl + 4 H = CßH^NH — NH^ + HCl Die zweifach substituierten unsymme- trischen Hydrazine erhält man durch Reduk- tion von Nitrosaminen (CH3)2N— NO+4 H= (CH3)2N— NH^+H^O Die zweifach substituierten symmetrischen aromatischen Hydrazine heißen H y d r a z 0 - V e r b i n d u n gen, da sie durch Anlage- C«H..NH-NHC«H.. Die Hydrazine der Fettreihe sind zwei- säurige Basen, während diejenigen, welche ein oder zwei aromatische Reste an dasselbe Stickstoffatom gebunden enthalten, ein- säurige Basen sind. Die Hydrazoverbindun- gen haben keine basischen Eigenschaften, lagern sich aber beim Erwärmen mit starken Säuren in Basen um, entweder zu Diamino- diphenylverbin düngen (Benzidinumlagerung) oder zu Amino-diphenylaminen (Semidinum- lagerung) C0H5NH— NHCgHs - NH2C6H4— C6H4NH2 Hydrazobenzol Benzidin CeHjNH— NHCeHj = CgH^NH— CeHiNH^ Hydrazobenzol Aminodiphenylamin Die Hydrazine haben sowohl oxydierende wie reduzierende Eigenschaften. Durch Reduktion gehen sie in Amine über CH3NH— NH, + 2 H = CH3NH, + NH3 CeHjNH— NHCeHs + 2 H = 2 CßH^NHa Bei der Oxydation geben die unsymmetri- schen Hydrazine unter Stickstoffentwickelung Kohlenwasserstoffe CßHsNH— NH2 + 0 = CfiHe + H2O + N2 Die Hydrazoverbindungen oxydieren sich leicht zu Azoverbindungen CeH^NH-NHCeHs + 0 = C6H3N=NCeH, + HA Soweit die Hydrazine noch eine nicht substituierte Aminogruppe enthalten, reagie- ren sie mit Aldehyden und Ketonen unter Bildung von H y d r a z 0 n e n /H aH,NH- -NH2 + CH3-C: = ^0 CH,— C ^N— NHC«H; y + H,0 CH, CßHsNH— NH2 + co; \CH3 /CH3 CßH^NH— N-C^ + H2O \CH3 Diese Reaktion dient zur Erkennung und Unterscheidung der verschiedenen Aldehyde 1 und Ketone. Besonders wichtig ist sie zum i Nachweis der Zuckerarten, die außer Hydra- zonen auch noch 0 s a z 0 n e mit zwei Mole- külen Hydrazin zu bilden vermögen. Mit ^-Diketonen oder Ketonsäurerestern kondensieren sich die einfach substituierten Hydrazine zu Pyrazolen und Pyrazolonen (siehe den Artikel ,, Heterozyklische' ' Systeme"). Basen (Organische) 847 CH,-C;0 — CH^-COOCoHs -NHC«H.. Azetessigester + Phenylliydrazin CH,--C— CH,— CO N- N-C«H, +C2H50H+H,0 Methyl-phenylpyrazolon Die an einem Stickstoffatom zweifach substituierten Hydrazine verlialten sich wie tertiäre Amine; sie vereinigen sich mit Halogen alkylen zu quaternären Hydra- z 0 n i u m v e r b i n d u n g e n CßHsNCHa CeHsNCCHsJ.J I + CH3J = I HNCH3 HNCH3 Ebenso wie in den Aminen kann auch in den Hydrazinen Wasserstoff durch Säure- reste ersetzt werden. Die entstehenden Ver- bindungen heißen Säurehydrazide z. B. CH3— CONH— NH, Azethydrazid. 2 d) D i a z 0 n i u m V e r b i n d u n g e n. Primäre aromatische Amine reagieren mit salpetriger Säure in stark saurer Lösung unter Bildung von D i a z 0 n i u m s a 1 z e n CeH5NH3Cl+HN0, = C6H5N2CI+ 2H2O Nach H a n t z s c h kommt diesen Salzen R— N-Cl folgende Konstitution zu 1' Die daraus durch Alkali entstehenden D i a - R-N— OH z 0 n i u m h V d r 0 X V d e sind sehr unbeständig und lagern sich zu Alkali- salzen der schwach sauren Diazoverbin- dungen R— N=N— OH um. Die Diazoniumsalze sind sehr reaktions- fähige Stoffe und besitzen daher große Be- deutung für die Gewinnung vieler organischer Verbindungen. In festem Zustand sind sie sehr explosiv und werden deshalb meistens nur in Lösung dargestellt, lieber die Dia- zoniumverbindungen kann eine Aminogruppe leicht gegen Wasserstoff, Hydro xyl, Halogen usw. ausgetauscht werden C.HsN^Cl+CaHsOH = CeHg+CÄO + HCl-fN2 C6H5N2CI+H2O = CeH^OH-f-HCl+Na CeHsN^Cl+KBr = CeHsBr-fKCl+No Durch Einwh-kung primärer oder sekun- därer Amine entstehen D i a z 0 a m i n 0 - V e r b i n d u h gen, die sich zu A m i n 0 - a z 0 V e r b i n d u n g e n umlagern können C6H5N.,C1+C6H5NH, = Diazoniumchlorid4- Anilin CeHsNo— NH-CeHs + HCl Diazoaminobenzol C6H5-N=N-NH-CsH5 = Diazoaminobenzol CßHs-N^N-CeH.-NH^ Aminaozobenzol Mit tertiären Aminen entstehen sofort Aminoazo Verbindungen CeH^N/Jl +CeH,N(CH3), = Diazoniumchlorid+Dimethylanilin CeH5-7N=K^CeH,-N(CH3)2 Dimethylaminobenzol Mit Phenolen bilden sich in gleicher Weise Oxvazoverbindungen CeHsN^Cl+CeHsOH = CßHj-N^ N— CfiH^— OH Durch Reduktion gehen die Diazonium- vcrbindungen in Hydrazinsalze über C6H5N2CI+4H = CeHs— NH— NH3CI 2e) Zyklische S t i c k s t 0 f f b as e n. In vielen Iminen und Säureimiden bildet das Stickstoffatom das Glied eines Ringsystems. Solcher stickstoffhaltiger zyklischer Ver- bindungen gibt es eine sehr große Zahl, darunter auch solche, bei denen zwei oder mehr Stickstoffatome an der Ringbildung teihielimen H H2 HC^ HC H Pyrrol H CH li CH HC ^CH H^C H„C / CH;, I CH2 HC. \ -c/ H Chinolin ^ CH CH Pyridin ] /' HC. H Piperidin HC^ ^c/ H .CH ! CH Akridin /N. H HC II HC CH II CH H^C I HX CH2 CH, H .C. Pyrazin HCx HC^ % H Piperazin H xC. /N. H X CH CH HC. HC^ ^ H Chinoxalin HC .CH I XH -N ^c/ ^W H Phenazin HC N N. /CH H Triazol N. N H Tetrazol 848 Basen (Organische) Alle diese Verbindungen sind Basen. Enthalten sie eine NH-Gruppe, so verhalten sie sich wie sekundäre, sind alle drei Wertig- keiten des Stickstoffatoms an Kohlenstoff gebunden, wie tertiäre Amine. Die Verbin- dungen mit fünfwertigem Stickstoff ent- sprechen den quaternären Ammoniumbasen. Ueber Bildungsweisen und Eigenscliaften dieser Basen siehe die Artikel ,,Hetero- zyklische Systeme", fcz'ner ,,Akridin", ,,Alkaloide", ,,A z i n e", ,,Chinolin- g r u p p e", ,,P y r i d i n g r u p p e". 3. Phosphor-, Arsen- und Antimon- basen. Ebenso wie im Ammoniak lassen sich auch im Phosphor-, Arsen- und Anti- monwasserstoff die Wasserstoffatome durch organische Reste ersetzen. Die Abkömnilinge des Phosphorwasserstoffs heißen P h 0 s - p h i n e , diejenigen des Arsenwasserstoffs A r s i n e und die des Antimonwasserstoffs S t i b i n e. Ihnen schließen sich die quater- nären P h 0 s p h 0 n i u m - , A r s 0 n i u m - und S t i b 0 n i u m Verbindungen an. Entsprechend den geringeren basischen Eigenschaften der Wasserstoffverbindungen selbst sind auch ihre organischen Abkömm- linge schwächere Basen als die analogen Stickstoffverbindungen. Doch nimmt auch hier der basische Charakter mit der Zahl der eingetretenen Alkylreste zu. Die Salze der primären Phosphine werden bereits durch Wasser, die der sekundären und tertiären durch Alkalien zersetzt. Die quaternären Phosphoniumbasen sind stärker als Kalium- hydroxyd und können aus ihren halogen- wasserstoffsauren Salzen nur durch feuchtes Silberoxyd freigemacht werden P(CH3)4J + AgOH = P(CH3)40H + Ag J Beim Arsen und Antimon sind primäre und sekundäre Verbindungen nicht bekannt; die tertiären haben keinen basischen Charak- ter, wohl aber die daraus durch Anlagerung von Halogenalkyl und Zerlegung mit Silber- oxyd darstellbaren Arsonium- und Sti- boniumliydro xyde. Auch die durch Oxydation der tertiären A^bindungen entstehenden P h 0 s p h i n - , A r s i n - und Stibinoxyde sind Basen. 3 a) Basische Verbindungen des Phosphors. Die jodwasserstoff- sauren Salze primärer und sekundärer Phos- phine entstehen beim Erhitzen von Phos- phoniumjüdid mit Alkyljodiden bei Gegen- wart von Zinkoxyd 2PH4J+2CH3J+ZnO = P(CH3)H3J + ZnJ2+H20 PH4J+2CH3J+ZnO = P(CH3)2H2J+ ZnJ. + HoO. Läßt man das Zinkoxyd weg, so bilden sich die Jodide tertiärer Phosphine und qua- ternäre Phosphonium Jodide PH4J+3CH3J = P(CH3)3HJ+3HJ PH4J+4CH3J = P(CH3)4J+4HJ Tertiäre Phosphine entstehen auch durch Einwirkung von HalogenaUcylen auf Phos- phor aleium P2Ca3+6CH3J = 2P(CH3)3+3CaJ2 Ferner auch aus Zinkalkylen und Phos- phortrichlorid 2PCl3+3Zn(CH3)2 = 2P(CH3)3+3ZnCl, Mit Ausnahme des gasförmigen Methyl- phosphins sind die Phosphine farblose, stark lichtbrechende Flüssigkeiten von einem durchdringenden, betäubenden Geruch. Sie nehmen leicht Sauerstoff auf, die niedrigeren so energisch, daß sie sich an der Luft von selbst entzünden. Die primären Phosphine gehen liierbei in A 1 k y 1 p h 0 s p h 0 - säuren, die sekundären in D i a 1 k y 1 - p h 0 s p h i n s ä u r e n , die tertiären in Phosphinoxyde über, indem der Phos- phor in allen Fällen fünfwertig wird. PfH +30 = 0 = P^OH ^H \0H Methylphosphin Methylphosphor säure /CH Dimethylphosphin /CH3 PfCH3+0 Trimethylphosphin 20 = 0 = P.'- 'CH3 CH3 Dimethylphosphinsäure /CH3 = O-P^CHs ^CH3 Trimethylphosphinoxyd Auch mit Schwefel und Schwefelkohlen- stoff, sowie mit Halogenen verbinden sich die Phosphine leicht. Die Phosphinoxyde sind starke zwei- säurige Basen. 3 b) Basische Verbindungen des Arsens. Wie schon erwähnt, haben die allein bekannten tertiären A r s i n e keine basischen Eigenschaften, wohl aber die daraus entstehenden Arsonium- hydroxyde und Arsino xyde As(CH3)3+CH3J=As(CH3)J As(CH3)3 + 0 = As(CH3)30 Auch das beim Erhitzen von arseniger Säure mit Kaliumazetat sich bildende K a - k 0 d y 1 0 X y d ist eine starke Base (CH3)2As. 4CH3-COOK+AsA=,^-„, , >0 (CH3)2Äs/ +2K2C03+2C02 Es zeichnet sich durch einen äußerst durchdringenden, betäubenden Geruch aus, so daß seine Bildung eine sehr empfindhche Reaktion sowohl auf arsenige Säure wie auf Essigsäure ist. 3c) Basische Verbind u n g e n des Antimons. Auch beim Antimon kennt man nur die tertiären S t i b i n e , die ebenfalls keine Basen sind. Durch An- Basen (Organische) 849 lagerimg von Halogcnalkyl geben sie Salze der stark basischen S t i b o n i u m v e r - b i n d u n g e n Sb(CH3)3+CH3J = Sb(CH3)4J Durch Oxydation gehen sie in die gleich- falls basischen Stibinoxyde über Sb(CH3)3 + 0 - Sb(CH3)0 4. Schwefel-, (Selen-, Tellur-)Basen. Thioäther (sowie auch die entsprechenden Selen- und Tellurverbindungen) vereinigen sich leicht mit Halogen alkylen zu kristallini- schen Verbindungen, die den halogenwasser- stol'fsauren Salzen der Ammonium- und Phos- phoniumbasen entsprechen und daher auch als S u 1 f 0 n i u m s a 1 z e (S u 1 f i n s a 1 z e) bezeichnet werden (CH3)2S + CH3J = (CH3)3S J Mit Silberoxyd erhält man daraus die S u 1 f 0 n i u m h y d r 0 X V d e (S u 1 f i n - basen) z. B. ■(CH3)3SÖH Trimethylsul- foniumhydroxyd, starke Basen, die an der Luft Kohlensäure anziehen und mit Säuren beständige Salze bilden. Sowohl ihre Salze wie auch die freien Basen sind in Wasser leicht löshch, die letzteren reagieren stark alkalisch. Das Schwefelatom ist in diesen Verbin- dungen vierwertig. Sind in diesen Basen oder Salzen die drei organischen Reste alle verschieden, so hat man als Gegenstück zu einem asymmetrischen Kohlenstoff atom ein asymmetrischesSchwefel- atom. In solchen Fällen sind zwei stereo- isomere Verbindungen dargestellt worden Ri Ri R3 — S — R2 OH R,— S— R3 OH Ebenso wie die entsprechenden Kohlen- stoffverbindungen unterscheiden diese sich durch ihr Verhalten gegen polarisiertes Licht. Durch Oxydation gehen die Thioäther in Sulfoxyde über (CH3)2S+0 = (CH3)2SO Die Sulfoxyde besitzen ebenfalls basische Eigenschaften. Sie bilden mit starken Säuren Salze, die jedoch teilweise durch Wasser wieder zerlegt werden (CH3),S0+HN03 ^ (CH3).S(^||' (CH3)2SO+2HBr ^ (CH3),SBro+H20 5. Basische Verbindungen des Jods. Aromatische Jodverbindungen lagern leicht zwei Atome Chlor an unter Bildung von J 0 d i d c h 1 0 r i d 0 n z. B. Phenyliodid- chlorid CßHäJCl^. Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Band I. Bei der Behandlung mit Alkalien geben diese Jodosoverbindungen C6H5JCl2+2KOH= C6H5JO+2KCI+H2O Die Jodosoverbindungen sind zweisäurige Basen von eigentümhchem Geruch. Beim Erhitzen explodieren sie leicht. Mit Salz- säure gehen sie wieder in die Jodidchloride über CeH5JO+2 HCl = CeH^JCU + 2 H2O. Durch Oxydation gehen sie in die nicht mehr basischen Jodoverbindungen über C6H3JO + 0 = CßHsJOa. Behandelt man eine Mischung gleicher Moleküle Jodoso- und Jodoverbindung mit Silberoxyd, so erhält man die stark basischen J 0 d 0 n i u m - ( J 0 d i n i u m -) h y d r 0 - xy d e CßH^JO+CeH^JOo+AgOH = (C6H5),JOH+ AgJ03. Mit Säuren vereinigen diese sich zu bestän- digen Salzen z. B. Jodoniumchlorid (C6H5)2 JCl. 6. Oxoniumsalze. F r i e d e 1 hat bereits 1875 beobachtet, daß sich Methyläther mit Salzsäure zu einem Salz vereinigt. Später sind derartige Sauerstoffsalze nocli mehrfach beobachtet w^orden. Aber erst die Ent- deckung der gut kristallisierenden Salze des Dimethylpyrons z. B. CO HC CH I! li CH3C CCH3 \/ 0 H Cl durch Collie und T i c k 1 e war für die Auf- fassung dieser Verbindungen als Salze des vierwertigen Sauerstoffs entscheidend. B a e y e r und V i 1 1 i g e r zeigten dann , daß alle organischen Sauerstoffverbindungen imstande sind solche Oxoniumsalze zu bilden, von denen diejenigen mit komple- xen Säuren wie Ferro- und Ferricyanwasser- stoffsäure besonders beständig sind. 7. Basische Eigenschaften des Koh- lenstoffs. T r i p h e n y 1 m e t h y 1 (C6H5)3C sowohl wie T r i p h e n y 1 k a r b i n 0 1 (C6H5)3COH vereinigen sich mit starken Säuren zu Salzen. Nach Kehr m a n n und W e n t z e 1 beruht dies auf der Anwesenheit eines zweiwertigen Kohlenstoffatoms (*), das bei der Salzbildune," vierwertig wird CeHgN C«H.; H H /C=Cs .H \c=c/ \ci H H B a e y e r und V i 1 1 i g e r nehmen da- 54 850 Basen (Organische) — Bastardierung gegen an, daß sich das Triphenyhnethyl wie ein einwertiges Metall verhält, dessen H5'droxyd das Triphenylkarbinol ist. Dieses bildet mir Säuren Salze genau so, wie dies bei den Ammoniumbasen der Fall ist (C6H5)3C0H+HC1 = (CeH5)3CCl+H,0. Sie nennen daher diese Verbindungen Carboniumsalze. 8. Pseudobasen. Versetzt man eine salz- saure Lösung von Kiüstallviolett (Hexa- methyl-triamino-triphenylmethan) [(CH3)2N-C6H4)] 2C=CeH4=K z// (CH3 Cl mit einem Aequivalent Alkali, so erhält man zunächst eine gefärbte, stark alka- lisch reagierende Flüssigkeit, deren elek- trische Leitfähigkeit viel größer ist, als dem gebildeten Alkahsalz entspricht. Nach einiger Zeit entfärbt sie sich , reagiert dann nicht mehr alkalisch und zeigt nur die Leitfähigkeit des gelösten Alkalisalzes. Nach Hantzsch ist diese Erscheinung so zu erklären, daß durch den Zusatz des Alkahs zuerst eine echte Ammoniumbase [(CH3)2N-CeHJX=CeH,=. Nf gg?3)z frei- gemacht wird. Diese lagert sich allmählich in die Verbindung [(CH3)2N — CeHJa = (./(CJI^— N(CH3)2 ^jj^^_ Letztere nennt Hantzsch eine P s e u d 0 b a s e , da sie aus einem Salz durch Alkali freigemacht wird, aber nicht alkalisch reagiert. Solche Pseudo- basen lassen sich aus vielen organischen Farb- stoffen, namentlich der Diphenyl- und Tri- phenylmethylreihe, darstellen. Mit Säuren vereinigen sie sich wieder zu normalen Salzen. Literatur. T. üeilslein, Handbuch der orga- nischen Chemie. S. Aufl., Hamburg und Leipzig 1898. — JF. Henrich, Neuere theoretische An- schauungen auf dem Gebiete der organischrn Chemie. Braunsrhweig 1908. — E. Frovitn und F. Raiziss, Die basischen Eigenschaften der Sidfoxyde. Liebig s Ann. 374, 90, 1910. — JP. Waiden, Ueber die basische» Eigenschaften des Sauerstoffs. Ber. Dtsch. Chem. Ges. 34, 4185, 1901. — A. Baeyer und V. Villiger, Ucbcr die basischen Eigenschaften des Sauerstoffs. Jlcr. Dtsch. Chem,. Ges. 35, 1201, 1902. — F. Kehr- niann und F. Wenzel, lieber die basischen Eigenschaften des Kohlenstoffs. Ber. Dtsch. Chem. Ges. 34, 3815, 1901. — A. Baeyer, Die basischen Eigenschaften des Kohlenstoffs. Ber. Dtsch. Chem. Ges. 38, 570, 1905. — M. Gomberg und, L, H, Cone, Zur Kenntnis der Chino- karboniumsalze. Liebig s Ann. 376, 183, 1910. — A. Hantzsch und G. Osswald, Ueber die Umwandlung von Farbbasen in Pseudo- ammoniumhydrate. Ber. Dtsch. Chem. Ges. 33, 278, 1900. — A. Hantzsch, Zur Kenntnis der Salze tind Basen aus Triphenylmethanfarbstoffen. Ber. Dtsch. Chem. Ges. 33, 752, 1900. — A. Hantzsch, Ueber die Natur der Basen aus Triphenylmethanfarbstoffen. Ber. Dtsch. Chem, Ges. 37, 3434,^1907. W. Meigen. Bastardierung. 1. Definition. 2. Grenzen der Bastardierungs- möglichkeit. 3. Ursachen der Unmöglichkeit einer Bastardierung. 4. Vererbungsgesetze: a) Rassenbastarde; b) Artbastarde. 5. Falsche Bastarde. Pseudogamie. 6. Bedeutung der Bastardierung für die Ai-tbildung. 7. Xenien. Telegonie. Pfropf bastarde. 8. Bastardierung in der Züchtungspraxis. 1. Definition. Bastardierung (Kreu- zung) ist die Erzeugung eines neuen Indivi- duums (= Bastard, Mischling, Hybrid, Blendling, Blendart) durch die geschlecht- liche Vereinigung zweier in ihren erblichen Eigenschaften verschiedener Eltern. Eine irgendwie scharfe Abgrenzung zwischen Bas- tardierung und gewöhnlicher Kreuzbe- fruchtung innerhalb einer ,,Art" ist nicht möglich, weil zu einer Art zahllose erblich verschiedene Sippen gehören können. 2, Grenzen der Bastardierungsmöglich- keit. Eine geschlechtliche Fortpflanzung und damit eine Bastardierung ist im allge- meinen ohne Hindernisse möglich zwischen Angehörigen einer und derselben Großart, d. h. Spezies im Linneischen Sinne, meist auch noch zwischen den Angehörigen zweier nah verwandter Arten. So gelingt z. B. leicht eine Kreuzung zwischen den verschiedenen Varietäten des Gartenkohls (Brassica oleracea L.) wie Kopfkohl, Kohlrabi, Kosenkohl usw. Ferner sind auch noch Brassica napus L. und Brassica rapaL. zwei nahe verwandte Arten, miteinander leicht kreuzbar. Aber schon Kreuzungen zwischen Brassica napus (Kohlrübe) und Brassica oleracea (Kohl) verlaufen meistens ergebnislos. Die Möglichkeit von Kreuzungen und die systematische Ver- wandtschaft d. h. morphologische Aehnlich- keit gehen aber durchaus nicht immer ein- ander parallel. So gelingt die Kreuzung der verschiedenen Elementararten (petites especes) von Draba verna (Hungerblümchen) sehr un- gleich leicht, diejenige mancher von ihnen überhaupt nicht. Man findet ferner sehr häufig die Er- scheinung, daß zwischen zwei Arten nur eine der beiden möglichen reziproken Kreu- zungen Erfolg hat. So ist es möglich ein Gras, Aegilops ovata mit Pollen von Triticum vulgare (Weizen) zu befruchten und einen Bastardienmff 851 Bastard zu erzeugen, während die Befruch- tung von Tri ti cum durch Aegilops keine Nachkommen ergibt. Zwischen Arten, die von den Systemati- kern zu verschiedenen Gattungen ge- rechnet werden, ist in der großen Melirzahl der Fälle eine Bastardierung nicht möglich. Immerhin sind aber doch schon zahlreiche ,,bigenere" Bastarde bekannt, in großer Zahl bei den E n t e n , wo z. B. die Kreuzung von Anas boschas (Stockente) und Cairina moschata (Türkenente) leicht Bastarde ergibt, ferner den Fasanen, z. B. zwischen Jagdfasan Phasianus colchi- cus und Goldfasan Chrysolophus pic- tus und von Pflanzen in besonders großer Menge bei den Orchideen. Bastardierungen zwischen den Angehörigen verschiedener Familien führen nur sehr selten (bei Enten und Fasanen z. B.) zu ausgebildeten lebensfähigen Organismen. Zusammenfassende Angaben über die ver- schiedene Neigung der einzelnen unter- suchten Arten zur Erzeugung von Spezies- und Gattungsbastarden finden sich in den unten genannten Büchern von Ackermann und Przibram für Tiere und von Focke für Pflanzen. 3. Ursachen der Unmöglichkeit einer Bastardierung. Sie sind sehr verschieden. Bei Tieren spielen instinktive Abneigung — Beispiel: der Duft eines Schmetterlings- weibchen lockt die eigenen Männchen an, aber nicht die einer anderen Art — Nicht- zusammenpassen der beiderseitigen Sexual- organe — bei Käfern z. B. — Größenunter- scliiede und anderes eine große Rolle. Bei Pflanzen können ähnliche äußere Hemmnisse eine Bastardierung verhindern, indem z. B. zwei Arten zu verschiedenen Jahreszeiten blühen, oder so verschiedene Blüten haben, daß die Pollenübertragung durch Insekten von der einen auf die andere nicht möglich ist. Künstlich kann man häufig derartige äußere Hemmnisse beseitigen, man kann z. B. einem Mausweibchen Sperma einer Ratte injizieren, oder man kann Pflanzen- arten, die durch Insekten nicht l:reuzbe- fruchtet werden können, auf andere Weise untereinander bestäuben, und kann so doch Bastarde erhalten. Sehr oft sind aber die Hemmnisse, die einer Bastardierung ent- gegenstehen, nicht so leicht erkennbar, son- dern beruhen auf komplizierteren Prozessen, etwa darauf, daß zwischen Eiern und Sperma- tozoen zweier verschiedener Spezies nicht die chemotaktischen Reizwirkungen spielen, die bei dem Zusammentreffen gleichartiger Sexualzellen die Vereinigung herbeiführen. Eine dritte ebenfalls oft vorkommende Ursache der Unmöglichkeit einer Bastardie- rung ist die, daß zwar eine Vereinigung der Sexualzellen noch erfolgt, daß aber der so entstandene Embryo sehr früh abstirbt. Exakte neuere Untersuchungen über diese Spezialfrage liegen leider nicht vor. 4. Vererbungsgesetze der Bastarde. 4a) R a s s e n b a s t a r d e. Für die Bescliaff en- heit der Bastarde selbst und für das Ver- halten ihrer Nachkominenschaft gelten sehr verwickelte Gesetze, mit deren Studium man heute eifrig beschäftigt ist, und deren Kenntnis die Grundlage für ein Verständnis des ganzen Wesens der Vererbung zu geben verspricht. Den Weg für ein tieferes Eindringen in dieses Gebiet haben die grundlegenden Entdeckungen des Augustinermönchs Gre- gor Mendel gebahnt. Das Verdienst die ganz in Vergessenheit geratenen von Mendel gefundenen Gesetze selbständig und unab- hängig voneinander (ums Jahr 1900) neu entdeckt zu haben, gebührt den Botanikern C. Correns, E. Tschermak und H. de Vries. Um diese Gesetze verstehen zu können, geht man am besten aus von einer Kreuzung zwischen zwei Rassen, die nur einen sich selbständig vererbenden Unter- schied aufweisen. Wir kreuzen etwa zwei Individuen von Antirrhinum majus (dem Gartenlöwenmaul) und zwar ein elfenbeinfarbiges (Fig. la) aus einer konstant elfenbeinfarbigen Rasse und ein rotes (Fig. Ib) aus einer konstanten roten Rasse. Für diese beiden Individuen führen wir eine bestimmte Bezeichnung mit Buchstaben ein: Jede Pflanze entsteht als das Produkt der Vereinigung zweier Sexualzellen. Eine Sexualzelle einet- kon- stant roten Rasse wollen wir mit F und die durch die Vereinigung zweier solcher Sexual- zellen entstandene rote Pflanze mit FF be- zeichnen. Ganz entsprechend sollen die Sexualzellen der elfenbeinfarbigen Pflanze f und sie selbst ff heißen. Wenn wir einen Bastard zwischen einem roten Individuum FF und einem elfenbeinfarbigen ff erzeugen, indem wir eine weibliche Sexualzelle F sich vereinigen lassen mit einer männlichen f, oder was ganz einerlei ist, eine weibliche Sexualzelle f mit einer männlichen F, so erhalten wir ein Individuum mit der Be- zeichnung F f, oder f F, d. h. einen Bastard oder wie der Terminus heißt ein het er 0 zy- gotisch es (durch Vereinigung ungleichar- tiger Sexualzellen entstandenes) Individuum. Im Gegensatz dazu heißt man ein Indivi- duum, das durch die Vereinigung zweier gleichartiger Sexualzellen entstanden ist. homozygotisch. Ein solcher Antirrhi- num-Bastard wird nun weder elfenbein- farbig wie der eine Elter, noch rot wie der andere, sondern blaßrot blühen (Fig. Ic). Er hat nur von dem einen — dem roten — 54* 852 Bastai-diei'ung' Elter her die „Fälligkeit zur Bildung roter Blütenfarbe" geerbt, und das äußert sich darin, daß er eine wesentlich blassere Farbe aufweist. Soweit ist an dem nichts uner- wartetes, um so auffälliger ist aber das Verhalten der Nachkommenschaft eines solchen Bastards. Wenn wir eine Anzahl Bastarde sich unter- einander befruchten lassen, oder wenn wir, was ohne Schaden ausführbar ist, ein Indi- viduum mit seinem eigenen Blütenstaub befruchten, dann erhalten wir eine Nach- kommenschaft, die aus dreierlei verschie- denen Individuen besteht. Ein Teil dieser Bastardkinder hat rote Blüten genau wie der eine Elter, ein zweites Teil hat elfenbein- farbige Blüten wie der andere Elter und ein dritter Teil hat blaßrote Blüten wie der ur- sprüngliche Bastard (Fig. Id bis f). Wenn man viele solche Individuen (Enkel der ursprüng- lich gekreuzten Pflanzen) großzieht, dann kann man leicht feststellen, daß diese drei Kategorien, die roten, blaßroten und elfenbein- farbigen Pflanzen untereinander im Ver- p, F, Fig. 1. Kreuzung einer elfenbeinfarbigen (a) mit einer roten (b) Rasse von Antirrliinum in a j u s. c der blaßrote Bastard, d bis f die 3 in der Nachkommenschaft eines solchen Bastardes auftretenden T\'pen. Bastardieiuns,' 853 hältnis von 1:2:1 stellen d. h. von 100 Pflanzen werden etwa 25 rot, 50 blaßrot und 25 elfen- beinfarbig sein. Die konkreten Zahlen aus einem Versuch von 97 Pflanzen sind z. B. 22 rot, 52 blaßrot und 23 elfenbeinfarbig. Die auf diese Weise gewonnenen roten Individuen erweisen sich in ihrer Deszendenz als völlig konstant, geben ausschließlich eine rote Nachkommenschaft, die elfcnbein- farbigen sind ebenfalls konstant, aber die blaßroten Individuen verhalten sich in ihrer Deszendenz genau wie der erste ur- sprüngliche Bastard Ff, d. h. spalten wieder auf in V4 rote, -j ^ blaßrote und V4 elfenbein- farbige Nachkommen. In Form eines Stamm- baumes ist der Versuch folgendermaßen darstellbar: rot X elfenbein blaß rot P; Fj V4^ rot alle rot 1/4) blaßrot (V4^ (V4) (V4) (V4) rot blaßrot blaßrot elfenbein ( V4) blaßrot (74^ elfenbein <- Fj (V4) (V4) (V4) (V4) alle Elfenbein <^ F3 rot blaßrot blaßrot elfenbein Man bezeichnet mit den hier ebenso wie in Fig. 1 an der rechten Seite beigedruckten Buchstaben Pi, Fi, Fg, F3 folgendes: Pi ist erste Parentalgeneration, d. h. die ur- sprünglich zur Kreuzung verwendeten Indi- viduen, Fl ist die erste Filialgeneration, d. h. die primären Bastarde F2, F3 usw. sind die späteren Bastardgenerationen. Ganz ent- sprechend ist P2 die Elterngeneration von Pi usw. Ein Verständnis dieser ganzen eigen- tümlichen Spaltungserscheinungen dieser „alternativen Vererbung" gibt die von Mendel aufgestellte, heute allgemein ange- nommene Hypothese, daß jeder derartige Bastard zweierlei Arten von Sexualzellen bildet, nämlich 50% väterliche und 50% mütterliche. Nach der Theorie bildet unser Antirrhinum-Bastard Ff zweierlei Arten von Sexualzellen und zwar ist die eine Hälfte davon ganz genau von der Art F, die ganz ebenso wie die Sexualzellen einer homo- zygotischen FF -Pflanze die ,, Fähigkeit zur Bildung roter Farbe" übertragen, und die andere Hälfte seiner Sexualzellen ist genau gleich den Sexualzellen f der elfenbeinfar- bigen Rasse ff. Wenn wir den Bastard mit seinem eigenen Blütenstaub befruchten, oder wenn wir mehrere solcher Bastarde einander gegenseitig befruchten lassen, dann können die beiden verschiedenen Kategorien F und f von Sexualzellen sich in 4 verschiedenen Weisen kombinieren: Eine Eizelle F kann treffen ein Pollenkorn F und gibt ein Individuum FF, das rot blüht ,, ,, F ,. ,, „ ,, f und gibt ein Individuum Ff, das blaßrot blüht ;, f ,, ,, ,, ,, F und gibt ein Individuum fF, das blaßrot blüht „ „ f „ „ ,, „ f und gibt ein Individuum ff, das elfenbeinfarbig blüht. Alle 4 möglichen Kombinationen haben die gleiche Wahrscheinlichkeit, wir werden darum erwarten dürfen, daß in der Des- zendenz eines solchen Bastardes die 4 mög- lichen Kombinationen gleich häufig ver- wirklicht werden, und daß dem entsprechend diese 4 verschiedenen Arten von Individuen FF, Ff, fF, ff, in annähernd gleichen Ver- hältnissen vorkommen werden. Theoretisch ist daher zu erwarten, daß die Nachkommen- schaft eines solchen Bastardes zusammen- j gesetzt sein wird aus : 854 Hastardierune" 1/4 Individuen, entstanden als F x F homozygotisch konstant rot ^ y\ lieterozygotisch blaßrote Bastarde f X f X f In Form eines Schemas pflegt man einen solchen Kreuzungsversuch folgendermaßen wiederzugeben: Eltern, oder Pi- Gene- ration. Bastard, oder Fj- Generation verschiedene Kategorien d. Keimzellen (Gameten), der Fi-Pflanze. ^Mögliche Kom- binationen dieser Keimzellen, d. h. theoretisch mög- liche verschie- dene Kategorien der 2. Bastard- Generation d. h. von F„. Es ist möglich gewesen, auf Grund der Theorie auch das Kesultat von weiteren Versuchen vorherzusagen und so die Theorie zu prüfen. Das gilt besonders für die Kück- kreuzung eines Bastardes: wir befruchten etwa unseren Bastard Ff mit Blütenstaub der elfenbeinfarbigen Elternpflanze ff oder einer anderen elf cnbeinf arbigen Pflanze der gleichen Sippe. Nach der Hypothese produ- ziert der Bastard zweierlei Eizellen, die eine Hälfte der Eizellen^überträgt nur das Merkmal rote Blütenfarbe, die andere Hälfte überträgt nur das Merkmal elfenbein Blüten- farbe. Wenn wir einen solchen Bastard be- fruchteten mit einer ff Pflanze, deren Pollen- körner sämtlich nur das Merkmal elfenbein- farbige Blüte übertragen, dann müssen 50% der so entstehenden Nachkommen gebildet werden durch Vereinigung einer F Eizelle mit einem f Pollenkorn und 50% durch die Vereinigung einer f-Eizelle mit einem f- Pollenkorn. Es müssen demnach bei einer solchen Rückkreuzung entstehen: 50% Pflan- zen von der Formel Ff d. h. blaßrote Hetero- zygoten und 50% Pflanzen von der Formel 1) 2) FF Ff (rot) (blaßrot) 3) 4) fF ff (blaßrot) (elfenbein) homozygotisch konstant elfenbein. ff d. h. elfenbeinfarbige weiterhin konstant bleibende Pflanzen. Das auf Grund der Theorie vorherzusagende Ergebnis trifft auch tatsächlich ein, man erhält in entsprechenden Versuchen zu fast gleichen Teilen einerseits elfenbeinfarbige, weiterhin konstante, und andererseits blaßrote weiterhin aufmendelnde Pflanzen. In dem eben gebrauchten Beispiele sind die Bastarde leicht an ihrer blaßroten Farbe zu erkennen. Die Bastarde nehmen also ge- wissermaßen eine Art Mittelstellung zwi- schen den Eltern ein, sind „intermediäre" Bastarde. So ist die Sachlage zwar sehr häufig aber durchaus nicht immer. Das Aussehen der Heterozygoten kann auch ein ganz an- deres sein. Sehr eigenartige Verhältnisse finden sich z. B. bei der Kreuzung von zwei Hühnerrassen, kreuzt man eine gewisse Sorte schwarzer Andalusierhühner mit einer anderen schwarzweiß gescheckten, so erhält man Bastarde, die eine ganz von der der Eltern abweichende — von den Lieb- habern als blau bezeichnete — Färbung haben. Wenn man derartige „blaue Andalusier" unter sich kreuzt, dann erhält man ganz regelmäßig eine F2 -Generation, die zu V4 aus schwarzen, V4 ^^is schwarzweißen und 2/4 aus blauen Tieren sich zusammensetzt. Die schwarzen und die schwarzweißen Tiere erweisen sich bei Inzucht als homozygotisch, die blauen spalten weiter in dem alten Ver- hältnis auf. Man hat vielfach dieses Auf- treten der blauen Farbe so gedeutet, daß in den Bastarden die beiderelterlichen Merk- male fein verteilt mosaikartig nebenein- ander zur Ausbildung kämen (Mosaik- bastarde). Die scheinbar neue Farbe der blauen Andalusier wäre dann nur im Fall von Mosaikbildung, wie sie auch noch für einzelne Bastarde angegeben wird; so sollen gelegentlich die Bastarde zwischen schwarzen und weißen Hühnern schwarzweiß ge- fleckt sein. Völlig einwandfrei untersucht sind aber diese zuletzt genannten Mosaik- bastarde noch nicht. Ein dritter Fall, der ganz besonders häufig vorkommt, ist der, daß die Hetero- zygoten ganz dem einen Elter gleichen „goneoklin" sind, z. B. wenn wir eine schwarze Maus kreuzen mit einer weißen, so erhalten wir Bastarde, die schwarz aus- selien und äußerlich nicht von den hoino- zygotisch schwarzen Tieren zu unterscheiden sind. F 2 einer solchen Kreuzung besteht demnach äußerlich betrachtet zu % aus schwarzen und zu ^/^ aus weißen Tieren. Eine Prüfung der Deszendenz der schwarzen Bastardierung ^oo Tiere zeigt aber, daß auch hier ein Teil von ihnen hö- rn ozygotisch schwarz ist und konstante Deszendenz hat, zwei andere Teile von ihnen auch weiterhin spalten. Auch hier sind also in Wirklichkeit die Verhältnisse die gleichen wie bei den vorhin besprochenen Bastarden zwischen den roten und den elfenbeinfarbigen Löwenmäulchen. Diese Erschei- nung, daß viele Bastarde äußerlich von den Eltern nicht zu unter- scheiden sind, be- zeichnet man mit dem Wort Domi- nanz. Man sagt, das eine Merkmal, hier etwa die „Fähig- keit zur Bildung schwarzer Haar- farbe" dominiere über das andere Merkmal, über das Fehlen dieser Fähig- keit und dieses letztere Merkmal sei rezessiv gegen das erstere. Man hat dieser Dominanz- erscheinung, die durchaus keine all- gemeine Regel ist, vielfach übertrieben große Bedeutung zu- geschrieben, von einer Dominanz - regel gesprochen. Das ist ganz ver- kehrt, eine irgend- wie gültige Domi- nanzregel gibt es nicht, und sehr häufig ist eine Do- minanz nur äußer- lich, man kann bei ganz genauem Zu- sehen auch bei scheinbarer völliger Dominanz die Ho- mozygoten noch von den Heterozygoten unterscheiden. Pi F, Fig. 2. Kreuzung einer roten pelorischen (a) mit einer elfenbeinfarbigen normalen (b) Löwenmaulrasse. Der Bastard c zeigt Dominanz der normalen Form des einen Elters und der roten Farbe des andern (rot und blaßrot sind in dieser Figur nicht unterschieden, in natura ist der Bastard blaß- rot), d bis f = die in der Nachkommenschaft des Bastardes auftretenden verschiedenen Kategorien (rot und blaßrot auch hier nicht unterschieden). 856 Bastardierung Es kommt auch vor, daß die Dominanz einer Eigenschaft je nach dem Alter ver- schieden ausgesprochen ist. Ein sehr auf- fälliger solcher Wechsel der Dominanz einer Färbung ist z. B. bei Schneckenkreuzungen gefunden worden. Genau die gleichen Gesetze gelten ent- sprechend auch, wenn wir Rassen kreuzen, die sich in mehr als einem Merkmal unter- scheiden, wenn wir also nicht bloß „Mono- hybriden", sondern Di-, Tri- und Poly- hybriden erzeugen. Betrachten wir zur Orientierung hier wieder einen ganz ein- fachen Fall. Wir kreuzen eine rote pelo- rische Löwenmaulrasse (Fig. ■2 a) (mit vollkommen radiären etwa primelähnlichen Blüten) mit einer normalblütigen (zygo- morphen) elfenbeinfarbigen (Fig. 2b). Der Bastard ist blaßrot und hat völlig nor- male Blütenform, nur die Oberlippe ist etwas kleiner als bei den homozygotisch normalen Sippen (Fig. 2 c). Wir haben also hier einen Fall fast völliger Dominanz der normalen Blütenform über die pelorische, während hinsichtlich der Farbe der Bastard wieder ungefähr eine Mittelstellung einnimmt. Die durch Selbstbefruchtung eines solchen Bastards gewonnene Fg-Generation (Fig. 2d bis g) besteht aus 6 äußerlich verschiedenen Kategorien von Pflanzen, nämlich aus roten normalen (3) blaßroten normalen (6) roten pelorischen (1) blaßroten pelorischen (2) elfenbeinfarbigen normalen (3) elfenbeinfarbigen pelorischen (1) Die Zahlenverhältnisse, in denen diese verschiedenen Kategorien auftreten, sind in 0 beigefügt. Wie auf Grund der Spaltungs- gesetze diese Kategorien und diese Verhältnis- zahlen zustande kommen, leiten wir in ähn- licher Weise ab, wie in dem erst besprochenen Beispiel: Eine Sexualzelle oder, wie man jetzt meistens sagt, einen Gameten der normalen elfenbeinfarbigen Rasse bezeichnen wir mit f E, einen Gameten der roten pelori- schen Rasse mit Fe. Dabei bedeute: F Fähigkeit zur Bildung roter Blüten- farbe ; f Fehlen dieser Fähigkeit, d. h. der so bezeichnete Gamet überträgt das Merkmal elfenbeinfarbige Blüte; E Fähigkeit zur Bildung normaler, d. h. zygomorpher Blüten; e Fehlen dieser Fähigkeit, d. h. dieser Gamet überträgt das Merkmal pelorischer Blütenform, Die aus der Vereinigung zweier Gameten Fe (rote Blütenfarbe pelorischer Blüten) entstandene eine Pi-Pflanze aus der roten pelorischen Rasse, bekommt also die „Erb- formel" FFee. Die aus der Vereinigung zweier Gameten fE (elfenbeinfarbige normale Blüte) ent- standene andere Pi-Pflanze aus der elfen- beinfarbigen normalen Rasse hat dann die Formel ffEE. Der Bastard hat entsprechend die Formel FfEe, da er ja durch die Vereinigung eines Gameten Fe und eines Gameten fE entstanden ist. Wenn dieser Bastard ge- schlechtsreif wird, bildet er nach der Men- del sehen Theorie im ganzen viererlei ver- schiedene Gameten aus, nämlich: FE, die rote Farbe und normale Form übertragen Fe, ,, ,, ,, ,, pelorische ,, ,, fE, ,, elfenbein ,, ,, normale ,, ,, fe, ,, ,, ,, „ pelorische ,, ,, Diese viererlei verschiedenen Gameten Bastarde gegenseitig miteinander befruchten, werden ungefähr in gleicher Zahl gebildet, dann können sich die vier Kategorien von d. h. jede dieser vier Kategorien bildet etwa weiblichen Sexualzellen mit den vier Kate V4 der sämtlichen Gameten, der männlichen sowohl wie der weiblichen. Wenn wir einen solchen Bastard FfEe mit sich selbst, oder wenn wir mehrere solcher gorien von männlichen Sexualzellen in 16 verschiedenen Kombinationen vereinigen, nämlich: 1. Eine 9 Sexualzelle FE kann treffen eine o^ Sexualzelle FE und gibt ein Individuum FFEE d. li. eine rote, normale Pflanze 2. „ „ „ FE ,, ,, ,, ,, „ Fe und gibt ein Individuum FFEe d. h. eine rote, normale Pflanze 3. „ „ „ FE „ „ „ „ „ fE und gibt ein Individuum FfEE d. h. eine blaßrote, nor- male Pflanze 4. „ „ „ FE „ „ ,, , ,, fe und gibt ein Individuum FfEe d. h. eine blaßrote, nor- male Pflanze Bastai-dierun"' 857 5. Eine 9 Sexnialzelle Fe kai 6. „ „ „ Fe , 7. „ „ „ Fe „ 9. „ 10. „ 11. „ 12. „ 13. „ 14. „ 15. „ 16. „ Fe fE fE fE fE fe fe fe fe kann treffen eine a^ Sexualzelle FE und gibt ein Individuum FFEe d. h. eine rote, normale Pflanze „ ,, ,, ,, Fe und gibt ein Individuum FFee d. h. eine rote, pelo- rische Pflanze ,, ,, ,, ,, fE und gibt ein Individuum Ff Ee d. h. eine blaßrote, nor- male Pflanze ,, ,, ,, ,, fe und gibt ein Individuum Ffee d. h. eine blaßrote, pelo- rischp Pflanze ,, ,, ,, ,, FE und gibt ein Individuum FfEE d. h. eine blaßrote nor- male Pflanze ,, ,, ,, ,, Fe und gibt ein Individuum FfEe d. h. eine blaßmte, nor- male Pflanze „ ,, „ „ fE und gibt ein Individuum ffEE d.h. eine elfenbeinfarbig, normale Pflanze ,, ,, ,, ,, fe und gibt ein Individuum ffEe d.h. eine elfenbeinfarbig, normale Pflanze ,, ,, ,, ,, FE und gibt ein Individuum FfEe d. h. eine blaßrote nor- male Pflanze ,, „ ,, ,, Fe und gibt ein Individuum Ffee d. h. eine blaßrote, pelo- rische Pflanze ,, „ „ „ fE und gibt ein Individuum ffEe d. h. eine elfenbetnfar- bige, normale Pflanze ,, ,, ,, ,, fe und gibt ein Individuum ffee d. h. eine elfenbeinfar- bige, pelorische Pflanze nor- mit In Form des üblichen Schemas ist dieser Kreuzungsversuch auf Seite 858 dargestellt. Ein Blick auf die Uebersicht zeigt, daß von den 16 möglichen Kombinationen drei (1, 2, 5) Pflanzen mit roten malen Blüten, sechs (3, 4, 7, 9, 10, 13) Pflanzen blaßroten normalen Blüten, eine (6j Pflanze mit roten pelorischen Blüten, zwei (8, 14) Pflanzen mit blaßroten pelo- rischen Blüten. drei (11, 12, 15) Pflanzen mit elfenbein- farbigen normalen Blüten, eine Pflanze mit elfenbeinfarbigen pelo- rischen Blüten ergeben müssen. Wir werden demnach in Fo dieser Kreu- zung die 6 äußerhch verschiedenen Kate- gorien ,,rot normal", ,, blaßrot normal", „rot pelorisch", ,, blaßrot pelorisch", ,,elfen- bein normal" und ,,elfenbein pelorisch" im Verhältnis 3:6:1:2:3:1 auffinden müssen. Die im Versuch gefundenen Zahlen stehen damit gut in Einklang, eine solche Kreu- zung hat z. B. folgende Fo-Generation er- geben: rot normal 39 : blaßrot normal 94: rot pelorisch 15 : blaßrot pelorisch 28 : elfenbein normal 45 : elfenbein pelorisch 13. Auf Grund der Theorie ist ferner zu er- warten, daß je Vs der normal blühenden Kategorien weiterhin normal blühende Des- zendenz haben wird, nämlich alle Indivi- duen aus EE -Kategorien (Nr. 1, 3, 9, 11), ferner werden wir erwarten müssen, daß je ^sj nämlich die aus den Ee -Kategorien (Nr. 2, 4, 5, 7, 10, 12, 13, 15), weiterhin auf- mendeln müssen in V4 normale und % pelorische Pflanzen. Auch dieses theoretische Postulat wird durch den Versuch erfüllt. Tatsächlich erweist sich in allen derartigen Kreuzungen ein entsprechender Teil der normalen Fa-Pflanzen, der übrigens auch an der kleinen Oberlippe meist äußerlich kenntlich ist. als Ee, d. h. mendelt in nor- male und pelorische Individuen auf. In Form eines Stammbaumes sieht dieser ganze Versuch so aus, wie es auf Seite 859 dargestellt ist. Wir sehen also, daß die verschiedenen Merkmale, durch welche die beiden ursprüng- lich gekreuzten Rassen sich unterscheiden, ganz unabhängig voneinander sich auf die Gameten des Bastardes verteilen, oder, wie man zu sagen pflegt, ganz unab- hängig voneinander mendeln. Dieses Gesetz der Selbständigkeit der Merk- male ist neben der Spaltungsregel die wich- tigste Grundlage der experimentellen Ver- erbungslehre. Auch dieses Gesetz hat 858 Bastardierung" FE ffEE elfenbein normal FfEe blassrot normal fR Pi Fx Sexualzellen der Fj-Pflanze 1) FFEE rot normal 2) FFEe rot normal FfEE blaßrot normal 4) FfEe blaßrot normal 5) FFeE rot normal 6) FFee rot pelorisch FfeE blaßrot normal 8j Ffee blaßrot pelorisch 9) fFEE blaßrot normal lOj fFEe blaßrot normal 11) ffEE elfenbein normal 12) ffEe elfenbein normal 13) fFeE blaß rot normal 14) fFee blaßrot pelorisch 15) ffeE_ elfenbein normal 16) ffee elfenbeia pelorisch Mögliche Kombina- tionen dieser Sexual- zellen, d. h. mögliche Kategorien der F,- Pflanzen. schon Mendel gefunden und mit aller Schärfe präzisiert. Analoge Beispiele sind bei Pflanzen und Tieren heute bereits in sehr großer Zahl untersucht. Ein sehr schöner, den eben genannten ganz entsprechender Schulfall liegt vor bei der Kreuzung einer konstanten glatthaarigen schwarzen Meerschweinchen- rasse mit einer anderen rauhhaarigen weißen (vgl. Fig. 3). Fl ist dann rauhhaarig und schwarz und in F^ treten vier Typen auf, schwarze rauhhaarige, weiße rauhhaarige, schwarze glatthaarige und weiße glatt- haarige. Man kann nun auch Kassen kreuzen, die in noch mehr Merkmalen verschieden sind. Wir können etwa kreuzen ein elfenbeinfarbiges, normales, hochwüchsiges Löwenmaul mit einem roten, pelorischen, niedrigwüchsigen. F^ ist dann rot normal und hoch. Es dominiert auch hoher Wuchs ziemlich weitgehend über niedrigem Wuchs. Bezeichnen wir eine Sexualzelle, welche das Merkmal hoher Wuchs über- trägt, mit X und eine, welche das Merk- mal niedriger Wuchs überträgt, mit x, und behalten wir für Form und Farbe die früheren Bezeichnungen bei, so ist die Formel der elfenbeinfarbigen normalen hohen Rasse ffEExx und die der roten pelorischen niedrigen FFeexx. Der Bastard ist dann FfEeXx und bildet achterlei verschiedene Gameten aus, nämlich: FEX, FEx, FeX, Fex, fEX, fEx, feX, fex, zwischen denen 64 verschiedene Kombinationen mög- lich sind. Aeußerlich verschieden werden natür- lich auch hier nicht alle 64 möglichen Kom- binationen sein, sondern wir werden nur achterlei verschieden aussehende Typen in Fa finden (wenn wir die hier übrigens ziemlich Bastardierung 859 rot pelorisch X elfenbein normal Pi blaßrot normal F. rot normal blaßrot nor- rot pelorisch blaßrot pelo- elfenbein nor- elfenbein mal risch mal pelorisch (Vie) (Vio) (Vie) (Vie) (Vie) (Vis) 'i elfen- normal, n genau auf in: Vi« rot If enbein ** • weiter- Ifenbein onstant. if CO ? = - « 1s .T-i ;s C^ O. o &, 9) sp normal 7, 10, astard :aßrot }elorisc enbein p & o 12, 15 )risch orie 11 ^^^"^■"^^ :0 > «TS 2 S -2 > orien blaßr nien liehe laßro Vl6 ■'S c ►> bß ^'-\ -wo, — , "^ ^^i^^^-^H ü'S c5 ^ •-< o ^ i- le (I elfei in T ei Teile in norm er Teile e der u R rot n lorisch , ö 2 1s Ol s (D — ^ 'r -^ o SJÄ > Pm Cl. NAC gut erkennbaren Unterschiede zwischen den (9), 3. rot pelorisch hoch (9), 4. rot pelorisch Homo- und den Heterozygoten außer acht niedrig (9), 5. elfenbein normal hoch (3), lassen). Diese achterlei Typen werden sein: 6. elfenbein normal niedrig (3), 7. elfenbein 1. rot normal hoch (27), 2. rot normal niedrig | pelorisch hoch (3), 8. elfenbein pelorisch Zahl der Erb- «inheiten, in Bezug auf welche die Eltern (Pi) heterozygo- tisch sind Zahl der ver- schiedenen Arten von Gameten, welche in Fi gebildet werden Zahl der mög- ' Maximale Zahl liehen Kombi- ■ der äußerlich nationen der ; verschiedenen Gameten = Zahl Kategorien von der innerlich F-.-Individuen, verschiedenen wenn überall Kategorien von völlige Dominanz Fä-Individuen vorliegt Die äußerlich verschiedenen Kategorien von Fo-Indi- viduen sind, wenn überall völlige Dominanz vorliegt, vertreten durch Individuenzahlen, welche zueinander in den folgenden Verhältnissen stehen. Hängt eine äußerlich sichtbare Eigenschaft von mehreren hetero- zygotisch vorkommenden Erbeinheiten ab, dann treten hier abweichende, allerdings aus den nachstehend ge- nannten ableitbare Zahlenreihen auf. 1 21 = 2 (21)2 = 4 21 _ 2 1 1 2 22 = 4 (22)2 = 16 22 = 4 9:3:3:1 1 "^T" 1 3 23 = 8 (23)2 = 64 23 = 8 27 : 9 : 9 : 9 : 3 : 3 : 3 : 1 18 ;^ 1 4 2* = 16 (24)2 = 256 2* = 16 81:27:27:27:27:9:9:9:9:9:9:3:3:3:3:1 14 6 4 1 n 2n (2n)2 2n 3n : 3n-l : 3n-l : 3n-l 3n.2 : 3n-2 : 3n-2 . . . usw. 1...USW. = Koeffizienten des Binoms (a+a)" 1 860 Bastardienine: niedrig (i). Das Zahlenverhältnis, in dem in F2 diese verschiedenen Typen anftreten, ist überall in Klammern beigefügt. Jede dieser Typen kann, wie eine einfache Ueberlegung zeigt, homozygozisch gezüchtet werden, es ist also leicht möglich — und in zahllosen Fällen durchgeführt — durch eine solche Eassenkreuzung eine ganze Eeihe neuer Kassen zu erhalten, die freilich im Grunde genommen alle nur Neukombinationen der sich unabhängig voneinander vererbenden Unterschiede zwischen den Ausgangsrassen sind. Daß es sich nur um Neu k 0 m b i n a t i 0 n e n, nicht um etwas völlig Neues handelt, ver- mindert die ja wohl ohne weiteres einleuch- tende ungeheuer große Wichtigkeit dieser Erkenntnis für die Praxis der Tier- und Pflan- zenzüchtung nicht im mindesten. Wir werden nachher noch hören , daß im Grunde genommen die übergroße Mehr- zahl aller Unterschiede zwischen den Kassen Fig. 3. Kreuzung einer schwarzen glatthaarigen Meerschweinchenrasse a mit einer weißen rauh- haarigen b. c = der Bastard, d bis g = die in Fj auftretenden Typen. Bastardioruns: 861 einer Spezies überhaupt nur auf den ver- schiedenen Kombinationen einer relativ klei- nen Zahl von selbständig „als Einheiten" mendelnden Verschiedenheiten beruht. Kreuzen wir Rassen, die sich in noch mehr Merkmalen unterscheiden, dann gelten diese selben Gesetzmäßigkeiten weiter. Was für Zahlenverhältnisse dabei auftreten, und welche allgemeine Formel für n-Merkmale leicht aufgestellt werden kann, zeigt die die auf Seite 859 unten stehende Tabelle. Mit der zunehmenden Zahl von selbständig sich vererbenden Unterschieden zwischen zwei gekreuzten Eassen wird demnach die Zusammensetzung der Fg-Generation rasch ganz ungemein kompliziert. Unterscheiden sich z. B. zwei Rassen nur in 7 selbständigen Merkmalen, so treten in Fj schon 2^ = 128 äußerlich verschiedene Kategorien von Indi- viduen auf. Man hat in den letzten Jahren mit den allerverschiedensten Tieren und Pflanzen Kreuzungen in großem Maßstabe vorgenom- men und es hat sich dabei gezeigt, daß die vorstehend dargelegten Mend eischen Spal- tungsgesetze eine ganz universale Gel- tung haben. Die gleichen Regeln gelten für die Ver- erbungsweise bei Rassenkreuzungen bei den allerverschiedensten Pflanzen und Tieren, so bei Mäusen, Hunden, Katzen, Schafen, Axolotln, Kanarienvögeln, Schmetterlingen ebensowohl wie bei Getreidearten, Eichen, Baumwolle und zahllosen anderen höheren Pflanzen. Nur mit niederen Pflanzen sind noch keinerlei entsprechende Versuche an- gestellt worden. Auch zahlreiche Kreuzungsergebnisse, die zunächst sich durchaus nicht den Spaltungs- gesetzen zu fügen schienen, sind bei näherer Untersuchung doch als völlig mit ihnen in Einklang stehend erkannt worden. Freilich sind dabei sehr vielerlei Komplikationen der Spaltungserscheinungen bekannt geworden, welche die genaue Analyse einer Kreuzung oft sehr erschweren können. Die wichtigste von diesen Komplikationen ist die, daß eine scheinbar einheitliche Eigen- schaft immer abhängt von mehreren sellv ständig mendelnden Grundeigenschaften, die man als Faktoren, Erbeinheiten, Al- lelomorphs oder mit einem internationalen Ausdruck als Gene bezeichnet. Es kann z. B. die braune Farbe in den Federn eines Vogels dadurch zustande kommen, daß ein farbloses Chromogen durch die Einwirkung eines Enzyms erst die braune Farbe erhält. „Fähigkeit zur Bildung des Enzyms" und ,, Fähigkeit zur Bildung des Chro- mogens" können aber selbständig sich vererbende und jede für sich unabhängig mendelnde Eigenschaften sein. Es kann z. B. einer weißen Hühnerrasse die Fähigkeit zur Enzymbildung fehlen, während die Fähig- keit zur Chromogenbildung vorhanden ist. Einer anderen weißen Rasse kann die Fähig- keit zur Chromogenbildung fehlen bei Vor- handensein der Fähigkeit zur Enzymbildung. Kreuzt man zwei derartige aus verschie- denen Ursachen weiße Rassen, so werden Bastarde erstehen, die von dem einen Elter her die Fähigkeit zur Enzymbildung vom anderen die Fähigkeit zur Chromogenbildung ererbt haben, und die demnach durch ,, Bastardatavismus" gefärbtes Gefieder haben und die weiterhin bei Paarung unter- einander aufspalten müssen in 9 Teile ge- färbte und 7 Teile weiße Nachkommen. Drücken wir auch diesen Versuch in der vorhin verwendeten Forraelbezeichnung aus und bezeichnen etwa mit C die Fähig- keit zur Bildung des Chromogens, mit E die zur Bildung des Enzyms und mit den entsprechenden kleinen Buchstaben das Nichtvorhandensein der betreffenden Fähig- keit, dann kann er schematisch wie auf Seite 862 dargestellt werden. In diesem Beispiele äußert sich also das Gen E nur, wenn gleichzeitig in dem be- treffenden Organismus noch außerdem auch das Gen C enthalten ist und bleibt wirkungslos und äußerlich nicht erkennbar in Individuen, welche C nicht enthalten. Man sagt in solchen Fällen, wo ein Gen quasi unsichtbar in einem Individuum enthalten ist und von ihm vererbt wird, es sei kryptomer vor- handen. Die intensive Arbeit der letzten Jahre zeigt uns immer mehr, daß im Grunde ge- nommen jede äußerlich erkennbare erb- liche Eigenschaft eines Organismus abhängt nicht bloß von einer, sondern von einer ganzen Reihe von selbständig men- delnden Erbeinheiten. In manchen Fällen wirken alle diese Erbeinheiten oder Gene ganz unabhängig voneinander, in an- deren Fällen äußert sich häufig eine Erb- einheit nur dann, wenn außer ihr noch be- stimmte andere, oft eine ganz geschlossene „Faktorenkette" in einem Organismus ent- halten sind (so in dem eben erwähnten Htihnerbeispiele). Für das Löwenmaul ist so heute schon bekannt, daß die satt rote Farbe, die wohl die Farbe der hauptsächlichen Stammart darstellt, nur zustande kommt, wenn gleichzeitig eine geschlossene Kette von fünf vollständigen Genen vorhanden ist. Weiterhin stellt sich bei genauer Analyse jetzt aber auch schon immer deutlicher heraus, daß jeweils eine von diesen durch die Versuche erkennbaren Erbeinheiten sich nicht bloß in einer äußerlich sichtbaren Eigenschaft äußert, sondern in mehreren, z. B. beeinflußt beim Löwenmaul eine ge- 862 Bastarclienui"- Pi Fl CE cE Sexualzellen der F-Hülmer 1) CCEE braun 2) CCEe braun 3) CcEE braun 4j CcEe braun 5) CCeE braun 0) CCee weiß CceE braun 8) Ccee wei ß 9) cCEE braun 10) cCEe braun 11) ccEE weiß 12) ccEe weiß 13) cCeE braun 14) cCee weiß 15) cceE weiß IG) ccee weiß Mögliche Kombina- tionen dieser Sexual- zellen, d. li. mögliche Kategorien von Fg- Ilülmern. 9 Kategorien sind gefärbt, 7 weiß. wisse Erbeinheit die Blütenfarbe, die Blatt- farbe ferner aber auch den Wuchstypus und den anatomischen Bau der Blattepiderniis, oder bei der Maus beeinflußt die gleiche Erbeinheit die Verteilung der Farbe im einzelnen Haar (Agoutizeiclinung) und die Ausbildung eines weiß behaarten Bauches. Bei den Levkoyen ist ein Fall bekannt, daß eine Erbeinheit als Glied in einer „Faktoren- kette" für die Ausbildung der Blütenfarbe erforderlich ist und außerdem aber auch sich in der Umbildung von Haaren äußert. Solche Beispiele ließen sich leicht in großer Zahl anführen. Das alles drängt uns zu der Vorstellung, daß die mit den Sinnen wahrnehmbaren äußeren Eigenschaften der Pflanzen und Tiere und die durch Bastardanalyse erkennbaren Erbeinheiten oder Gene ganz prinzipiell verschiedene Dinge sind, zwischen denen nur etwa analoge Be- ziehungen bestehen wie zwischen den äußeren Eigenschaften, Geruch, Geschmack, Farbe usw. eines chemischen Körpers und seiner chemischen Formel. Wir können durch sorgfältige Analyse einer größeren Anzahl von Kreuzungen für eine gegebene Pflanzen- oder Tierspezies eine lange Reihe von Erbeinheiten oder Genen präzisieren und können auf Grund der so gewonnenen Erkenntnis dann leicht die Resultate auch der kompliziertesten Kreu- zungen verstehen, und können deren Resul- tate vorhersagen, genau so wie ein Che- miker, der die chemische Formel gewisser Stoffe kennt, vorhersagen kann, welche Eigenschaften die aus der Vereinigung und teilweisen Wiederzerlegung dieser Körper Bastardierung 863 hervorgehenden neuen chemischen Stoffe haben. Was aber diese Erbeinheiten im Grunde genommen sind, entzieht sich heute noch völlig unserer Kennt- nis. Der wolil am weitesten analysierte Orga- nismus ist das Gartenlöwenmaul Antir- rhinum majus, für das etwa 20 Erbeinheiten bekannt sind, welche die Blütenfarbe be- einflussen. Alle die zahllosen (hunderte!) im Handel befindlichen Farbenrassen dieser Pflanze beruhen nur auf verschiedenen Kombinationen einer verhältnismäßig kleinen Zahl von Erbeinheiten. Unter den Tieren ist wohl bei der Hausmaus, ferner bei den Katten und den Kaninchen die Analyse am weitesten gediehen. Man ist nach dem Vorgang von Correns, Bateso n, Shull und anderen in den letzten Jahren stillschweigend übereinge- kommen, die Erbeinheiten so zu formu- lieren, daß, so wie wir es hier in den bis- herigen Beispielen schon immer durchgeführt haben, zwei Merkmale einander paarweise — Merkmals paar — gegenübergestellt werden, in denen das Vorhandensein (Presence) dem Fehlen (Absence) einer be- stimmten Fälligkeit angenommen wird (Pre- sence-Absence-Theorie) und es hat sich auch eine ganz bestimmte Formelschreib- weise eingebürgert, indem man immer das Vorhandensein einer Erbeinheit mit dem großen, das Fehlen mit dem kleinen Buchstaben bezeichnet. Ob die Presence- Absence-Theorie irgendwie geeignet ist, zu einem Verständnis des Wesens der Erb- einheiten zu führen, ist sehr zweifelhaft. Die Darstellung auch sehr komplizierter Spaltungserscheinungen wird aber jedenfalls durch die auf dieser Theorie basierende Formelbezeichnung der Erbeinheiten ganz ungemein erleichtert. Kreuzt man Rassen, die in sehr zahl- reichen Erbeinheiten verschieden sind, dann erhält man in F2 Aufspaltungen von einer ungeheuren Kompliziertheit, ist ein Indi- viduum heterozygotisch nur in 10 Erbein- heiten, so werden 21° = 1024 verschiedene Gameten gebildet, die (2l'')^ d. h. über eine Million verschiedene Kombinationen ermöglichen. Aus der Kreuzung von zwei in 10 Erbeinheiten verschiedenen Rassen können 1024 verschiedene homozygotische Rassen hervorgehen. Analysiert in allen Einzelheiten ist bisher noch keine so komplizierte Spaltung; bei den kompliziertesten bisher völlig klarge- legten Aufspaltungen haben höchstens 6 bis 7 Erbeinheiten heterozygotisch vorgelegen. Es ist deshalb auch heute noch nicht möglich, zu entscheiden, wie viele Erbeinheiten in einer Kreuzung überhaupt gleichzeitig selbständig mendeln können, eine Vorfrage, die von der größten Wichtigkeit ist für die Frage nach der cytologischen Basis der Spal- tungserscheinungen, einem heute noch gänz- lich unlösbaren Probleme. ! Die Verteilung der verscnieüenen Erb- einheiten auf die Gameten erfolgt nicht immer gleichmäßig, es sind Kreuzungsergebnisse bekannt, die dafür sprechen, daß bei der Gametenbildung nicht alle möglichen Ga- metenkategorien, wie es sonst die Regel ist, in gleicher Zahl gebildet werden, sondern daß manche Gametennategorien in sehr großer, andere in sehr kleiner Zahl produziert werden. Vielleicht beruht dies darauf, daß bei der Gameten- bildung einzelne Erbeinheiten sich anziehen, andere sich abstoßen. Man bezeichnet diese Erscheinungen, die noch wenig geklärt sind, als Faktorenabstoßung (Spurious allelomorphism) und Faktorenkoppe- lung (Gametic coupling). Man kennt heute solche Fälle aus dem Tier- und Pflanzenreich schon in großer Zahl. Wie gewöhnlich sind auch hier die pflanzlichen Beispiele bei weitem besser untersucht, entsprechend der viel größeren Leichtigkeit, mit Pflanzen Vererbungsver- suche rationell durchzuführen als mit Tieren. Es sei deshalb auch wiederum ein pflanz- liches Schulbeispiel genannt: Bei Erbsen gibt es eine Rasse, die als ,, akazienblätterig" bezeichnet wird, mit Blättern ohne Ranken an der Blattspitze. Bei der Kreuzung einer rankenlosen mit einer rankentragenden Rasse ist Fl rankentragend und in Fo erfolgt eine Spaltung in 2/4 rankentragend: V4 rankenlos. Wir wollen weiterhin die Fähigkeit zur Ran- kenbildung mit R, ihr Fehlen mit r be- zeichnen, die rankenlose Sippe hat demnach ; die Formel rr. Ferner unterscheiden sich die Erbsenrassen auch in der Form ihrer Keimblätter, die glatt (Stärke als Reserve- stoff), oder runzelig (Zucker als Reservestoff) sein können. Die Bastarde zwischen einer runzeligen und einer glatten Rasse haben glatte Keimblätter und in F2 erfolgt eine regelrechte Spaltung. Wir wollen Fähig- keit zur Bildung glatter Keimblätter mit G, ihr Fehlen mit g bezeichnen, eine Rasse mit runzeligen Keimblättern ist dann gg^ eine mit glatten Keimblättern GG. Kreuzt man nun eine runzelige rankenlose Erbsen- rasse ggRR mit einer glatten ranken- tragenden GGRR, so hat der Fi-Bastard GgRr glatte Keimblätter und trägt Ranken. Für F2 sollte man nach der Regel für die Dihybriden (S. 856) erwarten, daß eine Auf- spaltung erfolgt in 9 Teile glatt rankentragend, 3 Teile runzelig rankentragend, 864 BastardienuiQ- 3 Teile glatt rankenlos, 1 Teil runzelig rankenlos, das ist aber nicht der Fall, sondern in einem entsprechenden Versuche (Vilmorin und Bateson) wurden gefunden 319 Pflanzen glatt xavikQw^^'^/rff-^yru^ , 3 ,, runzelig rankentragend, ¥^ ,, glatt rankenlos, 123 ,, runzelig rankeulos. Mithin ein gänzlich abweichendes Zahlen- verhältnis. Zu Zahlen, die den im Versuche ge- fundenen ziemlich genau entsjjrechen, kommt man, wenn man die Annahme macht, daß ein solcher Bastard GgRr seine viererlei möglichen Gameten nicht in gleicher Häufig- keit produziert, also nicht lGR:lGr:lgR :lgr, sondern im Verhältnis 63Git:lGR: lgR:63gr. Berechnet man die zwischen diesen 128 Gameten möglichen Kombina- tionen, so ergibt sich, daß unter den 128^ = 16384 möglichen Kombinationen: 12161 glatt rankentragend, 127 runzelig rankentragend, 127 glatt rankenlos, 3969 runzelig rankenlos sein müssen, und die in dem eben genannten Versuche gefundenen Zahlen stehen tat- sächlich zueinander in einem sehr älmlichen Verhältnis. Genau das Verhältnis 12161: 127:127:3969 wäre 333 (gefunden 319): 3,4 (gefunden 3): 3,4 (gefunden 4): 109 (ge- funden 123). In entsprechender Weise hat sich zeigen lassen, daß auch in vielen anderen Fällen die in Fg gefundenen Zahlenverhältnisse nur zu verstehen sind, wenn man annimmt, daß die verschiedenen möglichen Gameten in ungleicher Häufigkeit gebildet werden. Statt wie hier das Verhältnis 63:1:1:63 sind besonders häufig dieVerhältnisse 7:1:1:7, 15:1:1:15, 127:1:1:127 für die Gameten gefunden worden. Man kann einen Bastard GgRr nicht bloß wie in dem eben besprochenen Bei- spiel erzielen durch Kreuzung einer Pflanze von der Formel GGRR (glatt ranken- tragend) mit einer anderen von der Formel ggrr (runzelig rankenlos), sondern auch durch die Kreuzung GGrrxggRR (d. h. glatt rankenlos x runzelig rankentragend). Es hat sich nun vielfach gezeigt, daß ein nach dem ersten Schema entstandener Bas- tard die Gameten im Zahlenverhältnis 63GR:lGr:lgR:63gr bildet, daß dagegen der aus der reziproken Kreuzung entstandene seine Gameten im Verhältnis lGR:63Gr: 63gr:lgr hervorbringt und dementsprechend gänzlich andere Zahlen Verhältnisse in Fa aufweist. (Speziell für diese Erbsenkreuzung ist die reziproke Kreuzung noch nicht unter- sucht, aber diese Gesetzmäßigkeit gilt in vielen anderen Fällen.) Eine allgemeine Gesetzmäßigkeit liegt aber nicht vor, es sind auch Fälle bekannt, wo bei der einen Kreuzung eine derartige Koppelung besteht, wo die andere Kreuzung aber völlig normal mendelnde Bastarde ergibt. Komplikationen, welche zunächst nicht den Spaltungsgesetzen sich zu fügen scheinen, gibt es außer den schon genannten auch sonst noch in großer Zahl. Zu sehr eigentüm- lichen Konsequenzen kann es z. B. führen, wenn von den in Fa heraus mendelnden Neukombinationen eine oder einige nicht lebensfähig sind, auf irgendeinem mehr oder weniger frühen Stadium der Embryogenese absterben. Ein solcher Fall liegt z. B. vor bei den Mäusen wo es sich gezeigt hat, daß eine bestimmte Rasse von gelben Tieren nie homozygotisch vorkommt. Es hängt dies damit zusammen, daß homozygotisch gelbe Tiere gar nicht existieren können, sei es, weil die betreffende (jametenkombination aus irgendeinem (jrunde nicht zustande kommt, sei es, weil diese homozygotischen Tiere als jüngste Embryonen sterben. Auch bei Pflanzen sind mehrere analoge Fälle seit langem bekannt. Darüber, daß zwei für gewöhnlich selb- ständig mendelnde Erbeinheiten sich nicht bloß anziehen oder abstoßen, sondern gegen- seitig verändern, quasi „verunreinigen" — • Unreinheit der Gameten — gibt es zwar verschiedene Angaben, aber sicher festgestellt ist bisher keine von ihnen. Wohl in der Mehrzahl der so gedeuteten Fälle liegt die Sache so, daß die gekreuzten Rassen sich in mehr Erbeinheiten unter- scheiden, als die Beobachter wußten. Das ist am besten an einem beim Hafer (Ave na sativa) gefundenen Beispiele zu zeigen: Es gibt dort u. a. Rassen mit schwarzen, andere mit grauen und andere mit weißen Deckspelzen. Die schwarze Farbe und die graue Farbe mendeln völlig unabhängig, und eine schwarze Pflanze kann gleich- zeitig auch noch grau gefärbt sein, ohne daß man ihr das ansehen kann, weil die dunkle schwarze Farbe die graue völlig verdeckt. Bezeichnen wir nun in der uns jetzt schon vertrauten Weise Fähigkeit zur Bildung der schwarzen Farbe mit S, ihr Fehlen mit s und Fähigkeit zur Bildung grauer Farbe mit G, ihr Fehlen mit g, so wäre eine quasi ,, doppelt" gefärbte (schwarz + grau) Rasse SSCjG, eine weiße ssgg und der Bastard ist dann SsGg, er muß als Dihybrid nicht bloß in schwarze und weiße, sondern in schwarze, graue und weiße Fa-Pflanzen aufspalten, die, wie eine Bastai'clieruni 865 Ausführung der Gametenkombinationen er- dominiert danach Farbenblindheit im gibt, im Verhältnis von 12 schwarz: 3 grau: 1 männlichen Geschlecht, ist im weiblichen weiß stehen (die in den Versuchen gefundenen ; dagegen rezessiv. Es ist natürlich beim Men- Zahlen stimmen völlig!). Kennt man die j sehen nicht möglich, derartige Gesetzmäßig- Sachlage nicht, und vor allem hat man nur keiten durch Experimente zu finden, son- wenige Fg-Individuen beobachtet, so wird dern nur durch das Studium von Stamm- man leicht geneigt sein, an eine „unreine" 1 bäumen. Spaltung zu denken und die grauen Iiuli- In allen den bisher besprochenen Bei- viduen so deuten, daß ein Teil der weißen spielen ist es durchaus einerlei, ob in einer herausmendelnden Fg-Individuen etwas von Kreuzung die eine Rasse den Vater, die andere der schwarzen Färbung „abbekommen" die Mutter liefert, oder ob man die rezi- hätten. proke Kreuzung ausführt. Mit anderen Wor- Daß alle heute beschriebenen Fälle ten, die Vererbung durch die männlichen von „unreiner" Spaltung sich genau in dieser : Geschlechtszellen ist geiuiu die gleiche wie Weise erklären lassen, soll natürlich nicht die durch die weiblichen. Von dieser Eegel gesagt sein, aber das Beispiel zeigt, wie vor- ' kennen wir nur einige ganz wenige und noch sichtig man mit dem Urteil, es läge eine i dazu noch nicht völlig klargelegte Aus- „unreine" Spaltung vor, sein muß. Alle ] nahmen, so bei der Vererbung der Blüten- diese Fälle, zu denen als interessantester ein füllung der Levkoyen. von Haecker bei Axolotln gefundener Wenn auch heute noch sehr viele Resul- gehört, verdienen eine eingehende Unter- täte von Bastardierungsversuchen zwischen suchung mit großem Material. einander nahestehenden Rassen noch nicht Mannigfache Komplikationen der Spal- völlig analysiert sind, so kann man doch tungserscheinungen werden ferner auch durch , wohl schon mit großer Sicherheit aussprechen, das Geschlecht hervorgerufen vor allem durch eine Faktorenabstoßung zwischen einem ge- schlechtsbestimmenden, wohl auch mendeln- den Gen und anderen Genen, z. B. bei Hüh- nern einem Gen, das eine ganz bestimmte Federnzeichnung bedingt. daß ganz allgemein für Rassen- und Varie- tätsbastarde die Mendelschen Spaltungs- gesetze im wesentlichen die Vererbung be- herrschen. Es gibt aber auch Rassenuntersehiede, die nach anderen Gesetzmäßigkeiten ver- In größerer Zahl sind Fälle von Koppelung erbt werden. So kennen wir bestimmte Kate- zwischen einem geschlechtsbestimmenden Gen I gorien von Buntblätterigkeit von Pflan- und einem Gen der Färbung bei Schmetter- zen, die überhaupt nur durch die Mutter ver- lingen (Abraxas und Colias z. B.) be- ! erbt werden ohne jeglichen Einfluß kannt. jdes Vaters und die sicher nicht mendeln. Außer durch Faktorenkoppelung erschwert Ferner gibt es bei Pflanzen eigentümliche das Geschlecht die Analyse von Kreuzungen weißblätterige Sippen, die gekreuzt mit auch noch in anderer Weise. So ist zunächst grünen Sippen Bastarde geben, welche vege- öfters die „Dominanz" in den beiden Ge- tativ schon in grüne und weiße Mosaik- sclilechtern ungleich: Kreuzt man eine in stücke aufspalten, deren jedes dann weiter- beiden Geschlechtern hörnertragende Schaf- hin eine konstante vegetative und sexuelle rasse (Dorset-Schaf) mit einer in beiden Ge- 1 Deszendenz hat. Mit den früher genannten schlechtem hornlosen Rasse (Suffolk-Schafe), 1 Mosaikbastarden, die weiterhin regelrecht so besteht F^ aus gehörnten Männchen und aufmendeln, haben diese nicht mendelnden, hornlosen Weibchen. Behörnung ,,domi- vegetativ aufspaltenden Bastarde selbst- niert" im männlichen Geschlecht, ist im j verständlich nur eine oberflächliche Aehn- weiblichen „rezessiv". Dementsprechend be- lichkeit. Daß auch bei mendelnden Bastarden steht eine durch die Paarung solcher Bastarde gelegentlich ein analoges vegetatives Auf- untereinander erzeugte Fj-Generation aus spalten vorkomme, wird zwar in der Lite- 3 Teilen gehörnten: 1 Teil hornlosen Mann- ratur oft erwähnt, es ist aber noch kein clien und aus 3 Teilen hornlosen: 1 Teil ge- sicherer Fall bekannt, hörnten Weibchen. Auch beim Menschen J Unterschiede zwischen einander nahe- kommen ähnliche Fälle von ungleicher Do- ' stehenden Sippen, die wie die beiden eben- minanz in den beiden Geschlechtern vor. genannten bei der Bastardierung nicht men- Die Farbenblindheit oder doch wenigstens dein, scheinen aber gegenüber den men- eine häufig vorkommende Kategorie von delnden nur eine sehr untergeordnete Rolle Farbenblindheit beruht auf dem Fehlen eines zu spielen. bestimmten Genes. Die aus der Ehe eines; Diese Meinung stimmt freilch schlecht homozygotisch normaläugigen mit einem zu der besonders in der älteren Lite- homozygotisch farbenblinden Elter hervor- ratur immer wiederkehrenden Angabe, daß gehenden heterozygotischen Kinder sind, Bastarde zwischen nahestehenden Rassen soweit sie männlich sind, farbenblind, sehr häufig eine ungefähr intermediäre Be- soweit sie weiblich sind, normaläugig. Es ! schaffenheit zeigen und diese konstant, Hanihvörterbuch der Naturwissenschaften. Band I. 55 866 Bastardieruno: ohne Spaltung vererben. Diese Angaben sind mit der größten Skepsis zu prüfen. Wenn geringe äußerliche Unterschiede auf sehr zahlreichen verschiedenen Erbeinheiten beruhen — und das kommt sehr oft vor! — ist es nur möglich, eine Spaltung zu erkennen, wenn man mit so großen Individuenzalilen arbeitet, wie sie in älteren Versuchen beson- ders mit Tieren nie untersucht worden sind. Das sei an einem Beispiel dargelegt: Die Bildung einer intermediären sofort konstanten Bastardrasse soll u. a. erfolgen bei der Kreu- zung von langohrigen und kurzohrigen Kaninchen. Kreuzt man Tiere von etwa 220 mm Ohrlänge mit anderen von 110 mm Ohr- länge (beide aus konstanten reinen Zuchten), dann bekommt man Bastarde mit etwa 160 mm Ohrlänge und die weitere Nach- kommenschaft dieser Bastarde, also Fj, F3 usw., weist dieselbe intermediäre Ohr- länge auf (Fig. 4). Nun hat Nilsson-Ehle gefunden, daß unter Umständen eine scheinbar einheitliche Eigenschaft, in seinem Falle z. B. rote Kornfarbe des Weizens hervorgerufen werden kann durch mehrere selbständig mendelnde Erbeinheiten, von denen aber im Gegensatz zu dem vorhin besprochenen Fall der beiden weißen Hühnerrassen jede für sich allein schon genügt, um rote Farbe hervorzurufen. Die Wirkung dieser Gene summiert sich. Heißen wir etwa die drei von Nilsson-Ehle gefundenen Erb- einheiten der roten Farbe beim Weizen R, S und T, so ist eine Pflanze von der Formel RRssll, die also nur eine von diesen Erbeinheiten enthält, blaß rot, eine, die zwei davon enthält (RRssTT z. B.), ist dunkler rot usw. Diese Erscheinung ist nach allem, was wir wissen, gar nicht selten. Nimmt man dementsprechend an, daß die Ohrlänge der Kaninchen beeinflußt werde durch mehrere, etwa drei, unabhängig men- delnde Gene, die sich in ihrer Wirkung sum- mieren. Die Gene sollen A, B, C heißen. Ein Kaninchen mit aabbcc in der Formel sei ein kurzohriges Tier mit 100 mm Obr- länge. Jeder der drei Faktoren mache homo- zygotisch die Ohren um 40 ^n läuger. Ein Kaninchen mit der Formel Aabbcc habe also 120 mm Ohrlänge, eines mit AAbbcc habe 140 mm Ohrlänge usw und ein in allen drei Genen homozygotisches Kaninchen von der Formel AABBCC habe die Ohrlänge 220 mm. Kreuzt man ein Tier von der Formel AABBCC (220 mm Ohrlänge) mit einem anderen von der Formel aabbcc (100 mm Ohrlänge), so bekommt man in F, Tiere mit der Formel AaBbCc und 160 mm Ohrlänge. Paart man diese Fj-Tiere, die achterlei verschiedene Gameten, ABC, ABc, AbC, Abc, aBC, aBc, abC, abc produzieren, untereinander, so ergibt sich eine Fa-Generation, die aus 64 Kate- gorien besteht, und von diesen 64 Kategorien werden haben, wie eine einfache Ueberlegung zeigt: 1 die ( )hrlänge 220 6 „ 200 15 „ 180 20 „ 160 15 „ 140 6 „ 120 1 „ 100 Von 64 Fo-Tieren werden demnach 50 eine Ohrlänge von 140 bis 180 mm, d. h. wieder eine ganz ähnliche intermediäre Ohrlänge haben wie die F^-Bastarde. Wenn Fig. 4. Vererbung der Ohrlänge der Kaninchen. Nach Castle. Kreuzung ehies kurzohrigen und eines langohrigen Tieres giebt eine F^ Gene- ration mit ungefälir intermediärer Ohrlänge. Fj zeigt ebenfalls wieder diese intermediäre Länge. Bastaitlienma- 867 man nicht mit sehr großen Individuenzahlen welche das eine Gen enthält (Fig. 5 a) mit arbeitet, kann es sich demnach leicht treffen, einer andern xxGG (Fig. 5 b), welche das daß man in Fa zufällig nur Tiere mit inter- andre Gen enthält, gibt in Fj einen Steif- mediären Ohrlängen findet, und man wird rispenhafer XxGg und in Fj treten neben dann den unberechtigten Schluß ziehen, Steifrispenpflanzen auch Schlaffrispenhafer daß hier Fg genau mit Fi übereinstimme, (die theoretisch zu erwartenden XXGG-In- daß keine Spaltung erfolge. Unterscheiden dividuen) und Fahnenhafer (die theoretisch sich die beiden Kaninchenrassen in mehr zu erwartenden xxgg-Individuen!) auf. als drei, etwa fünf oder sechs, Erbeinheiten Wenn man die Vererbungsliteratur der der Ohrlänge, dann ist die Aussicht minimal, letzten Jahre übersieht, so findet man sehr in Fa auch nur eine Andeutung der ganz regelrecht er- folgenden Spaltung zu finden, außer wenn man mit sehr großen Indi- viduenzahlen (Tau- senden) operiert, die aber bei Ver- suchen mit Ka- ninchen kaum zu erhalten sind. Diese Erkennt- nis, daß ein Außen- merkmal bedingt sein kann von mehreren Genen, die sich in ihrer Wirkung summie- ren, läßt auch die in Figur 5 darge- stellte Haferkreu- zung (A V e n a s a - t i V a) leicht ver- stehen. Die Aeh- renf orni des Hafers wird unteranderem bedingt durch zwei Gene X und Y, deren jedes den Winkel vergrößert, in dem die Rispen- äste von der Achse abstehen. Eine Rasse ^'s.gg, die keines dieser Gene enthält ist ein Fahnenhafer (Fig. öf), eine Rasse, die nur eines ent- hält — XXgg oder xxGG — ist ein Steif rispenhafer (Fig. 5 a und b), und eine Rasse XXGG.diebeide Gene enthält, ist ^. ^ ^^ . ^. ., . , „ / ^ -i. • i a -t Pill ^plilaffrknpii ^ ^S- 5. Kreuzung eines Steifrispenhafers (a) mit einem anderen bteit- >i f r /fTo- r^r rispenhafer (b). Beide (Pj) Rassen sind in sich konstant. Die eine enthält naier (±ng. oaj. ^^^^ ^-^^ anderes Gen für abstehende Rispenäste wie die andere. Der Die Kreuzung Bastard c ist ebenfalls ein Rispenliafer und Fj besteht aus Schlaffrispen- einer Steifrispen- hafer (d) Steifrispenhafer (e) und Fahnenhafer (f). Schlaffrispenhafer ent- rasse XXgg, hält beide Gene, Fahnenhafer enthält kein Gen für abstehende Rispenäste. 868 Bastardierung: viele — unnötig viele — Veröffentlichungen über angeblich nicht mit den Spaltungsge- setzen harmonierende Beobachtungen. Man tut gut, alle diese Fälle, soweit sie sich nicht inzwischen schon bei einer etwas gründlicheren Untersuchung aufgeklärt haben, als das zu betrachten, was sie sind: als Material, das vorläufig noch nicht genügend bearbeitet ist, um präzise Schlußfolgerungen zu gestatten, das aber eine eingehendere Untersuchung verdient. 4 b) Artbastarde. Sehr viel weniger übersichtlich als bei den bisher besproche- nen Kreuzungen zwischen einander relativ nahestehenden Sippen einer Großart sind die Befunde bei der Kreuzung von An- gehörigen zweier ganz verschiedenen Spezies. Wir kennen eine große Menge Ein- zelheiten, aber wir sind noch nicht recht F, Fig. 6. Vererbung der Blütenform und Blütengrüße bei der Kreuzung zweier Löwenmaulspezies: A n t i r r h i n u m m 0 1 1 e (a) und A n t i r r h i n u m m a j u s (c). Der Bastard ist etwa intermediär. In Fo erfolgt eine unübersehbare Aufspaltung; unter hunderten von Pflanzen sind keine zwei einander gleich. Blütenform, Blütengrüße, Kelchform, Länge des Blütenstiels usw. mendeln offenbar unabhängig und sehr kompliziert auf. Eine kleine Auswahl von Blütenformen aus Fg sind in den Fig. d bis 1 dargestellt. Blütenformen wie die in k dargestellte kommen in der Gattung Antirrhinum sonst nirgends vor. In F3 geht die Spaltung weiter. Bastaixliei-unt 869 imstande, große allgemeine Gesetzmäßig- keiten zu erkennen. Man hat zwar Hunderte von Artkreuzungen im Experiment gemacht und man hat Tau- sende von Bastarden zufällig gefunden, aber man hat keinen Fall von Artkreuzung genau und sorgfältig, den heutigen Anforderungen genügend, analysiert. Aus diesem Grunde sei auch hier, wo es ja nicht darauf ankommt, vielerlei Einzelheiten zu registrieren, das ganze heute noch sehr wenig geklärte Problem der Artbastarde nur sehr kurz abgehandelt. Es gibt eine Reihe von Tatsachen, die dafür sprechen, daß, mindestens zum Teil, die für Rassenkreuzungen gefundenen Ge- setze auch für Artbastarde gelten. So sind zunächst ■ — bisher nur bei Pflanzen — Fälle bekannt geworden, wo auch die Kreu- zung zwischen zwei morphologisch sehr stark verschiedenen Arten, auch hinsichtlich des Verhaltens in späteren Generationen genau das gleiche Ergebnis hat wie eine Kreuzung zwischen zwei Rassen, die sich in sehr zahlreichen mendelnden Erbeinheiten unterscheiden. F^ ist auch hier eine Kom- promißbildung und in F2 erfolgt eine ganz maßlos komplizierte Spaltung, die eine so große Mannigfaltigkeit von Typen ergibt, daß es schwer hält, unter mehreren 100 Individuen auch nur zwei gleiche zu finden. Unter den hierbei in Fg auftretenden Typen sind viele den Fj-Bastarden sehr ähn- lich, manche nähern sich sehr stark den Pj-Formen, aber außerdem finden sich sehr viele Individuen, welche Eigenschaften auf- weisen, die bei keiner der beiden Ausgangs- arten vorhanden waren, ja oft sogar Merkmale ganz anderer Gattungen darstellen. Fig. 6 stellt eine solche Spezieskreuzung dar. Zur Erklärung dieser in F2 auftretenden Typen hat man vielfach angenommen, daß hier Mutationen — Bastard- oder Hybrid- mutationen — vorlägen. Diese Annahme ist aber durch nichts begründet, die Annahme, daß es sich nur um neue Kombinationen der heterozygotisch vorkommenden Gene handelt, liegt sehr viel näher. Man kann aus solchen Fa-Generationen durch Auslese einzelner Typen zahlreiche sehr verschie- denartige neue Formen isolieren und rein und konstant züchten und man kann unter Umständen in Fg einer einzigen Artkreuzung Dutzende von Typen erhalten, die ebenso große morphologische Unterschiede auf- weisen, wie sie zwischen den verschiedenen heute bekannten Arten der betreffenden Gattung sonst bestehen. Ganz selten treten in diesen Fg-Generationen auch Individuen auf, die nicht oder fast nicht von den Stamm- arten (Pj) unterscheidbar sind. Unter den vielen in F2 auftretenden neuen Formen, die wie gesagt, sehr wahrscheinlich einfach Neukombinationen sind, finden sich wohl regelmäßig sehr zahlreiche, die sehr wenig lebenstüchtig sind, allerhand Miß- bildungen aufweisen und vielfach nur mit großer Mühe weiter fortgepflanzt werden können, sie können z. B. häufig ganz oder teil- weise steril sein, auch wenn die F^-Bastarde völlig fertil waren. Wieder andere dieser neuen Fg-Typen sind dagegen oft sehr kräf- tige Pflanzen, die die Konkurrenz mit den Stammarten leicht aufnehmen können. Wir gehen wohl nicht fehl, wenn wir annehmen, daß auf diesem Wege der Artkreuzung mit nachfolgender Aufspaltung in Fg auch in der Natur gelegentlich „neue Arten" ent- standen sind. Wie groß aber die Bedeutung spontaner Artkreuzungen für den Vorgang der Artbildung im allgemeinen ist, entzieht sich noch durchaus unserer Kenntnis. Es liegt demnach in allem ein Befund vor, der zu erwarten ist, wenn man Indivi- duen kreuzt, die sich in sehr vielen, etwa 20 mendelnden Erbeinheiten unterscheiden. Völlig analysiert ist bisher noch keiner von diesen wahrscheinlich aufmendelnden Artbastarden, die in den Gattungen Antir- rhinum, Dianthus Melandrium u. a. beobachtet worden sind. Außer diesen mendelnden Speziesbas- tarden gibt es ferner nun auch solche, bei denen nicht mendelnde Merkmale eine größere oder kleinere Rolle spielen. Freihch ist das hierüber vorliegende Beobachtungs- material sehr dürftig. So viele Speziesbastarde bei Pflanzen und Tieren teils im Experiment erzeugt, teils zufällig in der Natur gefunden worden sind, so selten ist genügend zahlreiche Naclikom- menschaft aus Selbstbefruchtung oder durch gegenseitige Paarung verschiedener Bastard- individuen gezogen worden, auch da, wo das leicht möglich gewesen wäre. Merk- würdig oft hat man statt dessen Spezies- bastarde wieder mit dritten Arten gekreuzt und so mit vieler Mühe ,,Triper'- und ,, Quadrupelbastarde" hergestellt. Ver- suche, die wissenschaftlich kaum verwert- bar sind. I Wenn von einem Speziesbastard Fj nicht in mindestens einigen hundert Individuen bekannt ist, dann ist es nach dem, was vorhin besprochen wurde, nicht möglich, ein Nichtspalten, etwa die Bildung einer kon- stanten Bastardrasse zu konstatieren. Zieht man von einem der kompliziert aufmendeln- den Artbastarden Fg nur in etwa 10 bis 20 Individuen, dann wird man meist den Ein- druck einer völligen Konstanz gewinnen. Auf solchen ungenügenden Beobachtun- gen beruhen aber weitaus die meisten, wenn nicht alle älteren Angaben über sofort kon- stante intermediäre Artbastarde z. B. die 870 Bastcinlierunu' Angaben über die angeblich konstanten Bastarde zwischen Medicago falcata und Medicago sativa zwischen Dianthus Armeria und Dianthus deltoides, ferner die viel zitierte aber unrichtige Angabe über die Konstanz des Aegilops triticoides usw. Auch aus dem Tierreich ist kein einziger Speziesbastard bekannt, der sicher nicht auf- spaltet. Das gilt auch für die Bastarde zwi- schen Menschenspezies etwa zwischen Neger und Europäer. Es hängen eben in dem letzt- genannten Falle z. B. die Hautfarbe und eben- so auch die übrigen Rassenmerkmale von sehr zahlreichen selbständig mendelnden Erb- einheiten ab, und wenn zwei gekreuzte Arten sich in nur 20 selbständig mendelnden Genen unterscheiden, so werden von den Fi Indi- ^ viduen 2^° verschiedene Gameten gebildet und in Fg werden damit {2^^f d. h. über eine Million Millionen Kombinationen ermög- licht. Unter einer Million Millionen Fj Indi- viduen wird also nur je eines der einen Aus- gangsart völlig gleich sein! Wir sind den Speziesbastarden gegenüber heute in der eigentüm- lichen Lage, daß wir uns sagen müs- sen, fast das gesamte bisherige Be- obachtungsmaterial sei unbrauchbar, jedenfalls für Schlußfolgerungen ganz unzulänglich, und daß wir hier mit sehr mühsamen Experimenten ganz von vorn anfangen müssen. Wenn es auch heute für keinen einzigen Fall möglich sein dürfte, nachzuweisen, daß ein sofort konstanter Bastard vorliegt, und wenn auch sichere Fälle bekannt sind, daß Bastarde zwischen stark verschiedenen Arten in die Stammarten und eine ungeheuer große Zahl von neuen Formen aufmendeln, so ist es andererseits doch auch zweifellos, daß längst nicht alle in der Nachkommenschaft von Speziesbastarden vorkommenden Er- scheinungen nur auf Mendelspaltungen be- ruhen. Was aber für andere Gesetzmäßig- keiten hier vorliegen, ist unbekannt. Wir können vorläufig nur eine Menge von uns unverständlichen Tatsachen feststellen. Hier seien nur einige wenige Beispiele genannt, die zeigen, wie verschiedenartige und aber auch wie wenig verständliche Be- funde hier vorliegen: Eine Spezies A und eine Spezies B geben in den beiden reziproken Kreuzungen eine Form C, die ungefähr eine Mittelbildung zwischen den Eltern darstellt. Diese Form C bleibt bei weiterer Fortpflan- zung konstant. Diesem Schema entsprechend sollen sich nach älteren Angaben sehr viele Tier- und Pflanzenbastarde verhalten. Ein wirklich sicher hierher gehören- der Fall ist aber nicht bekannt. Ferner: Eine Spezies A als Weibchen gibt ge- kreuzt mit einer Spezies B als Männchen eine Form C, die ungefähr intermediär ist, und die reziproke Kreuzung — Spezies B als AVeibchen, Spezies A als Männchen — gibt eine ähnliche aber doch deutlich verschiedene Zwischenform D. Die Deszendenz von C so- wohl wie von D ist eine dritte Form E, die dann weiterhin konstant bleibt. Be- schrieben für Malva-Bastarde. Oder drit- tens: Eine Spezies A als Weibchen gibt gekreuzt mit einer Spezies B als Männchen eine Form C und die reziproke Kreuzung gibt eine deutlich verschiedene Form D. Diese beiden Typen C und D erweisen sich weiter- hin als völlig konstant. Man erhält durch die reziproken Kreuzungen der Arten A und B direkt zwei neue Sippen C und D, die beide sofort konstant sind. Solche Typen ließen sich noch sehr viele aufstellen, irgendwie verständlich ist wie ge- sagt keiner von ihnen und die meisten von diesen Versuchen müssen mit sehr viel größerem Material ausgeführt werden, um sichere Schlußfolgerung zu ermöglichen. Etwas besser, als über die Vererbungs- weise der Artbastarde in späteren Generatio- nen, sind wir unterrichtet über das Aussehen und das Verhalten der Fi- Generation nach Artkreuzungen, d. h. über die Speziesbastarde selber. Während bei der Kreuzung von Rassen die Fi-Generationen ganz einheitlich und gleichartig sind (natürlich nur wenn die gekreuzten Rassen homozygotisch sind!) findet man häufig bei Spezieskreuzungen eine nicht einheitliche Fi- Generation, auch wenn die beiden zur Kreuzung verwendeten Arten bei Inzucht ganz konstant sind. Woran das liegt, ist noch unbekannt. Eine weitere bei Speziesbastarden, besonders tierischen, sehr häufige Erscheinung ist die, daß die beiden möglichen reziproken Kreuzungen ungleiche Produkte geben. Der Bastard Deile- phila euphorbiae $ (WoHsmilchschwär- mer) x Deilephila vespertilio <^ (Fle- dermausschwärmer) sieht anders aus als der Bastard Deilephila vespert.? x Deile- phila euphorbiae ^}) Sehr auffallend ist diese Erscheinung auch bei manchen Oeno- thera-undMalvakreuzungen. Bei mendeln- den Rassenbastarden bestehen derartigeUnter- schiede nicht. Ein sehr auffälliger Befund ist ferner der, daß manche Speziesbastarde 1) Statt Deilephila euphorbiae 9 x Deilephila vespertilio c/' schreibt man heute in der Spezialliteratur ganz allgemein nur: Deilephila euphorbiae x Deilephila vespertilio. Es wird also bei der Bezeichnung einer Kreuzung immer die Spezies, welche das Weibchen geliefert hat, zuerst genannt. Es \. ist demnach zu lesen: Melandrium rubrum X Melandrium album = Weibchen von Melandrium rubrum befruchtet durch Männ- chen von Melandrium album. Nur einzelne Zoologen haben sich diesem Usus noch nichtgefiigt. Bastardieriin': 871 schwächliche und. wenig lebenstüchtige Orga- nismen sind. Das liegt wohl daran, daß die heterogenen Merkmale der gekreuzten Arten nicht recht harmonisch zusammenpassen. Sehr häufig ist diese Erscheinung aber nicht. Wenn überhaupt lebende Naclikommen- schaft aus einer Kreuzung hervorgeht, dann sind die Bastarde meist ebenso kräftige Orga- nismen wie die Eltern, oft sogar sind sie ganz auffallend kräftig und widerstands- fähig gegen allerhand Schädliclikeiten (Maultiere). Die Bastarde erweisen sich aber häufig als mehr oder weniger unfähig zur ge- schlechtlichen Fortpflanzung. Diese Steri- lität bei Speziesbastarden ist eine längst bekannte Erscheinung, aber ihre Ursachen sind wenig bekannt. Offenbar be- steht zwischen der Sterilität der Bastarde und der systematischen Verwandtschaft der gekreuzten Arten eine gewisse Beziehung. Kächstverwandte d. h. morphologisch sehr ähnliche Spezies geben im allgemeinen fertile Bastarde. Wenig verwandte Spezies dagegen geben teilweise oder ganz sterile Bastarde. Die zytologische Untersuchung steriler Bastarde "gibt über die Ursache der Störung bei der Geschlechtszellenbildung keinen Aufschluß. Man findet, daß in den verschiedenen Fällen in ganz verschie- denen Stadien der Entwickelung Stö- rungen auftreten. Speziell fällt der Eintritt der Störung durchaus nicht immer mit der Reduktionsteilung zusammen, wie man aus vererbungstheoretischen Gründen hätte den- ken können. Bei tierischen Bastarden scheint eine Beziehung zu bestehen zwischen systema- tischer Verwandtschaft und dem Auftreten der Störung in früheren oder späteren Stadien der Entwnckelung der Sexualzellen, je ferner sich die Eltern der Bastarde stehen, in desto früheren Stadien der Ovo- und Spermio- genese setzt die Störung ein. Häufig ist die Sterilität in den beiden Geschlechtern un- gleich, d. h. etwa die Bastardmännchen sind zeugungsfähig die Bastardweibchen dagegen sind steril, oder umgekehrt. Oft ist die Steri- lität in beiden Geschlechtern nur eine teil- w^eise. nur ein Teil der Sexualzellen ist funk- tionsfähig, man bekommt zwar Nachkom- menschaft von den Bastarden, aber nur in beschränkter Anzahl. Vegetativ sind gerade die ganz oder teil- w'eise sterilen Bastarde häufig ungemein kräftig und üppig und übertreffen oft an Größe die Stammarten ganz beträchtlich, und von irgendwelchen sonstigen Störungen oder Mißbildungen ist bei ihnen nicht die Rede. Bastarde zwischen Jagdfasan und Haus- huhn z. B. sind zwar sterile aber sonst ganz normal entwickelte kräftige Tiere. Vegetativ durch Stecklinge, Ausläufer u. dgl. lassen sich auch alle sterilen Pflanzenbastarde leicht vermehren und tun es auch vielfach spontan. Dabei scheint es vorzukommen, daß anfänglich sterile Bastarde später doch fertil werden. 5, Falsche Bastarde. Faux hybrides. Pseudogamie. In manchen Fällen gibt die Befruchtung eines Weibchens einer Spezies durch ein Männchen einen anderen, zwar Nachkommenschaft aber diese hat rein mütterliche Eigenschaften und sie erweist sich auch bei der Weiterzucht als rein und konstant von der mütterlichen Art. So ergibt die künstliche Befruchtung von Spho- dromantis bioculata (Gottesanbete- rin) durch eine andere Gattung: Mantis religiosa reine Sphodromantis-Indivi- duen, die Befruchtung einer Brombeere, Rubus nemoralis Aresch. durch Rubus caesius L. gibt neben typischen Bastarden auch regelmäßig eine Anzahl reiner, auch in ihrer Deszendenz konstanter mütterlicher (nemoralis) Pflanzen. Völlig erklärt ist diese Erscheinung, die man auch als Mono- lepsis (in diesem Falle nach der Mutter hin) bezeichnet hat, heute noch nicht, es ist aber im höchsten Grade wahrscheinlich und für Mantis kaum mehr zweifelhaft, daß es sich hier um einen Fall von parthenogenetischer Entwickelung der Eizelle handelt, die nur durch die äußerliche Reizung der Sexual- organe — Einführung eines Spermatophors bei Mantis, bzw. Bestäubung der Narbe bei Rubus — ausgelöst wird. Diese durch einen äußerlichen Befruchtungsreiz ausge- löste Parthenogenesis bezeichnet man als Pseudogamie. Bastarde, die sich selbst und auch in ihrer Deszendenz als rein väter- lich erwiesen haben, sind nicht bekannt. Um eine der Pseudogamie ähnliche Er- scheinung handelt es sich auch, wenn z. B. durch die Besamung von Seesterneiern durch Sperma einer Muschel eine Befruchtung erzielt wird. Auch hier wird nur eine parthenogene- tische Entwickelung der Seeigeleier ausgelöst, die ja hier auchleicht durch verschiedene andere Einwirkungen erzielt werden kann. Rein mütterliche Bastarde sind aber auch aus Kreuzungen bekannt, wo sicher ein Sexualakt stattfindet, so bei der Besamung von Echinus- Eiern durch Antedon- Sperma. Vielleicht liegt im Grunde genommen trotzdem auch hier nur eine Art Pseudogamie vor, indem der männliche Kern nach der an- scheinend regelrechten Befruchtung noch nachträglich eliminiert wird. Manche Beobachtungen sprechen für eine solche Auffassung. 6. Bedeutung der Bastardierung für die Artbildung. Mit unseren geringen Kennt- nissen von den Vererbungsgesetzen der 872 Bastardieruni. Speziesbastarde hängt es zusammen, daß wir, wie S. 869 schon erwähnt, über die Be- deutung von spontanen Artkreuzungen für die Artbildung sehr schlecht unterrichtet sind. Daß aus der Kreuzung zweier Arten, die miteinander aufmendeln, sehr zahlreiche neue Formen hervorgehen können, ist zweifellos. Wir kennen ferner aus dem Tier- und Pflanzenreich viele Befunde von wilden „Arten", in den Gattungen R u b u s , Rosa, Cirsium u. a., bei denen sehr vieles dafür spricht, daß sie aus der Kreuzung zweier anderer Arten hervorgegangen sind. Aber von neueren Gesichtspunkten aus, unter Berücksichtigung der neu erkannten Verer- bungsgesetze, ist diese ganze Frage noch nicht behandelt, vor allem fehlen umfassende Spezialuntersuchungen noch völlig. 7. Xenien. Telegonie. Pfropfbastarde. Bei der Ausführung von Bastardierung beobachtet man gelegentlich eine eigen- tümliche als Xenienbildung bezeichnete Erscheinung. Was man darunter versteht, zeigt uns am besten ein Beispiel bei Mais (Zea Mays L.). Wenn man eine bei Inzucht konstante Zuekermaisrasse mit runzeligen Samen betäubt mit Pollen einer Maissorte, die stärkehaltige und infolgedessen glatte pralle Samen hat, dann bekommt man schon auf der ursprünglichen Zucker maismutter- pflanze Kolben mit stärkehaltigen glatten prallen Samen. Dabei rührt die Form der Körner nicht etwa von den darin liegenden Embryonen her, sondern vom Endosperm. Diese Erscheinung, daß auch außerhalb des Bastardembryos liegende Teile der Frucht bei einer Bastardierung Merkmale der väter- lichen Rasse annehmen, bezeichnet man als Xenienbildung. Beispiele davon sind in großer Zahl beschrieben worden, darunter auch einige uns sehr merkwürdig anmutende, so soll ein gelbfrüchtiger Apfelbaum auf Zweigen, die durch Pollen eines rotfrüchtigen Apfelbaums bestäubt waren, rote Aepfel getragen haben. Die Untersuchungen von Correns haben diese Dinge völlig aufgeklärt, es hat sich gezeigt, daß in allen Fällen von Xenienbildung. die sich bei einer Nach- prüfung als stichhaltig erwiesen, der väter- liche Einfluß zwar über den Embryo hinaus im Endosperm noch nachweisbar war, aber Fälle wo andere Teile der Frucht noch irgendwie beeinflußt wurden, sind nicht bekannt. Daß auch das Endosperm der angio- spermen Pflanzen väterliche Merkmale auf- weist, ist verständlich, seit wir wissen, daß es selbst aus einer Art Sexualakt hervorgeht, aus der Vereinigung des von der Mutter stammenden sekundären Embryosackkernes, mit dem zweiten generativen Kern. Wir können ja das Endosperm entwickelungs- geschichtlich als einen zweiten Embryo auf- fassen, der dem anderen Embryo zur Nahrung dient. In dieser Weise erklären sich alle sichergestellten Fälle von Xenienbildung bei Pflanzen. Noch nicht recht verständlich und einer eingehenden Untersuchung wert sind aber einige neuere nur kurz veröffentlichte Beobachtungen von Tschermak, der fand, daß bei Kreuzungen zwischen Gurken und Melonen schon die Bastardfrüchte, d. h. Teile der Mutterpflanze in ihrem Zucker- gehalt von der den Pollen liefernden Art beeinflußt erscheinen. Auch aus dem Tier- reich sind ähnliche Erscheinungen beschrie- ben, so soll bei Vögeln die Farbe def Eischalen von einem Bastardembryo her beeinflußt werden. Dagegen ist die bei manchen Tier- züchtern noch verbreitete Ansicht, daß von einem Bastardembryo her auf die Mutter ein noch viel weitergehender Einfluß — Telegonie — ausgeübt werde, ganz unbe- gründet. Daß z. B. eine Pferdestute, die durch einen Quaggahengst gedeckt war und einen Bastard geboren hatte, weiterhin auch nach Deckung durch einen Pferdehengst Nachkom- men mit deutlichen QuaggamerkmaJen ge- bären solle, ist mehrfach behauptet worden, aber alle neueren einwandsfreien entsprechen- den Versuche, auch mit anderen Tieren, haben die Haltlosigkeit dieser Angabe er- wiesen. Man hat sich auch die Frage vorgelegt, ob wohl Ovarien einer Rasse, etwa eines schwarzen Meerschweinchens, die in ein Tier einer anderen Rasse etwa in ein weißes Meerschweinchen transplantiert sind, von deniTier. in dem sie sich befinden, irgend- wie beeinflußt werden. Es hat sich gezeigt, daß das nicht der Fall ist. Ein weißes Meerschweinchenw^eibchen, dessen Eierstöcke man durch Eierstöcke eines schwarzen Meer- schweinchens ersetzt hat, verhält sich weiter- hin in reiner Deszendenz wie ein rein schwar- zes Tier. Analoge Transplantationsversuche mit Hühnern sollen ergeben haben, daß doch vom Muttertier auf die transplantierten Eierstöcke fremder Herkunft ein Einfluß ausgeübt wurde. Diese Versuche sind aber durchaus nicht einwandsfrei durchgeführt und nicht beweiskräftig. Mit den Bastarden haben die als Pfropf- bastarde bezeichneten, nur aus dem Pflan- zenreich bekannten Gebilde, soweit sie genau untersucht sind, nur den Namen gemeinsam. Die viel besprochenen sogenannten Pfropf- bastarde Cytisus Adami, die Cratae- gomespili usw. sind keine einheitlichen den Bastarden vergleichbare Individuen, sondern sind Pflanzen, die aus zwei verbotenus ineinander geschachtelten Arten bestehen. Bastardierniit S73 Der Cytisus Adami ist so z. B. in Wirk- lichkeit ein Lab urn um vulgare (Goldregen), der in einer Epidermis von Cytisus p u r - p u r e u s steckt. Daß derartige eigentümliche Doppelwesen, „Periclinalcliim ,ren" sich vegetativ unbeschränkte Zeit hindurch er- halten lassen, hängt mit dem Bau des Vege- tationspunktes der höheren Pflanzen zusam- men, der aus mehreren Zellschichten besteht, von denen die äußerste im allgemeinen nur die Epidermis liefert, während die folgenden andere ganz bestimmte Organe aus sich ent- stehen lassen. So entstehen z. B. für gewöhn- lich die Pallisadenzellen der Blätter aus der zweitäußersten Zellschicht. Ist also erst ein- mal ein Vegetationspunkt zustande ge- kommen, dessen verschiedene Schichten aus Zellen zweier verschiedener Pflanzen bestehen, so bleibt vegetativ eine solche Pflanze als Doppelwesen erhalten. Vegetations- punkte, die aus Zellen von zweierlei Arten aufgebaut sind, können leicht entstehen in Form von Adventivvegetationspunkten aus dem Wundgewebe einer Transplantation, in dem sich die Zellen der beiden verwachsenen Arten sehr weitgehend ineinander verfilzen können. Die Sexualzellen der höheren Pflanzen entstehen aus Abkömmlingen der zweit- äußersten Zellschicht des Vegetationspunktes und dementsprechend besteht die sexuelle Deszendenz der daraufhin genau untersuchten ,,Propfbastarde" aus Sämlingen derjenigen Spezies, welcher in dem betreffenden Falle die zweitäußerste Zellschicht angehört. Ob durch Verschmelzung zweier vege- tativer Zellen bastardartige Organismen entstehen können, ist nicht bekannt. Eine besonders in der älteren Literatur immer wiederkehrende Angabe, daß einfach durch Zusammenpfropfen zweier Rassen oder Arten diese in ihren erblichen Eigenschaften ge- ändert werden können, daß quasi Eigen- schaften des einen Pfropfsymbionten auf den anderen überwandern könnten, ist nicht rich- tig. Die ja allerdings sehr häufig zu beobach- tenden Veränderungen des einen oder des anderen Propfsymbionten sind nicht erbliche Ernährungsmodifikationen, die mit dem Aufhören der Pfropfsymbiose wieder ver- schwinden. Die als eine solche „Merkmals- übertragung auf vegetativem Wege" gedeu- tete üebertragung gewisser Arten von Gelb- fleckigkeit der Blätter beruht auf einer sehr sonderbaren wenig bekannten Infektions- krankheit, die sehr wahrscheinlich nicht parasitärer Natur ist und einer weiteren Untersuchung wert wäre. 8. Bastardierung in der Züchtungs- praxis. Von sehr großer Wichtigkeit ist die Ausführung von Bastardierungen in der Pflanzen- und Tierzüchtune;. Die Erkenntnis, daß nahezu alle Rassenunter- schiede auf einer Anzahl selbständig mendeln- der Erbeinheiten beruhen, daß im Grunde ge- nommen jeweils eine bestimmte Rasse nur eine gewisse Kombination dieser Erbeinheiten darstellt, ermöglicht es, in ganz systematischer Weise, durch Rassenkreuzungen mit darauf folgender Aufspaltung in F2 neue Kombina- tionen zu erzeugen, die vorteilhafter sind als die bisher kultivierten, und die auf Grund der Kenntnis der Spaltungsgesetze unschwer rein und konstant gezüchtet werden können. Die Zahl der möglichen Kombinationen von Erbeinheiten einer Kulturpflanze oder eines Haustieres, d. h. die Zahl der mög- lichen leicht erzeugbaren verschiedenen Rassen ist eine ungeheuer große, die Zahl der jeweils in Kultur befindlichen ist nur ein winziger Bruchteil der überhaupt mög- lichen und leicht herstellbaren. In der Züch- tungspraxis, besonders bei der Getreide- züchtung, wird denn auch heute schon in sehr großem Umfang von Rassenkreuzungen ausgegangen. In zweiter Linie ist die absichtliche Bastardierung für die Züchtungspraxis wich- tig, weil wir in der Kreuzung zweier nahe verwandter Spezies sehr oft ein Mittel in der Hand haben, mit einem Schlage eine ganz unübersehbar große Zahl neuer Rassen als Material für künstliche Zuchtwahl zu er- zielen. Zu einem großen Teil beruht die starke ,, Variabilität", welche frisch in Kultur genommene Pflanzen und Tiere häufig zeigen, ciarauf daß mehr oder weniger unabsichtlich dabei Kreuzungen zwischen nahestehenden Arten vorgenommen wurden. Der größte Teil der Kulturrassen etwa unserer Garten- petunien, rührt so, um nur ein Beispiel zu nennen, her, aus der Kreuzung zweier wilder Spezies mit nachfolgender sehr komplizierter Aufspaltung. Literatur. Aeltere grundlegende Werke: G. Mendel, Versuche über Pflanzenhybriden, Ver- handl. des Naturf. -Vereins Brunn, Bd.. 10, 1865, Abh. S. 1 bis 47. In Ostwalds Klassiker d. exact. Wissensch. Bd. 121. — W. O. Focke, Die Pflanzenmischlinge, Berlin 1881, 569 S. — A. Ackermann, Tierbastarde. Zu- sainmenstellung der bisherigen Beobachtungen, Abhandl. u. Berichte des Vereins für Natur- kunde in Kassel, Bd. 42, 189611897, S. WS bis 121, Bd. 43, 1897/1898, S. 1 bis 79. — Neuere deiitsche zusammenfassende Werke und Lehr- bücher: E. Bam^, Einführung in die experi- mentelle Vererbungslehre, Berlin 1911, 293 S., 80 Textfig., 9 färb. Taf. — C. Correns, Ueber Verei-bungsgesetze. Vortrag. Berlin 1905. — R. Goldschtnidt, Einführung in die Ver- erbmigswissenschaft, Leipzig 1911, 502 S., 161 Textfig. — F. Haecker , Allgemeine Ver- erbungslehre, Braunschiveig 1911, 892 S., 135 Textfig., 4 Taf. — W. Johannsen, Elemente 874 Bastardienmf Baum der exakten Erhlichkeitdehre, Jena 1909, 515 S., 31 Textfig. — H. Przibravi, Exjierimental- soologie, Bd. 8, Phylogenese. Leipzig und Wien 1910, 815 S., 2^ Taf. Eine Zusammen- fassung der durch Versuche ermittelten Gesetz- müßigkeit tierischer Artbildung. — R. C, Punnett, ßlendelismus, Brunn, 1910, 117 8. — H, de Vries, Die Mutationstheorie. Versuche und Beobachtungen über die Entstehung von Arten im Pflanzenreich. Bd. 2, Elementare Bastardlehre, Leipzig 1903, 752 S., 4 f(^t,rb. Taf., 159 Textfig. — Ausländische Lehrbücher: W. Tiateson, ßf endeis Principles of Heredity, Cambridge 1909, 896 S., 6 färb. Taf, 3 Portr., SS Textfig. — W. JE. Castle, Heredity, New York and London 1911, 181 8., 53 Textfig. — A. D. Varbishire, Brceding and the Mende- lian Discovery. London, New York 1911. 3° 282 S. 4 färb. Taf, 34 Textfig. — B. H. Lock, liecent Progress in de Study of Variation, Heredity and Evolution, London 1909, 334 8., 5 Portr., 47 Textfig. — Spezial- zeitschriften : Z e i t s c h r ift für induktiv e Ab s t am m u n g s - und Ve r e r b u,n g s - lehre, Berlin . — Ja ur n a l of Genet i c s , Cambridge. E. Bcmr. Baiiliiii Kaspar. Einer der „Väter der Botanik". Geboren am 17. Januar 1560 zu Basel, studierte dort von 1572 (also zwölfjährig) bis 1576 Philosophie und darauf Medizin, fjesonders Anatomie und Botanik, ging im folgenden Jahr nach Pavia, das einen berühmten botanischen Garten besaß und be- reiste von dort aus das übrige Italien. 1678 studierte er in Montpellier, von 1579 bis 1580 in Paris und kehrte nach einem kurzen Besuch von Tübingen im selben Jahre nach Basel zurück, wo er ein Jahr später promovierte. Dort erhielt er auch 1583, nachdem er inzwischen als Ai-zt und Dozent tätig gewesen war, die neu gegründete Professur für Anatomie und Botanik, 1614 über- nahm er an Stelle dieser die Professor für- prak- tische Medizin. Seit 1596 war er auch Herzoglich Württembergischer Leibarzt. Er starb zu Basel am 5. Dezember 1624. Neben einigen anatomischen Werken (Anatomie 2 Bände, Basel 1588 und 1591 usw.) gehören seine Hauptleistungen der Botanik an. Er stand mit Botanikern aus allen Ländern in Beziehung und beabsichtigte eine Sichtung und Beschreibung aller zu seiner Zeit bekannten Pflanzen zu geben, von der als Vorläufer seiir Phytopinax (1596), in der 164, sein Prodromus theatri botanici (Frankfurt 1620), in der 250 neue Pflanzen beschrieben und z. T. abgebildet werden. 1623 erschien Pinax theatri botanici mit einem Index von etwa 6000 Pflanzen worin eine für die damaüge Zeit fast vollständige, nocli heute unent- behrliche SjTronymie gegeben wurde. Von dem ge- planten Hauptwerk gab sein Sohn Johann Kaspar Bauhin nach dem Tode des Vaters wenigstens das erste von 12 Büchern heraus (1658). Die Anordnung der Pflanzen bei Bau hin geschieht zwar noch nach äußeren habituellen Gesichtspunkten, doch hat er bereits zahlreiche natürliche Gruppen (z. B. Monokotylen) und Familien richtig erkamit. Besonders bemerkens- wert ist auch die kurze Prägnanz seiner Diagnosen und die Anbahnung einer binären Nomenklatur. Literatur. W. Hess, Easpar Bauhin. Basel 1860. W. Buhland. Baum. 1. Begriffsbestimmung. 2. Leistungen und Ge- stalt des Baumstammes. Licht- und Schatt- hölzer. Höhen wuchs. 3. Bau der Baumki-one. 4. Das Blattkleid. 5. Wurzel. 6. Blühen mid Fruchten. 7. Anatomisches. Wasserverbrauch. Dickenwachstum. Alter. Tod. 8. Natürliches Vorkommen der Bäume. Wälder, I. Begriffsbestimmung. Unter einem Baum verstellt man im einfachsten Falle eine Holzpflanze, die einen einzigen auf- rechten Stamm entwickelt, der sich gar nicht oder erst in einer gewissen Höhe in eine Anzahl gleichberechtigter Zweige auf- löst, oder wenn er bis zum Fuße beastet ist wie bei freiständigen Fichten, sich vor den Aesten doch durch kräftigere Ausbildung hervortut. Werden mehrere Stämme ent- wickelt, so spricht man, wenn die Stämme mehr als etwa 5 m Höhe und eine Stärke von mehr als etwa 10 cm erreichen, von einem mehrstämmigen Baum, bei geringeren Maßen von einem Baumstrauch, Groß- strauch oder gewölmlichen Strauch. Auch bei einstämmigen Bäumen pflegt eine ge- wisse Größe vorausgesetzt zu werden. Sinkt diese unter ein gewisses Maß, so spricht man von Pflanzen baumartiger Tracht. Zu diesen rechnet man auch holzige und selbst krautige Gewächse, die aus kriechenden Sprossen aufrechte kronentragende Stämme erzeugen; so das kaum 5 cm hohe Moos C 1 i m a c i u m d e n d r o i d e s , die Ba- nanen, deren Stamm fast nur aus den un- teren Teilen der Eiesenblätter besteht, und die großen Bambusarten, deren feste, holzige Stämme, obwohl sie im Bau eher an Gras- halme sich anschließen, dem Ansehen nach als Bäume zu bezeichnen sind und z. B. in der richterlichen Praxis in Niederländisch-Indien auch so bezeichnet werden. Krummholz- oder Knieholz- pflanzen, d. h. Holzpflanzen mit kräftigen Stämmen, die sich aber dicht am Erdboden ausbreiten, wie die Stämme der Legföhren (P i n u s m 0 n t a n a v. p u m i 1 i o) der Alpen, gehören streng genommen nicht hier- her. Ebensowenig die Holzstauden, deren ,,E r d s t ä m m e" nur durch geringe Stärke vom Knieholz verschieden sind. Baum Sro Zu einer weniger äußerlichen Bestimmung der Begriffe Baum und Strauch gelangt man, wenn man die Entwickehmg der beiderlei Gebilde heranzieht. Der Baumstamm ent- steht durch langdauerndes kräftiges Spitzen- wachstum einer aufrechten Achse (Palmen) oder durch geradlinige Aneinanderreihung mit Spitzenwachstum begabter Sprosse (Na- delhölzer, dikotyle Laubhölzer), die ent- weder aus den Endknospen der aufrechten Jahrestriebe oder aus deren oberster Seiten- knospe (Linde, Birke, oft auch Buche und Eiche) hervorgehen. Bei den Sträuchern nimmt die Wachsturasenergie der auf- rechten Achsen rasch ab. Sie bestehen ent- weder aus je einem einzigen Sproß, der keine entwickelungsfähige Gipfelknospe be- sitzt, oder aus wenigen immer schwächer werdenden Sproßgenerationen. Dazu kommt, daß beim Baum die obersten Seitenzweige eines jeden aufrechten Sprosses sich meist stärker entwickehi als die übrigen, während bei dem Strauch gerade die untersten Seiten- triebe die stärkste Entwickehmg erfahren, sich aufrichten und ihren Muttersproß im Wachstum einholen. Am einfachsten ist unter unseren europäischen Bäumen die Stammbildung bei Tannen, Fichten, Lärchen und Erlen (A 1 n u s g 1 u t i n o s a) zum Ausdruck gelangt. Hier haben wir eine ein- zige Hauptachse, die von der Wurzel bis zur äußersten Baumspitze durchgeführt ist. Um sie gruppieren sich die Seitentriebe so regel- mäßig , daß Roßraäßler jene Nadel- hölzer ein mathematisches Geschlecht nennen konnte. Bei der Kiefer und fast allen unseren Laubhölzern beginnt früher oder später die Ausbildung einer vielästigen Krone, indem die Wuchskraft des bisherigen Haupttriebs abnimmt und selbst unter die seiner Nachbar- sprosse herabsinkt. Besonders bedeutungs- voll für das Zustandekommen eines augen- fälligen Gegensatzes zwischen dieser Krone und dem Stamm ist die Erscheinung der „Reinigung", d. h. des Absterbens und Ab- fallens der unteren Baumzweige, wodurch eben der Stamm zur glatten Walze wird. Die Reinigung tritt bei vielen Bäumen in- folge der Beschattung durch die Nachbarn in dichtem Stande, bei anderen auch in Ein- zelstellung freiwillig oder durch den eigenen Kronenschatten ein. 2. Leistungen und Gestalt des Baum- stammes. Die Leistung des Stammes für den Baum ist in erster Linie die eines Trä- gers der Krone. Er hebt die Blätter zum Lichte empor und ermöglicht ilmen die Aus- breitung in einer Lage, in der der Kampf um den Raum möglichst gering ist. Alle niedrigen Gewächse, namentlich die so stark konkurrierenden Rasen- und Polsterpflanzen wie Gräser und Moose, auch die Sträucher bleiben in der Tiefe zurück und die Krone gewinnt Raum zu fast beliebiger Entfal- tung, der nur die spezifische Wuchskraft, die mit der Entfernung vom Erdboden wachsende Erschwerung der Wasserversor- gung und der zur Erhaltung und Vermehrung der Tragfähigkeit des Stammes und der Aeste notwendige Aufwand an Baustoffen eine Grenze setzen. Es ist kein Zufall, daß gerade die stammbildenden Pflanzen die größte Menge organischer Substanz erzeugen und am massenhaftesten Samen hervor- bringen. In den ersten Lebensjahren freilich haben auch stammbildende Pflanzen die ganze Kon- kurrenz der Umwelt zu bestehen, soweit nicht die Mutterbäume durch ihre humusbildenden AbfäUe und eine den Graswuchs hüitanhal- tende Schattenwirkung ihnen ein günstiges Keimbett schaffen. Große Lebsnszäliigkeit, die die kleinen Pflänzchen auch jahrelang sich wiederholende Verstümmelungen ertragen läßt, hilft ihnen über diese Zeit Mnweg, sobald nur einmal die Keimwia^zel den Weg in passen- den Nährboden gefunden hat. Sind sie erst etwas erstarlit, so kann schon in den ersten Jahren ein bedeutendes Höhenwachstum sie über die nächste Umgebung emporheben. Auf diese Weise arbeiten sich Holzpflanzen mit orthotropem (aufrechtem) Hauptsproß wie Lär- chen, Zitterpappeln, Weiden, Birken, Eschen und Erlen aus dem Gewirr von Gräsern, Seggen, Binsen, Beersträucheni oder Heidekraut heraus, das in unserem Waldklima den anfangs kalJen Boden neuer Schläge zu bedecken pflegt. An- dere Baumarten wie Buche, Hainbuche, Linde und Weißtanne gehen in der Jugend mehr in che Breite, sei es, weil ihi'e Gipfeltriebe, nament- lich an schattigen Standorten piagiotrop (ge- neigt) sind (Buche, Hainbuche, Linde), sei es, weil ihre Hauptachse hinter den Seitenzweigen erster Ordnung im Wachstum zurückbleibt (Weißtanne). Die Eiche verbindet mit Ent- wicklung in die Breite starken jugendlichen Höhenwuchs. L i c h t - u n d S c h a 1 1 h ö 1 z e r. Die genannten Bäume mit raschem jugendlichem Höhenwachstum gehören zu denen, die der Forstmann Licht holzarten nennt. Man pflegt ihnen ein besonders großes Licht- bedürfnis zuzuschreiben, weil sie nur in ver- hältnismäßig weiträumigen Beständen ge- deihen und weil ihre Ivronen kein dichtes Schattendach bilden, sondern die Licht- strahlen bis in ihr Inneres eindringen lassen. Die Bäume der zweiten Gruppe, mit der Fichte und Eibe, werden wohl als S c h a 1 1 - holzarten bezeiclmet, weil sie dunklere Bestände bilden und auch bei geringerem Lichtgenuß sich noch befriedigend ent- wickehi. Der Forstmann kann sie deshalb in relativ dichter Stellung erziehen, wodurch die Ausbildung eines astreinen Stammes be- günstigt und die Bodenpflege erleichtert wird. Eigentliche Schattenpflanzen, d. h. Pflanzen, die in schwachem Lichte besser gedeihen als in voller Tagesbeleuchtung, gibt 876 Baum es unter unseren Bäumen nicht. Doch ist ihr Vermögen, auf stärkere Beleuchtung durch gesteigerte Holzmassenerzeugung zu ant- worten, verschieden. Blühen und Fruchten dürfte bei allen Bäumen durch freien Stand befördert werden. Von Interesse ist es, daß die Wachstums weise und der Blattbau, den eine junge Holzpflanze (Buche) je nach ilu'em Heranwachsen in hellem Lichte oder im Schatten angenommen hat, bei Ueberführung in das entgegengesetzte Licht- Mima sich jahrelang erhalten können (Ar- nold E n g 1 e r Mitt. d. schweizerischen Zentralanstalt für das forstliche Versuchswesen X 2 Zürich 1911). Daß es übrigens nicht nur der Lichtbe- darf, sondern auch der Verbrauch an Wasser und Mineralstotfen ist, der den sogenannten Lichtholzarten einen größeren Standraum zum Bedürfnis macht, zeigt sich darin, daß auch sie auf besserem Boden in dichteren Be- ständen gedeihen. H ö h e n w u c h s. Das Höhenwachstum der Bäume ist nach Ablauf der ersten Jugend- zeit in so hohem Maße von äußeren Um- ständen abhängig, daß die Forstleute danach die Güte der Standorte beurteilen. Trotz- dem besitzt jede Art ihr eigenes Wachstums- gesetz, das als ihre große Periode bezeich- net wird. Der jährliche Längenzu- wachs erreicht bald rascher bald lang- samer, stets aber in verhältnismäßig frühem Alter ein für jede Art besonderes Maximum und sinkt dann, ebenfalls in verschiedenem Tempo, wieder ab oder erhält sich bis ins höchste Alter auf einer gewissen Höhe. Diese Verhältnisse sind von Wichtigkeit für den Kampf der Bäume untereinander. Das raschere Wachstum bis zum 50. Jahre etwa gibt z. B. der Buche auf den meisten Stand- orten im Kampf mit gleichaltrigen Eichen das Uebergewicht; mit dem 60. Jahre ist für diese die Gefahr überwunden, da in diesem Alter der Zuwachs der Buche zurückzu- bleiben anfängt. Die beigefügte Tabelle zeigt die große Periode einer Anzahl von wchtigen Waldbäumen, wie sie sich im Verhalten ganzer Bestände ausspricht. Vorausgehen Zahlen über das Wachstum einiger Arten in der ersten Jugend, an einzelnen In- dividuen gemessen, nach Flury (Mitteil. d. Schweiz. Zentralanstalt f. d. forstl. Versuchs- wesen Bd. 4 1895). Die größten Höhen, die Bäume überhaupt erreichen, zeigen folgende Beispiele: Euca- lyptus amygdalina 155 m (Austra- lien); Sequoia gigantea 102m (Kalifor- nien); Pseudotsuga Douglasii 90 m (Kalifornien) ; Ceiba pentandra 60 m und mehr (Kamerun); Altingia ex- celsa 56 m und mehr (Java); Picea excelsa 50 m; Abies pectinata 50 m; Eucalypten am Lago maggiore erreichten in 9 Jalu'en 20 m Höhe. Sonderfälle von Höhenwachstum finden sich bei den Palmen. Die Oelpalme z. B. wächst in Holzart Altersstufen in Kiefer *) Lärche Fichte Weymouthskiefer Tanne Buche Linde, großbl. 4 I 5 6 ,7 Mittlere Höhen in cm 3 4 7 II 18 16 34 20 54 68 122 — — — 3 II 14 30 44 26 70 10 80 92 12 lOI 9l II 112 140 281 5 6 II 5 16 8 24 10 34 39 51 57 18 13 70 32 102 2 2 4 3 7 6 13 15 28 28 56 — — 3 2 5 2 7 4 II 4 15 8 23 6 29 4 33 2 55i [ Eiche 10 8 18 II 29 23 52 25 77 22 99 21 120 ^ • — Esche 7 18 II 23 41 16 57 102 45 1 19 121 — — — Schwarzerle 9 38 47 170 217- 123 340 — — — Birke 2 37 39 63 102 209 107 — — — 1 — 13 31 38 13 51 5\ I 201 I 30I 1 411 I 93[ jii5| 11381 164 I 15I 1 i°i I ii| I 52! I 22I I 23I I 26| I ") Die eingeschalteten Zahlenreihen geben den jährlichen Zuwachs in cm an. Die Schlußkolumn Baum 877 den ersten Jahren ihres Lebens nur unmerklich in die Höhe. Die Gipfelknospe des un ver- zweigten Stammes erzeugt aber immer größere Blätter und erstarkt, bis sie nach etwa 5 Jahren die Fähigkeit erlangt hat, einen tragfesten Stamm zu erzeugen. Bei amerikanischen Sabal- und Ceroxylonarten wächst die Stammspitze während der Erstarkungsperiode sogar abwärts in den Erdboden hinein. Nach den Erfahrungen der Forstleute, die zur Berecluiung des Ertrags der Forsten eine möglichst genaue Formel für Holzmaße oder Rauminhalt der Baumstämme gebrauchen, liegt deren Form bei unseren einheimischen Waldbäumen zwischen der des Zylinders und eines abgestumpften Kegels."^) Das unterste Stammstück, von 1,30 m („Brusthöhe") über dem Boden an gerechnet, gleicht dabei einem abgestumpften Kegel mit eingebauchter Seitenfläche (Neiloid), der mittlere Stammteil einem Paraboloid und der oberste kann als Kegel angesehen werden. Je näher die Form des Stammes dem Zylin- der kommt, desto ,,vollliolziger" ist er, wäh- rend man rasch nach oben sich verjüngende Stämme abholzig nennt. An dem gerad- wüchsigen und bis zur Baumspitze durch- geführten Stamm der Fichte hat Metzger zeigen können, daß er ein Träger gleichen 1) Nach Kövesi (1906) ist unter gleichblei- benden biologischen Verliältnissen die Raumin- haltszunahme des Baumstammes der dritten Potenz der Zeit proportional. Widerstandes ist, an dessen einem Ende eine biegende Kraft angreift. Es wäre Materialverschwendung, solche Träger iiirer ganzen Länge nach gleich stark zu machen. Sie dürfen sich vielmelu: nach dem Angriffspunkte der biegenden lüaft hin verjüngen, weil mit der Annähenmg an diesen Punkt der wirksame Hebelarm immer kürzer wird. Je stärker aber die biegende &aft ist, desto rascher muß die Stärke des Trägers nach seiner Basis hin zu- nehmen. Im Einklang damit sind die Fichten- stämme um so abholziger, d. h. sie nehmen um so rascher nach ihrer Basis hin an Stärke zu, je stärker die Krone vom Winde erfaßt werden kann (Wettertannen). Veränderungen der Stammform während des Dickenwachs- tums lassen sich z. T. aus Veränderungen in der Exposition der Krone dem Wind gegenüber verstehen. Mit dem Baumalter in Verbindung stehende Verschiebungen der Zone maximaler Jahrringbreite, dieFricke aus demnächst zu veröffentlichenden Stamm- analysen ableitet, scheinen aber zu lehren, daß dabei noch andere Faktoren in Betracht kommen. Beachtenswert ist bei Buchen eine selbstregulatorische Verkürzung des Stammes durch Absterben der oberen Kronenäste und Bilduns: einer neuen tiefer gelegenen Krone durch Klebäste im Zusammenhang mit Licht- stellung und vermehrter Windwirkung. Auch die Q u e r s c h n i 1 1 s f o r m der Stämme kann sich ihrem mechanischen Bedürfnis anpassen. Der bei kreisrunder Form zum Wider- Lebensjahren 10 1 20 , 30 , 40 50 60 I 70 80 I 90 ! 100 110 l 120 | 130 Mittlere Scheitelhöhen des Bestandes in Metern 1,9 5 9,6 1 12,5 i 14,7 16,6 ' 18,3 19,9 I 21,4 ; 22,8 j 24,0 I 25,0 I 25,8 370 400 290 220 190 170 160 150 140 120 100 80 140 Max- Höhe 35,2 35,0 35,9 49,0 35,2 34,1 30 25,5 28 36,« 25 — I 25 30 — I 5,7 I 9,3 i 13,1 I 16,2 I 18,9 I 21,2 I 23,2 I 25,0 I 26,7 1 28,2 I — I — 360 380 310 270 230 200 180 170 150 — I 13 I 17 I 20 j 23 I 26 I 28,5 I 30,5 j 32,0 I ■ I I I 400 300 300 300 200 200 200 1,6 I 3,5 I 5,9 I 9,0 I 12,2 I 15,3 I 18,3 I 20,8 I 23,0 I 24,9 I 26,5 1 27,6 I 28,5 190 240 370 320 310 300 250 220 190 160 HO 70 — I 7,7 i 10,5 I 13,1 I 15,5 I 17,7 I 19,5 I 21,1 I 22,2 I 23,2 I 24,2 I 25,1 I 25,9 280 260 240 220 180 160 HO 100 ICO 90 80 11,2 I 14,7 I 17,1 I 18,8 I 20,0 I 20,8 j 21,3 I — I — I — I — I I — 350 240 170 120 80 50 — I 7,7 I 11,0 I 14,2 I 16,9 I 19,2 I 21,3 I 23,2 I 25,0 I 26,6 I 27,8 I 28,7 I 29,2 330 320 270 230 210 190 180 160 120 90 50 die auf bestem Boden beobachteten maximalen durchschnittlichen Bestandeshöhen. 878 Baum stand gegen Biegungen von beliebigen Seiten her am meisten geeignete Querschnitt kann an Standorten mit einseitiger Windwirkung oval wer- den, wobei die lange Achse in die Windrichtung zu liegen kommt. Die Unregelmäßigkeiten der Stammbasis, unterhalb 1,30 m, bleiben bei forstlichen Berechnungen außer Betracht. Hier sind, als besondere Verstärkrang, oft wulstige Wurzelanläufe vorhanden, die in den tropischen Regenwäldern (vgl. unten S. 12) gewaltige Ab- messungen erreichen können. Namentlich bei weichholzigen Bäumen (Ficus, Ceiba pen- tandra, Sterculia, Alstonia con- g e n s i s) werden sie zu förmlichen Brettern, die weit am Stamm in die Höhe reichen und Nischen zwischen sich lassen, in denen Menschen sich bequem verbergen können. Die eigentliche Stammwalze verjüngt sich zwischen den Wurzel- anläufen nach unten, so daß der Stamm sich in diese förmlich auflöst. Bei dem Kameruner Schirmbaum (M u s a n g a S m i t h i i) ist die Stammbasis durch Nebenwru-zeln verstärkt, die bis zu mehi-eren Metern oberhalb des Bodens aus dem Stamme entspringen und im Bogen herab- laufend ilm rings mit Stützen umgeben. Auf einem ganzen Gerüstwerk solcher Stelzwurzeln stehen die bis etwa 20 m hohen Mangi-oven (Rhizophora mangle u. a.) und Kandelaber- bäume (P a n d a n u s) tropischer Uferland- schaften. Es verleiht ilmen Standfestigkeit in schlammigem Boden und hebt den eigentlichen Stamm über die Flutgrenze empor. In vielen Fällen läßt sich die Form eines Baumstammes nicht aus mechanischen Prin- zipien allein verstehen. Der Stamm ist nicht nur Träger der Krone; er dient auch der Leitung und zeitweiligen Aufspeicherung des von der Wurzel gelieferten Bodenwassers und aus den Blättern stammender organischer Stoffe. Wasser Speicher sind z. B. die unförmlich dicken Stämme der Affenbrot- bäume (A d a n s 0 n i a d i g i t a t a) niittel- afrikanischer Steppengebiete und der faß- förmigen Cavanillesien brasilianischer Dorn- gebüsche, die bei 20 m Höhe 5 m Durch- messer erreichen. Daß auch die Stämme unserer Bäume Wasser speichern, zeigt sich an Veränderungen ihres Durchmessers, die mit der Wasserverdunstung seitens der Blät- ter Hand in Hand gehen. Sie folgen den täglichen Schwankungen der Luftfeuchtig- keit, so daß z. B. ein Gewitter eine merkliche Dickenzunahme der Bäume herbeiführen kann (J. Friedrich Centralblatt f. d. ges. Forstwesen Wien 1897). Manche Eigentümlichkeiten der Form der Palm Stämme erldären sich aus dem Verhalten der Gipfelknospe, aus der sie hervorgehen. Wenn diese wälirend des Höhen Wachstums immer mehr erstarkt, bekommt der Stamm die Form eines auf die Spitze gestellten Kegels (C h a - maerops humilis); schwankt ihre Lei- stungsfähigkeit, so zeigt der Stamm abwechselnd stärkere und schwächere Partieen (Livistonaallee in Buitenzorg); erleidet sie eine einmalige, vor- übergehende Schädigung, wie bei der Oelpalme im Rodungsfeuer westafrikanischer Pflanzungen, so zeigt später der Stamm an der betreffenden Stelle eine Einkerbung. Daß Baumstämme wie alle anderen Pflanzenteile auch spezifische, nicht weiter aus äußeren Umständen erklärbare Eigen- tümlichkeiten besitzen, ist selbstverständlich. Die merkwürdigsten Baumstämme vielleicht sind die der epiphytischen Ficus- arten, deren Luftwui"zeln, indem sie an zu- fälligen Berülrrungsstellen rmtereinander ver- wachsen, wie ein Netzwerk den sie tragenden Wirtsstamm umklammern und nach dessen Absterben imd Vermodern eine vielfach durch- brochene hohle Säiüe bilden. Bei Ficus bengalensisL. (Banjan) werden von den weit ausstreichenden Aesten herabhängende Luft- wurzehi zu Sekundärstämmen, die den Mutter- stamm als kleiner Wald rings umgeben. Die Stämme der B a u m f a r n e zeichnen sich durch eigentümlichen inneren Bau und einen sie ganz umhüllenden Mantel schwarzer Luft- wurzeln aus, die in der feuchten Atmosphäre ihrer Standorte ilurer Versorgung mit Wasser mid Stickstoffverbindmigen dienstbar sein mögen. 3. Bau der Baumkrone. Nach der Be- schaffenheit der Krone kann man die Bäume in Schopfbäume und Wipfelbäume einteilen. Die Krone der S c h 0 p f b ä u m e besteht aus einem Büschel großer Blätter, der aus der Gipfelknospe eines nicht verzweigten Stammes hervorgeht. Beispiele bieten die Grasbäume, Dracänen^ Schraubenpalmen (P a n d a n u s) , Palmen, Baumfarne und Melonenbäume. Ein „falscher" Schopfbaum ist das westafrikanische C a n - thium glabriflorum Hiern. Der bis 10 m hohe Stamm trägt am Gipfel eine Rosette von Aesten mit kreuzweise gegenständigen Blättern, deren Oberflächen sich dm-ch Drehungen alle horizontal richten, so daß jeder beblätterte Ast einem gefiederten Blatt und der ganze Baum einer Palme gleicht. Canthium gehört zu den sogenannten Amei- se n b ä u m e n , die ständig von Ameisen bewohnt sind, denen sie im Lmern der Zweige Woh- nung und zum Teil auch Nahi-ung bieten. Da der Ameiseubesuch den Bäumen nützt, weil er andere Insekten fernhält , hat man angenommen, ihre Eigenheiten seien durch die Ameisen heran gezüchtet wort'en, wie die Eigenheiten der Blumen dm'ch die bestäu- benden Insekten. In den meisten Fällen liegt aber eher wohl eine kluge Benutzung einmal vor- handener pflanzlicher Einrichtungen durch die Ameisen vor, die in den Tropen so verbreitet sind imd oft auf den Bäumen lebenden Schild- läusen nachgehen (A. S c h i m p e r Pflanzen- geographie Jena 1898 ; E. R e t t i g Pflanzenameisen imd Ameisen pflanzen Jena 1904). Uebergänge zu den Wipfelbäumen, d. h. Bäume mit gering verzweigten Kronen, deren Aeste endständige Blattbüschel tragen, sind in den Tropen häufig. Die echten Wipfel- b ä u m e entwickeln eine reich gegliederte Krone, deren sämtliche Zweige sich durch Baum 879 Spitzenwaclistum verlängern. Dies Wachs- tum scheint in günstigen Klimaten jahraus jahrein ohne wesenthche Pause andauern zu können. In den meisten Fällen aber wird es durch Ruheperiüden unterbrochen, deren Beginn durch das Auftreten von R u h e - knospe n bezeiclinet ist. Die Bildung einer solchen besteht im einfachsten Falle darin, daß das Wachstum der Sproßspitze aufhört und die sie einhüllenden Blättchen auf einem unentwickelten jugendlichen Zu- stande verharren, nur ausgezeichnet durch dichtere Behaarung oder harzige Ueberzüge zum Schutze gegen Vertrocknung und Tier- fraß. In anderen Fällen bilden Nebenblätter, der Blattgrund oder Blätter besonderer Aus- bildung eine eigenartige Knospenhülle, die im immerfeuchten tropischen Regenwald fast stets saftig ist, in Klimaten mit Trocken- perioden, zu welch letzteren ein Teil unseres Winters gehört, aus trockenen Schuppen (Knospenschuppen) zu bestehen pflegt. Auch durch Einsenkung in das Rindengewebe (R 0 b i n i a) oder in die Basis des Blatt- stiels sind manche Knospen geschützt. Die R u h e p e r i 0 d e n sind je nach den Um- ständen verschieden lang und verschieden stark ausgesprochen. Unsere Bäume haben außer der winterlichen Pause oft eine zweite weniger vollständige und oft nur von un- vollkommenem Knospenschluß begleitete Ruhezeit im Hochsommer, deren Ende die Bildung des Johannistriebes anzeigt. In den Tropen fallen die Ruhezeiten mit den einmal oder mehrmals im Jahre eintretenden Trockenzeiten zusammen. Sie fehlen aber auch nicht in sehr gleichmäßigen Klimaten, wo sie von der Dauer weniger Tage sein können und nicht alle Teile der Baumkrone gleichzeitig zu treffen l)rauchen. Zwar hängt der Eintritt der Ruhezeit direkt oder indirekt von äußeren Umständen ab, doch ist es bisher nicht jederzeit und nicht bei jedem Baum möglich gewesen, durch äußere Ein- wirkungen die Ruhezeit abzukürzen. Die E n t f a 1 1 u n g des einer Ruhe- knospe entspringenden Triebes geschieht bei uns im Laufe einiger Wochen, in den Tropen mitunter innerhalb weniger Tage. Anord- nung, Anzahl, Längen Verhältnisse , Stärke und Richtung der Sprosse bedingen den Charakter des laubtragenden Skeletts, von dem die Tracht des Baumes schließlich ab- hängt. Zur Rundung der Krone trägt wesentlich bei, daß die Verzweigungs- ebenen aufeinander folgender Sproßgenera- tionen sich unter verschiedenen Winkeln kreuzen. In keinem Falle werden am er- wachsenen Baume soviel Z w e i g g e n e - r a t i 0 n e n gefunden, wie seinem Alter ent- sprechen würden. Eine 100 jährige Eiche müßte z. B. 99 Zweig- generationen aufweisen, wenn alle Mutter-, Tochter-, Enkelzweige und so fort gesondert er- halten blieben. In Wirklichkeit zählt man aber nur 5 bis 6, an unseren Bäumen überhaupt nie mehr als 8 Generationen und diese Zahl wird meist schon in den ersten 10 Lebensjahren er- reiclit. Es erklärt sich dies daraus, daß ein Teil der Aeste, bei den Eichen, Pappeln und Salix fragilis durch freiwillige Ablö- sung (Absprünge), verloren geht und andere wenigstens in ihren oberen Teilen absterben, während ihre Fußstücke beim Dickenwachstum zu einer einzigen Achse verschmelzen. Bei der Fichte sind die ,, Absprünge" durch Eichhörnchen abgebissene Zweigenden. Der regelmäßige Zweigverlust wird im wesentlichen durcli den Kampf der Sprosse um Licht imd Wasser herbeigeführt. Die Vermehrung der Sprosse einer Baumb-one schreitet nur so lange fort, bis ein für jede Holzart innerhalb gewisser Grenzen konstan- tes Minimum au Licht im Innern der Krone erreicht ist. Von der durch dieses Minimum gegebenen Grenze ab hat jede Neubildung von Zweigen ein Absterben anderer zur Folge. Auch das Austreiben der Knospen selbst kann durch Lichtmangel gehemmt werden; andererseits treiben die Knospen der Buchen an schattigeren Standorten früher aus als au hellen (Arnold Engler 1. c). Wie unumgänghch notwendig die Sproß- reduktion für den Baum ist, mag daraus erkannt werden, daß ein 10 jähriger Birkenast, der an jedem Sprosse nur 2 Seitentriebe alljährlich erzeugt, 19 683 Laub- sprosse in 9 Sproßgenerationen besitzen müßte. In Wirklichkeit zählt man (W i e s - n e r) an einem gut beleuchteten Aste des genannten Alters nur 238, an einem stark beschatteten 182 Zweige und nur 5 Genera- tionen. Unter den Tochtersprossen eines Jahrestriebs ist der G i p f e 1 s p r o ß in der Regel der kräftigste. Auch die nächst- unteren Seitensprosse werden noch zu kräf- tigen Trieben, dann aber nimmt nach der Basis des Älutterzweigs hin die Länge der Tochtersprosse ab und die untersten Knospen treiben unter normalen Verhältnissen über- haupt nicht aus, sondern ,, schlafen" oft jahrelang bis eine Verletzung der über ihnen stehenden Sproßteile sie zur Entfaltung an- regt. Die kurzen unteren Seitensprosse eines Jahrestriebs werden als K u r z t r i e b e oder Stauchlinge bezeichnet, namentlich wenn ihr Verhalten von dem der Langtriebe scharf unterschieden ist. Bei Fagussilvatica können die Kiuztriebe aus ihrer jedesmabgen Endknospe jahrelang neue Kurztriebe erzeugen, die ohne sich zu verzweigen jedes Jahi- eine Blattrosette bilden. Auf diese Weise werden sie zu Trägern des Blattkleides an mehrjährigen Aesten der Baumki-one, wo es 880 Baum ohne die langlebigen Kurztriebe keiner jähiiichen Erneuerung fällig wäre. Die dicken Kr;rztriebe der Lärche erzeugen 4 bis 6 Jahre lang Nadelbüschel und können, gleich denen der Buche, zu Lang- trieben auswachsen. Bei der Kiefer sind Kurztriebe oluie jede Längenentwickelung die Träger der gesamten Benadeluiig. Die Langtriebe, die hier niu: aus den Gipfelknospen imd einem dicht unter ihnen befindlichen Ivnospenkianz liervorgehen, tragen mit Ausnahme der Keimlingsachse des ersten imd zweiten Jahres als Blattgebilde nur unbedeutende Schuppen, in deren Achseln die benadelten Km'ztriebe sich finden. Sehr häufig ist die Blütenbildung der Bäume an Kurztriebe geknüpft und Kurztriebe sind es, die bei dem wilden Birnbaum (Pirus com- m u n i s) verdornen und so zu einem Wehisystem sich ausbilden. Die Dornen des Kreuzdorn sind Langtriebenden, die der Robinie Nebenblätter. Das zahlenmäßige Verhältnis zwischen Kurztrieben und Langtrieben ändert sich mit dem Lebensalter des Baumes. In der Jugend herrscht die Bildung kräftiger L a n g - triebe vor, später nehmen Länge und Stärke der Langtriebe ab und die Zahl der Kurztriebe wächst. Die Baumkrone er- scheint dann voller und mehr gerundet. Sie hat sich ,,a b g e w ö 1 b t". Gleichzeitig geht mit einer immer sich steigernden Bil- dung von Blüten der Baum dem Höhepunkt seiner sexuellen Tätigkeit entgegen, auf dem er oft lange Zeit verharrt (Vöchting). Die Richtung, die die Aeste und Zweige einer Baumkrone einnehmen, hängt von einem verwickelten Spiel verschiedener Kräfte ab, das im Einzelnen noch nicht völlig klar gelegt ist. Zunächst hat jede Baumart ihre spezifischen Eigentümlich- keiten, dann ist die Richtung eines jeden Zweiges durch seine Beziehungen zu den übrigen Gliedern der Krone bestimmt; ferner kommen geotropische und heliotropische Reizwirkungen und endlich auch das Ge- wicht der Zweige und ihrer Laubmassen in Betracht. Eine bei warmem Wetter zurück- gehende Senkung von B a u m z w e i - gen kann durch Kälte hervorgerufen werden. Das Hängen der Aeste der Trau er bäume beruht meist darauf, daß das Gewicht der zarten Astenden deren negativen Geo- tropismus nicht zur Geltung kommen läßt. Die älteren stärkeren Teile der Aeste richten sich auf, Vöchting, der diese Erscheinrmgen näher studiert hat, gibt auch eine Uebersicht über die Aenderungen in der Entwickelung eines Zweig- systems, die infolge der gegenseitigen Abhängigkeit seiner Glieder durch das Besclmeiden seitens der Obstbaumzüchter hervorgerufen werden. Das Auftreten von Langtrieben an Stelle von Kurzsprossen, das Erwachen schlafender Augen, das Auftreten von Zukömmlingen (Adventiv- sprossen), endlich Zweigkrümmungen infolge der Last der schweren Früchte tragen dazu bei. die &one eines älteren Obstbaumes weniger übersichtlich zu machen, als es die Ivronen der Waldbäume sind. Das Gesamtbild der Krone eines Naturbaumes hängt sehr von äußeren Umständen ab, hat aber auch eigene Züge, Die aus mehr gerundeten Teilen zusammen- gesetzte Krone der Eiche unterscheidet sich auf den ersten Blick von der der Buche, die aus lauter übereinander geschichteten spitz zulaufenden Zweigsystemen besteht. Die Wollbäume (C e i b a p e n t a n d r a) auf Java, nicht aber in Westafrika, die Ter- minalien der Alleen in Lome und Duala, sind durch etagenartig gegliederte Kronen aus- gezeichnet, M i m u s 0 p s d j a V e , der Kameruner Mahagonybaum, durch eine Kandelaberlaone, die Akazien unserer afri- kanischen Steppengebiete durch tischartig flache Kronen, über die der trocknende Wind ohne Schaden liinstreicht, die aber auch in immerfeuchten Tropengebieten vorkommen. WesentHch auf den Eigenschaften der Kjone beruht das „Spreitungs vermögen" der Bäume, d. h. ihre Fähigkeit, in einheit- lichem Bestand Schwesterbäume zu unter- drücken. Es ist bei Buche und Eiche groß, bei der Fichte klein und bewirkt, daß die erstgenannten Holzarten auf gegebenem Raum relativ wenige aber starke Stämme erzeugen, während in Fichtenkulturen eine große Anzahl mittelguter Stämme neben- einander aufwächst, zwischen denen der Forstmann mittels seiner Durchforstungen erst für die aussichtsreichen Zukunftsstämme Platz schaffen muß (Haue h Allg. Forst- und Jagdztg. 1905). 4. Das Blattkleid. Das B 1 a 1 1 k 1 e i d der Wipfelbäume setzt sich entweder aus relativ wenigen großen, kräftigen Aesten an- gehefteten, oder aus sehr zahlreichen kleinen Blättern zusammen, welch letztere bei der Birke z. B. an entsprechend dünnen Trag- zweigen sitzen, bei den Nadelhölzern dicke und wenig verzweigte Sprosse dicht beklei- den. Große Blätter sind fast stets fingerig, fiederig oder lappig zerteilt, so daß sie sich gegenseitig nicht zu sehr beschatten und die Transpiration ungehindert vor sich gehen kann. Rein physiogno misch lassen sich im- ter den Wipfelbäumen nach dem Laub folgende Typen unterscheiden: 1. Nadelhölzer; 2. Lor- beerform. Starre, immergrüne, meist glänzende, imgeteilte, breite Blätter; 3. OUvenform. Starre, immergrüne, ungeteilte, sclimale Blätter; 4. Buchenform. JahrzeitUch giüne, einfache, nicht starre Blätter verschiedener Größe; 5. Eschen- form. Blätter einmal gefiedert oder gefingert. Die Teilblättchen ziemlich groß; 6. Mimosenform. Blätter doppelt gefiedert. Teilblättchen meist sehr zalilreich und klein; 7. Casuarinen und Cypressenform. Laub schuppig oder fast fehlend» Baum 881 Die Anordnung der Blätter ist durch ihre gesetzmäßige Entstehungsfolge am Vege- tationspunkt bedingt; ihre Lage in erster Linie durch das Lieht. Die meisten stellen sich während ihrer Entfaltung ein für alle- mal so ein, daß das hellste zerstreute Lieht des Standorts ihre Fläche möglichst senkrecht trifft (fixe Lichtlage). Andere sind durch Gelenke befähigt, ihre Lichtlage zu verän- dern (R 0 b i n i a , S t e r c u 1 i a n. a.). Die Lebensdauer der Baum- blätter ist entweder auf einen Sommer oder eine Regenzeit beschränkt oder sie er- streckt sich über mehrere Vegetationsperio- den. Die Nadehi unserer Kiefern werden z. B. 5 bis 9 Jahre alt. In jenem Fall nennt man sie sommergrün oder regengrün, in diesem immergrün. Sommer- oder regen- grünes Laub findet sich namentlich in Gegen- den mit klimatisch stark verschiedenen Jahreszeiten, immergrünes mehr in gleich- mäßigen KHmaten, Dieser Unterschied ist indessen keineswegs durchgreifend. Unter den 280 in Ceylon endemischen Baumarten werfen 17 jahreszeitlich ihr Laub ab und weitere 78 laubwerfende Arten hat die Li sei mit Lidien und dem malayischen Archipel gemeinsam. Jahreszeitliches Laub wird in unserem Klima meist rasch und vollständig abgeworfen, während der schließliche Ab- fall immergrüner Blätter sich lange hin- ziehen kann, in der Hauptsache aber auch in einer bestimmten Periode, bei der Kiefer im September und Oktober, stattfindet. In den Tropen tritt der Fall auch kurzlebiger Blätter nicht immer in der ganzen Krone zugleich ein. Obwohl äußere Umstände, wie Trockenheit, zu tiefe Beschattung (W i e s n e r s Sommerlaubfall) und allerlei Schädigungen (Hitzelaubfall) Laubfall her- vorrufen oder den Zeitpunkt seines Eintritts beeinflussen können, ist er doch, wie das Ab- fallen der Blumenblätter und reifer Früchte, im wesenthchen ein normaler Lebensvorgang, der wie viele periodische Lebenserscheinungen zu gegebener Zeit aus noch ungenau be- kannten Gründen eintritt. Gefiederte und gefingerte Blätter zerfallen beim Abfall oft in ihre Teile, einfache Blätter lösen sich als Ganzes ab. Meist bildet sich an der Ansatz- stelle des Blattstiels, manchmal schon längere Zeit vor dem Abfallen selbst, eine bestimmte Gewebsschicht als Trennungsschicht aus, deren Zellen, olme zu zerreißen, sich vonein- ander lösen, so daß das Blatt zuletzt nur noch durch die Gefäßbündel mit dem Sproß zusammenhängt. Diese letzte Verbindung löst der Wind oder sie zerreißt durch Eis- bildung an der kritischen Stelle beim ersten Frost. Die Blattnarbe wird durch vertrock- nendes Gewebe oder durch Korkschichten ge- schlossen, die ebenfalls schon lange vorher angelegt sein können. Wenn die Bildung der Hand\vörterl)ucli der Natunvissenschaften. Band I. Trennungsschicht unterbleibt oder verspätet eintritt, so vertroclaien die abgestorbenen Blätter am Zweig. Vor dem Laubfall findet eine teilweise Auswanderung der in den Blättern enthaltenen Aschenbestandteile in die Zweige statt. Daran beteiligt sich das in den grünen Bestandteilen des Chlorophylls enthaltene Magnesium und hiermit steht vielleicht die herbsthche Verfärbung des Laubes im Zu- sammenhang (Stahl 1909). Andere F a r b e n - an der un gen des Baumlaubes vollziehen sich während seiner Entwickelung und zielen zum Teil auf Bewahrung der Chlorophyll- körner vor zu starker Sonnenwirkung ab. Junges Laub kann, namentlich auffäUig mden Tropen, gelb, rot, violett, grau und selbst weiß gefärbt sein und auch das spätere Grün ändert seine Nuance. Jahreszeitlicher Blattfall bewahrt den Baum vor zu starker Transpiration in Zeiten mangelhafter Wasserzufuhr, wie sie in den Tropen aus dem Auftreten langer Trocken- zeiten, bei uns aus dem winterliclien Boden- frost in Verbindung mit trocknender Wind- und Sonnenwirkung sich ergibt. Nach ihrem Verhalten in der Wasserwirt- schaft der Pflanze unterscheidet man xero- phile und h y g r 0 p h i 1 e Baumblätter. Jene (Nadelhölzer, Olivenform) zeigen eine Reihe von Einrichtungen, die auf Einschrän- kung der Wasserverdunstung hhiauslaufen: Reduktion der Oberfläche und der luft- führenden Interzellularen, windstille Räume über den Spaltöffnungen, die eingesenkt oder durch ein Haarkleid bedeckt werden, dicke, cutinreiche und mit Wachs überzogene Außen- wände der Epidermiszellen, endlich wasser- speichernde Gewebemassen im Blattinneren. Die Gesamtblattfläche eines Nadelbaums kann größer sein als die eines Laubbaums. Die xerophile Struktur der Einzelnadel und der Bau des Holzes ermöghchen indessen im Notfall eine große Einschränkung der Transpiration (s. u. und P. Groom, Oecol. of Coniferae. Ann. of Bot. 24 1910). Hygrophiles Laub (Lorbeertypus, Buchen- und Eschenform) zeigt möglichste Ausbrei- tung der transpirierenden Oberfläche, ober- flächlich gelegene Spaltöffnungen, Reichtum an Literzellularen und zuweilen an den Blatt- zälmen Drüsen zur Ausscheidung über- schüssigen Wassers in flüssiger Form. Oft sind immergrüne hygrophile Blätter un- benetzbar (W i e s n e r ,,onibrophob") und eine schief ausgezogene Blattspitze (Träu- felspitze) bewirkt ein rasches Ablaufen des Regenwassers, das anderenfalls Gelegen- heit zur Ansiedelung störender Krypto- gamen auf der Blattfläche bieten würde. Manche Einrichtung zur Herabsetzung über- mäßiger Erwärmung des Chlorophylls, wenn auch nur für wenige Stunden, wie eine stark 56 882 Baum 3 ^ cc CT o ^ s?; 5 2 n- -^ < r: P ^T''^ C- C3 a ^ ft> o OC! ? r 3 Baum 883 reflektierende Oberfläche, haben xerophile und tropische hygrophile Baumblätter ge- mehisam. Blätter besonnter und beschatteter Zweige zeigen anatomische Unterschiede (Sonnen- und Schattenblätter), die, einmal vorhanden, sich schon in den Knospen aus- prägen (Literatur bei Arnold Engler 1. c). 5. Die Baumwurzel. Das Wurzelwerk der Bäume hat das Ganze mit Wasser und mineralischen Nälu-stoffcn zu versorgen, seine sturmioste Verankerung im Boden zu bewirken und zeitweise auch an der Auf- speicherung von Reservenährstoffen teilzu- nehmen. Nach seiner Tracht unterscheidet man gewöhnlich Pfahlwurzeln mit einer tief in den Boden hinabsteigenden Hauptachse (Eiche, Tanne, Kiefer), Herzwmrzeln mit mehreren gleichwertigen absteigenden Aesten (Buche) und Flachwurzehi (Fichte), die nicht in die Tiefe dringen. Indessen ist namentlich bei Pfahl- und Herzwurzeln eine weitgehende Anpassungsfähigkeit an die Natur des Bodens vorhanden. Bäume, die in der Jugend eine Pfahlwurzel bilden, können später ein ganz flaches Wurzelsystem besitzen. Die sogenannten Saugwürzel- chen sind die letzten Auszweigungen der stärkeren Wurzeln oder adventiv an älteren Wnrzelästen entstandene Faserbüschel. Bei den Cupuliferen sehr dünn und fein verzweigt und zu intensiver Durchsetzung kleinster Bodenpartikel geschickt, sind sie z. B. bei der Esche (Oleaceen) relativ dicker und länger, aber weniger reich verzweigt und mehr auf die extensive Wasserwirtschaft des Baumes eingerichtet. In der Regel entwickeln sie sich am reichlichsten in den oberen hunms- reichen Schichten des Waldbodens oder anderem der Ernährung günstigem Ober- e;rund. Ist dieser, wie in jungen Kiefern- oder Fichtenbeständen auf Heideboden oder altem Ackerland, raschem Wechsel zwischen Nässe und starker Austrocknung ausgesetzt, so kann dies zu schweren Störungen des Wurzel- lebens Anlaß geben. Ueber che bei unseren Coniferen und Cupuhferen u. a. gewöhnhche Verpilzung der Wurzehi s. u. Mykorrhiza. 6. Blühen und Fruchten der Bäume vollzieht sich in der allerverschiedensten Weise. Viele sind Windblütler, die meisten aber wohl insektenblütig. Kleine, oft ein- geschlechtige Blüten, die durch ihre Zahl auffallen, sind häufiger als große; doch finden sich bei Bäumen, von den Raftlesien und Aroideen abgesehen, wohl die größten Blüten des Pflanzenreichs (F a g r a e a). Baum- kronen mit großen bunten oder weißen Blumen smd indessen im Gesamtbild des Waldes auch in den Tropen vereinzelte Er- scheinungen. Dem blüh baren Alter geht ziemlich allgemein ein mehrjähriges rein vegetatives Wachsen vorher und zwischen zwei Blütenperioden liegen meist vegetative Zwischenzeiten von freilich sein* verscliie- dcner Länge, die teils auf unbekannten Ur- sachen teils auf äußeren Umständen be- ruhen und nicht immer künstlich abgekürzt werden können. Die Hainbuche blüht fast alljährlich reich- lich, die Rotbuche bringt bei uns niir etwa alle 7 Jahre, reichlich nur alle 8 bis 12 Jahre Mast. Freistehende Bäume blühen häufiger und früher als Bäunifi im Bestand, auch zeigen sich nament- lich an offenen sonnigen Standorten Arten mit anscheinend sehr langei Blütezeit (R h i z 0 - p h o r a , H i b i s c u s). Tropische Arten, die angeblich ununter- brochen blühen, scheinen solche zu sein, bei denen die Blütezeiten der einzelnen Indivi- duen nicht zusammenfallen, so daß der Reisende an einem oder dem anderen Exem- plar stets Blüten findet. Der Wechsel zwischen vegetativer und fruktifikativer Tätigkeit kann sich auch an einzelnen Zweigen oder kleineren Zweigsystemen höherer Ordnung vollziehen. Ob aber ein und derselbe Zweig ununter- brochen blüht und fruchtet ist zweifel- haft. In den Tropen blühen die Holz- gewächse meist während oder unmittelbar nach der Trockenzeit , selten in der Regen- zeit (auf Java etwa 8 -'o)- Di?« entspricht dem Verhalten unserer Bäume, die zum größten Teil bald nach der winterlichen Ruheperiode ihre Blüten entfalten, die schon vor dieser fast fertig ausgebildet worden sein können (Hasel, Buche). Der Ort der Blüten- b i 1 d u n g ist bei manchen Schopfbäumen die Gipfelknospe, die bei manchen Palmen (C 0 r y p h a) einen mächtigen endständigen Blutenstand hervorbringt. Bei der Lärche entstehen die Blüten, wie bei vielen Laub- bäumen an den Kurztrieben. Bei der Kiefer ersetzen die männlichen Blüten Kurztriebe, die weiblichen aber treten an Stelle von Langtrieblmospen auf. Nicht allzu selten ist bei tropischen Bäumen C a u 1 i f 1 0 r i e , d. h. die Blüten brechen aus schlafenden Knospen an älteren Aesten oder dem Stamme hervor (Theo b r 0 m a C a c a 0). Die F r ü c h t e der Bäume sind ebenso mannig- faltig wie die Blüten und den verschiedensten Verbreitungsmitteln angepaßt, die oft nur in der Heimat der Bäume richtig beurteilt werden können. Die Ausbreitung mancher Bäume geschieht durch R a n d v e r - j ü n g u n g , d. h. durch Eroberung neuen Geländes vom Rande des alten Bestandes ans; so z. B. bei den Mangroven und bei unseren Buchen und Eichen, deren Samen indessen ihres Nährstoffreichtums wegen von Vögeln gesucht und gelegentlich weit ver- schleppt werden. Die kleinsten aller B a u m - s a m e n haben vielleicht unsere Pappeln und Weiden, die größten Früchte dürften die kürbisgroßen Sammelfrüchte der T r e c u 1 i a A f r i c a n a und die Steinfrüchte der L 0 - 56* 884 Baum doicea Seychellarnm sein. Manche Bauinsamen (Pappeln, Weiden) sind unmittel- bar nach dem Abfall keimfähig und be- wahren die Keimfähigkeit nur wenige Wochen ; andere ruhen längere Zeit, Taxus und Hain- buche selbst 2 Jahre. 7. Anatomisches (vgl. auch den Artikel ,,N u t z h ö 1 z e r"). Der Holzkörper der Bäume sichert vermittels der kräftigen Wände seiner toten Elemente, der dick- wandigen einfach getüpfelten Fasern, der mit Hoftüpfeln versehenen Tracheiden und der Gefäße, seine Trag- und Bie- gungsfestigkeit ; die weitlichtigen Tracheiden und Gefäße, von denen die letztgenannten den Nadelhölzern fehlen, sind zugleich die Wege für die Wasserleitung von den Wurzeln zu den Verbrauchsstellen. Lebende Holzelemente, die Markstrahlen und das Holzparenchym, geben Gelegenheit zur Aufspeicherung von Reservestoffen wie Stärke und fettes Oel. Das meist unbedeutende Mark der Bäume stirbt sehr frühzeitig ab und auch im Innern des Holzkörpers älterer Stämme pflegt alles Leben erloschen zu sein. Man nennt die toten Holzteile Kernholz, wenn sie sich durch die Färbung von den äußeren lebenden Holzteilen, dem Splint, unterscheiden, (Eiche, Ulme, Robinie, Kiefer), anderenfalls Reifholz (Fichte, Tanne, Ahorn). Bei Buche und Linde findet sich nicht selten ein brauner falscher Kern, dessen Bildung durch Wundinfektion hervorgerufen worden ist. Reifholz und Kern beteiligen sich nicht mehr an den physiologischen Vorgängen im Baum- stamm; doch scheint das in der Regel was- serarme Reifholz der Buche gelegentlich als Wasserspeicher benutzt zu werden. Der Wasserverbrauch der Bäume setzt sich aus den zur Bildung ihrer Substanz verwandten und den durch die Blätter aus- gedunsteten Wassermengen zusammen. Die letzteren überwiegen so sehr und sind so be- deutend, daß von ihnen das Leben des Bau- mes in hohem Grade abhängt. Der Wasserverbrauch unserer Nadelbäume verhält sich zu dem unserer Laubbäume bei reichlicher Wasserversorgung wie 1: 6, sonst wie 1: 10, d. h. jene können ihren Verbrauch mehr ein- schränken als diese. Erwachsene Buchen ver- brauchen im Durchschnitt der Vegetations- periode täglich je nach ihrer Größe 10 bis 50 kg Wasser, Eschen und Robinien noch mehr. Sehr viel ist die Frage nach den Kräften oder nach der Art der Arbeitsleistung, welche das Wasser im Baumstamm in die Höhe schafft, erörtert worden, ohne daß eine be- friedigende Lösung des Problems bis heute erreicht wäre. Wir wissen nur, daß "das Wasser im Holz- körper und zwar im Innenraum der Gefäße und Tracheiden sich bewegt und daß auf rein me- chanische Weise, wobei die Kohäsion des Wassers eine Rolle spielt, im frisch getöteten Baumstamm eine kurze Zeitlang Wasser bis über die Hölie einer vom Luftdruck getragenen Wassersäule (10 m) aufsteigen kann. Jedenfalls aber ist, um die Leitung im Gang zu halten und vielleicht auch zur Lieferung genügend gi'oßer Wassermengen die Mitwirkung der lebenden Zellen, der Mark stralilen und des Holzparenchyms unentbehrhch, die überall im Baumstamm mit den Wasserbahnen in Berüluung sind. Die A u ß e n r i n d e schützt das Baum- innere gegen Trocknis, zu starke Erwärmung durch direkte Sonnenstrahlen und gegen Spätfröste zu einer Zeit, in der seine lebenden Elemente nicht mehr kältefest sind. Im Schatten eines Bestandes erwachsene glatte Rinden passen sich bei plötzlicher Freistel- lung oft den geänderten Verhältnissen nicht sofort an und erliegen dem Sonnenbrand, Die genannten Leistungen werden durch Kork sclüchten ausgefülut, die bei glatten Rinden (Buche) den ganzen Stamm mit einer dünnen Haut überziehen, die sich von innen her erneuert, bei borkigen (Eiche) auch im Innern der Rmde entstehen und dabei lebendes Gewebe abschneiden, das vertrocknet und mit ihnen die schützenden Borkeschuppen bUdet. Ivleine hell- farbige Höckerchen, die später zu größeren War- zen und Rissen werden, enthalten die Mündungen der Zwischen zehr äume, welche das Bauminnere mit Atemluft versorgen (Lenticellen). Die I n n e n r i n d e enthält die der Stoff Wanderung in der Rinde dienenden lebenden Elemente, namentlich die Sieb- röhren. Steinzellen, Bastfasern, Kristalle von Calciumoxalat, Harze, Milchsäfte (Kaut- schuk), Alkaloide, Gerbstoffe tragen zur Erhaltung der Rinde bei, indem sie diese gegen tierische Angriffe schützen oder die Heilung von Wunden erleichtern. Die Blitzsicherheit mancher glattrin- digen Bäume (Buche, Hainbuche) führt Stahl u. a. auf die Benetzbarkeit ihrer Rinde zurück, die das Zustandekommen einer elektrischen Ladung erschwert. Dickenwachstum. Zwischen Rinde und Holz liegen die Zellschichten, von denen das Dickenwachstum des Baum- stammes ausgeht. Sie werden C a m b i u m genannt und bestehen aus etwas in der Längsrichtung des Baumes gestreckten Zellen, die im Winter ruhen, in Deutschland aber in der zweiten April- bis ersten Maihälfte sich auszudehnen beginnen und sowohl nach der Rinde wie nach dem Holzkörper hm durch geeignete Teilungen neue Zellen er- zeugen. Während diese den Charakter fer- tiger Holz- und Rindenelemente annehmen, bleiben inmitten des Cambiums immer einige Zellschichten in teilungsfähigem Zustand. Da ein nachträgliches Längenwachstum des ganzen Baumstammes, dessen größter Teil aus toten Holzelementen besteht, ausge- schlossen ist, müssen die aus den Cambium- Bamn 885 Zellen unter starker Längsstreckung hervor- gehenden Holzfasern und Tracheiden sich mit den Enden zwischen einander schieben. Vom Verlauf dieses gleitenden Wachstums hängt es ab, ob das Holz geradfaserig oder drehwüchsig wird. Das Cambium der Dikotylen und Nadel- hölzer bildet sich zwischen Siebteil und Gefäßteil der Gefäßbündel und überbrückt die sie trennenden Markstrahlen. Periodi- sche Aenderungen in der Tätigkeit des Cambiums führen zur Ausbildung der ring- förmigen Zeichnungen auf dem Stamm- querschnitt , die man Jahresringe nennt und die in unserem Klima meist auch wirklich den Holzzuwachs je eines Jahres umfassen, obwohl Unterbrechung der Cambiumtätigkeit durch Spätfrost, neue Anregung in Verbindung mit der Johannis- triebbildung Ringzeichnung innerhalb des Jahresrings hervorrufen können. In den Tropen können mit dem Wechsel zwischen Regen- und Trockenzeiten mehrere Ringe im Jahr auftreten (Semesterringe), die sich oft kaum zählen und auf Jahre verteilen lassen, Ringzeiclmungen finden sich auch bei Bäumen gleichmäßiger Klimate und europäische Bäume können dort die Ring- bildung beibehalten, so daß diese nicht als direkte Folge der Einwirkung äußerer Um- stände anzusehen ist. Auch haben alle Ver- suche, sie aus Aenderungen der Druckver- hältnisse im Baum während des Dicken- wachstums oder aus jahreszeitlichen Schwan- kungen der Ernährung und Wasserver- sorgung des Cambiums direkt abzuleiten versagt, obwohl ein Einfluß der letzteren auf die Gestalt der Holzelemente beobachtet ist. Die Ringzeiclmung kommt durch einen plötzlichen Wechsel zwischen Schichten engerer und weiterer Holzelemente zustande, von denen jene beim Nachlassen (Herbstholz, besser Spätholz), diese beim Neubeginn (Frülilingsholz, besser Frühholz) der Cam- biumtätigkeit gebildet werden (vgl. den Artikel „Nutzhölzer"). Das Cambium erwacht in den jüngsten Sprossen zuerst, und schließt seine Arbeit im Stamm spätestens in der ersten Septemberhälfte ab, während sie in den Wurzeln weiter dauern kann. Die Breite der Jahresringe hängt so sehr von den ganzen Lebensverhältnissen des Baumes ab, daß der Forstmann daraus die Geschichte eines Be- standes mit seinen Durchforstungen, et- waigem Maikäferfraß usw. ablesen kann. Andererseits ist sie auch von der spezifischen Wachstumsenergie der Baumarten abhängig (über exzentrischen W^uchs siehe u. a. R. Hart ig, Holzuntersuchungen Berhn 1901. In der vom Cambium her sich bilden- den Innenrinde ist ebenfalls Schichten- bildung vorhanden, die aber bei der geringen Größe ihres jährlichen Zuwachses schwer er- kennbarbleibt. Das Dickenwachstum dermo- n 0 k 0 t y 1 e n Bäume weicht von dem be- schriebenen Typus ab. Soweit es nicht durch Erstarkung der Endknospe geschieht, bilden auch sie ein Cambium, von dessen Produkten es abhängt, ob sie festes Holz oder ehien aus nur durch lockeres Zwischengewebe ver- bundenen Gefäßbündeln bestehenden Holz- körper besitzen. Die B a u s t 0 f f e f ür sein Dickenwachs- tum fließen dem Baumstamme aus den Blättern zu und wandern im wesentlichen in der Innenrinde abwärts, um von da aus dem Cambium und ül)er das Cambium hinaus den Markstrahlen und dem Holzparenchym zugeführt zu werden oder in die Wurzehi zu gelangen. Im Oktober sind gewöhnlich alle lebenden Zellen des Baumstammes mit Stärke angefüllt, die den Winter über ruhig liegen bleibt oder während der kalten Zeit aus dem Holzkörper wenigstens verschwindet, um im Frühjahr wieder zu erscheinen, bis sie von neuem gelöst mit dem im Holz auf- steigenden Wasserstrom den sich entfalten- den Knospen zuwandert. Jenes Verhalten zeigen z. B. Esche und Eiche (,,S t är k e - b ä u m e"), dieses die Coniferen und andere weiche Hölzer, die wegen des Fettgehaltes, der zur Zeit des Verschwindens der Stärke in ihrem Holze beobachtet wurde, F e 1 1 - bäume genannt worden sind. Die verschwindende Stärke wird wie bei dem Süßwerden der Kartoffeln unter dem Einfluß der niederen Temperatur zu Zucker, dessen An- liäufung die schädlichen Wirkimgen der Kälte I hemm*-. Bei der Buche bleibt der Gehalt des Holzes an Fett und Eiweißstoffen während des ganzen Winters derselbe, wälnend der Zucker- gehalt miter gleichzeitiger Verminderung der Stärke mit der smkenden Temperatur steigt. Untenstehende Tabelle enthält die in 1,30 m Höhe bestimmten mittleren Durch- messer einiger Waldbäume in verschie- denen Lebensaltern auf mittelgutem Stand- ort in Zentimetern: Alter 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Kiefer 7 II 14,5 i8 21 24 26 28 30 31 Edeltanne 7 II 15 19 23,5 28 34,5 40,5 46,5 53 Fichte 6 lO 14 17 20,5 23 25,5 28 30 32 Buche 5 8 II 14 16,5 18,5 21 23 25 27 Schwarzerle 14 i8 2o,5 22,5 23,5 24 886 Baum Folgende Zahlen sollen zeigen, welchen Umfang Bäume überhaupt erreichen können: Adansonia digitata, afrika- nischer Affenbrotbaum 34 m, angebhch selbst 45 m, mehr als 15 m sind aber Ausnahme; Taxodium sempervirens bei Oaxa- ca 33 m, vielleicht aus 3 Bäumen ver- wachsen; Sequoia gigantea in Kalifor- nien in 2 m Höhe 21 m; Tilia (grandi- folia?) zu Staffelstein in 1,30 m Höhe 17 m; Quercus (pedunculata?) bei Wetherby 1842 in 1,25 m Höhe 11,75 m, 1908 12,45 m. Alter. Bei Altersschätzungen der Bäume ist der Wechsel der Jahresring- breite mit dem Standort und mit dem Alter zu beachten. In der Jugend werden erheb- lich breitere Ringe als später gebildet. Ferner täuschen, z. B. beim Taxus, verwachsene Stämme. Bei Sequoia gigantea wurden 1350 Jahresringe gezählt und M a y r schätzt einen von ihm gemessenen Baum auf 4250 Jahre. Auch das Vorkommen 1000- jähriger Eichen ist wahrscheinlich gemacht. Tod. Der natürliche Tod der Bäume würde in einem Aufhören aller Neuliildimgen und dem Absterben der in bleibenden Ruhe- zustand eingetretenen Zellen des Cambiums und der Vegetationspunkte sowie aller an- deren lebenden Elemente bestehen. Es ist durchaus möglich, daß dieser Zustand bei langlebigen Bäumen ,,von selbst" niemals eintritt. Cambiumzellen, die nachweislich mehr als 1000 Jahre tätig waren, könnten sehr wohl in demselben Smne unsterblich sein, wie Protozoen oder Bakterien, die sich unbegrenzt durch Zweiteilung fortpflanzen. Das tatsächliche Absterben der Bäume be- ginnt gewölmlich mit der Verderbnis des Stamminnern und Reduktion der Krone. Die Ruine fällt dann dem Sturm oder dem Menschen zum Opfer. Der zeitliche Beginn der Zerstörung hängt von den Lebensver- hältnissen und auch von der spezifischen Natur der Bäume ab, deren Lebenszäliigkeit und Widerstandskraft gegen die Einflüsse der Umgebung sehr verschieden ist. 8. Natürliches Vorkommen der Bäume. Das Auftreten baumförmiger Pflanzen in der Natur hängt von bestimmten klimatischen Bedingungen ab, die sich aus ihrer Eigenart ergeben. Der größeren Erhebung über den Boden wegen ist der Baum der austrocknenden und auch der mechanischen Wirkung des Windes mehr ausgesetzt als Strauch und Kraut. Sowohl im hohen Norden als auch im Hochgebirge ist es daher in erster Linie die trocknende Wirkung der bewegten Luft, dort durch die Kälte begünstigt, hier durch den geringen Luftdruck, die dem Baumleben ein Ende setzt. Andererseits macht ein tief- gehendes großes Wurzelsystem, dem tief- liegende Wasservorräte zuaänglich sind, den Baum von der Verteilung der atmo- sphärischen Niederschläge unabhängig, wo- fern nur zu irgendeiner Zeit die unter- irdischen Wasserreservoire aufgefüllt werden. Es gibt Waldgebiete mit langen Trocken- perioden und solche mit Regen zu allen Jahreszeiten. Wälder (s. Fig. 1). Die Möglichkeit, in enger Vergesellschaftung zu wachsen, d. h. Wälder zu bilden, wird den Bäumen dadurch gegeben, daß ihre Abfälle durch das Tier- leben und die Verwesungsorganismen des Bodens so verarbeitet werden, daß sich dieser in einem für das Wurzelleben und das Auf- kommen des Nachwuchses günstigen Zu- stande erhält. Dieser Umstand ist auch für das Gedeihen des Kulturwaldes von ausschlaggebender Bedeutung und findet in der Forstwirtschaft entsprechende Be- achtung. Andererseits bringt das Zusammen- leben manche für das Gedeihen des Einzel- baunies günstige Erscheinung mit sich, so eine Ermäßigung der baumfeindlichen Wir- kungen des Windes, Ausschluß starken Gras- wuchses, der dem Feuer den Weg in den Wald bahnt, und Schutz der Keimlinge gegen starke Besonnung und manche Konkurrenten. Dieser Schutz kann allerdings durch die Konkurrenz und Schattenwirkung der Mut- terbäume selbst in einen Nachteil verwan- delt werden. Einen Maßstab zur Beurteilung der für den Forstmann wichtigen Konkurrenz- verhältnisse im Wald hefert seine Helligkeit. Das Licht im Innern der Einzelkronen und Bestände ist deshalb quantitativ und quali- tativ untersucht worden, zuletzt von R a m a n n (Allg. Forst- und Jagdztg. Dezember 1911) mit dem Selenphotometer. Die meisten Natur- wälder sind Mischwälder, d. h. sie bestehen aus einem bunten Gemisch von Bäumen ver- schiedener Art und verschiedenen Alters, unter denen im Norden und in hohen Ge- birgen oft Nadelhölzer, meist aber die Laub- hölzer vorherrschen. Wo in der Natur reine, d. h. aus einer herrschenden Baumart mit nur untergeordneter Beimengung anderer Arten bestehende Wälder vorkommen, verdankt die herrschende Art ihr Uebergewicht teils besonders reichlicher Samenproduktion, teils einer viele Konkurrenten ausschließenden Schatten Wirkung des lebenden oder abge- fallenen Laubes, teils endlich einer Anpassung an besondere Lebensbedingungen; die an- deren Baumarten nicht zusagen. Die Sal- wälder (S h o r e a r o b u s t a) Britisch- indiens, die Tiekwälder (T e k t o n a g r a n - d i s) in Mitteljava, Indien, Slam und Burma. Bambusbestände, Palmwälder und Mangrove- wälder tropischer Küsten, und Wälder, in denen die eine oder die andere unserer euro- päischen Holzarten vorherrscht, sind Beispiele. Die günstigsten Bedingungen für das Baum- leben bieten die immerfeuchten Tropenge- Baum — Beauinont 887 biete. Hier ist die Heimat der Regen- w ä 1 d e r , die sich durch große Höhe der Bäume (meist mehr als 30 m), relativ große, meist immergrtme hygrophile Blätter und Reichtum an holzigen Lianen auszeichnen, und der K e b e 1 w ä 1 d e r im Gebirge, in deren stets feuchter Luft dazu noch ein großer Reichtum an Epiphyten und großen Farnen tritt. Ihnen schließen sich in Gebieten mit tropischem Seeklima, aber Trockenperioden die Monsun w ä 1 - der an, die während und gegen Ende der Trockenzeit ihr Laub verlieren, meist weniger hochstämmig sind als der Regenwald, und arm an Holzlianen und Epiphyten sein können (Tiekwälder). Ausgesprochen xero- phytische Anpassungen zeigen die S a - V a n n e n w ä 1 d e r und D o r n g e h ö 1 z e. Die hauptsächlichsten Waldformen unserer gemäßigten Zone sind die Sommerwälder und die Hartlaubgehölze. Die Bäume jener tragen im Sommer meist hygrophiles ab- fälliges Laub (unsere Laubhölzer, Lärche) und setzen im Winter der Verdunstung nur die kleine, durch Kork geschützte Oberfläche der kahlen Aeste oder, soweit sie immer- grün sind (Fichte, Tanne), xerophile Nadeln aus. Der einzige echte Xerophyt dieser Wälder ist die Kiefer. Hartlaiibgehölze sind eine Waldform mild gemäßigten Klimas mit Winterregen und langer Sommerdürre, wie es die Umgebung des Mittelmeers besitzt. Ihre Bäume sind niedrig und besitzen immer- grüne kleine Blätter mit xerophilen Anpas- sungen (Oelbaum, Steineiche, Zypressen). Die Bedingungen, von denen die f 1 o - r i s t i s c h e Z u s a m m e n s e t z u n g der Wälder abhängt, sind sehr komplizierter Natur. Li den Tropen haben fast alle Fami- lien baumförmige Vertreter, die meist in buntem Gemisch untereinander wachsen. Leguminosen, Moraceen, Euphorbiaceen, Verwandte der Malvaceen sind unter den bekannteren Familien in den Regenwäldern, Cupuliferen und Coniferen in den Sonimer- wäldern, Myrtaceen und Proteaceen in den Hartlaubgehölzen, Akazien und Burseraceen im Dornbusch relativ reichlich vertreten. Die Gründe dafür, daß in den kälteren Klimaten auffallend wenige Familien baum- förmige Arten besitzen, daß manche in allen Waldformen, andere im wesentlichen nur in einzebien vorkommen, ferner der Ein- fluß von Wanderungen und erdgeschicht- lichen Vorgängen auf die Verteilung der Baumarten gehören nebst näherer Schilde- rung der Waldformen in das Gebiet der Pflanzengeographie (vgl. den Artikel „Geo- graphie der Pflanzen"). Literatur. M. Büsgen, Bau und Leben tmserer Wahlbäume. Jena 1897. — Kirchner, Schröter nnd RicMi, Die Coniferen. Lebensgeschichte der Blutenpflanzen 3Etteleuropas Bd. I Abt. 1. Stuttgart lOOSJU. — M. Büsgen, Die Cupuliferen. Lebensgeschichte der Blütcnpflamen Mitteleuropas Bd. II Lfg. 1. Stuttgart WOSJU. — Ad. Engler, Pflanzenwelt Afrikas Bd. I. Leipzig. — Jost, Vorlesungen über Pflanzenphysiologic. 2. Aufl. Jena 1908. — Klebs, lieber die Eythmik in der Entwickelung der Pflanzen. Sitzungsber. der Heidelberg. Akad. 1911, 28. — Lorey, Hand- buch der Forstwissenschaft. 2. Aufl. Tübingen 1908. — A, Schtniper, Pflanzengeographie. Jena 1898. — E. Strasbnrger , Jost, H. ScJienck, G. Karsten, Lehrhich der Botanik. 10. Aufl. Jena, 1910. — H. Vöchting, Organ- bildung im Pflanzenreich. Bonn 1878 un d 1884 ■ — L. Beissner, Handbuch der Nadelholzkunde. S. Aufl. Berlin 1909. — C. K. Schneider Handbuch der Laubholzkunde. Jena 1906ff. M. Büsgen. Beaumout Elie Jean Baptiste Armand Louis Leonce de. Er entstammte einem alten normannischen Adels- geschlecht. Er wurde am 25. September 1798 in Canon (Depart. Calvados) geboren und erhielt seine Vorbildung im College Henri IV zu Paris. Nachdem er die l^cole polyteclmicjue in Paris mit glänzendem Erfolge besucht hatte, trat er 1819 an die Ecole des Mines über, um sich dem Bergfach zu widmen. 1822 begleitete er mit seinem Studien- freund Dufrenoy den Professor der Geologie Brochant de Villiers nach England, um die dortigen Beigwerksverhältnisse zu studieren. Die Resultate der Reise legte er gemeinschaftlich mit den genannten Forschern in dem Werk Voyage metallurgique en Angleterre (Paris 1827) nieder. Seit 1825 beschäftigte er sich neben Dufrenoy mit der geologischen Erforschung Franki'eichs und Herstellung einer geologischen Karte dieses Landes, die nach 18 Jahren vollendet wurde und in wissenschaftlicher und technischer Beziehung ein Meisterwerk darstellte. 1827 wurde er Professor für Geologie an der ißcole des ^I ines 1832 auch am College de France, 1835 erhielt er das Generalinspektorat der Bergwerke, wurde Mitglied der Akademie und 1856 deren ständiger Sekietär. Weiter wurde er Großoffizier des Ordens der Ehrenlegion, Senator des Kaiser- reichs, seit 1861 auch Vizepräsident des Conseil General des Mines, war also eine sehr einfluß- reiche Persönlichkeit. Großes Verdienst erwarb er sich diuch seine geistvollen Studien über das Alter und die Entstehung der Gebhgssysteme, die er in den Recherches quelques-unes des revolutions de la surface du globe (Paris 1834) und Notices sur les systemes de montagnes (Paris 1852) veröffentlichte. Er suchte darin die He- bungs- und Streichungsrichtungen der Gebirge in gesetzlichen Zusammenhang zu bringen mit der Kugelform und der fortschreitenden Er- kaltung des Erdkörpers. Von 1867 an bis zu seinem Tode am 21. September 1874 in Paris leitete er die geologische Spezialauf nähme Franki-eichs in größerem Maßstabe. Doch wurden diese Qr- beiten durch die Kriegsereignisse sehr verzögert. Außer den genannten sind von seinen Arbeiten besonders wichtig: Observation? geolo- 888 Beauniont — Befrnchtuns,- giques sur les differentes formations dans le Sy- steme des Vosges (Paris 1829); in Gemeinschaft mit Dufrenoy: Memoires pour servir ä une de- scription geologique de la France. 4 vol. Paris 183U bis 1838, 8" und Explication de la carte geologique de la France. 2 vol. Paris 1841 bis 1848, 4"; Sur les emanations volcaniques et metaUiferes. Bull. Soc. geol. de Fr. 1847. IV. p. 1249; LeQons de Geologie pratique (Paris 1845). Literatur. J. Bertrand, Eloges historique etc., Institut de France 1875. — Sainte- Ciaire Deville, Coiq) d'oeil historique sur la Geologie et sur les travaux d'Elie de Beauniont, Paris 1878. O. Marschall. Becquerel Alexandre Edmond. Geboren am 24. März 1820 zu Paris ; gestorben daselbst am 13. Mai 1891. Er war der Sohn von Antoine Cesar Becquerelund wurde Assistent und später Professor der Physik am Conservatoire des arts et metiers in Paris. Becqeurel arbeitete auf dem Gebiet der Optik und Elektri- zität, lieferte die erste brauchbare Photo^-aphie des Sonnenspektrums und der ultraroten Strahlen, stellte Untersuchungen über Phosphoreszenz an. E. Drude. Bec(iuerel Antoine Cesar. Geboren am 7. März 1788 in Chatülon-sur-Loing im Departement Loiret ; gestorben am 18. Januar 1878 in Paris. Er besuchte die polytechnische Schule in Paris, trat 1808 in das Ingenieurkorps ein, machte 1810 bis 1812 unter General Suchet den spanischen Feldzug mit, nahm 1815 aus Gesundheitsrücksichten den Abschied, wurde als Professor am Musee d'Histoire angestellt und widmete sich von da an ausschließlich dem Studium der Physik und Chemie. Becquerel konstruierte — fast gleichzeitig mit Daniell — das erste konstante galvanische Element; ihm verdankt die Physik die exakte Bestimmung der thermo-elektrischen liiäfte. Literatur. Bassal, Eloge biogniphiqiie de A. V. ß., Paris 1879. E, Drude. Becquerel Henri. Geboren am 15. Dezember 1852; gestorben in Paris 1908. Er war der Sohn von Alexandre Edmond Becquerel und trat, 1872 in die ]&cole polytechnique, 1874 in die Ecole des Ponts et des Chaussees, übernahm dann eine An- stellung am Musee d'Histoire, wurde 1889 Mit- glied des Institut des France, 1908 ständiger Sekretär der Akademie in Paris. 1876 veröffent- lichte er eine Abhandlung über die Drehung der Polarisationsebene durch Magnetismus. Eine Untersuchung der Wirkung ultraroter Strahlen auf phosphoreszierende Substanzen führte ihn auf Uran Verbindungen, deren Radioaktivität er 1896 feststellte. Im Elektroskop entdeckte Bec- querel ein Mittel verschiedene Ai-ten von Strahlen zu unterscheiden. Er untersuchte ferner den Magnetismus von Nickel und Kobalt, die Temperatur der Sonne, den Zeemanneffekt. Literatur. Rerue generale des scinices, S. 802 bis 813, 1908. E. Drude. Beer August. Geboren am 31. Juli 1825 in Trier; gestorben am 18. November 1863 in Bonn. Er habilitierte sich 1850 in Bonn, wurde 1855 dort Professor. Beer stellte das unter seinem Namen bekannte Gesetz der Absorption des Lichts in einem Medium auf. E. Drude. Beetz Wilhelm. ^_ Geboren am 27. März 1822 in Berlin; gestorben am 22. Januar 1886 in München. Er habilitierte sich in Berlin, wurde Professor an der Artillerie- schule und am Kadettenhaus, 1855 Professor in Bern, 1858 in Erlangen, 1868 an der tech- nischen Hochschule in München, deren Direk- torium er vonl874bisl877inne hatte. 1876 wurde ihm der persönliche Adel verliehen. Beetz arbeitete über galvanische Polarisation, über Leitungswiderstände in Flüssigkeiten u. a. E. Drude. Befrnchtung. 1. Die sichtbaren Erscheinungen der Be- fruchtung (Morphobiologie der Befruchtung), a) Entstehungsgeschichte der Geschlechtszellen (Gametogenesis). b) Reife Geschlechtszellen, c) Befruchtung und Begattung d) Verlauf der Befruchtung, e) Reifung und Befruchtung bei höheren Pflanzen und Einzelligen, f) Chromo- somenverhäUnisse. 2. Theorie der Befi'uchtung (Verhältnis zu anderen Lebenserscheinungen und biologii-che Bedeutung), a) Verbreitung; Verhältnis zur asexuellen Vermehrung und Rei- fung, b) Befruchtung undEntwickelungserregung. c) Befruchtung und Vererbung. Unter Befruchtung im enger e^n Sinne versteht man jetzt allgemein die Vereinigung zweier Geschlechts- zellen (Sexual-, Fortpflanzungszellen, Ga- meten) und ihre Kerne. Man denkt also dabei nicht, wie dies früher vielfach der Fall war, an eine Bewirkung, also an die Erregung oder Belebung des Eies oder an die Vereinigung zweier Vererbungstendenzen (Amphimixis), sondern an eine Gruppe von Vorgängen, näm- lich an alle die, kraft deren die aufeinander angewiesenen Geschlechtszellen in unmittel- Befi'uchtunff 889 bare Beziehung zueinander treten und sich zu einer neuen Einheit vereinigen (Boveri). Diese Vorgänge nehmen ihren Anfang, nach- dem die Geschlechtszellen durch den Be- gattungs- oder Besamungsakt einander passiv genähert worden waren. Scharf auseinanderzuhalten sind also die Begriffe der Befruchtung einerseits, die der Begattung und Besamung andererseits (s. unten). Im vulgären Sprachgebrauch ist dies nicht der Fall, wie denn beispielsweise von der „Be- fruchtung" der Bienenkönigin beim Hochzeits- flug gesprochen wird. Der Ausdruck findet zunächst, wie aus der Begriffsbestimmung hervorgeht, für solche Organismen, die Geschlechtszellen bilden, also für die vielzelligen Tiere und Pflanzen, Anwendung. In physiologischen Betrachtun- gen allgemeiner Art versteht man jedoch darunter auch die Vorgänge bei Einzelligen, die dem Befruchtungsakt der höheren Tiere und Pflanzen homolog sind, also die Verbin- dung zweier Individuen oder die Kon- jugation im weiteren Sinne. Fig. 1. Differen- zierung der Ge- schlechtszellen bei Chironomus (Vier- bis Achtzellenstadi- um). Oben die Teilungen der Soma- kerne, unten die der Urgeschlechts- zelle. Nach Has- per. I. Die sichtbaren Erscheinungen der Befruchtung (Morphobiologie der Be- fruchtung). I a) Entstehungsge- schichte der Geschlechts- zellen (G a m e t 0 g e n e s i s). Bei den vielzelligen Tieren, von denen die folgende Darstellung zunächst ausgeht, lassen sich in vielen Fällen die Keim- zellen, wie man ganz allgemein die Aus- gangselemente oder Aszendenten der be- fruchtungsfähigen Geschlechtszellen im Gegensatz zu den somatischen, Soma-, Körper- oder G e w e b s - Zellen zu nennen pflegt, von frühen Stadien der Embryonalentwickelung an verfolgen. Zu- erst ist für einige Dipteren gezeigt worden, daß sich schon in den allerersten Stadien der Eientwicklung, bei C h i r o n o m u s (Fig. 1) schon im 4-Zellen-Stadium, die Keimzellen (Pol-, Urgeschlechtszellen) von dem übrigen Zellmaterial absondern, um später den ge- nerativen Elementen den Ursprung zu geben. Vollkommen sichere Beobachtungen hegen auch für den Pferdespulwurnr und für die Copepoden vor. Bei beiden läßt sich die ganze Zellenfolge, die vom befruchteten Ei zu der ersten Aiüage der Gesclüechtsdrüsen oder Gonaden führt und in welcher allmäh- hch das der Fortpflanzung dienende germi- native oder propagatorische ZeUen- material von den somatischen (ekto-, ento-, mesodermalen) Elementen abgetrennt wird, auf Grund bestimmter, bei den einzelnen Teilungsakten auftretender histologischer Eigentünüichkeiten Schritt für Schritt ver- folgen. Man nennt diese Zellenfolge (siehe bei- folgendes Schema) die K e i m b a h n oder besser die erste, d i f f e r e n t i e 1 1 e oder somato-germinative Keimbahnstrecke; die in dieser direkten Deszendenz gelegenen KeimbahnzeUen, von welchen einerseits wieder KeimbahnzeUen, andererseits die Ursomazellen, d. h. die Ausgangszeilen der Embryonalgewebe abstammen, werden auch als Stammzellen bezeichnet. Ferner wird für die ersten Generationen der eigentlichen Keimzellen oder rein germinativen Zellen, von welchen keine Ursomazellen mehr, sondern nur noch pro- pagatorische Zellen, sowie funktionell abge- änderte oder abortiv werdende Schwester- elemente, Nährzellen, Richtungskörper usw. stammen, die Bezeichnung Urgeschlechts- zellen oder Urgenit alz eilen angewandt. In einzelnen Fällen empfiehlt es sich, die erste rein germinative Zelle als U r - geschlechtsmutterzelle von ihren Ab- kömmlingen, den Urgeschlechtszellen oder Urgenitalzellen im engeren Sinne, zu unter- scheiden (s. Schema). Es ergibt sich also folgendes Schema: Befruchtetes Ei / \ 1. Stammzelle ^) 1. Ursomazelle 2. Stammzelle 2. Ursomazelle / n. StammzeUe Urgesclilechts- n + 1. Ursomazelle mutterzeUe Urgeschlechtszellen ^) Mitunter whd das befruchtete Ei selbst als 1. Stammzelle gerechnet. 890 Befruchtime,- Die Stamm- oder Keimbahnzellen können nun erstens durch einen besonderen Kern- teilungsverlauf ausgezeichnet sein. Beim Pferdespulwurm (Ascaris megalo- cephala) z. B. treten bei der ersten Teilung des befruchteten Eies lange, schleifenförmige Chromosomen auf. Dieser Chromosomen- typus (vgl. Fig. 2 in der Zelle Pj) erhält sich in den Teilungen der Stammzellen bis zum 5. oder 6. Teilungsschritt, der die beiden ürgeschlechtszellen liefert. In den Schwesterzellen der Stammzellen, den U r - somazellen, findet dagegen im Ver- lauf der Teilung eine sogenannte D i m i - nution statt (Fig. 2 Si): Die verdickten Enden der Chromosomen werden abgestoßen und später im Cytoplasma resorbiert, wäh- rend die durch Segmentierung der mittleren Chromosomenabschnitte entstehenden körn- ^v .^ ^ RU Zellen einschließlich des ungeteilten Eies da- durch gegenüber den anderen Embryonal- zellen ausgezeichnet, daß bei ihrer Teilung im Umkreis des einen Pols der Teilungsfigur färbbare Körnchen (Außenkörnchen, Ekto- somen) offenbar als Nebenprodukte des Stoff- wechsels zur Abscheidung kommen (Fig. 3). Diese Gebilde gelangen, wahrscheinlich zu- sammen mit dem sie produzierenden, be- sonders beschaffenen Keimbahnplasma, bei der Teilung in diejenige Schwesterzelle, Fig. 2. Pifferenzieruiig der Geschlerlitszellen bei Ascaris (Zweizellenstadium). Sj erste Ur- somazelle, Pi erste Staramzelle, RK Richtungs- körper. Nach Boveri. chenförmigen Teilchromosomen allein den mitotischen Prozeß durchführen. In den Ab- kömmlingen der Ursomazellen treten bei der Teilung von vornherein kleine körnchenför- mige Chromosomen auf. Auch bei den Copepoden (besonders bei Cyclops), bei denen übrigens pathologischer- W'Cise auch ein dem Diminutionsvorgang von Ascaris ganz ähnlicher Prozeß vorkommen kann, wird der in der ersten Furchungs- teilung auftretende besondere Kern- teilungstypus (eine Abart des aus dem Salamanderhoden bekannten he t er o typi- schen Modus) innerhalb der Keimbahn bis zur Teilung der Urgeschlechts- mutterzelle festgehalten. Hier unter- scheiden sich aber die Stammzellen noch durch einen zweiten Punkt von den Ursoma- und den übrigen Embryonalzellen. Im nor- malen Verlauf sind nämlich die Stamm- Fig. 3. Geschlechtszellendifferenziening bei Kope- poden (Zwei- bis Vierzeiler Stadium ). a die bei der ersten Teilung gebildeten alter Körnchen, n die Avährend der zweiten Teilung in der Stammzelle sich bildenden Körnchen. welche die Stammzelle der folgenden ZeU- generation darstellt, verschmelzen hier wäh- rend des Ruhestadiums zu unförmigen Klum- pen und werden resorbiert. Während sich die letzte Stammzelle, die Urge sohle chts- mutterzelle, teilt und so die paarigen Ür- geschlechtszellen bildet, treten die Körnchen nicht mehr einseitig, sondern im ganzen Um- kreise der Teilungsfigur auf, ein Hinweis darauf, daß diese Zellen nur noch Keim- bahnplasma enthalten. Die Körnchenzellen stellen also die direkten Etappen der Keim- bahn dar. Drittens können die StammzeUen von den übrigen Embryonalzellen dadurch unter- schieden sein, daß sie hinter ihnen hinsicht- lich der Teilungsgeschwindigkeit mehr und mehr zurückbleiben (,, zunehmende Phasen- differenz"). Dies ist z. B. auch wieder bei den Copepoden (Fig. 3) und ebenso bei Sagitta der Fall. Viertens üben die Stammzellen auf ver- schiedene Körper von anscheinend mehr ! passiver Beweglichkeit eine Art Anziehung aus. So liegen z. B. die Verhältnisse beim Pfeilwurm (Sagitta), wo ein kompakter, stark färbbarer (,,nucleolider") Körper, der den degenerierten Kern einer eingewanderten Epithelzelle darstellen soll, und späterliin seine brockenartigen Zerfallsprodukte inner- halb der Keimbahn von Zelle zu Zelle über- mittelt werden. Auch bei anderen Formen Befruchtuno: 891 sieht man rundliclie Körper von schaumiger Struktur oder körnige Substanzmassen früher oder später in eine engere Beziehung zu den Keimbahnzellen treten, wodurch diese histo- lich nach längerer Ruhepause, sich zu ver- mehren beginnen, oder, falls im Embryo von vornherein eine größere Anzahl vorhanden ist, sich enger zusammenschließen, entstehen, logisch gegenüber den Somazellen hervorge- unter Beteihgung anderer (mesodermaler oder hoben werden : Dies gilt für die ,,Kopulations- 1 mcsenchymatischer) Embryonalzellen, die zu- zelle" der Daphniden, für den eingewanderten nächst geschlechtUch indifferent erscheinen- zweiten Richtungskörper bei den Kopepoden, den Geschlechtsdrüsen oder (} o für den übrig gebliebenen Keimbläschen- nucleolus (Metanucleolus) bei parasitischen Hymenopteren usw. n a d e n . In einer bestimmten Entwickhmgsphase läßt sich dann der Geschlechtscharakter der Auch in der zweiten, rein-germinativen Gonaden unterscheiden ; im H o d e n (Testis) Keimbahnstrecke, die sich von der Entstehung der A Urgeschlechtszellen bis zur Bildung der reifen Fort- pflanzungselemente er- streckt, kann die direkte Aszendenz der letzteren durch besondere Strukturen gekennzeichnet sein. So ist im Ovarium von Dytiscus bei den Teilungen, welche zur Bildung einerseits der unreifen Eizelle, andererseits der Nährzellen führen, die direkte Vorfahrenreihe der erstcren, also die Keim- bahn, durch eine färbbare Masse (den G i a r d i n a - sehen Ring) gekennzeich- net, welche sich vor jeder Teilung vom Kern der Keimbahn '.eile abspaltet, während der Teilung passiv liegen bleibt bilden sich die indifferenten Geschlechtszellen (Fig. 4 A) und nach der Teihuig "dem Kern zu Ursamenzeilen oder Sperma- der nächstfolgenden Vorfahren zelle wieder jtogonien. im Eierstock (Ovarium) zu U r e i z e 1 1 e n oder 0 v o g o n i e n (Oogonien) Fig. 4. Differenzierung der Keim- und Nährzellen in den Ei- röhren von Dytiscus. Nach G 1 a r d i n a. A Lage des Rings im Aequatorialplattenstadmm, B Vereinigung mit demjenigen Tochter- kern, welcher in der Keimbahn selber liegt. einverleibt wird (Fig. 4B). BezügHch der Entstehung und physiolo- gischen Bedeutung aller dieser Strukturen sowie ihrer gegenseitigen Beziehungen be- steht noch keine Uebereinstimmung der Auf- fassung, jedenfalls steht aber fest, daß die ' ihren Anfang zu nehmen Keimbahnzellen in vielen Fällen von den In beiden Fällen hat man zunächst eine Somazellen histologisch und physiologisch 1 Teilungs- oder Vermehrungsperiode zu scharf unterschieden sind, sei es daß sie ge- ' unterscheiden, während welcher die Spermato- um und damit beginnen die Prozesse der S a m e n b i 1 d u n g oder Sperma- togenesis (Spermiogenesis) und der E i - b i 1 d u n g oder Ovogenesis (Oogenesis) wisse Besonderheiten im Ablauf der Kern- teilung zeigen oder daß sie zur Produktion bestimmter Stoffe allein befähigt sind oder endlich daß" sie bei der Teilung infolge der chemischen oder physikahschen Besonder- heit ihres Protoplasmas gewisse bewegliche Körper verschiedener Herkunft an sich ziehen. Auch bei verschiedenen Wirbeltieren (Fischen, Amphibien, Reptilien) konnten schon in frühen Entwickehmgsstadien, noch vor dem Auftreten der leistenförmigen Geschlechts- drüsenanlagen (Genitalleisten), die Keim-oder Urgeschlechtszellen nachgewiesen werden, jedoch ist bei ihnen eine Ableitung von be- stimmten Furchungszellen bisher nicht mit Sicherheit möglich gewesen. Lidem die Urgeschlechtszellen, gewöhn- gonien und Ovogonien einer mehr oder weniger lebhaften Vermehrung unterhegen. In schlaucfhörmigen Geschlechtsdrüsen und bei einer mehr kontinuierUchen Geschlechts- zellenbildung hebt sich eine bestimmte Zone von häufig syncytialem Charakter, die Keim- zone, ab, die mit den aufeinanderfolgenden Generationen der Ursamen- oder Ureizellen angefüllt ist (Fig. 5kz), In der nun folgenden Wachstums- Periode oder Wachstumszone tritt zu- nächst wieder ein Stillstand in der Ver- mehrungstätigkeit ein: namentlich im weib- hchen Geschlecht erfahren die aus der letzten ovogonialen Teilung hervorgegangenen Ei- mutterzellen oder Ovocyten erster Ordnung (unreife Eier, Eierstockseier, Vor- 892 Befrueliüme,' eier, Fig. 5 ooc) entweder noch im Ovarium (Säugetiere) oder zum Teil erst in den Ovi- dukten (Copepoden) eine beträchtliche Größenzunahme, welche im wesentMchen durch die Abscheidung von Dottermaterial (Fig. 5 ooc) im Eiplasma bedingt ist, Aväh- rend im männhchen Geschlecht in den führt. Unmittelbar darauf wiederholt sich der gleiche Prozeß (Fig. 7d bis e) und es kommt zur Bildung der reifen Eizelle und des zweiten Richtungskörpers (Fig. 7erk"). Zuweilen erfolgt gleichzeitig mit der zweiten Reifungsteilung eine mehr oder weniger regelmäßige Teilung des ersten Fig. 5. Ovarium eines Copepoden (Canthocamptus). Etwas schematisiert. Samenmutterzellen oder Spermato- cyten erster Ordnung das Wachstum weniger stark hervortritt und nur in seltenen Fällen (z. B. bei Ascaris, Fig. 6 a) eine Dotterbildung zustande kommt. In der folgenden Periode der Samen- und Eibildung, in der Reifungsperiode oder in der Reifungszone, zeigen abermals die männlichen Elemente die einfacheren Ver- hältnisse. Auf Grund zweier sukzessiver Tei- lungen, der Reif ungsteilun gen (Fig. 6b bis d und e). verwandeln sich die Samenmutterzellen (Spermatocyten erster Ordnung) in zwei Samentochter zellen (Spermatocyten zweiter Ordnung, Fig. 6d) und vier Samenzellen (Sperma- tiden, Fig. 6e). Im weiblichen Geschlecht pflegt der Kern der Eimutterzellen , das Keimbläschen, meist unter beträchthcher Volumenverminderung (vgl. Fig. 7 a und b) vom Eizentrum an die Peripherie zu wan- dern und gleichzeitig die späteren Prophasen und früheren Metaphasen der Teilung zu durchlaufen. Die erste Teilungsfigur (Fig. 7b) bleibt in sehr vielen Fällen längere Zeit im Zustande der späterenMetaphase an der Peri- pherie liegen, eine Bereitschaftsstellung, während welcher dann die Samenzelle in das Ei eintritt, also die Befruchtung eingeleitet wird und in vielen Fällen auch die Eiablage stattfindet. Es erfolgt eine asymmetrische Zellteilung (Fig. 7c), die zur Bildung einer großen Eitochterzelle (Ovocyte IL Ordnung, Fig. 7c o) und einer kleinen rudimentären Zelle, des ersten Richtungskörpers (rk') Richtungskörpers, so daß im ganzen drei Richtungskörper gebildet werden. Im Fall der Parthenogenesis (Entwickelung olme Be- fruchtung) werden entweder zwei (Honig- biene, Ameisen, Gallwespen, einzelne Schmetterlinge, wie Liparis dispar) oder nur ein einziger Richtungskörper (Rotatorien, Cladoceren, Ostracoden, Aphiden) gebildet. Bei Artemia sali na werden entweder zwei Richtungskörper gebildet, in welchem Falle der zweite Richtungskörper sich nachträglich wieder mit dem Eikern vereinigt, oder es kommt nur zur Ausstoßung des ersten Richtungskörpers. Findet die Bildung der Richtungskörper noch vor der Abscheidung der Eimembran (Dotterhaut) statt, so können sich die Richtungskörper vollkommen vom Ei ab- trennen (Seeigel), andernfalls gehen sie ent- weder eine engere Verbindung mit der Ei- membran ein (Ascaris) oder es kann wenigstens der zweite ins Ei zurückwandern, wobei zuweilen eine Anziehung durch be- stimmte Zellen erfolgt (Copepoden s. oben S. 891). Es kann keinem Zweifel unterliegen, daß die Reifungsteilungen bei der Samen- und Eibildung staramesgeschichtlich und physio- logisch einander entsprechen und daß also Ei- und Richtungskörper einerseits und die vier Samenzellen andererseits eine homologe Zellgeneration darstellen. An die Reifungsperiode schließt sich be- sonders in der Samenbildung noch eine weitere Periode, die U m w a n d 1 u n g s - Befruchtung 893 p e r i 0 d e an, während deren die Metamor- phose der Samenzellen in die befruciitungs- fähigen Samenfäden, S ]) e r m a t o - z 0 e n oder Spermien stattfindet. Cha- rakteristische Momente des Umwandhuigs- prozesses sind speziell bei den typischen flagellatenähnlichen Spermatozoenformen, den Samenfäden im engeren Sinne: die Ver- doppelung des Centrosomas der Samenzelle innerhalb seiner „Sphäre" (Fig. 8 As) und seine Verlagerung an den Zellenrand (B c. a und c . p) ; Bildung des Mittelstückes oder Spermien- Fig. 6. Spermatidenbilduug bei Ascaris. Nach Brauer, a Spermatogonie. b Spermatocyte I. 0. c und d erste, e zweite Reifungsteilung. halses unter Beteiligung des inneren oder vorderen Centrosomas (B, C ca); Aus- wachsen des Schwanzfadens vom äußeren oder hinteren Centros()ma aus (B c.p); Streckung und Verdichtung des Kernes sowie Zurückbildung des größten Teiles des Cytoplasmas bis auf einen dünnen, den Kern -^^-Ci,, Fig. 7. Richtungskörperbildung bei Cyclops gracilis. Nach Matscheck. e schematisiert nach Bildern bei Cyclo ps viridis, a Keim- bläschen, b und c erste, d und e zweite Reifungs- teilung, rk' erster, rk" zweiter Richtungskörper, 0 Ei. 6 /^/i'^.^-^/. 894 Befi'uchtime- Fig. 8. Sanienbildimg bei Sala- m a n d r a maculosa. Nach il e V e s und W a 1 d e y e r. ann ringförmiges hinteres Zentrosom, e.a und c. p vorderes und hinteres Cenrosom, cy Cytopkisma, f.princ filum prmcipale (Hauptfaden) des Schwanzes, idz Idiozom, n Kern, s Sphäre, sp Spindelrest, vag Schwanzscheide (durch Einstül- pung des hinteren Zellpols ent- standen). --c.p Restteil des achroma- tischen Teilungsappa- rates (Sphäre = Cen- trosomahülle, A s oder Spiudelrest A sp) dar- stellt und als Idiozom bezeichnet zu werden pflegt. Auch einige Eier durchlaufen teils vor, teils nach der Be- fruchtung eine Meta- morphose. Letzteres gilt z. B. für das Vogelei, welches beim Eintritt in den Eileiter nur von der als Zell- membran zu deuten- den Dotterhaut um- geben ist und inner- halb des drüsenreichen Eileiters mit akzes- sorisclien Hüllen (Ei- weiß und Kalkschale) versehen wird. ib) Reife Ge- schlechtszellen. Die reifen Geschlechts- zellen der beiden Ge- schlechter sprechend schiedenen zeigen ent- den ver- speziellen Funktionen, die sie ab- f . princ umgebenden Belag (D cy); Ausbildung des | gesehen von ihrer gemeinsamen, für die Ait- Spitzenstückes (C bis E idz) unter Beteiligung | erhaltung und Ai'tbildung anzunehmenden eines Körpers, der wahrscheinlich einen von | Bedeutung haben, bei den meisten Viel- der zweiten Reifungsteilung übriggebliebenen | zelligen eine weitgehende morphologische Befruchtung 895 Differenzierung. Die männlichen Geschlechts- zellen, denen die spezielle Aufgabe zufällt, das Ei aufzusuchen, in sein Inneres einzu- dringen und die jungen Keime zur Teilung anzuregen, sind in der Regel sehr kleine, mit einem lokomotorischen und einem Bolir- Fig. 9. Samenfaden von Salamandra. Nach Ballowitz. apparat ausgestattete Zellen, welche außer- dem besondere Differenzierungen beher- bergen, von welchen aus der Teilungsmecha- nismus des befruchteten Keimes in Gang gesetzt wird. Die weibhchen Geschlechts- zellen dagegen, welche bei dem Befruchtungs- akt selber eine mehr passive, zuwartende Rolle spielen, andererseits aber das ganze Material oder wenigstens die ersten Grund- lagen für den Aufbau des Embryos zu hefern haben, sind große, unbe weghebe Zellen, die mehr oder weniger reich mit Nährmaterial (Dotterelementen) ausgestattet sind und außerdem verschiedenartige, teils der Er- nährung, teils dem Schutze des Embryos dienende Hüllen besitzen. Die Vielseitigkeit der Funktion der männ- hchen Zellen kommt besonders deutlicli im Bau der flagellatenähnhchen Spermien, der Samenfäden im engeren Sinne, zum Aus- druck. So zeigen beispielsweise die Samen- fäden der urodelen Ampliibien (Fig. 9) fol- gende Abschnitte: das Spitzen stück (Bohrapparat sp) mit Widerhaken, der Kopf (der eigenthche Zellkörper k) mit dem Kern, das M i 1 1 e 1 s t ü c k (m) mit zwei hinter- einander gelegenen, vom Centrosoma der un- reifen Samenzelle abzuleitenden Differenzie- rungen (Fig. 8 B bis D c.a und c.p), und der S c h w a n z f a d e n mit der unduherenden Membran (Fig 9 u .m), d. h. einem dem Haupt- faden (hf) angelagerten, la'ausenartig ge- falteten, mit offenbar kontraktilem Rand- faden (rf) versehenen Saum, dessen wellen- förmige Kontraktionen zweifellos die Vor- wärtsbewegung des Samenfadens bewirken. Die am einfachsten gebauten Samenzellen sind wohl die rliizopodencähnlichen mancher Wasserflöhe (Cladoceren), zu den komplizier- testen gehören die der dekapoden Krebse. Bei diesen ist der Schwanzfaden zu einer Art von Explosionsapparat umgewandelt, welcher bei Eindringen von Wasser zur Entladung kommt und den Kopf der Zelle in das Ei hereintreibt. Besondere Vorkommnisse sind die Riesen- spermatozoen sowie die zweiköpfigen und zwei- kernigen Samenzellen , die beispielsweise beim Menschen als abnorme Bildungen auftreten, die paarweise gekuppelten Samenfäden bei Schwimm- käfern (D}'tiscus) und Beuteltieren (Didelphys), sowie die regelmäßig dimorphen Elemente bei Prosobranchiern und Spinnern. Bei ersteren treten neben haarförmigen, normalkernigen (eupyrenen) wurmförmige Spermien mit un- vollständigem Kerne (oligopyrene), bei letzteren normalkernige und kernlose (apyrene) auf. Während über die Bedeutung dieses Di- morphismus nichts Sicheres bekannt ist, scheint das Auftreten abortiver, richtungskörperähn- licher Samenzellen bei Bienen und Wespen, Rebläusen und Blattläusen mit dem unter f zu besprechenden, verschiedenen Chromosomen- bestand der Samenzellen vieler Tiere und also mit der G e s c h 1 e c h t s b e s t i m m u n g zu- sammenzuhängen. Zu den am höchsten differenzierten tieri- schen Eiern gehören die der Vögel (Fig. 10). Hier wird die eigenthche Eizelle (Eimutter- zelle oder Ovocyte I. Ordnung) durch die im Eierstock zur Entwicklung kommende Dotter- kugel, das Gelb ei gebildet. Der Zell- 896 Befruchtuii"' membran entspricht die Dotterhaut (dh); der Kern, das sogenannte Keimbläschen, ist in eine peripher gelagerte, linsenförmige Ansammlung feinkörnigen Zellprotoplasmas eingebettet, die die Bezeichnungen Keim- scheibe, Bildungsdotter, Hahnen- tritt (k) führt; der Zelleib ist von dem Nährmaterial dicht erfüllt, welches als weißer N a h r u n g s d o 1 1 e r hauptsäch- lich eine zapfenförmige, der Keimscheibe als Unterlage dienende Innenmasse, die L a - tebra (1), bildet, als gelber Nahrungs- dotter dagegen in konzentrischen, die Latebra schalenförmig umgebenden Schichten abgelagert ist. Nach dem Uebertritt in den Eileiter wird die Eizelle noch von mehreren akzessorischen Hüllen, der Eiweißhülle (ei). Schalenhaut (sh) und Kalk- Fig. 10. Vogelei im Medianschnitt. schale (ks) umgeben, die je noch eine besondere Differenzierung aufweisen können: es sind dies die H a g e 1 s c h n ü r e oder C h a 1 a z e n (ch), zwei spiralig gedrehte und wahrscheinlich als Puffer dienende Eiweiß- stränge; die Luftkammer (Ik), ein linsen- förmiger Kaum, der durch Auseinander- weichen der beiden Schalenhautlamellen am stumpfen Eipol gebildet wird und ein Luft- reservoir für das ausschlüpfende Junge dar- stellen soll; und die Pigmentablagerungen der Kalkschale, die als Schutz gegen direkte In- solation und vielfach auch als Maskierung (Schutz gegen Sicht) dienen. Als Einlaßpforten für die Samenzellen dienen bei den Eiern vieler Tiere die Mikro- pylen, einfacher oder komplizierter ge- baute Oeffnungen, welche bei Mollusken und Knochenfischen die Dotterhaut, bei den In- sekten die hier als Chorion bezeichnete akzes- sorische Eihülle durchsetzen. Bei der Konjugation der Einzelligen sind die Paarlinge oder Gameten vielfach von gleicher Größe (I s 0 g a m e t e n , I s o s p o r e n) , in anderen Fällen treten Gegensätze ähnlich denen zwischen Samen- und Eizelle hervor: so finden sich namentlich bei Sporozoen (Coccidien und Hämosporidien) ungleiche Gameten (A n - isogameten, Anisosporen), nämlich große, unbewegliche, eiähnliche Makro- gameten und kleine, bewegliche, spermien- ähnliche Mikrogameten. In jenem Fall wird von einer Jsogamie (Homogamie), in diesem Fall von einer Anisogamie (Heterogamie) gesprochen. Auch bei den vielzelligen Pflanzen sind die männlichen Elemente gegenüber der Eizelle viel- fach durch Beweglichkeit gekennzeichnet. Ins- besondere gilt dies für die mit Cilien ausgestatteten Spermatozoiden der Fucaceen, Chara- ceen, Moose und Gefäßkryptogamen sowie von Cycas und Gingko, aber auch die spiralig ge- wundenen generativen Pollenkerne der Angio- spermen scheinen nach dem Erguß des Pollen- schlauchinhaltes in den Embryosack aktive, drehende Bewegungen auszuführen, um den Ei- kern bezw. die beiden Polkerne zu erreichen (N a w a s c h i n). ic) Befruchtung und Begat- tung. Die passive Annäherung und Be- gegnung der reifen Geschlechtszellen wird bei den Metazoen durch die Begattung (Kopulation) oder Besamung bewirkt. Bei der direkten inneren Begattung werden die Samenzellen mittels des männlichen Kopulationsorganes oder Penis direkt in die weiblichen Organe übertragen. Dies ist z. B. bei vielen Plattwürmern (Trematodeu, Cestoden), bei Mollusken, Insekten, Haien, Keptilien, einzelnen Vögeln (Ratiten, Enten, einigen Hühnervögeln) und Säugern der Fall. Dabei werden die Samenzellen entweder zu- sammen mit einer eiweißartigen Flüssigkeit (liquor seminis) entleert, die der ganzen Masse, dem Sperma, eine milchartige Beschaffenheit verleiht, oder sie sind zum Zweck der Ueber- tragung zu paketartigen, von einer chitinigen oder gallertigen Hülle umgebenen Komplexen, den Samenpatronen oder Sperma- tophoren, vereinigt. Bei einigen Poly- claden und bei Rotatorien wird der Penis in die Haut des Weibchens eingestochen und das Sperma in den Körper injiziert. An der Erzeugung des Liquor seminis, dem in erster Linie die Funktion zukommt, die Be- weglichkeit der Samenzellen durch Nahrungs- zufuhr hervorzurufen und zu unterhalten, sind bei den Säugern, insbesondere beim Menschen, wohl die meisten Teile des männlichen Geschlechts- apparates sekretorisch beteiligt, insbesondere die Nebenhoden, Samenleiterampullen, Samen- blasen und Prostatadrüsen, Auf dem Gebiet der Wirbellosen ist hinsichtlich der Entstehung des flüssigen Substrates der Samenzellen und der Bedeutung der „Prostatadrüsen" (Gastro- poden, Hirudineen) wenig Sicheres bekannt. Dagegen liegen über die Entstehung der Sper- matophorenhüllen, z. B. bei Helix, sehr genaue Angaben vor (Meisenheime r"». Bei der indirekten inneren Begattung wird das in Samenpatronen vereinigte Sperma auf eine mehr mittelbare Weise übertragen. Ent- weder werden die Samenpatronen während Befruchtung 897 der Kopulation dem "Weibchen angeheftet, worauf die Samenzellen uachträglicTi in die weibliche Samentasche (receptaculnm se- minis) übergeführt werden (Kopepoden) oder durch die Haut hindurch in die Nähe der Eier gelangen (manche Polycladen und Hiru- dineen). Oder es findet die Uebertragung durch besondere Apparate (modifizierte Kie- ferfühler der Spinnen, besonders differenzier- ter Kopfarm oder Hectocotylus bei Cephalo- poden) statt oder es wird im Laufe der Liebes- spiele die Samenpatrone vom Männchen ab- gelegt und dann von dem darüber kriechen- den Weibchen in die Geschlechtsöffnung auf- genommen (urodele Amphibien). Bei der äußeren Begattung kommt die Vereinigung der Geschlechtszellen in der Weise zustande, daß während der Umklammerung des Weib- chens durch das Männchen die Fortpflan- zungselemente der beiden Geschlechter gleich- zeitig ins Wasser austreten (Batrachier), während bei der freien Besamung die Abgabe und Vereinigung der Geschlechtszellen olme Berülnung der Elterntiere erfolgt (Medusen, Echinodermen, Fische). Die Begattung braucht nicht unmittelbar von der Befruchtung gefolgt sein. In den Fällen z. B., in welchen die Samenzellen vom Weibchen in einer Samentasche aufbewahrt werden, kann die Befruchtung durch Monate (Feuersalamander) oder mehrere (4 bis 5) Jahre (Honigbiene) von der Begattung ge- trennt sein. Aber auch dann, wenn keine besonderen Aufbewahrungsorte vorhanden sind, kann ein längerer Zeitraum zwischen beiden Vorgängen verstreichen. So findet bei den Fledermäusen die Begattung im Herbst statt, während die Loslösung der Eier aus dem Eierstock und ihre Befruchtung durch die im Uterus aufbewahrten Samenzellen erst gegen das Frühjahr hin erfolgt. Beim Menschen können sich die Spermien eine Woche lang innerhalb der weibUchen Ge- schlechtswege befruchtungsfähig erhalten, beim Haushuhn ist dies etwa 10 bis 14 Tage lang der Fall, so daß ein Begattungsakt für die Befruchtung von etwa fünf aufeinander- folgenden Eiern genügt. Nachdem die Geschlechtszellen durch die Begattung oder Besamung einander passiv genähert sind, wird ihre endgültige Verbin- dung durch das aktive Bewegungsvermögen der Samenzellen (vgl. unter b) hergestellt. Dabei spielen chemotropische, vom Ei oder dem weibhchen Geschlechtsapparat aus- gehende Reizwirkungen eine wichtige Rolle, wie namentlich die Anlockung der Samenfäden der Farne durch die vom Archegonium abge- schiedene Apfelsäure lehrt (Pfeffer). Auch Stereotropismen können in Betracht kommen, worauf z. B. die Beobachtung hinweist, daß die Spermatozoen der Küchenschabe durch Flächen angezogen werden. Haudwörterbuch der Naturwissenschaften. Band I. Alle diese Reizwirkungen sind spezifischer Natur, sie machen einen Teil der sexuellen Aflinität aus, d. h. der Wechselwirkung, durch die befruchtungsbedürftige Zellen verwandter Art nach erfolgter Begattung oder Besamung zu endgültiger Annäherung und Verbindung und zur Durchführung des Befruchtungsaktes veranlaßt werden. Die Unmöghchkeit einer erfolgreichen Paarung zwischen Angehörigen verschiedener Arten kann auf instinktiver, vielfach durch den Geruchsinn vermittelter Abneigung oder auf Kopulationshindernissen mechanischer Art (sehr verschiedener Größe der Tiere, mangehide Harmonie der Kopulationsorgane) oder aber auf dem Fehlen eben jener sexuellen Affinität beruhen. Im letzteren Fall kann außer dem mangehiden Chemo- und Stereotropis- Fig. 11. Ei von Physa mit zentral gelegener erster Richtungsspindel, sp Spermakern. Nach Kostanecki und Wiercesjki. mus die Undurchlässigkeit der Eihäute oder Mikropylen für artfremdes Sperma oder auch mangelnde Anziehung zwischen den Ge- schlechtskernen in Betracht kommen. Die instinktive Abneigung kann durch Domestikation gebrochen oder ebenso wie die mechanischen Schwierigkeiten durch künstliche Befruchtung überwunden werden (z. B. Begattung von weißen Mäusen durch Lijektion von Rattensperma). Auch der Mangel einer sexuellen Affinität läßt sich in gewissen Fällen durch Verändenmg der Kon- zentration oder der chemischen Zusammen- setzung des Mediums unwirksam machen. Seeigeleier können z. B. bei Erhöhung der Alkallinitätdes Seewassers (Zusatz von NaOH) durch Sperma von Seesternen, Schlangen- sternen oder Haarsternen (Antedon) zur Ent- wickelung gebracht werden (L o e b , G o d - 1 e w s k i), p, es kann auf diese Weise sogar eine wirksame heterogene Befruchtung von Seeigeleiern durch das Sperma von Mollusken herbeigeführt werden (K u p e 1 w i e s e r). I d) Verlauf der Befruchtung. Bei den Metazoen nimmt der Befruchtungs- 57 898 BeJEnichtung prozeß seinen Anfang mit dem Eindringen einer oder mehrerer Samenzellen in das Ei und schließt ab mit der Kopulation von Sper- makern und Eikern. Das Eindringen erfolgt vieKach während der Metaphasen der ersten Keif ungsteilung , sei es, daß die erste Tei- lungsfigur (1. „Richtungsspindel") noch im Zentrum des Eies (Fig. 11) oder schon in der Peripherie (Fig. 12) gelegen ist, seltener, z. B. bei den Seeigeln, nach vollkommener Durchführung der beiden Reifungsteilungen. /^0°o ?,°o' O O O O %^o o O 0 °„ V 0°n OOn^,^o \n 0 0 0/ Vo ooOo°>^sp Fig. 12. Ei von Cyclops brevicorjnis mit peripher gelegener erster Richtungsspindel. . sp stiftförmiger Spermakern. < Bei manchen Formen kommt das Eiplasma der eindringenden Samenzelle durch Vorwölbung eines Empfängnishügels entgegen (Fig. 13A eh). Bei den meisten Metazoen dringt normalerweise nur eine Samenzelle ein (Monospermie), und speziell bei dem klassi- schen Objekt der Befruchtungslelu-e, beim Seeigel, schützt sich das Ei im Moment des Eindringens des Spermakopfes dadurch gegen Ueberbefruchtung, daß eine für weitere Sper- matozoen undurchdringhche Dottermembran oder Eihaut gebildet wird (s. unter 2b). Im Gegensatz zur pathologisch verlaufen- den Ueberbefruchtung steht die physiologische Polyspermie, bei der normalerweise mehrere Samenzellen in das Ei eindringen, aber aller- dings nur ein Spermakern mit dem Eikern in Verbindung tritt. Eine derartige Mehr- befruchtung wird als regelmäßiges Vorkomm- nis bei Haien, Reptihen, Vögehi, als häufiges bei Amphibien, Insekten und Spinnen beob- achtet. Es handelt sich im allgemeinen um große dotterreiche Eier, und man wird die Bedeutung des Vorganges darin zu suchen haben, daß durch eine Mehrheit der eindrin- genden Samenzellen die Aussicht des Eikerns, möghchst bald bezw. im richtigen Zustande mit einem Samenkern zusammenzutreffen, vergrößert wird. Sehr Jiäufig, so z. B. beim Seeigel, dringt vom Spermatozoon nur der vordere Teil, ein- schheßMch des Mittelstückes, in das Eiplasma ein (Fig. 12, 13A), während der Schwanzfaden in der Eihülle (beim Seeigel in der Dotterhaut) stecken bleibt. In zahlreichen anderen Fällen, so bei Turbellarien, Gastropoden (Fig. 11) und manchen Wirbeltieren, z. B. bei der Fledermaus (V e s p e r u g 0), wird auch der Schwanzfaden in das Ei hineingezogen. Er ist dann als ein in Schlingen gelegter Faden noch während der Durchführung der ersten Richtungsteilung (Fig. 11), zuweilen aber, so^bei der Fledermaus, noch während der Fig. 13. Eindringen der Samenzelle im Seeig hügel, k Kopf, s Sphäre, ss Spermastrahlung. Matthews. Fig. 14. Teilung des Spermozentrums bei Cyclops strenuus. Nach Rückert. Annäherung der beiden Geschlechtskerne wahrzunehmen. Früher oder später fällt aber der eingedrungene Schwanzfaden ebenso wie das Spitzenstück der Resorption anheim, während das Cytoplasma des Kopfes und Mittel- stückes so vollständig mit dem Eiplasma ver- schmelzen, daß sie nicht ^^ , / / mehr als selbständige ^^^^_ Gebilde zu erkennen ^ sind. In der Regel ist also von der eingedrun- genen männhchen Zelle nur noch der Sperma- kern (Fig. 13Ak) und elei. eh Empfängnis- das an Stelle des Mittel- Nach Wilson und Stückes zur Entfaltung kommende S p e r m 0 Befruchtung 89!) Zentrum (s) wahrzunehmen. Dieses besteht entweder aus einem Centrosom (? dem vorderen der Spermatidc Fig. 8 B bis D c.a, Fig. 11) oder scheinbar nur aus einer körnigen, dotterfreit n, als Sphäre bezeichneten Plasmainsel (Fig. 13 A s). Später tritt die das Centrosoma oder die Sphäre um- gebende Sperma Strahlung hervor, d. h. eine radiäre Anordnung der Plasraa- granula und der Dotterkörnchen, die als Aus- druck einer orientierenden (zentrierenden) vom Spermozentrum ausgehenden Wirkung chemischer oder dynamischer Art aufzufassen ist (Fig. 13 B ss). Wäin-end sich der eingedrungene männ- liche Apparat so dreht, daß das zuerst hinten gelegene Spermozentrum gegen das Eiinnere gerichtet ist (Fig. 13A und B), und sich mehr und mehr dem Eikern nähert, verhert der Spermakern allmählich seine läng- hche (kegel- oder stiftförmige) Gestalt, seine dichte Konsistenz und starke Färbbarkeit Fig. 15. Befruchtung des Ascaris-Eies. ei Eikein, rk Richtungskörper, s', s" die beiden Spermo- zentren, sp Spermakern. Nach Boveri. Fig. 16. Kernkopulation im Pterotrachea-Ei. rk Richtungskörper. Nach Boveri. und nimmt mehr und mein- das Aussehen des Eikerns an (Fig. 15 sp). In der Regel zeigen die beiden Kerne zur Zeit der Kopula- tion annähernd die gleiche Größe und Be- schaffenheit (Fig. 16), seltener, z. B. beim Seeigel weist der Spermakern noch während und nach der Kopulation eine geringere Größe und dichtere Konsistenz auf. In früheren oder späteren Stadien der gegenseitigen Annäherung der beiden Kerne teilt sich das Spermozentrum und damit auch die Spermastrahlung (Fig. 14, 15 s',s", 16) und, indem sich die beiden Kerne aneinander- legen (kopuheren), kommt ein vierghedriges System zustande, das aus den beiden weiter auseinander gerückten Spermozentren und den zwischen ihnen gelegenen Geschlechts- kernen besteht (Fig. 17). Fig. 17* Kernkopulation beiCyclops strenuus. rk zweiter Richtungskörper. Nach Rück er t. Die Vorbereitung der Kern Substanz zur ersten Teilung des nunmehr doppelkernigen Keimes (der ,, ersten Furchungsteilung") macht sich schon wälu:end (A s c a r i s , Fig. 15) oder erst nach erfolgter Kopulation be- merkbar. Speziell bei A s c ar i s zeigenMie Chromosomen der beiden Geschlechtskerne schon vor der Kopulation eine sehr weit- gehende Ausbildung, und lassen die funda- mentale Tatsache erkennen, daß die Chromo- somen von Ei- und Spermakern bei der Ko- pulation die gleiche Zahl und das gleiche Aussehen zeigen (E. van B e n e d e n). Ebenso wie bei Ascaris in besonders deut- licher Weise die selbständige und gleich- mäßige Vorbereitung der Geschlechtskerne zur ersten Teilung hervortritt, so läßt sich bei einer Reihe von Formen, insbesondere bei den Kopepoden und bei einer Schnecke (Crepidula) zeigen, daß die erste Teilung von beiden Kernsubstanzen auch selbständig durchgeführt wird, so daß nicht nur im Aequatorialplatten- und Dyasterstadium deuthch zwei Gruppen von Chromosomen, eine väterliche und eine mütterliche, zu unter- 57* 900 Befi'uclitimg scheiden sind, sondern auch bei der Re- konstitution der Tochterkerne keine einheit- lichen Kerne, sondern Doppelkerne entstehen, die aus den beiden elterhchen Halbkernen oder Gonomeren zusammen- gesetzt sind (Fig. 18). Auch späterhin läßt Fig. 18. Zweizellenstadium von Cyclo ps mit gonomer gebauten Kernen, rk zweiter Rich- tungskörper. Fig. 19. Zwei-bis Vierzellenstadium von Cyclops mit Doppelspindeln, rk Richtungskörper, es Ektosomen. sich die gleiche Erscheinung beobachten, so daß speziell in den frühen Embryonalzellen und in den UrgeschlechtszeEen mit großer Regelmäßigkeit der Doppelbau der Teilungs- figuren und ruhenden Kerne hervortritt (Fig.l9, 20). Bei Cyclops kommt sogar noch in den Ovogonien und Spermatogonien der Doppelbau der Kerne darin zum Ausdruck, daß in den jungen Tochterkernen in jeder der beiden Kernhälften die Nucleolensubstanz selbständig zur Abscheidung kommt und erstere also einen symmetrischen biuucleo- lären Bau zeigeu, ein Zustand, der auch schon in den späteren Embryonalstadien (Fig. 20 st und ue) vorkommt und hier durch alle Übergänge mit dem ausgesprochenen Doppel- bau (Blg.l8,Fig.20 rechts oben) verbunden ist. Auch sind mehrere Fälle bekannt, in welchen auch noch die Spermatocyten I. Ordnung bei der Teilung doppelte lüiäuelfiguren oder doppelte Kernspindeln erkennen lassen (Co- pepoden, Enten, Tauben, Fig. 21), ein deuthcher Hinweis darauf, daß die Selbstän- Fig. 20. Höheres Furchungsstadium von Cyclops mit Doppelspindeln (links), Doppelkernen (rechts oben) und binucleolären rnhenden Kernen (unten), st Stammzelle mit Ektosomenmasse, ue Urentodermzelle. Fig. 21. Doppelspindeln in den Spermatocyten eines Taubenbastardes. Nach Guy er. digkeit oder Autonomie der väterhchen und mütterüchen Kernsubstanz vom befruchteten Ei bis zu den Reifungsteilungen der Keim- zellen fortbestehen kann. Zahlreiche Befunde sprechen, wie hier vor- ausgeschickt werden soll, datür, daß sich auch bei den höheren Pflanzen eine Art von gono- meremZustand längere Zeit forterhalten kann, insbesondere treten bei der ersten Teilung der P 0 1 1 e n m u 1 1 e r z e 1 1 e n namenthch Befriiclitiuig 901 hybrider Pflanzen sehr häufig doppelte Tei- lungsfiguren (Doppelspindehi) auf. Auch bei verschiedenen niederen Organismen ist eine verspätete Vcreiniguhg, bezw. eine dauernde Autonomie der Sexualkerne bekannt ge- worden, so bei Ascomyceten, Uredineen, Kon- jugaten, Amöbinen, Myxosporidien, und so kann die Befruchtung morphologisch be- trachtet, nicht wie dies früher übhch war, als ein Verschmelzungsprozeß bezeiclmet werden, vielmehr scheint es sich wenigstens in vielen Fällen in erster Linie um die Schaffung tines zweikernigen Zustandes zu handeln, um die Paarung zweier Kerne meist verschiedener Abkunft innerhalb einer einzi- gen -Zelle. Bei einer Reihe von Metazoen (Rota- torien, Entomostraken, zahlreichen Insekten) ist in bestimmten Generationen der Be- fruchtungsakt sekundär unterdrückt worden. Die Vermelu-ung durch unbefruchtete Eier wird in diesen Fällen als P a r t h e n o g e - n e s i s (Jungfernzeugung) bezeichnet (vgl. unter 2 b). I e) R e i f u n g u n d Befruchtung bei höheren Pflanzen und Ein- zelligen. Für die theoretische Beurteilung der Reifung und Befruchtung ist die Tatsache von größter Bedeutung, daß jedenfalls bei der überwiegenden Zahl der cellulär gebauten Organismen Prozesse nachgewiesen werden können, welche den Reifungs- und Befruch- tungsvorgängen bei den Metazoen homolog zu setzen sind. Es wird zurzeit allgemein anerkannt, daß die Teilungen, welche im Embryosack der angiospermen Phanero- gamen zur Bildung gewisser abortiver Zellen, der Synergiden und Antipoden (Fig. 22 sy, a), führen, in ihrem Ablauf mit den Reii'ungsteilungen der tierischen Fortpflanzungszellen eine große Überein- stimmung zeigen und mit diesen Prozessen auch in physiologischer Hinsicht auf eine Stufe zu stellen sind, und ebenso ist zuzu- geben, daß dasselbe für die beiden Teilungs- prozesse gilt, auf Grund deren die Pollen- mutterzelle die vier Pollenkörner liefert. Auch findet der Befruchtungsakt der Metazoen in demjenigen der Angiospermen sein volles Gegenstück, nur daß bei letzteren die beiden generativen Kerne der Polenkörner ,, nackt", a. h. ohne von Cytoplasma oder anderweitigen Zellbestandteilen begleitet zu sein, in den Embryosack eintreten und vor allem auch nicht die Funktion zu haben scheinen, in die Eizelle einen Teilungsapparat einzuführen. Ein anderer Unterschied besteht darin, daß wenigstens in vielen Fällen (so bei den Lihen) eine doppelte Befruchtung statt- findet, indem sich der eine der generativen Kerne (Fig. 22 p') mit dem Kern der Eizelle (00), der andere (p") mit dem durch Vereini- gung der beiden Polkerne (pSjpi) entstandenen sekundären Embryosackkern vereinigt. Auch die Teilungsprozesse, welche bei der Sporenbildung der Gefäßkryptogamen und Lebermoose auftreten, sind ihrem zell- teilungsgeschichtlichen Verhalten nach den Reifunsvorgängen homolog, obwohl sie durch Fig. 22. Doppelte Befruchtung bei Lilien, psch Pollenschlauch, 00 Eizelle, sy Synergiden, ps und pi oberer und unterer Polkern, a Anti- poden, p' p" die beiden männlichen Kerne. Nach Guignard. die ganze Zellenfolge der Gametophytengene- ration von dem Befruchtungsakte getrennt sind. Und ebenso finden sich bei niederen Pflanzen (Braunalgen, Algen pilzen u. a.), sowie bei den EinzeUigen Prozesse, welche den Reifungs- und Befruchtungsvorgängen der höheren VielzelHgen entsprechen. Was insbesondere die Reifungsvorgänge der Einzelligen anbelangt, so zeigen sie in den eüizehien Abteilungen sehr verschiedene Bilder, die sich aber zwanglos in einer Reihe anordnen lassen. Bei manchen Formen hegen Teilungsakte vor, welche hinsichtlich ihrer Zweizahl und ilu'es Auftretens unmittelbar vor der Befruchtung sowie ihrem ganzen Verlaufe nach eine unverkennbare ÄhnHchkeit mit der Ei- und Samenreife der Metazoen aufweisen (Vorreife mit Bildung von Rich- tungs- oder Reduktionskernen). So tritt bei den Hehozoen (Fig. 23) in jedem der beiden Gameten der Kern an die Peripherie und teilt sich hier zweimal unter Bildung je eines „Re- duktionskerns". In älmücher Weise si3ielt sich bei den Infusorien, so bei Paraniaecium 902 Befi'uclitime: (Fig. 24), die Reifung in der Weise ab, daß sich der Mikronucleus (Geschlechtskern) jedes Paarhngs zunächst zweimal unter Bildung lang ausgezogener, hanteiförmiger Figuren teilt. Drei der Abkömmhnge gehen als Rich- tungskörper zugrunde, während der vierte sich abermals teilt und die beiden Geschlechts- Fig. 23. Kichtungskörperbildung bei Actin o- phrys (Heliozoon). Nach Schaudinn. Fig. 24. Vorreife bei Paramaecium: in jedem Paarung zweimalige Teilung des GescUechts- kerns. Nach R. He'rtwig und Maupas. kerne, den stationären und den "Wanderkern, liefert. Bei Paramäcium finden übrigens nicht bloß Vor, sondern auch nach der Kon- jugation Teilungen statt, die in den Ex- konjuganten zur Bildung abortiver Kerne führen und eine große Aehnhchkeit mit den Reifungsteilungen haben (Nachreife). Auch bei den Desmidiaceen und Zygnema- ceen sind Vorgänge zu beobachten, die mit der Nachreife der Infusorien eine Aelmhch- keit haben. Etwas andere Bilder finden sich bei den- jenigen Formen, bei welchen sowohl in der sexuellen als m der asexuellen Vermehrungs- periode typische multiple Zellvermehrungs- oder Sporenbildungsprozesse auftreten, indem das einzelne Individuum (bei der sexuellen Vermehrung der Gamont, bei der asexuellen der A g a m 0 n t ^), sei es auf dem Wege der multiplen Kernteilung, sei es unter Zerfall des Primärkerns, zumeist zahlreiche Kerne bildet imd darnach in ebensoviel Teiündi- viduen oder Sporen, die Gameten oder Agameten, zerlegt wird. Bei solchen Formen können unmittelbar vor der Bildung der als Gameten dienenden Geißelsporen zwei Teilungsakte (Foraminiferen) oder nur einer (Allogromia) besonders akzentuiert sein und so an die Reifungsteilungen erinnern, oder es kann die eigenthche Gametenbildung durch unregelmäßige (gewissermaßen fakultative) Teilungsprozesse eingeleitet werden (E i m e r i a S c h u b e r g i) oder es treten überhaupt keine deuthchen Anklänge an die Reifungsprozesse hervor (T r i c h o - s p h a e r i u m). Hier hegt also eine ganze Reihe von Uebergangsstufen zwischen den Reifungsprozessen und der Sporenbildung vor, und da z. B. bei Trypanosoma die bei der Entwicklung derMakrogameten vorkommende Erzeugung abortiver Kerne bei der Älikro- gametenbildung durch einen typischen Sporenbildungsprozeß substituiert wird, so hegt der Gedanke nahe, daß sowohl die Vor- reife als die Naclireife der Protozoen als ein rudimentärer Sporenbildungsprozeß aufzu- fassen ist. So gelangt man schheßhch, im Hin- bhck auf die Gesamtheit der Befunde bei Gefäßkryptogamen, Algen, Pilzen und Ein- zelligen, zu der Auffassung, daß auch die Reifungsprozesse der Metazoen und Angio- spermen gewissermaßen als phylogenetische Reminiszenzen an die Sporenbildungs- prozesse niederer Formen betrachtet wer- den dürfen, eine Vorstellung, von welcher aus auch die nahezu universelle Verbreitung der Prozesse etwas verständhcher würde. Freilich wäre das zähe Festhalten an diesen Vorgängen kaum erklärbar, wenn ilmen nicht auch heute noch eine wichtige biologische Bedeutung bei den Fortpflanzungs- und viel- leicht auch bei den Vererbungserscheinungen zukommen würde, wie dies beinahe von allen Biologen angenommen wird. Was die K o n j u g a t i o n s e r s c h e i - n u n g e n (Konjugation im weiteren Smne) selber anbelangt, so kann die Verbindung zweier Lidividuen zu einer dauernden und totalen Verschmelzung der beiden Paarhnge oder Gameten und ilirer Kerne führen, wie dies wohl bei allen Flagellaten, Rhizopoden ^) Vielleicht empfiehlt es sich, die viel- kernigen und vielzelligen Zustände, die die Gamonten und Agamonteii vor ihrem Zerfall in Gameten oder Agameten erreichen, unter der Bezeichnung A u x o n t e n zusammenzu- fassen. Befruclitung; 90c und Sporozoen der Fall ist. Man spricht dann vidualitätstheorie): so erhebt sich von einer Karyoplasmogamie oder die Frage, in welches Verhältnis die Chro- Kopulation und nennt das Verschmel- mosomen der beiden Geschlechtskerne bei Zungsprodukt eine Zygote. Oder es kann der Befruchtung zueinander treten, ob bei die Verbindung eine vorübergehende sein und jedem Geschlechtsakt eine einfache Ad- nur einen Austausch von Kernen im Gefolge dition der Clu:omosomenindividuen statt- haben: dann liegt eme reine K ar y o - 1 findet und wie gegebenenfalls eine solche g a m i e oder Konjugation im engeren von Generation zu Generation stattfindende Sinne vor. Dieser Fall ist bei den meisten Anhäufung von Chi'omosomenindividuen Infusorien verwirklicht, insofern hier der Miki'o- , ausgeglichen wird, nucleus oder Geschlechtskern jedes Paarlings nach zweimaliger Torbereitender Teilung (Fig. 24) auf Grund eines dritten Teilungs- Yorganges (Fig. 25A) zwei gene- rative Kerne liefert, den statio- nären Kern (st) und den Wand- erkern (w). Der Wanderkern jedes Paarlings tritt in den anderen Paarling über und ver- einigt sich mit dem stationären Kern des letzteren (Fig. 25B). Hierauf findet die Trennung der beiden Gameten statt. Die Konjugationsvorgänge der Einzelligen zeigen noch in anderer Hinsicht mancherlei Ver- schiedenheiten, speziell auf den Unterschied von Isogamie und Anisogamie wurde bereits oben hingewiesen (Ib). ^f.8^0. In einigen Fällen (A c t i - n 0 s p h a e r i u m u. a.) sind die Gameten Schwesterzellen, Fig. 25. Konjugation von Paramaecium. A dritte Teilung des Geschlechtskerns, Uebertritt der Wanderkerne. B Kern- kopulation, rk zugmnde gehende Richtungskörper, ma die in Auflösung begriffenen Großkerne, st stationäre Kerne, w Wanderkerne. Nach R. Hertwig und Maupas. in anderen Für die höheren Organismen gilt zu- (E n t a m 0 e b a) besteht der Befruchtungs- 1 nächst als erste Regel, daß die beiden mit- akt sogar nur in der Verbindung von zwei einander kopulierenden Geschlechtskerne die Kernen, die aus dem einzigen Kern einer gleiche Zahl von Clu-omosomen zur Enjt- Zelle durch Teilung entstanden sind und vor Wickelung bringen. So kommen beim Pferde- ihrer Vereinigung noch vorbereitende Teilun- \ Spulwurm bei der einen Rasse (A s c a r i s gen durchlaufen. Beide Befruchtungsmodi m e g a 1 o c e p h a 1 a b i v a 1 e n s) in werden als Autogamie zusammengefaßt, if) Chromosomen Verhältnisse Im Hinblick auf die bedeutsame Rolle, die die Kerne der Geschlechtszellen augen- scheinlich bei der Befruchtung und den jedem Geschlechtskern zwei (Fig. 15, 26 F), bei der anderen (Ascaris megalo- c e p h a 1 a u n i v a 1 e n s) nur je ein ein- ziges Chromosom zur Ausbildung. Indem sich die väterlichen und mütterlichen Chro- an letztere geknüpften Vererbungsvorgängen mosomen zu Beginn der ersten Furchungs- spielen, ist die Frage nach dena Verhalten teilung der Länge nach spalten und indem der Chromosomen (Chromatinschleifen) von die Tochter half ten, vielfach immer noch besonderem Interesse, da diese Gebilde zu deutlich in eine väterliche und eine mütter- Beginn der Zellteilung offenbar die wich- Hohe Gruppe gesondert, dizentrisch aus- tigsten Kernsubstanzen in sich vereinigen einanderweichen, wird jeder der beiden und letztere von der MntterzeUe auf die ersten Tochterzellen (Furchungszellen, Blas- TochterzeUen zu übermitteln berufen sind, tomeren) eine Zahl von Chromosomen zu- schließt man sich insbesondere der wohl- gewiesen, die der Summe der beiden im begründeten Anschauung an, daß bei allen Kopulationsakt vereinigten Chromosomen- Zellteilungsakten die Chromosomen, die zu zahlen entspricht, und das gleiche gilt Beginn einer Teilung aus dem ,, ruhenden" naturgemäß auch für die folgenden ZeU- Kern hervorgehen, in direkter stofflicher gener ationen. Es erhält sich also die durch Kontinuität mit denjenigen Chromosomen den Kopulationsakt gebildete Chi"omo- stehen, die nach Ablauf der vorangegangenen I somenzahl, (Fig. 26 G), welche als normale, Teilung in die Bildung der Tochterkerne nichtreduzierte, diploide oder somatische eingegangen waren, also gewissermaßen die bezeiclmet wird, in der Regel durch die nämlichen Lidividuen darstellen (I n d i - , ganze Embryonalentwickelung und meist 904 Befruchtime: auch bei den späteren Teilungen fort und kommt insbesondere auch bei den Teilungen der UrgeschlechtszeUen und weiterhin in denen der Spermatogonien und Ovogonien (Fig. 26 A) zum Vorschein. Eine Ausnahme von der Regel bilden die Formen, die zwei verschiedene, durch ihren Chromosomenbestand gekennzeichnete Sorten von Spermatozoen zur Entwickelung bringen, z. B. diejenigen Hemipteren, bei welchen die eine + X und 9 + X) i\. Spgon. B.Spcyt Ovog. T C. 1. Teilung D. Spcvt. ^ Teilung E. 2. Teilung Teiluno Samen zelle G. Kopul. Fig. 2G. Schematische ]Darstellung der Zahlen- verhältnis'-e der Chromosomen in der Spermato- genese (links) und der Ovogenese (rechts). Hälfte der Spermatozoen außer der halben (re- duzierten) Zahl von typischen Chromo- somen ein sogenanntes Heterochromo- n s 0 m oder X-Chromosom (im ganzen ^ + X), die andere kein solches (also ^ Chromosomen) besitzen , während sämtliche Eizellen in gleicher Weise mit einem dem Heterochromosom homologen Element ausgestattet sind (also n 2 + ^ Chromosomen besitzen). In diesen Fällen kommen in 50 % aller befruchteten Keime /n n unglei che lg" und ^ + X), in 50 % gleiche / n n Chromosomenzahlen I o + ^ ^^^ o zusammen. Aus ersteren gehen männliche, aus letzteren weibliche Individuen hervor. Auch in den somatischen, insbesondere in den embryonalen und larvalen Geweben mancher Tiere sind wiederholt wechselnde, insbesondere zu geringe (unterzählige) Chromosomenzalilen be- obachtet worden. Eine zweite Eegel gilt für die Samen- und Eimutterzellen(Spermatocyten und Ovocyten I. Ordnung) und, wie gleich hier hinzugefügt werden soll, in ähnlicher Weise für die Eni- bryosaok- und Pollenmutterzellen der Phanerogamen und die Sporenmutterzellen der Gefäßkryptogamen. Speziell in den erst- genannten Zellen ist die Zahl der komplexen, meist deutlich vierteiligen Chromosomen, welche in den Vorstadien der ersten Rei- fungsteilung zutage treten, also die Zahl der sogenannten Vierergruppen oder Tetraden und ihrer Homologa (Vierer- kugeln, Viererstäbchen, Doppelfädtn, Doppel- stäbchen, Gemini, Ringe, Kreuze) halb so groß wie die in d e n S p e r m a t o g o n i e n und Ovogonien auftretende normale Zahl der Chromosomen. Dieses Verhältnis tritt namentlich in dem Stadium Fig. 27. Synapsis- stadium von Dro- sera. Nach Berghs. der D i a k i n e s e hervor, wenn die bereits verkleinerten und verdichteten Chromo- somen lose (meist wandständig) im Kern- rauni verteilt sind (Fig. 26 B). Indem ferner diese komplexen Elemente im Verlauf der beiden Reifungsteilungen je in vier einfacher gebaute Elemente von der gewöhnlichen Schleifen- oder Stäbchenform zerlegt werden (Fig. 26 C und E), erhält schließlich jede der reifen Geschlechtszellen die halbe, redu- zierte oder haploide Zahl (Fig. 26 F). Es findet also während der Reifung der Geschlechtszellen eine Reduktion der Zahl der Elemente (numerische Reduktion) statt und es wird durch diese, vor jedem Befruchtungsakt erfolgende Hal- bierung der normalen Zahl offenbar erreicht, daß durch die Befruchtung keine Anhäufung von Chromosomen zustande kommt, sondern daß die Clnromosomenzahl von Generation zu Generation in den einander homologen Zelltypen konstant bleibt. Was den genaueren Verlauf des Reduk- tionsprozesses und seine Deutimg anbelangt, Befriiclitimo: 905 so geht die Ansicht der überwiegenden Zahl von zoologischen nnd botanischen Forschern dahin, daß der Uebergang von der Normalzahl zu der halben Zahl in der Weise stattfindet, daß in den frühesten Stadien der ersten Reifungsteilung (nach der Ansicht vieler in dem Stadium des einseitig zusammengeballten Kernfadenknäuels, der S y n a p s i s , Fig. 27) je zwei Chromosomen miteinander in eine enge Verbindung treten, so daß bivalente Chromosomen von der Zusammensetzung a + b, c + d . . . entstehen. Indem sich die miteinander gekoppelten Chromosomen in Vorbereitung auf die folgenden Teilungsakte der Länge nach spalten, entstehen die meist vierteihgen Chromosomenkomplexe der Dia- kinese von der Zusammensetzung a I b c I d a I b' c I d wo der Bruchstrich den Längsspalt andeutet. Die in der Diakinese (Fig. 26 B) hervor- tretende Halbierung der Chromosomenzaiil ist also nicht als eine w i r k 1 i c li e numerische (etwa durch Resorption oder Rudimentation der Hälfte der Chromo- somen entstandene), sondern zunächst nur als eine scheinbare Reduktion (Schein- reduktion, Pseudoreduktion) zu be- trachten. Die paarweise Koppelung oder Syndese der Chromosomen wird nun bald als eine Parallellagerung je zweier Elemente (P a r a 1 - 1 e 1 k 0 n j u g a t i 0 n , P a r a s y n d e s e) , bald als eine Hinterein anderlagerung (e n d - weise Konjugation, M e t a s y n - d e s e) aufgefaßt, die Syndese und folgende Längsspaltung würde also entweder nach a dem Schema — , -— oder nach dem, Schema b b b a b a+ b, ~- -f - verlaufen. (Die letztere a b ^ Annahme ist der Darstellung in Fig. 26 B zugrunde gelegt.) Li beiden Fällen wird meistens ange- nommen, daß die eine der beiden Reifungs- teilungen insofern mit einer gewöhnhchen Kernteilung oder A e q u a t i o n s t e i 1 u ng übereinstimmt, als durch sie die durch Längsspaltung erzeugten Spalthälften odei Tochterchromosomen voneinander geschieden w^erden, daß daoegen die andere eine Re- duktion s t e i 1 u n g darstellt, d. h. einen Teilungsakt, bei welchem die Chromosomen ohne vorherige Längsspaltung und damit olme vorherige Verdoppelung ihrer Zahl auf die Tochterzellen verteilt werden. Spe- ziell wird angenommen, daß in der Reduk- tionsteilung die miteinander parasyndetisch oder metas\iidetisch gekoppelten Chromo- somen sich gegenseitig verabschieden und nach den beiden Polen auseinanderweichen: Die Gesamtwirkung der beiden Teilungs- prozesse würde also die tatsächhche nu- merische Reduktion der Chromosomenindi- viduen sein. Je nachdem die Reduktionsteilung im ersten oder im zweiten Teilungsakt eriolgt, wird von einer Präreduktion oder P o s t r e d u k- 1 1 0 n gesprochen. Da der erste Teilungsvorgang bei den meisten tieJischen und pflanzlichen Objekten Anklänge an die sogenannten hei erotypische Mitose des Salamanderhodens, der zweite solche an den bei demselben Objekte beobachteten homöo- typischen Modus zeigt, so wird auch von einem Ablauf der Reifung nach dem h e t e r o - homöotypischen Schema gesprochen, wobei Parasyndese und Präreduktion als die zu- grunde liegenden Einzelpri}zesse angenommen werden. Nach einer gewissermai3en vermittelnden Auf- fassung (F a 1 1 u n g s h y p 0 t h e s e) würden die Vierergruppen in der Weise entstehen, daß sich je zwei Chromosomen zunächst metasyn- detisch verbinden, daß aber die so gebildeten bivalenten Elemente sich in der Vereinigungs- stelle umbiegen und ihre Schenkel, die Einzel- chromosomen, auf diese Weise nebeneinander zu liegen kommen, so daß eine sekundäre Para- syndese zustande kommt. Bei einigen Objekten (Kopepoden) darf es als nahezu sicher gelten, daß die im Laufe der Stammesgeschichte bei den meisten Tieren und Pflanzen erfolgte Zusammen- drängung der beiden Teilungsprozesse noch nicht zur Unterdrückung eines der beiden Längsspaltungsprozesse und zur Einrichtung einer Reduktionsteilung geführt hat. Die metasyndetisch verbundenen Chromosomen- paare (bivalente Chromosomen) spalten sich daher zweimal hintereinander, es findet I auch bei beiden Teilungsprozessen eine Ver- teilung nach dem Längsspalt statt und die j reifen Geschlechtszellen erhalten also die I volle Zahl der Chromosomen, wenn auch I infolge ihrer paarweisen Koppelung in ver- I kappter Form. Die endgültige Zalilenreduk- i tion findet dann im Laufe der Embryonal- entwickelung auf Grund einer vollkommenen Verschmelzung der beiden miteinander ver- bundenen Einheiten statt (Teleuto syn- dese). Von vielen Forschern wird die in den Vorstadien der Reifung eintretende S^nidese als eine Konjugation je eines väterhchen und eines mütterlichen Chromosoms gedeutet. Es würde sich also hier um einen wirkhchen Geschlechtsakt oder um die bis zur Ge- schlechtszellenreife verzögerte letzte Etappe 906 Befruchtun^ Fortpflanzung ohne Befruchtungsakte, also : 1 auf ungeschlechtlichem, asexuellem, > einelterlichem oder monogonem Wege 1^^ (durch Monogonie) vor sich geht. So ver- ^^mehren sich bei den Einzelligen in der Regel \v mehrere Generationen auf dem Wege der HMonogonie (Schizogonie, Aiiijjhij^i.iitb), bis wieder eine Fortpflanzung durch Amphigonie (Sporogonie, Gamogonie) erfolgt. Vm die Parallele zwischen den Vorgängen bei den Einzelligen durchführen und eine termiaologische Uebereinstimmung herstellen zu können, wird man zweckmäßiger Weise und in teilweisem Gegensatz zu einigen Autoren (Lang) diejenigen Phasen des Zeugungskreises oder Fortpflanzungscyklus der Einzelligen, die zur Ausbildung von paarungsbedürftigen Zellen (Gameten) führen als Amphigonie oder Gamo- gonie, die Phasen dagegen, bei denen die Ver- mehrung nur durch Zweiteilung erfolgt oder bei denen Zwergzellen, die nicht der Konjugation bedürftig sind (Agameten, agametische Sporen), gebildet werden, als Monogonie oder Agamogonie bezeichnen. Vgl. auch M. Hartmann, ßiol. Cbl., Bd. 24, 1904. Bei den Vielzelligen kommen drei Formen des Generationswechsels vor: 1. Der primäre Generationsw^echsel, d. h. der Wechsel zwischen Amphigonie und primärer Mono- gonie oder besser primärer Monocytogonie. Unter letzterer ist zu verstehen ein offenbar sehr ursprünglicher Vermehrungsmodus, der, ebenso wie die Amphigonie, cytogener Art ist, d. h. durch einzelne, vom Elternorganis- mus losgelöste Fortpflanzungszellen ver- mittelt wird, bei welchem aber die Fort- pflanzungszellen nicht befruchtungsbedürftig sind (z. B. Sporogonie der Gefäßkrypto- gamen). 2. Der regressive Generations- wechsel (Heterogonie) oder Wechsel zwischen der Amphigonie und der sekundären, durch Rückbildung von Befruchtungsprozessen ent- standenen Monocytogonie (Parthenogenesis, Pädogenesis), z. B. bei Cladoceren und Trematoden. 3. Der progressive Gene- rationswechsel (Metagenesis) oder Wechsel zwischen der Amphigonie und der ,, vege- tativen" Vermehrung durch Knospung, Quer- oder Längsteilung, z. B. bei Hydroidpolypen Salpen. Ob man auch bei den Metazoen von einem pri nären Generationswechsel in dem Sinne reden darf, daß, ähnlich wie bei den Phanerogamen, das aus dem befruchteten Ei hervorgehende In- dividuum als die ungeschlechtliche Generation, die Zellgenerationen der Reifungsperiode als die vollkommen abortiv gewordene, in die unge- schlechtliche Generation einbezogene Geschlechts- generation (gewissermaßen als ein außerordentlich zurückgebildetes Prothallium) zu betrachten wären, ist sehr zweifelhaft. Die große Aehnlich- keit, welche z. B. bei den Kopepoden die Phase der Urgeschlechtszellenbildung mit der Reifungs- periode zeigt, darf vielleicht eher als ein An- zeichen dafür aufgefaßt werden, daß, im Fall ein abortiver Generationswechsel wirklich an- zunehmen ist, der Einschnitt zwischen unge- schlechtlicher und Geschlechtsgeneration nicht in der Reifungsperiode, sondern bei der Ent- stehung der Urgeschlechtszellen anzunehmen ist. Jedenfalls ist zu betonen, daß der bekannte Generationswechsel bei Cölenteraten, Würmern, Bryozoen und Tunikaten grundsätzlich ver- schieden von demjenigen der Einzelligen und dem primären Generationswechsel der höheren Pflanzen I ist, da bei den genannten Metazoen die sog. ungeschlechtlichen Generationen auf v e g e - 908 Befruclitimg t a t i V e m Wege, d. h. von ganzen, meist aus mehreren Geweben entstammenden Zell- komplexen ihre Entstehung nehmen und sicher erst sekundär eingeschaltet sind, während bei den letztgenannten Organismen beide Gene- rationen von mehr oder weniger selbständigen Einzelzellen (Konjuganten, Keimzellen, Sporen usw.) ausgehen. Weniger übersichtlich als die Bezie- hungen des Befruchtungsaktes zum Gene- rationswechsel scheinen die Zusammenhänge zwischen den Befruchtungs- und Reifungs- vorgängen zu sein. Bei den Reifungsteilungen der Einzelligen handelt es sich, wie erwähnt (S. 902), vermut- lich um rudimentäre S p o r e n b i 1 - dungsprozesse. Da nun die Ver- raehnmg auf dem Wege der Sporen bildung (multiplen Teilung) in beiden Abschnitten des Fortpflanzungszyklus der Protozoen vor- kommen kann (vgl. die Foraminiferen und Hämosporidien), so konnten sich auch jene rudimentären Sporenbildungsprozesse so- wohl in der sexuellen als in der asexuellen Vermehrungsphase, also sowohl vor, als nach der Befruchtung erhalten (vgl. die Vor- und Nachreife der Infusorien). Ein notwendiger zeithcher Zusammenhang zwi- schen Reifung und Befruchtung ist also nicht gegeben, wie besonders das Beispiel der Desmidiaceen und Zygneniaceen mit ihrer typischen Nachreife zeigt. Bei den höheren Kryptogamen und bei den Phanerogamen besteht insofern ein Unterschied, als die Sporenbildungsprozesse der ersteren und die ihnen homolog zu setzenden Reifungsteilungen der Phanero- gamen nur noch am Beginn der selbständig vegetierenden oder abortiv gewordenen Ge- schlechtsgeneration, des G a m e 1 0 p h y t e n (Prothallium der Farne, Embryosack und Pollenkern der Angiospermen usw.), auf- treten. Da nun bei der Sporenbildung bezw. Reifung die Zahl der Chromosomen auf die Hälfte reduziert wird und die reduzierte oder haploide Zahl sich in sämtlichen Zellen des Gametophyten forterhält, so kann auch gesagt werden, daß die Reifungsprozesse am Anfang der haploiden, der Befruchtungs- akt am Anfang der diploiden Generation stehen. Bei den Metazoen endUch gehen die Rei- fungsvorgänge unmittelbar dem Befruch- tungsakte voran. Ob sie auch hier eine vollkommene abortiv gewordene Geschlechts- generation andeuten, ist nach dem obigen unsicher. 2b) Befruchtung und Entwicke- lungserregung. Die Wirkung des Befruchtungsaktes, die bei den Vielzelligen am meisten in die Augen fällt, ist die Aus- lösung der Eientwickelung, und so ergab sich zunächst die Auffassung, daß es sich sowohl bei der Befruchtung der Viel- zeUigen, als bei der Konjugation der Ein- zelligen um einen Verjüngungs- oder Be- lebungsprozeß handelt. Das durch zahlreiche aufeinanderfolgende Teilungsakte erschöpfte, mehr und mehr einem Zustand der De- pression oder des stabilen Gleichgewichtes genäherte Protoplasma würde danach durch periodisch eintretende Befruchtungs- akte immer wieder in einen labilen Zustand übergeführt und zu neuer Wachstums- und Teilungstätigkeit befähigt werden. Diesen Anschauungen steht nun freilich die weite Verbreitung der Parthenogenese und vegetativen Vermehrung, insbesondere das Vorkommen rein parthenogenetisch f und rein vegetativ sich fortpflanzenden Or- ganismen gegenüber, auch sind gegen die ' Anwendung der Verjüngungstheorie auf die Protozoen verschiedene Einwände erhoben worden. Insbesondere ist hervorzuheben, daß in vielen Fällen auf die Konjugation nicht etwa eine erhöhte Teilungstätigkeit, sondern im Gegenteil ein längerer Ruhe- zustand der gebildeten Zygote folgt. Auch die Erscheinung der Autogamie (s. S. 903) ist schwer mit der Theorie- zu vereinigen und dasselbe gilt für die Ergeb- nisse mehrerer experimenteller Untersuchun- gen. So wurde z. B. bei einem Paramäcium- U. stamm während dreier Jahre kein Kon- } | jugationsakt beobachtet (Jennings). > Gegenüber der Vorstellung, daß die Be- t^ fruchtung einen für die fortdauernde Er- [■ haltung der Wachstums- und Teilungs- ""^ energie unumgänghch notwendigen Prozeß darstelle, ergab sich also die Meinung, daß die hauptsäcMiche Bedeutung des Befruch- ' tungsprozesses nicht in der Erregung der Eientwickelung, sondern in einer Substanz- t und Qualitätenmischung hege. Die Befruch- tungsvorgänge haben danach deshalb eine so allgemeine Verbreitung, weil sie die Mög- hchkeit einer periodisch sich wiederholenden A m p h i m i X i s , d. h. einer Mischung individuell verschiedener Plasmasorten und und damit auch individuell verschiedener Vererbungstendenzen gewähren (vgl. 2 c). Wenn nun die Eier der Vielzelligen trotzdem im allgemeinen befruchtungsbe- dürftig, d.h. so beschaffen sind, daß sie sich ohne Befruchtung nicht entwickehi, so handelt es sich hier nach dieser zweiten Ansicht um eine Sicherheitseinrichtung, durch welche eben der periodische Eintritt der aniphi- raiktischen Prozesse verbürgt wird. Das Ei kann sich nicht vorher entwickehi, ehe nicht ein entwickelungserregender Faktor, eben der Befruchtungsakt, hinzutritt, dieser Faktor ist aber derselbe, durch den gleichzeitig auch die Amphimixis eingeleitet wird. Worin bestehen nun die Hemmungsein- richtuneen und in welcher Weise werden Befniclitims: 909 diese durch den Befruchtungsprozeß be- seitigt ? Worin liegt also schließlich die ent- wickelungserregcnde Wirkung der Befruch- tung ? Der Nachweis, daß mindestens bei der überwiegenden Mehrzahl der Metazoen die bei der ersten Furchung wirksamen Teilungs- zentren von dem durch die Samenzelle ein- geführten S p e r m 0 z e n t r u m abstam- men (Fig. 13 bis 17), hat zu der Auffassung geführt, daß die Hemmung der Eientwicke- lung darauf beruhe, daß der Teilungsapparat des" Eies selber, das 0 v o z e n t r u m , schon vor oder erst nach dem iVblauf der Keifungsteilungen außer Aktivität gesetzt wird und daß die entwickelungserregeude Wirkung der Samenzelle in der Einführung eines neuen Teilungsapparates bestehe (B o - ve r i). A^erschiedene Beobachtungen weisen aber-j darauf hin, daß das Verhältnis verwickelter ist. Zunächst ist die Tatsache von Bedeutung, daß in vielen Fällen schon allein durch das Eindringen der Samenzelle, ehe es noch zar Entfaltung ihres Teilungsapparates kommt, | die vorher zum Stillstand gekommene erste | Reifungsteilung und in deren Gefolge auch ; die zweite zum Ablauf gebracht wird. Diese j Tatsache und ebenso gewisse Experimente zeigen, daß dem Ei durch die Befruchtung eine allgemeine Disposition zur Teilung ver- lielien wird, ohne daß zunächst das Spermo- 1 Zentrum direkt betelMgt ist. H. E. Z i 6 g 1 e r führte eine unvollkommene Durclischnürung befruchteter Seeigeleier mittels eines Wollfadens in der Weise aus, daß die eine Hälfte den Sperma-, die andere den Eikern enthielt. Während sich nun in ersterer Spermo- zentrum und Spermakern regulär teilt, wird auch in der zweiten Hälfte, offenbar als Wirkung einer vom Befruchtungsakt ausgehenden In- duktion, ein wiederholter Anlauf zu Teilungs- vorgängen gemacht. Auch die Möglichkeit, durch Agenzien verschiedener Art künsthch eine partheno- genetische Entwickelung hervorzurufen, ließ die Zusammenhänge zwischen der Ein- führung des Spermozentrums und der Eient- wickelung als weniger einfach erscheinen, und so wurde es notwendig, namenthch an der Hand der Beobachtimgen über künst- liche Parthenogenese, eine genauere Ana- lyse der Entwickelungserregung vorzu- nehmen. Eine künstliche Partheno- genese ist bei den Eiern sehr verschie- dener Tiere unter Anwendung chemisch- physikalischer, thermischer und mechanischer Reize erzielt worden. Als Objekte kamen hauptsächhch Seeigel und Seesterne, ferner Annehden (C h a e t o p t e r u s , P o 1 y - n 0 e n. a.), Mollusken (M a c t r a u. a.), Frösche und Fische (P e t r o m y z o n) in Betracht. Bei einigen Formen, namentlich bei den Seesternen, liegt eine Neigung zu fakultativer parthenogenetischer Entwicke- lung vor, das Ei befindet sich also hier in besonders starkem Maße in einem labilen Gleichgewichtszustand. Als Agenzien dienten hauptsächhch Meer- wasser, das durch Zusatz von Salzlösungen (MgCU, KCl, NaCl, CaCU, MnCl^) hyper- tonisch gemacht worden war, ferner Zucker- lösungen, Harnstoffe, Säuren (CO,, Fett- säuren), Alkalien (NaOH), verschiedene Gifte und Narkotika (Strychnin, Chloroform u. a.), Spermaextrakt und verschiedene Sera, ferner erhöhte und erniedrigte Temperatur und mechanische Reizung durch Schüttehi, Bür- sten oder Einstechen. Von großer theore- tischer Bedeutung sind einige kombinierte Methoden gewesen, so die Verbindung von Fettsäuren mit hypertonischem Seewasser (L 0 e b) und die von Tannin und Ammoniak (D e 1 a g e). Bei einzelnen Formen, z. B. bei Mollusken, ist bis jetzt nur die Wirkung von hyperalka- linischem und hypertonischem Seewasser, bei anderen, z. B. den Seesternen, nur die von Säuren mit Erfolg erprobt worden. Bei See- igeln zeigen Alkalien, Fettsäuren und fettlösende Substanzen (Benzol, Amylen) annähernd die gleiche Wirkung. Je nach dem Objekt und je nach dem angewandten Agens ist auch das Stadium, I bis zu dem die Entwickelung getrieben wird, verschieden. Während in einzehien Fällen nur unregelmäßige Ansätze zur Entwickelung gemacht werden oder höchstens die ersten Segmentierungsvorgänge zustande kommen, nimmt in anderen Fällen die Entwickelung einen durchaus normalen Verlauf. So hat zuerst L 0 e b bei Behandlung der Seeigel- cier mit MgClg die Entwickelung bis zum i Pluteusstadium durchgeführt, später ge- 1 lang es D e 1 a g e bei Einwirkung von I Tannin und Ammoniak und geeigneter Nach- i behandlung eine vollkommene Metamor- I phose bei Seeigehi und Seesternen zu er- j zielen imd Bataillon konnte bei seinen i an Batrachiereiern vorgenommenen An- i stichversuchen in einzelnen Fällen Kaul- quappen zur Entwickelung bringen. Im Falle eines unvollständigen Entwicke- ! lungsverlaufs kommt die Störung in einem abnormen Verhalten der Chromosomen und des achromatischen Teilungsapparates und in einer unregelmäßigen Zellzerklüftung zum Ausdruck (Fig. 30). Insbesondere können sich außer der im Zusammenhang mit dem Eikern auftretenden Teilungsfigur an ver- schiedenen Stellen des Eiplaslnas überzählige Strahlungen (Cytaster) ausbilden, in deren Mittelpunkt ebenso wie in den Polen der Teilungsfigur, \äeLfach färbbare Körper auf treten. Die Ansichten gehen darüber aus- 910 Befrnchümg' einander, ob letztere de novo gebildete Centro- somen, oder nur Substanzanhäufungen dar- stellen, die durch Verschmelzung der zentralen Enden der Strahlen entstehen. Im Falle einer vollständig normalen Ent- wickelung spielt sich insbesondere auch der- jenigen Vorgang in typischer Weise ab, der bei vielen Formen (Seeigeln, Seesternen, Annehden) das Signal für die vollzogene Befruchtung und Entwickclungserregung bildet , nämlich die Abhebung oder wenig- stens deutliche Differenzierung der äußersten Lamelle des Eies in Gestalt der Dotter- raembran. Auch bezüglich der Zahl der Clu"omosomen der Furchungsteilungen finden sich, wie bereits erwähnt wurde (S. 906), die zu erwartenden Verhältnisse. Aus dem gesamten Tatsachenmaterial, das die Untersuchungen über Normalbefruchtung und künstliche Parthenogenese, über die Ent- Fig. 30. Unbefruchtetes Seeigelei nach i'^J^- stündiger Behandhing mit MgCIj (3,5%) und l^/g- stündigem Aufenthalt in Seewasser. Nach Morgan. Wickelung befruchteter eikernloser Eifrag- mente (Merogonie) und überbefruch- teter (di- und polyspermbefruchteter) Eier geliefert haben, haben sich nun gewisse Anschauungen bezüglich des Wesens der Entwickclungserregung ergeben. Zunächst lag es nahe, wenigstens die ersten Erscheinungen, nämlich die Ab- hebung der Dottermembran und das Wieder- erwachen einer gewissen Disposition zur Teilung im Ei, als eine Reizwirkung mehr all- gemeiner Art aufzufassen, welche ebensogut durch die Samenzelle wie durch irgendwelche Agenzien hervorgerufen werden kann (B o - v e r i). Es könnte sich dabei um eine durch den Reiz ausgelöste Kontraktion, um die Elimination von Flüssigkeiten und im Zusammenhang damit um die Abgabe von E X k r e t e n handeln, wodurch das Ei gewissermaßen gereinigt, seine Aktivität wiedererweckt und die oberflächliche Plasma- lamelle durch die abgeschiedenen, unter Wasseraufnahme aufquellenden Substanzen abgehoben wird (Bataillon). Die Aus lösung der eigentlichen Eiteilung würde dann auf eine zweite spezielle Wirkung der Samenzellen zurückzuführen sein, nämhch auf die Einführung eines organisierten Ge- bildes, des Spermozentrums (B o v e r i), mag nun wirklich das Zentrosom des letzteren ein eigentliches, mit dem Zentrosom der unreifen Samenzelle in Kontinuität stehendes Teilungsorganellum sein oder mag es sich nur um ein Stoffaggregat handeln, das in dem aktiv werdenden Spermozentrum zur Zeit seiner Aktivität zur Abscheidung kommt. Tm Fall der künsthchen Parthenogenese wäre daran zu denken, daß durch die Reiz- wirkung das nach den Reifungsteilungen im Ei zurückgebhebene Ovozentrum wieder ak- tiviert wild oder daß irgendwelche andere, normalerweise inaktiv loleibende Zentren als Cytaster oder künsthche Astrosphären in Wirksamkeit tretei?. Es ist versucht worden, diese allgemein reizphysiologischen Vorstellungen zu einer physikalisch-chemischen (kolloidchemischen) Theorie der Befruchtung weiterzubilden. Wenn die Zellteilungs- und damit die Eient- wickelungsprozesse, wie angenommen wird (L 0 e b , D e 1 a g e), einen Wechsel von Gerinnungs- und Verflüssigungsvorgängen, Koagulation und Liquefaktion, Wechsel von Gel- und Solzustand bedeuten, und wenn diese Prozesse ein gebundenes System bilden, derart, daß die Auslösung des Anfangspro- zesses die Abwickelung der übrigen zur Folge hat, so könnte nach D e 1 a g e die Wirkung sowohl der Samenzelle als der künstlichen Agentien als die Auslösung eines initialen Koagulations- und Liquefaktionsprozesses ge- dacht werden, von denen der erstere in der Abhebung der Dottermembran, der letz- tere in der Auflösung der Kernmembran zum Ausdruck kommt. Nach L o e b da- gegen würde die Entwickclungserregung durch Sperma, Säuren, Alkalien oder fett- lösende Substanzen aus zwei oder eigent- lich drei Akten anderer Art bestehen. Erstens werden Spaltungsvorgänge ausge- löst, insbesondere wird die dicht unter den oberflächlichen Lamellen gelegene Pro- toplasmaschicht gelöst oder ,,cytolysiert" (im Fall der normalen Befruchtung unter der Wirkung eines vom Spermium mitgebrachten ,.Lysins") und dadurch die Dottermembran abgehoben. Diese Spaltungsvorgänge haben zweitens Oxydationen im Gefolge, sei es durch Oxydasenbildung, sei es durch Lie- ferung oxydablen Materials, und endlich bilden die Oxydationen den Ausgangspunkt für die Synthese von Eiprotoplasma in Befruchtimc: 911 Nuclein und damit für die Teilungsvorgänge. Inwieweit durch die Hypothese L o e b s die Zusammenhänge in richtiger Reihenfolge zum Ausdruck gebracht sind, läßt sich zurzeit nicht sagen, auch ist hervorzuheben, daß für die durch mechanische Eingriffe bewirkte künsthche Parthenogenese damit vor der Hand keine befriedigende Erklärung gegeben wird. 2 c) B e f r u c li t u n g u n d V e r e r - b u n g. Die engen Beziehungen des Be- fruchtungsaktes zu den Vererbungsvorgängen fallen bei dem MelzeUigen ohnes weiteres in die Augen: denn nur durch die Befruchtung können ja die väterhchen Vererbungsten- denzen in das Anlagenmaterial des jungen Organismus eingeführt und nur auf dem Wege der Befruchtung können offenbar die in der äußeren Erscheinung hervortreten- den Anlagenmischungen zustande kommen. Angesichts dieses Zusammenhanges ist denn auch, wie bereits erwähnt, die Lehre be- gründet worden, daß die eigentliche und allgemeinste Bedeutung der Befruchtungs- vorgänge in der A m p h i m i x i s , d. h. in der Vermischung zweier in- dividuell verschiedener Ver-j erbungstendenzen hegt (Weis-; mann). Die Bedeutung der Amphimixis ihrer- seits kann dann nach verschiedenen Rich- tungen hin gesucht werden. Entweder könnte der Zweck dieses Vorganges im Ausgleich von Störungen, in der Unterdrückung minder günstiger Variationen durch Einführung „frischen Blutes", allgemeiner gesagt, in der NiveUierung von Unterschieden und in der Erhaltung der Artkonstanz, gelegen sein (Darwin, H. Spencer, 0. Hert- w i g), oder es könnte sich um die in der Selelitionstheorie geforderte Akkumulierung und Stärkung günstiger Anlagen (Darwin), oder endhch um eine immer wiederholte Entstehung neuer Anlagenkombinationen han- deln (Weismann). Nach Weismann würde die Hauptbedeutung der Amphimixis und damit überhaupt der sexuellen oder amphigonen Fortpflanzung in der letzt- genannten Richtung hegen. Die Amphi- mixis ist nach ihm die Hauptquelle der erb- hchen Variationen, sie hat das Material an individuellen Unterschieden zu schaffen, mittels dessen die Selektion neue Arten schafft (vgl. den Artikel „Vererbung"). Die Vermischung zweier individueller Vererbungssubstanzen beruht nun nach einer fast allgemeinen Ansicht auf einer Verbin- dung von väterhchen und mütterlichen Sub- stanzen. Die Annahme, daß etwa durch den Befruchtungsakt dem Ei nur bestimmte Energieformen mitgeteilt werden, dürfte wohl zurzeit nur von wenigen Forschern vertreten werden. Weiterhin ist die Anschauung weit ver- breitet, daß nicht sämtliche Substanzen des Eies und der Samenzellen in gleicher Weise bei der Uebertragung der erbhchen Eigen- schaften beteihgt sind, sondern daß es auf Grund einer Arbeitsteilung nur bestimmte Teile der FortpflanzungszeUen sind, von deren besonderer Konstitution die äußeren Eigenschaften der Nachkommen, bezw. die in letzteren hervortretenden Merkmals- mischungen abhängig sind. In diesen beson- deren Substanzen würden also, wie man sagt, die Erbanlagen lokalisiert sein, es kommt ihnen ein Prinzipat oder gar Monopol bezügUch der Uebermittelung und Ver- bindung der elterlichen Eigenschaften zu, sie stellen die eigentliche V e r e r b u n g s - Substanz, das Idioplasma oder K e i m p 1 a s m a dar. Vielerlei Gründe sind insbesondere zu- gunsten der Anschauung angeführt worden, daß speziell der Kern und die bei der Teilung aus ihm hervorgehenden Chi'omosomen die eigenthchen Vererbungsträger darstellen (0. Hertwig, Strasburger, Weis- m a n n). Hier sind zunächst alle die Tat- sachen zu nennen, die den Kern als das eigentlich organisatorische, bei allen stoff- bildenden und formgestaltenden (synthe- tischen, formativen) Zellprozessen wirksame Zentrum erscheinen lassen, und ebenso der Prozeß der indirekten Kernteilung (Karyo- kinese, Mitose), dessen Bedeutung darin zu liegen scheint, daß die Kernsubstanzen in quantitativer und quahtativer Hinsicht mög- lichst genau auf die beiden Tochterzellen verteilt werden. Noch unzweideutiger schei- nen gewisse Einzelheiten des Befruchtungs- prozesses selber zu sein, so die Beobachtung, daß mindestens bei einigen Angiospermen (Lihen) die generativen PoUenkerne voll- kommen nackt, d. h. ohne jeden Cytoplasma- belag in den Embryosack eintreten, daß bei den Metazoen die miteinander kopu- Herenden Geschlechtskerne in der Regel die gleiche Masse und Struktur besitzen und die- selbe Zahl von Chromosomen zur Ausbildung bringen, während die miteinander ver- einigten Zelleiber oder Cytoplasmen eine sehr ungleiche Masse aufzuweisen pflegen, und encUich, daß die Reifungs- teilungen anscheinend einen Apparat dar- stellen, durch den eine Summierung speziell der Kernsubstanzen vermieden werden soll. Endlich scheint von ausschlaggebender Be- deutung ein von B o v e r i ausgeführtes Experiment zu sein, wonach bei Seeigeln die Befruchtung eikernloser Eifragmente durch artfremdes Sperma zur Bildung von Larven mit rein väterhchen Eigenschaften führt. Dieses Ergebnis ist offenbar so zu deuten, daß das Ei deswegen keinen Einfluß auf die iVusbildung der Larvencharaktere 912 Befruchtung' gehabt hat, weil ihm eben die Kernsubstanz fehlte. Es kann noch die Frage erhoben werden, welche der verschiedenen Kernsubstanzen in stofflicher Kontinuität von Zellgeneration zu ZeUgeneration und von den Eltern auf die Kinder übertragen wird und demnach als eigentliche Vererbungssubstanz in Be- tracht kommt. Eine früher fast allgemein verbreitete Ansicht weist diese Rolle dem Chro- mat i n zu, also der in Körnchen- oder Brockenform auftretenden, färbbaren Sub- stanz des ruhenden Kernes, die nach den ersten Beobachtungen vorzugsweise am Auf- bau der Chromosomen beteiligt zu sein schien und vielfach mit den im Kern chemisch festgestellten Nucleinen (Nucleoproteiden) identifiziert wurde (Chromatinerhal- tung s h y p o t h e s e). Viele Gründe sprechen aber dafür, daß das feinwabige (alveolär gebaute) Grundplasma des Kerns, im wesentlichen also das sogenannte Linin oder A c h r 0 m a t i n , die eigentliche ak- tive Substanz des Kernes darstelle und daß auf ihr die stoffliche Kontinuität der ruhen- den Kerne und der Chromosomen der auf- einander folgenden Zellgenerationen beruhe (Achromatinerhaltungshypo- t h e s e). Im Gegensatz zu der Lehre von dem Vererbungsmonopol des Kerns mehren sich neuerdings die Stimmen zugunsten der An- schauung, daß auch dem C y t o p 1 a s m a der Fortpflanzungszellen ein Anteil an dem Zustandekommen der Vererbungserscheinun- gen zukommt. So fand G o d 1 e w s k i , daß bei der Befrnchtung von eikernlosen Fragmenten von Seeigeleiern mit dem Samen eines Haarsternes (A n t e d o n) die Em- bryonen das sogenannte primäre Mesenchym, also ein ausschließlich der mütterlichen Art zukommendes Merkmal zur Entfaltung bringen, und ferner ergab sich, daß bei den Eiern verschiedener Tiere (Mollusken, Anne- liden, Ascidien u. a.) die Entfernung be- stimmter Teile des Eiplasmas des unreifen Eies einen Ausfall bestimmter Organe der Larven hervorruft, was darauf hinzuweisen scheint, daß in jenen Teilen des Eiplasmas die An- lage des betreffenden Organes ,,lokaUsiert" (das Organ selbst ,, präformiert") sei. Beide Beobachtnngen konnten nicht wohl anders gedeutet werden, als daß auch dem Ei- plasma ein Anteil an den spezifischen, von Generation zu Generation sich regelmäßig abspielenden Formbildungsprozessen und folglich an den Vererbungserscheinungen zu- komme. Und wenn in einzelnen Fällen schon im unreifen Ei sichtbare Differenzie- rungen in Gestalt bestimmt lokalisierter Körnchenansammlungen wahrzunehmen sind, die bei der Embryonalentwickelung den Aus- gangszellen ganz bestimmter Organe zuge- teilt werden (o r g a n b i 1 d e n d e S u b - stanze n), oder wenn bei anderen Formen im Ei und im Plasma der Samenztllen färb- bare Gebilde von übereinstimmender Be- schaffenheit auftreten, die also von beiden Seiten her im befruchteten Keim zusammen- treten (M i t 0 c h 0 n d«r i e n , C h o n - d r i 0 s 0 m e n , P 1 a s t o c h o n d r i e n), so lag die Vorstellung nahe, daß diese cyto- plasmatischen Substanzen die Träger und Uebermittler ganz bestimmter Quahtäten darstellen, so wie dies von einigen Seiten für die einzelnen Cliromosomenindividuen angenommen wird. So vertreten denn zahl- reiche Forscher die Ansicht, daß bei der Vererbung beide Hauptbestandteile der Zelle, Kern- und Cytoplasma, in ungefähr gleicher Weise beteiligt sind und daß die Vererbung darauf beruhe, daß beide Substanzen mit ihrem gegenseitigen Stoffwechsel über- fragen werden (V e r w o r n , L o e b , R a b 1 u. a.). Manche von den Beobachtungen, die von der einen wie von der anderen Seite als Beweise herangezogen werden, haben sich bei näherer Betrachtung als nicht ganz entscheidend erwiesen, immerhin bleibt aber eine Reihe eindeutiger Befunde bestehen und es sind daher verschiedene Versuche gemacht worden, die verschiedenen, scheinbar sich ausschheßenden Ergebnisse miteinander zu vereinigen und die ursprlmgliche Frage- stellung: Kernmonopol oder gleiche Betei- Hgung von Kern- und Zellplasma? durch eine andere zu ersetzen. So hat Boveri die Resultate bei seinem eigenen Bastar- dierungsversuch und bei demjenigen God- 1 e w s k i s durch die Annahme miteinander in Einklang zu bringen versucht, daß wäh- rend der ersten Periode der Eientwickelung die Konstitution des Eiplasmas maßgebend ist und die Chromosomen nur durch ge- wisse generelle Eigenschaften wirksam sind, und daß erst in einer zweiten Periode die Chromosomen durch ihre spezifischen Eigen- schaften zur Geltung kommen. Mag nun diese oder eine andere Hilfs- annahme richtig sein, jedenfalls weist man- ches darauf hin, daß die Anteile der beiden Hauptbestandteile der Fortpflanzungszellen an der Befruchtung und Vererbung weder bei sämtüchen Organismen, noch bei allen Einzelvorgängen und Einzelphasen der em- bryonalen und postembryonalen Entwicke- luiig die gleichen sind. Es ist also vorläufig niciit möghch, das Verhältnis dieser Anteile auf eine einheithche, für alle Organismen gültige Formel zu bringen. Literatur. Zur Einleitung: O. Hertivig, Das Problem der Befruchtung und der Isotropie des Eies. Eine Theorie der Vererbung. Jena 1884- — B. Hertivig, Ueber Befruchtung und Befruchtuno; 913 Korijtnjation, Verh. d. Zuol. Ges. 1892. — Th. Boieri, Zellen- Studien, Heft 6, Jena 1907. — Zu 1 a : Th, Boveri, Die Entwickelung von Ascaris megaiocephala mit besonderer Rücksicht auf die Kernverhältnisse, Festschr. f. Kit p ff er, Jena 1899. — Buchner, Die Schicksale des Keimjylasvias der Sagitlen usw., Festschr. f. R. Hertwig I. Bd., Jena 1910. — V. Haeckev, Die Keimbahn von Cyclop s, Arch.f. mikr. An. 49. Bd., 1897. — M. Hasper, Zur Entwickelung der Geschlechtsorgane von Chironomus, Zool. Jb. (An.) 31. Bd., 1911. — O. Hertwig, Vergleich der Ei- und Samen- büdung bei Nematoden, Ebenda 36. Bd., 1890. — F. Meres, Ueber Struktur und Histogenese der Samenfaden des 3Ieerschiveinchens, Ebda., 04. Bd., 1899. — E, B. Wilson, The Cell in Development and Inheritarice, 2. ed., Xew York and London 1900. — Zu 1 b : W. Waldeyer, Die Geschlechts- zellen in 0. Ilertwig's Handbuch der Ent- wickelung sichre 1. Bd., 1. Teil, Jena 1906. — Zu Ic: E. Godleivski, Untersuchungen über die Bastardierung der Echiniden- und Crinoiden- familic, Arch. Ent.-Mech. 20. Bd., 1906. — O. Hertwig , Die Zelle und die Gewebe, Jena 1893. — Derselbe, Allgemeine Biologie, 3. Aufl., Jena 1909. — JJ. Leuckart, Artikel „Zeugung" in IV a g n e r s Handwörterbuch der Phjisiologie Bd. 4i Braunschiveig 1853. — J. Loeh, Vorlesungen iiber die Dynamik der Lebenserscheinungen , Leipzig 1906. — Zu Id: Th. Boveri, Zellenstudien, Heft 2 u. 6, Jena 1888 und 1907. — V. Haecker, Ueber das Schicksal der elterlichen und groß- elterlichen Kernanteile, Jen. Zeitschr. 37. Bd., 1902. — O. Hertwig, Beiträge zur Kenntnis der Bildung usiv. des tierischen Eies, L. Morph. Jahrb. 1. Bd., 1875. — E. Korscheit und K. Heider, Lehrbuch der vergleichenden Ent- ivickehingsgesch., Allg. Teil, Jena 1902 bis 1910. — J. Ri'ickert, Ueber das Selbständigbleiben der vät. M. mütt. Kernsubstanz usw., Arch. mikr. An. 45. Bd., 1895. — E. van Beneden, Recherches sur la maturation de l'oeuf, la fecondation etc., Arch. Biol. Bd. 4, 1883. — O. van der Stricht, LjU Jormation des deu.v globules polaires etc. chez Thysanozoon, Arch. Biol. Bd. 15, 1898. — E. B. Wilson und A. P. Matthews, 3faturation fertilization and polarity in the Echinoderm egg., Tourn. Morph. Bd. 10, 1895. — Zu le: O. Bütschli, Gedanken über die morphologische Be- deutung der sogenannten Richtungskörperchen, Biol. C'bl. 4. Bd., 1885. — F. Doflein, Lehr- buch der Protozoenkunde 8. Aufl., Jena 1912. — V, Haecker, Ueber weitere Ueberein- stirnmungen zwischen den Fortpflanzungszellen der Tiere und Pflanzen, Biol. Cbl. 17. Bd., 1897. — Derselbe, Allgemeine Vererbungslehre, Braunschweig 1911. — 3£. Hartmann, Die Fort- pflanzung sie eisen der Organismen usw., Biol. Cbl. 1903. — R. Hertwig, Mit welchem Rechte unterscheidet man geschlechtliche und tingeschlecht- Liche Fortpflanzung f Sb. Ges. Morph. Phys., München 1899. — Derselbe, Ueber Kernteilung usw. von Actinosphaerium Eichhorni. Abh. K. Bayer. Akad. Wiss. 2. KL, 19. Bd., 1898. — F. Schaudinn, Neuere Forschungen über die Befruchtung der Protozoen, Verh. D. Zool. Ges. 1905. — E. Strasburger, Ueber periodische Re- duktion der Chromosomenzahl tisw., Biol. Cbl. Bd. 14, 1894. — Zu If: Th. Boveri, Zellen- ' Handwörterbuch der XaturwisseDschaften. Band I. Studien, IIL. Jen. Zeitschr. 24. Bd., 1890. — V. Gregoire, Cineses de maturation Cell., Tome 22, 1905 u. Tome 26, 1910. — V. Haecker, Die Chromosomen als angenommene Vererbungs- träger. Erg. u. Fortschr. Zool. 1. Bd., 1907. — Derselbe , Allgemeine Vererbungslehre, Braunschweig 1911. — E. Korscheit und K. Heider, Lehrbuch der vergleichenden Entu'ickelungsgeschichte, Allgemeiner Teil, Jena 1902 bis 1910. — Th. H. Montgomery, A study of the chromosomes etc., Trans. Am. Phil. Soc. Bd. 20, 1901. — Derselbe, Chromos. in the spermatogenesis etc.. Ebenda Bd. 21, 1906. — E. Strasburger, Chromosomen- zahlen, Plasmastrukturen, Vererbungsträger und Reduktionsteilung, Jahrb. wiss. Bot. Bd. 40, 1908. — G. Trinci, L'evoluzione storica. del problema della riduzione etc. Archivio An. Embr. Bd. 7, 1908. — F. Vejdovskt, Neue Untersuchungen über die Reifung und Befruchtung, Prag 1907. — E. B. Wilson, Studies on chromosomes I. bis V., J. Exp. Z. Bd. 2 bis 6, 1905 bis 1909. — H. von Winiwarter, Recherches sur i'ovogenese etc. des Blammifhres, Arch. Biol. V., 17, 1900. — Zu 2 a : Außer den hinter If genannten Schriften. — Ch. J. Chamberlain, Alternation of generations in animals from a botanical standpoint. Bot. Gaz. Bd. 39, 1905. — V. Haecker, lieber vorbe- reitende Teilungsvorgänge bei Tieren und Pflanzen, Verh. Dtsch. Zool. Ges. 1898. — Zu '2b: E. Bataillon, Le problcme de la fecondation etc. Arch. Zool. Exp. (5), T. 6, 1910. — Th. Boveri, Das Problem der Befruchtung, .Jena 1902. — Derselbe, Zcllenstudicn 6, Jena 1907. — 1'. Belage, sichrere Arbeilen in Arch. Zool. Exp. (3), Bd. 7, 9 und 10 und (4) Bd. 7, 1899 bis 1908. — E. Godlewski, Das Vererbungsproblem im lachte der Ent- wickelungsmechanik betrachtet, Leipzig 1909. — O. Hertwig, Das Problem der Befruchtung und der Lsotropie des Eies, Jena 1889. — JJ. Hertwig , Ueber die Entioickelung des unbefruchteten Seeigeleies, Festschr. f. Gegen- baur, Leipzig 1896. — R. Kostanecki, Cytologische Studien an Eiern von Mactra, Arch. mik. An. Bd. 64, 1907. — J. Loeb, Verschiedene Arbeiten im Amer. Journ. Phys. Bd. 3 bis 6, 1899 bis 1906. — Derselbe, Ueber den chemischen Charakter des Befruch- tungsvorganges ustv., Leipzig 1908. — T. H. Morgan, The Action of Salt- Solutions etc., .Irch. Entw. Mech. Bd. '8, 1899. — E. B. Wilson, Experimentell Studies in Cytology I. bis LIL., Arch. Entw. Mech. Bd. 12 bis 13, 1901. — Zu 2 c: Th. Boveri, Ergebnisse über die Konstitution der chrcjmatischen Sub- stanz usw., Jena 1904- — Derselbe, Zellen- studien, Heft 6, Jena 1907. — R. Demoll, Zur Lokalisation der Erbanlagen, Zool. Jahrb. (Allg. Z.) 30. Bd., 1910. — R. Fick, Be- trachtungen über die Chromosomen usw.. Erg. An. u. Phys., 1905. — E. Godlewski, Die Vererbungssubstanz im Lichte der Entivicke- lungsmechanik betrachtet, Leipzig 1909. — T^. Haecker, Allgemeine Vererbungslehre, Braun- schweig 1911 (Kap. 14). — O. Hertwig, Der Kampf um die Kernfragen der Ent- wickelungs- und Vererbungslehre, Jena 1909. — F. Meves, Die Chondriosomen als Träger erblicher Anlage, Arch. mikr. An. 72. Bd., 1908. — C. Rabl , Ueber ,, organbildende 58 914 Befruchtung — van Beneden Stibslanzen" usw., Leipzig 1906. — A. Weis- | mann, Aviphimixin oder die Vermischung der Individuen, Jena 1891. V. Haecker. Beilstein Friedrich Konrad. Geboren am 1. März 1838 in Petersburg, wo er seit 1866 Professor am Technologischen Institut war und am 18. Oktober 1906 starb, hat sich ein besonderes Verdienst erworben durch Herausgabe seines groß angelegten Hand- buches der organischen Chemie, das in vorzüg- licher Anordnung die Beschreibung sämtlicher organischer Verbindungen mit genauen Literatur- angaben enthält und noch immer von neuem durcli Ergänzungsbände vervollständigt wird. Aus der Gcttinger Schule hervorgegangen, hat Beihteinsich in Fühlung mit Geuther, Fittig und Hübner besonders der organischen Chemie zugewandt und diese durch zahlreiche Unter- suchungen, namentlich im Gebiete der aromati- schen Verbindungen, bereichert. Seine Schrift „Anleitung zur quantitativen Analyte" hat sich gut eingeführt. Ein ausfühi-iicher, von Hjelt geschriebener Nekrolog (Ber. 40 5041) gibt ein gutes Bild des Lebens und Wirkens Beilsteins. E. V. Meyer, Bell Sir Charles. 1774 bis 1842 in London. Er kommt hier nicht als berülunter Chirurg in Betracht, sondern wegen seiner physiologischen Arbeiten. Seine 1811 als Ergebnis jahielanger Studien er- schienene Schrift An idea of a new^ anatomy of thebrain: submitted for the observations of his iriends enthält bereits die erste Nachricht von der Entdeckung über die verschiedenen Funk- tionen der Wurzeln der Rückenmarksnerven, eine Entdeckinig, die Bell dann ein Jahrzehnt später i in dem berühmten Vortrag in der Royal Society unter dem Titel Onthe nerves. Giving an account of sorae experiments on their structure and func- tions, which lead to a new arrangemi nt of the syhtem verölfenthchte und an die sich weitere in den Jahren 1822, 1823, 1826 in den Philoso- phical Transactions publizierte Abhandlungen anschlössen. Bell stammte aus Donn in Monteath (Schottland), studierte unter Leitung seines äl- teren, gleichfalls berülimten Bruders John Be 11 , gab schon als Student in Edinburg ana- tomische Tafeln he] aus, ging später nach London, wurde hier 1824 Professor der Anatomie und Chirurgie am College of Surgeons und war seit 1828 kurze Zeit Professor der Physiologie an der Londoner Universität. Literatur. Eiogr. Lex. Hemusg. von Hirsch und Gurlt. J. Paget. Beneden Eduard van. Geboren am 5. März 1846 zu Löwen; gestorben am 28. April 1910 zu Lüttich. Er ist der Sohn Pierre Joseph van Benedens. Er studierte in Leyden und bekam auch dort eine Professur. Er publizierte eine Reihe von vorzüglichen Ab- handlungen auf dem Gebiete der mikroskopischen Anatomie und Histologie und wirkte bahn- brechend auf dem Gebiete der Entwickelungs- geschichte. Seit 1880 gab er mit van Bambeke die Aichives de Biologie heraus, die einen sehr guten Namen haben. Seine Reise nach Brasilien und La Plata brachten ihm reiche Ausbeute, an deren Bearbeitung eine Reihe von namhaften Forschem mitwirkten. Vonseinen Arbeiten seien erwähnt : Recherches sur la composition et la signification de l'oeuf basees sur l'etude de son mode de formation et des Premiers phenomenesembryonnaires, Bruxel- lesl870; Recherches sur l'evolutiondesGregarines, Bullet, de l'Acad. royale de Belgique 1871; La maturation de l'oeuf, la fecondation et ses pre- mieres phases du developpement embryonnal des mammifeies d'apres des recherches faites chez le lapin, Bruxelles 1875; Contribution ä l'histoire de la vesicule genninative et du premier noyau embryonnaire, Bullet. d'Acad. d. Belgique 1876; Contribution au devellopement embryon- naire des Teleosteens, Ebenda 1877; Recherches sur la maturation de l'oeuf et ladivision cellu- laire, Gand 1884. Mit Neyt: Nouvelles recherches sur la fecondation et la division mitotique chez PAscaride megalocephale, Leipzig 1887. Literatur. Nekrolog im Archic d. Biol. IDIO. W. Harms. Beuedeu Pierre Joseph van. Geboren am 19. Dezember 1809 in Mecheln; ge- storben am 8. Januar 1894 in Löwen. Er studierte Medizin, um sich dann aber nach seiner Promo- tion ganz der Zoologie zu widmen. Er wurde 1831 Konservator des Natmliistorischen Museums in Löwen, 1845 Professor der Zoologie in Gent, ging abei- schon im folgenden Jahre als Professor der Zoologie und Paläontologie nach Löwen zurück. Sein Forschungsgebiet umfaßte liaupt- sächlich die niederen Tiere, so die marine Fauna der belgischen Küste, namentlich die Bryozoen, Mollusken und Cölenteraten, zu deren entwick- lungsgeschichtlicher Kenntnis er durch mehrere Arbeiten beigetragen hat. Sehr eingehend hat er sich mit den Eingeweidewürmern der Fische und auch der höheren Tiere beschäftigt und nament- lich versucht, ihren Entwickelungszyklus fest- I zustellen. Er ist es auch gewesen, der den wahren i Parasitismus von dem Kommensalismus und dem I Mutualismus abtrennte und so eine schärfere Definition dieser Vorgänge schuf. Auch auf ! paläontologischem Gebiete verdanken wir ihm einige Ai-beiten, so über die fossilen Cetaceen, die er mit Gervais zusammen bearbeitet hat. Er van Beneden — Benzolgruppe 915 schrieb Zoologie medicale (mit Gervais), Paris 1859, 2 Bde.; Iconographie des helminthes ou des vers parasites de l'liomme, Löwen 1860; Osteo- graphie des cetaces vivants et fossiles (mit Ger- vais), Paris 1868 bis 1877; La vie aniraale et ses mysteres, Brüssel 1863; Les fouilles au treu des Nutons de Furforz, Brüssel 1865; Les chauves- souris de l'epoque du mammouth et de l'epoque actuelle, London 1871; Die Schmarotzer des Tierreiches, Leipzig 1876. Literatur. Manifestation en l'honneur de 31. le profetfseur van Beneden Gent 1877. W. Hanns. Beiitham George. Botaniker. Geboren am 22. September 1800 zu Plymouth, lebte von 1814 bis 1826 im südlichen Franki-eich, wo er sich mit der dortigen Flora sowie der der Pyi-enäen beschäftigte. Nach England zurückgekehrt, widmete ersieh vor allem der Bearbeitung von Sammlungen außer- europcäischer Pflanzen, so z. B. jener, die die Horticultural Society zusammenbrachte, und vieler anderer. Sein umfangreiches Herbar schenkte er im Jahre 1854 dem Staate, welches nebst den Sammlungen von W. Hooker den Grundstock des späteren Kew-Herbariums bildete. 1861 wurde er Präsident der Linnean Society und starb, ohne je ein öffentliches Amt bekleidet zu haben, zu London am 10. September 1884. Bentham war einer der bedeutendsten Pflanzen- kenner und hat zahlreiche ausgezeichnete, wenn auch in der morphologischen Auffassung nicht immer glückliche monographische und floristische Ai'beiten verfaßt. Unter den ersteren seien ge- nannt Monographien der Labiaten (1832 bis 1836), der Polemoniaceen (1845) und der Scro- phulariaceen (1864), diese beiden für De Can- dolles Prodromus. Unter den Floren sind hervor- zuheben die Bearbeitung der Leguminosen für Martius' Flora Brasiliensis (1859 bis 1862), die Flora Hongkongensis (1861) und die Flora Australiensis (7 Bände 1863 bis 1878), zu der Ferdinand von Müller die Sammlungen und zahlreiche Manuskiiptbemeikungen geliefert hatte . Sein Hauptwerk sind die gemeinsam mit D. Hooker verfaßten Genera Plantarum ad exem- plaria imprimis in herbar iis Kewensibus servata definita (3. Bände London 1862 bis 1888), an dem ihm der größte Anteil gebührt und worin eine außerordentliche Fülle von Material be- arbeitet ist. Literatur. Urban in Ber. d. Deutsch. Bot. Gesellseh. Bd. II, 1884, S. 16. W. Hiihland. Benzolgrappe. 1. Allgemeines und Isomerieverhältnisse. 2. Konstitutionsermittelung und Substitutionsregel- mäßigkeiten. 3. Uebergänge zwischen aromati- schen und aliphatischen Verbindungen. 4. Der Steinkohlenteer. 5. Benzolkohlenwasserstoffe 6. Halogensubstitutionsprodukte. 7. Nitrokörper 8. Amine nebst Diazokörpern und Hydrazinen. 9. Azo-, Azoxy- und Hydrazoverbindungen. 10. Phenylhydroxylamin. 11. Sulfosäuren. 12. Phenole. 13. Chinone. 14. Alkohole, Aldehyde und Ketone. 15. Säuren. 16. Verschiedenes. I. Allgemeines und Isomerieverhält- nisse. Die Benzolgruppe bildet den größten und wichtigsten Bestandteil der aroma- tischen Bei he. Uire Stammsubstanz, das Benzol CgHe ist der Typus eines aro- matischen Kohlenwasserstoffs; seine Kon- stitution ist daher in dem Artikel ,,A r o - ma tische Reihe" erläutert; es wird dort gezeigt, daß die Benzolmolekel durch einen Ring von sechs Kohlenstoffatomen gebildet wird, die in eigentümlicher Weise miteinander verknüpft sind und je ein Wasserstoffatom binden CH CH II CH CH ^CH/ oder schematisch Durch Ersatz der Wasserstoff atome des Benzols — es können 1 — 6 Wasserstoffatorae substituiert werden — durch andere Atome oder Radikale gelangt man zu einer fast unendhchen Reihe von Derivaten. Während durch die Substitution eines Wasserstoff- atoms durch ein bestimmtes Radikal stets ein und dasselbe Monoderivat gebildet wird, gibt der Eintritt zweier Substituenten in den Benzolkern Anlaß zu I s o m e r i e e n , und zwar sind, wie die Theorie in Uebereinstim- mung mit den Tatsachen ergibt, drei isomere Biderivate des Benzols möglich. Man unter- scheidet die drei Isomeren der Einfachheit halber durch die Präfixe ortho-, meta- und para- oder abgekürzt o-, m- und p-. Man schreibt also o - Dichlorbenzol, m-Dinitro- benzol, p-Chlornitrobenzol Cl NO, Cl Cl ■NO.. 0- NO2 Auch bei dreifacher Substitution hat man drei verschiedene Stellungen zu unterscheiden öS* 916 Benzolgi'iippe X X X X X X V = vicinal a = asymm, s = symmetrisch Noch einfacher ist es, die Stelhmg der Substituenten durch Zahlen anzugeben, in- dem man die Kohlenstoffatome mit 1 — 6 numeriert: /\ j6 2| .4. Dann ist o-Dinitrobenzol 1.2-DinitrobenzGl, s-Trichlorbenzol 1.3. 5-Trichlorbenzol. 2. Konstitutionsermittelung und Sub- stitutionsregelmäßigkeiten. Die K 0 n s t i - t u t i 0 n s e r m i 1 1 e 1 u n g der einfachen Ben- zolabkömmlinge gelingt, nachdem für eine An- zahl Benzolderivate die Zugehörigkeit zur Ortho-, Meta- oder Parareihe ein für allemal auf kom- pliziertem Wege erwiesen ist, meist ohne Schwie- rigkeit dadurch, daß man die unbekannte Sub- stanz mit Hilfe möglichst glatter und einfacher, eine Umlagerung ausschließender Reaktionen in einen Stoff von bekannter Konstitution um- wandelt. Häufig gestattet auch schon die Bil- dungsweise der betreffenden Verbindung einen ziemlich sicheren Schluß auf ihre Konstitution. Es hat sich nämlich ergeben, daß die Sub- stitution nach bestimmten Regeln verläuft, z. B. wenn man Chlorbenzol weiter substituiert, so entstehen beinahe ausschließlich 0- und p-Derivate, also o- und p-Dichlorbenzol, 0- und p-Chlornitrobenzol usw. ; eine Substi- tution in der m-Stellung erfolgt fast gar nicht. Gerade umgekehrt verhält sich das Nitro benzol: Beim Ersatz eines weiteren Wasserstoffatoms entstehen ganz überwiegend m-Derivate, also m-Dinitrobenzol, ra-Chlornitrobenzol. Die Stel- lung des neu eintretenden Substituenten wird mithin durch die Natur des im Kern bereits vorhandenen bedingt, und zwar hat man zwei Klassen von Substituenten zu unterscheiden. Ebenso wie das Chloratom lenken den neu ein- tretenden Substituenten in o- oder p-Stellung auch noch folgende häufigen Radikale : Halogen (Cl, Br, J), Alkylrest (CH3, CoH^), Hydroxyl- und Alkoxylgruppe (OH, OCH3), Aminogruppe (NH2, N(CH3)2); der Nitrogruppe entsprechend verhalten sich "der Sulforest (SO3H), die Carboxvl- und Carbonvigruppe (COOH, CHO, COCH3), der Nitrilrest (CN). Es ist ferner bemerkenswert, daß die Substituenten der erstgenannten Klasse die weitere Substitution erleichtern, die der zwei- ten dagegen diese erschweren, d. h. also Chlor- benzol wird leichter als Benzol chloriert, nitriert, sulfuriert usw., Nitrobenzol dagegen schwerer. — Es ist bisher nicht gelungen, die obigen Substitutionsrege In aus der Natur des Benzolkerns durch Aufstellung einer geeig- neten Formel restlos zu erklären. Dagegen gibt folgende (mnemotechnische) Regel die beobach- teten Tatsachen gut wieder: Alle Gruppen, deren Wasserstoffverbindung sich leicht zu der um ein Sauerstoffatom reicheren Säure oxydieren läßt, sind Substituenten der zweiten Klasse. 3. Uebergänge zwischen aromatischen und aliphatischen Verbindungen. Die Verbindung zwischen den Benzolderivaten und den Körpern der ahphatischen Reibe wird durch eine Reihe von Sjmthesen und Abbaureaktionen hergestellt : " So entsteht z. B. beim Durchleiten von Acetylen durch glühende Röhren Benzol, beim Erhitzen von Aceton mit verdünnter Schwefelsäure unter Wasserabspaltung 1. 3. 5-Trimethyl- benzol (Mesitvlen) CH CH ^ CH CH CH CH Acetylen CH3 I CO \ CH3 CH3 I CO CO-CH3 / / CH3 CH3 Aceton CH / % CH CH 1: ! CH CH \ / CH Benzol CH., I ' C ^ \ CH CH ii c c CH3 CH CHg Mesitylen Andererseits kann auch der Benzolring unter Bildung aliphatischer Substanzen gesprengt werden; so entsteht durch energische Re- duktion von Benzol mit Jodwasserstoff Hexan C6Hj4, durch energische Oxydation mit Chlorsäure eine halogenhaltige Keton- säure mit offener Kette, die /^-Trichlor- acetylacrylsäure, CCI3 CO CH=CH COOH. 4. Der Steinkohlenteer. Die Haupt- quelle für die Cl e w Innung aroma- tischer Substanzen bildet der Stein- k 0 h 1 e n t e e r. Das Vorkommen einiger Benzolderivate in der Natur — Benzoesäure, Bittermandelöl usw. — spielt eine ver- schwindende Rolle gegenüber dieser reichen Fundgrube, die das Ausgangsmaterial für die unübersehbare Zahl der im Laboratorium und in der Technik dargestelltenBenzolderi vate liefert. Als Steinkohlenteer bezeichnet man die flüssigen Bestandteile, die bei der trockenen Destillation von Steinkohle entstehen; er ist eine schmierige übelriechende Masse, die durch suspendierten Kohlenstoff schwarz gefärbt ist. Er besteht überwiegend aus aroma- tischen Substanzen, die sich ihrer chemischen Natur nach in indifferente, saure und basische Benzolgrnppe 91< Körper einteilen lassen. Zu den indifferenten gehören in erster Linie die aromatischen Kohlenwasserstoffe, Benzol und seine Homo- logen, sowie Xaphtalin, Fluoren, Anthracen, Phenanthren; saure Bestandteile sind das Phenol und die Kresole, basische Anilin, Pyridin, Chinolin u. a. Die Trennung dieser verschiedenen Substanzen erfolgt in erster Linie durch fraktionierte Destillation, wo- bei man gewöhnlich vier Fraktionen unter- scheidet: 1. Vorlauf; 2. Leichtöl (bis 200» siedend); 3. Schweröl (bis 250") und 4. Anthracenöl (über 250"). Den Rückstand bildet das nicht unzersetzt destillierbare Pech, eine zähe Masse höchst komphzierter Zusammensetzung, die nicht weiter ver- arbeitet wird. Aus den einzelnen Fraktionen entfernt man die sauren Bestandteile durch Ausziehen mit Alkalien und darauf die basischen durch Behandeln mit Säuren. So gewinnt man z. B. aus dem sogenannten Leichtöl das Phenol und die Pyridinbasen, welch letztere zum Denaturieren von Spiritus Verwendung finden. Aus dem übrig bleiben- den Gemenge indifferenter Bestandteile trennt man nach weiterer Reinigung mit konzentrierter Schwefelsäure die einzelnen Kohlenwasserstoffe durch fraktionierte Destil- lation ab; aus dem Leichtöl Benzol und seine Homologen, aus dem Schweröl Kaphtalin und aus dem Anthracenöl Anthracen und Phenanthren (vgl. den Artikel ,,Teer"). 5. Benzolkohlenwasserstoffe. Aus dem Steinkohlenteer sind von den Benzolkohlen- wasserstoffen nur Benzol und Toluol durch fraktionierte Destillation leicht rein dar- zustellen; zur Gewinnung der anderen Homo- logen bedient man sich im Laboratorium zweckmäßig synthetischer Methoden, von denen die wichtigsten in folgendem angeführt seien: 1. Durch Einwirkung von Natrium auf ein Gemisch von Brom- oder Jodbenzol mit einem ahphatischen Alkylhalogenid er- hält man einen homologen Kohlenwasser- stoff nach der Gleichung CßH^Br + C^H^Br + 2Na = CRß^li, + 2NaBr. Diese sehr allgemeiner Anwendung fähige „F i 1 1 i g sehe Reaktion" entspricht der berühmten W u r t z sehen Synthese in der Fettreihe. 2. Setzt man einem Gemenge von Benzol und iVlkylchlorid Aluminium- chlorid zu, so wird in heftiger Reaktion Salz- säure abgespalten CeHß + CICH3 = C6H5CH3 + HCl (Synthese von Friedel und Grafts), Es können so auch mehrere Wasserstoffatome im Benzolkern substituiert werden. Der Mechanismus der Reaktion ist noch nicht völlig aufgeklärt, jedenfalls bilden sich inter- mediär additioneile Verbindungen des Alu- miniumchlorids mit Benzol. 3. Benzol- kohlenwasserstoffe werden durch Destilla- tion ihrer Carbonsäuren mit Natronkalk ge- bildet CeHsCOONa + NaOH = C,R, + COgNa. Benzol und seine Homologen sind meist farblose Flüssigkeiten (nur die hochmoleku- laren sind fest) von charakteristischem Ge- ruch; sie sind in Wasser unlöshch, mit Alko- hol und Aether mischbar und besitzen im allgemeinen ein großes Lösungsvermögen für organische Substanzen. Sie sind unzer- setzt destilherbar und verbrennen mit leuchtender stark rußender Flamme. In ihrem chemischen Verhalten zeigen sie ty- pisch „aromatischen Charakter" (siehe den Artikel ,,A r 0 m a t i s c h e R e i h e"). Benzol CgHe. Leicht beweghche, wasserhelle Flüssigkeit vom Siedepunkt SO**; Schmelzpunkt + 6°. Das aus Teer gewon- nene Handelsprodukt enthält stets eine geringe Beimengung von T h i 0 p h e n C4H4S, von welchem es durch Schütteln mit Schwefelsäure befreit werden kann. Das in den einfachen Benzolabkömmlingen sich findende Radikal CgHg wird als ,,Phenyl" bezeichnet. Toluol C6H5CH3 Siedepunkt HO». Entsteht auch bei der trocknen Destillation des Tolubalsams. Die drei isomeren X y 1 0 1 e (Dimethyl- benzole) CgH4(CH3)2 werden aus dem Teer nur als Gemenge gewonnen, das durch frak- tionierte Destillation nicht in seine Bestand- teile zerlegt werden kann. 0 - X y 1 0 1 wird nach der Fittigschen Synthese aus o-Brom- toluol, Methyljodid und Natrium dargestellt. Siedepunkt 142'^. m-X y 1 0 1 läßt sich aus dem aus Teer gewonnenen Rohxylol durch Behandlung mit verdünnter Salpetersäure erhalten, da es bedeutend schwerer oxydiert wird als die beiden anderen Isomeren. Siede- punkt 137°. p- X y 1 0 1. Reindarstellung aus p-Dibrombenzol und Methyljodid mittels Natrium. Siedepunkt 131^. Von weiteren Homologen des Benzols seien noch erwähnt das Mesitvlen (1-3-5-Trinie- thylbenzol) C6H3(CH3)3, 'Siedepunkt 163», dessen synthetische Darstellung aus Aceton und Schwefelsäure bereits oben angeführt wurde, und das p- C y m 0 1 (p-Methylisopropylbenzol) CgH^ (CH3) (C3H7), Siedepunkt 153», das sich in der Natur (als Bestandteil ätherischer Oele) häufig findet und wegen seiner Beziehung zu der Gruppe der Terpene von Bedeutung ist. Außer den eigentlichen Homologen des Ben- zols gibt es auch noch wasserstoffärmere Kohlen- wasserstoffe, die eine ungesättigte Seitenkette enthalten. Zu ihnen gehört das S t y r 0 1 (Phenyl- äthylen), CeHgCH^CHä, das sich auch im Steinkohlenteer findet; Siedepunkt 146». In der Natur kommt es im Storax (Styrax officiualis) und im Rindensaft von Liquidambar Orientale 018 Benzolgriip})e vor; im Laboratorium wird es zweckmäßig durch langsame Destillation der Zimmtsäure dargestellt : C.Hg CH=CH COOH = C.Hs CH=CH, + CO2. 6. Halogensubstitutionsprodukte. Die Halogensubstitutionsprodukte der Benzolkohlenwasserstoffe zerfallen in zwei scharf unterschiedene Gruppen; die eine enthält das Halogen im Benzolkern selbst, wo es sehr fest haftet, und z. B. gegen die Hydroxyl- und Aminogruppe nicht aus- getauscht werden kann; die andere ist in der Seitenkette substituiert und besitzt die gleiche Reaktionsfähigkeit wie die rein ahphatischen Halogenalkyle. Beide Arten von Halogenderivaten entstehen durch direkte Substitution. An welcher Stelle das Halogen eintritt, hängt von den Arbeitsbedingungen ab: in der Kälte, bei Gegenwart von Jod und Ausschluß des direkten Sonnenhchts wandert das Halogen in den Kern, bei erhöhter Tem- peratur, im Sonnenhcht und bei Gegenwart gewisser Ueberträger, z. B. roten Phosphors, in die Seitenkette. Die Halogensubstitu- tionsprodukte der Benzolkohlenwasserstoffe sind teils farblose Flüssigkeiten, teils feste kristaUisierte Substanzen. Die im Kern substituierten Kohlenwasserstoffe besitzen meist einen angenehmen Geruch, während diejenigen, die das Halogen in der Seiten- kette enthalten, scharf und stechend riechen und stark zu Tränen reizen. Monochlorbenzol CeHgCl, Siedepunkt 132«, Monobrombenzol CgHsBr, Siedepunkt 156 °, Monoiodbenzol CeHgJ, Siedepunkt 185 ». Benzylchlorid CsH^CHoCI, Siedepunkt 179«, Benzalchlorid CeHsCHCl.,, Siedepunkt 206 « und Benzotrichlorid CeHjClg, Siedepunkt 213» kön- nen sämtlich durch Chlorierung von Toluol im direkten Sonnenlicht erhalten werden. Beim Ueberhitzen mit Wasser liefern sie die ent- sprechenden Sauerstoff Verbindungen, nämlich den Benzylalkohol, den Benzaldehyd und die Ben- zoesäure, z. B. CgHäCHCla + H,0 = CeH^CHO + 2HC1. 7. Nitrokörper. Läßt man auf aroma- tische Kohlenwasserstoffe konzentrierte Sal- petersäure oder Salpeterschwefelsäure ein- wirken, so erhält man durch Ersatz eines oder mehrerer Kernwasserstoffatome durch d^e NOg-Gruppe die sogenannten Nitro- körper (s.ehe d.ese) CeHß + HONO2 = C6H5NO2 + H2O. Sie sind sowohl für die Wissenschaft wie für die Technik von großer Wichtigkeit, da man von ihnen aus, meist auf dem Wege über Amino- und Diazokörper, zu den verschieden- sten Derivaten gelangen kann. Die aromatischen Nitrokörper sind gelb- liche Flüssigkeiten oder kaum gelb gefärbte kristal- lisierte Substanzen, zum Teil unzersetzt destil- lierbar und mit Wasserdämpfen flüchtig, in Wasser wenig, in organischen Lösungsmitteln meist leicht löslich. Als charakteristischer Ver- treter sei hier nur das N i t r 0 b e n z 0 1 CgHgNOj angeführt, das besonders als Ausgangsmaterial für die Darstellung von Anilin von Bedeutung ist. Gelbliches Oel vom Siedepunkt 209«. Wegen seines dem des Bittermandelöls ähnlichen Ge- ruchs findet es in der Parfümindustrie als Er- satzmittel für Bittermandelöl Verwendung (Mir- banöl). Besonderes Interesse verdient das Ver- halten der Nitrokörper gegen reduzierende Agentien. Je nachdem, welches Reduktions- mittel man anwendet, gelangt man zu ver- schiedenen Gruppen von Verbindungen; bei Reduktion in saurer Lösung erhält man die A m i n e , in alkahscher Lösung die Az 0 xy - , A z 0 - und Hydrazokörper und in neutraler Lösung die H y d r 0 x y 1 a m i n e. Von diesen Reduktionsprodukten handeln die drei folgenden Abschnitte. 8. Amine nebst Diazokörpern und Hydrazinen (siehe denArtikel ,,Ammoniak- d e r i V a t e"). Der wichtigste Vertreter dieser Gruppe ist das Anilin CsHgNHa. Man erhält es in der Technik durch Reduktion des Nitrobenzols mit Eisenspänen und Salz- säure CßHsNOa + 3Fe + 6HC1 = CßHsNHa + SFeCla + 2H2O. Man braucht aber eine viel geringere Menge Salzsäure als der Gleichung entspricht, da bei einmal eingeleiteter Reaktion das Nitrobenzol schon durch fein verteiltes Eisen und Wasser reduziert wird. CeH5NOo+2Fe + 4H,0=C6H5NH,4-2Fe(OH)3. Im Laboratorium verwendet man zur Darstellung des Anilins aus Nitrobenzol zweckmäßig Zinn und Salzsäure: auch Schwefelammonium ist brauchbar. Das Anilin ist eine in ganz reinem Zustande farblose, sich leicht dunkel färbende Flüssigkeit von starkem Lichtbrechungsvermögen und cha- rakteristischem, unangenehm basischen Geruch. Sein Siedepunkt liegt bei 184 «, es ist in Wasser wenig löslich und mit Wasserdämpfen flüchtig. In Säuren löst es sich unter Bildung von Salzen, z. B. CeH5NH.,.HCl, leicht auf. Durch die nega- tive Natur der Phenylgruppe ist aber die Basi- zität des Anilins gegenüber den aliphatischen Aminen so stark herabgesetzt, daß es gegen Lakmus und Phenolphtalein nicht mehr basisch reagiert, und auch kein kohlensaures Salz mehr zu bilden vermag. Mit Oxydationsmittehi liefert das Anilin je nach den Bedingungen verschie- dene Produkte, von denen C h i n 0 n und A n i - 1 i n s c h w a r z die wichtigsten sind ; gegen Reduktionsmittel ist es äußerst beständig. Vom Anihn gelangt man durch Ersatz der am Stickstoff befindhchen Wasserstoff- atoine durch ahphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffreste zu sekundären und tertiären Basen. Bei Behandlung des Ani- hns mit Halogenalkylen erhält man fett- aromatische, sogenannte gemischte Basen, Ben/ol,i>i uppe 919 die wie das Anilin schwachbasischen Charakter besitzen und mit Säuren beständige Salze liefern. Die rein aromatischen Basen, D i - und T r i p h e n y 1 a m i n , (CeH5)2NH und (C6H5)3N, haben 'dagegen die Basizität ganz oder fast ganz verloren; das Triplienylamin bildet überhaupt keine Salze mehr und das Diphenylamin nur solche mit starken Säuren, die aber schon mit Wasser zersetzt werden. Die tertiären Basen vom Typus des Di- methylanilins sind imstande, sich mit noch einer Molekel Halogenalkyl zu quaternären Salzen zusammenzulagern C6H5N(CH3)2+ CH3J = CsH5N(CH3)3J. Die diesen Salzen zugrunde hegenden T r i - a 1 k y 1 a n i 1 i n i u m h y d r 0 X y d e sind wie die analogen quaternären Basen der Fettreihe sehr starke, den Alkahhydroxyden vergleichbare Basen. Von besonderer Wichtigkeit ist das Ver- halten der verschiedenen Amine gegen salpetrige Säure. Die sekundären und tertiären reagieren damit unter Bildung von Nitrosoverbindungen und zwar bilden die sekundären dabei Nitrosamine, in denen das letzte am Stickstoff noch vorhandene Wasser- stoffatom (hirch die Nitrosogruppe ersetzt wird: C6H5NHCH3+HONO = CeHjN (NO) CH3+H.O, Bei den tertiären Basen tritt dagegen die Nitrosogruppe in den Kern ein, und zwar in p-Stellung CgH^NCCHa). + HONO = N0.C6H4N(CH3).,+ H,0. Die Nitrosamine besitzen keine basischen Eigenschaften mehr, wogegen die im Kern nitrosierten Amine noch säurelöslich sind; auf diesem verschiedenen Verhalten der Reaktions- produkte mit salpetriger Säure beruht ein sehr wichtiges Trennungsverfahren der sekundären von den tertiären und, wie aus dem Folgenden hervorgeht, auch von den primären Aminen. Am interessantesten und wichtigsten sind die Veränderungen, die die primären aro- matischen Amine mit salpetriger Säure er- fahren. Während die aliphatischen primären Amine durch salpetrige Säure unter Stick- stoffentwickelung direkt in die zugehörigen Alkohole übergeführt werden, kommt es bei den aromatischen Aminen bei geeigneter Wahl der Arbeitsbedingungen zur Bildung eines Zwischenprodukts, einer sogenannten D i a z 0 n i u m V e r b i n d u n g. Die sich dabei abspielende Reaktion wird durch fol- gende Gleichung wiedergegeben CßH^NH, . HNO3 = C6H5N.N03+2H,0 + NOoH N Benzoldiazoniumnitrat. Die salpetrige Säure wird entweder gasförmig in die wässerige Anilinsalzlösung eingeleitet, oder sie kommt — und das ist die weitaus am häufig- sten angewandte ^Methode — in statu nascendi zur Verwendung, indem man zu der angesäuerten Lösung eines Anilinsalzes eine Natriumnitrit- lösung zutropfen läßt. Die Diazoniumsalze rea- gieren neutral, sodaß also der ihnen zugrunde liegenden (hypothetischen) Hydro xylverbindung CgHrj.N.OH der Charakter einer starken Base i N zukommen muß. Dieses Diazoniumhy- d r 0 X y d hat indessen wegen seiner außerordent- lichen Unbeständigkeit bisher nicht isoliert werden können. In wässerigem Alkali lösen die Diazoniumsalze sich leicht auf unter Bildung von Alkalisalzen, sogenannten Diazo taten. Die Diazotate enthalten keinen .5-wertigen Stick- stoff mehr, sondern besitzen die durch die Formel C6H5N=N0K wiedergegebene Konstitution; beim Erhitzen mit konzentriertem Alkali gehen sie in Iso diazo täte über, welche mit den Diazotaten stereoisomer sind CeH-.N C^Hg.N II (syn-Form) i| (anti-Form) KO.N N.OK Kaliumdiazotat Kaliumisodiazotat Die von Peter Grieß (1860) ent- deckten Diazoverbindungen spielen wegen ihrer großen Reaktionsfähigkeit in der Chemie der aromatischen Reihe eine außerordentlich bedeutende RoUe. In trockenem Zustande stellen sie sehr gefährhche Substanzen dar, da sie durch Stoß oder Erhitzen mit unge- heurer Heftigkeit explodieren. Man benutzt daher gleich ihre bei der Behandlung der aromatischen Amine mit salpetriger Säure (bei der „Diazotierung") entstehenden Lö- sungen zur Weiterverarbeitung nach folgen- den Reaktionen 1. Beim Erhitzen mit Wasser liefern sie unter Stickstoffabspaltung Phenole : C6H5N2S04H + H,0=CeH50H+N, + H,S04- 2. Durch'Alkohol (unter Oxydation des Alko- hols zu Aldehyd) oder durch Zinnchlorür in alka- lischer Lösung werden sie zu Kohlenwasserstoffen reduziert C6H5N2C1+H2=C6H„+HC1+N2. 3. Erwärmt man ein Diazoniumsalz mit Cuprohalogenid oder -Cyanid, so tritt das Halo- genatom oder der t'yanrest an Stelle des Diazo- komplexes (S a n d m e y e r s c h e Reaktion) CeHsN^Cl = CeH^Cl+Na und: CeHsNoCN = CgHsCN + N^. Die Cuprosalze wirken dabei rein katalytisch. Diese Reaktionen gestatten es also, in einem aromatischen Amin auf dem Wege über das Diazoniumsalz die Aminogruppe durch Hydroxyl, Wasserstoff, Halogen oder die Cyangruppe auszutauschen, wobei stets eine Ehminierung der Diazogruppe statt- findet. Bei den folgenden Umsetzungen bleibt dagegen der Stickstoffkomplex er- halten : 4. Benzoldiazoniumchlorid tritt in neutraler oder essigsaurer Lösung mit primären und sekun- dären Aminen zu sogenannten Diazoamino- V e r b i n d u n g e n zusammen 920 BenzolgTup])e Diazoaminobenzol Die Diazoaminoverbindungen lagern sich bei Gegenwart von salzsauren Aminen leicht in die isomeren A m i n o a z o k ö r p e r um, bei denen der Aminstickstoff in p- Stellung zur Azo- gruppe steht CßHsN^N-NHCeH., -> V.'H.'^^^.CJi^.^ll^. Diese Aminoazokörper, die wertvolle Farbstoffe darstellen, erhält man direkt durch Vereinigung (,, Kuppelung") von Ben- zoldiazoniumchlorid mit tertiären Aminen CeHsN^Cl + C6H5N(CH3)2 = CeH5N=NC6H4N(CH3),+ HCl. In entsprechender Weise „kuppeln" die Diazoniumverbindungen in alkalischer Lösung jnit Phenolen unter Bildung von 0 x y a z o - Verbindungen CeH5N,Cl+CeH50K = C6H5N=NCeH4.0H+ KCl Die Hydroxylgruppe tritt dabei ebenfalls in p-S"tellung zur A z o g r u p p e. Die Oxyazokörper sind wie die Aminoazover- bindungen äußerst wichtige Farbstoffe; diese Kuppelungsreaktionen sind daher von enormer technischer Bedeutung. In naher Beziehung zu den Diazokörpern stehen die H y d r a z i n e , Verbindungen, die sich vom Diamid, HoN.NHg, durch Er- satz von Wasserstoff durch einen Kohlen- 1 Wasserstoffrest ableiten. Die primären Hydra- zine, deren wichtigster Vertreter das Phenyl- hydrazin, CeHgNHNHa ist, erhält man durch Keduktion von Benzoldiazoniumchlorid mit Natriumsulfit oder Zinnchlorür und Salz- säure CeHsN^Cl + 4H - C6H5NHNH2.HCI. Das P h e n y 1 h y d r a z i n , eine farb- lose, leicht veränderliche Flüssigkeit von ziemhch giftigen Eigenschaften, ist als Rea- genz auf Aldehyde und Ketone von großer Bedeutung, es bildet mit ihnen unter Wasser- austritt die Hydrazone CeHgCHO + NHaNHCßHs = CeH5CH = N.NHC6H5+H,0. Bei der Einwirkung von Phenylhydrazin auf gewisse Zuckerarten, z. B. die Hexosen, ent- stehen zunächst ebenfalls Hydrazone, dann die höchst charakteristischen 0 s a z 0 n e (vgl. den Artikel „Kohlehydrate"). 9. Azoxy-, Azo- und Hydrazoverbin- dungen. Wird eine aromatische Nitrover- bindung in alkalischer Lösung reduziert, so erhält man im allgemeinen keine Amine, sondern je nach den Beaktionsbedingungen Azoxy-, Azo- oder Hydrazokörper CeHg.N-N.CeHs Azoxybenzol CeH^NlNCeH, Azobenzol CßHsNH.NHCeHs Hydrazobenzol Die A z 0 x y v e r b i n d u n g e n bekommt man aus den Nitrokörpern durch Reduktion mit kochender alkoholischer Kalilösung. Es sind schwach gefärbte kristallisierende Sub- stanzen, die leicht weiter reduzierbar sind und beim Erwärmen mit konzentrierter Schwefelsäure sich in die isomeren 0 x y a z 0- k ö r p e r umlagern CeH5.N2O.C6H5 — > CeH5.N= N.CeH^.OH Die Azokörper entstehen aus den Nitro- oder Azoxy Verbindungen beim Be- handeln mit Natriumamalgam oder mit alkahscher Zinnoxydullösung. Sie sind aus- nahmslos durch starke Färbung ausge- zeichnet und bilden meist lebhaft rot oder orange gefärbte Kristalle, die in Säuren und Basen unlöslich und als sehr beständige Substanzen unzersetzt destillierbar sind; durch Zinkstaub und Natronlauge werden sie in die H y d r a z 0 v e r b i n d u n g e n übergeführt CeH^N; NCßHs + 2H = CeHsNH.NHCßHg. Diese sind im Gegensatz zu den Azo- körpern farblose Substanzen von neutralem Charakter, die schon durch Luftsauerstoff zu den Azokörpern zurückoxydiert werden. Für die Technik (Farbstoffindustrie) sind sie wegen einer Umlagerung bedeutsam, die sie bei" der Einwirkung von Mineralsäuren erleiden („B e n z i d i n u m 1 a g e r u n g"). Es findet dabei eine Verschiebung der Atome im folgenden Sinne statt: CßHä . NH . NH . CßHs^HsN . CgH^ . CgH, . NHg. Hydrazobenzol Benzidin 10, Phenylhydroxylamin CgHjNHOH entsteht, wie schon erwähnt, bei der Reduk- tion des Nitrobenzols in neutraler Lösung mit Zinkstaub und Chlorammonium oder auch bei vorsichtiger Reduktion mit Schwefel- ammonium CeHsNOa + 4H = C^H^NHOH + H^O. Es kristalhsiert in farblosen, sehr unbestän- digen Nadeln vom Schmelzpunkt 81'', ist seiir oxydabel, reduziert daher ammonia- kahsche" Silberlösung und wird durch Chrom- säure zu N i t r 0 s 0 b e n z 0 1 , CgHsNO, oxy- diert. Seine Lösungen sind giftig. Mit Schwefel- säure lagert es sich in das isomere p-x\mino- phenol um CeHgNHOH — > HO.C6H4.NH2. 11. Sulfosäuren. Benzolkohk^nwasser- stoffe reagieren ziemlich leicht mit konzen- trierter Schwefelsäure unter Bildung von Sulfosäuren CeHe + H2SO4 = CeHjSOgH + H^O. Die B e n z 0 1 s u 1 f 0 s ä u r e ist eine sehr starke Säure. Fast alle Sulfosäuren sind Benzolgruj)j)e 921 ebenso wie ihre Natriumsalze in Wasser leicht löslich. Man bedient sich daher der Snlfnrierung, um wasserunlösliche, aroma- tische Körper in wasserlösliche überzuführen, was besonders in der Farbstoffchemie von Bedeutunsi- ist. Sulfosäuren sind weiterhin wichtig als Zwischenprodukt für die Dar- stellung der Phenole, da sie beim Schmelzen mit Alkali die Sulfogruppe gegen Hj'droxyl austauschen CeHsSOgK + KOH = CßHäOH + KjSOo. 12. Phenole. Die Phenole ent- sprechen in ihrer Konstitution den alipha- tischen Alkoholen; wie diese leiten sie sich von den Kohlenwasserstoffen durch Ersatz eines Wasserstoffatoms gegen Hydroxyl ab. Analog den Alkoholen vermögen die Phenole Aether und Ester zu bilden; infolge der elektronegativen Natur des Phenylrests haben sie aber stärker sauren Charakter als die Alkohole und vereinigen sich mit starken Basen zu wasserbeständigen Salzen, sind also in wässriger Natronlauge löslich. Je nach der Zahl cler Hydroxylgruppen unterscheidet man ein- und mehrwertige Phenole; so können im Benzol alle 6 Wasserstoff atome durch die Hydroxylgruppe ersetzt werden. Das einfachste Phenol, CgHsOH, findet als C a r b 0 1 s ä u r e ausgedehnte Ver- wendung zu antiseptischen Zwecken, ein zweiwertiges Phenol ist z. B. das 1.4-Dioxy- benzol oder H y d r o c h i n o n , viel ge- braucht als photographischer Entwickler; von den dreiwertigen ist das bekannteste das Pyrogallol (1.2.3-Trioxybenzol), dessen alkahsche Lösungen in der Gasanalyse als energisches Absorptionsmittel für Sauer- stoff dienen. 13. Chinone. Durch Oxydation des Hydrochinons mit Chromsäure entsteht C h i n 0 n , C6H4O2, stechend riechende, gelbe Kristalle von großer Reaktionsfähigkeit. Meist stellt man es durch Oxydation des Anilins dar; es bildet sich ferner leicht aus vielen p-Derivaten z. B. p-Aminophenol unter der Einwirkung von Oxydations- mitteln. — Dem Chinon erteilt man die eigen- tümhche Konstitutionsformel \ :0 eine ähnliche „chinoide" Atomanordnung liegt sehr vielen Farbstoffen zugrunde. (Näheres siehe in dem Artikel ,,Chinone".) 14. Alkohole, Aldehyde und Ketone. Tritt die Hydroxylgruppe in eine aromatische Verbindung nicht in den Kern, sondern in die Seitenkette ein, so entsteht nicht ein Phenol, sondern ein aromatischer Alkohol (siehe den Artikel ,.Alkohole"), der in seinem Verhalten den aliphatischen x\lkoholen durchaus entspricht. Als ihr ein- fachster Vertreter sei der Benzylalkohol, C6H5CH2OH, erwähnt, der beini Behandeln von Benzaldehyd mit Kali in einer eigen- tümlichen Reaktion entsteht 2C6H5CHO + KOH = CeH.CH.OH + CeHsCOOK. Aus den primären und sekundären aro- matischen Alkoholen entstehen durch Oxy- dation aromatische Aldehyde u n d Ketone (siehe bei diesen). Der bekann- teste aromatische Aldehyd ist der B e n z a 1 - d e h y d , CsHjCHO, gewöhnlich unter dem Namen Bittermandelöl bekannt. Ein einfacher Vertreter der aromatischen Ketone ist das Be n z 0 p h e n 0 n , CeHjCOCeHg, welches durch Destillation von l3enzoesaurem Kalk erhalten wird (C6H5C002)Ca = CeHsCOCßHs + CaCOg. Die aromatischen Aldehyde und Ketone sind in ihrem chemischen Verhalten den aliphatischen völlig ähnlich, liefern z. B. mit Natriumbisulfit kristalhsierende Ad- ditionsprodukte, mit Hydrazinen Hydra- zone usw. 15. Säuren. Durch weitere Oxydation der Aldehyde gelangt man zu den aromatischen S ä u r e n. Auch diese lassen sich den ah- phatischen Säuren durchaus an die Seite stellen, unterscheiden sich von ihnen nur dadurch, daß sie als Benzolderivate noch ver- hältnismäßig leicht nitrierbar, sulfurierbar usw. sind; auch sind sie stärkere Säuren als die Fettsäuren. Außer durch Oxydation der zugehörigen Alkohole oder Aldehyde bilden sie sich auch durch Oxydation der homologen Benzolkohlenwasserstoffe und aller Benzol- derivate, die eine Kohlenstoffseitenkette ent- halten; so entsteht aus Toluol Benzoesäure, aus Chlortoluol CeH^Cl.CHg Chlorbenzoe- säure, aus den Xylolen die Phtalsäuren C6H4(C00H)2. Die einfachste aromatische Säure ist die Benzoesäure CgHgCOOH, welche sich viel- fach in der Natur (im Benzoeharz, im Perubalsam) findet. Sie ki-istallisiert in weißen Blättchen oder Nadeln vom Schmelzpunkt 121 ° und ist wie die meisten aromatischen Säuren in kaltem Wasser schwer löslich. Die Dicarbonsäuren des Benzols werden als Phtalsäuren bezeichnet : die wichtigste davon ist die 0- oder gewöhnliche Phtalsäure. Sie kristallisiert in Blättchen vom Schmelzpunkt 213 ". Technisch wird sie durch Oxydation des Naphtalins mit Quecksilber und konzentrierter Schwefelsäure gewonnen. Sie ist ein Zwischenprodukt der künstlichen Dar- stehung des Indigos. 16. Verschiedenes. Der Uebersichtlichkeit halber sind oben von jeder Gruppe nur die ein- fachsten Vertreter behandelt worden, d. h. solche, die nur eine charakteristische Gruppe, Amine-, Sulfogruppe usw. enthalten. Die unendliche Mannigfaltigkeit der aromatischen Verbindungen kommt aber dadurch zustande, daß in ein 922 Benzolgruppe — Bernard und derselben Substanz verschiedene Gruppen gleichzeitig vorhanden sein können, wie im Aminophenol, im Chlornitrobenzol, einer Oxy- säure usw. Das Eingehen auf alle diese Verbin- dungen würde zu weit führen: nur einige seien erwähnt, die ihrer besonderen Wichtigkeit wegen allgemeineres Interesse beanspruchen. Von allen diesen Körpern gilt, daß sie die Reaktionen der verschiedenen Klassen, zu denen sie gehören, aufweisen; so zeigt ein Aminophenol zugleich die Reaktionen eines Amins und eines Phenols, eine Nitro carbonsäure das Verhalten eines Nitro- körpers und einer Säure usw. S u 1 f a n i 1 s ä u r e (p - Aminobenzolsulf o- säure), C6H4(NH,)S03H, kristallisiert in rhom- bischen Tafeln, die in kaltem Wasser sehr schwer löslich sind. Wichtig für die Gewinnung von Azofarbstoffen. Pikrinsäure (2.4.6-Trinitrophenol), CgHa- (N02)3t)H, kristallisiert in Wasser schwer lös- lichen gelben Blättchen vom Schmelzpunkt 122". Wird technisch durch Nitrieren der Phenolsulfo- säure dargestellt und findet in der Färb- und Sprengstoff Industrie Verwendung. Saccharin, NH, der be- SO. kannte Ersatzstoff für Zucker, ist das Imid der o-Sulfobenzopsäure, C6H4(S03H).COOH. Salicylsäure (o-Oxybenzoesäure), C6H4 (OH).COOH, farblose Prismen vom Schmelz- punkt 159 ". Kommt in der Natur in der Senega- wurzel (als freie Säure) und im Wintergrünöl (als Methylester) vor. Anwendung in der Medizin als Antisepticum und als Heilmittel gegen Rheu- matismus (besonders als Natriumsalz). Literatur. V, Meyer und P. Jacobson, Lehr- buch der organischen Chemie II. Bd. 1. Teil Leipzig 1902. Jakoh Meiscnheimer Bergin au Torbern (Olof). Geboren am 20. März 1735 zu Ivatharin- berg (Westgotland in Schweden); gestorben am 8. Juli 1784 zu Bad Medewi (am Wetter- see in Ostgotland). Sein Vater Bart hold stammte aus der Gegend des Harzes und war königlicher Steuereinnehmer. Den ersten Unter- richt erhielt Bergman auf dem Gymnasium zu Skara; mit 17 Jahren bezog er die Universität Upsala, um Naturwissenschaft und Mathematik zu studieren. Er schloß sich als Schüler Linne an und erregte durch einige vorzügliche zoolo- gische Untersuchungen dessen Aufmerksamkeit. 1758 wa,rd er Magister und Professor der Physik, mußte aber, bis ihm 1761 die Stelle eines Ad- junkten der Mathematik übertragen wurde, sich den Lebensunterhalt durch Privatunterricht ver- dienen. Nach dem Rücktritt von Wallerius bewarb er sich um die Professur für Chemie, ob- wohl er auf diesem Gebiete noch nichts ver- öffentlicht hatte. Eine in wenig Tagen vollendete mustergültige Abhandlung über die Alaunfabri- kation bewies seine hohe Begabung für Chemie, der er sich, nachdem ihm 1767 die Professur über- tragen worden war, von da an ausschließlich widmete. Seit 1764 war er Mitglied der Stock- holmer Akademie, die ihm 1777 die Präsidenten- stelle übertrug und ihm ein .Jahresgehalt von 150 Rixdaler zu den Kosten seiner Versuche bewilligte. Eine Berufung als ord. Mitglied der königUchen Akademie der Wissenschaften zu Berlin durch Friedrich den Großen lehnte er 1776 ab. Seit 1769 durch mühsame und schädliche Labora- toriumsarbeiten angegriffen, erlag seine von Jugend an wechselnde Gesundheit den Folgen eines Fehlsturzes ins Wasser während des Gebrauchs der Bäder zu Äledewi. Ihm verdankt die Chemie die genaue Kenntnis der Kohlensäure und Oxalsäure, deren künstliche Darstellung er lehrte, die Entdeckung des Schwe- felwasserstoffs, die Einführung mathematischer Genauigkeit und bahnbrechende L'ntersuchungen für die Affinitätslehre. Die Mineralogie verdankt ihm außer zahlreichen Mineralanalysen, wozu er Methodenauf nassem und trockenem Wege lieferte, die Kenntnis von geometrischen Beziehungen zwischen den einzelnen KiüstaUformen, die erste Grundlage der Ki'istallographie. Seine wesent- lichen Schriften (ausführliches Verzeichnis bei Poggendorff 1, 150) sind: 1766 Physika- lische Erdbeschreibung; 1778 Chemische Ver- wandtschaftslehre; 1782 Sciagraphie des Mineral- eiches. Fast alle seine Arbeiten sind in 3 Bänden, der 4. ist unvollendet, der 1779 bis 1783 erschiene- nen Opuscula physica et chimica enthalten. Literatur. Hoefer, Histoire de la Chimie II, 439 bis 457. — Ersch und Gruher, Ällg. Enz. d. Wiss. u. K. 9, 125 bis 127. — Nouvelle Biogr. univers. (Hoefer) 5, 520. K. Spangenhevg . Beru.ard Claude. 1813 bis 1873, Er wurde in St. Julien bei ViUefranche unweit von Lyon geboren, wid- mete sich anfangs der schriftstellerischen Lauf- bahn, ging erst in vorgeschrittenem Alter zur Medizin über, wurde 1841 Präparator im Laborato- rium von M a g e n d i e , erhielt 1853 die eigens für ihn begründete Professur der allgemeinen Phj'siologie in Paris und wurde 1855 als Nach- folger von M a g e n d i e Ordinarius der Physio- logie am College de France, wo er bis zu seinem Lebensende tätig war. B e r n a r d war einer der glänzendsten physiologischen Forscher der Neu- zeit, ein vorzüglicher Experimentator und Vivi- sektor, dem die Physiologie zahlreiche Ent- deckungen verdankt. Seine bekamitesten Ex- perimentalarbeiten betreffen (nach H a e s e r s Zusammenstellung) die RoUe des Panla-eas bei der Verdauung der Fette (1846), die experimen- telle Erzeugung des Diabetes (1849), die vaso- motorische Bedeutung des Sympathicus (1851), die ZuckerbUdung in der Leber (1853), den Ein- fluß der Chorda tympani auf den Blutstrom in der Unterkieferdrüse und die hieraus hervorge- gangene Entdeckung der gefäßerweiternden Ner- ven (1858) und zahlreiche toxikologische und pharmakoclynamische Forschungen. Sein epoche- Bernard — Berthelot 923 machendes Hauptwerk waren die Le^ons sur les j phenomenes de la vie communs aux animaux et aux vegetaux, die erst nach seinem Tode voll- ständig erschienen. Literatur. Biogr. Lex. J. Pagel. Bernliardi Johann Jacob. Botaniker. Geboren am 1. September 1774 in Erfurt, wirkte als ordentlicher Professor in der medizinischen Fakultät der dortigen Universität, bis zu deren Aufhebung im Jahre 1816, behielt aber die Direktion des botanischen Gartens, um den er sich besondere Verdienste erwarb. Er starb in Erfurt am 13. Mai 1850. Unter seinen Schriften sind besonders die Beobach- tungen über Pflanzengefäße und eine neue Ai't derselben (Erfurt 1804) zu nennen, die eine Ein- teilung der Gewebearten und der Gefäße sowie Untersuchungen über ihren Bau enthalten, welche als die besten seit Malpighi bezeichnet werden können. Unter seinen übrigen Veröffent- lichungen seien noch die über die Flora von Erfurt (Erfurt 1800) und ein Handbuch der Botanik Bd. 1 (Erfurt 1804) genannt. Von 1815 bis 1824 gab er die Thüi'ingische Gartenzeitung und das Allgemeine deutsche Gartenmagazin heraus. W. Riihland. Bernoulli Jakob. Geboren am 27. Dezember 1654 in Basel; ge- storben ebenda am 16. August 1705. Für den geistlichen Stand bestimmt, trieb Bernoulli heimlich Mathematik; nach Absolvierung der theologischen Prüfung 1676 reiste er nach Holland, England und Frankieich und wandte sich nun- mehr völlig der Mathematik zu. 1687 wurde Bernoulli Professor der Mathematik in Basel, 1699 Mitglied der Pariser, 1701 der Berliner Akademie der Wissenschaften. Er baute die Differential- und Integralrechnung aus (von ihm stammt die Bezeichnung Integral) und löste mit deren Hilfe eine Reihe der schwierigsten mathematisch-physikalischen Probleme. Literatur. Bosenberger, Gesch. d. l'hi/s. Jf, S. 27S, ßrannschweig IS84. E. Drude. Bernoulli Daniel. Geboren am 29. Januar 1700 in Groningen; ge- storben, am 17. März 1782 zu Basel. Er war der Sohn von Johann Bernoulli, studierte Mathe- matik und Medizin, 1724 erhielt er einen Ruf als Präsident an die neugegründete Akademie zu Genua, den er ausschlug, ging aber 1725 mit seinem Bruder Nikolaus an die neugegründete Petersburger Akademie; Nikolaus starb dort im folgenden Jahre und Daniel kehrte 1733 nach Basel zurück, wo er 1750 zum Professor der Physik und Philosophie ernannt wurde. Er war Mitglied der Akademie zu Paris, Berlin, Petersburg und der Royal Society. Als Erster behandelte er die Bewegung der flüssigen Körper durch mathematische Analyse, gab eine Theorie der Saitenschwingung auf trigonometrischem Wege. Die Mathematik verdankt ihm eine Erweiterung der Wahrscheinüchkeitsrechnung. Literatur. Die Basler 3Iatheniatiker Daniel Ber- noulli und Letinhard Enler, Festschr., Basel ISS/,. — Hosenhergev, Gesch. d. Phys. IT, S. fiSS, Braunsrhiceif) ISS4. E. Drude. Bernoulli Johann. Geboren am 27. Juni 1667 in Basel; gestorben am 1. Januar 1748 daselbst. Er war ein Bruder von Jakob Bernoulli, studierte Medizin und Mathematik, wurde 1695 Professor in Groningen, 1705 Nachfolger Jakob Bernoullis in Basel, 1699 Mitglied der Pariser Akademie, desgleichen in den folgenden Jahren der Akademien zu Berlin und Petersburg. Bernoulli war ein eifriger Verfechter Leibniz' in dessen Streit mit Newton über die Erfindung der Differential- rechnung. Der Schwerpunkt seiner Tätigkeit liegt auf dem Gebiet der Mathematik, vorzüglich der Integralrechnung; seine physikalischen Ar- beiten beschränken sich fast ganz auf die Me- chanik und auf einen Versuch, das Brechungs- gesetz des Lichts aus mechanischen Gründen abzuleiten. Literatur. Rosenherger, Gesch. d. Phys. S. 275, Braunschireii/ I884. E. Drude. Berthelot Marcellin. Geboren am 27. Oktober 1827 in Paris, gestorben daselbst am 18. März 1907, hat lange Zeit eine führende Rolle unter den französischen Chemikern gespielt. Er war einige Jahre Unterrichtsminister, sonst Professor am College de France und lange Zeit ständiger Sekretär der französischen Akademie. Ueber sein Leben und Wirken gibt der von C. Graebe geschriebene ausfülu-liche Nekrolog (Ber. 41, 4805) besten Aufschluß. Berthelots tiefgründige Ar- beiten im Bereiche der Geschichte der Chemie, besonders über ihre Entwickelung in alter Zeit, über die Alcheraie und ihren Zusammenhang mit den Neuplatonikern, sind als Quellenstudien in hohem Ansehen. Seine Experimentalarbeiten gehören verschiedenen Gebieten der Chemie an: in erster Linie der organischen, die er besonders 924 Beitlielot — Berylliiimgrnp})e (Beiylliuin) durch seine wichtigen Forschungen über Ester und deren Verhalten, sowie über Synthese (vgl. sein zweibändiges Werk Chimie organique fondee sur la synthese 1860) bereicherte; sodann der physikalischen. Der Thermochemie wid- mete er die besten Kräfte (vgl. Mecanicjue chimi- que fondee sur la thermochimie 1879 und Thermo- chimie 4 Bde., 1897). E. von Meyer. Berthollet Claude Louis. Geboren am 9. November 1748 in Talloire, Savoyen, gestorben zu Arceuil bei Paris am 6. November 1822, war als Forscher und Lehrer berühmt und besonders bei der Organisation des französischen Unterrichtswesens tätig. Große Be- deutung erlangten seine Untersuchungen über die chemische Affinität, die in dem zweibändigen Essai destatique chimique (1803) zusammengefaßt wurden. Erst spät, etwa seit 1867, kamen seine Grundgedanken wieder zur Geltung. Berthollets Experimentalarbeiten über Ammoniak, Blau- säure, Hypochlorite und Chlorate sind als be- sonders wichtig zu nennen. E. von Meyer, Berylliumgruppe. a) Beryllium, b) Magnesium, c) Calcium, d) Strontium, e) Barium, f) Zink, g) Cad- mium. h) Quecksilber, i) Radium. a) Beryllium. Be. Atomgewicht 9,1. 1. Geschichte und Vorkommen. 2. Wertig- keit und Stellung im periodischem System. 3. Darstellung. 4. Elektrochemie und analytische Chemie. 5. Spezielle Chemie. 6. Photochemie. In der französischen und englischen No- menklatur heißt dieses Element Glucinium oder Glycium mit dem Zeichen Gl. 1. Geschichte und Vorkommen. Das Oxyd des Berylliums, die Beryllerde wurde 1798 vonVauquelin mi Beryll aufgefunden und näher charakterisiert, das Element selbst wurde 1828 von Wühler dargestellt. Das Beryllium findet sich in verschiedenen Minerahen, die jedoch alle eine verhältnis- nicäßig geringe Verbreitung haben, so daß das Beryllium zu den selteneren Elementen ge- hört. Das häufigste Berylliummineral ist der Beryll BegALSieOig (Smaragd, Aquama- rin) mit 14% BeO. Seltener kommen vor Phenakit Be2Si04 (45% BeO). Chrysoberyll (Alexandrit) BeAL04 (19.7% BeO); Euklas HoBcaAlaSi^Oio (17°/oBej; Gadolinit FeBe^- Y;Si,0,o (10,7% BeO). 2. Wertigkeit und Stellung im perio- dischen System. Die Wertigkeit des Beryl- liums ist lange strittig gewesen. Wegen der vielen analytischen Analogien zwischen Be- ryllerde und Tonerde war man lange Zeit geneigt, das Beryllium den dreiwertigen Elementen zuzurechnen, um so mehr als der Wert der spezifischen Wärme bei gewöhn- licher Temperatur sowie manche Isomor- phiebeziehungen dieser Folgerung nicht wider- sprechen. Durch die Dampfdichte-Bestim- mung des Beryllium-Chlorids und Bromids, sowie des Berylliumacetylacetonats Be(C5- 1^702)2 ist indessen die Zweiwertigkeit dieses Elementes vollständig sicher gestellt. Zum gleichen Schluß füliren auch die kryosko- pischennndebuUioskopischen Methoden, nach welchen Bestimmungen mit Lösungen des wasserfreien Chlorids in Pyridin und des Pikrats Be(C6H3N.,0,)2 in Acetophenon ausgeführt worden sind. Bei Annahme der Zweiwertigkeit des Berylliums ergibt sich sein Atomgewicht nach Nilson und Pettersson auf Grund der Beziehung. BeS04.4H20:BeO mit 9,11 und nach Parsons aus den Beziehungen Be(C5H70o)2 : BeO nnd Be40(C2H302)6 : 4BeO mit 9,10. Die letztere Zahl ist clie genauere und heute allgemein angenommen. Nach Wertigkeit und Atomgewicht ist chas Beryllium im periodischen System der Elemente das typische Element der zweiten Gruppe. xAls solches zeigt es in seinen Eigen- schaften manche Abweichungen gegenüber den anderen Elementen dieser Gruppe. Besonders auffällig wird dieser Unterschied im Verhalten der wässerigen Lösungen seiner Salze. Dagegen besitzt das Beryllium viel- fache Analogien mit dem Aluminium. Im metallischen Zustand verhalten sich beide Elemente sehr ähnlich; ihre Oxyde sind sehr schwache Basen im Gegensatz zu dem aus- gesprochen basischen Charakter vonBaO,SrO, CaO, MgO ; ihre Salze erleiden deshalb auch in wässeriger Lösung starke Hydrolyse, welche Eigenschaft den Salzen der eben ge- nannten Oxyde völlig abgeht. Aehnlich wie das Aluminium* ist das Beryllium befähigt, nicht nur Kationen, sondern auch Anionen zu bilden; sein Oxyd wirkt nicht nur als Base, sondern auch als schwache Säure. Auch die Isomorphieeigenschaften zwischen Beryllium und Magnesium sind nur sehr wenig aus- geprägt.^ 3. Darstellung. Als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Beryllhimpräparaten verwendet man am besten Beryll. Derselbe wird in feingepulvertem Zustand mit Ka- liumcarbonat verschmolzen. Nach dem Erkalten trägt man die Schmelze vorsichtig in starke Schwefelsäure ein und erhitzt bis sich die Kieselsäure unlöshch abgeschieden hat. Man versetzt nun mit Wasser, fil- triert, dampft bis zur beginnenden Kris- tallisation ein und läßt in der Kälte kris- BeryHiuiuyiuppe (BeiyUiuiii) 925 tallisieren. Man gießt dann die Mutterlauge vom ausiieschiedenen Alaun ab, konzentriert wieder und l)eseitigt so den größten Teil der Tonerde. Die filtrierte Lösung wird in eine wanngesättigte Lösung von Ammon- carbonat gegossen und einige Tage stehen gelassen. Die sich ausscheidenden Nieder- schläge von Eisen- und Aluininiuinhydroxyd werden noclunals mit x\mnioncarbonat ex- trahiert; die vereinigten Filtrate werden mit Salzsäure angesäuert und mit Ammoniak ge- fällt. Das ausgeschiedene Berylliumhydr- oxyd wird gewaschen und getrocknet. Es ist dann noeli mit geringen Mengen Aluminium- und Eisenhydroxyd verunreinigt. Zur voll- kommenen Keinigung verwandelt man das Hydroxyd in das Acetat und kristallisiert dieses aus Chloroform um. Das Berylliummetall kann nach folgenden Methoden erludten werden: 1. Man sclimilzt Kaliumberylliumfluorid KBF3 mit Kochsalz und Natrium in einem luftdicht verschlossenen Eisentiegel zusam- men. Durch Auflösen der Schmelze in Wasser erhält man einen z. T. pulverförmigen, z. T. kristallisierten Rückstand. Die Kristälich en stellen das reine Metall dar. 2. Man reduziert frisch geglühte Beryll- erde mit fein verteiltem Magnesiumpulver oder nach dem Thermit verfahren mit Alu- minium. 3. Am leichtesten erhält man das reine Metall durch Elektrolyse der leicht schmelz- baren Doppelfluoride NaBeFg und Na2BeF4. Als positive Elektrode dient eine Graphit- stange, als Schmelztiegel und zugleich als negative Elektrode ein Nickeltiegel. Bei Stromdurchgang scheidet sich das Beryllium in kleinen Kristallen an der Tiegelwand ab. Das reine Metall besitzt in kompaktem Zustand eine silberweiße Farbe; es läßt sich schmieden und zu Blech auswalzen, sein spezifisches Gewicht ist 1,85, das Atom- volumen 4,9. Der Schmelzpunkt liegt unter- halb 1000". Die spezifische Wärme ist bei »i» 100" 2ü0« 300« 400" 500" 0,3756 0,4702 0,5420 0,5910 0,6172 0,6206 Pulverförmiges Beryllium verbrennt mit heller Feuererscheinung. Von Wasser ward das Metall nicht angegriffen, wohl aber lösen verdünnte Säuren (mit Ausnahme von Sal- petersäure) und fixen Aetzalkalien leicht auf. In der Spannungsreihe steht das Metall zwischen Zink und Magnesium. 4. Elektrochemie und analytische Che- mie. Das Beryllium l)ildet in saurer Lösung das zweiwertige positive Ion Be". Dieses Ion besitzt einen charakteristischen süßen Geschmack. Durch Hydroxylion in geringer Konzentration wird es gefällt 7. B. durch Am- moniak auch bei Gegenwart von Chloram- monium. Hydroxyhon höherer Konzentra- tion bildet nach den Gleichungen Be" + 30H' = Be02H'+H20 und Be- + 40H'=BeÖ2"+ 2H2O die komplexen sauerstoffhaltigen An- ionen BeOgH' und BeOa", deren Kalium- und Natriumsalze in Wasser leicht löslich sind. Natron- oder Kalilauge löst also Beryllium- hydroxyd auf. C03"-Ion fällt basisches Carbonat unbestimmter Zusammensetzung; PO4'" fällt bei Gegenwart von Ammonsalzen BeNH4P04, welches gut kristallisiert und in kaltem Wasser sehr schwerlöslich ist. In überschüssigem Ammoncarbonat löst sich Be-- auf. Durch Kochen fällt aus dieser Lö- sung basisches Beryllcarbonat. Wässerige Aethylaminlösung fällt Be-- quantitativ aus. Die Neigung zur Komplexbildung ist beim Beryllium erheblich größer als beim Magnesium. Mit Weinsäure, Aepfelsäure, Traubenzucker usw. bildet es komplexe Anionen. Aus Lösungen, die mit diesen Sub- stanzen versetzt sind, ist es deshalb mit OH' nicht mehr fällbar. Schwächere Komplexe, durch welche die Be---Reaktionen nicht aufgehoben werden, bildet es mit Oxalsäure, schwefliger Säure u. a. Im analytischen Gang w'ird Berylliujn mit Aluminium und Eisen zusammen er- halten. Von Eisen trennt man es durch Natronlauge, von Aluminium durch Ammon- carbonat oder wässeriges Aethylamin, in welchem letzteres leicht löshch ist. Gewogen wird Beryllium in der Form des glühbestän- digen Oxyds. 5. Spezielle Chemie. Ob ein Beryllium- wasserstoff existiert, ist nicht mit Sicherheit bekannt. BerylHum, welches durch Reduk- tion mit Mg im Wasserstoffstrom erhalten wird, ist stets stark wasserstoffhaltig. Näheres ist aber darüber nicht bekannt. Dagegen kennt man die entsprechenden Alkylverbin- dungen Be(C2H5).2, farblose, an der Luft rauchende bei gelinder Erwärmung sich ent- zündliche, Flüssigkeit, Siedepunkt 186°, Be(C3H7)2 Berylliumpropyl, Siedepunkt 245** nicht selbstentzündlich. Beide entstehen leicht durch Einwirkung von gepulvertem Berylliummetall auf Quecksilberäthyl bezw. -Propyl bei ca. 140 ». Berylliumchlorid BeClj entsteht aus dem Metall beim Erhitzen im Chlorstrom oder Chlor- wasserstoffstrom, auch bildet es sich, wenn das Berylliumoxyd im Strom von Tetrachlor- kohlenstoff geglüht wird. Leicht schmelzbares und flüchtiges weißes Kristallpulver raucht an feuchter Luft infolge Salzsänreabspal- tung. Beim Erhitzen an der Luft ward Chlor abgespalten unter Bildung von Beryllium- oxyd, dagegen ist es unzersetzt sublimierbar in C02-Atmosphäre, In Wasser löst sich das Chlorid unter starker Erwännung auf. Aus der Lösung kristallisiert das Hydrat BeCl2.4H20: mono- kline Tafeln, sehr zerfließlich, zerfallen beim Erhitzen nach BeCl2.4H20-BeO + 2HCl+ 926 Berylliumgruppc (Beryllium) SHoO. Die wässerige Lösung des Chlorids ist hydrolytisch stark gespalten und reagiert deshalb sauer; bei 40" beträgt die Hvdrolyse in Lösungen von 0,7 bis 0,2% Gehalt an BeCL 2,1 bis 2,2% des gesamten Berylliumchlorids. Die Bildungswärme von BeCla wasserfrei ist ■ 155000 g-cal, die Lösungswärme ^^4500 g-cal. Beim Eindampfen von Berylliumchlorid- lösungen zur Trockne entstehen basische Chloride unbestimmter Zusammensetzung. Berylliumbromid BeBr, entsteht bei sehwacher Rotglut aus Metall und Brom, es sublimiert bei 450". Seine übrigen Eigen- schaften sind denen des Chlorid ähnlich. Beryllium Jodid BeJj gewinnt man am besten " aus dem Carbid Be^C durch Er- hitze nim Jodwasserstoffstrom. Sehr hygro- skopische Kristalle, sie schmelzen bei 510° und sieden bei etwa 600". Berylliumhydroxyd Be(OH)2.XH20 ent- steht in Form eines gelatinösen weißen Nie- derschlags aus Berylliurasalzlösungen durch Ammoniak. In der Kälte frisch gefällt ist es in Natron oder Kalilauge unter Bildung von Beryllaten leicht löslich. Bei langem Stehen, rascher beim Erhitzen, verliert es diese Löslichkeit zu einem großen Teil, des- gleichen scheiden Beryllatlösungen beim Kochen das Hydroxyd rasch wieder ab. Berylliumhydroxyd zieht aus der Luft Kohlensäure an. Es geht schon beim Er- hitzen auf ^40" in das Oxyd über. Berylliumoxyd BeO leichtes voluminöses Pulver d-4' 2,964 entsteht auch aus dem Sulfat, Carbonat usw. durch Glühen; un- schmelzbar im Knallgasgebläse, schmih^t und sublimiert aber leicht im Lichtbogen. Schwach erhitzt gewesenes BeO ist in ver- dünnten Säuren löslich, stark erhitztes nicht mehr. Konzentrierte Schwefelsäure ver- wandelt auch stark erhitztes Oxyd in Sulfat. Kalium- und Natriumberyllat K,BeO, und Na^BeOa. Wird frisch gefälltes Be(0H)2 mit einer Lösung von Kaliumhydroxyd in absoluten Alkohol digeriert, so löst es sich auf und beim Eindampfen scheidet sich KoBeOg ab. Aehnlich bildet sich das Na-Salz. Berylliumperchlorat Be(C104)2.4H20, Be- rylliumperjodat Be3(J05)2 entstehen aus der betreffenden Säure und Beryllium- karbonat, beide sehr unbeständig. Beryllium Sulfat BeSOi. Aus einer Lösung von Berylliumhydroxyd in verdünnter über- schüssiger Schwefelsäure kristallisiert das Hydrat BeSOi. 4H2O in großen oktaedrischen Kristallen. Es ist löslich in etwa dem gleichen Gewicht von Wasser gewöhnlicher Tempe- ratur; die Lösungswärme beträgt 850 cal. Die wässerige Lösung ist weniger hydro- lisiert als die des Chlorids; die Hydrolyse einer 2,5prozentigen Lösung beträgt bei 40" Die Aequivalentleitfähigkeit beträgt bei 25 » v=32 64 128 256 512 1024 ^=66,4 77,0 88,7 99,4 112,6 124,4 Die Lösung nimmt reichliche Mengen Hydroxyd auf. Beim Eindampfen scheiden sich stark basische Produkte ab, die jedoch sicher keine chemischen Individuen sind. Es dürfte sich um Adsorptionsverbindungen handeln. Mit den Sulfaten der Alkali- metalle gibt das Berylliumsulfat Doppel- sulfate vom Typus K,Be(S04)2.2H,0. Bei 100" verliert Be(SO.i).2H20 zwei Moleküle Wasser; bei weiterem Erhitzen entweichen die beiden übrigen und es entsteht BeSOi, das beim Erhitzen auf Rotglut in SO3 und BeO zu zerfallen beginnt. Bei Weißglut wird diese Reaktion vollständig. Berylliumnitrat kristallisiert als Be(N03)2. 3H2O aus seinen Lösungen. Es ist sehr zerfließlich und gibt schon bei schwachem Erwärmen Salpetersäure ab. Die Hydrolyse beträgt bei einer l,33%igen Lösung und 40" 1,8%. Berylliumphosphate Be3(P04)2.6H20 flok- kig amorpher Niederschlag und BeHPOi. 4H2O körnig kristallinisch entstehen beim Versetzen von Beryllium-Salz-Lösungen mit Na3P04 bezw. Na2HP04. Bei Gegenwart von Chlorammonium fällt BeNH4P04, das beim Glühen in Be2P407 Pyrophosphat übergeht. Als schwache Base bildet das Beryllium- hydroxyd mit Kohlensäure nur ein sehr un- beständiges Salz, das durch Hydrolyse in basische Salze unbestimmter Zusammen- setzung übergeht und durch Erwärmen leicht alle Kohlensäure verliert. Das normale Carbonat kann man mit der Zusammen- setzung BeC03.4H20 aus einer mit Kohlen- säure gesättigten Lösung von Be(0H)2 in kohlendioxydhaltigem Wasser erhalten. Das normale Salz sowie die basischen Produkte sind in Animoncarbonat leicht löslich. Berylliumortosilikat Be2Si04 findet sich als Phenakit in der Natur. Berylliumkarbid BeoC wird durch Er- hitzen eines Gemenges von Berylliumoxyd und Zuckerkohle im elektrischen Ofen dar- gestellt. Rötliche hexagonale Kristalle von großer Härte. Gibt mit Säure und Alkalien Methan Be2C+4H20=2Be(OH)2+CH4 Berylliumacetat. Aus der Lösiingdes Hy- droxyds in heißem Eisessig kristaUisiert in der Kälte das basische Acetat Be0.3Be(CoH302)2 in Oktaedern. Diese Substanz hat sehr merkwürdige Eigenschaften. Sie löst sich in Alkohol. Eisessig, Aceton, Benzaldehyd, Phosphortrichlorid, Malon- und Acetessigester BeiTlliuingTuppo (Beiyllium — Magnesium) 927 und namentlich in Chloroform. Sie schmilzt bei 283—284° und destilliert unzersetzt bei 330°. Berylliumoxalate. Berylliumhydroxyd löst sich leicht in Oxalsäure auf. Beim Eindampfen kristallisiert Be(C204). 3H2O. Mit Alkalioxalaten bildet es Doppeloxalate vom Typus [Be(C204).,]K., usw. Berylliamtartrat BeC4H40fi.3H,0 ent- stellt leicht aus den Komponenten. Bei der Einwirkung von Be(0H)2 auf Bitartrat- lösungen bilden sich die Alkalisalze zweier hoclikomplexer Berylliumweinsäuren, deren Anionen die Formeln [B^O^lC^H^Os).]" bezw. (B203(C4H405)2]" zukommen. Aus Be(0H)2 nnd Acetylaceton entsteht die salzartige Verbindung BefCjH^OaJo, welche in allen organischen Lösungsmitteln leicht löslich ist, bei 108° schmilzt i.nd bei 270" unzersetzt destilhert. 6. Photo Chemie. Die BeryUium salze geben kein Flanmienspektrum; die charak- teristischen Linien des Bogenspektrums sind ai^i 457,3 448,9 313,1 313,0 265,1. Literatur. IKimmei-, Handbuch de?- anorga- nischen Chunie Bd. II, 2, 1894 und Bd. IV >itnügart, 1903. — Abeggs Handbuch der an- organischen Chemie, Bd. II, 2, Leipzig 1905. — Moissan, Traite de cheinie minerale, Bd. III, 1903. — Naumann- Zirkel, Elenunte der Mineralogie, Leipzig 1901. O. Hauser. h) Magnesium. Mg. Atomgewicht 24,32. 1. Geschichte und Vorkommen. 2. Wertig- keit und Stellung im periodischen System. 3. Elektrochemie und analytische Chemie. 4. Dar- stelhmg und Eigenschaften. 5. Spezielle Chemie. 6. Photo Chemie. I. Geschichte und Vorkommen. Trotz der w^eiten Verbreitung, die einzelne Ver- bindungen des Magnesiums in der Natur haben, ist man verhältnismäßig spät dazu gekommen, bewußte Verwendung von ihnen zu machen. Das unter dem Namen Bitter- salz bekannte Sulfat dieses Elementes wurde von N. Grey zuerst aus dem Wasser der Epsomer Quelle dargestellt und 1695 be- schrieben. In der Folge erkannte man, daß das Epsomer Salz in vielen anderen Mineral- quellen und auch in Meerwasser enthalten ist. Etwa um dieselbe Zeit wurde das basische Magnesiumcarbonat unter dem Namen Magnesia alba in der iVrzneikunde eingeführt ohne daß man zunächst näheres über ihre eigentliche Natur wußte. Sie wurde vielmehr vielfach mit Calciumcarbonat verwechselt. Erst Black wies 1755 die Verschiedenheit der beiden Substanzen mit Bestimmtheit nach, und erkannte die Magnesia alba als das Carbonat einer eigentümlichen Erde, die er nun Magnesia nannte. Genauer untersucht ' wurde die Magnesia 1775 von Bergmann. Das Metall wurde zuerst von Bary her- gestellt. Das Magnesium gehört zu den verbreitet- sten Elementen. Nach Clarke bildet es 2,40% der festen Erdrinde und 0,14% der auf der Erde vorhandenen gesamten Wasser- menge. Es ist auch ein integrierender Be- standteil des Tier- und Pflanzenkörpers, speziell von Samen, Knochen, Blut, Milch usw. Besonders wichtig erscheint es nach Will- stätter für das Chlorophyll zu sein. Als gesteinsbildende Minerahen treten seine Silikate auf: Olivin Mg2(Fe2)Si04 (ca. 49% MgO); Enstatit (ca. 40% (MgO; Talk (auch Steatit) Mg3H2(Si03)4 (31,7% MgO); Serpentin Mg3Si207.2H20 (43,5% MgO); Meerschaum Mg2Si308.4H20 (ca. 24 % MgO). Als accessorische Bestandteile von Gesteinen treten häufi"' auf: Spin&ll MgAL04 (28,1% MgO); Magnoferrit MgFe204'^ (16% MgO) ; selten Periklas MgO und Brucit Mg(0H)2 (68,9% MgO); gebirgsbildend tritt es auf als Dolomit Mg.Ca(C08)2 (16—21,9% MgO); auch Magnesit MgCOg (47,6 % MgO) kommt in größeren Ablagerungen vor und bildet einen bedeutenden Handelsartikel. Li außerordent- lich reicher Menge ist das Magnesium ferner enthalten in den mächtigen Salzlagerstätten der Zechsteinformation Mitteldeutschlands und der norddeutschen Tiefebene. Das wich- tigste derselben ist der Carnallit MgCl3.6H20 (34% MgCla). Zersetzungsprodukte des Carnallits sind Bischoffit MgCl, . 6H,0 (46,8 MgClo). Tachhydrid [Mg.,Cl6]Ca . 12H.,Ö (36,8% MgCl2); Kain'it MgSÖ4.KC1.3H,Ö (16,1% MgO); Kieserit MgS04.H20 (28,9% MgO), sowie die seltener vorkommenden Salze: Schönit {Mg(S04)2lK2.6H„0 (9,9% MgO); Leonit fMo(S04),] K2.4H0Ö (10,8% MgO); Langbeinit [Mg2(S04)o] K. 19,3% MgO); Astrakanit[Mu(S04)o]Na2.4H,0(ll,97%MgO); Löweit Mg(S04)2Na,.2HoO; Polvhalit Mg- SO4.2CaSO4.K2SO4.2H2O (6,6% MgO). Außerdem findet sich das Magnesium noch in den Boraten bezw. Phosphaten Boracit 2Mo-3B80i,MgCl., (26,9 % MgO); Struvit NH4- MgP04.6H20 (i6,3%MgO); Wagnerit Mgj- (P04)2.MgF2 (49,3% MgO). 2. Wertigkeit und Stellung im perio- dischen System. Die Wertigkeit des Ma- gnesiums ergibt sich zu 2 aus folgenden Gesichtspunkten: Der Abfall der äquivalenten Leitfähigkeit von Magnesiumsulfat a 1024 — A 32=41,0 entspricht dem für zweiwertige Ionen erforderlichen Wert. Das Magnesium zeigt eine sehr vollkommene Isomorphie mit dem zweifellos zweiwertigen Zink und den Metallen Eisen und Mangan in ihrer 928 Beiy Ili uingrup|)e (Magnesium ) zweiwertigen Form. Eine höhere Oxy- dationsstufe des Mg ist nicht bekannt. Unter der Annahme der Zweiwertigkeit ^ ergibt sich als Atomgewicht aus den" Be- ziehungen MgSOjiMgO und MgCl2:2Ag der Wert Mg= 24,32. Als Atomwärme ergibt sich mit Benutzung dieser Zahl der normale Wert 6. Danach charakterisiert sich das Magnesium als das zweite Glied der zweiten Gruppe des periodischen Systems und zeigt als solches x\nalogien sowohl mit der Untergruppe der Erdalkalien als auch, allerdings in geringerem Grade, mit der ne- gativeren Untergruppe Zink, Cadmium, Quecksilber. Von den Erdalkalien unter- scheidet es sich durch seine viel geringere Basizität. Das Potential Mg/lnMg" ist ca. 1,31 Volt. Es nähert sich also in seinem elektroche- mischen Verhalten dem Aluminium. Auf kaltes Wasser wirkt es praktisch nicht ein, bei siedendem Wasser tritt schwache Wasser- stoffentwickelung auf. In Säuren löst es sich leicht unter Wasserstoffentwickelung; merk- würdig ist, daß auch in manchen Metallsalz- lösungen (Alkalichloriden, Sulfaten, Erd- alkalichloriden) Wasserstoffentwickelung ein- tritt. Aus den neutralen Lösungen der Schwer- metalle werden diese durch Magnesium aus- gefällt. Mit Methvlalkohol bildet Magnesium bei 200" Magnesiummethylat Mg(CH30)2. Von alkalischen Flüssigkeiten wird es nicht verändert. 3. Elektrochemie und analytische Chemie. Magnesium bildet in verdünnten Lösungen das farblose Ion Mg", welches durch einen bitteren Geschmack gekenn- zeichnet ist. Obgleich die Elektroaffinität erheblich schwächer ist als bei den Erd- alkahmetallen, ist sie immer noch aus- reichend, keine merkhche Hydrolyse ein- treten zu lassen, die Magnesiumsalzlösungen reagieren neutral. Die Beweghchkeit des Magnesiumions bei 18** und unendlicher Verdünnung beträgt 48 bis 49. Die Disso- ziation der Magnesiunisalze ist auch bei sehr großen Verdünnungen nicht vollständig. Zum Unterschied von den Ionen der Erd- alkalimetalle und in Anlehnung an das Zink zeigt das Magnesium in den konzen- trierten Lösungen seiner Salze eine merkliche Tendenz zur Bildung von Komplexionen, die sich in der Existenz zahlreicher Doppel- salze, sowie in abnormen Werten der Wanderungsgeschwindigkeit, des Leitver- mögens sowie der Gefrierpunktserniedrigung zu erkennen gibt. Schwerlöshche Niederschläge gibt Mg" mit folgenden Anionen: OH', CO3", C.,0\" und PO4'" oder HPO/'. Salze dieser Anionen fällen also Magnesium aus seinen Lösungen aus. Ba(OH)o, KOH und NaOH fällen es so gut wie vollständig als Hydroxyd. Auch durch Quecksilberoxyd kann Magnesium aus der Lösung seines Chlorids (nur aus dieser) quantitativ als Hydroxyd abge- schieden werden, da nach der Gleichung Hg0+2C1'+H,0 = HgCl2 + 20H' genügend Hydroxvlionen gebildet werden, um das Löslichkeitsprodukt [Mg-] . [OH']^ = 4.10^^ zu überschreiten. Bei Gegenwart von Chlor- ammonium und Ammoniak fällen lösliche Phosphate (Ammonphosphat) den gut kri- stallisierenden schwer löslichen Nieder- schlag Mg(NH4)P04.6H,0 aus. BalOH], (NH4J2.HPO4 und HgO" können alle drei mit Vorteil zur Abtrennung des Magnesiums von den Alkalien dienen. Ammoniak fällt das Magnesium unvollständig als Hydroxyd, bei Gegenwart von Chlorammonium l)leibt die Fällung aus, da durch den Zusatz von Am- moniumionen die an und für sich schon geringe Hydroxylionenkonzentration des Ammoniums so verringert wird, daß sie zur Ueberschreitung des Löslichkeitsprodukts [Mg-]. [0H']2 = 4.10-8 „jcht jj^ehr aus- reicht. Carbonate fällen l)asisches Carbonat wechselnder Zusammensetzung; bei Gegen- wart von Ammonium salzen bleibt auch diese Fällung aus. SH' fällt als Hydro x\d, da MgS nach der Gleichung MgS + 2H.,0 = Mg(OH)2+H2S hydrolysiert werden würde. Auch diese Fällung wird natürlich durch Chlorammonium verhindert. Durch die Nichtfällbarkeit mittels Schwefelammonium (bezw. Ammoniak) läßt sich das Magnesium leicht von den übrigen Metallen trennen. Die Scheidung von den Erdalkalien ist durch die Nichtfällbarkeit mittels Carbonat bei Gegenwart von Ammonsalz gegeben. Zur Scheidung von Calcium kann auch der Löslichkeitsunterschied der Oxalate benutzt werden. Da die Komplexbildung beim Magnesium in verdünnten Lösungen nur sehr unbedeutend ist, beeinflußt sie die Reaktionen nicht. Wägungsform für das Magnesium sind das Oxyd und das Pyrophosphat, in welches Salz das Magnesiumammonium- phosphat beim Glühen übergeht: 2MgNH4 P04.6H20 = Mg2P20-+7H,0+2NH3. 4. Darstellung und Eigenschaften. Das Magnesiummetall kann dargestellt werden durch Reduktion des wasserfreien Chlorids oder besser eines Gemenges desselben mit Kalium-oder Natriumchlorid mittels Natrium. Vorteilhafter ist es, das Metall durch Schmelz- elektrohse entwässerten Carnallits zu ge- winnen. Das nach diesen Methoden erhaltene rohe Metall wird durch Destillation im Leucht- gas- oder Wasserstoffstrom gereinigt. Das Magnesium ist ein hämmerbares, silberweißes Metall, das an der Luft durch eine Oxydhaut ein graues unscheinbares Aussehen bekommt. Das spezifische Gewicht Eoiylliuin^i'uiipe (Magnesium) 929 ist ] ,75, die Härte 3, die elektrische Leit- fähigkeit ist bei 0" 24,47x10-4 100" n,bOxio-*. Die absohlte Wärmeleitfähigkeit ist zwischen 0 nnd 100" 37,60. Die spezifische Wärme beträgt (ÖO») 0,2519 und (0«) 0,2456 g-cal. Der Schmelzpunkt liegt unterhalb 800°, der Siedepunkt bei etwa 1100. Das Atom- [ Volumen ist 13,9, die Atomrefraktion 6,9. 5. Spezielle Chemie. An trockner Luft beständig, wird es durch feuchte Luft langsam oxydiert. Beim Erhitzen an der Luft verbrennt es mit einer weißen Flamme, welche sehr reich an den brechbaren Strahlen und von außerordentlicher Lichtintensität ist. Ob- gleich die Temperatur der Flamme nur ca. 1400" beträgt, werden 10% der gesamten Energie in Licht verwandelt. Nach Bunsen- Roscoe liefert 1 g Magnesium beim Ver- brennen ebensoviel Licht wie 139 g Stearin in Form einer Kerze. Die Wärnietönung Mg+0 = MgO ist 144000 g-cal. Diese Oxy- dationswärme ist höher als die der Erd- alkalimetalle, es entspricht ihr eine sehr große Affinität des Magnesiums zum Sauerstoff, so daß es möglich ist, nahezu alle Metalloxyde und Carbonate durch Mg-Pulver zu reduzieren, sehr leicht z. B. die Schwermetallox^^de. Aber auch zur Herstellung der AlkaUmetalle (z. B. Cs, Rb, K) kann man sich mit großem Vorteil des Magnesiums bedienen. Da sich hierbei (vgl. Darstellung des Mg) zweifellos Gleich- gewichte einstellen, die Reaktion somit un- vollständig ist, muß das Alkaümetall zur vollständigen Reduktion im indifferenten Gasstrom abdestilHert werden. Die Oxyde der Metalloide: HjO, CO, CO,, SO2, NO usw. werden durch Mg glatt zerlegt. In CO2 vermag angezündetes Mg sogar weiterzu- brennen. Mit den meisten anderen negativen Elementen verbindet sich das Magnesium beim Erhitzen mit mehr oder minder großer Leichtigkeit, also mit CL, Sg, Br,, FI2, N2, P4, As 4, B, Si, dagegen anscheinend nicht mit Kohlenstoff. Beim Erhitzen eines Gemenges von Mg und MgO im Wasserstoffstrom findet eine Ab- sorption dieses Gases statt. Es ist jedoch nicht sicher festgestellt, ob sich wirklich ein Hydrür dabei bildet. Mit Aryl- und Alkylresten dagegen vereinigt sich das Mag- nesium leicht zu wohlcharakterisierten und sehr wichtigen Verbindungen. Man erhält sie durch Einwirkung von Magnesiunifeile auf die betreffenden Quecksilberverbin- dungen in geschlossenem luftfreiem Rohr, Sie bilden bei gewöhnlicher Temperatur feste Substanzen und sind außerordentlich reaktionsfähig, entzünden sich z. B. selbst an der Luft und werden von Wasser glatt unter Bildung der betreffenden Kohlenwasser- stoffe zersetzt, z. B. Mg(CH3)2+H20 = Mg- Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Band I. (OH) 2 + 2CH3. Sie bilden sich auch bei der Einwirkung von Mg-Metall auf die Alkj^l- oder Aryljodide. Gewöhnlich ist aber diese Reaktion nicht durchgreifend, und es entstehen an ihren Stelle i\ryl- oder Alliyl- Magnesiumjodide , z. B. Mg + CgHa J = CgHs Mg( . In diesen Verbindungen sind die organischen Reste außerordentlich reak- tionsfähig. Sie werden deshalb zu vielen syn- thetischen Reaktionen benutzt (Grignard- sclie Reaktion). Magnesiumoxyd MgO entsteht beim Verbrennen des Magnesiummetalls an der Luft oder durch Glühen des Hydrats, Car- bonats, Nitrats oder durch Zersetzen der Halogenide mit Wasserdampf bei höherer Temperatur. Das durch Glühen des Carbo- nats erhaltene Oxyd ist ein lockeres leichtes Pulver, die Magnesia usta des Handels. Die Dichte der Magnesia usta ist je nach Dauer und Temperatur des Erhitzens verschieden. Das Oxyd ist sehr schwer schmelzbar, beginnt aber schon bei verhältnismäßig niederer Tem- peratur zu sublimieren (etwa. 1400"). Es setzt sich dann in ziemlich großen Oktaedern, der Form des natürlich vorkommenden MgO (Periklas) an kälteren Stellen ab. Diese Kristalle haben die Dichte 3,57. Magnesiumhydroxyd Mg(0H)2 ent- steht aus dem Oxyd und Wasser oder beim Fällen von Magnesiunisalzlösungen mit Aetz- alkalien, z. B. Aetzkalk, Natronlauge usw. Es verliert bei 100° noch kein Wasser, zersetzt sich aber bei Rotglut: Mg(0H)2 = MgO -f- HoO. Es absorbiert an der Luft Kohlensäure. In Wasser ist es so weit löslich, daß die Lösung noch deutliche alkalische Reaktion zeigt. Aus der elektrischen Leitfähigkeit ergibt sich der Wert der Löslichkeit bei 18" mit 0,01 g/L = 0,0002 g Mol/L; in Lösungen der Alkalisalze ist die Löslichkeit höher, in Chlor- ammoniumlösungen löst es sich infolge des Vorgangs OH'+NH;=NH3+H20 leicht auf. Die Wärnietönung MgO+H20= Mg(0H)2 beträgt 5000 g-cal. Magnesiumhy d r operoxyd soll beider Elektrolyse von MgCla + HaO, entstehen. Magnesiunisulfid MgS; aus dem Metall und Schwefel beim Erhitzen, oder aus dem Nitrid durch Erhitzen im H.,S-Strom MggNs+SHaS = 3MgS+2NH3. Schmutzig gelbe poröse Masse zerfällt mit Wasser sehr leicht nach der Gleichung MgS+2H20 = Mg(0H),+H2S. Die Wärmetönung der Reaktion Mg+S=MgS ist 77600 g-cal. Magnesiumnitrid Mg3N2; aus den Komponenten bei heller Rotglut oder auch aus dem Metall beim Erhitzen in Ammoniak- stroiii. Grünlich braunes Pulver, verbrennt an der Luft zu Oxyd, zersetzt sich mit 59 030 BeryJliningi'uppe ( Magnesium ) Wasser in Mg(0H)2 und Ammoniak nach der GleichungMg3N2+3H20 = 2Mg(OH)2+2NH3. Beim Erwärmen vermag es mit vielen Metallchloriden seinen Stickstoff gegen Chlor auszutauschen unter Bildung der be- treffenden Metallnitride, so z. B. mit Fe, Ni, Co, Cr, Ag, Pb, Hg, Cu. Magnesiumphosphid MggPa; aus den Komponenten beim Erhitzen erhältlich, wird von Wasser sehr leicht zersetzt: MggPo + 3H2O = 3Mg(OH)2 + 2PH3. Magnesiumarsenid; MggAsg durch Glühen von Magnesiumpulver mit Arsen im Wasserstoffstrom. Wird von Wasser analog dem Phosphid und Nitrid zersetzt. Magnesiumborid MgaB^ entstellt durch Erhitzen von Mg mit amorphem Bor, auch bei der Keduktion von Bortrioxyd oder Bortrichlorid mit überschüssigem Magne- sium; es gibt mit Säuren BH3. Magnesiumcarbid erhält man bei vor- sichtigem Erwärmen von Magnesiumpulver im Acetylenstrom. Magnesiumsilicid MgaSi wird er- halten durch Reduktion von NaaSiFg mit Mg. Auch beim Erhitzen von Mg-pulver mit fein gepulvertem Si02 (Infusorienerde); gibt mit verdünnter Salzsäure SiH4: MgaSi + HCl = SiH^ + 2MgCl2. M a g n e s i u m c h 1 0 r i d Mg CU entsteht leicht aus den Elementen beim Erhitzen, aber auch aus dem Oxyd, wenn es mit Kohle ge- mischt wird, und Chlor bei heller Rotglut MgO-)-C+Cl2 = MgCl2+ CO. Viel einfacher erhält man es aus dem Doppelsalz [MgClg]- NH4.6H2O beim Erhitzen; schimmernde Kristalle vom Schmelzpunkt 708° und mit dem spezifischem Gewicht 2,177. Beim Er- wärmen mit Wasserdampf bildet es von ca. 140" an Salzsäure nach der Gleichung MgCl2 + H2O = MgO + 2HC1. An trockner Luft ist es beim Erhitzen beständig. In Wasserstoff, Stickstoff usw. sublimierbar. Es ist außer in Wasser auch in Alkohol und anderen organischen Lösungsmitteln löslich, z. B. in Aceton, Essigester und Amylalkohol. Die Bildungswärme Mg + CI2 = MgCls ist: 151000 g-cal. Bei der Bildung einer ver- dünnten Lösung aus dem Chlorid werden 45 907 g-cal entbunden. Aus den wässerigen Lösungen des Chlorids kristallisiert zwischen dem kryohydratischen Punkt — 33,60 bis — 16,8» das Hydrat Mg- CI2.I2H2O; bei —16,8" geht dieses in das Oktohydrat MgCla.SHaO über, welches sich seinerseits bei — 3,4" in das Hexahydrat Mg- CU. 6H2O umwandelt. Außer der gewöhnhchen im genannten Temperaturbereich stabilen Mo difikation(a) kommt das Oktohydrat noch in einer stets instabilen ^-Form vor. Das Hexahydrat ist stabiler Bodenkörper zwischen — 3,4" und 116,67, wo es einen scheinbaren Schmelzpunkt besitzt, der in Wirklichkeit die Umwandlung in MgC^ . 4H2O und eine daran gesättigte Lösung be- zeichnet, welch letzteres bis 182" stabil bleibt. Bei dieser Temperatur tritt erneut eine Schmelzung ein und es scheidet sich MgClo. 2H2O ab. Jedoch setzt schon bei ca. 140" eine merkliche Abspaltung von Salzsäure ein, so daß es sich empfiehlt, die Entwässerung im HCl- Strom vorzunehmen. Eine Uebersicht über die Löslichkeits- verhältnisse bei den Umwandlungspunkten gibt nachstehende Tabelle, in welcher die Anzahl Mole Wasser verzeichnet sind, welche bei der betreffenden Temperatur zur Bildung einer 1 Mol MgCU enthaltenden gesättigten Lösung benötigt werden. S3 6" ■ 1 6 8" 3 40 116 67" MgCl2.12H20 20,3 ii;43(aMgCl2.8H20) ^qJ (MgCl2.6H20)' g'^g (MgCl2.4H20) ^^4'J (MgCl22H.,0) ^^^^g- Die spezifische Leitfähigkeit x 10* bei 18" ist Gewichtsprozente der Lösung=5"/o lO"'« 20"/o 30"/o 39"/o 683 1128 1402 1061 768 Die äquivalente Leitfähigkeit verd. Lösungen bei 25" v= 32 64 128 256 512 1024 108,2 113,5 118 121,6 124,6 127,4 Die Viskosität ist bei 25" Normahtät der Lösung=l 0,5 0,25 0,125 1,2015 1,0940 1,0415 1,0206 Carnallit {MgCl3]K.6H20. Aus j großem Ueberschuß über das durch die Lösungen, die gleichzeitig Magnesiumkalium- Formel gegebene Molekularverhältnis vor- chlorid enthalten, kristaUisiert der Carnallit handen ist. Die Verhältnisse werden ersicht- aus, wenn eine der beiden Komponenten in lieh aus folgender Uebersicht: Boi'3lJiuingiup[if (^lagnesiuiu) Ü31 Sättigung an Carnallit und Chlorkaliuiu Temp. 0° 100 MoleHaO 6,71 MoleMgCl, 0,73 MoleKCl 25° „ 7,27 „ "1,15 61° „ 8,06 „ 1,74 1540 ^^ 12,4 „ 3,4 Sättigung an Carnallit und Chlormagnesium 25« 100 H2O 10,5 MgClz 0,2 115,70 „ 16,2 „ 0,4 152,0« „ 20 „ 2,4 Die linksstehenden Lösungen liefern Car- nallit neben Chlormagnesium, die rechts- stehenden Carnallit neben Chlorkaliunilösun- gen, die in der Zusammensetzung zwischen den durch diese Werte angezeigten Grenzen stehenden liefern reinen Carnallit. Anderer- seits muß Carnallit, wie aus diesen Zahlen hervorgeht, beim Behandeln mit Wasser in allen Fällen partiell in sich ausscheidendes Chlorkalium und in eine Magnesiumchlorid neben wenig Chlorkalium enthaltende Lösung zersetzt werden. Für 25« z. B. läßt sich der Vorgang durch folgende Gleichung aus- drücken: [MgCl3]K.6HoO + 7,8H,0 = 0,84KC1 fest + (MgCl2, 0,16 KCl, 13,8 H^O) Lösung, das heißt bei 25« können aus dem Carnallit 84% des Kaliums durch Kristalli- sation ausgeschieden werden. Bei — 21« liegt die unterste Grenze, bei der Carnallit mit seiner Lösung in Gleichgewicht sein kann. Unterhalb dieser Temperatur zerfällt er vollständig nach der Gleichung (MgCyK.eHoO + 6H2O = MgC]2.12HoO + KCl. Carnallit bildet an der Luft zerfließ- liche rhombische Kristalle von spezifischen Gewicht 1,16. x\mmoniummagnesiumchlorid (MgClg)- NH46.H2O kristallisiert leicht aus "dem Gemisch der Lösungen der einfachen Salze Rhomboeder oder rhomboedrische Säulen vom spezifischen Gewacht 1,456, in Wasser leicht löslich, an der Luft zerfließend, liefert beim Erhitzen wasserfreies Chlormagnesium ohne Abspaltung von Salzsäure. Magnesiumbromid MgBra wird analog dem Chlorid erhalten. Kleine weiße hygroskopische Kristalle. x\us seiner wässe- rigen Lösung kristallisiert MgBra.öHaO, aus mit KBr versetzten Lösungen das dem Caruallit isomorphe KlMgBraJ.öHaO, welches als isomorphe Beimengung dem natür- lich vorkommenden Carnallit beigemengt ist und zur technischen Gewinnung des Broms dient. Magnesiumjodid Mg Ja aus den Kom- ponenten beim Erhitzen; sehr hygroskopische, 1 farblose Kristalle, geben an der Luft HJ ab. i Aus der Lösung kristallisieren die Hydrate MgJa.lOHoO und MgJa.SHoO. Magnesiumfluorid MgF^. Dieses Salz unterscheidet sich von den übrigen Halo- geniden des Magnesiums durch seine Schwer- löslichkeit. Es bildet sich leicht aus Magnesium- oxyd und Flußsäure und ist auch dadurch ausgezeichnet, daß es sich ohne besondere Maßregeln unzersetzt schmelzen läßt. Die Löslichkeit in Wasser ist nur 7,6 mg/L = 1,4 Millimol bei 18«, also niedriger als die des Hydroxyds. Fluoresziert beim Erhitzen und phosphoresziert nach Belichtung. Das spezifische Gewicht ist 2,472. Mit den Alkali- fluoriden bildet es Doppelsalze. Magnesiumchlorat , Magnesium- bromat und Magnesiumjodat Mg- {C\0,),.6a,0, Mg(Br03)2.6H20, Mg- (J03)2-4H20; aus Magnesiumhydroxyd und den betreffenden Säuren, zerfließliche, sehr leicht lösliche aber beim Erhitzen ziemlich beständige Salze. Das Chlorat beginnt sich bei 190« zu zersetzen, das Bromat bei 200« und das Jodat erst bei höherer Temperatur. Mag n esiu m p er j 0 dat Mg(J04)2. lOHjO. Aus Magnesium und überschüssiger Säure beim Einengen der entstandenen Lösung; sehr leicht löslich. Enthält die der Darstel- lung dienende Lösung keine freie Säure, so entstehen komplizierter zusammengesetzte Produkte. i Magnesiumsulfat MgSOi entsteht aus seinen Hydraten beim Erhitzen auf 200«. Bei heller Rotglut zersetzt es sich unter Ab- gabe von SO3 und Bildung von MgO. Sein spezifisches Gewicht ist 2,65. In Wasser löst es sich nur sehr träge unter Wärmeentwicklung auf. Der kryo hydratische Punkt der Lösung liegt bei — 3,9. Es scheidet sich hier neben Eis das Dodekahydrat MgS04.12H20 aus, das in Berührung mit Lösung schon bei +1,8« in Heptahydrat, gewöhnlich Bittersalz ge- nannt, MgS04.7H20, übergeht. Dieses Salz kristallisiert rhombisch bisphenidisch (a ; b : c = 0, 9901:1:0,5709); sein spezifisches Gewicht ist 1,68. Es ist isomorph und misch- bar mit ZnS04.7H20, NiS04.7H20; isodi- morph und beschränkt mischbar mit C0SO4. 7H2O undFeS04. 7H2O. Entsprechend dieser Isodimorphie kommt es vor. Die Löslichkeit der rhombischen Form vor. Die Löslichkeit der rhombischen Form ist bei 0« 10« 20« 30« 40« 26,9 31,5 36,2 40,9 45,6 Tl. auf 100 Tl. Wasser. • Ueber 48,3« kristallisiert das Magnesiura- sulfat als Hexahydrat MgS04.6H20, mono- klinprismatisch. Auch dieses Hydrat existiert in einer zweiten, tetragonalen, Form. Ober- halb 67 bis 68« wandelt sich das Bittersalz in Berührung mit seiner Lösung in Kieserit MgS04.H20 um. Kieserit ist als solcher in 59* 932 Berylliunigi'Ujipo (Magnesinni) Wasser fast unlöslich. Seine Existenzbedin- gungen nach oben hin sind noch nicht fest- gelegt; die Dichte ist 2,569. Da er durch Wasseraufnahme langsam in MgSOa-VHO tibergeht, läßt er sich durch Anrühren mit wenig Wasser in fest verbackende Blöcke formen und bildet als Blockkieserit die Groß- handelsform des Magnesiumsulfats. Durch vollständigen Uebergang in Heptahydrat wird er natürlich leicht wasserlöslich. Wird Bitter- salz trocken entwässert, so erhält man bei 77,5 ° das Pentahydrat MgS04.5H20 und bei wenig höherer Temperatur das Tetrahydrat Mg- SO44H2O. Beide Salze lassen sich auch aus wässerigen Lösungen von Magnesium sulfat gewinnen, wenn deren Wasserdampftension durch Zusatz anderer Salze (z. B. Chlorma- gnesium) herabgesetzt wird. Die oben ange- deutenden Bildungsbedingungen erleiden dann natürlich eine vollliommene Verschiebung. Spezifische Leitfähigkeit bei 18^ x 10* %MgS04 5 10 15 20 25 263 414 430 476 415 Aequivalente Leitfähigkeit bei 25° V 32 64 128 256 512 102,4 A 73 83 92,6 101,8 110,1 116,9 Die Bildungswärme aus den Elementen ist Mg+S + 4O = MgSO4 + 302 300 g-cal. Die Hydratations- und Lösungswärmen ergeben sich aus folgenden Zahlen MgS04 ^ verdünnte Lösung 20300 g-cal, MgSOi. H2O -^ verdünnte Lösung 13300 g-cal, MgS04.7H20 ^ ver- dünnte Lösung —3800 g-cal. Die Viskosität einer 1/9 normalen Lösung beträgt 1,3673. Me:(S04H)2 kristaUisiert aus einer Lösung von MgSOg in heißer Schwefelsäure; als ein Salz dieser Säure ist Mg(S04)HK.2HoO an- zusehen, das bei Einengen einer mit Schwefel- säure versetzten Lösung von MgS04 und K2SO4 entsteht. Schönit Mg(S04)2K2.6H20 ist das neu- trale Salz der vorgenannten Säure. Er kristallisiert aus dem Lösungsgemisch der Einzelsalze bei gewöhnlicher Temperatur in monoklinen prismatischen Kristallen. Bei - — 3° zerfällt er in seine Komponenten. Der kryohydratische Punkt liegt bei — 4°. Bei 47.5" spaltet der Schönit Wasser ab und geht in Leonit Mg(S04)2K2.4H20 über. Auch die Bildungstemperatur des Leonits kann durch Herabsetzung des Dampfdrucks der Mutter- lauge vermittels fremder Salze bis unterhalb 20" herabgedrückt werden. Aus dem Leonit entsteht der Langbeinit {Mg2(S04)3]K2 durch Abspaltung von Kaliumsulfat und Wasser. Bei Gegenwart von MgSulfat tritt er schon bei etwa 61" auf. Ohne fremde Zusätze wird er etwa bei 85" stabil, durch Zusätze von fremden Salzen kann seineBildungstemperatur bis auf 37" herabgedrückt werden. Er ent- steht auch durch Zusammenschmelzen der Komponenten. Am m 0 n in m m ag n e s iu m SU If at (C er- bolit) Mg(S04)2(NH4)2.6H20 bildet sich leicht aus den gemischten Lösungen der beiden Salze. Das spezifische Gewicht ist 1,725, er ist isomorph mit Schönit. Astrakanit (Blödit) Mg(S04)2Na2. 4H2O, monoklin, entstellt aus den gemischten Lösungen der Einzelsalze zwischen 30 und 60". Bei Temperaturen, die wesentlich unterhalb 30" liegen, zerfällt er in ein Gemisch von Glauber- und von Bittersalz, bei Temperaturen über 71" spaltet der Astrakanit 2 Moleküle Wasser ab und bildet Löweit. Mg(S04)2- Na2.2H20. Van't Hoffit MgS04.3Na2S04 bildet sich aus Astrakanit und wenig Wasser bei ca. 100". Magnesiumsulfit MgS03.6H20; kris- taUisiert aus einer Lösung von MgO in wässe- riger schwefliger Säure beim Einengen. MagnesiumthiosulfatMgS203.6H20 entsteht aus der Lösung des vorigen durch Digerieren mit Schwefel und Eindampfen über Schwefelsäure. Rechtwinkhge rhom- bische Prismen. Magnesiumselenat MgSe04; kristal- lisiert analog dem Sulfat mit 7 oder 6 Mole- külen Wasser. Auch die den Alkalimagne- siumsulfaten entsprechenden Alkalimagne- siumselenate existieren, die beiden Salz- reihen sind isomorph. M a g n 0 s i u m n i t r a t Mg(NO 3) 2 . 6H 2O. Mit dieser Zusammensetzung kristalhsiert das Salz aus seinen Lösungen bei gewöhnlicher Temperatur in rhombischen Säulen bezw. Nadeln, die an der Luft je nach deren Feuch- tigkeitsgehalt verwittern oder zerfließen. Bei 90" schmilzt es in seinem Ivristallwasser, verliert dabei aber schon Salpetersäure und geht in basische Produkte über, die aber erst bei Rotglut vollständig zersetzt werden. Beim Abkühlen seiner konzentrierten Lösung auf — 90" scheidet sich das Hydrat Mg(N03)2. 9H2O aus ; der Umwandlungspunkt in Hexahydrat liegt bei — 17". Die Löslich- keit von Mg(N03)o.9H20 beträgt bei —23" —18" 15,02 13,43 Mole Wasser auf 1 Mg(N0ä)2 von Mg(N03)2.6H20 bei— 18" 0" 18" 40" 80" 90" 13,43 12,38 11.23 9,73 7,11 6,0 Mole Wasser auf 1 Mg(N03)2 Das äquivalente Leitvermögen bei 25" ist V 32 64 128 256 512 1024 A 104,6 111,0 115,7 119 122,9 125,6 Die Viskosität einer V2 normalen Lösung bezogen auf Wasser = 1 ist bei 25" 1,1706. Die Bildungswärme einer verdünnten Lö- sung von Magnesiumnitrat aus Magnesium- hydroxyd und Salpetersäure ist Mg(0H)2 4-2HNÖ3 aq = Mg(N03)2 aq + 27600 g-cal; Lösungswärme Mg(N03)2.6H20 + aq ^ ver- dünnte Lösung — 4200 g-cal. Bei'yJIiuiiiyi'iiplic (Magnosium) m-i Magii e s i u m 11 i t r i t Mg(N02)2. SHaO. Man vermischt die Lösungen äquimolekularer Mengen von Ba(N0o)2 und Mg(S04),.7H20 und engt ein. Blättrige Kristalle. M a g n e s i u m 0 r t h 0 p h 0 s p li a t Mga- (P04)2. Aus der Lösung von MgSO^.THoO fällt durcli Trinatriumphospliat ein flockiger Niederschlag von Mg3(P04)222H20 vom spe- zifischen Gewicht 1,640 aus. Aus sehr ver- dünnten Lösungen soll bei 20 bis 25" Mgg- (P04)2.8H20 fallen. Mo nohydro magnesium Sulfat MgH- PO4.7H2O entsteht als ein schwerlöslicher kristallinischer Niederschlag aus Magnesium- salzlösungen und Dinatriumphosphat. Dihy drom agnesiumphosphat Mg- (H2P04)'2.2H20 entstellt durch /auflösen von Magnesia in heißer überschüssiger Phosphor- säure beim Abkühlen. In Wasser lösliche Kristalle. A m m 0 n i u m m agnesiumphosphat MgNH4P04.6H20 entsteht als schwerlös- licher Niederschlag beim Vermischen einer chlorammoniumhaltigen, ammoniakalischen Lösung von Magnesiumsalzen mit der Lösung eines Phosphats, mikroskopische rhombische Kristalle. Die Löslichkeit des in Wasser schwer- löslichen Salzes wird durch Ammoniak noch erheblich heruntergedrückt. Um 1 Teil Salz zu lösen sind erforderlich 13500 Teile reinen Wassers oder 52 400 Teile einer Lösung die aus 1 Vol Wasser und 1 Vol gesättigter NHg-Lösung zusammengesetzt ist. Sind K'-Ionen zugegen, so kann ein entsprechendes Kaliumsalz MgKP04.6H20 ausfallen. Magnesiumpyrophosphat Mg2P207 entsteht aus MgNH4P04. 6H2O durch Glühen. Es ist glühbeständig und läßt sich unzersetzt schmelzen. M a g n e s i u m a r s e n a t e verhalten sich den Phosphaten sehr ähnlich, speziell gilt das für Magnesiumammoniumarsenat NH4MgAs04.6H20, das unter ganz analogen Bedingungen entsteht wie das Magnesium- ammoniumphosphat. Magnesiumcarbonat MgCOg (Bitter- spath) entstellt beim Erhitzen von Lösungen von Magnesiumsulfatlösung mit Natriumcar- 1)0 nat in zugeschmolzenem Rohr. Hexagonal- rhomboedrisch. Spez.Gewicht 2,9— 3,1. Durch Wasser wird das Salz hydrolysiert Es fallen deshalb beim Versetzen von Magnesiumsalzen mit Carbonatlösungen in offenem Gefäß ba- sische Niederschlägeunbestimmter Zusammen- setzung. Beim Erhitzen an der Luft auf 200*' dissoziiert MgCOg bereits vollständig. Es löst sich in reinem Wasser etwas auf (0,0095 Mole/L bei 15°) und scheidet sich aus dieser Lösung unterhalb 16" als Pentahydrat, ober- halb Zimmertemperatur als Trihydrat ab. Magnesia alba ist der Niederschlag, den man aus Chlormagnesiumlösungen durch Fällen mit Soda erhält. Es besitzt die durch- schnittliche Zusammensetzung SMgCOg.Mg- (OH)2.3H20, ist aber wohl kaum als che- misches Individuum anzusehen. Magnesiumhydrocarbonat Mg(C03H)2 ist in den Lösungen von MgCOg in kohlen- säurehaltigem Wasser anzunehmen. Die Löslichkeit des Carbonats in Wasser wird nämlich durch Kohlensäure außerordentlich erhöht. Die Löslichkeit ist bei einem Druck der CO in Atmosphären von 0 5 1 2 4 0'255 0,325 0,461 0,518 gr. Mole MgCOs im Liter Kaliummagnesiumcarbonat [Mg- (C03)2]K2.4H20 ist als das Kaliumsalz der vorhergehenden Säure anzusehen. Man erhält es durch Digerieren von Kaliumbi- carbonatlösungen mit MgC03.3H20 bei 60 bis 70° als rhombische Prismen. Durch Wasser wird es leicht zersetzt unter Abschei- dung von Magnesia alba. Das primäre Salz ist das Kaliumhydromagnesiumcarbo- nat [Mg(C03)2]KH. 4H2O, welches sich bildet, wenn Kohlensäure in ein Gemisch von Chlor- kaliumlösung und Magnesiumcarbonat ein- geleitet wird. Es scheidet sich als schwer- löslicher kristallinischer Niederschlag ab. Beim Glühen zerfällt dieses Salz in Kalium- carbonat und Magnesiumoxyd, w^elch ersteres durch Wasser leicht ausgezogen w^erden kann. Da somit bei diesem Prozeß Chlorkalium in Pottasche verwandelt wird, hat man in ihm eine rationelle Methode zur Herstellung dieser Substanz. A m m 0 n i u m m a g n e s i u m c a r b 0 n a t {Mg(C03)2](NH4)o.4H20 fällt aus ammonia- kalischen Lösungen von Magnesiumsalzen nach dem Versetzen mit Ammoncarbonat in ungefähr 24 Stunden aus. Es ist früher gelegentlich zur Trennung des Magnesiums von den Alkalien benutzt worden, da aber bei Gegenwart von Kali dieses infolge Bildung von [MgC03)2]K2.4H20 mitfallen kann, ist die Methode unrationell. [Mg(C03)2]Na2 läßt sich in Form kleiner quadratischer Kristalle durch Digerieren von MgC03.3H20 mit NaHCOg erhalten. Als das diesen Alkaliverbindungen analoge Calcium- salz ist der Dolomit Mg[C03)2]Ca anzusehen. M a g n e s i u nia c e t a t Mg(CH3C00)2. 4H2O; aus einer Lösung von MgO in Essigsäure beim Eindampfen in monoklinen Kristallen, Die Lösung vermag reichliche Mengen Mg(0H)2 aufzulösen, ohne daß ein definiertes basisches Salz gebildet wnrd. Magnesiumoxalat MgC204.2H20; fällt aus Magnesiurasalzlösungen durch lösliche Oxalate. Bildet leicht übersättigte Lösungen. Durch Absättigen von Oxalsäurelösungen mit Mg(0H)2 können leicht ziemhch stabile Lösungen mit 40facher Uebersättigung er- halten werden. Die Löslichkeit in Wasser 934 Berylliumgrupiio (Magnesium — Calcium) ist 300mg MgC204 - 2,7 Milümol. In Säuren, die stärker als Oxalsäure dissoziieren, ist MgCgOi leicht löslich. Bemerkenswert ist die abnorme Abnahme der äquivalenten Leitfähigkeit mit steigender Konzentration der Lösung. Bei 18° hat man V 4,78 12,0 29,9 74,7 187 467 A 9,89 13,54 18,88 26,6 37,17 50,6 Magnesiumtartrat Mg(C4H40e).4H20 aus konzentierten Mg-Lösungen durch Zusatz von Alkalitartart. Das Salz löst sich in 124 Teilen Wasser. Das saure Tartrat Mg(C4H406)2 entsteht aus Magnesiumoxyd und Weinsäure. 1 Teil löst sich in 53 Teilen Wasser. Magnesiumborat MgBgOio-^HaO ent- steht aus MgO und freier Borsäure und Konzentrieren der Lösung. Versetzt man eine Lösung von Mg-Salz mit Borat, so erhält man Metaborat "MgB204.8H20 in amorpher Form. Setzt man diese Verbindung der Einwirkung schwach wasserentziehender Mit- tel z. B. Chlormagnesiumlösung aus, so geht sie in den kristallisierten Pinnoit Mg(B202)2- 3H2O über. "Magnesium legiert sich leicht mit den meisten Metallen. Zur Herstellung der Le- gierungen trägt man das betr. Metall in Magne- sium ein, das unter einer Schutzhülle von Flußspat niedergeschmolzen ist. Bekanntere Legierungen sind: das Magnalium: Alu- minium mit 10 bis 25% Magnesium. Spezi- fisches Gewicht 2 bis 2,5; leichter und härter als Aluminium. Magnesium - Amalgam kann als Reduktionsmittel benutzt werden. Magnesiumkalium, Magnesiumnatrium wer- den durch Zusammenschmelzen der Me- talle im Wasserstoffstrom erhalten. Sie zer- setzen Wasser. Die meisten Metalle werden durch gerin- gen Magnesiumzusatz sehr spröde, so daß ihre Legierungen damit kaum technisches Interesse besitzen. 6. Photochemie. Das Bogenspektrum des Magnesiums zeigt folgende Linien: 018,4; 517,3; 383,8; 383,2; 383,0; 293,7; 292,9; 285,2; 280,1; 279,8; 279,6; 279,1. Literatur. Gmelin- Kraut, Handbuch der an- organischen Chemie, Bd. II, 2. Heidelberg 1909. — Abheggs Handbuch der anorganischen Che- mie, Bd. II, 2. Lei-pzig 1905. — Kammer, Handbuch der anorgnischen Chemie, Bd. II, 2 u. IV. Stuttgart 1902. — Naumann- Zirkel, 3Iineralogie. Leipzig 1901. O. Haiisev. c) Calcium. Ca. Atomgewicht 40,07. 1. Atomgewicht. Vorkommen. Geschichte. 2. Darstellung und Verwendung. 3. Physikalische Eigenschaften des metallischen Calciums. 4. Elek- trochemie. 5. Analytische Chemie. 6. Spezielle Chemie: a) Chemische Eigenschaften des metalli- schen Calciums, b) Verbindungen des Calciums: a) Calciumlegiernngen. ß) Verbindimgen des Calciums mit Nichtmetallen. 7) Salze des Calciums mit Sauerstoffsäuren. 7. Thermo- cliemie. 8. Photochemie. Kolloidchemie siehe Barium. 1. Atomgewicht. Vorkommen. Ge- schichte. Die internationale Atomgewichts- kommission gibt für 1912 den Wert Ca = 40,07 . Spektralanalytisch ist Ca auf der Sonne nachgewiesen. Das freie Element kommt auf der Erde nicht vor. In Form seiner Verbindungen ist es sehr verbreitet. Es macht etwa 3,51 % der uns bekannten Masse der Erdkörpers aus. Die wichtigsten der in der Natur vorkommenden Calcium- verbindungen sind: Carbonat (Kalkspat, Kalk- stein, Marmor, Kreide, Aragonit; zusammen mit Magnesiumcarbonat Dolomit), Sulfat (Gips,Anhydrit), Fluorid (Flußspat), Phosphat (Phosphorit, Apatit). Außerdem enthalten zahlreiche Silikate Calcium. Kalk und Gips waren als Mörtel schon im Altertum in Gebrauch. Im 18. Jahrhun- dert lernte man die Kalkerde von anderen Erden unterscheiden. 1808 stellte Davy zuerst metaUisches Calcium dar, 2. Darstellung und Verwendung des me- tallischen Calciums. MetaUisches Calcium wird gewonnen durch Reduktion von CaO, Ca(0H)2 oder Calciumhalogeniden entweder mit Hilfe anderer Metalle (Na, Mg) oder, und dies sind die in erster Linie wichtigen Metho- den, elektrolytisch. Davy erhielt Ca-Amal- gam durch Elektrolyse vonCa(OH)2 an einer ! Quecksilberkathode, aus dem Amalgam wurde durch Abdestillieren des Hg im Wasserstoff- strom Ca erhalten. Geschmolzene Ca-Halo- i genide sind vielfach zur Ca-Gewinnung elektrolysiert worden. In neuerer Zeit nimmt man meist CaC^, eventuell wegen des niedrigeren Schmelzpunktes mit einem Zu- satz von CaFa. Calcium wird jetzt technisch dargestellt (in Bitterfeld). Man elektrolysiert geschmolzenes CaCla mit einer Eisenkathode, die allmählich höher geschraubt wü-d, so daß die Elektrode immer nur ganz wenig eintaucht. Es entsteht eine Ca-Stange. Ca wird im Laboratorium verwandt zu Reduktionen z. B. von Oxyden seltener Metalle, von organischen Stoffen, dann zum Trocknen von Alkoholen, zur Reinigung von Edelgasen, zur Herstellung eines hohen Va- kuums in Entladungsröhren. In der Technik wird es zurzeit kaum verwandt, vorge- schlagen wurden: Herstellung von CaUo, das mit H2O Ha entwickelt für die Verwen- dung bei der Luftschiffahrt; Zusatz zu Metal- len für Gußzwecke, um blasenfreie Güsse zu erzielen; Herstellung von Legierungen von niedrigem spezifischen Gewicht. 3. Physikalische Eigenschaften des BerylliumgTuppe (Calcium) 93: metallischen Calciums. Calcium ist bisher nur in einer Modifikation (liexogonal oder rhombisch) bekannt. Es ist silberweiß, läuft aber an der Luft bald gelb an (Nitridbildung). Es läßt sich mit dem Messer schneiden. Spezifisches Gewicht ganz rein 1,50, das gewöhnliche noch etwas verunreinigte Metall hat 1,54. Kompressibilität: mittlere Volumän- derung durch 0,987 Atm. zwischen 98,7 und 5 X 98,7 Atm. 5,5.10—6. Spezifische Wärme zwischen 0" und 20,3" 0,145, zwischen O" und 100« 0,149, zwischen —185" und +20», 0,1574. Schmelzpunkt 800«. Bei 700« fängt Calcium an im Vakuum zu verdampfen. Elektrische Leitfähigkeit bei 20« das 15,6 fache der vom Ag. 4. Elektrochemie. Die Normalvalenz des Ca ist positiv und gleich 2. Verbindungs- typen: CaH,, CaCla,' CaO, CaS04. Von einwertigen (]a- Verbindungen sind bekannt: CaCl, CaJ, CaF und CagO. Die Neigung Nebenvalenzen zu betätigen ist gering aber sicher vorhanden (Doppelsalze, Hydrate, Am- moniakate). Nur ein Calciumion ist bekannt. Es ist farblos. Die lonisierungswärme beträgt 109500 g-cal. Das elektrochemische Po- tential ist einer unmittelbaren Messung nicht zugänghch. Das Normalpotential wird auf Grund thermochemischer Daten geschätzt zu fh = — 2,5 Volt. Ca ist edler als Na und K. . Bei 800« macht aber Ca aus NaCl Na frei, ist also dann unedler als Na. j Die Beweglichkeit des Ca-Ions ist 51 bei 18«, Temperaturkoeffizient der Beweglich- 1 keit 0,0247. Wohlcharakterisierte komplexe Ionen des Ca sind nicht bekannt, doch ist Komplex- bildung anzunehmen aus CaFg und H2F2, Ca-Oxalat und MgClg, Ca-Oxalat und CaCla. 5. Analytische Chemie. Zum qualita- tiven Nachweis des Ca auf trockenem Wege dient die ziegekote Flammenfärbung (Spek- trum vgl. Photochemie). Von den schw.er- löshchen Ca-Salzen: Fluorid, neutrales Phos- phat und Arsenat, Silikat, Carbonat und Oxalat, werden für die analytische Fällung die beiden letztgenannten verwandt. CaCOg fäUt nur in neutraler oder alkalischer Lösung, CaC204 auch in essigsaurer, beide nicht in ' stark saurer Lösung. Die Fällung von CaCOg ist unvollständig oder bleibt bei kleinen Mengen ganz aus , wenn viel NH4- Salze zugegen sind. Die Oxalat-FäUung ist stets, auch in essigsaurer Lösung, praktisch voll- ständig und dient daher zur quantita- tiven Abscheidung des Ca. Gewogen wird als CaO nach heftigem Glühen, als CaCOa nach gelindem Glühen und Behan- deln mit (NH4)2C03, als CaS04 nach Be- handeln mit H2SO4, Titrimetrisch mit Permanganat kann man Ca bestimmen durch Ausfällen als Oxalat und Titration des über- schüssig zugegebenen Oxalates oder der aus dem gefällten Ca-Oxalat in Freiheit gesetzten Oxalsäure. Elektrolytisch kann man (Calcium an Quecksilber abscheiden, und dann das bei der Zersetzung des gebildeten Amal- gams erhaltene Ca(0H)2 titrieren. Die Trennung des Calciums von den Schwermetallen erfolgt durch deren Aus- fäUen mit H2S oder (COs-freiem) (NH4)2S, die Trennung von Mg durch doppelte Fällung als Oxalat (unter bestimmten Bedingungen genügt einfache Fällung). Trennung von Ca Sr Ba untereinander siehe bei Ba. Die Trennung des Calciums von den Alkalien erfolgt durch Fällung als Oxalat. 6. Spezielle Chemie. 6a) Chemische Eigenschaften des metallischen Cal- ciums. Metalhsches Calcium ist ein sehr reaktionsfähiger Stoff. Von trockener Luft wird es allerdings bei gewöhnlicher Tempe- ratur kaum angegriffen, beim Erhitzen ver- brennt es aber darin unter Bildung von Oxyd und Nitrid. Überhaupt reagiert es mit allen bekannten Gasen mit Ausnahme der Edel- gase bei hoher Temperatur unter Bildung entsprechender Verbindungen, z. B. mit Ho (CaHs), den Halogenen, HCl, H,S, NOa^ C02(CaO und CaCa), NH3 (bei höherer Tem- peratur CaHa und N2, bei 0« Calciumammo- nium Ca(NH3)4), mit Kohlenwasserstoffen (C, CaCa und CaH2). Ca vereinigt sich bei höherer Temperatur mit S, Se, P, As, Sb, C. Mit H2O setzt sich Ca nur langsam unter Hg-Entwickelung um, dagegen lebhaft mit verdünnten Säuren. Mit Alkoholen reagiert es nur langsam. Oxyde werden durch Ca bei höherer Temperatur reduziert, z. B. SO2, P2O5, SiOa, auch konzentrierte H2SO4, die dabei SO2 und H2S liefert. Ca reagiert mit Anilin und anderen aromatischen Aminen unter Anilid- usw. Bildung. Mit Acetessigester entsteht Ca-Acetessigester, ebenso mit Ma- lonester Ca-Malonsäureester. 6b) Verbindungen des Calciums, a) Calciumlegierungen. Nachgewiesen ist die Existenz folgender Ca-Legierungen : CaZujo, CaZn4, Ca^Zng, CaiZn, CaCda, CaCd, Ca3Cd2( ?), CaAla, CaTl3, CaTl, CaPbg, CaSug. Diese Legierungen bilden sich beim Zu- sammenschmelzen der Komponenten. ß) Verbindungen des Calciums mit Nichtmetallen: Calciumhydrid, CaH2, wird erhalten durch Einwirkung von Hg auf metallisches Ca bei Dunkelrotglut. Es ist weiß, krystaUinisch, ohne metallischen Cha- rakter. Es setzt sich mit Wasser und Säuren unter H2-Entwickelung um, mit CO 2 bildet es Calciumformiat, mit N2 reagiert es um- kehrbar unter Bildung von CagNg und H2. Calciumfluorid, CaF2, findet sich als Flußspat (verbreitetste Fluorverbindung) viel- fach schön kristaUisiert in Würfeln oder Oktaedern. Dichte 3,18. Flußspat phospho- 936 BeryUiunigi'iqipe (Calcium) resziert nach gelindem Erwärmen. Er ist sehr durchlässig für ultraviolettes Licht, auch ultrarote Strahlen werden durchgelassen. Brechungsexponent ud = 1,4339. Durch Fällung eines Ca-Salzes mit einem Fluorid entsteht meist gallertartiges CaFg. CaFg bildet haltbare kolloidale Lösungen. Kristallinisches CaFa erhält man durch Umsetzung von CaCOg mit HF oder auch aus NaF und CaCL im Schmelzfluß. CaFa schmilzt bei 1330». Durch H2O wird es bei Kotglut zersetzt. In Wasser ist CaFa sehr schwer löslich, bei 18° 16,3 mg im Liter. Durch Flußsäure wird die Löslichkeit erhöht (Komplexbildung), CaF2.2HF.6H2O ist im festen Zustand dar- gestellt. Durch konzentrierte H2SO4 wird CaFa zersetzt unter Bildung von HF (Darstellungs- methode für HF). Calciumchlorid, CaCL. CaCU kommt mit MgCL vor alsTachyhydrit(2MgCr2. CaCla. I2H2O), seine Ionen finden sich im Meer- wasser und vielen Mineralquellen. Darge- stellt wird es durch Einwirkung von HCl auf CaO oder CaCOg. CaCl2 kristallisiert mit 6, 4, 2, 1, 0 Mole- külen H2O. CaCla.öHaO entsteht beim Eindunsten der gesättigten Lösung, hexa- gonal. CaCl2.4H20 ist dimorph. a-(rhom- bisch) und />-Form. ß ist gegenüber a immer unbeständig. Von CaCl2.2H20 und CaCla. H2O sind die KristaUformen unbekannt. Das System CaCL — H2O ist vom Stand- punkt der Phasenlelu'e (siehe dort) aus ein- gehend untersucht. Da zwei Bestandtteile vorhanden sind, können maximal 4 Phasen nebeneinander existieren. Wenn flüssige und gasförmige Phase (Lösung und Dampf) vor- handen sind, so können immer nur zwei feste Phasen miteinander im Gleichgewicht sein. Dies ist der Fall an bestimmten Punkten, an denen das System keine Freiheit mehr besitzt, Druck und Temperatur müssen dort immer einen ganz bestimmten Wert haben. Ihre Lage ist folgende: Art der Phasen. fest fest flüssig gasförmig Temperatur Duick Eis CaCL.6H„0 Lösung Dampf — 55" 0 mm Hg CaCL.GHaO CnCl.AE^Oa + 29,4" 6,80 „ „ CaCL.ßHaO GaCl^AE^Oß + 29,2" 5,67 „ „ CaCla.fflaO/? CaCU. 211^0 + 38,4» 7,88 „ „ CaCh.m.,Occ CaCL.2H20 + 45,3° 11,77 ., „ CaCl,.2H20 CaCL.HaO + 175,5" 842 „ -, CaCla.HaO CaClo ,; ca. 260" mehrere Atmos. Diese Punkte sind in der graphischen Darstellung (Koordinaten: Temperatur und Zusammensetzung der Lösung) durch Kur- ven verbunden, auf denen die betreffende feste Phase mit der Lösung im Gleichgewicht steht: Löslichkeitskurven. Beim Uebergang aus einer Kurve in die andere an einem jener vierfachen Punkte, findet eine vollständige Umwandlung der einen festen Phase in die andere statt, es sind Umwandlungspunkte. Wasserfreies CaCL entsteht aus den verschiedenen Hydraten durch starkes Er- hitzen (über 260"). Es schmilzt bei 802 <>. Dichte 2,26. Beim Schmelzen tritt durch den Wasserdampf der Luft geringe hydrolytische Spaltung ein unter Bildung von CaO. Wasser- freies CaCl2 bindet sehr energisch Wasser. Es dient daher als Trockenmittel für Gase und Flüssigkeiten, natürlich nur für solche Stoffe, mit denen es nicht reagiert. Für NH3 ist es nicht verwendbar, es bildet damit die Verbindungen CaCla mit 8, 4 und 2 NH3. CaCla trocknet nicht so weitgehend wie H2SO4 oder P2O5. Daher können mit diesen Stoffen getrocknete Gase aus nicht absolut wasserfreiem CaCL wieder HoO aufnehmen. Wasserfreies CaClj löst sich in HgO unter Wär- meentwickelung, CaCl2.6H20 unter Wärme- aufnahme. Deswegen und wegen der tiefen Lage des kryohydratischen Punktes, an dem Eis und Hexahydrat nebeneinander bestehen können ( — 55"), ist dieses sehr geeignet für Kältemischungen. CaClo ist in Wasser sehr leicht löslich, 100 g H2O lösen bei 20" 74 g CaCL. Die physikahschen Eigenschaften der wässrigen CaCL - Lösungen sind sehr aus- führUch untersucht (vgl. Abegg, Hand- buch 2, 2). Wässrige CaCL-Lösungen geben bei der Elektrolyse an der Anode Calciumhypo- chlorid und Chlorat, letzteres namentlich in konzentrierteren Lösungen bei höherer Temperatur und der Gegenwart von Sauer- stoffüberträgern (H2Cr207). CaCL ist in einigen Alkoholen (Aethyl-, Propyl-, Amylalkohol) löshch. Diese Lösun- gen besitzen elektrische Leitfähigkeit. CaCla ist also darin elektrolytisch dissoziiert. Additionsverbindungen von CaCL mit Alko- holen und anderen organischen Stoffen smd B('rylliiinigni[iii'' ((Aik-iuin) OHl im festen Zustand dargestellt wurden z. B. CaCU.SCHgOH, CaCU.SCH.OH. C a 1 c i u m 0 X y c li 1 0 r i d ist im wasserfreien und wasserhaltigen Zustand bekannt. Die Zu- sammensetzung- wird verschieden angegeben. Calcium chlor ür, Calciumsub Chlo- rid, CaCl, entsteht neben Ca bei der Elek- trolyse von geschmolzenem CaCl, an der Kathode, in Form von roten bis violetten Kristallen. Man kann es auch erhalten durch Erhitzen von CaCL mit Ca auf 1000» und schnelles Abkühlen; beim langsamen Abküh- len spaltet es sich in die Komponenten. Auf analogem Wege wurde auch Calcium- subjodid, CaJ, und -subfluorid, CaF, er- halten. Calcium bromid, CaBr,, kann erhalten werden aus Ca(OH)o, Br und S oder P als Keduktionsmittel, nnd natürlich aus Ca(OH), oder CaCOs und HBr. CaBr., schmilzt bei 760" und siedet bei 806 bis 812". Dichte 3,32 Es ist sehr hygroskopisch. Von Hy- draten ist eins mit 4H2O und eins mit 6H2O bekannt. CaBr. ist in Wasser sehr leicht löslich. Die gesättigte Lösung enthält bei 20" in 100 g 57,1 g CaBrg. Calciumjodid, CaJ, wird dargestellt aus Ca(0H)2 und HJ oder J und einem Re- duktionsmittel (P, Fe). Ca Ja schmilzt bei 740«, d 2/ 3,956. Es zerfließt an der Luft und bildet dann Ca Jg. 6H2O. Außerdem sind Hydrate mit 4 und 7H2O beobachtet. In Wasser ist Ca J2 leicht löslich. 100 g der bei 19" gesättigten Lösung enthalten 66,3 g CaJo. In AethylaUiohol ist CaJ 2 leicht löslich. CaJ 2 addiert J und bildet einPerjodid. Calciumtetrajodid, CaJj. Es wird im reinen Zustand durch Zusammen- geben der Komponenten als schwarze kristal- linische Masse erhalten. In wässriger Lösung ist seine Existenz nachgewiesen durch Ge- frierpunktsmessungen. Calciumoxyd, gebrannter Kalk, CaO, bildet sich beim Verbrennen von Ca im Sauerstoff und beim Glühen vieler Ca- Salze, z. B. Nitrat, Carbonat, Oxalat. Es wird meist aus dem Carbonat dargestellt (technisch sehr wichtig). Die Bildung von CaO und CO2 aus CaCOg ist ein umkehrbarer Vorgang. Ver- hindert man durch Arbeiten im geschlossenen Raum, daß CO 2 fortgeht, so kommt es zu einem Gleichgewicht. Das System enthält 2 Bestandteile, bei 3 Phasen (2 feste: CaCOg, CaO und die gasförmige CO 2) kann es nach der Phasenregel (siehe dort) nur eine Frei- heit besitzen. Zu jeder beliebig gewählten Temperatur gehört ein ganz bestimmter Druck des CO 2. Es wurde gefunden für t :> P 50 99 800 850 900" 195 370 700 mm Kann CO2 ungehindert entweichen, so kann sich das Gleichgewicht nicht ausbilden, die Reaktion ist vollständig. Um jedoch eine schnelle Umsetzung zu erzielen ist es vorteilhaft, die Temperatur so hoch zu stei- gern, daß der Druck des CO 2 Atmosphären- druck übersteigt; diese Temperatur (908'*±5°) entspricht ganz dem Siedepunkt einer Flüs- sigkeit. Unterhalb dieser Temperatur findet gewissermaßen nur ein mehr oder weniger langsames Abdunsten des CO 2 statt. Durch Brennen dargestelltes CaO ist weiß, amorph, d 3,3. CaO schmilzt erst bei sehr hohen Temperaturen, unter Atmo- sphärendruck bei 1990 bis 1995". Unter ver- mindertem Druck war es nicht zum Schmel- zen zu bringen. Bei diesen hohen Tempera- turen verdampft CaO relativ schnell, es konde.siert sich in Form feiner Nadeln. Geschmolzener Kalk erstarrt kristallinisch (regulär). Er reagiert weniger lebhaft als der amorphe. In der Knallgasflamme strahlt CaO ein sehr intensives Licht aus (D r u m m 0 n d seh es Kalklicht). CaO reagiert bei hoher Temperatur mit C unter Carbidbildung (siehe Calciumcarbid). Bei Abwesenheit von Wasser besitzt Cat) in der Kälte kein großes Reaktionsvermögen, z. B. reagiert es nicht mit Cl, COo, SOo, auch nur langsam mit HCl. Mit "Wasser liefert CaO Calcium - ihydroxyd, Ca(OH)o gelöschter Kalk, unter lebhafter Wärmeentwickeluug. Die Geschwindigkeit des Vorganges ist stark abhängig von Verunreinigungen, sie wird besonders durch SiO, verzögert. Beim Er- hitzen gibt Ca(0H)2 das Wasser wieder ab, PH20 wird bei 547" = 760 mm. Ca(0H)2 ist ein weißes staubiges Pulver, d 2,08. Ein Hydrat Ca(0H)2, H2O ist bekannt. Ca(0H)2 ist hygroskopisch. Es löst sich nur wenig in Wasser (Kalkwasser). 1 g CaO braucht bei 20" 868,7 g H2O. Die Löslichkeit wird vermindert durch NaOH oder KOH entsprechend der Zurückdrängung der elek- trolytischen Dissoziation. In den Lösungen mancher Salze z. B. CaCla, NH^Cl, NaCl ist die Löslichkeit erhöht, ebenso sehr beträcht- lich in Lösungen von Glycerin und Rohr- zucker, Ca(0H)2 wü-d dabei chemisch ge- bunden. Ca(0H)2 ist eine starke Base, in V64 w- Lösung ist es bei 25" zu 90% dissoziiert. Es findet als solche wegen seiner Billigkeit in der Technik vielfache Verwendung. Sehr wichtig ist die Verwendung des gelöschten Kalkes mit Sand und Wasser gemischt als Mörtel. Das Erhärten erfolgt nach Abgabe des größten Teils des zugesetzten Wassers (Abbinden), durch Aufnahme von CO 2 aus der Luft und Bildung von CaCOa. 938 Berylliumgruppe (Calcium) Calciumsuperoxyd, CaOa, wird er- halten durch Fällen von Kalkwasser mit H2O2 oder NaoOo. Es entsteht CaOa.BHaO, das bei 130" CaOa liefert. Es zersetzt sich bei Rotglut in CaO und O2. Durch die Einwirkung von Mg auf CaO soll Calciumsuboxyd, CagO, entstehen. Calcium Sulfid, CaS, kann gewonnen werden durch Glühen von CaO mit S oder CS2 oder durch Reduktion von CaSOi z. B. mit H2 oder Kohle. CaS ist in reinem Zustand weiß. Mit bestimmten Stoffen etwas verun- reinigte Präparate zeigen lebhafte Phospho- reszenz. CaS ist in Wasser nur wenig löslich. In der Lösung ist es hydrolysiert nach der Gleichung CaS+2H20 = Ca(SH)2 + Ca(0H)2. An der Luft oxydiert sich das aus CaS04 gewonnene CaS schnell. Calciumhydrosulfid, Ca(SH)2, entsteht durch Einleiten von HoS in Kalkwasser oder Kalkbrei. Ca(SH)2 kristallisiert in Prismen mit 6H2O. In Wasser und Alkohol ist es leicht löshch. Beim Erwärmen gibt Ca(SH)2, 6H2O erst das Kristallwasser und dann HoS ab und bildet CaS. Die wässrige Lösung erleidet beim Kochen hydrolytische Spaltung. Calcium poly Sulfide entstehen beim Kochen von CaS mit H2O und S. Im festen Zustand sind dargestellt worden CaS4 und Caö5. Calciumnitrid, CagNa, entsteht aus Ca und N2 beim Erhitzen. Hellbraune Kristalle. Fp. 1200". d 2,6. CagNa wird durch H, reduziert zu NH3 und CaHj, Cl und Br greifen es bei gewöhnhcher Temperatur an. An der Luft verbrennt es. Mit Wasser bildet es NH3 und Ca(0H)2, mit verdünnten Säuren ein Gemisch von Ca- und NH4-Salzen, konzentrierte Säuren wirken nicht ein. Ca3N2 bildet beim Erhitzen im H2-Sirom auf etwa 700" eine gelbe Verbindung Tri- calciumamid, Ca3(NH2)2. Diese zerfällt im Sonnenhcht in Calciumimid CaNH und CaH2. Calciumammonium,Ca(NH3)4, entsteht aus Ca und NH3 bei 0" unter Wärmeent- wicklung. Es entzündet sich an der Luft. Bei Zimmertemperatur geht es über in Cal- ciumamid, Ca(NH3)2. In flüssigem NH3 löst sich Ca unter Bil- dung einer Verbindung Ca(NH3)6, Lösung und Verbindung besitzen metallisches Leit- vermögen. Beim Abdunsten des NH3 bildet sich metallisches Ca zurück. Calciumphosphid, Ca3P2, wird erhalten aus CaO und P bei Glühtemperatur, in reinem kristallisierten Zustand durch Reduktion von Calciumanhydrophosphat mit AI oder mit Kohle im elektrischen Ofen, ferner durch Einwirkung von P-Dampf auf metallisches Ca. CagPa ist rotbraun, schwer schmelzbar, verbrennt bei 300° an der Luft, wird von Was- ser unter Bildung von Phosphorwasserstoffen darunter P2H4, daher sind die Gase selbst- entzündlich, zersetzt. Calciumarsenid, Ca3As2. Calciumcarbid, CaOg, wird dargestellt durch Erhitzen von Kalk und Kohle auf hohe Temperatur am besten im elektrischen Ofen. CaO + 3C=CaC2 + CO. Der Vorgang ist umkehrbar, bei etwa 1620° erreicht der Partialdruck des CO Atmosphärendruck. Praktisch erfolgt daher die Carbidbildung erst oberhalb dieser Temperatur. CaC2 ist kristallinisch, in reinem Zustand farblos, d 2,2, unlöslich in den gebräuchhchen Lösungsmitteln. Mit Wasser liefert es unter Wärmeentwickelung Acetylen, CaC2+ 2H2O = C2H2 + Ca(0H)2 (technisch von großer Bedeutung). CaC2 ist eine endotherme Verbindung. Mit N2 reagiert CaCj bei Rotglut unter Bildung von Calciumcyanamid, CaCN2, Kalkstickstoff. Die Gegenwart von CaCl2 beschleunigt den Vorgang. CaCNg wird als Stickstoffdünger verwandt. Calciumsilicide: CaSia, Ca3Si2, CaSi, Calciumborid CaBg. y) Salze des Calciums mit Sauer- stoffsäuren. Salze der Halogensauer- stoffsäuren. Calciumhypochlorit, Ca(C10)2, kann in reiner Form durch Gefrierenlassen einer Chlorkallvlösung und Auftauen des erhaltenen Kryohydrats gewonnen werden, aus konzen- trierten Chlorkalklösungen (siehe weiter unten) auch durch direkte Kristallisation oder durch Aussalzen mit NaCl. Es kristallisiert mit 4H2O. Ein Calciumsalz der unterchlorigen Säure ist der wirksame Bestandteil des Chlor- kalks. Chlorkalk wird gewonnen durch Ue herleiten von Chlor über feuchten ge- löschten KaUv. Die einfachste Reaktions- gleichung wäre 2Ca(OH)2 + 2CI2 = Ca(0Cl)2 + CaCL + 2H2O. Jedoch erreicht in der Praxis wenigstens die Menge des aufgenommenen Chlors nie- mals den der Gleichung entsprechenden Wert und zweitens zeigt Chlorkalk nicht die Eigenschaften eines Gemenges von Ca(0Cl)2 und CaChi. Die Frage nach der Konstitution des Chlorkalks ist trotz viel- facher Bemühungen noch nicht vollständig gelöst. Am zweckmäßigsten scheint es zur- zeit, ihn als ein gemischtes Salz der unter- chlorigen Säure und der Salzsäure aufzu- fassen Caloci oder (Ca(OCl)2.CaCl2). Viel- leicht besteht Chlorkalk auch aus einem Ge- menge verschiedenartiger Verbindungen. Der Wert des Chlorkalks entspricht seinem Gehalt an wirksamem Chlor d. h. der Chlormenge, die man aus ihm durch Be- handeln mit verdünnten Säuren (Salzsäure) entwickeln kann. Es wird bei frischem Boniliunii;rii| (Calciiun) 931) Material fast quantitativ dieselbe Chlormenge frei, die von dem Ca(0H)2 absorbiert worden wai. Caao + 2HC1 = CaCU + H^O + Cl^. Der Gehalt des gewöhnlichen Chlorkalks an wirksamem Chlor beträgt etwa 36%. _ i Beim längeren Einleiten von Chlor in I Kalkmilch fallen wenig lösliche Verbindungen von der allgemeinen Formel: Ca(0Cl)2. xCa(OH)o aus, z. B. Ca(OCl)o . 2Ca(OH)2, Ca(ÖCl)o. 4Ca(OH)2. Bei weiterer Behandlung mit CI2 gehen sie wieder in Lösung unter Chlorierung des abgespaltenen Ca(0H)2. Durch Zugabe von CaO zu einer chlorierten Kalkmilch und w^eiterer Chlorierung kann man Chlorkallilösungen so hoher Konzen- tration erhalten, daß direkt oder auf Zu- satz von NaCl Ca(0Cl)2 ausfällt. Chlorkalk ist ein weißes, etwas hygro- skopisches Pulver, das an der Luft schwach nach Chlormonoxyd (CI2O) und CI2 riecht. Beim Liegen an der Luft verhert er an Wirk- samkeit, CI2 und CI2O entweicht und es bildet sich Chlorat. Beim Erwärmen verliert er erst CI2 bis 70°, dann auch CI2O und O2. Bei 190° geht alles wirksame Chlor fort. Um aus Chlorkalk Chlor darzustellen, gibt man meist verdünnte Salzsäure zu. Jedoch ist auch das Kohlendioxyd der Luft imstande, vollständig, wenn auch langsamer, alles wirksame Chlor zu verdrängen. Auf der leichten Darstellbarkeit von Chlor aus Chlor- kalk, (die Keaktion geht schon bei gewöhn- licher Temperatur vor sich) beruht seine Verwendung zum Bleichen (Bleichkalk), für andere Oxydationszwecke, zur Chlor-Ent- wickelung und zur Desinfektion. Chlorkalk löst sich in wenig Wasser nicht vollständig auf, es bleibt immer ein Rückstand von Ca(0H)2, basischem Chlorcalcium und auch von solchen Verbindungen aus Ca(0H)2 und Ca(0Cl)2, wie sie oben erwähnt wurden. Die Lösungen zeigen die Reaktionen des Anions der unterchlorigen Säure CIO'. Bei höherer Temperatur bildet sich in den Lösungen Chlorat, neben O2. Bei Zugabe eines Kobaltsalzes tritt lebhafte Og-Ent- wickelung ein, das gebildete Kobaltihydroxyd bzw. Kobaltsuperoxyd wirkt als Katalysator. Durch Ammoniak werden Chlorkalklösungen beim Kochen vollständig reduziert zu CaClj das NH3 wird zu Ng und H2O oxydiert. Calciumchlorat, Ca(C103)2. Durch Einleiten von CU in erwärmte Kalkmilch erhält man kein reines Ca(C103)2, es sind noch Salze niederer Chlorsauerstoffsäuren vorhanden (vgl. Alkalichlorate). Rein kann man das Salz erhalten aus reiner Chlor- säure durch Neutralisation mit Ca(0H)2 oder CaCOg. Es kristallisiert mit 2H2O. In Wasser und Alkohol ist es leicht löslich. Calcium Perchlorat, Ca(C104)2. 1 Calciumbromat, Ca(Br03)2. I Calciumhypojodid, Ca(J0)2, wird in wässriger Lösung erhalten aus Ca(0H)2 und Jod. Es wirkt bleichend, zersetzt sich beim Erwärmen und am Licht. Calciumjodat, Ca(J03)2, wird erhalten aus HJO3 und Ca(0H)2 oder CaCOg, oder auch durch Fällung eines Ca-Salzes mit Alkalijodat, da es in Wasser ziemlich schwer löslich ist. Es kristallisiert mit 6 und 4 H2O. Salze der Sauerstoffsäuren des Schwefels. Calciumhydrosulfit, CaSaOj, wird er- halten aus CaHa und SO,, CaH2+2S02 = CaS204+H2 oder aus CaC^ und Na2S2Ö4. Es ist in Wasser leicht löslich, die Lösung wirkt kräftig reduzierend. Calciumsulfit, CaSOg, wird erhalten aus Ca(0H)2 oder CaCOg und SO2 oder auch durch eine Fällungsreaktion z. B. von CaCU mit Na2S03, da es in Wasser schwer löslich ist: 0,043 g im Liter bei 18°. In Zucker- lösungen und in wässriger schwefliger Säure ist es leichter löslich. Im zweiten Fall bildet sich wahrscheinlich ein saures Salz Ca(HS03)2. An der Luft oxydiert sich CaSOg leicht. Calciumthiosulfat, CaSoOg, entsteht aus CaS (Sodarückständen) durch Oxydation an der Luft, oder auch aus CaSOg, Schwefel und H2O zwischen 30 und 40 °. Es kristallisiert mit 6H2O. Beim Aufbewahren zersetzt es sich und liefert entweder CaSOg und S, oder CaS und CaS04. Calciumsulfat, CaS04, kommt in der Natur wasserfrei als Anhydrit, mit 2H2O als Gips (rein Alabaster, schön kristallisiert Marienglas) vor. CaS04 bildet sich beim Fällen eines Ca-Salzes mit H2SO4 oder einem Sulfat. Der natürliche Anhydrit CaS04 kristallisiert rhombisch, d 2,96. Er nimmt nur langsam Wasser auf. Eine zweite Modifi- kation des wasserfreien CaS04 wird er- halten durch Erwärmen von gefälltem CaS04, 2H2O auf 60—90° im Vakuum über H2SO4 oder durch Erwärmen von mit viel Wasser versetzten gebrannten Gips auf 100°, lös- licher Anhydrit. Er ist instabil gegen den gewöhnlichen Anhydrit, also leichter löslich und geht in Berührung mit Wasser in der Wärme allmählich in diesen über. Er nimmt rasch Wasser auf, erhärtet. Außer diesen beiden gibt es wahrscheinlich noch weitere Modifikationen des wasserfreien CaS04. Das Halbhydrat, 2CaS04.H20, ent- steht aus dem gewöhnlichen Gips beim Er- hitzen auf über 107°. In Kristallen kann man es bekommen beim Erwärmen von Gips mit konzentrierter HNO3 (d 1,4) auf 40°. Das Dihydrat, CaS04.2H20, der gewöhn- liche Gips, kristallisiert monoklin. d 2,32. Die vierfachen Punkte des Systems CaSOj — H2O, an denen Dampf, Lösung und Di- hydrat mit einer der drei anderen festen 940 Beryllivun,uTU})i)0 ( Calciuni) Phasen im Gleichgewicht stehen (vgl. Phasen- regel und Calciumchlorid), liegen bei folgenden Temperaturen feste Phasen Terap. CaS04.2H.,0 CaSOi (2;ewölml. Anhydiit) ß6» CaS04 (löslichev Anhydrit) 89» 2CaS04, H2O (Halbhydrat) 107» An diesen Umwandlungspunkten geht bei steigender Temperatur das Dihydrat in die anderen Formen über. Wie man sieht, erfolgt der Uebergang in den löslichen An- hydrit bei höherer Temperatur als der in den gewöhnhchen, und der in das Halbhydrat bei höherer als der in den löslichen Anhydrit. Löslicher Anhydrit und Halbhydrat sind also metastabil gegen gewöhnlichen Anhydrit. Daran liegt es wohl auch, daß sie in der Natur nicht vorkommen. Bei den meisten kristall- wasserhaltigen Salzen liegen übrigens die Verhältnisse so, daß die Umwandlungs- temperatur steigt mit sinkendem Wasser- gehalt, der Gips bildet in dieser Hinsicht eine Ausnahme. Stuckgips, gebrannter Gips wird tech- nisch dargestellt durch Erhitzen von natür- lichem CaSO,i.2H20 auf etwa 130«. Er besteht der Hauptmenge nach aus Halb- hydrat, enthält aber auch iVnhydrit. Stuck- gips hat die Eigenschaft, nach dem An- rühren mit Wasser unter Wärmeentwickelung in relativ kurzer Zeit (8 bis 10 Minuten) zu erhärten. Es wird Dihydrat zurückgebildet. (Verwendung des Stuckgipses zu Modell- usw. Arbeiten.) Estrichgips ist durch Brennen bei höherer Temperatur aus Dihydrat erhaltenes wasserfreies CaS04, von geringerer Erhär- tungsgeschwindigkeit, aber größerer Festig- keit der erhärteten Masse. Er besteht aus einem Gemenge zweier Anhydritmodifi- kationen (triklin und hexagonal). Bei beiden Arten des gebrannten Gipses läßt sich die Erhärtungsgeschwindigkeit durch Salze, die als Katalysatoren wirken, beschleunigen oder auch verzögern. Calcium Sulfat zersetzt sich bei starkem Erhitzen (Weißglut) in CaO und SO3 (SO3 zerfällt weiter in SO 2 und O2). Durch HCl wirdCaS04 bei Rotglut in CaClg umgewandelt. Durch Wasserstoff, Kohle usw. wird CaS04 relativ leicht reduziert zu CaS. Diese Reduktion erfolgt durch organische Sub- stanzen unter Umständen schon in wässriger Lösung. Die Löslichkeit des Gipses ist nicht ganz sicher bekannt, da sich erhebliche Ein- flüsse der Korngröße des Bodenkörpers bemerkbar machen. Die Löslichkeit besitzt ein Maximum zwischen 30 und 40°. Für 18" gibt Kohlrausch an: 2023 mg im Liter. Die Löslichkeit des Gipses ist erhöht in fast, allen Salzlösungen, vorausgesetzt, daß es nicht verdünnte Lösungen von Ca-Salzen oder Sulfaten sind. Auch in Salzsäure und Salpetersäure ist die Lös- lichkeit größer. In konzentrierter Schwefel- säure löst sich Gips in relativ erheblichen Mengen, bei 25« 2,84 g CaSOi in 75 g H2SO4. Gesättigte Gipslösung wird als Eichflüssig- keit für Leitfähigkeitsgefäße verwandt. Eine bei 18" gesättigte Lösung hat ein Leitvermö- gen K = 0,001880. Saure Salze des Calciumsulf ats : CaS04, H2SO4; CaS04.3H2S04. Doppelsalze: CaS04.Na2S04 Glauberit; CaS04.K2S04, H2O Syngenit; CaSOifNHa) SO4 . H20- Calciumammoniumsulfat ; CaaMg K2(S04)4.2H20 PolyhaUt. Salze des Calciums mit den Säuren der Stickstoffgruppe. Calciumnitrit, Ca(N02)2, wird darge- stellt durch schwaches Glühen von Calcium- nitrat, rein aus AgNOo und CaCL. Es kristallisiert mit IH2O isomorph mit den Strontium- und Bariumsalzen. In Wasser leicht, in Alkohol schwer lösUch. Bei 20" lösen 100 ccm H2O 111,6 g Ca(N0,)2, H2O. Calciumnitrat, Ca(N03)2, bildet sich in der Natur bei der Verwesung stickstoff- haltiger organischer Substanzen, es wird dargestellt aus Ca(0H)2 oder CaCOg und Salpetersäure. Calciumnitrat ist das wich- tigste Produkt bei der technischen Oxydation des atmosphärischen Stickstoffs (Norge- salpeter). Schmelzpunkt etwa 560°. d 2,36. Mit Wasser bildet es verschiedene Hydrate, sicher bekannt ist das Tetrahydrat, Ca(N03)2. 4H2O, es existieren noch Hydrate mit 3 und 2H2O. Das wasserfreie Salz kristaUisiert regulär, das Tetrahydrat monokHn. Calciumnitrat ist in Wasser sehr leicht löshch, bei 0" lösen 100 g H2O 84,2 g- Ca(N03)2. In Alkohol ist CafNOs)« ebenfalls leicht löslich. Die Lösungen besitzen elek- trische Leitfähigkeit. Calcium dihydrohypophosphit, Ca(HoP02)2, kann aus der Lösung gewonnen werden, die man beim Kochen von Kalk- milch mit Phosphor bei der Darstellung von Phosphorwasserstoff erhält. Es bildet sich auch bei der Zersetzung von Calciumphos- phid mit Wasser. Das Salz kristallisiert monoklin, ist in Wasser leicht löslich. Von Salzen der phosphorigen Säure sind bekannt : C a 1 c i u m h y d r 0 p h 0 s p h i t , CaHP03 und C a 1 c i u m d i h y d r 0 - p h 0 s p h i t , Ca(H2P03)2. Calciumsalze der Phosphorsäure. Von der Orthophosphorsäure, H3PO4. leiten sich drei Calciumsalze ab: Calcium dihydrophosphat, prim res Calciumphosphat, Ca(H2P04)2. Calciumhydrophosphat, sekundä- res Calciumphosjjhat, CaHPOi. Eerylliuingnippe (Calcium) 941 Caicinmphosphat, tertiäres Cal- ■ciuraphosphat, Ca3(P04)2. Sodann ist noch bekannt qiiaternäres Calciuraphosphat (Calciumtetraphos- phat), CaiPaOg, daß sich von der höher hydratisierten Phosphorsäure, H^^PaOg, ab- leitet. Von allen Salzen existieren sicher oder wahrscheinlich ein oder mehrere Hydrate. Die Verhältnisse in dem ^^stem CaO,P205, H2O sind wegen der großen Zahl der möglichen festen Phasen zienüich kompliziert, auch ist die experimentelle Untersuchung wegen der bei gewöhnlicher Temperatur sehr ge- ringen Geschwindigkeit, mit der sich die Gleichgewichte einstellen, mit Schwierigkeiten verknüpft. Eine ausführliche Darstellung, der jetzt einigermaßen geklärten Verhält- nisse würde hier zu weit führen, es sei auf die Arbeit von Henrv Bassett, Ztschr. für Anorg.Ch.59, lff.(19Ü8) verwiesen. DaPhos- phorsäure eine ziemhch schwache Säure ist, so werden die Ca-Salze in wässriger Lösung hydrolytisch gespalten. Wird dabei das Löslichkeitsprodukt eines anderen Salzes überschritten, so muß sich dieses aus- scheiden. Nach genügend langer Zeit wird sich eine feste Phase vollständig in die andere umgewandelt haben. In der Lösung ent- spricht dann natürlich das Verhältnis von CaO zu P2O5 nicht dem im ursprünglichen Salz. Calciumdihydrophosphat,Ca(HP04)2, kristallisiert mit IH2O in rhombischen Kristallen aus sauren Lösungen, die Ca-- und Phosphorsäureionen enthalten. Das KristaU- wasser wird bei längerem Erhitzen auf 100'' abgegeben. Bei 152" schmilzt das Monohy- drat zum Teil, d. h. es zerfällt in wasserfreies Salz Ca(HP04)2 und Lösung. Beim Erhitzen von Ca(HP04)2.H20 mit konzentrierter H3PO4 auf 170—180° erhält man Ca(HP04)2 in triklinen Kristallen. Beim Erhitzen gibt Ca(HP04)2 erst Wasser und dann P2O5 ab, es bildet sich tertiäres Salz. In Wasser ist primäres Phosphat relativ leicht löslich, wenn mehr als 5 g im Liter gelöst sind, schei- det sich jedoch schwer lösliches sekundäres Salz ab. Calciumhydrophosphat, CaHP04, wird erhalten durch Fällung von CaClj mit sekundärem Alkaliphosphat oder auch einem Gemisch von sekundärem und primärem Ammoniumphosphat, je nach den Fällungs- bedingungen mit 2H2O oder wasserfrei. Oberhalb 36" und schnell bei 70« zerfällt das Dihydrat in wasserfreies Salz, Ca3(P04)2 und Lösung. Aus dem Dihydrat erhält man wasserfreies Salz beim Kochen mit Wasser oder x\lkohol. Die Löslichkeit der sekundären Phosphate in Wasser ist ziemlich gering. Es wird angegeben für das Dihydrat, daß bei 50« im Liter enthalten sind 0,0954 g CaO und 0,2066 g P2O5. — J^^* = 1,71. Die Kurve der iVbhängigkeit der Löslichkeit von CaHP04.2H20 von der Temperatur zeigt bei 60" eine Krümmung, weil dort die Um- wandlung in CaHPOi und Ca3(P04)2.H20, die eigentlich schon bei 36° beginnt, mit erheblicherer Geschwindigkeit verläuft. Di- hydrat und wasserfreies Salz sind etwa gleich stark löslich, doch ist die Lösungs- geschwindigkeit des wasserfreien Salzes ge- ringer. Calcium anhydrophosp hat, tertiär es Caicinmphosphat Ca3(P04)2, ist in reinem Zustande nicht mit Sicherheit bekannt. Sowohl die in der Natur vorkommenden als tertiäre Salze aufgefaßten Verbindungen (Phosphorite), wie die durch Fällung eines Ca-Salzes mit tertiärem Alkaliphosphat oder sekundärem bei Gegenwart von NH3 er- haltenen Niederscliläge weichen im allge- meinen in ihrer Zusammensetzung weit von der Formel ab. Sie sind wahrscheinlich Hydrogele von Gemischen zwei oder mehrerer der folgenden Stoffe: CaHP04, Ca3(P04)2, Ca4P20a, Ca(0H)2. Es scheint jedoch fast sicher, daß es eine Reihe von Lösungen gibt, die mit Ca3(P04)2 im Gleichgewicht stehen. Tetracalciumphosphat, CaiPaOg, bil- det einen Bestandteil der Thomasschlacke. Es kann in Berührung mit einer Lösung, die CaO und P2O5 enthält, innerhalb eines be- stimmten Konzentrationsintervalles in Form eines Hydrates bestehen. Durch reines Wasser wird es ebenso wie die anderen Phosphate zersetzt, es ist aber das einzige, das dabei eine alkalisch reagierende Lösung liefert. In starken Säuren sind alle Calcium - phosphate, als Salze einer relativ schwachen Säure leicht löslich. Auch in organischen Säuren lösen sie sich, z. B. Essigsäure und besonders Zitronensäure, hier scheint eine spezifische Wirkung zu bestehen. Eine Er- höhung der Löslichkeit wird auch herbei- geführt durch COo. und manche Salze, wie NaCl, NH4NO3, Na-Acetat, und namentlich Ammoniumeitrat (Komplexbildung). Calciumphosphate werden durch Kohle im elektrischen Lichtbogen zu Phosphor reduziert (Darstellung von Phosphor). Man setzt SiOg zu, um CaO zu binden und alles Phosphat zu reduzieren. Chlor und Kohlen- oxyd reagieren bei Gegenwart von Kohle oberhalb 180° auf Caicinmphosphat unter Bildung von Phosphoroxychlorid, CO 2 und CaCla. Früher meist als tertiäre Salze auf- gefaßte Ca-Phosphate kommen in der Natur vor: Osteolith, Phosphorit, mit CaFj oder CaCla zusammen als Apatit. Ca-Phosphate 942 BerylliuingTuppe ( Caleiuiii) bilden einen Hauptbestandteil der Knochen (50 bis 60%) und Zähne. Wichtig sind Calciumphosphate als Düngemittel: Guano (Vogelexlcremeute mit 25% Phosphat), Super- phosphat aus Apatit und Phosphorit durch Aufschließen mit Schwefelsäure erhalten, Thomasschlacke, Nebenprodukt bei der Ent- phosphorung des Eisens in der Bessemer- birne. Calciummetaphosphat, Ca(P03)2, war früher wichtig für die Darstellung des Phosphors. Von Calciumarseuaten sind darge- stellt worden das tertiäre Ca3(As04)2 und das sekundäre CaHAs04, dieses mit 2H2O. Wasserfrei kommt das sekundäre Salz als Pharmakolith und Haidingerit vor. Ein Calciumsulfarsenit, CaS.AsoSg. 4H2O ist bekannt. Salze des Calciums mit den Säu- ren der Kohlenstoffgruppe. Calciumcarbonat, CaCÖa, entsteht aus CaOundCOa nur bei Gegenwart von Feuchtig- keit, lieber die Gleichgewichtsbeziehungen zwischen CaO, CO2 und CaCOg vgl. Calcium- oxyd. CaCOg fäUt als schwer löshcher Nieder- schlag, wenn Ca"- und CO3"- Jonen zusammen- treffen. In der Natur kommt CaCOg vor als Kalkspat (Calcit) hexagonal rhombo- edrisch. d 2,715. Wichtig ist die Ver- wendung sehr reiner und klarer Stücke, die sich in Island finden (isländischer Doppel- spat, wegen der starken Doppelbrechung, die sie zeigen) zur Herstellung von Nico lo- schen Prismen. Brechungsexponent für die D-Linie für den ord. Strahl 1,6585, für den außerord. Strahl 1,4864. Varietäten des Kalkspats sind: Marmor, meist sehr rein, kristallinisch, Kalkstein derb, fein kristallinisch und häufig stark verunreinigt. Wichtig als Ausgangsmaterial für die Zementfabrikation ist der eine Mischung von Kalkstein und Ton dar- stellende Mergel. Ob das CaCOg in der Kreide kristallinisch oder amorph ist, ist noch unsicher. Calciumcarbonat ist polymorph. Die zweite wichtige Modifikation ist der in der Natur vorkommende rhombische Aragonit. d 2,934. Durch Ausfällen aus wässrigen Lösungen kann man CaCOg sowohl als Calcit wie als Aragonit bekommen. Es hängt dies von den besonderen Fällungsbedingungen ab: Konzentration, Temperatur, Geschwindig- keit der Fällung, Gegenwart von fremden Stoffen. In der Kälte fällt CaCOg zuerst amorph aus, wandelt sich aber allmählich in Calcit um. In der Hitze fällt aus ver- dünnten Lösungen Aragonit. Beim Er- hitzen wandelt sich Aragonit in Calcit um. Dies deutet darauf hin, daß Calcit bei höheren Temperaturen die beständigere Form ist. In Wasser ist Aragonit leichter löslich als Kalkspat. Daher muß auch bei gewöhnlicher Temperatur Calcit die beständigere Form sein. Daß Aragonit trotzdem in der Natur vorkommt, ist der außerordentlich geringen Umwandlungsge- schwindigkeit zuzuschreiben. Eine dritte Modifikation des Calcium- carbonats ist der Konchit, der sich in den Schalen von Mollusken findet, optisch ein- achsig. Außerdem soll noch eine vierte monosymmetrische oder asymmetrische Form existieren. CaCOg kann unter C02-Druck geschmol- zen werden. Der Schmelzpunkt liegt unter dem des Goldes. Die Schmelze erstarrt kristallinisch (Marmor). Calciumcarbonat ist in Wasser nur sehr wenig löslich. Bei 18" lösen sich im Liter 13 mg Calcit und 15 mg Aragonit. Die Lös- lichkeit wü'd beträchtlich erhöht durch NH4-Salze. CaCOg löst sich in C02-haltigem Wasser in erhebUchen Mengen auf. CO 2 bildet mit W^asser H2CO3. Dies setzt sich mit den zunächst nur in sehr geringer Konzentration in der Lösung vorhandenen C03"-Ionen um nach der Gleichung H2CO3 + CO3" = 2HCO3'. C03"-Ionen werden also gebunden, neues CaCOa kann in Lösung gehen. In der Lösung sind enthalten die Ionen des Salzes Ca(HC03)2, Calcium hydrocarbonat, saures Calcium- carbonat. Bei 16<* und einem Partialdruck des CO 2 von 0,9841 Atm. lösen sich 1086 mg CaC03 oder 21,72 Aequiv. Ca-- im Liter. Eine Verbindung, die etwa der Formel CaC03.1,75H2C03 entspricht, ist durch Ver- mischen einer eiskalteij Lösung von CaClg mit einer solchen von NH4HCO3 erhalten worden. Das Leitvermögen für gesättigte CaC03-Lösungen beträgt bei 18°: für ge- fälltes CaC03 K = 29,0.10-«. Kalkspat y.= 28,0.10-«, Aragonit x= 32,6.10-«. CaCOs löst sich in Säuren unter CO2- Entwicklung auf, um so schneller, je stärker die Säure ist. Hydrate des CaC03 mit 5 und 6H2O sind beschrieben worden. Calciumsilikate kommen in Verbin- dung mit anderen Silikaten vielfach in der Natur vor. Wollastonit, CaSiOg, ist reines Calciummetasilikat, monoklin. CaSiOa kann auch künstlich dargestellt werden, sowohl aus dem Schmelzfluß wie auf nassem Wege. Außerdem existieren noch folgende Ver- bindungen : 3CaO . 2Si02 ; 2CaO . SiOa ; aCaO.SiOa. Calciumsilikate bilden wesentliche Be- standteile des Glases und der Zemente. Calciumborate kann man durch Fällen aus wässrigen Lösungen und durch Zusammenschmelzen von CaO und B2O3 darstellen. Durch Fällen von CaCla-Lösung BeryHiuing-ni|t|M' (ralciuiu — Strontium) 94H mit Natriiimmetaborat erhält man Cal- ciummetaborat Ca(ß02)2; es ist schwer löslich in Wasser, leicht in Ammoniumsalz- lösungen und in starken Säuren. Calcium- metaborat ist dimorph. Aus Ca(0H)2 und CaCOg mit Borsäure sind folgende Borate dargestellt worden: CaB80i3.9HoO;CaBfiOio.4H20;CaB40,.8H20. Lösungen von CaCIa und Borax geben je nach den Versuchsbedingungen Niederschläge sehr verschiedener Zusammensetzung. In der Schmelze von CaO und B0O3 ist die Existenz folgender Verbindungen nachge- wiesen worden: Ca0.2B203; CaO.B203;2CaO. B2O0. Calciumacetat, Ca(C2H302)2, kristalli- siert aus heißen Lösungen mit 1H,0, aus kalten mit 2H2O. In lÖO g H2O lösen sich bei 200 34^73 g Ca(C2H302)2. Calciumoxalat, CaC204, ist wichtig als Fällungsmittel für Calcium, da es in Wasser sehr schwer löshch ist. Bei 18« lösen sich 5,54 mg CaC204, H2O im 1. CaC204 kristallisiert bei gewöhnhcher Temperatur mit IH2O, bei niedrigerer mit SHaO, Das Kristallwasser geht bei 200° fort, beim Glühen bildet sich zunächst CO und CaCOg. CaC204 bildet wahrscheinhch mit MgCl2 und ZnClo in wässriger Lösung komplexe Ver- bindungen, mit CaCL sind Doppelsalze auch in festem Zustand bekannt. 7. Thermochemie. Bildungs- und Lösungswärmen der wichtigsten Cal- cium Verbindungen. Die Bildungswärmen sind die aus den Elementen, die Lösungs- wärmen, die der kristallwasserfreien Stoffe in viel Wasser. Die Zahlen gelten für je ein g-Molekül in kg-Kalorien (für Halogenide, Oxyd und Hydroxyd nach neueren Arbeiten von de Forcrand, für die übrigen Stoffe nach Landolt-Börnstein, Tabellen 1905). Calciiimion Ca'" Calciumfhiorid CaFg Calciumchlorid CaCla Calciumbromid CaBrg Calciumjodid Ca.Jg Calciumoxyd CaO Calciumhydroxyd Ca(OH). Calciumsulfid CaS Calciumcarbid CaCg Calciumsulfat CaS04 Calciumnitrat CafNOg).^ Calciumcarbonat CaCOj 8. Photochemie. ^ Verbindungen färben die Flamme ziegelrot. Das eigentliche Linienspektrum des Cal- ciums bekommt man nur in der Flamme des elektrischen Lichtbogens. Es sind eine große Zahl von Linien gemessen worden (vgl. Fehlings Handwörterbuch Bd. 6, Bildungs- Lösungs warme warme 110 239,18 190,44 17,48 169,20 24,52 141,00 28,12 152,0 18,12 236,0 2,8 92,0 — 7,25 318,4 4,44 203 395 270,5 Flüchtige Calcium- Artikel „Spektralanalyse"). In der Bunsen- flamme erhält man immer die Banden des Oxyds und, wenn man eine Halogenverbin- dung anwendet, die diesen zugehörigen Banden, von Metalhnien nur die im Violett (422,691 ////). Nach Treadwell sind die wichtigsten Oxydbanden: Orangegelbes Dop- pelband (620,3 /(//, 618,2 ////) und ein gelb- grünes Band (554,4 /<(/, 551,8 fifi). Mit HCl befeuchtetes CaCla gibt Bänder: im Orangegelb 646,6 //y/, Doppelband (606,9 w/<, 604,5 ////) und 593,4 /y,^<; im Gelb 581, 7'/^^ und 572,0 /S-haltigem Wasser. Beim Eindunsten der Lösung bilden sich Kristalle von unbekanntem Wasser- gehalt, die beim Erwärmen erst HoO und dann HgS abgeben und in SrS übergehen. Strontiummonosulfid. SrS nimmt beim Kochen mit Wasser und Schwefel diesen auf und bildet SrS4, Strontium- tetrasulfid. Dies kristallisiert mit 4 und 2H20. An der Luft oxydieren sich die Hydrate unter Bildung von Oxysulfiden. . Strontiumpentasulfid, SrS^ bildet Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Band I. sich wahrscheinlich in der Kälte in einer Lösung von SrSj durch Schwefelaufnahme, ist aber in festem Zustand nicht bekannt, da beim Eindunsten ein Schwefelatom wieder abgegeben wird. Strontiumnitrid, Sr^N, bildet sich beim Erhitzen von Strontiumamalgam im N2-Strom. Mit Wasser bildet es Sr(0H)2 und NH3. Beim Erhitzen mit Kohle entsteht zum Teil Sr(CN)2, Strontiumcyanid. Metallisches Strontium löst sich bei — 60« in flüssigem NH3 zu einer dunkelblauen Flüssigkeit, die beim Abdunsten im Vakuum braunrote Kristalle von Strontiumammo- nium Sr(NH3)ß liefert, diese gehen im Va- kuum weiter in Strontiumamid Sr(jN'H2)2 und schließlich wieder in Sr über. Die Sr(NH3)6-Lösung gibt mit CO Strontium- karbonyl, Sr((iÖ)2, schwach gelbes Pulver, mit NO gelatinöses Strontiumhvponitrit, SrlNO).; Strontiumarsenid, Sr2As2, Stron- tiuraphosphid, SrgPa, Strontiumcar- bid, SrCa, Strontiumsilicid , SrSi^, Strontiumborid, SrB«, entsprechen den betreffenden Ca- Verbindungen. /?) Salze mit den Sauerstoffsäuren. (Es sollen nur die wichtigsten angeführt wer- den): Strontiumchlorat , Sr(C103)2 wird analog wie das Calciumsalz dargestellt. Es kristallisiert gewöhnlich wasserfrei in rhom- bischen Oktaedern. Das wasserfreie Salz existiert noch in drei anderen Modifikationen. p]iu Hvdrat mit 3HoO ist bekannt. Oberhalb 290« g-ibt Sr(C10,) 2' Sauerstoff ab. Stro nt in m sulf at, SrSOi kommt wasser- frei als Cölestin in rhombischen Kristallen vor. Er ist isomorph mit Schwerspat (BaS04). Isomorphe Mischungen der beiden bilden den Barytcölestin. Strontiumsulfat fällt als schwer löslicher Niederschlag aus, wenn Sr"- und SO /'-Ionen zusammentreffen, d des Cölestins 3,925, des gefällten SrSOj 3,71. Strontiumsulfat spaltet beim starken Glühen SO3 ab und bildet SrO. Durch Kohle, CO, Hg, Fe, Zu wird SrSOi reduziert zu SrS. Strontiumsulfat ist in Wasser schw^erer löslich als CaS04, aber leichter als BaSOi. Bei 18« lösen sich im Liter 114,3 mg SrS04. In Lösungen von Alkalinitraten und Chloriden ist die Löslichkeit erhöht (Komplexbildung?), ebenso in Säuren. Strontiumnitrat, Sr(N03)2 kann aus Hydroxyd, Carbonat mit HNO. dargestellt werden, technisch durch Umsetzung von konzentrierten SrCla-Lösungen mit NaN03. Strontiumnitrat kristallisiert wasserfrei in Oktaedern, d 2,93. Es schmilzt bei 645» und gibt bei höherer Temperatur Sauer- stoff ab. Tetrahydrat Sr(N03), . 4H2O kristallisiert aus der kaltgesättigten Lösung. Das Wasser ffeht bei lOÖ" fort. Bei 20« lösen sich in 100 g H2O 70,8 g 60 946 Berylliumgruppe (Strontium — Barium) Sr(N03)2. In flüssigem NH3 löst sich Sr(N03)2 ziemlich leicht auf. Die Lösung leitet den elektrischen Strom. In absolutem Alkohol ist Sr(N03)2 schwer löslich, noch schwerer in einem Gemisch von Alkohol und Aether. Strontiumorthophosphate. Im festen Zustand sind nur bekannt das sekundäre und das tertiäre Salz. SrHP04 und Sr3(P04)2. Die Darstellung, die Löslichkeitsverhältnisse usw. sind analog denen der entsprechenden Calciumsalze. Die Strontiumsalze scheinen jedoch etwas leichter Icshch zu sein. Das tertiäre Salz ist nur amorph bekannt, das sekundäre ist auch kristallinisch aus dem zuerst entstehenden amorphen Niederschlag erhalten worden. Strontiumkarbonat, SrCOs entsteht aus Lösungen von Strontiumsalzen durch Fällen mit Karbonaten. Aus Cölestin wird es technisch nach verschiedenen Methoden ge- wonnen z. B. durch Schmelzen mit Soda, durch Kochen mit (NH4)2C03-Lösungen, durch Umsetzung mit Na^CO^ und CO2 unter Druck usw. Das natürliche Strontiumkarbonat, Stron- tianit, kristallisiert rhombisch, isomorph mit Aragonit. Das gefällte SrCOa ist zunächst amorph, es kann aber auch kristallinisch erhalten werden z. B. durch Erhitzen mit Lösungen von (NH4)2C03 oder Harnstoff im geschlossenen Rohr. Man erhält längliche, stark doppelbrechende Prismen. Bei höherer Temperatur zersetzt sich SrCOs in SrO und CO2. Da der Dissoziationsdruck geringer ist als bei CaC03, so erfolgt die Zersetzung schwie- riger. Bei 1100" wird der COa-Druck größer als 1 Atmosphäre, d des gefällten SrC03 3,62. des Strontianits 3,60 bis 3,62. In Wasser ist SrCOg sehr wenig löshch, bei 18" lösen sich in 1 1 Wasser 11 mg. Die Lösung reagiert alkalisch, SrCOg ist hydrolytisch gespalten. In CO,-haltigem Weisser ist die Löslichkeit erhöht '(vgl. CaCOo). Strontiumoxalat, SrC204(mit 2^ oder 1 H2O) ist inWasser leichter löslich als CaCjOa- Bei 18" lösen sich 46,1 mg im Liter. 6. Thermochemie. Bildungs- und Lö- sungswärme der wichtigsten Strontiumver- bindungen (vgl. die Vorbemerkungen zur Thermochemie des Calciums): Strontiumion Sr" Strontiumchlorid SrCl, Strontiumbromid SiBr, Strontiumjodid SrJ, Strontiumoxyd SrÜ Strontiumhydroxyd Sr(OH), Strontiumsulfid SrS Strontiumsulfat SrS04 Strontiumnitrat Sr(N03)2 Strontiumkarbonat SrCO, Bildiuigs- wärme 120 195,66 176,50 147,50 139,64 227,48 99,2 330,9 211,9 281,2 Lösmig!-: wärme 11,14 16,10 20,50 29,76 —5,1 7. Photo Chemie. Flüchtige Strontium- verbindungen färben die Flamme intensiv rot. Hierauf beruht die Verwendung von Strontiumsalzen in der Feuerwerkerei. Man nimmt meist solche, die zugleich Sauerstoff abgeben, wie das Chlorat oder Perchlorat. Das Linienspektrum des Strontiums ent- steht im Knallgasgebläse und am schönsten im Flammenbogen (ein Verzeichnis der Wellen- längen der gemessenen Linien in Fehlings Handwörterbuch Bd. 6 Artikel „Spektral- analyse"). In der Bunsenflamme beobachtet man bei Anwendung von Halogenverbin- dungen vorübergehend deren Spektrum, dann nur das Bandenspelitrum des Oxyds und die Metaliinie im Blau (460,75 //,«). Die Oxyd- banden haben nach T read well folgende Lage: im Rot 686,3 /■ Zn" und Zn*- —> Zu statt- finden, berechnen, q bedeutet in obiger Gleichung die auf das Grammäquivalent be- zogene Änderung der inneren Energie des Vor- ganges, die Wärmetönung der chemischen Umwandlung, nach Ostwald auch als loni- sierungswärme bezeichnet, Fe die elektrische Energie, die beim Durchgang der Elektrizi- tätsmenge F = 96540 Coulomb entwickelt de oder verbraucht wird, FT jm den bei dem isotherm und umkehrbar verlaufenden Vor- gange erfolgenden Wärmeaustausch mit der Umgebung. Lassen wir nun 1 g-Atom Zn in einer äq.-norm. ZnSOi-Lösung bei 18" in Lösung gehen, so haben wir, wenn wir in obige Gleichung die Zahlenwerte einsetzen: 2 . 96 540 . 0,522 = q — 2 . 96 540 . 291 . 0,000763 q= 143600 Voltcoulomb = 34300 g-cal. Der Uebergang von 1 g-Atom Zn in gelöstes Zinksalz in äq.-norm. ZnSOj-Lösung bei 18" ist also mit einer Abnahme der chemischen Energie um 34300 cal. verbunden, dafür werden 2 Fe = 100750 Voltcoulomb = 24100 de g-cal elektrische Energiegewonnen und2FT ^ — 10200 g-cal Wärme an die Umgebung ab- gegeben. Wenn umgekehrt aus äq.-norm. ZnSOi- Lösung 1 g-Atom Zn kathodisch niederge- schlagen wird, so werden dabei 24100 g-cal elektrische Energie und 10 200 g-cal therm ische Energie in 34 300 g-cal chemische Energie umgewandelt. Das Zn"-Ion besitzt eine ausgeprägte Tendenz, sich mit allerlei Neutralteilen zu Komplexionen (Zn.nx)" zu vereinigen, auch in komplexen Anionen wie ZnO./', Zn(CN)4" usw. vermag Zn aufzutreten (vgl. Abschnitt 8d und e). Die Zinksalze zeigen in wässeriger Lösung gegen Lackmus deutlich saure Reaktion, es findet eine, wenn auch geringe, so doch deutlich merkbare hydrolytische Spaltung der Molekeln statt. Die Angaben über den Grad der Hydrolyse sind sehr schwankend, wahrscheinlich weil derselbe infolge Auf- tretens heterogener Systeme, in denen Hydr- oxydoder basische Salze als Kolloide vorliegen, mit der Zeit wechselt. 7. Nachweis und quantitative Bestim- mung. Die Zinksalze ungefärbter Säuren sind farblos. Sulfat, Nitrat, Halogensalze, Acetat sind in Wasser leicht löslich, die mei- sten anderen Salze unlöslich, die wässerigen Lösungen reagieren infolge von Hydrolyse sauer. Die in Wasser unlöslichen Zinksalze lösen sich in den starken Mineralsäuren, die meisten auch in Ammoniumchlorid und in Alkalilauge. Feste Zn-Verbindungen geben beiin Er- hitzen mit Soda auf Kohle in der Reduktions- flamme einen in der Hitze gelben, in der Kälte weißen Beschlag von ZnO; mit Kobaltnitrat befeuchtet und wieder geglüht, nimmt er grüne Farbe an (Rinnmanns Grün). Im Gang der Analyse wird Zn mittels Schwefelam- monium als weißes Sulfid abgeschieden. Die- ses ist löslich in starken Säuren, in schwachen, wie Essigsäure, unlöslich. H^S fällt also aus neutralen Mineralsalzlösungen das Zink nur unvollständig, quantitativ dagegen, wenn man der Lösung Alkaliacetat hinzufügt. Star- ker Ueberschuß von Mineralsäure verhiiulert dieFällung gänzlich (s. auch unter Zinksulfid). Alkalilauge und Ammoniak rufen einen weis- sen Niederschlag von Zn(0H)2 hervor, der sichim Ueberschuß des Fällungsmittels auflöst, im ersten Falle entsteht Alkalizinkat, im zweiten komplexe Verbindungen; auch Am- moniumsalze lösen Zn(0H)2 unter Komplex- bildung auf. Alkalikarbonat fällt quantitativ basisches Zinkkarbonat, dasselbe tut (NH4)2C03, doch löst sich im Ueberschuß desselben der Niederschlag wieder auf; Am- moniumsalze v^erhindern die Fällung. Mit Cyankalium entsteht Zn(CN)2, löslich im Ueberschuß von KCN zum komplexen K2Zn(CN)4; mit Kaliumferrocyanid bildet sich weißes Zn2(Fe(CN)r,), bei Ueberschuß des Fällungsraittels K2Zn3(Fe(CN)s)2, letzteres ist unlöslich in Säuren, Ammoniak und Ammon- salzen. Natriumphosphat fällt Zn3(P04)2, bei Gegenwart von Ammoniak und Ammonium- salz NH4ZnP04. Zur quantitativen Bestimmung kann Zn als ZnO (aus Karbonat, Oxalat, Nitrat usw.), ZnS, ZnS04 und NH4ZnP04 oder Zn.PoO^ zur Wägung gebracht werden. BerylliumgTuppe (Ziiik) 957 Von den in der Technik gebräuchlichen : maßanalytischen Verfahren liefern die sich des Schwefelnatriums (Schaff nersclies Ver- 1 fahren) und des Kaliumferrocyanids be- j dienenden gute Resultate, auch mit Cyanka- lium läßt sich Zn ähnlich wie Silber titrieren. Sehr zahlreich sind die zur elektrolytischen Bestimmune; des Zn vorgeschlagenen Me- ; thoden. Dank der hohen Ueberspannung der Wasserstoff entwickeln ng am Zink läßt sich das- selbe trotz seines hohen Lösungsdruckes { auch aus saurer Lösung niederschlagen, doch wählt man dazu besser Lösungen kom- plexer Verbindungen, Oxalat-, Cyaniddoppel- salze usw., und besonders die Alkalizinkat- lösungen. | Spektrum. Zinkverbindungen geben in der Flamme kein dauerndes und brauch- , bares Flammenspektrum; dagegen ist das i Funkenspektrum der Zinksalzlösungen ein einfaches und charakteristisches, es zeigt 1 die Linien: (ß) 636.3 (orangegelb); 518';4 (grün); (a) 481,0; (y) 472,2; (Ö) 468,0, 463,0 (blau), von denen die 3 blauen a, y, d und die orangegelbe ß charakteristisch sind. Auch der ultraviolette Teil des Spek- trums enthält zahlreiche Linien. Ein Absorptionsspektrum im sichtbaren Gebiet liefern die Zinksalze nicht; sie sind alle farblos. Mit alkoholischer Alkannatink- tur gibt neutrale ZnCL-Lösung eine rot- violette Flüssigkeit, deren Absorptionsspek- tnim gegenüber dem der reinen alkoholischen Alkanninlösung eine teilweise Aenderung auf- weist, indem der Nebenstreifen 563,8 nun am stärksten hervortritt und ein neuer schwacher Streifen auf 604,4 erscheint. Zu- satz eines kleinen Tropfens Ammoniak färbt die Lösung violett und es entsteht ein neues aus 3 Streifen (601,6; 558,1; 519,5) bestehen- des Absorptionsspektrum. 8. Spezielle Chemie. 8a) Verhalten gegen Säuren, Basen, Salze, Gase usw. Reines Zn wird besonders bei glatter Oberfläche infolge der hohen Ueberspannung (etwa 0,7 Volt) der Wasscrstof fent wickeln ng am Zn von Säuren nicht angegriffen, in Berührung mit elektronegativeren Metallen (Pt, Ag, Cu usw.) oder iii nicht reinem Zu- stande wird es leicht gelöst. Die x\uflösung ist ein elektrochemischer Vorgang, ihre Ge- schwindigkeit hängt also wese'^ntlich von der elektromotorischen Kraft des Prozesses und der Leitfähigkeit der Lösung ab. Oxydations- mittel (HoOo.HNO:, usw.) beschleunigen die Auflösung, durch die Temperatur wird sie bei verdünnten Säuren nur wenig beeinflußt. Mit mäßig verdünnter Schwefelsäure ent- steht, wenn das Zn rein ist, bei gewöhnlicher Temperatur nur ZnSO^ und Wasserstoff, bei höherer Temperatur auch H2S und SOo, mit kojizentrierter Schwefelsäure fast nur SO2; unreines Zn liefert auch bei niederer Temperatur und verdünnter Säure neben Wasserstoff HoS und SO2. Wässerige schwef- lige Säure löst Zn ohne Gasentwickelung. Auch Salpetersäure liefert mit Zn niemals Wasserstoff, statt dessen werden N02,N0, NoOjN., und NH3 in je nach der Konzentration der Säure verschiedener Menge gebildet. Chlorwasserstoff wirkt auffallenderweise in ätherischer Lösung, obwohl er darin nicht dissoziiert ist, stärker als wässerige Salz- säure, während er in anderen nicht disso- ziierenden Lösungsmitteln wie Benzol Zn nicht angreift. Von Alkalilauge wird es unter Wasserstoffentwickelung und Zinkatbildung gelöst; in der Hitze auch von Ammoniak; ebenso greifen AlkaM- und Ammonsalz- lösungen Zn, besonders beim Erwärmen, an, meist unter Wasserstoff entwickelung. Zn scheidet die meisten Schwermetalle aus ihren Salzlösungen aus. Destilliertes Wasser greift Zn, wenn dieses nicht ganz rein ist, s'hon bei gewöhnlicher Temperatur an, besonders bei Gegenwart von Luft; dabei werden durch Autoxy- dation des Zn reichliche Mengen von H2O2 gebildet, das jedoch durch Wechselwirkung mit dem Metall beim Stehen wieder zersetzt wird. Von trockener Luft wird Zn bei gewöhn- licher Temperatur kaum merklich ange- griffen, stärker von feuchter; bei gleich- zeitiger Gegenwart von CO, entsteht basisches Carbonat. Ozon zeigt eine nur wenig ener- gischere Wirkung als Luft. Trockenes Chlor- gas reagiert mit kompaktem Zink erst in der Hitze, dasselbe gilt von den anderen Halogenen, bei Gegenwart von Wasser wird es durch Cl, Br und J ohne Gasentwickelung in die betreffenden Haloidsalze verwandelt. Trockenes NH3 wirkt bei 600" auf Zn unter Bildung von Zinknitrid ein, NO bewirkt bei Rotglut oberflächlich Oxydation, CO, wird in Glühhitze zu CO reduziert, dagegen ent- stehen beim Erhitzen von CO mit Zn im ge- schlossenen Rohr auf 550° Spuren von CO, und C. 8b) Einfache Salze und Verbin- dungen. Metallverbindungen: Zink legiert sich mit den meisten Metallen, mit einer Reihe von ihnen bildet es wohlcharakteri- sierte Verbindungen, meist mehrere mit jedem Metall. Nachgewiesen ist die Existenz folgender: CuZug, CuZn^; AgjZn, AgZn, Ag,Zn3, Ao-,Zn5; AuZn. AusZn,; MgZna; SbaZus, SbZn; FeZn^, FeZug; CoZn^; NiZug, NiZus; CaZuio, CaZn,, CaZug, Ca4Zn; NaZuis- Mit der Salzvalenz der Metalle können die Verbindungen meist nicht in Uebereinstim- mung gebracht werden. Zinkfluorid, ZnFg, entsteht aus Zn und F bei gelindem Erwärmen oder aus Zu oder ZnO und HF bei Rotglut; es bildet durchsichtige monokline Nadeln mit dem 958 Berylliiun,ini'iqi])e (Zink spez. Gewicht (3,5 = 4,84. Sein Fp. liegt bei 734«, bei 800 bis 900" ist es flüchtig. Es ist in Wasser schwer, in Ammoniak leicht löslich. Säuren lösen es beim Erwärmen. Das Tetrahydrat, das ans ZnCL oder ZnS04 und NH4F erhalten werden kann, kristalli- siert rhombisch und ist in Wasser leichter löslich als das Anhydrid. Die Bildungs- wärme beträgt Zn + 2F + aq = ZnFo, aq + 144000 g-cal. Zinkchlorid, ZnCL, kann auf mannig- fache Weise, auch durch direkte Vereinigung der beiden Komponenten bei höherer Tem- peratur erhalten werden. Es bildet, aus dem Schmelzfluß erstarrt, eine weiße, un- deutlich kristallinische Masse; aus hoch- konzentrierten Lösungen kristallisiert es in Oktaedern oder Prismen. Aus SNH^Cl.ZnCla durch Erhitzen im trockenen HCl-Strom dargestellt, hat es das spezifische Gewicht d'^ = 2,907. Es schmilzt, vollkommen rein, bei 365° (nach anderen Angaben schon bei 290° bis 300") und siedet bei 730". Es ist noch hygroskopischer als Phosphorpentoxyd. Die Löslichkeit in Wasser beträgt bei 20" 81,19 g ZnCla in 100 g Lösung.' Wasser- haltiges ZnCla läßt sich durch Erhitzen oder Schmelzen nicht unzersetzt entwässern, wohl aber durch anhaltendes Erhitzen im Vakuum bis zu seinem Schmelzpunkt. Kristallisierte Hydrate des ZnCL sind be- kannt mit 1, 1 1/2, 2, 2 1/0, 3 und 4 MoL HoO auf IZnCla, doch ist die Existenz aller nicht voll- kommen sicher, besonders die des Dihydrats erscheint zweifelhaft. Die Existenzgebiete j der einzelnen Hydrate reichen weit über die Umwandln ngspunkte hinaus. Mit steigender Temperatur gelangt man, wie dies meist der Fall ist, in das Gebiet niederer Hydrate. Die Umwandlungspunkte von ZnCl.>.li4H20, ZnClo.HaO und'ZnCJa liefen zwi'schen 26" und 28", die von ZnCl,.3H20 in ZnCU.2HH20 und von ZnCl.,.4HoO in ZnCU.3H.,0 bei 6,5" und —30". Auch die Hydrate sind sehr hygroskopisch; die Löslichkeit von ZnCU.li^HaO beträgt bei 20" 368 g auf 100 g Wasser, die von^ZnCL, .H.O bei 20" 396 g auf 100 g Wasser. Bildungswärme: Zn + 2C1 = ZnClo + 97200 g-cal. Lösungswärme: ZnCl2 ^ ZnClo, 303H2O + 15600 g-cal. Geschmolzenes ZnCla leitet den elek- trischen Strom sehr gut, beim Schmelz- punkt zeigt sich ein ziemlich scharfer Kuick in der Leitfähigkeitskurve. Zur Abscheidung von reinem Zn muß die Schmelze vollkommen wasserfrei sein. Der Zersetzungspunkt an Kohleelektroden beträgt bei 500" etwa 1,50 Volt. In wässeriger Lösung ist ZnCL ziemlich stark dissoziiert, läßt aber die Neigung der Zinksalze zur Selbstkomplexbildung deutlich erkennen (s. Al)sclmitt 6). Auch in organi- schen Flüssigkeiten, Alkohol, Aether, Aethyl- acetat, Aceton, Glyzerin u. a., ist ZnCL in reichlicher Menge löslich; es ist in diesen Lösungen noch sehr viel stärker selbst- komplex als in Wasser, besitzt aber doch in vielen derselben eine merkliche Leitfähig- keit für den elektrischen Strom. Zinkbromid, ZnBra, kann aus den beiden Komponenten in der Glühhitze oder in Gegenwart von Wasser erhalten werden. Es existiert wasserfrei und in Form zweier Hydrate mit 2 und 3H2O. Wasserfrei schmilzt es"bei394"und siedet bei 650". Seine Kristall- form ist rhombisch, das spez. Gewicht be- trägt d y = 4,22. Es ist sehr leicht zer- fließlich; die Löslichkeit in Wasser beträgt bei 25" 82,5%, es bildet sehr leicht auch übersättigte Lösungen. Alkohol, Aether und andere organische Flüssigkeiten lösen es ebenfalls in reichlichen Mengen. Bildungswärme: Zn + Brj - ZnBra + 75900 g-cal. Lösungswärme: ZnBro -^ ZnBr,, 4OOH2O 15000 g-cal. Geschmolzen leitet ZnBr2 den elektrischen Strom sehr gut, sein Zersetzungspunkt bei 500" liegt bei 1,21 Volt. In wässeriger Lösung ist es noch stärker selbstkomplex als das Chlorid (vgl. Abschnitt 6). Die Zer- setzungsspannung beträgt 1,81 Volt. Zink Jodid, ZnJo, bildet sich leicht aus Zn und J, auch in Wasser. Das wasser- freie Salz kristallisiert regulär, es hat das spez. Gewicht 4,7, schmilzt bei 446" und ist sehr hygroskopisch. Das Dihydrat ZnJ2.2H20 geht bei + 27" in das Anhydrid über. Die Löslichkeit in Wasser beträgt bei 18" 81,2 g ZnJo in 100 g Lösung; auch in Alkohol, Aether, Aceton, Glyzerin und an- deren organischen Flüssigkeiten ist ZuJa: löslich. Bildungswärme: Zn + 2J=ZnJ2-f 49200 g-cal. Lösungswärme: Zn j;^ Zn J,, 400 HoO + H 300 g-cal. Geschmolzenes ZnJj leitet den elek- trischen Strom gut, beim Schmelzpunkt tritt eine scharfe Aenderung der Leitfähig- keit ein. In wässeriger Lösung ist es in hohem Grade komplex (vgl. Abschnitt 6). Zinkcyanid, Zn(CN)2, wird aus ZnSOi- und ZnCl2-Lösung mit Cyankalium als weißer amorpher Niederschlag gefällt; bei höherer Temperatur kann sich Zn auch direkt mit CN vereinigen. Kristallisiert erscheint es in Form rhombischer Prismen. In Wasser ist es unlöslich; es wird leicht gelöst von Cyankalium unter Bildung von komplexem Berylliuiii.urujipG (Zink) 95J> K2[Zn(CN)4], von Ammoniak unter Bildun» von komplexem Zinkammoniakcyanid, Zn(NH3)o'CN)2 nnd Ammoniiimzinkcyanid NH4Zn(CN)3; Kalilaug-e löst es zu einem Ge- misch von Zinkat und Kaliurazinkcyanid. Zinkferrocyanid, Zn2[Fe(CN)6], fälltals weißer Niederschlaoj beim Versetzen einer Zinksalzlösung mit KiFefCN)«, überschüssiges K^FeCNe fällt K.,Zn3[FeCN6]o; beide sind in Säuren, Ammoniak und Ammoniiimsalzen unlöslich. Die Reaktion ist außerordentlich empfindlich, man kann sie auch zur titri- metrischen Bestimmung des Zn benutzen. Zinkoxyd, ZnO, tritt in der Natur als Rotzinkerz oder Zinkit auf, es bildet sich in großen Mengen im Zinkhüttenbetrieb, nicht selten in kristallisierter Form. Rein kann man es durch Verbrennen von Zn an der Luft oder durch Glühen von Zinkhydroxyd, -carbonat oder auch -nitrat gewinnen; bei starkem Glühen im 0-Strom nimmt das amorphe ZnO Kristallform an, es kristallisiert hexagonal. Es hält sehr hohe Hitzegrade aus, bei Gegenwart von Reduktionsmitteln dagegen wird es schon bei verhältnismäßig niederer Temperatur zersetzt. Kristallisiertes ZnO hat das spez. Gewicht 5,70, amorphes 5,47. Seine Bil- dungswärme beträgt 85400 g-cal., die spez. Wärme 0,1248. Die Löslichkeit in Wasser ist sehr gering, in Laugen und Ammoniak je nach der Vorbehandlung verschieden. Zinkperoxyd, ZnO 2, ein echtes Salz des Wasserstoffsuperoxyds, kann rein mit VoHaO ausZn(C2H5)2undH202 in ätherischer Lösung erhalten werden. Die aus wässeriger Lösung mittels H.Oa dargestellten wasser- haltigen Produkte sind Gemische von ZnO, und ZnO. Zinkhydroxyd. Der durch Alkali aus Zinksalzlösungen gefällte amorphe Nieder- schlag Zn(0H)2 ist selten rein, er hält hart- näckig Alkah oder basisches Salz fest; rein kann man Zn(0H)2 aus dem Nitrat mittels NaOH abscheiden. Auch durch Elektrolyse von Alkalisalzen unter Anwendung einer Zinkanode kann Zn(0H)2 gewonnen werden. Kristallisiert erhält man es, indem man Zn in Berührung mit Fe oder Cu in Alkali- oder Ammoniaklösung eintaucht, oder beim langen Stehen einer gesättigten Lösung von Zn(OH), in Natronlauge, es kann rhombisch und regu- lär kristallisieren. Die Löslichkeit in Wasser wurde zu 2,6.10-^ bestimmt Bildungswärme: Zn + 0 + H2O = Zn(0H)2 + 82 700 g-cal. Neutralisationswärmen : Zn(OH)2+2HCl, aq = ZnCl2, an + 19880g-cal: I Zn(OH)2+2HN03,aq=Zn(N03)2,aq+1983dj Zn(0H)2'+ H2SO4, aq = ZnSO^, aq + 23400 g-cal; Zn(0H)2 + 2CH3COOH, aq = ZnrCHsCOO).,, aq + 18030 g-cal; Zn(0H)2 + 2HCN, aq - ZnfCN),, aq + 16300- g-cal. Zinkhydroxyd ist ein amphoterer Elektro* lyt, der sicli in Säuren und starken Basen unter Salzbildung löst, allerdings ist seine Säurefunktion nur gering. Zur Lösung von Zn(0H)2 sind mindestens 4 Mol. KOH auf 1 Zn nötig.; die Lösung wird durch Ver- dünnung mitWasser wieder gefällt, auch durch Erwärmen oder Zusatz von NaCl wird die- Hauptmenge des Zn(0H)2 spontan ausge- schieden; bei 50° braucht man zur Lösung dreimal mehr KOH als bei 17». Mit wachsen- der Konzentration der Hydroxylionen nimmt der Zinkgehalt der Lösungen zu, schwächeres, als 0,292 norm. KOH löst überhaupt kein Zn(0H)2 mehr. Das Zinkhydroxyd ist in den alkalischen Lösungen nur z. T. als: Zinkat (ZnOoNaa und ZnOoHNa) gelöst, der andere Teil ist als Kolloid vorlianden! Eine Reihe von Zinkaten wie NaIHZnOoi .3H20,Sr(HZn02)2.7H20,Ca(HZn02J2.4H20 u. a. sindauch in lü-istaUform erhalten wor- den. Bei den ammoniakalischen Lösungen von Zn(0H)2 liegen die Verhältnisse anders- als bei den alkalischen, hier ist die Konzen- tration der OH'-Ionen zu gering, als daß eine Bildung von Zinkaten stattfinden könnte;, es bilden sich vielmehr, wie Ueberführungs-,'^ Diffusions-, Löslichkeitsversuche und Po- tentialmessungen zeigten, komplexe Zink- ammoniakkationen (vgl. Abschnitt 8 d); durch Zusatz von Säuren werden diese Komplexe- zerstört. Zinksulfid, ZnS, stellt eines der wich- tigsten Zinkmineralien (Zinkblende) dar; es ist dimorph, als Blende meist regulär (hexa- kistetraedrisch), " als Würtzit hexagonal; künstlich entstehen meist hexagonale Kri- stalle. Das spez. Gewicht beträgt 3,5 bis 4,2, die spez. Wärme zwischen "O" und lOO»' 0.1146, die Bildungswärme Zn + S + nH,0 = ZnS.nHaO + 41600 g-cal. Das aus wässeriger Lösung eines Zink- salzes durch H2S oder Alkalisulfid gefällte ZnS ist stets wasserhaltig, die Existenz eines, bestimmten Hydrates hat sich indes nicht sicher nachweisen lassen. Die Fällung durch H2S aus essigsaurer Lösung ist quantitativ,. a,us neutraler Lösung eines mineralsaiiren Salzes nur dann, wenn die Lösung verdünnt ist und H2S lange genug eingeleitet wird, sie wird um so unvollständiger, je konzentrierter die Lösungen sind und "je mehr freie Säure- sie enthalten. Da die Löslichkeit des ZnS in Wasser außerordentlich gering ist, wandelt H2S andere schwer lösliche Verbindungen wie Oxyd, Carbonat und Cyanid in wässe- riger Suspension in ZnS um. Zinkselenid, ZnSe, Zinktellurid,. mo BeryUiuingrui >pe ( Zink ) ZnTe,Zinknitrid, ZngNz, Zinkphosphid, Z1I3P2 und Ziiikarsenid, ZiigAs,, lassen sich auf pyrochemischem Wege gewinnen. Zinksuifat, ZnS04, tritt normal als Heptahydrat auf, es kristallisiert rhom- bisch, zuweilen auch monoklin. Es ist stabil unterhalb 39°, oberhalb findet langsam Um- wandlung in das Hexahydrat statt. Seine Löslichkeit beträgt bei 0" 41,9 g, bei 15" 50,8 g, bei 25» 57,95 und bei 39» 70,05 g ZnS04 in 100 g Wasser. Das wasserfreie Salz kristallisiert rhombisch und ist ziemlich hitzebeständig, sein spez. Gewicht beträgt 3,40. Bildungswärme: Zn -f S + 40 = ZnSO^ + 231000 g-cal. Lösungswärme: ZnSOi -» ZnSOa, 400 H,0 + 10434 g-cal. ZnSOi, 7H20^ZnS04, 400 H 20 — 4260 g-cal. In wässeriger Lösung ist ZnS04 ziemlich stark dissoziiert, zeigt aber deutlich Neigung zur Selbstkomplexbildung (vgl. Abschnitt 6). Die Zersetzungsspannung beträgt 2,35 Volt, Zinksulfit wird gewöhrdich als Dihydrat ZnS03.2H20 erhalten, es ist ziemlich un- beständig. Zinkselenat kann in verschiedenen! Hydratstufen auftreten, das Hexahydrat kristallisiert quadratisch, das Pentahydrat triklin. Zinknitrat, Zn(N03)o, tritt gewöhn- lich als Hexahydrat auf. Es schmilzt bei 36,4», bei 100" geht es in das Trihydrat über, zugleich beginnt auch Zerfall. Seine Löslich- keit in Wasser beträgt bei 18" 53,50 g Zn(N03)2 in 100 g Lösung. Spezifisches Gewicht d ^^ = 2,067. Bildungswärme: Zn + 2N + 60 + 6H2O = Zn(N03)2 . 6H.,0 + 138200 g-cal. Lösungwsärme: Zn(N03)2'.6H,0 ^ Zn(N03)2, 4OOH2O — 5840 g-cal. In wässeriger Lösung ist es stark dissoziiert (vgl. Abschnitt 6). Zinkphosphate. Das Ortho phosphat Zn3(P04)2 entsteht bei der Fällung von Zink- sulfat in essigsaurer Lösung mittels Na2HP04 als Tetrahydrat. Das Pyrophosphat ZuoPaOy erhält man gewöhnlich durch Glühen von NH4ZnP04, das aus den mit NH4CI ver- setzten Zinksalzlösungen durch Amnion- phosphat quantitativ abgeschieden wird. Zinkarsenate können als neutrale, saure und basische Salze erhalten werden. Das neutrale Salz Zn3(As04)2.3H20 erhält man beim Neutralisieren einer salzsauren Lösung mit Alkali; in der Natur kommt das Hydrat Zn3(As04)2.8Ho0 vor. Zinkborat, ZusBsO,;, bildet sich in der Schmelze von ZnO und B2O3 in KHF2; aus ZnS04- und Boraxlösung bei Gegenwart von NaOH erhält man 3ZnO.4B2O3.H2O. Zinkcarbonat, ZnCOg, findet sich in der Natur als Zinkspat oder Galmei; es bildet hexagonale Kristalle mit dem spez. Gewicht 4,4 bis 4,6. Bei der Fällung von Zinksalzen durch Allvalicarbonate entstehen basische Produkte, bei Anwendung saurer Alltali- carbonate kann aber auch das neutrale Salz erhalten werden. Zinksilikat, Zn2Si04, tritt in der Natur unter dem Namen WiUemit, als Monohydrat Zn2Si04.H20 unter dem Namen Kieselzinkerz auf (Kieselgalmei, Calamin); jenes kristalli- siert hexagonal, dieses rhombisch. Zn2Si04, ZnSiOj u. a. können kristallisiert, auch künstlich auf pyrochemischem Wege darge- stellt werden. Zinkacetat. Aus wässeriger Lösung scheidet sich das Dihydrat Zn(CH3C02)2 .2Ho0 in Form monokliner Kristalle aus, bei 100" verwandelt es sich in das Anhydrid. Dieses schmilzt bei 241", jenes bei 236". In Wasser ist das Salz sehr leicht löslich. In wässriger Lösung ist es mäßig stark dissoziiert und läßt Selbstkomplexbildung erkennen (vgl. Abschnitt 6). Zinkoxalat wird aus neutraler oder schwach saurer Zinksalzlösung durch Oxal- säure oder iVllialioxalat als Dihydrat ZnC204 . 2H2O gefällt. Bei 100" verliert es das Wasser, bei stärkerem Erhitzen werden gleiche Vo- lumen CO 2 und CO abgespalten. Es ist in Wasser sehr wenig löslich (etwa 7,10 Mol pro Liter); in großem Ueberschuß von Mineralsäuren, in Ammoniak und auch in Ammonsalzen löst es sich, desgleichen in Alkahoxalat unter Bildung komplexer Doppel- oxalate. 8c) Basische Salze. Die Zahl der basischen Zinksalze ist sehr groß. Sie werden gewöhnlich erhalten durch Verdünnen oder- Erwärmen ammoniakalischer Zinksalzlösun- gen oder durch Umsetzung von Lösungen der betreffenden Neutralsalze mit ZnO, CaC03 usw. Zur Charakterisierung der Man- nigfaltigkeit in der Zusammensetzung dieser Oxyverbindungen sollen hier nur die Oxy- chloride, die in der Literatur beschrieben worden sind, angeführt werden: Zn4()Cl6.H..Ü Zn 40301.,. 2H,() Zii-0..ri4.11li,,() Zii-,()4('1„.(3H..() Zn«(),(;i.,.8H.,0 Zn,05Cl4.26H,0 Zn,06Cl.,.6H.,Ö ZiigOsClö.lOlLO ZllioögCL.SHoO Znii03Cl4.12Hs.O Eine ähnliche Mannigfaltigkeit wurde bei den basischen Salzen mit anderen Säuren beobachtet. Bei weitaus den meisten dieser Stoffe, auch bei einem Teil der in Kristall- form erhaltenen, dürfte es sich nicht um wirkliche chemische Verbindungen handeln, wenigstens erscheint der sichere Nachweis Beiylliuiii^riq^pe (Zink) 9G1 chemischer Individualität nur für eine ver- hältnismäßig kleine Zahl erbracht. 8d) Additionsverbindungen (Salze mit komplexem Kation). Zink besitzt in hohem Grade die Fähigkeit, allerlei Neutral- verbindungen zu addieren, und zwar kommt diese Fähigkeit nicht nur dem Zn---Ion, sondern auch dem Metall selbst zu. Im letz- teren Fall entstehen Verbindungen, die nicht Saizcharakter besitzen: Zn(CH3)2, Zn(NH3)2 u. a. Besondere Bedeutung haben von diesen die Zinkalkylverbindungen, Zn(CH3)2, Zn(C2H5)2 usw. erlangt, die als außerordent- lich reaktionsfähige Körper zu zahlreichen Synthesen Verwendung finden. Die durch Anlagerung von Neutralteüen an Zn---Ion entstehenden komplexen Kationen (Zn.nX)" scheinen stärkere Ionen zu sein als Zn". Die Anzahl der angelagerten Moleküle beträgt meist 2, höchstens 6 auf 1 Zu. Von den sehr zahkeichen Verbindungen dieser Art sind in erster Linie die in großer Mannig- faltigkeit auftretenden Zinkammoniaksalze zu nennen. Von ZnCU sind z. B. folgende, z T. gut kristallisierende Ammoniakverbin- dungen bekannt: Zn(NH3)Cl2, Zn(NH3)2Cl2, Zn(NH3)4Cl2, Zn(NH3)5Cl2 und Zn(NH3)6Cl2, einige auch in Form von Hydraten. Sie sind an der Luft leicht zerfUeßlich und nur die beiden ersten besitzen unter gewöhn- lichen Verhältnissen größere Beständigkeit, wie auch die folgende Zusammenstellung ihrer NHs-Dampfspannungen p in mm Hg bei t" erkennen läßt. Wasser löslich, von Säuren werden sie unter Bildung von Doppelsalzen zerlegt. 8e) Doppel- und Komplexsalze. Zinkchlorid bildet mit HCl zwei kristalli- sierende Verbindungen 2ZnClo.HCl.2H2O (Rhomboeder) und ZnCl2.HCl.2H2O (lange Nadehi). Es sind wahrscheinlich komplexe Säuren H(Zn2Cl5).2H20und H(ZnCl3).2H20; auch die analog zusammengesetzten Zink- alkalidoppelsalze sind in wässeriger Lösung merklich komplex, haloidsalze, wie K2ZnF4 NaZnF3 (NH4).,ZnF4.2H20 (NH4).ZnBr4 (NH4)3"ZnBr5 78» Man kennt Doppel- K2ZnCl4 (NH4)3ZnCl5 BaZuCl4.4H,0 KZnJg Na2ZnJ4.3H20 (NH4)2ZnJ Für die organische Chemie besonders wichtig geworden sind die zahllosen analog konsti- tuierten Doppelverbindungen, welche die Zinkhaloide, besonders ZnClj, mit den Hydro- halogenverbindungen organischer Stoffe zu bilden vermögen; sie werden wegen ihrer guten Ivi'istallisierbarkeit häufig zur Ab- scheidung und Analyse jener Stoffe benutzt. Ausgeprägte Komplexsalze sind die Zink- doppelcyanide der Alkali- und Erdalkali- metalle. Das bekannteste ist das Kalium- salz K2[Zn(CN)4]. Es bildet sich beim Lösen von Zn, ZnO oder Zn(CN)2 in wässerigem KCN, kristallisiert in großen regulären Oktaedern, schmilzt ohne Zersetzung und ist in Wasser leicht löslich. Die wässerige Lösung reagiert infolge von Hydrolyse schwach al- kalisch, H2S fällt daraus nur wenig ZnS. Durch Säuren whrd es zersetzt, mit AgNOg setzt es sich um zu KAg(CN)2 und Zn(N03)2. Bei den Zinkdoppelsulfaten kann man hauptsächhch zwei Gruppen unterscheiden: Die eine umfaßt die Alkalizinksulfate; sie haben dieZusammensetzungX2Zn(S04),.6H20 (X = K, Rb, Cs, NH4; das Na-Salz kristalü- siert mit 4H2O) und kristallisieren monoklin. Den Sulfaten von Mg, Fe, Ni, Co, Mn, Be gegenüber zeigt ZnS04, der weitgehenden Isomerie der Vitriole entsprechend, sehr gute Mischbarkeit; von gemischten Vitriolen mit rationalen Molarverhältnissen kennt man z.B. ZnMg(S04),.14H20, ZnFe(S04)2. I4H2O, ZnNi(S04)2 . I3H2O , ZnMn(S04)2 . lOH^O Bei den sehr zahkeichen Additionsver- und ZnMn(S04)2.14H20. Letztere Verbin- bindungen der Zinksalze mit organischen düng ist dimorph, inonoklin und rhombisch, Stoffen beträgt die Zahl der addierten Mo- entsprechend dem monoklinen und rhom- lekeln fast durchweg 2. Es sind Verbindungen bischen ZnS04.7H20. Auch KupfersuLfat bekannt mit Hydrazin, Phenylhydrazin, kann mit Zinksulfat Mischkristalle bilden, Hydroxylamin, Alkylaminen, Aethylen- die entsprechend dem triklinen CuSOi.öHaO diamin, Anilin und Homologen, Pyridin, und dem monoklinen und rhombischen Chinolin, Harnstoff, Thioharnstoff und an- ZnS04,7H20 3 verschiedenen Typen an- deren Stoffen aus fast allen Gruppen der gehören können. Schließlich kann man organischen Verbindungen. Sie sind meist auch Mischkristalle erhalten, die neben Zn in organischen Flüssigkeiten, z. T, auch in mehr als ein anderes Metall enthalten, Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Band I. 61 216° 6,7 43.6 402,2 mm 1634,7 „ Zn(NH3)Cl., Zn(NH3)oCi, Zn(NH3)4Cl, Zn(NH3)eCi; Die Bildungswärmen betragen ZnCla+2NH3 = Zn(NH3)2Cl2 + 44200g-cal. „ + 4NH3 = Zn(NH3)4Cl2 + 68000 „ „ +6NH3 = Zn(NH3)6Cl2+90000 „ Aehnliche Verbindungen, wenn auch in geringerer Anzahl, sind von den meisten Zinksalzen dargestellt worden. Auch die Löshchkeit von Zn(0H)2 in Ammoniak ist auf die Bildung eines komplexen Kations, wahrscheinlich [Zn(NH3)4]", zurückzu- führen. 962 BeiylJiumg'mp})e (Zink — Cadmiiiin) K4ZnXn(S04)4.12H20(Xn=Mg, Fe, Mn, Co, Ni, Cu), sogar Verbindungen wie KgZnMgCoCu (S04)g.24H20 sind erhalten worden; es kommt darin zum Ausdruck, wie enge Iso- merieverhältnisse hier bestehen. Ganz analog verhalten sich die Selenate; auch doppeltgemischte Verbindungen wie K2ZnS04 Se04.6HoO oder CuZn3Se04(S04)3 . 28H2O sind bekannt. In großer Mannigfaltigkeit sind Doppel- verbindungen auch von Sulfiten, Thiosul- faten, Seleniten, Carbonaten, Phosphaten Arsenaten und schheßlich auch von Salzen organischer Säuren, Formiaten, Oxalaten usw. dargestellt worden. 9. Kolloidchemie. Das Hydrosol des Zinks ist durch elektrische Zerstäubung von Zinkkathoden im Lichtbogen als tief dunkle, äußerst instabile, häufig schon während des Versuchs koagulierende Flüssigkeit erhalten worden. Weit stabiler sind das braune Aethylätherosol und das braunrote, im reflektierten Licht grauschwarze Isobutyl- alkohosol, die durch Zwischenlagerung von granuliertem, mit der betreffenden Flüssig- keit bedecktem Metall zwischen die Pole der Sekundärleitung eines Funkeninduktoriums dargestellt werden können. Von den Zinkverbindungen neigen das Zinkcyanid und besonders das Sulfid dem kolloidalen Zustande zu. Auch scheint das Zinkhydroxyd in den Zinkatlösungen, wenig- stens zum Teil, kolloidal gelöst zu sein, da sich aus den wässerigen Lösungen, nur ganz konzentrierte ausgenommen, die Hauptmenge des Zn(0H)2 langsam, beim Erwärmen oder bei Zusatz von NaCl spontan ausscheidet, ebenso lassen die Leitfähigkeit und das Verhalten der alkalischen Lösungen bei der Verseif ung von Aethj'lacetat diese Auf- fassung gerechtfertigt erscheinen. Das Hydrosol des Zinksulfids kann da- durch dargestellt werden, daß das Gel aus ammoniakalischer Zinksulfatlösung durch HoS gefällt und dann durch Dekantieren mit HgS-Wasser in das Hydrosol übergeführt wird, oder man suspendiert reines Zn(0H)2 in Wasser und verwandelt dieses durch Einleiten von Schwefelwasserstoff in das Sulfidsol. Dieses wird durch sämthche Elektrolyte gelatiniert, auch längeres Kochen führt zur Präzipitation; durch Be- handlung mit H2S kann das Gel dann von neuem peptisiert werden. In stark verdünn- tem Zustande erscheint das Hydrosol un- gefärbt, konzentriert als schwach orangerote, im auffallenden Lichte weiße, milchähnliche Flüssigkeit. Die violetten, blauen und grünen Strahlen des Spektrums erfahren durch das Hydrosol eine starke Schwächung, die gelben und roten bleiben ungeschwächt. Da Medien mit hoher innerer Reibung die Hydrosol- bildung stark begünstigen, so kann ein einige Tage haltbares Hydrosol des ZnS auch durch Zusatz z. B. von Glyzerin zu einer ZinksuUatlösung mit Schwefelammo- nium erhalten werden. Literatur. K, Drucker, Zink. In Abeggs Handbuch der anorganischen Chemie, Bd. 112, Leipzig 1905. — W. Roth, Zink. In Ginelin, Kraut, Fried heim und Peters' Handbuch der anorganischen Chemie, Bd. IV, Heidelberg 1911. C. Tubandt. g) Cadmium. Cd. Atomgewicht 112,40. 1. Vorkommen. 2. Geschichtliches. 3. Dar- stellung. 4. Verwendung. 5. Physikalische Eigenschaften und Konstanten. 6. Elektro- chemie. 7. Nachweis und quantitative Be- stimmung. 8. Spezielle Chemie: a) Verhalten gegen Säuren, Basen, Salze, Gase usw. b) Ein- fache Salze und Verbindungen. c) Basische Salze, d) Additionsverbindungen, e) Doppel- mul Komplexsalze. 9. Kolloidchemie. 1. Vorkommen. Das Cadmium (Atomge- wicht Cd = 112,40) gehört zu den seltener vorkommenden Elementen. Als selbstän- diges Mineral tritt es in geringen Mengen als Sulfid (Greenockit) in Schottland, Böhmen, Siebenbürgen und Pennsylvania und als Carbonat (Otavit) auf; wichtiger ist sein Vorkommen als fast ständiger Begleiter des Zinks, besonders in Blende und Galmei, doch beträgt deren Cadmiumgehalt meist weniger als 1%; als höchster Gehalt der Zinkblende an Cadmium wurden etwa 5% ermittelt. 2. Geschichtliches. Als Element erkannt wurde das Cadmium 1817 von Stromeyer in Hannover, der ihm nach seinem Vor- kommen im Ofenbruch (cadmia fornacum) auch den Namen gab, und fast gleichzeitig und unabhängig 1818 von Hermann in Schönebeck. 3. Darstellung. Gewonnen wird das Cadmium als Nebenprodukt des Zinkhütten- betriebs. Da es leichter flüchtig ist als Zink, geht es bei der Destillation vor diesem über. Durch mehrmalige Fraktionierung bei mög- lichst niederer Temperatur, eventuell unter Zuschlag von Eisen- oder Mangancarbonat, welche Zink zurückhalten, wird ein fast reines Metall mit mindestens 99,5 bis 99,8% Cd erhalten. Auch auf nassem Wege, z. B. durch Auslaugen oxydischer Erze mit saurer Ferrisulfat- oder mit Zinkchloridlösung und Fällung des Cadmiums durch metallisches Zink, sowie durch Elektrolyse gelöster oder geschmolzener Cadmiumsalze kann das Me- tall gewonnen werden. Die vollkommene Reinigung des Handelsproduktes kann durch Destillation im Wasserstoffstrom oder durch mehrmalige Subhmation im Vakuum — in der Luftleere ist Cadmium schon bei 156" ßeiyHiuinyi-uj»pc (( 'aduiiuni) 96:] flüchtig — oder auch durch Elektrolyse reiner Cadmiumsalze unter Anwendung von Anoden aus Rohcadmium erfolgen. 4. Verwendung. Das Cadmium findet schon wegen der geringen Menge, in der es gewonnen wird, nur eine beschränkte Ver- wendung. Im Laboratorium benutzt man es namentlich zur Herstellung von Normal- elementen, zur Erzeugung einer mono- chromatischen Lichtquelle und zur Erzielung von Spektrenmischungen (Heraeussche Va- kuummetalldampflampen). Ln praktischen Leben wird es fast ausschließlich nur in Ver- bindung mit anderem Metallen verwendet. Seine Legieningen zeichnen sich meist durch Leichtschmelzbarkeit aus, sie werden als Metallkitt, zum Schneilöten und zur Her- stellung von Klischees benutzt. EineLegiemng mit Aluminium (5°o Cd) zeichnet sich durch ganz besondere Zähigkeit ans; leider kommt wegen der zu geringen Menge, in der Cad- mium gewonnen wird, eine ausgedehnte Anwendung derselben, z. B. für militärische Zwecke nicht in Frage. Das Sulfid findet als Cadmiumgelb und Jaune brillant Ver- wendung als Malerfarbe und zur Färbung von Geweben; es ist durch hohe Deckkraft und Widerstandsfähigkeit gegen Säuren und Alkahen ausgezeichnet. Bromid und Jodid werden in der Photographie, das Sulfat in der Augenheilkunde gebraucht. 5. Physikalische Eigenschaften und Konstanten. Das Cadmium kann in wohl- ausgebildeten Kristallen erhalten werden, die dem hexagonalen System angehören und das Achsenverhältnis a:c=- 1:1,335 (Termier) aufweisen; es ist mit Zink isomorph. Häm- mern und Walzen macht das aus dem Schmelz- fluß entstehende kristallinische Gefüge fein- körnig; Erwärmen auf 200 bis 250" läßt die kristallinische Struktur deuthcher und schö- ner hervortreten. Das spezifische Gewicht beträgt nach neueren Untersuchungen für ungepreßtes Metall d^^o = 8,64819, für gepreßtes 8,64766; für gewalztes Metall wurde d^« = 8,6603, für unter Druck aus enger Oeffnung ge- flossenes 8,6558 und nach dem Anlassen 8,6633 gefunden. Der Schmelzpunkt liegt bei 321,7», der Siedepunkt bei 778". Merk- hche Verdampfung tritt schon bei 300», im Vakuum bereits bei 156" ein. Von den zahlreichen Angaben über die spezifische Wärme seien nur die von Behn erwähnt: zwischen 100 und 18" 0,056; zwischen + 18 und — 79" 0,05^7 und zwi- schen — 79" und — 186" 0,0498. Die Schmelzwärme wurde zu 13,66 g-cal, die Verdampfungswärme zu 28,0 g-cal er- mittelt. Der lineare Ausdehnungskoeffizient be- trägt bei 40" 3,069.10-^ für den kubischen Ausdehnungskoeffizienten wurde in Ueber- einstimmung mit jenem 9,4.10 ^ gefunden. Die Wärmeleitfähigkeit des Cadmiums beträgt 57,7% von der des Silbers, das ab- solute Leitvermögen (cm, g, sec, 1") bei 18" 0,2216, bei 100" 0,2149. Die Leitfähigkeit für Elektrizität beträgt im Vergleich zu Ag = 100 (bei 0") 24,58; in rezipr. Ohm pro cm-Würfel ist die spezi- fische Leitfähigkeit von gegossenem Cadmium bei 18" 13,13.10*, bei 100" 9,89.10*; von Draht bei 18" 13,25.10*, bei 100" 10,18.10*. Für die Oberflächenspannung des ge- schmolzenen Metalls fand man bei 365" (Dichte 7,9252) 83,18 mg/mm, bei 431» (Dichte ebenfalls 7,9252) 80,835; für die spezifische Kohäsion 20,991 bzw. 20,633 qnim ; in CO2 ergab sich die Oberflächenspannung 70,65, die spezifische Kohäsion 10,84. Das elektrochemische Aequivalent des Cadmiums ist 0,5821 mg pro Coulomb, 2,096 g pro Ampere- Stunde. Cadmium ist ein weißes (Farbe zwischen Sil und Zn), stark glänzendes Metall. Es ist so weich, daß es sich schneiden läßt; man kann es leicht zu Draht ausziehen und in dünne Blättchen ausbreiten. Das feste Metall ist deutlich plastisch, für die iVusflußgeschwin- digkeit gilt die Reihenfolge (stark bis gering): K, Na, Pb, Sn, Bi, Cd, Zn, Sb. Dampfförmiges Cadmium besteht nach Dampfdichtebestimmungen bei 1040" aus einatomigen Molekeln; dasselbe gilt, wie kryoskopische Messungen ergaben, für Lö- sungen des Cadmiums in anderen Metallen wie Hg, Bi, Sn. 6. Elektrochemie. Cadmium bildet nur eine Reihe von Verbindungen, sein Ion ist stets zweiwertig. Wohl liegen auch Andeu- tungen für die Existenz einiger anderer Verbindungstypen vor, doch ist über deren Natur noch wenig bekannt. Das Peroxyd CdO, ist ein Salz des Wasserstoffsuperoxyds; die chemische Individuahtät der von einigen Autoren angenommenen Suboxyde Cd40 und CdgO, sowie die vermutete Existenz eines einwertigen Cadmiumions bedürfen noch weiterer Beweise. Von den Salzen des Cadmiums ist das Nitrat in wässeriger Lösung stark dissoziiert, Sulfat und die Haloide dagegen zeigen eine verhältnismäßig geringe Dissoziation; der vollständiger Dissoziation entsprechende Grenzwert der elektrischen Leitfähigkeit Aoc wird erst bei viel stärkeren Verdün- nungen erreicht als bei anderen Salzen. Elek- trische und osmotische Messungen deuten da- rauf hin, daß die Lösungen dieser Salze er- hebliche Mengen komplexer Ionen enthalten. Die Neigung zur Selbstkomplexbildung ist besonders stark beim Jodid ausgeprägt und nimmt über das Bromid zum Clilorid hin ab. Diese Verschiedenheit der Disso- 61* 964 BeiylliumgTuppe (r'adniiuni) ziationsverliältnisse der Cadmiumsalze kommt z. B. darin zum Ausdruck, daß in Ketten Cd CdXsiCdY, Cd das Cadmiumchlorid gegen- über dem Bromid und Jodid, da es mehr Cd" -Ionen enthält als diese, positiv (+0,005 Volt bezw. +0,015 Volt), gegen das bedeutend stärker dissoziierte Cadmium- nitrat dagegen negativ ( — 0,024 Volt) ge- laden erscheint. Auch die elektrische Leit- fähigkeit läßt den verschiedenen Grad der Komplexität der Cd -Salze sehr schön er- kennen {f.1 = Molarleitfähigkeit bei 18°): CdNOa CdCla CdBro CdJ, 101,3 97,9 96,2 91.6 82,4 63,0 53,8 41,9 /^lOOO /'32 Während bei der hohen Verdünnung 1000 also fast gleicheLeitfähigkeit beobachtet wird, und man in Anbetracht der ziemlich gleichen Beweglichkeit der 4 Anionen auf gleichen Dissoziationsgrad schließen kann, geht bei höherer Konzentration die Ionisation von Chlorid zu Jodid zunehmend stark zurück, was auf zunehmende Komplexität dergelösten Salze deutet, nur beim Nitrat erfolgt der Rückgang in dem Betrag, wie er von einem normal dissoziierten ternären Salz ungefähr zu envarten ist. Besonders deutlich tritt die Existenz komplexer Ionen aber aus den Messungen der Ueberführungszahlen hervor. Die fol- genden Tabellen enthalten die Ueberfüh- rungszahlen n der Anions vom CdCL, CdBra und CdJo für verschiedene Verdünnungen (v = Liter pro Mol): Cadmiumchlorid: V 0,24 0,52 0,75 0,9 16—312 n,.j, 1,137 0,801 0,724 0,567 0,670±0,0003 Cadmiumbromid: V 2 4 8 12 16—300 Dß^, 0,782 0,650 0,601 0,576 0,570±0,0005 Cadmiumjodid: V 0,57 16,1 24,4 32,2 48,25 n,, 1,245 0,719 0,657 0,619 0,593 V 60.9 63,8 80—300 'Uj, 0,578 0,573 0,557+0,0005 Es geht daraus hervor, daß in konzen- trierteren Lösungen ein großer Teil des Cd in Form komplexer Anionen zur Anode wandert. Die Ueberfühnmgszahl sinkt mit zu- nehmender Verdünnung, bei stärkeren Ver- dünnungen wird ein Grenzwert erreicht, bei Chlorid und Bromid erheblich früher als beim Jodid, wo also keine merkliche Kom- plexbildung mehr vorliegt. Für das Kation beträgt dieser Grenzwert für CdCla 0,430, für CdBra 0,430, für CdJa 0,443. Aehnliches gilt für das Cadmiumsulfat; der von der Konzentration der Lösung unabhängige Grenzwert der Ueberführungs- zahl des Cd "-Ions ergab sich hier zu 0,379. In alkoholischer Lösung findet, wie Ueber- führungsmessungen zeigen, Komplexbildung in noch bedeutend höherem Maße statt. Für die aus den Ueberführungszahlen berechnete Beweglichkeit des Cd" -Ions bei unendlicher Verdünnung ergibt sich b.ei den Haloiden ein anderer Wert als beim Sulfat, nämlich aus ui/xd' • CdCla 49 CdBr^ 50 CdJa 53 CdSO^ 42 Eine Entscheidung ist bei der für mehr- wertige Metallionen allgemein bestehenden Unsicherheit der Ue))erführungszahlen und der extrapolierten Leitfähigkeitswerte bei unendlicher Verdünnung zurzeit nicht zu treffen, man muß sich in diesen Fällen mit Näherungswerten begnügen; nach Kohlrausch wählt man für die Beweglichkeit desCd"-Ions zweckmäßig den Wert 46. Auch die Messungen des Potentials von Cadmium gegen die Lösung seiner Salze lassen, wie schon envähnt, Komplexbildung bei den letzteren erkennen. In der folgenden Tabelle sind solche Potentialmessungen angeführt, auch der Einfluß, den die Gegen- wart von Alkalisalzen mit gleichem Anion wie das betreffende Cadmiumsalz ausübt, wird daraus ersichtlich; die Potentialwerte beziehen sich auf die Calomel-Normalelek- trode, die Salzkonzentrationen bedeuten Mol pro Liter: Cd-Salz- Alkali- salz- Nitrat Chlorid Kon zent ratiou 10 0,686 I 0,687 0,726 o,i -- . 0,717 0,738 o,oi ■ 0,743 0,749 I I 0,695 0,760 o,i I 0,732 0,790 o,oi I 0,761 0,817 o,i o,i 0,723 0,751 o,oi o,oi 0,749 0,749 1 T Sulfat 0,712 0,720 0,721 0,725 0,754 0,780 0,732 0,738 Das auf die Einheitskonzentration der Lösungen bezogene Normalpotential gegen die Normal-Wasserstoffelektrode beträgt eh = — 0,40 Volt, Der Lösungsdruck des Cad- miums berechnet sich zu 10' Atmosphären. Unter den zahlreichen Ketten mit Cad- mium, deren elektromotorische Kräfte ge- messen wurden, hat das Cadmium-Normal- element als Spannungsnormale in der Meß- technik eine besondere Bedeutung erlangt. Ausgezeichnet durch einen sehr kleinen Temperaturkoeffizienten, hat dieses ,, We s 1 0 n- Beryl]iumgriqi|ie ((Jadiuimn] 965 Element" das früher vornehnüich verwendete, ganz analog zusammengesetzte Clark-Element (s. diesen Artikel unter „Z i n k") allmählich fast ganz verdrängt. Es hat die Zusammensetzung Cdx HgCdSOi.VaHsO, CdSOi, Hg^SOalHg 10— 13"oCd fest gesättigt fest Seine elektromotorische Kraft beträgt bei 20« 1,0186 Volt. Die Temperaturabhän- gigkeit ist dargestellt durch die Beziehung EMKt = 1,0186 — 0,0^38 (t-20'') — O.O^Öö (t_20«)2 Volt. Ein zweiter, auch als Weston-Element be- zeichneter Typ unterscheidet sich von jenem dadurch, das es kein festes CdSOi.YgHaO enthält, sondern nur eine bei 4° gesättigte Cadmhimsulfatlösung. Die EMK dieses Elementes ist praktisch von der Temperatur unabhängig und beträgt konstant 1,0190 Volt. Die Cadmiumelektrode ist umkehrbar, es gilt für den Elektrodenvorgang also die de Helmholtzsche Gleichung Fe = q + FT ^m- Wenn also e, die Potentialdifferenz zwischen de Metall und Lösung, und ^rp, der Temperatur- koeffizient derselben, bekannt sind, so kann man q, die Aendemng der inneren (chemi- schen) Energie des Vorganges, von Ostwald auch als lonisierungswärme bezeichnet, be- rechnen. Lassen wir den Vorgang Cd-5>Cd" an 1 g-Atom metallischem Cadmium in äquivalent-normaler CdS04-Lösung bei 18" sich vollziehen, so haben wir, wenn wir die entsprechenden Werte in die Gleichung einsetzen: f 2. 96540. 0,152 = q— 2.96540.291.0,000658, q=66290 Voltcoulomb [ = 15820 g-cal. Der Uebergang von 1 g-Atom Cd-Metall in 1 g-Atom Cd"-Ion in äquivalent-normaler CdSO^-Lösung bei 18° ist also mit einer Abnahme der inneren Energie um 15820 g-cal verknüpft. Die insgesamt bei der um- kehrbar und isotherm verlaufenden Auflö- sung von metallischem Cadmium zuCadmium- sulfat unter den angegebenen Bedingungen an der Elektrode sich abspielenden Energie- umwandlungen bestehen darin, daß aus 15 8 20 g-cal chemischer Energie 2 Fe = 7000 g-cal de elektrische Energie und 2 FT-sm = 8820 g-cal thermische Energie (Wärmeabgabe an die Umgebung) gebildet werden. Umgekehrt werden bei dem entgegen- gesetzten Vorgang Cd" -> Cd, der katho- dischen Abscheidung von 1 g-Atom Cadmium aus dem lonenzustande in normaler Cad- miumsulfatlösung 7000 g-cal elektrische und 8820 g-cal thermische Energie in 15820 g-cal chemische Energie verwandelt. Das Cadmium ist in hohem Grade be- fähigt zur Bildung sowohl komplexer Katio- nen (z. B. mit NH3) als auch komplexer Anionen wie Cd(CN)4", CdJg' usw. (s. Ab- schnitt 8d und e). In wässeriger Lösung erleiden die Cad- miumsalze Hydrolyse, jedoch nur in geringem Grade, in 0,5 normaler CdCla- und CdJa- Lösung sind höchstens 0,05%, in 0,5 normaler CdSOi-Lösung 0,002% der gelösten Salz- moleküle hydrolytisch zerspalten. 7. Nachweis und quantitative Bestim- mung. Die meisten Cadmiumsalze sind weiß oder farblos, das Sulfid ist gelb gefärbt. Vor dem Lötrohre auf Kohle erhitzt, geben die Cadmiumverbindungen in der reduzierenden Flamme einen braunroten oder dunkelgelben Beschlag von CdO. Nitrat, Sulfat und die Halogenide sind in Wasser leicht löslich, die meisten anderen Cadmiumsalze unlöslich oder schwer löslich; von Mineralsäuren werden alle leicht gelöst. Die wässerigen Lösungen reagieren infolge von Hydrolyse sauer. Im gewöhnlichen Gang der Analyse wird Cadmium aus saurer Lösung durch Schwefelwasserstoff als gelbes Sulfid abge- schieden. Dieses würd von starken Säuren, besonders von Salpetersäure beim ErtN'ärmen gelöst, in Schwefelalkali und in Cyankalium ist es unlöslich. Alkalilauge und Ammoniak fäUen weißes Hydroxyd, das in kleinem Ueber- schuß von Ammoniak leicht, in Alkalilauge dagegen nicht löslich ist; auch gesättigte KaCOg-Lösung löst das Hydroxyd auf. Al- kali- und xAmmoniumkarbonat scheiden ba- sisches Cadmiumcarbonat aus. Mit Cyan- kalium wild Cd(C]X)2 gefällt; im Ueberschuß von Cj^ankalium ist dasselbe leicht löslich; Schw^efelwasserstoff scheidet aus dieser Lösung alles Cadmium als Sulfid aus. Zink und Aluminium reduzieren Cadmiumsalz- lösungen energisch; bei Gegenwart einer Spur von Chrom- und Kobaltnitrat ist die Fällung des Cadmiums durch Aluminium quantitativ. Gewichtsanalytisch wird Cadmium am besten als CdO oder CdSOi bestimmt, aber auch CdS und Cd^P^O, (aus CdNH4P04) eignen sich als Wägungsformen. Die weitaus genaueste und bequemste Bestimmungsmethode ist jedoch die elek- trolytische, und zwar kommt von den vielen dafür vorgeschlagenen Verfahren in erster Linie die Abscheidung aus cyankalischer Lösung in Betracht, doch können [auch mit Cadimumsalzen organischer Säuren und, dank der hohen Ueberspannung der Wasser- stof f entwickln ng an Cadmiumkathoden, auch in schwefelsaurer Lösung gute Resultate er- zielt werden. Auch zur Trennung von anderen Metallen können die elektro analytischen Verfahren häufig werden. mit Vorteil angewendet 966 BeiylliuingTuppe (Cadniiimi) Spektrum. Ein Flammenspektrum Sauerstoff gefüllten Flaschen bei Gegenwart geben Cadmiumsalze nicht, dagegen liefern von wässerigem Ammoniak erfolgt langsame ihre Lösungen, selbst sehr verdünnte, ein Oxydation des Metalls. Ozon wirkt auf charakteristisches Funkenspektnim mit den Cd nicht wesentlich energischer als Sauerstoff. Linien: (y) 643,9 (orangegelb); 537,9; 533,8; Der braune Rauch, der sich beim Verbrennen 515,5; (a) 508,6 (grün); (/?) 480,0; (ö) 467,8 des Cadmiums entwickelt, enthält neben (blau); 441,3 (indigoblau), von denen a, CdO auch Cadmiumsuperoxyd. Im elektri- ß und y charakteristisch sind. Auch im sehen Lichtbogen entsteht ein voluminöses Ultraviolett finden sich zahlreiche Linien, schwarzes Pulver, das Cadmiumnitrid ent- Ein Absorptionsspektmm liefern die Lösun- h<. NO wirkt nur oberflächlich oxydierend gen der Cadmiumsalze, da sie farblos sind, auf Cadmium ein; in NoO auf 300° erhitzt, nicht. oxydiert sich das fein verteilte Metall all- 8. Spezielle Chemie. 8a) Verhalten mählich und verflüchtigt sich. Beim Erhitzen gegen Säuren, Basen, Salze, Gase mit CO im zugeschmolzenen Rohr auf 550" usw. Chemisch reines Cadmium ist, ähnlich wird COo und C gebildet. Ln SOa-Strora wie reines Zink, trotz seines gegen die Wasser- erhält man beim Glühen CdS und CdSOi. Stoff elektro de um rund 0,40 Volt positiveren Trockenes Chlor ist bei gewöhnlicher Tem- Potentials infolge des sehr hohen Wider- peratur ohne Einwirkung, trocknes Salz- standes, den die Wasserstof f entwickln ng säuregas wird beim Erhitzen im Einschmelz- an ihm erfährt ~ die Ueberspannung des röhr vollständig zerlegt. Wasserstoffs an Cadmium beträgt 0,48 Volt in nichtoxydierenden verdünnten Säuren 8b) Einfache Salze und Verbindun- gen. Cadmiumhydrid. Ob Cd mit Wasser- unlöslich, unreines Metall wird dagegen gtoff eine Verbindung bildet, ist nicht mit langsam unter Wasserstotientwicklung ge- s,-piioriioi> hoVannt löst; Platinchlorid beschleunigt die Auf- lösung. Mit Schwefelsäure entsteht bei hö- Sicherheit bekannt. Metallverbindungen. Cadmium legiert herer Temperatur nicht Wasserstoff sondern I sich mit vielen Metallen, mit einigen bildet SO,. Chlorsäure und Salpetersäure lösen I es wohlcharakterisierte Verbindungen, ohne Wasserstoff entwicklung; aus der Sal- ' Nachgewiesen sind folgende Metallverbin- petersäure werden dabei HNOo, NO, N2O, N, düngen: Cu^Cdg; Au^Cds, AuCdg; MgCd; und NH3 gebildet, die relative Menge dieser Sb^Cds, SbCd; NiCd4; NaCda, NaCd^. Produkte ist von der Konzentration der Säure abhängig. Wässerige schweflige Säure liefert. Cadmiumfluorid, CdFo, entsteht durch Umsetzung neutraler Cadmiumsalze mit KF auch bei gleichzeitiger Gegenwart von H,S04 in Form eines feinkörnigen Kristallpulvers und HCl, neben etwas Schwefel, Cadmium- oder durch Einwirkung von HF-Gas auf Cd sulfid als Zwischenprodukte der Reaktion oder CdO bei Rotglut. Es schmilzt über 1000» sollen CdSO^, CdSOs. CdSoOg und CdSgO^ und ist bei 1200« noch nicht flüchtig. In auftreten. ' Wasser ist es wenig (0,29 g-Mol im Liter bei Von wässerigen Alkahen wu-d Cd im 25"), in verdünnten Säuren leicht löslich. Gegensatz zu Zink, das sich dann leicht auf- Bildungswärme bei 18«: Cd+2F- löst, nur oberflächlich ein wenig angegriffen. •acp bei Luftabschluß gar nicht. In eiskalter ge sättigter Lösung von NH4NO3 löst sich Cd rasch ohne Gasentwickelung auf, die Lösung enthält neben etwas Ammoniak Cd(N02)2 und NH.NOo. Auch geschmolzenes Am- CdF2.aq+127700 g-cal. Cadmiumchlorid, CdCL, kann in kris- tallisiertem Zustande wasserfrei, sowie als Mono-, Di-, Tetra- und Pentahydrat erhalten werden. Wasserfrei bildet es nach der Sub- moniumnitrat 'reagiert leicht mit Cd, wobei li^niation perlmutterartig glänzende ßlättchen. nach intermediärer Bildung von Cd(N02)2^' schmilzt bei 563« und siedet bei 964«. reiner Stickstoff entwickelt wird, und zwar Spezifisches Gewicht d^ = 4,047; spezifische 4 Atome Stickstoff auf 1 Atom Metall. Wärme bei 0—30": 0,09362; Löslichkeit bei Ziemlich leicht löslich ist Cd auch in wässe- 25°: 52,9 g in 100 g Lösung; auch in Methyl- rigen Lösungen von KaSgOg und (NH4)2S208. und Aethylalkohol, Aceton und Aethylacetat Mit Wasser reagiert Cd bei gewöhnlicher ist CdCl2 löslich. Das Monohydrat wird er- Temperatur nicht, bei Gegenwart von Luft halten durch FäUen konzentrierter CdCL- bedeckt es sich unter Wasser mit einer i Lösung mittels HCl oder H2SO4 sowie dünnen weißen Schicht von Hydroxyd, beim Verdampfen der Lösung bei höherer Wasserstoff wird von fein verteiltem Cad-i Temperatur, es kristallisiert in langen Nadeln, mium, wenn auch nicht in erheblicher Menge, Das Dihydrat bildet sich beim Verdunsten absorbiert. An der Luft verliert das blanke der Lösung bei gewöhnlicher Temperatur, es Metall nach einigen Tagen seinen Glanz, kristallisiert monoklin; der Umwandlungs- in kohlensäurehaltiger Luft erhält es einen punkt der beiden Hydrate liegt bei etwa weißgrauen COo-haltigen Ueberzug. Beim 34°. Tetra- und Pentahydrat bilden sich Schütteln fein verteilten Cadmiums in mit bei niederen Temperaturen. BeiylliuingTiippe (Cadmium) 907 Bildungswtärme nach Thomsen: Cd+2 Cl = CdCL + 93240 j?-cal. Cd+2Cl+2H/J = CdCl2.2H20 + 95490g-cal. Lösungswärme bei 18": CdCU > CdCl2.400H,O: + 3010 g-cal. CdCl2.2H20 — >.CdCl2.40ÖH2O: + 760g-cal. Geschmolzenes CdCla leitet den elektri- schen Strom sehr gut. Die wässerigen Lö- sungen sind mäßig dissoziiert, mit Zunahme der' Konzentration nimmt die Dissoziation sehr rasch ab. Die einerseits aus Leitfähig- keits-, andererseits aus Gefrierpunktsmes- sungen für das Dissoziationsschema CdCl, :^Cd"+2Cr berechneten Dissoziations- grade zeigen starke Abweichungen, erst bei größeren Verdünnungen nähern sich die Werte. Die Ursache ist in der Neigung des CdClo zur Komplexbildung zu suchen. Die Tatsache, daß CdCU die Löslichkeit von PbCL und TCl viel weniger erniedrigt als andere ternäre Chloride, sowie die Ergebnisse von Potentialmessungen an Konzentrations- ketten und ganz besonders die für Lösungen verschiedener Konzentration erhaltenenüeber- fühningszahlen (vgl. Abschnitt 6) bestätigen das Vorhandensein komplexer Anionen in den CdCU-Lösungen. Die Zersetzungsspannuno- von CdCla beträgt 1,88 Volt. Cadmiumbromid, CdBro, entsteht beim Erhitzen von Cd in Bromdampf oder beim Kochen der beiden Elemente mit Wasser. Es kann wasserfrei und in mehreren Hydratstufen auftreten. Wasserfrei schmilzt es bei 580 •*, siedet bei 863« und sublimiert in weißen perlglänzenden Blättchen. Spezifische Wärme bei 30 bis 0«: 0,06561. Spezifisches Gewicht d'/ = 5,196. Löslich- keit in Wasser bei 25": 52,6 '^o- Auch in Alkohol, Aceton und Aether ist CdBrj löslich. Von Hydraten sind besonders CdBra.HoO und CdBr2.4H20 bekannt, ihr Umwand- lungspunkt liegt bei etwa 36" . Letzteres bildet leicht verwitternde Nadeln, bei 145" verliert es alles Wasser. Bildungswärme; Cd + 2 Br = CdBr2 + 75200g-cal (Thomse n) + 76300g-cal(Nernst). Lösungswänne: CdBr, —^^ CdBr2.400H2O + 440 g-cal. CdBr24H20 >-CdBr2.600H2O— 7300g-cal. Geschmolzenes Cadmiumbromid leitet den elektrischen Strom gut. In wässeriger Lösung ist CdBr, noch stärker assoziiert als CdCl2 (vgl. Abschnitt 6). Cadmiumjodid, CdJ2, ist in festem Zustande bisher nur wasserfrei erhalten worden. Es kann auf trockenem Wege oder auch in Gegenwart von Wasser aus den beiden Komponenten oder auch aus Cd oder CdO und Jodwasserstoff erhalten werden. Es kristallisiert in ziemlich großen, diamant- glänzenden hexagonalen Blättern. Sein Schmelzpunkt liegt bei 404", der Siedepunkt bei 708—719"; als Dampf ist es partiell dissoziiert und leitet die Elektrizität. Das spezifische Gewicht beträgt d^" = 5,9857 In Wasser ist es leicht löslich, bei 18" lösen sich 46,02%; auch in allerlei nichtwässerigen Flüssigkeiten, Methyl-, Aethyl- und Pro- pylalkohol, xVceton, Methylacetat, Pyridin, Methylsulfid u. a. ist es, seiner starken Asso- ziationstendenz entsprechend, in ziemlich erhebhcher Menge löslich. Bildungswärme: Cd+ J,=CdJ2+48800g-cal. Lösungswärme: CdJ, —> CJ2.400H.,O — 960 g-cal. Geschmolzen leitet es den elektrischen Strom sehr gut. In wässeriger Lösung ist es in hohem Grade komplex. In sehr konzentrier- ten Lösungen sind fast ausschließlich nur kom- plexe Molekeln vorhanden. In 0,1 normaler Lösung ist es erst zu etwa einem Fünftel dissoziiert, fast die Hälfte der Ionen ist als CdJ' 3 vorhanden (vgl. Abschnitt 6). Cadmiumcyanid, Cd(CN)2 wird aus konzentrierter Lösung eines Cadmiumsalzes durch Fällung mit Kaliumcyanid oder durch Eindampfen der Lösung von Cd(0H)2 in Cyanwasserstoffsäure, in letzterem Falle in Form luftbeständiger, wasserfreier Kristalle, erhalten. Es ist in Wasser nur sehr wenig, in KCN-Lösung dagegen sehr leicht unter Komplexbildung (vgl. Abschnitt 8e) löslich; durch Säuren wird es zersetzt. Cadmiumoxyd, CdO, entsteht beim \ Verbrennen von Cadmium an der Luft oder durch Glühen von Hydrox}'d, Carbonat, Oxalat und Nitrat als braungelbes oder braunrotes Pulver. In der Natur findet es sich auf sardinischem Galmei in oktaedrischen Kristallen, in ähnlichen Formen kann es auch künstlich durch Glühen von Cadmium- nitrat erhalten werden; amorphes CdO geht im Sauerstoffstrom bei Weißglühhitze in dunkelrote kubische Kristalle über. Spe- zifisches Gewicht des natürlichen Oxyds 6,15, des künstlichen 8,11. Es ist unschmelz- bar und selbst in starker Weißglühhitze voll- kommen beständig. Säuren lösen es leicht zu den betreffenden Salzen. Chlor venvandelt es bei Rotglut in CdCL. Kohle reduziert es bei schwacher Glühhitze. Im Wasserstoff- strom tritt oberhalb 270" lebhafte Reduk- tion ein. Cadmiumhydroxyd, Cd(0H)2, ent- steht bei der Fällung von Cadmiumsalz- lösungen mittels Alkalilauge als weißer amor- pher Niederschlag, unter besonderen Umstän- den kann es auch kristallisiert in Form perl- mutterglänzender Blättchen erhalten werden. Spezifisches Gewicht di5 = 4,79. Beim Erhitzen auf 300" gibt es sein Wasser ab. 968 Bery Uiumgnippe ( Cadmium) ^^■- In Alkalilauge ist Cd(0H)2 praktisch unlös- lich, von Ammoniak wird es unter Kom- plexbildung gelöst. Auf die Bildung von Komplexen ist es auch zurückzuführen, daß Cd(0H)2 sich auch in Alkalihalogeniden und -rhodaniden auflöst, wobei freies Alkali entsteht. Bildungswärme : Cd + 0 + HgO = Cd(0H)2 + 65700 g-cal. Für die Neutralisationswärme wurde ge- funden: Cd(0H)2+ 2HF, aq : 25560 g-eal. + 2HCI, aq : 2ü290 „ + 2HBr, aq : 21560 „ + 2HJ, aq : 24210 „ + 2HCN, aq : 13 7(10 „ + H2SO4, aq: 24 200 „ + 2HN03,aq: 20240 „ Cadmiumsulfid, CdS, kommt als Mine- ral (Greenockit) in honiggelben, stark licht- brechenden hexagonalen Kristallen vor; diese können auch künstlich auf verschie- denen Wegen erhalten werden: aus CdClg und H2S oder CdO und S bei Rotglühhitze, beim Erhitzen von amorphem CdS im elek- trischen Ofen, aus der Schmelze von CdS -f- S + K2CO3. Amorphes CdS bildet sich beim Fällen von Cadmiumsalzlösungen durch Schwefelwasserstoff oder Alkalisulfide oder in essigsaurer Lösung durch Natriumthio- sulfat, und bei der Auflösung von Cd in wässeriger schwefliger Säure. CdS soll in 2 Modifikationen auftreten, einer gelben, die in hexagonalen Tafeln mit dem spezifischen Gewicht 3,906, und einer roten, die in hexa- gonalen, tesseralen und monoklinen Formen mit dem spezifischen Gewicht 4,513 kristalli- siert. CdS verflüchtigt sich im Vakuum unter Zersetzung bei 770 — 780", beim üeber- leiten von Cd-Dampf sublimiert es bei Rot- glut unzersetzt, im H-Strom kann es nicht ohne Verlust an Metall geglüht werden. An feuchter Luft geht es im Sonnenlicht in CdS04 über. In verdünnten Säuren ist es fast unlöslich, ebenso in KCN-Lösung; Lösungsmittel sind Salpetersäure und kon- zentrierte Salzsäure. Frisch gefällt ist es in Alkalisulfiden ein wenig, in Schwefel- ammonium dagegen in beträchtlicher Menge löslich, ob dabei Komplexe oder kolloidales CdS entstehen, ist noch nicht sicher ent- schieden. Bildungswärme: Cd -f S + aq = CdS, aq -f 34400 g-cal. Auch ein Selenid, Tellurid, Nitrid, Arsenid und mehrere Phosphide sind bekannt. Cadmiumchlorat bildet prismatische Kristalle von der Zusammensetzung Cd(C103)2 .2 H20;Cadmiumbromatrhombische Kris- talle von der Zusammensetzung Cd(Br03)2 V riHaO; beide sind in Wasser sehr leicht löslich. • ' * Cadmiumjodat tritt in kleinen prisma- tischen Kristallen, Cd(J03)2.H20, auf, die in Wasser sehr wenig löslich sind. Auch einige Perjodate sind bekannt. Cadmiumsulfat, CdS04, kann in kris- tallisiertem Zustande als Anhydrid und in verschiedenen Hydratstufen auftreten, sicher nachgewiesen sind davon CdSOj.HaO, Cd SO4.V3H2O und CdS04.7H20. Das An- hydrid erhält man aus der Lösung in starker Schwefelsäure in orthorhom bischen Prismen, di5 = 4,72; das Monohydrat scheidet sich aus der siedend gesättigten Lösung von CdS04 bei Zusatz von Schwefelsäure in mono- klinen Kristallen aus, di6 = 3,786; CdSO, .^/3 HgO wird durch freiwilliges Verdunsten der gesättigten Lösung in Form hiftbe- ständiger, monokliner Kristalle, d^g = .2,939, erhalten, seine spezifische Wärme bei 17" ist 0,2225; das Heptahydrat bildet sich bei — 16" aus dem durch Abkühlung einer bei 70° gesättigten Lösung entstehenden Kryo- hydrat, es scheint mit Eisenvitriol isomorph zu sein. Cadmiumsulfat neigt stark zur Bildung übersättigter Lösungen, die Löslichkeit von CdS04V3H20 beträgt bei 20" 43.37 g in 100 g Lösung. Die Lösungswärme bestimmte Thom- sen zu: CdSO4.V3H2O^CdSO4,400H,O+2660g-cal. CdS04.H20^CdS04, 4OOH2Ö + 6050g-cal CQSO4 -> CdS04, 400 H2O + 10740 g-cal. Bildungswärme: Cd -t- S + 4 0 = CdSO* + 222550 g-cal. In wässeriger Lösung ist CdSOi sehr stark komplex und zwar schon bei geringen Konzentrationen. Die Verhältnisse liegen hier ganz ähnlich wie bei den Halogenverbin- dungen. Bezüglich der elektrischen Potentiale sei auf Abschnitt 6 verwiesen, wo auch das für die Meßtechnik wichtige Cadmium- Normalelement beschrieben ist. Die Zersetzungsspannung des Cadmium- sulfats beträgt 2,03 Volt. Cadmiumsulfit, CdSOg, ist wasserfrei und in mehreren Hydratstufen (mit 7a» 2 und 3 Mol. Wasser) in Form feinkörnig kris- tallinischer Pulver bekannt; in Wasser ist es schwer löslich. Cadmiumthio Sulfat, CdS203.2H20, monokline Kristalle. Cadmiumselenat, C.lSe04.2H20, kris- tallisiert rhombisch. Cadmiumselenit, CdSe03, orthorhom- bische Kristalle; das Hydrat CdSe03.V2 H2O bildet ein amorphes Pulver; es existieren auch gut charakterisierte saure Salze. Cadmiumnitrat wird gewöhnlich als Tetrahydrat, Cd(N03)2.4H20 erhalten (außer- dem existieren Hydrate mit 1, 2 und 9 Mol. H2O); es kristallisiert in strahlig vereinigten L l B ?^ ^ ^^ ,^l Berylliiimgriippe (Cadmium) 969 Säulen und Nadeln, die an der Luft zerfließen. Es schmilzt bei 59,5 » und siedet bei 132". Spezifisches Gewicht dV = 2,460. Die Löslichkeit in Wasser beträgt bei 18« 55,90 g Cd(NÜ3)2.4 H2O in 100 g Lösung; auch in organischen Flüssigkeiten, Alkohol, Aethylacetat, Pyridin, ist das Nitrat löslich. Bildungswärme: Cd + 2N + 60 + 4H2O = Cd(N03)2.4 H2O + 121200 g-cal. Lösungswärme: Cd(N03)2.4H20 -> Cd(N03)2, 4OOH2O — 5040 g-cal. In wässeriger Lösung ist es ziemlieh stark dissoziiert, läßt aber doch die Neigung der Cadmiumsalze zur Komplexbildung noch deutlich erkennen. Die Zersetzungsspannung beträgt 1,98 Volt. Cadmiumnitrit ist sehr unbeständig und geht leicht in das basische Salz Cd(N02)2.CdO über. Cadmiumphosphate. Das Ortho- phosphat erhält man durch Fällung von Cadmiumsalzlösungen mittels Na2HP04, es ist jedoch infolge von Hydrolyse meist mit basischen Produkten vermischt; leichter wer- de^i bei Gegenwart freier Phosphorsäure saure Salze wie Cd3(P04)22CdHP04.4H20 und CdH4(P04)2. 2H2O erhalten, das erstere ' bildet monokline Säulen, das zweite große rhombische Prismen. Das Pyrophosphat, Cd2P207, entsteht beim Glühen aus der Verbindung NH4CdP04, die ihrerseits aus ammoniakalischer Cadmiumsalzlösung mit- tels Na2HP04 als Monohydrat quantitativ ausgeschieden wird. Cadmiumarsenate werden gewöhnlich als saure Salze, CdHAs04.H,0, Cd5H2(As04)4 .4H2O oder CdH4(As04)2 . 2H2O erhalten. Das Pyroarsenat Cd2As207 entsteht beim Glühen von NH4CdAs04. Cadmium borat, CdaB^O« bildet sich in der Schmelze von CdO und"B203 in KHF2; durch Fällen von CdS04 mit Borax entsteht Cd3B409.3H20. Cadmiumcarbonat, CdCOg, entsteht durch Fällung von Cadmiumsalzlösungen mittels Alkalicarbonat, es enthält, so darge- stellt, immer Hydroxyd. Löst man jedoch die so erhaltenen amorphen Produkte in der Hitze in NH4CI- oder (NH4)2C03-Lösung, so bilden sich kleine rhomboedrischelü-istalle von reinem CdCOa mit djj = 4,960. Auch in der Natur kommt in kleinen Rhomboeder- chen kristallisiertes CdCOj unter den Namen Otavit vor. Bei Rotglut entsteht braun- schwarzes CdO unter Erhaltung der Kristall- umrisse. Bildungswärme: Cd + C + 30 = CdCO, + 181900 g-cal. CdO + CO2 - CdCOg + 84930 g-cal. Cadmiumacetat scheidet sich aus den Lösungen als Dihydrat, Cd(CH3COO)2.2H20 in Form monokliner Kristalle mit dem spezifischen Gewicht 2,010 ab ; es ist in Wasser sehr leicht löslich. Wie alle Cadmiumsalze ist es in wässeriger Lösung stark komplex. Cadmiumoxalat scheidet sich als Tri- hydrat CdC204 . 3H2O beim Fällen von CdCl2-Lösung mittels Oxalsäure oder oxal- saurem Ammonium in der Kälte in kleinen dünnen Tafeln, in der Hitze in großen pris- matischen Kristallen aus. Schon bei 100" gibt es sein Wasser ab ; dj« = 3,320. Bei der Zersetzung durch Erhitzen soll Cadmium- suboxyd entstehen. In Wasser ist es sehr schwer löslich (1 Gewichtsteil in 13000 Teilen kaltem Wasser) und kann deshalb zur quanti- tativen Abscheidung des Cadmiums verwendet werden. 8c) Basische Salze. Von den in der Literatur beschriebenen basischen Salzen des Cadmiums dürfte nur eine verhältnis- mäßig kleine Anzahl wirklich chemische Individuen darstellen. Sicher nachgewiesen ist n. a. die Existenz folgender Oxj'salze: Cadmiumoxychlorid,CdCl(OH), bildet sich bei anhaltendem Einhitzen von CdCla- Lösung mit CaCOg auf 200" oder beim Fällen konzentrierter CdCl2-Lösung mit verdünn- tem Ammoniak; es bildet kleine hexagonale Prismen, die bei 280" nur einen kleinen Teil Wasser, den Rest erst beim Glühen ab- geben; von Wasser wird es langsam zerlegt. Außerdem existiert eine Verbindung 2CdO. CdCL. Cadmiumoxybromid, CdBr(OH), wird auf dieselbe Weise wie das Oxychlorid in Form dünner Blättchen erhalten. Auch ein Hydrat CdBr(0H).H20 ist bekannt. Cadmiumoxyjodid, CdJ(OH), bzw. das Hydrat CdJ(0H).H20 wird aus verdünn- ten Lösungen von CdJ2 durch verdünntes Ammoniak gefällt. Cadmiumoxy Cyanid, Cd3(CN)4(OH)2. 4 H2O, bildet sich bei der Einwirkung ver- dünnter Blausäure auf Cd(0H)2 oder Cd(CN)2. Cadmiumoxysulf at, Cd2(S04)(OH)2, erhält man in Form trikliner Nadeln durch Glühen von CdS04.H20 oder durch Kochen der Lösung von Cadmiumsulfat mit Y^ der zur vollständigen Fällung erforderlichen Menge Kalilauge. Cadmiumoxynitrat, CdNOgOH.HsO, entsteht beim Kochen von Cd(N03)2-Lösung mit Cd(0H)2 oder auch durch vorsichtiges Erhitzen des Nitrats; es bildet scheinbar rhombische Täf eichen; bei 120—130" verliert es 1 Mol. H2O. 8d) Additionsverbindungen (Salzen mit komplexem Kation). Das Cd"-Ion besitzt eine starke Neigung, durch Addition allerlei neutraler Stoffe wie Ammoniak, substi- tuierter Ammoniakmolekeln , Hydrazin , Pyridin, x\ethylsulfid usw. komplexe Katio- nen (Cd.nX)" zu bilden. Die Anzahl der addierten Neutralteile beträgt meist 2, oft 970 Beiylliumgmppe (Cadniium) auch mehr; als Höchstzahl ist 6 beobachtet worden. Die Zahl der bekannten Additions- verbindungen des Cadmiums ist außeror- dentlich groß, die Kenntnis ihrer Existenz- bedingungen sowie ihres Zustandes in wässe- riger Lösung ist für weitaus die meisten noch sehr gering, von manchen ist nicht vielmehr als die Formel bekannt. Wir müssen uns hier auf einige allgemeine Angaben be- schränken. Von den Ammoniak Verbindungen sind am vollständigsten, auch vom physikalisch- chemischen Standpunkte, die Chloride unter- sucht. In fester Form sind dargestellt worden; Cd(NH3)Cl2, Cd(NH3)2CL, Cd(NH,)3CU.V4 H2O, Cd(NH3)4CL. V2 H2Ö (diese Verbindung existiert auch wasserfrei), Cd(NH3)5CL und Cd(NH3)gCl2. Die unter gewöhnhchen Be- dingungen stabilste dieser Verbindungen scheint Cd(NH3)2Cl2 zu sein. Einige kristal- lisieren in wohlausgebildeten Formen, andere treten in Form eines Kristallpulvers auf. Der Grad ihrer Beständigkeit wird aus den NH3-Dampfdrucken der verschiedenen Ver- bindu ngen ersichtlich. Für die NH3-Dampfdrucke in mm Hg wurde bei t" gefunden: 78" 2160 — 4,53 mm — 361,1 „ 1002 mm — 200 Cd(NH3)CI, 2,0 mm Cd(NH3),Ci2 24,6 „ C(](NH3)4Cl2 100,5 „ Cd(NH3)eClo 331,0 „ — — Die Dissoziationswärmen betragen für Cd(NH3)CL = CdCl., + NH3 : 22880 g-cal. Cd(NH3),Ci2 = Cd(NH3)Cl2 + NH3 : 18 610 ., Cd(NH,);CL = Cd(NH3).,Cl, + 2NH3 : 12 240 „ Cd(NH3')gCl2 = Cd(NH3);CI„" + 2NH3 : 10 690 „ Aehnliche Verbindungen sind dargestellt worden von Bromid, Jodid, Cyanid, Sulfo- cyanid, Bromat, Jodat, Sulfat, Nitrat, Oxalat und anderen Cadmiumsalzen. Auch die Tatsache, daß CdO bzw. Cd(0H)2 in wässerigem Ammoniak sich auflöst, ist auf Bildung eines komplexen Kations zu- rückzuführen, und zwar lassen Messungen der EMK an Konzentrationsketten schließen auf [Cd(NH3)4] •. Außerordentlich groß ist die Zahl der Additionsverbindungen der Cadmiumsalze mit organischen Stoffen, besonders bei den Haloidverbindungen, doch sind auch solche von Sulfat, Sulfit, Thiosulfat, Acetat, Nitrat usw. bekannt. Man kennt Verbindungen mit Alkylaminen, Anilin und Homologen, Phenylhydrazin, Pyridin und Homologen, Piperidin, Chinolin, Harnstoff, Thioharnstoff, Alkylsulfiden u. a. 8e) Doppel- und Komplexsalze. Beim Einleiten von HCl- Gas in eine kalt- gesättigte CdClg-Lösung erhält man Kristalle einer ziemlich unbeständigen Verbindung CdCU.2HC1.7H,0. Daß man es hier mit einer wenigstens teilweise komplexen Säure, vielleicht H2CdCl4 zu tun hat, kann aus der Beobachtung geschlossen werden, daß die sofort bestimmte Gefrierpunktserniedrigung der Lösung größer ist als die nach einiger Zeit gemessene, also wohl eine in meßbarer Zeit erfolgende Komplexbildung stattfindet. In analoger Weise kann man Kristalle von H2CdBr4.7 H2O und HCdJ3.3H20 erhalten. Von diesen Säuren leiten sich eine Keihe von Salzen ab, z. B.: KCdCla.HaO KCdBr3.H20 KCdJ3. H„0 K4CdClB NaCdBra-V^HoO K2CdJ4 NaaCdClj.SHoO Na^CdBr« " NaCdJj NH.CdCla " NH4CdBiV/,H,0 Na^CdJ^ (NH^j^CdCle (NH4)4CdBr6 NH^CdJgU.a. Doppelverbindungen mit substituierten Ammoniumsalzen können in sehr verschie- denen Typen auftreten, auch von zweiwerti- gen Metallen Mg, Ca, Ni, Co, Mn, Fe, Cu exi- stieren solche Doppelverbindungen. Daß die Lösungen dieser Salze Komplexionen ent- halten, ist nach Gefrierpunkts- und Leit- fähigkeitsmessungen sehr wahrscheinlich. Be- sonders bei den Jodiden kann darüber kein Zweifel bestehen; schon Hittorf konnte durch Ueberfühmngsmessungen feststellen, daß in konzentrierten Lösungen von Kalium- cadmium Jodid ein erheblicher Teil des Cad- miums zur Anode wandert. Aus Messungen von Leitfähigkeit, Ueberführungszahl und Gefrierpunktserniedrigung ergibt sich, daß eine 0,025 normale Kahumcadmiumjodid- lösung 39% des Cadmiums als CdJ'3-Ion enthält. Auch Doppelfluoride, K2CdF4 und NHjCdFg sind l)ekannt. Von den Doppel- cyaniden des Cd ist besonders K2(Cd(cn)4) eingehender untersucht worden; es kristalli- siert in luftbeständigen Oktaedern und ist in Wasser leicht löslich. Nach Ueberführungs- und Potentialmessungen ist es in hohem Grade komplex; die Komplexbeständigkeit ist Jedoch nicht sehr erheblich, verdünnte Säuren wirken zersetzend, Schwefelwasser- stoff fällt infolge des sehr kleinen Löslich- keitsproduktes des CdS das Cd quantitativ aus. Auch Na-, Ba-, Sr- und Ca-Doppel- cyanide sind in fester Form erhalten worden. Weiter kennt man Cadmiumdoppekhoda- nide, die verschiedenen, teils sehr kom pMzierten Typen angehören, sowie auch ge- mischte Halogenorhodanide wie z. B. Kg CdCl2(CNS)2; diese scheinen nur wenig komplex zu sein. Einen ebenfalls nur geringen Grad von Komplexität weisen die gewöhnlich in sehr schön ausgebildeten monoklinen Kristallen auftretenden Cadmiumdoppelsulfate auf. Die Doppelsulfate mit K, Rb, Cs, NH4, Mg treten als Hexahydrate auf, von K2Cd(S04)2 sind außerdem ein Di-, Tri- und Tetrahydrat bekannt, das Na-Salz kristallisiert mit BeiTHium,!;-ni)t)i(' (radininm — Quecksilber) 971 2 H2O. Mit Ferrosulfat bildet CdSO^ eine isodimorphe Reihe CdFe(S04)2.^V3H20 und CdFe(S04),.14H,0, desgleichen mit Kupfer- sulfat CdCi'i(S04)"2 1V3H2O und CdCu(S04)2. IOH2O. Auch mit Mangansulfat mischt CdS04 sich gut; die Kristalle enthalten 4H2O und sind isomorph mit MnS04.4H20. Außerdem sind zahlreiche Doppelverbin- dungen bekannt von Sulfiten, Thiosulfaten, Selenaten, Nitriten, Phosphaten, Arsenaten. j Von Doppelsalzen des Cd mit organischen Säuren sind namentlich zu nennen die Ver- bindungen mit K-, Na- und NH4-Oxalat; auch Cadmiumdoppeltartrate, -thioglykolate und -formiate sind bekannt. Kolloidchemie des Cadmiums. Kolloida- les Cadmiummetall wird durch kathodische Zerstäubung von Cadmiumstäben im elek- trischen Lichtbogen unter Luftabschluß in stark gekühltem Leitfähigkeitswasser als tief- braune Flüssigkeit gewonnen. Bei Luftab- schluß ist das Hydrosol sehr beständig, bei Luftzutritt wird es dagegen rasch oxydiert. Durch Elektrolyse wird es, wie alle Metall- hydrosole, unter Farbumschlag von Braun in Blaugrau gelatiniert. Säuren verwandeln es beiZusatz vonH202, Salpetersäure und schwe- felige Säure auch ohne diesen in die betreffen- den Metallsalzlösungen; aus der Lösung in H2SO3 fällt infolge Zersetzung des sich zu- nächst bildenden Hydrosulfits bald CdS aus. Das Isobutylalliosol wurde mit Hilfe des elektrischen Funkens unter Zwischenschal- tung einer mit dem Alkohol bedeckten losen Schicht von Metallteilchen zwischen die Pole der Sekundärleitung eines Funkenindukto- riums als unl)egrenzt haltbare, im durch- gehenden Licht braune, im auffallenden Licht grauschwarze Flüssigkeit erhalten. Das Hydrosol des Cadmiumsulfid entstellt, wenn man das aus ammoniakalischer Cad- miumsulfatlösung mittels Schwefelwasserstoff gefällte Gel nach sorgfältigem Auswaschen in Wasser suspendiert und erneut Schwefel- wasserstoff einleitet, bis das ursprünglich grobflockige Gel peptisiert ist, oder einfapher beim Einleiten von Schwefelwasserstoff in sehr stark verdünnte Kaliumcadmiumcyanid- oder auch Cadmiumsulfatlösung. Es ist eine schön goldgelbe, im durchfallenden Licht voll- kommen klare, im auffallenden Licht stark opaleszierende Flüssigkeit, die die violetten, blauen und grünen Strahlen des Spektrums absorbiert, die übrigen dagegen ungeschwächt durchläßt. Alle Elektrolyte verwandeln das Hydrosol in das Gel, auch nach längerem Stehen tritt Gelbildung ein. Im elektrischen Potentialgefälle wandert das kolloidale Cad- miumsulfid nach der Anode. Auch bei der Diffusion von Cadmiumsalzlösung in mit Natriumsulfid versetzte Gelatine, erhält man eine völlig klare, goldgelbe Schicht von kolloidalem Cadmiumsulfid, Literatur. C. Drucker, Cadmium. In Abeggs Handbuch der (inorgau Lachen Chemie, Bd. 112, Leipzig 1905. — W. Roth, Cadmium. In Gmelin, Kraut, Friedheim, und Peters' Handbuch der anorganischen Chemie, Bd. IV 1, Heidelberg 1911. C. Tubandt. h) Quecksilber. Hg. Atomgewicht 200,6. 1. Vorkommen. 2. Gesclüchte. 3. Darstellung. 4. Verwendung. 5. Physikalische Eigenschaften und Konstanten. 6. Elektrochemie. 7. Nachweis und quantitative Bestimmung. 8. Spezielle Chemie: a) Verhalten gegen Säuren, Salze, Gase usw. b) Amalgame, c) ]\Iercuroverbindungen. d) Mercuriverbindungen. e) Komplex- und Doppelsalze. 9. Thermochemie, 10. Kolloid- chemie. 1. Vorkommen. Das Quecksilber (Atom- gewicht Hg=200,6) kommt in der Natur hauptsächlich in Verbindung mit Schwefel als roter kristallinischer Zinnober HgS, neben anderen Sulfiden in manchen Fahlerzen vor; in kleinen Mengen findet man es auch in metallischem Zustande in Form kleiner Tröpfchen in Gesteinsmassen eingesprengt. Die wichtigsten Quecksilberlagerstätten sind die von Almaden in Spanien, Idria in Krain, Moschellandsberg in der Rheinpfalz und Neu-Almaden in Californien. 2. Geschichte, Zinnober war bereits den Alten bekannt, auch metallisches Queck- silber sowie seine Darstellung aus Zinnober wird schon von Theophrast (um 300 v, Chr.) erwähnt. Im alehemistischen Zeitalter wurde das Quecksilber oder ein ihm ähnlicher und ebenso bezeichneter Körper als Bestand- teil aller Metalle, als Ursache des MetaU- glanzes, der Dehnbarkeit, der metallischen Beschaffenheit überhaupt angesehen und hat demgemäß bei den auf die Metallverwandlung gerichteten Bestrebungen der Alchemisten eine besonders wichtige Rolle gespielt. Darauf sowie auf das Bekanntwerden der kräftigen Heilwirkungen der Quecksilberpräparate (15. Jahrhundert) ist es zurückzuführen, daß sehr viele Verbindungen des Quecksilbers verhältnismäßig früh bekannt geworden sind. Auch bei der Entwickelung der neueren Chemie (um 1800) hat das Quecksilber vielfach wieder eine wichtige Rolle gespielt, so bei der Aufklärung der Oxydations erscheinnngen, bei der Untersuchung der Gase (Quecksilberwanne) u. a. 3. Darstellung. Die Darstellung des Quecksilbers bildet einen der einfachsten hüttenmännischen Prozesse. Das Sulfid, das hierfür fast ausschließlich in Frage kommt, setzt sich bei hoher Temperatur und bei Luftzutritt glatt nach der Gleichung HgS+02=Hg+S02 um; man erhält also dank dem Umstand, daß Quecksilberoxyd 972 BerylliuragiTippe (Quecksilber) echon bei 400 bis 600° nicht beständig ist, sondern in Metall und Sauerstoff zerfällt, direkt metallisches Quecksilber. Zusatz von Eisenhammerschlag oder Zinksulfid ver- mindert die sonst ziemhch bedeutenden Verluste, Das aus dem Ofen destillierende Rohmetall wird zur Reinigung von mechani- schen Beimengungen durch Gemsleder ge- preßt; von gelösten metallischen Verun- reinigungen befreit man es durch wiederholte Destillation. Im Laboratorium, wo die Reini- gung des Quecksilbers infolge seiner mannig- fachen Verwendung eine ständig wieder- kehrende Aufgabe darstellt, schüttelt man das unreine Metall kräftig mit verdünnter Salpetersäure, Eisenchlorid oder mit Schwe- felsäure angesäuerter Bichromatlösung, oder läßt es besser in Form eines feinen Regens durch eine lange Schicht saurer Mercuro- nitrat- oder Eisenchloridlösung hindurch- fließen. Hierbei werden alle unedleren Metalle durch Oxydation entfernt. Dasselbe erreicht man durch andauerndes Hindurch- leiten eines Luftstromes durch das ver- unreinigte Metall. Letztere Methode empfiehlt sich namenthch zur Vorreinigung stark ver- unreinigten Quecksilbers. Zur Befreiung von edleren Metallen ist dagegen Destillation im Vakuum notwendig. Reines Queck- silber benetzt Glas nicht, enthält es aber andere Metalle, so überzieht es sich an der Luft mit einer feinen Oxydhaut, welche bewirkt, daß es am Glase haftet und nicht mehr in runden Tropfen darüber fheßt, sondern einen Schweif hinterläßt; es ist, dies eine sehr empfindliche Probe auf seine Reinheit. 4. Verwendung. Von Quecksilber und seinen Verbindungen macht man sehr viel- fach Gebrauch. Sein flüssiger Zustand, die Gleichmäßigkeit seiner Ausdehnung beim Erwärmen, sein hohes spezifisches Gewicht, sein bei gewöhnhcher Temperatur geringer Dampfdruck, seine große chemische Wider- standsfähigkeit und andere wertvolle Eigen- schaften haben ihm in der Apparate- und Meßtechnik ein ausgedehntes Anwendungs- gebiet geschaffen. Man benutzt es zur Füllung von Thermometern, Barometern, Manometern, für Quecksilberluftpumpen, als Sperrflüssigkeit für Gase, die von anderen Flüssigkeiten absorbiert werden, zur Er- zeugung von monochromatischem und ultra- violettem Licht. Da es als flüssiges Metall nicht den Verschiedenheiten unterworfen ist, welche die festen Metalle je nach ihrer Vorbehandlung aufweisen, dient es als Normal- metall bei elektrochemischen Apparaten. Eine in ein Glasrohr von konstantem Kaliber eingeschlossene Quecksilbersäule, die eine Länge von 100,3 cm und einen Querschnitt von 1 qmm, also ein Quecksillaergewicht von 14,4521 g und die Temperatur 0° hat, stellt die Einheit des elektrischen Leitungs- widerstandes, das Ohm, dar. Das scharf definierte und leicht reproduzierbare Po- tential, das Quecksilberelektroden zeigen, macht es ganz besonders zur Herstellung von Normalelektroden und Normalelementen geeignet (vgl. Abschn. 0). In der Technik macht man von Quecksilber ausgedehnten Gebrauch, z. B. bei der Extraktion von Gold und Silber aus ihren Erzen, bei der Alkali- chloridelektrolyse nach dem Verfahren von Castner und Kellner, bei der Feuer- vergoldung, zum Schutz (Amalgamierung) der Zinkplatten galvanischer Elemente vor dem Angriff durch Säuren im Ruhezustande. Die Spiegel, die früher fast ausschheßhch mit Zinnamalgam überzogen waren, sind jetzt vollständig durch Silberspiegel ver- drängt. Außerordentlich mannigfaltig ist auch die Verwendung von Quecksilber und seinen Verbindungen im chemischen Laboratorium zu den verschiedensten ana- lytischen und präparativen Zwecken. Queck- silber ist offizineU; mit Fett verrieben sowie auch in kolloidalem Zustande wird es als entzündungswidriges und antisyphihti- sches Mittel verwendet, noch ausgedehnter ist die medizinische Verwendung seiner Ver- bindungen 5. Physikalische Eigenschaften und Konstanten. Das Quecksilber stellt bei gewöhnlicher Temperatur eine leicht be- wegliche Flüssigkeit dar. Seine Dichte be- trägt bei 0° 13,5956, bei 20« 13,5463, bei 100" 13,3524. Der kubische Ausdehnungs- koeffizient berechnet sich zu 0,0:,181792 + 0,09175 t+0,Oio35116t2. Die Ausdehnung des Quecksilbers durch die Wärme ist der der Gase bis etwa 100" so nahe proportional, daß bis zu dieser Temperatur das Queck- silberthermometer mit dem Gasthermometer gut übereinstimmt. Bei niederer Temperatur (etwa • — 40°) erstarrt das Quecksilber unter beträchthcher Volumenverminderung zu einem festen, in regulären Oktaedern oder Nadeln kristallisierenden, silberähnhchen Me- tall. Sein Schmelzpunkt hegt bei — 38,85", der Siedepunkt bei 375,3" (bei 760 mm Druck). Der Dampfdruck des Quecksilbers ist bei Temperaturen unter 100" ziemhch klein : bei 0» 0,00002 mm bei 60» 0,026 mm bei 20° 0,0013 mm bei 80» 0,093 mm bei 40» 0,0063 mm bei 100» 0,285 mm, bei höheren Temperaturen ergab sich: bei 200» 17,015 mm bei 300» 246,704 mm bei 340» 546,715 mm. Die spezifische Wärme wird dargestellt durch die Gleichung c=0,033583— 0,06333 T--0,06l25 T^— 0,0s4165 T3 g-cal. Beiylliumgruppe (Quecksilber) 973 Die latente Schmelzwärme beträgt 2,83 g-cal., die Verdampfungswärme 62,0 g-cal. Die elektrische Leitfähigkeit (reziproker Wert des in Ohm ausgedrückten Widerstandes von einem Zentimeterwürfel) beträgt bei 0« 1,063.10*, bei 20« 1,0444.10*. Die Abhängigkeit des spezifischen Leitungs- widerstandes von der Temperatur wird wiedergegeben durch die Gleichung Wt=Wo (1+0,03929 t+ 0,060 12). Festes Quecksilber zeigt gegenüber dem flüssigen eine bedeutende Erhöhung der Leitfähigkeit. Die Oberflächenspannung des Queck- silbers wird durch elektrische Polarisation in gesetzmäßiger Weise beeinflußt, im Lipp- mann sehen Kapillarelektrometer macht man praktischen Gebrauch davon. Im Dami)f- zustande besteht Quecksilber aus einatomigen Molekeln, höchstwahrscheinlich bleibt diese Einatomigkeit teilweise auch im flüssigen Zustande erhalten. Das elektrochemische Aequivalent des Quecksilbers beträgt 2,072 mg pro Coulomb, also 7,458 g pro Ampere-Stunde. 6, Elektrochemie. Das Quecksilber tritt im Gegensatz zu den übrigen Metallen der BeryUiumgruppe in zwei Verbindungsstufen auf, es bildet Mercuriverbiudungen HgXg und Mercuroverbindungen HgaXa- Dement- sprechend existieren zwei Arten von Queck- silberionen, die zweiwertigen, einatomigen Mercuriionen Hg" und die Mercuroionen, welche vorwiegend in Form des zweiwertigen, zweiatomigen Komplexes (Hga)" auftreten; erst bei sehr starken Verdünnungen scheint eine Spaltung dieses Komplexes in ein- wertige, einatomige Ionen Hg* einzutreten. Das Mercuroion ist aufzufassen als komplexes Mercuriion, an welches ein Quecksilberatom als Neutralteil angelagert ist. Durch diese Addition eines Quecksilberatoms wird die Elektroaffinität des Mercuriions stark erhöht. Dementsprechend zeigen die Mercurosalze stärkere elektrolytische Dissoziation und weit geringere Neigung zur Komplexbildung als die Mercurisalze, auch besitzt das Mercuro- ion nicht die für das Mercuriion charakteristi- sche Fähigkeit in organische, nicht salzartige Verbindungen einzutreten (s. u.). Der Grad der elektrolytischen Disso- ziation der Mercurisalze in wässeriger Lösung ist wie bei kaum einem anderen Metalle Aequivalent-Leitfähigkeit von Mercuro- und Mercuriperchlorat bei 25": v (Liter) Hg.(C10j, Hg(C104) 32 122,1 126,9 64 129,2 145,1 128 139,1 171,0 256 146,8 204,1 512 159,1 247,7 1024 175,9 296,9 Molekulare Leitfähigkeit von Merc Chlorid bei 25«: v A 32 2,17 64 3,77 128 4,91 256 7,54 512 12,0 Maße abhängig von der Natur in hohem des Anions. Die Salze der starken Sauerstoff- säuren (HNO3, HCIO4 usw.) sind stark dissoziiert, die der Halogenwasserstoffsäuren und der Rhodanwasserstoffsäure nur sehr wenig; die Mercurisalze der sehr schwachen Säuren (HCN, HNHCOCH3 usw.) mit Queck- silber-Kohlenstoff- oder Quecksilber-Stick- stoffbindung noch viel weniger. Zum Vergleich mögen folgende Leitfähigkeits- messuno;en dienen: Für die molekulare Leitfähigkeit des Mercuricyanids wurde gefunden ^132=0,18, Die Mercurosalze sind in wässeriger Lösung merkhch hydrolytisch gespalten; bei den Mercuriverbindungen ist, ilirer eigen- artigen elektrolytischen Dissoziation ent- sprechend, auch die hydrolytische Disso- ziation sehr verschieden. Die Mercurisalze der starken Sauerstoffsäuren erfahren, wie schon aus der stark sauren Reaktion ihrer wässerigen Lösungen hervorgeht und wie es auch in der großen Differenz ^1024 — ^32 =170 der Leitfähigkeit des Perchlorats zum Ausdruck kommt (vgl. obige Tabelle) eine viel weitergehende Hydrolyse als die ent- sprechenden Mercuroverbindungen — die den Mercurisalzen zugrunde hegende Base Hg(0H)2 ist schwächer als die Base Hg2(0H)2 der Mercuroverbindungen — ; der schwachen elektrolytischen Dissoziation der Halogen- salze entspricht ihre geringe hydrolytische Dissoziation; die Salze der schwachen Säuren HCN usw. werden selbst bei höherer Tem- peratur nicht merklich hydrolytisch ge- spalten. Mit der geringen Elektroaffinität des Mercuriions steht im Zusammenhange seine ausgesprochene Fähigkeit, sich mit allerlei neutralen Körpern zu komplexen Kationen zu vereinigen; auch bei diesen Komplex- salzen übt die Natur des Anions einen wesenthchen Einfluß auf den Grad der Komplexität aus. Ebenso sind zahlreiche Verbindungen bekannt, bei denen das Queck- silber Bestandteil eines komplexen Anions (HgCl^", HgJ^", Hg(CN)/' usw.) ist (s. u.). Da Mercuro- und Mercuriion eine ver- schiedene Haftintensität (Elektroaffinität) besitzen, muß das Quecksilber verschiedene Stellungen in der Spannungsreihe einnehmen. Mit Hilfe des Gleichgewichts, das zwischen Mercuro- und Mercuriion und metallischem Quecksilber besteht, lassen sich die beiden lonenarten zukommenden Werte berechnen. Das dem Vorgang Hg->Hg" entsprechende 974 BerylliiimgTuppe ( Quecksilber) Normalpotential (bezogen auf die Einheits- konzentration — 1 Gramm-Formelgewicht im Liter — die Normal- Wasserstoffelektrode als Nullpunkt, das Vorzeichen der Ladung der Elektrode entsprechend) beträgt 0,86 Volt, das dem Vorgang 2Hg-^Hg2" entsprechende 0,80Volt; für dieIonenumladungHg2"^2Hg-- ergibt sich 0,92 Volt. Die Zersetzungs- spannung einer normalen Hg"-Lösung liegt also um etwa +0,06 Volt höher als die einer normalen Hga" "-Lösung, das Mercuriion ist demnach edler als das Mercuroion, was ja tatsächlich durch das ganze chemische Verhalten der beiden Verbindungsstufen bestätigt wird. Da nach den Prinzipien der Energetik die maximale Arbeit, welche zu leisten ist, um einen Stoff von der niedrig- sten Oxydationsstufe direkt bis zur höchsten zu oxydieren, gleich derjenigen ist, welche aufgewendet werden muß, um den Stoff zunächst von der niedrigsten zur mittleren und von dieser dann weiter zur höchsten zu oxydieren, so muß, da die maximale Arbeit durch die zugehörige elektrische Energie n. 96540 f gemessen wird, die EMK, welche zur direkten Ueberführung der niedrig- sten in die höchste Oxydationsstufe erforder- hch ist, in jedem Falle zwischen den EMKK Hegen, welche zur Oxydation der niedrigsten zur mittleren und von dieser zur höchsten Stufe erforderlich sind, wie obige Zahlen es auch dartun. Für das erwähnte Gleichgewicht zwischen den beiden lonenarten und metalli- schem Quecksilber Hg-'+Hg^Hga" gilt die Beziehung — ^ =konst, wo c^ die Kon- zentration der Mercuroionen, c, die der Mercuriionen bedeutet; es wurde gefunden —=235. Im Gleichgewicht mit metaUischem Quecksilber ist also die Mercuroionenkonzen- tration stets 235 mal so groß als die Mercuri- ionenkonzentration. Die Messung der elektromotorischen Kraft von Ketten mit schwerlösHchen Quecksilber- salzen ermöglicht es, die bei der Bildung der Mercuroverbindungen stattfindenden Energieumwandlungen zu bestimmen. Aus der Helm holtz sehen Gleichung Fe^q de + FT -Twr, wo £ die elektromotorische Kraft, Fdie mit einem Grammäcpiivalent verbundene Elektrizitätsmenge, q die Aenderung der der inneren (chemischen) Energie, T die dg absolute Temperatur, -y^ die Aenderung der EMK pro 1*^ bedeutet, ergibt sich, wenn man die in g-cal ausgedrückten Zahlen- werte der verschiedenen Größen einsetzt, z. B. für die Kette: Hg|Hg2Cl.,+ 0,01 nKCl|nKNO3|0,01 K2SO4 + Hg2S04lHg (der Pfeil gibt die Richtung des Stromes innerhalb der Kette an) bei 18,7" 2.23117.0,3015 = q + 291,7.2.23117. (—0,000627) q= 23390 g-cal. Die insgesamt bei der in der Kette sich abspielenden Reaktion Hg2S04 {fest)+2KCl ^HgaCL (fesD+KaSO^ erfolgenden Energie- umwandlungen bestehen darin, daß aus 23390 g-cal chemischer Energie (Wärme- tönung der Reaktion) 2Fe= 13940 g-cal elek- de trische Energie und 2FT -vm- thermische Energie (Wärmeabgabe an die Umgebung) gebildet werden. Für die Kette Hgl HgoCl, + 0,01 KCl nKNOal 0,01 KOH + Hg20|Hg erhält man bei 18,5*^ entsprechend 2.23117.0,1483 = q + 291,5.2.23117. 0,000837 q = — 3710 g-cal Die Reaktion ! Hg2Cl2(fest)+2KOH=Hg20(fcst) +2KCI+H2O verläuft also endotherm (q = — 3280 g-cal) ; die insgesamt sich dabei in der Kette ab- spielenden Energieumwandlungen bestehen I darin, daß 11276 g-cal thermische (aus der Um- , gebung aufgenommene) Energie in 7566 g-cal I elektrische und 3710 g-cal chemische Energie verwandelt werden. Wir haben hier einen j schlagenden Beweis für die Tatsache, daß I nicht die Wärmetönung des stromliefernden j chemischen Prozesses, sondern nur die Aende- I rung der freien Energie als Maß für die Affinitätskräfte gelten kann. Die Leichtigkeit seiner Reindarstellung und die natürliche Bildung einer reinen, oxydfreien Oberfläche machen das Queck- silber vor allen anderen Metallen zur Her- stellung von Normalelektroden und Normal- elementen geeignet. In der folgenden Tabelle sind die am häufigsten verwendeten Normal- elektroden zusammengestellt; als Nullpunkt der Elektrodenpotentiale ist das Potential einer Normal-Wasserstoffelektrode von glei- cher Temperatur angenommen, die Kon- zentrationsangaben bedeuten Grammformel- s;ewichte im Liter: Hg/Hg.,Cl.„ KCl U,l Hg/Hg ,C1.,, KCl 1,0 Hg/HgoSÖ4, H,S04 0,1 bis 0,5 Hg/HgO, KUH 1,0 Ilg/HgO, NaOH 1,0 Hg/HgÜ, NaÜH 0,1 + 0,337 , + 0,337 -f 0,289 i + 0,286 + 0,130 + 0,138 + 0,184 + 0,68 + 0,837 + 0,285 + 0,107 + 0,111 + 0.166 Beiylliumgruppe (Quecksilber) 975 Siehe hierzu die Abschnitte „Eleivtro- cheinie" dieses Artikels unter ,,Cad- mium" und „Zink", sowie die Artikel „Potential" und „Galvanische Ketten". 7. Nachweis und quantitative Bestim- mung. Alle Quecksilberverbindungen ver- flüchtigen sich beim Erhitzen, die Halogenide ohne Zersetzung, die Sauerstoffverbindungen unter Abscheidung von Quecksilber. Mit trockener Soda im Glührolir erhitzt, geben alle einen grauen, aus feinen Tröpfchen be- stehenden Metallspiegel. Die Quecksilbersalze sind meistens farblos, das Jodid ist rot oder gelb, das Sulfid schwarz oder rot gefärbt. Von den Mercuroverbindungen sind in Wasser leicht löslich das Fluorid und die Salze einiger Sauerstoffsäuren, Nitrat, Chlorat und Perchlorat, die übrigen sind fast alle schwer löslich. Die Mercuriverbindungen sind im allgemeinen zwar erheblich leichter löshch als die entsprechenden Mercurosalze, die meisten aber doch noch schwer löshch. Auffallend ist die große Löslichkeit der Quecksilberverbindungen, besonders der des Typus HgXa iu organischen Flüssigkeiten wie Alkohol, Aether, Benzol u. a. ; manche schwach dissoziierte Quecksilbersalze kann man durch organische Lösungsmittel teil- weise ihren wässerigen Lösungen unter Her- stellung eines konstanten Teilungsverhält- nisses entziehen. Charakteristisch für die Quecksilbersalze ist die Leichtigkeit, mit w'elcher sie hydro- lytisch gespalten werden unter Bildung mehr oder minder schwerlöshcher basischer Salze; das gilt besonders für die Salze der Sauer- stoffsäuren und zwar für die Mercuriverbin- dungen in noch weit höherem Maße als für die Mercurosalze. Aus den Lösungen seiner Salze wird Quecksilber durch unedlere Metalle ausge- schieden; zum Nachweis des Quecksilbers wählt man zweckmäßig Kupfer, auf dessen Oberfläche das Quecksilber infolge des Farben- kontrastes auch in kleinen Mengen sehr leicht erkennbar ist. Die chemischen Eigenschaften der beiden lonenarten sind durchaus verschieden, die Mercurosalze gehen jedoch ziemlich leicht unter Abscheidung von Quecksilber in Mer- curisalze über. Ueberschüssiger Schwefelwasserstoff fällt aus den sauren Lösungen aller Quecksilber- verbindungen schwarzes HgS, aus den Mer- curosalzen neben metallischem Quecksilber. Das Sulfid ist unlöslich in heißen verdünnten Säuren, starke Salpetersäure löst es langsam, Königswasser leicht. Von Schw^efelammon und von Alkahlauge wird es nicht angegriffen, durch Schwefelalkah dagegen leicht zu HgSoK, gelöst; durch Wasser wird diese Verbindung jedoch wieder vollständig unter Abscheidung von HgS zerlejrt. Kalilauge fällt aus Mercurisalzlösungen gelbes HgO, aus Mercurosalzen schwarzes HgjO. Ammoniak erzeugt aus Mercurichlorid- lösungen eine weiße Fällung von HgNHaCl (unschmelzbares Präcipitat), aus Mercuri- nitratlösung fallen weiße Oxyamidoverbin- dungen HgaONHaNO^. Die entsprechenden Mercurosalze geben mit Ammoniak dieselben Mercuriaminverbindungen, nur sind die Fäl- lungen durch mit ausgeschiedenes metalHsches Quecksilber schwarz gefärbt. Charakteristisch für die Mercurisalze ist besonders auch ihr Verhalten gegen Zinn- chlorür; sie werden zunächst zu weißem unlöslichem Mercurochlorid (Calomel) und dieses dann zu Metall reduziert, aus Mercuro- salzen wird sofort quantitativ metallisches Quecksilber ausgeschieden. KahumjodiderzeugtinMercurisalzlösungen einen roten Niederschlag von HgJg, das sich im Ueberschuß des Fällungsmittels zu einem farblosen Komplexsalz auflöst, aus Mercuro- salzen fällt grünes Hg2J2, das ebenfalls von überschüssigem JodkaHum aufgelöst wird, jedoch unter Abscheidung von Quecksilber. Im Gang der Analyse wird Quecksilber aus saurer Lösung neben Pb, Bi, Cu, Cd, As, Sb, Sn als Sulfid gefällt (Mercurosalze eventuell auch schon vorher durch Chloride neben Pb und Ag als unlöshches HgoCla), die Unlöslich- keit des Sulfids in Schwefelammon ermöglicht seine Trennung von Sn, As und Sb, die Un- löshchkeit in heißen verdünnten Säuren die Scheidung von den übrigen Metallen. Die quantitative Bestimmung des Queck- silbers erfolgt am besten als Sulfid (Fällung mittels HoS oder bei Gegenwart von Salpeter- säure mit Schwefelammon) die Lösung darf dabei das Quecksilber nur als Mercurisalz enthalten. Li organischen Verbindungen führt man das Quecksilber zw^eckmäßig nach der Methode von Carius (Erhitzen der Substanz mit konzentrierter Salpetersäure im geschlosseneuRohr) in eine durch Schwefel- wasserstoff fällbare Form über. Liegt ein Mercurosalz vor, so kann das Quecksilber mittels Chlornatrium als HgaClj ausgeschieden und gewogen werden, etwa vorhandenes Mercurisalz wird vorher durch phosphorige Säure zu Mercurosalz reduziert. Auch metallisches Quecksilber kann als Wägungs- form dienen, da alle Quecksilberverbin- dungen durch Erhitzen mit Kalk glatt unter Abscheidung des Metalles zerlegt werden, nur das Jodid bereitet hierbei Schwierigkeiten. Schließhch läßt sich Quecksilber auch durch Elektrolyse leicht quantitativ bestimmen ; am besten verwendet man schwach salpetersaure Lösungen, doch hefern auch neutrale und alkahsche Lösungen gute Kesultate. Spektrum. Die Quecksilbersalze geben 976 BeiyUiumgruppe (Quecksilber) kein Flammenspektrum , dagegen liefert Quecksilberchloridlösung — in schwächerem Maße auch Nitrat und metallisclies Queck- silber — ein charakteristisches Funken- spektrum mit einer Eeihe von Linien, unter denen eine intensiv grüne (546,1) und eine indigoblaue (435,8) charakteristisch sind. ! Ein Absorptionsspektrum im sichtbaren Ge- biet geben die Lösungen von Quecksilber- salzen, da sie alle farblos sind, nicht. 8. Spezielle Chemie. 8a) Verhalten gegen Säuren, Salze, Gase usw. Queck- silber vermag, wie man aus seiner Stellung [ in der Spannungsreihe schheßen kann, aus j verdünnten nicht oxydierenden Säuren den Wasserstoff nicht zu verdrängen, wenn nicht \ infolge weitgehender Komplexbildung der j Gegendruck der Quecksilberionen auf einen sehr niederen Wert sinkt. Es wird also von | Salzsäure und verdünnter Schwefelsäure nicht, von Bromwasserstoffsäure nur sehr i wenig angegriffen, von Jodwasserstoffsäure dagegen infolge von Komplexbildung unter | H-Entwickelung leicht gelöst. Heiße kon- i zentrierte Schwefelsäure löst unter SOj- Entwickelung, je nachdem Hg oder H2SO4 im Ueberschuß vorhanden ist, zu Mercuro- oder Mercurisulfat. Das bequemste Lösungs- mittel ist Salpetersäure, mit kalter verdünnter Säure entsteht Mercuro-, mit heißer kon- zentrierter Säure Mercurinitrat. Königs- wasser löst zu HgCIg. Reines Quecksilber wird von trockener Luft bei gewöhnlicher Temperatur nicht angegriffen, bei Gegenwart von Feuchtigkeit jedoch oberflächlich oxydiert. Durch an- dauerndes Erhitzen bis in die Nähe des Siede- punktes wird es in HgO verwandelt. Beim Schütteln mit Luft und Wasser entsteht Ozon. Wasserdarapf wird von Hg nicht zersetzt. Chlor, Brom, Jod und Schwefel verbinden sich mit Quecksilber schon bei gewöhnlicher Temperatur. Gasförmiger Chlor- Brom- und besonders Jodwasserstofif werden leicht zersetzt; ebenso reagiert Quecksilber mit Schwefelwasserstoff. Silber wird aus der Lösung seines Nitrates durch Quecksilber teilweise verdrängt. 8b) Amalgame. Fast alle Metalle lösen sich in Quecksilber unter Bildung von Legierungen (Amalgamen), die je nach der Natur und Menge des gelösten Metalls flüssig oder fest sind. In verdünnter Queck- silberlösung bilden die meisten Metalle vorwiegend einatomige Molekeln, Die festen Amalgame stellen häufig nach bestimmten stöchiometrischen Verhältnissen zusammen- gesetzte, zum Teil schön kristallisierende Stoffe dar, die als chemische Verbindungen von Metall und Quecksilber aufzufassen sind. Für eine Reihe von Metallen sind auch mehrere nach verschiedenen Verhältnissen zusammengesetzte Amalgame bekannt, die analog den verschiedenen Hydraten von Salzen innerhalb gewisser Temperaturgrenzen beständig sind, bei Ueberschreitung der- selben aber Umwandlung erleiden. So erhält man z. B. das Amalgam NaHge in langen, silberglänzenden Nadeln, die bei 39° in einen Kristallbrei zerfallen, bei 58" vollständig schmelzen und sich bei 40 bis 42° in die Verbindung NaHgj umwandeln. Nach dem Schmelzpunktdiagramm erscheint auch die Existenz der Verbindungen NaHg^, NaHg2, Na,2Hgi3, NaHg, NasHg^, Na^Hg^ und NajHg wahrscheinlich. Andererseits hat sich bei einer Reihe von Schwermetall- amalgamen die Existenz irgendwelcher be- stimmter Verbindungen bisher nicht nach- weisen lassen. Für die Darstellung der Amalgame kommen hauptsächlich zwei Me- thoden in Betracht, entweder Auflösung der Metalle in Quecksilber, wenn nötig unter Erwärmen, oder Elektrolyse der betreffenden Metallsalzlösungen unter Anwendung einer Quecksilberkathode. Die Amalgame haben erheblich andere Eigenschaften als die freien Metalle; Natrium- amalgam ist z. B. weit weniger aktiv als freies Natrium, es wird von Wasser nur sehr langsam zersetzt, wahrscheinlich weil die Lösungstension der Verbindungen NaHgg und NaHgj weit geringer ist als die des freien Natriums. Die elektrolytischen Potentiale der Amalgame können je nach ihrer Kon- zentration sehr verschiedene Werte aufweisen. Die Kenntnis der Abhängigkeit des elektro- motorischen Verhaltens von der Zusammen- setzung der Amalgame bei verschiedenen Temperaturen ist z. B. für die Theorie des Cadmium-Normalelementes von größter Be- deutung. 8c) Mercuroverbindungen. Die Mer- curosalze werden erhalten durch Auflösung von HgaO oder HggCOa in der betreffenden Säure, durch Behandeln von Mercurisalzen mit metallischem Quecksilber oder einem anderen Reduktionsmittel wie SO2 oder I SnCla, oder, falls das darzustellende Salz ; schwerlöshch ist, durch Fällung von Mercuro- ; nitrat mit einem Alkalisalz der betreffenden Säure. Mercurochlorid, Calomel, HggCla, kommt in der Natur als Quecksilberhornerz in tetragonalen Kristallen vor. Es wird ' dargestellt durch Fällen von Mercuronitrat mit Kochsalz oder durch Sublimation von Mercurichlorid mit Quecksilber oder eines Gemenges von Quecksilbersulfat, Queck- silber und Kochsalz. Das gefällte Calomel stellt ein weißes Kristallpulver, das subli- mierte eine weiße faserige Masse dar. Beim Erhitzen färbt es sich gelb, bei Glühhitze verdampft es ohne zu schmelzen. Im Licht färbt es sich langsam dunkel, wahrscheinlich unter Bildung von Quecksilber und Sublimat. Beiyllinmgruppe ( (^»uceksill lor) 977 In Wasser ist es sehr wenig löslich (Löslich- keitsprodukt Hg- . Cr~3,5 . lO-^^ bei 25«); von konzentrierten Lösungen von HCl, NaCl, NH4CI und anderen Chloriden wird es da- gegen infolge Komplexsalzbildung merklich gelöst; auch die konzentrierte Lösung von Mercuronitrat löst reichliche Mengen von Calomel. Seiner Dissoziation in Hg+HgCIa entsprechend wirkt Calomel wie eine schwer- lösliche Modifikation von Sublimat von der Löslichkeit 3 . 10-« Mol/Liter. Mercurobromid, HgaBi"?» wird erhalten durch Fällung von Mercuronitrat durch ein Bromid oder durch andauernde Einwirkung von Bromwasserstoffsäure auf Quecksilber. Eigenschaften und Verhalten sind denen des Chlorids sehr ähnlich. Merc uro Jodid, Hg2J2, wird durch Ver- reiben von Jod mit überschüssigem Queck- silber unter Befeuchten mit Alkohol oder durch Fällen von Mercurosalzlösung mit KJ dargestellt. Es ist gelb oder gelbgrün gefärbt; die Farbenverschiedenheit ist auf eine mehr oder minder weitgehende Zer- setzung Hg2J2 <^ Hg+HgJa zurückzu- führen. Alkalijodid beschleunigt diesen Zerfall sehr erhebhch. Beim Erhitzen färbt sich das Salz rot, bei 190" beginnt es zu sublimieren. Im übrigen verhält es sich dem Chlorid und Bromid ganz analog. Mercuroacetat, Hg2(CH3C02)2, bildet weiße Schuppen; es ist löslich in 133 Teilen Wasser von 15°. Beim Erhitzen entwickelt es Ameisensäure und Aceton. Mercurooxyd, HgaO, fäUt aus Mercuro- nitratlösung durch Zusatz von Alkahh}'- droxyd als schwarzes Pulver. Es ist sehr unbeständig, besonders am Licht oder bei mäßigem Erwärmen zerfällt es in HgO+Hg. Reduktionsmittel wie phosphorige Säure ver- wandeln es leicht in Metal]. Mercurochlorat und -perchlorat kri- stallisieren aus Lösungen von frisch ge- fälltem HgaO in den betreffenden verdünnten Säuren über Schwefelsäure heraus. Sie sind in Wasser leicht löslich; die Lösungen sind elektrolytisch und hydrolytisch stark disso- ziiert; beim Perchlorat scheidet sich jedoch das basische Salz nicht aus. Mercurobromat und -jodat sind er- hebhch schwerer löshch als das Chlorat; das Perjodat kann man nur als basisches Salz erhalten. Mercuro Sulfat, HgaSOi, erhält man durchAuflösen von Quecksilber in (V2— 1 Teil) heißer Schwefelsäure, durch Fällen von Mercuronitrat mit Alkahsulfat oder durch Behandeln von Mercurisulfat mit Quecksilber als weißes schweres Kristallpulver oder in kleinen monokhnen Prismen. Am Lichte färbt es sich grau. In Wasser und verdünnter Schwefelsäure ist es schwer löshch (Löshch- keit = 11,71.10-4); durch Wasser wird Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Bd. I. es hydrolytisch zerspalten unter Bildung eines grüngelben Kristallpulvers von HgaO. Hg2S04 . H2O. 0,0042 n Schwefelsäure wirkt bei 25° nicht mehr zersetzend ein. Mercuronitrat, Hg2(N03)2.2H20, er- hält man durch Auflösen von Quecksilber in wenig verdünnter Salpetersäure oder durch Behandeln von Mercuronitrat mit Quecksilber. Es bildet kurze monokUne Prismen, die bei 70° schmelzen. In wenig Wasser löst es sich vollständig, beim Verdünnen der konzen- trierten Lösungen scheiden sich basische Salze von wechselnder Zusammensetzung aus. Als einigermaßen sicher nachgewiesen können folgende basische Verbindungen an- gesehen werden: öHggO .3N2O5 .2H.0, 2Hg20.N205 und 3Hg2O.N2O5.2H2O. Mercuro carbouat, Hg2C0o, wird durch AlkaUcarbonat oder -bicarbonat aus Mercuro- nitratlösung als gelbes Pulver ausgefällt; es gibt aber sehr leicht CO2 ab, besonders beim Erliitzen mit Wasser. Am Licht schwärzt es sich unter Zersetzung. 8d) Mercuriverbindungen. Die Mer- curosalze werden durch Oxydationsmittel in die entsprechenden Mercuriverbindungen übergeführt; so entsteht Mercurinitrat durch Behandeln von Mercuronitrat oder Queck- silber mit starker Salpetersäure, ebenso geht Mercurosulfat durch Erhitzen mit über- schüssiger starker Schwefelsäure leicht in das Mercurisalz über. Auch durch Einwirkung von Säuren auf HgO können die Mercuri- salze leicht gewonnen werden. Mercurifluorid, HgF2.2H20, ist im Gegensatz zu den anderen Halogenqueck- silberverbindungen ein sehr unbeständiger Körper; durch Wasser wird es vollständig gespalten, es zeigt damit ein Verhalten, wie es den Quecksilbersalzen der Sauerstoffsäuren eigen ist. Mer cur i Chlorid, HgClj, wegen seiner stark giftigen Eigenschaften und seiner Darsteliungsweise durch Sublimation von Quecksilbersulfat mit Kochsalz als Aetz- subhmat oder auch kurzweg Sublimat be- zeichnet, kristallisiert in farblosen rhom- bischen Prismen. Es schmilzt bei 265° und siedet bei 307°. In Wasser ist es mäßig löshch: 100 Teile Wasser lösen bei 20° 7,39, bei 100° 53,96 Teile HgCla; Zusatz eines Alkahchlorides erhöht infolge Komplexbil- dung die Löslichkeit; auch von den meisten organischen Lösungsmitteln wird es zum Teil in sehr reichhcher Menge aufgenommen: ITeil HgCla löst sich z. B. in 3 Teilen Alkohol und in 4 Teilen Aether. In wässeriger Lösung ist das Salz elektrolytisch wenig dissoziiert; daraus erklärt sich seine große Beständigkeit und Indifferenz gegen manche Reagenzien; auch seine hydrolytische Dissoziation isL gering, die Lösungen reagieren nur schwach sauer. Auf die geringe elektrolytische 62 978 Bery lliunigruppe ( Quecksilber) Dissoziation ist es auch zurückzuführen, daß Mercurinitratlösungen, die normale Dissozia- tion aufweisen, imstande sind, schwer lösliche Chloride, wie AgCl, aufzulösen. Subhmat- lösungen werden sehr leicht zu Calomel reduziert, langsam auch schon durch Be- lichtung. Sublimat ist für alle Organismen ein außerordentlich starkes Gift ; es findet in der Medizin ausgedehnte Verwendung. Kochsalz vermindert seine Wirksamkeit, verhindert aber andererseits die Bildung unlöshcher basischer Salze und besclüeunigt die Auf- lösung. Da Sublimat mit Eiweißstoffen unlösliche Verbindungen bildet, wirkt Eiweiß bei SubUmatvergiftungen als Gegengift; auf denselben Umstand ist die konservierende "Wirkung auf anatomische Präparate zurück- j zuführen. Subümat bildet mit HgO eine Reihe 1 von Oxychloriden; man erhält sie durch Einwirkung einer wässerigen oder alkoho- lischen Lösung von HgClg auf HgO, durch Zusammenschmelzen dieser beiden Stoffe oder durch unvollständige Zersetzung von Sublimatlösungen mit Alkaühydroxyd oder -carbonat. Die Oxydverbindungen existieren meistens in mehreren, auch in der Farbe unterschiedenen Modifikationen, z. B. j HgCl2.2HgO in einer schwarzen und einer! roten, HgCla.SHgO in einer ziegelroten amorphen und einer gelben amorphen oder kristaUinischen, HgCl2.4HgO in einer braunen amorphen oder kristallinischen und einer schwarzen, kristaUinischen Modifikation. Mercuribromid, EgBr,, kristalhsiert aus wässeriger Lösung in silberglänzenden Blättchen, aus alkohohscher in weißen rhom- bischen Prismen. In Wasser ist es wenig löslich. In seinem chemischen Verhalten schließt es sich dem Sublimat vollkommen an. Auch eine Reihe Oxybromide HgBrg .HgO, HgBra .2HgO u. a, lassen sich leicht ge- winnen. Mercurijodid, HgJg, erhält man am i einfachsten durch Zusammenreiben von \ Quecksilber und Jod oder durch Zusatz von Jodkalium zu einer Mercurisalzlösung. Es ist ein roter, in Wasser sehr schwer, in Alkohol und anderen organischen Flüssig- keiten sowie in heißer Salz- und Salpeter- säure, in Mercurinitrat- und Jodkaliumlösung leichter lösMcher, tetragonal kristalhsieren- der Körper. Oberhalb 126" geht er unter starker Volumzunahme in eine zweite, gelbe, rhombisch kristaUisierende Modifikation über. Vorübergehend kann man die gelbe Modifi- kation auch bei niedrigerer Temperatur er- halten; so entsteht bei der Fällung von Sublimatlösungen mit Jodkahum zuerst immer ein gelber Niederschlag, der sich aber in wenigen Augenbhcken rot färbt; etwas be- ständiger ist die gelbe Form, wenn man sie durch Wasser aus einer alkoholischen Lösung ausscheidet. Auch bei der Verdichtung der Quecksilber] odiddämpfe erscheinen zu- erst immer die feinen KristäUchen der gelben Modifikation. Die Umwandlung der gelben in die rote Form wird durch Licht sowie durch die Gegenwart von Säuren beschleunigt; sie ist mit einer meßbaren Wärmetönung verbunden. Mercurijodid ist eine sehr be- ständige Verbindung, es wird von den meisten chemischen Reagenzien nicht angegriffen. Durch Erhitzen mit Kahlauge kann man, wenn auch schwierig, ein Oxyjodid HgJj.SHgO erhalten. Mer cur i Cyanid, Hg(CN)2, gewinnt man aus gefälltem HgO und HCN; es kristallisiert in quadratischen Prismen. Beim Erhitzen zerfällt es in Cyangas — zum Teil auch festes Paracyan — und Quecksilber. Es ist in Wasser, Alkohol und Aether löshch. Seine elektrolytische Dissoziation ist so gering, daß es weder die Reaktionen des Quecksilbers noch die des Cyans zeigt; nur Schwefelwasserstoff fällt aus den Lö- sungen des Quecksilbers aus. Umgekehrt vermag dagegen Quecksilberoxyd unter Bildung von Hg(CN)2 anderen Cyaniden, auch komplexen, wie Berlinerblau, das Cyan zu entziehen. Mit KCN bildet Mercuricyanid unter ziemlich beträchtlicher Wärmeentwick lung komplexes K2Hg(CN).j. Mercurirhodanid, Hg(SCN)2, das aus Quecksilbernitrat und Alkalirhodanid als weißer kristallinischer Niederschlag erhalten wird, zersetzt sich beim Erhitzen unter starkem Aufblähen (Pharaoschlangen). Mercuriacetat, Hg(CH3C02)2, bildet weiße Kristallblättchen ; es löst sich in 2,75 Teilen Wasser von 19° und 1 Teil von 100". Die wässerige Lösung reagiert sauer und wird beim Erhitzen fast vollständig in Oxyd und Säure gespalten. Mercurioxyd, HgO, bildet sich als rotes kristallinisches Pulver, wenn man Quecksilber an der Luft über 300'' erhitzt. Die Reaktion Hg+O^^HgO ist umkehrbar, je nach der Höhe der Temperatur und des Sauerstoffdruckes kann man den Vorgang im einen oder anderen Sinne verlaufen lassen. Dasselbe Produkt erhält man bei gehndem Erhitzen von Mercuri- oder Mercuronitrat; auf Zusatz von Alkahhydroxyd zu einer Mercurisalzlösung dagegen fällt HgO in der Kälte als gelbes, in der Hitze als rötlich gelbes Pulver aus. Ob die Farbunterschiede nur von einer verschieden feinen Verteilung herrühren, oder ob es sich um 2 Isomere handelt, ist nicht sicher entschieden. Die Löshchkeit von HgO in Wasser beträgt bei 25" 0,0515 g/Liter, durch Zusatz von Baryt wird sie erhöht. Reduktionsmittel bewirken sehr leicht, langsam auch schon Behchtung Reduktion zu Metall. Berylliuiugriii i[ie ( Quecksilber) 979 Quecksilberperoxyd, HgOo, läßt sich ; sehr leicht zersetzt unter Bildung einer Reihe durch Behandlung von HgO mit konzen- basischer Salze wie Hg(N03)2.2HgO .HgO triertem Wasserstoffperoxyd gewinnen; es ist j und Hg(N03)2 .HgO .H2O. ein tiefrotbrauner, äußerst zersetzhcher Kör- 1 Mercuricarbonat ist nicht bekannt, per. Seine Reaktionen beweisen, daß er ein 1 die Fällung von Mercurinitratlösungen mit Derivat des Wasserstoffsuperoxyds und Kaliumcarbonat oder -bicarbonat führt zur nicht etwa ein Oxyd eines vierwertigen | Bildung braun gefärbter basischer Produkte, Quecksilbers darstellt. | 8e) Komplex- und Doppelsalze. Mercurisulfid, HgS, tritt in 2 Modifi- Quecksilber hat eine sehr ausgesprochene kationen, einer unbeständigen schwarzen und ; Neigung, zusammengesetzte Verbindungen einer beständigen roten auf. Das schwarze ' zu bilden, deren wässerige Lösungen nur amorphe Sulfid wird aus Mercurisalzlösungen ! sehr kleine Mengen Quecksilberioneu ent- durch H2S gefällt, es bildet sich auch beim halten und in denen das Quecksilber einen Zusammenreiben der beiden Elemente. Das Bestandteil komplexer Ionen bezw. Salze rote Sulfid kommt in der Natur als Zinnober bildet. Komplexe Mercuroverbindungen vor, künstlich erhält man es durch Subli- sind nur wenige bekannt; sie besitzen eine mation eines Gemenges von Quecksilber, 1 sehr geringe Beständigkeit, durch Wasser Quecksilberoxyd und Schwefel. Durch Be- werden sie vollständig zerlegt. Die Mercuri- handlung mit Polysulfiden kann man das ' salze dagegen, besonders die schwach disso- schwarze Sulfid in das rote umwandeln, ziierten Halogenverbindungen, sind in hohem Da HgS in Wasser äußerst wenig löshch ist, Maße zur Bildung von allerlei Doppel- und kann man das Quecksilber selbst aus Lö- Komplexverbindungen befähigt, wobei alle sungen, die nur ganz geringe Mengen Hg-- möghchen Grade von Komplexität, von Ionen enthalten, z. B. aus Mercuricyanid und den gewöhnhchen Doppelsalzen, die beim organischen Quecksilberverbindungen durch 1 Auflösen in Wasser fast vollständig in die H,S ausscheiden. Nur Königswasser und | Komponenten zerspalten werden, bis zu Lösungen von Kaliumsulfid und Poly- 1 hochkomplexen Verbindungen, deren Hg-- suLfiden vermögen HgS zu lösen. Diese , Konzentration in Lösung äußerst gering ist, Unlöslichkeit sowie seine Luftbeständig- auftreten können. Daß solche Komplexe keit machen das HgS in der analytischen auch in Lösung vorhanden sind, geht schon Chemie vor allen anderen Verbindungen als daraus deuthch hervor, daß beim Ver- Abscheidungs- und Wägeform des Queck- mischen der Lösungen der Komponenten Silbers geeignet Die Mercurisalze der Halogen sauerstoffsäuren sind in wässerio-er Lö oft recht erhebliche Wärmetönungen auf- treten. Am eingehendsten untersucht sind die Komplexverbindungen der Mercurihalo- sung elektrolytisch und hydrolytisch stark genide ; sie können sehr verschiedenen Typen dissoziiert, Chlorat, Bromat und Jodat zer- angehören, der wichtigste ist der Typus setzen sich leicht unter Abscheidung un- HgX2.2MeX (X=C1, Br, J, CN, SCN; löslicher, weiß, gelb oder orange gefärbter , Me=l Aeq, MetaU), es ist dies zugleich der- basischer Produkte, während die wässerige ' jenige, der die Höchstzahl von Halogenionen Lösung des Perchlorats den basischen Körper die "sich an 1 Mol. HgXa anlagern "können, nicht ausscheidet. i nämlich zwei, enthält. Die Frage, welche Mercurisulfat, HgSOj, das man durch | Komplexe auch in wässeriger Lösung be- Eindampfen von Quecksilber mit konzen- ständig sind, und bis zu welchem Betrage trierter Schwefelsäure gewinnt, bildet eine ein Zerfall in die Bestandteile stattfindet, weiße kristallinische Masse oder sternförmig sowie die gegenseitigen Beziehungen mehi'erei' gruppierte Blättchen. Beim Erhitzen färbt in Lösung existenzfähiger Komplexe, sind es sich gelb, dann rot, bei Rotglut tritt durch eingehende Untersuchungen klarge- Zersetzung ein. Auch ein in rhombischen gestellt. Es muß hier genügen, einige wenige Säulen kristallisierendes Hydrat HgSOi .H2O der äußerst zahlreichen derartigen Verbin- ist bekannt. Viel W^asser verwandelt das düngen kurz zu kennzeichnen, Mercurisulfat in schwerlösliche basische Salze, Die Löshchkeit von HgCla, HgBrg und von denen HgSOi •2HgO (Turbith), ein Hg J2 wird durch die Gegenwart der be- gelbes, in der Hitze rotes Pulver, und treffenden Halogenwasserstoffsäuren erheb- 3HgO,2S03,2H20, das in farblosen mono- hch vermehrt; dabei findet eine beträchtliche klinen Kristallen auftritt, näher charakteri- Wärmeentwickelung statt, ein Umstand, siert werden konnten, der nur durch die Bildung komplexer Säuren Mercurinitrat, Hg(N03),, bildet sich erklärt w^erden kann. Es ist auch gelungen, beim Auflösen von Quecksilber in über- einige dieser Säuren wie H2(HgCl4) ,7H,0 und schüssiger Salpetersäure; aus der Lösung , H4(Hg3Clio) -l^HaO in festem Zustande zu kann das Hydrat Hg(N03)2 ,V2H20 in iVorm isolieren. Es sind ebenso starke Säuren wie großer, farbloser, leicht zerfließlicher Ivi'istalle die Halogenwasserstoffsäuren, Ihre Salze gewonnen werden. Durch Wasser wird es zeigen in wässeriger Lösung neutrale Rc- 62* 980 ßeiylliuiiiurupj^ie ((^^luecksilber) aktion, während Sublimatlösungen deutlich i sauer reagieren. Von den Salzen sind be- sonders die Alkali- und Ammoniumsalze näher bekannt, aber auch Salze der Alkalierd- und Schwermetalle wie Cu2(HgJ4), Ag2(HgJ4) sowie gemischte Doppelsalze wie 2HgCl2 . K2Cr04, 2HgCl2 .NH4NO3 oder Hg J^ .HgS04 sind bekannt. Wie die Halogenverbindungen zeigen auch das Mercuricyanid und -rho- danid starke Neigung zur Komplexbildung; man kennt reine Doppelcyanide und -rho- danide wie K,Hg(CN)4, CaiHg2(CN)6] .BH^O, K2Hg(SCN)4, sowie auch gemischt-anionische Komplexe, Chlorocyanide wie Na[Hg(CN)2Cl], Bromocyanide wie K[Hg(CN)2Br] .H2O, Rho- danocyanide wie K[Hg(CN),.SCN], Nitrato- cyanide wie Zn[Hg(CN)2NÖ3]2.7H20 usw. Schließlich sind auch Komplex- und Doppel- salze des Mercurisulfids wie K2HgS3 .5H2O, HgS .HgCU, Mercurisulfits Hg(S03Na)2 .H2O, Mercurisulfats SHgSOi- K2SO4 .2H2O, Nitrats Hg(N03)2 .2Ag J usw. in großer Mannig- faltigkeit dargestellt worden. Charakteristisch für das Quecksilber ist ganz besonders auch seine Fähigkeit zur Bildung beständiger Verbindungen mit Me- tall-Kohlenstoff- und Metall-Stickstoffbin- dungen. Während die Metallalkyle von Mg, Zu, Cd höchst zersetzliche Verbindungen darstellen, ist z. B. Hg(CH3)2 ein ziemlich indifferenter Stoff. Ohne Schwierigkeit läßt sich Quecksilber in zahlreiche ahpha- tische und aromatische Körper einführen HgO + HCI.aq: 9460 g-cal. % HgO-t-HCN.aq: 15370 „ y.y HgO + HNOs.aq: 3105 „ I/o HgO + y2H2S04.aq: 1300 „ Direkt vergleichbar sind nur die drei ersten Zahlen, die sich auf die gelösten Salze beziehen, die letzte gilt für festes HgSOj, enthält also noch die Fällungswärme. Die Differenzen der Zahlen stellen die Wärme- tönungen dar, die bei gegenseitiger Ver- drängung der entsprechenden Ionen auf- treten. In folgender Tabelle sind die Bildungs- wärmen einiger Quecksilbersalze zusammen- gestellt; sie beziehen sich auf den Aggregat- zustand, in dem die beteiUgten Körper sich bei gewöhnlicher Temperatur befinden: Hg,0 : 22170 g-cal. HgO 20700 g-cal. HgoCl, : 62600 „ HgCl., 53200 „ HgoBr, : 49000 „ HgBr. 40500 „ Hg, Jo : 28400 „ Hg j/(rot) 25100 „ HgS 10000 „ Auch die Umwandlungswärmen einiger Quecksilbersalze in ilure Isomeren sind be- kannt; es wurde z. B. gefunden HgoJa grüngelb->gelb+150 g-cal. Hgj, gelb^rot-f3000 g-cal. Die Quecksilberhalogenverbindungen lösen sich in wässeriger Lösung der Alkalihalogenide unter schwacher Wärmeentwickelung. Für die Bildungswärme einiger fester Komplex- salze aus den beiden Salzkomponenten w^urde gefunden: HgC],.KCl HgCl2.2KCl KHgJ3 K.HgJ, K,Hg(CN)4 2400 g-cal. 3800 „ 2100 „ 3000 „ 17600 „ Von besonderem Interesse sind die ther- mischen Erscheinungen, die bei der Bildung von Amalgamen auftreten ; eingehende Unter- suchungen darüber sind zuerst von Ber- thelot bei den Amalgamen von K und Na unternonmien Avorden. 10. Kolloidchemie. Das Hydrosol des Quecksilbers ist rein nur in sehr verdünntem Zustande einigermaßen haltbar, dagegen kann es als Adsorptionsverbindung mit einem anderen beständigeren Kolloid auch in höherer Konzentration gewonnen werden. Rein erhält man das flüssige Hydrosol durch Zerstäubung einer Quecksilberkathode, wenn sich das Quecksilber in stark aufgelockertem Zustande befindet, am besten, wenn man den Lichtbogen unter Wasser an einer mit Hg überzogenen Eisen-, Zink- oder Bleikathode erzeugt. Es bildet eine im durchfallenden Lichte schön rehbraune, im reflektierten dunkelbraune bis schwarze Flüssigkeit. Unter Verwendung der oszilherenden Entladungen eines Funkeninduktoriums läßt sich bei tiefer Temperatur auch das Isobutylalkosol ge- winnen. In weit konzentrierterem Zustande erhält man das Quecksilberhydrosol als Adsorptionsverbindung mit kolloider Zinn- säure durch Reduktion schwach salpeter- saurer Mercuronitratlösungen mit möglichst neutralen Stannonitratlösungen. Aus den so gewonnenen, in dünner Schicht klar durch- sichtigen braunen Lösungen läßt sich auch das feste Hydrosol in Form eines feinen schwarzen Niederschlags abscheiden. Durch Trocknen desselben im Vakuum erhält man silberglänzende Stücke, die in Wasser wieder mit tiefbrauner Farbe in das flüssige Hydro- sol übergehen. Versetzt man diese Lösungen mit der der Gleichung Hg+HgCl2=Hg2Cl2 entsprechen- den Menge einer verdünnten Mercurichlorid- lösung oder mit der zu der Reaktion 2Hg + Cl2=Hg2Cl2 erforderlichen Menge Chlor- wasser, so entsteht als Adsorptionsverbindung mit Zinnsäure das Hydrosol des Mercuro- chlorids. Ganz analog kann man das Mercurobromidhydrosol gewinnen. Durch Umsetzung von Mercuronitrat mit Halogen- natrium bei Gegenwart von Eiweißsubstanzen kann man die Hydrosole aller drei Mercuro- haloide als Adsorptionsverbindungen mit den angewandten Eiweißkörpern in flüssiger und fester Form darstellen. Kolloidale Lösungen von Quecksilber- oxyd, bezw.-oxydul entstehen, wenn man die Quecksilbersalze der durch Einwirkung von ätzenden AlkaHen auf Eieralbumin sich bildenden Säuren, der Lysalbin- und Protal- binsäure, mit Alkalilauge versetzt; die Na- triumsalze der beiden organischen Säuren wirken hierbei als Schutzkolloide. Durch vor- sichtiges Eindampfen im Vakuum kann man auch das feste Hydrosol dieser beiden Ad- sorptionsverbindungen gewinnen. Kolloidales Quecksilbersulfid erhält man durch wiederholte Behandlung des aus neu- tralen Mercurisalzlösungen ausgefällten Gels mit HgS-Wasser. Es bildet in stark ver- dünntem Zustande eine klar durchsichtige braune, im auffallende Licht grünlich fluo- reszierende, in konzentriertem Zustande tief- schwarze Flüssigkeit, die sich längere Zeit ohne Gelbildung zum Sieden erhitzen läßt; alle Elektrolyte scheiden dagegen das Gel aus. Organosole des HgS können durch 982 BeryUiumgTui)pe (Quecksilljer — Radium) Einleiten von HaS in die Lösungen von Mercuricyanid in den betreffenden organi- schen Flüssiglieiten gewonnen werden, auch das Hydrosol läßt sich auf diesem Wege darstellen. Literatur. H. Ley, Quecksilber. In Ah egg s Handbuch der anorganischen Chemie, Bd. II, 2, Leipzig 1905. C. Tnhandt. i) Radium. Ra. Atomgewicht 226,4. 1. Atomgewicht. 2. Vorkommen: a) in Mine- ralien, b) in Gesteinen. «) in Eruptivgesteinen; ^)in Sedimentgesteinen; y) in kiistallinen Schie- fern, c) in Mineralquellen. 3. Geschichte. 4. Dar- stellung und Verwendung. 5. Forraarten. 6. Elektrochemie. 7 Spezielle Chemie (Salze). 8. Analytische Chemie: a) Quantitative Bestimmung; b) QuaUtative Bestimmung; c) Trennung von Baryum; 9. Thermochemie (Umwandlung). 10. Photochemie : a) Flammenfärbung, b) Spektrum. c) Stralilung. 11. Kolloidchemie (Adsorption). I. Atomgewicht. In der von der „Internationalen Atomgewichtskommission" aUjährlich herausgegebenen Atomgewichts- Tabelle erscheint das Radium erstmalig (1) im Jahre 1903 mit dem Atomgewicht 225. Alle direkten (gravimetrischen) Atom- oder Aequivalent-Gewichtsbestimmungen des Radiums wurden mit dem wasserfreien Chlo- rid, RaCla, ausgeführt, und zwar nach der klassischen Methode von S t a s , die auf der Wägung des in einem bekannten Gewichte wasserfreien Radiumchlorids enthaltenen Chlors als Silberchlorid beruht. Die Atom- gewichtswerte wurden berechnet unter der Annahme, daß das Radium ein zweiwertiges Metall ist und daß das Atomgewicht des Silbers 107,93 und das des Chlors 35,45 ist. Die zurzeit neueste Bestimmung von Frau P. Curie (2) ergab als Mittel aus drei Versuchen, die mit je etwa 0,4 g reinstem RaClj ausgeführt wurden, Ra = 226,45, wel- cher Wert auf eine halbe Einheit genau ist. Frühere Versuche (3), die mit nur 0,09 g etwas weniger reinem RaCL und nach weniger vollkommenen Methoden ausgeführt worden waren, hatten als Mittel aus drei Bestimmun- gen, die um etwa eine Einheit kleinere Zahl 225,3 ergeben. T. E. T h 0 r p e (4) führte mit 0,06 bis 0,08 g RaCl.>, das in derselben Weise wie das Curie sehe Salz dargestellt und analysiert wurde, ebenfalls Atomge- wnchtsbestimmungen aus, und fand als Mittel dreier hintereinander ausgeführter Bestimmungen in guter Uebereinstimmung mit den Curie sehen Werten Ra = 226,7. T h 0 r p e selbst zieht den Wert von Frau Curie vor, weil dieser mit viel größeren Substanzmengen bestimmt wurde, und sieht in der von ihm gefundenen Zahl lediglich eine Bestätigung des C u r i e sehen Wertes (5). Der ,, Internationale Atom- gewnchtsausschuß für 1909" setzte auf der Grundlage Ag = 107,880, und Cl = 35,460 das Atomgewicht des Radiums zu 226,4 fest (6), und hat daran seither nichts mehr geändert. C. Runge und I. Brecht (7) berech- neten durch Extrapolation aus den Be- ziehungen zwischen den homologen Linien in den Funkenspektren des Mg, Ca, Sr und Ba zu den entsprechenden Atomgewichten für das Radium den Wert 257,8 auf Grund der Annahme, daß innerhalb einer Gruppe des periodischen Systems der Elemente der Logarithmus des Atomgewichts eine lineare Funktion des Logarithmus des Abstandes homologer Linienpaare in den Spektren sei. W. M. Watts (8) hält das von Runge angegebene Ki'iterium für die Homologie von SpektraUinien, nämlicli die gleichartige Zerlegung der Spektrallinien im magnetischen Felde nicht in allen Fällen für anwendbar und zeigt, daß man auch unter Zugrunde- legung des R u n g e - P r e c h t sehen Ge- setzes zu dem Atomgewicht Ra = 228 (an- nähernd) gelangt, wenn man das Radium in die Reihe Be Zn Cd Hg einordnet, ähnlich, wie in dieser Beziehung Mg besser mit Ca und Sr als mit Zn und Cd; Li und Na besser mit Cu und Ag, als mit K, Rb und Cs zu- sammengestellt werden. Andererseits be- rechnete Watts eine Gleichung für die Beziehung zwischen dem Abstand homologer Linienpaare im Spektrum und den Atom- gewichten, die für Mg, Ca, Sr, Ba gut stim- mend, keine gerade Linie, sondern eine leicht gekrümmte Kurve darstellt und für Radium zu dem Atomgewicht 226,56 führt. Aus dem Spektrum von Radium einerseits, H, Ba und Ca andererseits ermittelt Watts für das Atomgewicht des Radiums den Wert 224,89 C. Runge (9) hält die von Watts aus- gewählten Linienpaare nicht für homologe Linien und deshalb Watts' Ergebnisse für zufällige, indem er zeigt, daß man nach Watts' zweitem Gesetze, je nachdem man das Atomgewicht des Radiums von Mg, Ca, Sr oder Ba aus berechnet, für Ra- dium Werte zwischen 177 und 233 erhält. Runge hält an den von ihm und P r e c h t auf spektroskopischem Wege gefundenen Atomgewichtszahlen des Radiums fest und weist darauf hm (10), daß das spektrosko- pische Kriterium der absoluten Reinheit des Radiumsalzes, das Frau Curie für ihre gravimetrischen Atomgewichtsbestimmungen benutzte, kein sicherer Beweis für die Rein- heit ist. Es ist m diesem Zusammenhange be- merkenswert, daß das nach der Runge- P r e c h t sehen spektroskopischen Methode Berylliumgruppe ( Radium ) 983 Mineral Herkunft Ra in % Ur in % Ra/Ur Chalcolith Sachsen 0,714 X 10—5 39,29 1,82x10—7 ,, Deutschland 0,905 28,80 3,14 „ ,, Portugal 1. 1,30 „ 39,03 3,33 „ ,, 2. 1,21 ,, 36,20 3,33 „ 3. 0,024 ,) 0,724 3,35 „ Cornouailles 1,70 48,66 3,49 ,, Carnotit Colorado 0,375 „ 16,00 2,34 » Gummit (lösl. Teil) Deutschland 0,31 12,20 2,54 „ (roh. Min.) Deutschland 0,58 „ 17,37 3,34 „ Autunit Autun 1,20 ,, 46,92 2,56 „ Tonkin 1,22 „ 47,10 2,59 „ Pechblende St. Joachimstal 1,48 „ 46,11 3,21 ., ,, Norwegen 0,17 4,67 3,64 „ 9} ,, 2,05 ,, 58,90 3,48 „ Cornouailles 1,07 ,, 28,70 3,74 „ Samarski ^ Indien 0,295 8,80 3,35 „ Broeggerit Norwegen 2,10 ,, 63,89 3,29 „ Cleveit ,, 1,81 54,90 3,32 „ Uranothorit •} 0,16 „ 4,83 3,31 „ Fergusonit M 0,223 „ 6,30 3,55 „ Thorianit Ceylon 0,66 18,60 3,55 „ ermittelte Atomgewicht des Kaliums, das schwach radioaktive Eigenschaften hat, eben- falls zu hoch ausfällt (11). G. Rudorf (12) weist darauf hin, daß die Beziehung zwischen Linienabstand (in Schwingungszahlen) und dem Quadrate des Atomgewichts keine genaue lineare Funktion ist, wie R u n g e und P r e c h t für ihre Reclmungen annehmen, und deshalb die weite Extrapolation auf das Atomgewicht des Radiums nicht gestattete. Wäre das spektroskopisch zu 258 bestimmte Atom- gewicht richtig, so müßte das Radium- chloridpräparat, an dem P. Curie im Jahre 1903 das Atomgewicht zu 225,3 bestimmt hatte, etwa 20 "/o Baryumchlorid als Verunreinigung enthalten haben, was ganz ausgeschlossen erscheint (13). Der gravimetrisch bestimmte Wert des Atomgewichtes des Radiums steht weiterhin im besten Einklänge mit der Stellung des Radiums im periodischen System der Ele- mente als Endglied der zweiten Gruppe der verwandten Elemente Mg, Ca, Sr, Ba und als derzeitiges Anfangsglied der letzten Pe- riode des Systems, welche mit noch großen Lücken die radioaktiven Elemente Radium, Thorium und Uranium enthält, und mit der später (S. 988) zu besprechenden elektro- lytischen Leitfähigkeit wässeriger Radium- salzlösungen. Das Atomgewicht 226,4 steht ferner in vorzüglicher Uebereinstimmung mit dem neuerdings von A. D e b i e r n e (14) durch Vergleich der Ausströmungsgeschwindig- keiten von Radiumemanation, Sauerstoff und Argon für die Radiumemanation zu 220 be- stimmten Atomgewichte, denn Radium ver- liert beim Uebergange in die Radiumema- nation = 4: ein Heliumatom vom Atomgewicht Ra 226,4 Ra-Em 222,4 He. 4 W. R a m s a y und R. "W. Gray (15) ermittelten in guter Uebereinstimmung mit der D e b i e r n e sehen Zahl durch direkte Wägung eines kleinen Volumens reiner Radiumemanation auf einer eigens dafür konstruierten Mikrowage aus Quarz das Atomgewicht der Radiumemanation als Mittel aus 2 Versuchsserien zu 218 bezw. 222. Die Zerfallstheorie würde bei Annahme des Atomgewichts 226,4 für Radium, für die Radiumemanation das Atomgewicht 222,4 erfordern. Es sei noch erwälmt, daß ein Atomgewicht von Ra = 258 mit der feststehenden Tat- sache, daß das Radium ein Zerfalls- produkt des Urans (Ur = 238,5) ist, sich nicht vereinigen läßt. 2. Vorkommen, a) In Mineralien. Das Vorkommen des Radiums in Mineralien wird bedingt durch die genetische Beziehung, die zwischen dem Uran und dem Radium derart besteht, daß sich das Uran über die Stoffe Radiouran -^UranX^ Jonium in Ra- dium umwandelt; da jede einzelne Phase dieser aneinander gekuppelten Reaktionen, ebenso wie der weitere Zerfall des Radiums selbst, nach einem Zeitgesetze 1. Ordnung mit einer unveränderhchen Geschwindig- keitskonstanten erfolgt, besteht bei primären Uranminerahen (d. h. solchen, die seit ilirer Bildung keinerlei Auslaugung erfaluren haben) von einem gewissen Alter an em Mengen- gleichgewicht zwischen Uran und Radium, derart, daß lg Uran (Element) sich im Gleich- ^ 984 Berylliiimgruppe (Radium) 1 ?\ >^ gewischt mit 3,4 x 10—^ «• Radium (Element) befindet (16). Neuere Messungen über das Verhältnis zwischen Uran und Radium in radioaktiven Minerahen führte E. Gleditsch (17) aus, deren Resultate in der Tabelle auf Seite 983 wiedergegeben sind. Man sieht, daß bei den verschieden- artigsten Minerahen insbesondere die Größen- ordnung des Verhältnisses Ra/Ur konstant ist. Bei den Mineralien, wo, wie bei Gummit, Autunit, Carnotit u. a. das Verhältnis Ra/Ur zu klein ist, sind wohl sekundäre Aus- laugungsprozesse die Ursache. Daß dies speziell beim Autunit die Ursache davon ist, daß dieses Mineral stets nur einen Teil der theoretischen Gleichgewichtsmenge an Ra- dium enthält, undnichtetwa wie F. So d d y (18) aus dem Heliumgehalt schließt, das jugend- liche Alter von nur 30 Jahren, bewiesen W. Marckwald und AI. S. Russe 11 (19) durch die Bestimmung des Joniumgehaltes, aus dem sich ein Mindestalter von 100000 Jahren für den Autunit b^rochncn ließ. W. Marckwald und AI. S. Russell (19) bestimmten das relative Mengenverhältnis von Uran und Radium (und bei einigen Erzen auch von Jonium) und geben folgende Zusammenstellung, wobei der relative Radium- und der relative Jonium- Gelialt von Joachimsthaler Pechblende als Einheit genommen und gleich 100 gesetzt wurde: -U ~i.3 Name des Minerals Fundort •> CD Kg P^ ^ Pechblende Joachimsthal lOO 100 Pechblende 1 Afrika ioi,8 Pechblende 2 ,, 107,7 99 ' Pechblende 3 ,, 99,4 Thorianit Java 98,7 Plumboniobit Afrika 96,7 Autunit Au tun 27,5 Autunit 1 Guarda 41,7 92 Autunit 2 )j 20,6 82 Autunit 3 68,0 87,5 Autunit 4 24,9 75 Autunit 5 ,, 38,6 76 • Autunit ? 60,6 88 Carnotit Colorado 91,6 Carnotit 1 Florida 7i>5 Carnotit 2 ,, 99,0 . Rutherfordin 1 Afrika 86,8 — Rutherfordin 2 „ 83,5 — Rutherfordin 3 M 66,3 — MitderAuslaugungstheorie steht unter Be- rücksichtigung der leichten Löshchkeit der Bleisalze im besten Einklänge, daß nach den Untersuchungen von W. M arckw ald und B. K e e t m an n (20) auch das Blei, das letzte Umwandlungsprodukt des Radiums im Autu- nit nicht nachweisbar ist. F. S 0 d d y (21 ) er- brachte durch Beobachtung dreier*^ 2^2. bis 314 Jahre alter sorgfältig geremigter Üran- nitratlösungen, die 250 bis 400 g Uran ent- hielten, den direkten Beweis, daß sich aus Uran Radium bildet, und zwar ließ sich nachweisen, daß die Radiumproduktion mit dem Quadrate der Zeit wnichs, woraus man schließt, daß sich zwischen Uran und Radium nur eine langlebige Uebergangssubstanz vorfindet. Die mittlere Lebensdauer dieser Substanz ließ sich mit einem Fehler von ca. 20 % auf etwa 10 000 Jahre schätzen. b) In Gesteinen, a) In Erup- tivgesteinen. Die Gesetze der che- mischen Elementarzusammensetzung sind in der ganzen Reihe der eruptiven Gesteine außerordentlich strenge. Nicht nur hat jedes Element bei allen Eruptivgesteinen bestimmte, und in vielen Fällen sehr enge Grenzen seines Minimal- und Maximal- vorkommens im eruptiven Gestein, sondern die Mengen der emzehien Elemente beein- flussen sich untereüiander derart, daß in allen eruptiven Gesteinen die Summe der darin enthaltenen Atome eme konstante Zahl ist (22). Da das Uran nun zu den Elementen gehört, deren obere Grenze iluer maximalen Vorkommensmöglichkeit in einem eruptiven Gestein eine so niedrige ist, daß wir gewohnt sind, diese Elemente in den Analysen erup- tiver Gesteine zu vermissen, und nach dem unter 2 a Gesagten m jedem primären Material von erhebhchem geologischen Alter das Radium an die Gleichgewichtsmenge Uran gebunden ist, sind die Radiumgehalte eruptiver Gesteine außerordentlich geringe. Da alle Elemente (also auch alle radio- aktiven) in eruptiven Magmen enthalten sind (23) (denn alles, was es gibt, muß in eruptiven Magmen enthalten sein, denn alles andere entsteht aus präexistierenden Eruptiv- gesteinen durch mechanische oder chemische Zerstörung dieser), sagen die vielfach aus- geführten Bestimmungen der ,, Radioaktivi- tät" von Gesteinen (24) durch Messung der Ge- samt-, der a- oder 7-Strahlung über den eigenthchen Gehalt an Radium nichts Be- stimmtes aus. Direkte C|uantitative Radium- bestimmungen in Gesteinen verdanken wir R. I. S t r u 1 1 (25), J. J 0 1 y (26) und A. S. E V e (27). Danach schwankt der Radiumgehalt eruptiver Gesteine zwischen 0,30 X 10-12 ujjd 4 78 X 10-12 o- Radium (met) in 1 g Gestein, und ist im Mittel 1.7 x I j[Q— 12 g. Radium ("met) pro 1 g Gestein. / Eine außerordentlich genaue Untersuchung des Radium- (und auch Thorium-)gehaltes der Gesteine des Gotthardtunnels führte neuerdings nach seiner Schmelzmethode (siehe S. 991) J. Joly (26a) aus. Er fand den mittleren Radiumgehalt der Gesteine Berylliuingru})pe (Radium) 985 1 des Gotthard-Massivs zu 3,5 x 10— ^^ ^nd des Finsteraargranits zu 6,7x10-^2 g- Radium (Element) pro 1 g Gestein. R. I. S t r u 1 1 (28) trennte die minera- lischen Bestandteile eines Granites durch schwere Flüssigkeiten, und konnte durch Untersuchung der einzelnen auf diese Weise erhaltenen Trennungspunkte nachweisen, daß das Radium in solchen Gesteinen nicht etwa die Erdalkahmetalle der Feldspäte begleitet, sondern sich in den akzessorischen schweren Bestandteilen und oft in den dunklen Glim- mern und überhaupt den ersten Ausschei- dungen vorfindet. Die genetischen Be- ziehungen zum Uran machen diesen Befund selir erklärhch. Es sei in diesem Zusammen- hange erwähnt, daß entgegen früheren An- nahmen der Radiumgehalt nach dem Lmern unseres Planeten vermuthch abnimmt. Außer der Tatsache, daß man Produkte vulkanischer Eruptionen, die sicher großen Tiefen ent- stammten, eisenreiche Basalte, ebenso wie die diesen wesensverwandten eisenreichen Meteore fast frei von Radium fand, sprechen hierfür die Berechnungen des Temperatur- gradienten der Erde (29 s. S. 992). ß) In Sedimentgesteine n. Der Radiumgehalt der Sedimente ist etwa der- selben Größenordnung wie der der Eruptiv- gesteine und schwankt nach Messungen von Strutt, Joly und E v e etwa zwi- schen 0,12 X 10-12 und 2,92 x lO-^^ g Ra- dium (met) pro 1 g Gestein, und ist im Mittel 1,1 x 10-12 g Radium (met) pro 1 g Gestein. Doch gibt es entsprechend der viel weniger strengen Gesetzmäßigkeit in der chemischen Zusammensetzung der sedi- mentären Gesteine auch solche mit viel ge- ringerem und namentlich auch viel höherem Radiumgehalte. Insbesondere zeichnen sich Tiefseesedimente durch erhebhchen Radium- gehalt aus, der nach J. J o 1 v (30) zwischen 6 X 10-12 bis 53 X 10-12 Radium (met) pro 1 g Substanz schwankt. Ganz neue Unter- suchungen von A. L. Fletscher (30a), die an einem umfangreichen Material nach der Joly sehen Schmelzmethode (siehe S. 991) ausgeführt wurden, ergaben als mittleren Radiumgehalt sedimentärer Gesteine 1,4 x 10-12 g Radium (met) pro 1 g Gestein. Dabei zeigten die verschiedenen Sorten der Gesteine nur sehr geringe Abweichungen von diesem Mittelwert. ^ Im engsten Zusammenhange damit steht | der nicht unerhebliche Gehalt des Meer- wassers (31) an Radium, der nach J. Joly zwischen 0,009 x 10— 12 g Radium (met) pro 1 g Wasser (indischer Ozean) bis 0,034 X 10—12 g Radium (met) pro 1 g Wasser (Küste um Irland) schwankt, während A. S. E V e (32) im Ozean einen Radiumgehalt von 0,74 X 10-12 g ^jg ^,50 x IO-12 g Ra- dium (met) in 1 g Wasser feststellt. Die Gesamtmenge Radium im Weltmeer ist eine außerordentlich große, denn nimmt man die Masse der Ozeane zu 1,452 x IQi^ Tonnen an, so sind darin insgesamt 20 x lO^g = 20000 Tonnen Radium (met) enthalten (33). Die Anreicherung des Radiums aus so außerordentlich verdünnten Lösungen in den Tiefseesedimenten und aucii den Sedi- mentgesteinen kommt im wesentlichen zu- stande durch die Mitwirkung von kolloidalen Substanzen, von denen einige für Radium- salze ein außerordenthches Ädsorptionsver- mögen haben (34). Bei der Bildung der Tief- seesedimente sind es wohl die in den Meeres- organismen enthaltenen kolloidalen Sub- stanzen, welche diese Aufgabe übernehmen, während bei der Bildung von Sediment- gesteinen wohl das kolloidale Kieselsäure- hvdrat das Radium adsorbierende Agens darstellt (35). Aus demselben Grunde sind im allge- meinen verwitterte Gesteine erhebhcher radioaktiv als die entsprechenden frischen Gesteine (36). 7) In kristallinen Schiefern. Je nachdem die kristallhien Schiefer Eruptiv- oder Sedimentgesteinen entstammen (also Ortho- oder Para-Gneise, bezw. deren Ana- loga sind), werden sie in bezug auf ihren Radiumgehalt sich genau so verhalten, wie die Eruptiv- bezw. Sedimentgesteine, deren djiiamische Metamorphosen sie sind. Denn ebenso, wie es beispielwseise bei einem eruptiven Gestein in bezug auf die chemische Elementarzusammensetzung ohne Belang ist, ob dasselbe als Massen-, Gang- oder Erguß- gestein auftritt, so ist auch die zum kristal- linen Schiefer führende dynamische Meta- morphose eines Gesteines ohne Einfluß auf seine chemische Elementarzusammensetzung, also auch auf seinen Radiumgehalt; denn es sind ja dieselben Schmelzflüsse, die nur unter anderen äußeren Bedingungen zur Kj-istallisation gelangt sind. c) In Mineralquellen. Obwohl die ,, Radioaktivität" von Mineralquellen in einer außerordentlich großen Zahl von Bei- spielen untersucht wurde, beschränken sich diese Untersuchungen doch zumeist auf die Feststellung der Anwesenheit von Radium- emanation und der Bestimmung dieses Gases in relativem elektrischem Maße (Ampere ; elek- trostatische Stromstärke-Einheiten, E.S.E.; Mache-Einheiten = E. S. E. x 10-^) und lassen die Feststellung und Bestimmung des Radiums selbst meistens außer Betracht. Auf indirektem Wege, durch Untersuchung der festen Quellenausscheidungen wurde die Anwesenheit des Radiums selbst nachgewie- sen von J. K n e 1 1 (37) in den Karlsbader Thermen, von H. Mache (38) in den Gasteiner Thermen, von C. En g 1 e r und H. S i e v e - k i n g (39) in Baden-Badener Quellen, von K x$ *i 986 Berylliumgruppe (Radium) K. A s c h 0 f f (40) in den Quellen von Kreuz- nach, von H. W. Schmidt (41) in ehier Anzahl Mineralquellen in Hessen, von I. Elster und H. Geitel (42) in Quellen in Baden-Baden, Nauheim, Wiesenbad, Bat- taglia, von E. E b 1 e r und M. F e 1 1 n e r (43) in Mineralquellen von Bad Dürkheim (Rhein- pfalz) und von I. S t e r b a (44) in Teplitz- schönauer Quellen, u. a. m. Quantitative Bestimmungen des Radiums, die als Maß für die Größenordnung derartiger Radium- Vorkommnisse dienen können, ergaben nach den Untersuchungen von E. Ehler und M. F e 1 1 n e r in der Diirkheimer Max- quelle (Rheinpfalz) 0,97 x 10— i" g Radium (met) in 1 1 Quellwasser. In Quellwässern, die Sedimente bilden, reichert sich — wohl meistens als Folge der Adsorption der Radiumsalze durch kolloidale Substanzen (Kieselsäurehydrat, MetalUiydr- oxyde) (45) — das Radium in den Quellen- sedimenten an. Die Diirkheimer Quellensedi- mente enthalten 1,76 bis 3,03 x lO-^o g Radium (met) in 1 g Sediment (46), und diese Zahl dürfte in der Größenordnung auch für andere radiumhaltige Quellensedimente, von deren Mehrzahl quantitative Bestimmungen zurzeit nicht vorliegen, zutreffen. Bei manchen radiumhaltigen Quellen, die zur Salzbereitung dienen, reichert sich das Radium in den dabei abfallenden Mutter- laugen an, und zwar um so mehr, je weniger das Quellwasser durch Sedimentierung an Radium verarmt. Nach E. Ehler und und M. F e 1 1 n e r (47) sind die Radium- gehalte einiger bekannter „Mutterlaugen" die folgenden: Herkunft Nauheim Dürkheim Kreuznach Münster a. St. spez. Gewicht 1,3893 {%) i>396o -j li J 1,2779 <; Jo} 1,3047 \ / f g Radium (met) in 1 g Lauge 0,225 X 10 — 10 0,046 X 10 — 10 0,017 X 1° — '° 0,009 X 10 — 10 3. Geschichte. Das Radium verdankt seine Entdeckung der photographischen Platte und der zwar sehr nahehegenden, aber, wie sich später zeigte, nicht zutreffenden Vermutung Becquerels, daß die Emis- sion der metalldurchdringenden und photo- graphisch wirksamen Röntgenstrahlen von der fluoreszierenden Glaswand der Vakuum- röhren lediglich eine Begleiterscheinung jeder Fluoreszenzerscheinung, unabhängig von deren Ursache sei. Man untersuchte darauf- hin eine große Anzalü phosphoreszierender, photoluraineszierender und fluoreszierender Stoffe auf ihr Vermögen durchdringende photographisch wirksame Strahlen auszu- senden, unter anderen auch die fluores- zierenden Uranylverbindungen. Man konnte tatsächhch bei vielen dieser Stoffe, insbe- sondere bei den Uranverbindungen das Vor- handensein einer derartigen Strahlung nach- weisen. Aber bald konnte Becquerel selbst feststellen, daß diese „Radioaktivität" der Uranium- und auch der Thoriumverbin- dungen vollkommen unabhängig von der vorherigen Belichtung und der Fluoreszenz dieser Stoffe ist, sondern eine chemische, ¥#Ä ihrer Art und Stärke nach untrennbar mit dem Atome Uran, bezw. Thorium ver- bundene Eigenschaft ist, derart, daß jedes Gemisch und jede Verbindung, die Uranium oder Thorium enthält, eine dem Uran- bezw. Thoriumgehalt proportionale Litensität der Radioaktivität aufweist (48). Dieses Gesetz führte weiter gelegentlich der Untersuchung der abnorm stark aktiven Uranmineralien durch P. und S. Curie (49) und P. und S. Curie und G. Bemont(50) zur Entdeckung des Radiums. Die Auffindung dieses Ele- mentes geschah weiterhin auf rein chemisch- analytischem Wege aus den abnorm stark aktiven Uranmineralien, wobei die Radio- aktivität ähnlich der Spektralanalyse als treuer Führer diente. Es bleibe nicht unerwähnt, daß man auf einem ganz anderen Wege, nämlich durch ein- gehende Untersuchungen über die Elektri- zitäts-Zerstreuung in der Atmosphäre den radioaktiven Substanzen sehr nahe gekommen war; denn man hatte schon vor der Ent- deckung des Radiums festgestellt, daß die Elektrizitätszerstreuung in der Atmosphäre zum Teil ihre Ursache in festen in der Erd- rinde enthaltenen und in die Atmosphäre ge- langenden Substanzen hat. Dieser Zweig der Forschung wäre auch ohne die Entdeckungen, die sich an die fluoreszierenden Uranver- bindungen anschlössen , zur elektrischen Untersuchung von Erdarten, von Uranerzen und damit zum Tore des neuen Gebietes gelangt (51). 4. Darstellung und Verwendung. Die technische Darstellung (52) des Radiums geschieht aus entsprechend reichen Uran- mineralien, insbesondere aus den früher wertlosen Rückständen von der Uran- bereitung aus Uranpecherzen, nach che- miscji-analytischen Trennungsniethoden, die zunächst auf eine Abtrennung des radium- halHgen Baryums hinzielen. Die weitere Trennung des Radiums vom_Baryum er- ^, folgt nach den unter S^'^nälytische l^hemTe) .~; beschriebenen speziellen Trennungsmethoden •f-y des Radiums vom Baryum, zurzeit noch ausschließhch durch die' fraktionierte Kris- talhsation der Chloride, bezw. der Bromide. Die endgültige „Ausbeute" an reinem Ra- Berylliumgruppe (Radium ) 987 diumsalz ist bei Verwendung von Uran- pecherzrückständen als Ausgangsmaterial nicht sehr gut, denn man gewinnt nur etwa 40 % des im Erze enthaltenen Radiums in Form einer reinen Verbindung, während sich die restlichen 60 % auf etwa 20 Tren- nungsfraktionen von mehr oder weniger er- heblichem Radiumgehalt verteilen (53). Ver- muthch besser, aber der Oeffenthchkeit nicht bekannt sind die Ausbeuten bei der Ver- arbeitung solcher Erze, bei denen wie beim Chalcohth, Carnotit. radiumhaltigen Pyro- morphit und Autunit beim Behandehi mit Säure (Salpetersäure) das gesamte Radium in Lösung geht. Eine große Ausbeute an Radium (und wahrscheinlich einen Preissturz des Radiums bedingend) verspricht die Ver- arbeitung der Nebenprodukte aus der Vana- dinfabrikation aus Uran-Radium-haltigen Vanadinerzen. Während der Uranbedarf zurückgeht ist der Vanadinbedarf infolge der Entwickelung der Stahhndustrie (Vana- dinstahle für Werkzeuge, Panzerplatten usw.) im ständigen Wachsen begriffen; da die meisten Vanadinerze radiumhaltig sind, häufen sich in den Vanadinbetrieben ver- hältnismäßig große Mengen von Radium an. Auch Quellensedimente, z. B. die von Kreuz- nach, werden auf angereicherte Radium- präparate verarbeitet (54). Zur Anreicherung des Radiums aus Erzen läßt sich zweck- mäßig die , .fraktionierte Adsorption" (55) verwenden. Der Preis des Radiums ist zur- zeit noch sehr hoch; es kommt in reinen und in nur angereicherten Salzen des Ra- diums 1 mg Radium (Element) auf etwa 550 M. zu stehen (55 a). Die Salze des Radiums finden Anwendung in der Medizin, und zwar in reinem oder hochkonzentriertem Zustande in geeigneten Fassungen montiert zu Bestrahlungszwecken (56). Verdimnte Lösungen reiner und auch wenig angereicherter Präparate werden zu Einspritzungen bei der Behandlung gewisser Geschwülste verwendet. Sehr schwach radiumhaltige Gemische endlich, z. B. natür- liche Quellensedimente dienen zu Packungen. Die Hauptverwendung auf medizinischem Gebiete liegt in der ständigen Erzeugung der Radiumemanation, die schon medizinisches Handelsprodukt geworden ist, und sowohl zum Einatmen, als auch in künstlichen Lö- sungen zum Trinken dient. Eine weitere Verwendung finden hoch- konzentrierte und reine Radiumsalze im Gemisch mit phosphoreszierenden Substan- zen, namentlich phosphoreszierendem Schwe- felzink. Solche Gemische leuchten durch die stetige Bestrahlung des beigemischten Radiumsalzes dauernd, auch ohne vorherige Belichtung und finden für allerhand Zwecke (Zifferblätter von Uhren, Kompasse, Weg- markierungen usw.) gewerbliche Anwen- dung. Eine vorgeschlagene Verwendung von Radjumverbindungen,und auch anderen radio- aktiven Stoffen zur Ableitung der Elektri- zität von Ballonkörpern (57) hat sich in der Praxis bisher keinen Eingang verschafft. 5. Formarten. Die Existenz des elemen- taren, metallischen Radiums hatte vom chemischen Standpunkt aus ein besonderes Interesse, da bisweilen die Möghchkeit in Betracht gezogen wurde, das Radium sei kein Element, sondern ein — vielleicht Helium enthaltendes — verhältnismäßig l)e- ständiges, in langsamer, aber stetiger Zer- s:>tzung begriffenes ,, Radikal", dessen Salze zu den Salzen der Erdalkalimetalle in ähnlicher Beziehung stünden, wie etwa die Salze des Ammoniums zu den Salzen der Alkalimetalle. Da das ,, Ammonium" der Erdalkalii'eihe das ,,Diammonium" (Hydrazin) ist, hätte man an ein Helium-Analogon des Hydrazins denken können. Der experimentelle Nach- weis jedoch, daß auch das elementare (me- tallische) Radium ohne Einbuße seiner radioaktiven Eigenschaften als vollkommenes Analogen des metalhschen Barjiims existenz- fähig ist, nahm allen solchen Anschauungen den Boden. P. Curie und A. Debierne (58) stellten durch Elektrolyse wässeriger reiner Radiumchloridlösungen mittels Quecksilber- kathoden zunächst Radiumamalgam dar und destillierten aus diesem das Quecksilber unter vermindertem Druck in einer Wasser- stoffatmosphäre ab, Avobei reines metaUisches Radium hinter blieb. Es stellt ein glänzend- I weißes Metall dar, das viel flüchtiger als J Baryum ist und an der Luft infolge einer außerordenthch großen Neigung zur Nitrid- bildung rasche Zersetzung erleidet. E. E b - 1 e r (59) gewann durch Auflösen eines etwa 9 '^Q Radiumcarbon at enthaltenden Radium- Bariumcarbonats in wässeriger Stickstoff- wasserstoffsäure zunächst ein entsprechend Radiumazid enthaltendes Baryumazid und bewirkte weiterhin durch Erhitzen dieses im Vakuum einen Zerfall im Sinne der Glei- chung : Ra(N3)2 = Ra + 3N2 wodurch ein etwa 9 proziges metallisches Radium-Barium von normaler Aktivität in Form eines Metallspiegels erhalten wurde. Radiumamalgam ist schon seit längerer Zeit bekannt. Nach der von Curie und Debierne gelegentlich der Darstellung des metallischen Radiums angewandten elek- trolytischen Methode hatten schon früher A. C 0 e h n (60) und E. W e d e k i n d (61) barjnimhaltiges Radiumamalgam hergestellt. W. Marckwald(62) zeigte, daß man durch Behandlung von Radium-Barjiimchlorid- lösungen mitNatriumamals;amradiumhaltiges Berj^lliunigTuppe (Eadium) BarATimamalgam gewinnen kann, und daß das Verhältnis Ra/Ba im Amalgam um ein Vielfaches größer ist, als in der wässerigen Lösung, von der man ausging. 6. Elektrochemie. Wir schreiben dem Radium das Doj)pelte des 113,2 betragenden H-Aequivalentes zu auf Grund der weit- gehenden Analogien, die die Verbindungen des Radiums mit denen des Baryums zeigen und nehmen in -den Lösungen der Radium- salze die Existenz des 2 wertigen Radium- Kations an. F. Kohlrausch imd F. Henning (63) bestimmten unter Verwendung von ca. 8 mg RaBrg + 2H2O das elektrolytische Leitver- mögen dieses Salzes in Konzentrationen zwischen V20 und Vi 2 000 n-Lösungen und fanden es unter Zugrundelegung des Atom- gewichts 225 für Radium völlig normal und analog der Leitfähigkeit der Baryumsalze. Das Aequivalent-Leitvermögen für unend- liche Verdünnung wurde bei 18" unter Zu- grundelegung Ra = 225 zu etwa 125 bis 126 gefunden. Daraus ergibt sich für die lonen- beweglichkeit des (halben) Radiumatoms in AVasser : iRa/, = 57,4; und analog für: Ißa/ä = 55,5. Isr;, = 51,7. Ica/. = 51,8. Auch diese Untersuchungen sind eine Bestätigung des auf gewichtsanalytischem Wege bestimmten Atomgewichtes; denn bei der Annahme des Atomgewichtes Ra = 258 würde iRa/^ mit 68 aus der Reihe der lonen- beweglichkeiten des Baryums, Strontiums '• und Calciums bedeutend herausfallen. ! 7. Spezielle Chemie (Salze). Die Salze des Radiums sind in jeder Hinsicht voll- kommene Analoga der Barj'Umsalze. Ra- diumchlorid und -bromid sind in Wasser löslich, jedoch etwas schwerer, als die ana- logen Baryumsalze. Radiunichlorid und -bromid kristallisieren, wie die Baryumsalze mit 2 Mol. Kristallwasser, und sind mit den Baryumsalzen isomorph. Radiumchlorid verliert schon langsam bei 100", rascher bei 120° bis 130" das ganze Kristallwasser, und läßt sich bis 200° erhitzen, ohne sein Gewicht zu ändern (64). Radiumchlorid und -bromid sind unlöslich in konzentrierten Säuren und absolutem Alkohol. Radiumnitrat, Ra(N03)2, ist in Wasser löslich, kann aber durch frak- tionierte KristaUisation nicht vom Baryum- nitrat getrennt werden. Radiumsulfat ist noch schwerer löshch als Baryumsulfat und wird auch aus verdünnten Radiumlösungen, in denen das Löslichkeitsprodukt des Radium- sulfats nicht erreicht ist, bei der Fällung von Baryumsulfat mitgerissen (65). Radiumchlorid ist paramagnetsich; seine Magnetisierungszahl, k ist + 1,05 x 10~^ im Gegensatz zum diamagnetischen Bar\mm- chlorid, dessen Magnetisierungszahl k = — 0,40 X 10-« ist (66). Die Isomorphie der Bromide des Baryums und Radiums hat F. R i n n e (67) durch kris- tallographische Messungen bewiesen: RaBr.. + 2H2O: monoklin; Achsen Verhältnis: a: b: c - 1,4485: 1: 1,1749. ß = 65" 24'. (ac) BaBr, + 2H..0: monoklin; Achsen Verhältnis: a:b;c - 1,4449:1:1,1656. ß= 66" 30' 30". (ac) Ueber eine eigentümhche, offenbar durch die Strahlung verursachte Hydrolyse reinen RadiuWbromides an der Luft, die zuletzt unter Abspaltung allen Broms bis zum Ra- diumcarbonat führt (wobei die Präparate, ohne natürlich Einbuße an Radium zu er- leiden, ^/s an Gewicht verlieren), berichtet W. Ramsay (68). Radiumazid, Ra(N3)_ (das aber noch 91 % Baryumazid enthielt) stellte^ E. E b 1 e r (69) durch Auflösen des Carbonates in der aus- reichenden Menge Stickstoffwasserstoffsäure und Eindunsten der erhaltenen Lösung im Vakuum über Schwefelsäure dar. Die ver- mutungsweise ausgesprochene Ansicht, daß sich höherprozentige Radiumazide unter dem Einflüsse ihrer eigenen Strahlung zersetzen, bestätigte H e r c h f i n k e 1 (70). 8. Analytische Chemie. 8a) Quanti- tative B e s t i m m u n g. Außer durch die dem Baryum völlig analogen Fällungs- reaktionen und durch die später zu Idc- schreibenden sehr charakteristischen Spektral- reaktionen (Flammenfärbung, Flammen- und Funkenspektruni), welche Kriterien zur Erkennung und Bestimmung des Radiums außer in dem wichtigen Falle der direkten gravimetrischen Atomgewichtsbestimmungen nicht angewendet werden, weil sie viel zu viel von der kostbaren Substanz bedürfen, kann das Radium durch seine speziellen radioaktiven Eigenschaften, bezw. die seiner Umwandlungsprodukte erkannt und auch quantitativ bestimmt werden. Zum Nachweise des Radiums dient die charakteristische Zersetzungsgeschwindigkeit der Radiumemanation und der bei der Zer- setzung dieser sich bildenden ,, aktiven Be- schläge", Die Zersetzung der Emanation verfolgt man meistens in Verbindung mit der quantitativen Bestimmung des Radiums, indem man die zu untersuchenden Substanzen in Lösung bringt, und diese Lösungen so lange sich selbst überläßt, bis sich das Gleichgewicht zwischen Radium und Ra- diumemanation eingestellt hat. Dies ist nach je 30 Tagen erreicht; man kann die Wartezeit abkürzen, indem man die völlig entemanierten Lösungen eine gemes- sene Zeit nach dem Entfernen der Emanation zur Messung verwendet und durch Berechnuusr Berylliumgriippe (ßadiuin) 089 auf Grund der Wiederbildungsgeschwindigkeit aber mit Hilfe bequemer Tabellen von L. Ko - 1 0 w r a t (71) (Chemiker-Kalender f. 1912. IL Bd. S. 347) den Prozentsatz der vor- handenen von der maximalen Emanations- menge ermittelt. Darauf wird nun entweder durch Hindurchlassen eines Luftstromes in geeigneten Gefäßen (72) oder durch Auskochen im Vakuum (73) die gesamte vorhandene Erna- nationsmenge mit Luft gemischt in eine evakuierte lonisierungskammer übergeführt und darin der durch die Emanation unter- haltene Sättigungsstrom gemessen und die Zersetzung der Emanation durch stetige elektrometrische Bestimmungen einige Tage verfolgt. Die Radiumemanation zersetzt sich wie jede andere einheitliche radio- aktive Substanz nach einem Geschwindig- keitsgesetz 1. Ordnung im Sinne der Glei- chung : ^=Ji = e-^.t No Jo worin Nt und No die zu einer Zeit t und o vorhandenen Mengen Emanation, Jt und Jo die den zu diesen Zeiten vorhandenen Ema- nationsmengen proportionalen Sättigungs- stromstärken sind, und 7. die Geschwindig- keitskonstante für die Reaktion darstellt, die, wenn t in Sekunden gemessen wird , für Radiumemanation den Wert 2,085 x 10—® hat (74). Aus den beobachteten Xt bezw. Jt -Werten ermittelt man die beobachtete Ge- schwindigkeitskonstante aus der Gleichung 1 1 , Jo ^=t--^^^-j; und weiter die „Halbierungskonstante" H. C, d. i. die Zeit, in der sich die radioaktive Substanz gerade zur Hälfte zersetzt aus der Beziehung : H.C = j . hi2 H. C. ist für Radiumemanation = 3,85 Tage (74). Zur Bestimmung der Radiummenge er- mittelt man im Kondensator den Sättigungs- strom, der unmittelbar nach dem Üeber- fülu-en der gesamten im Gleichgewicht vor- handenen Emanationsmenge allein in der lonisierungskammer unterhalten wird. Weiterhin führt man unter denselben Bedingungen einen völlig analogen Versuch mit einer Radiumlösung von bekanntem Gehalte aus; sodann verhalten sich die beiden Sättigungsströme wie die beiden Radiummengen. In Ermangelung einer Radium-Standard-Lösung kann man sich als Vergleichssubstanz einer abgewogenen Menge eines Uranerzes bedienen, dessen Urangehalt gravimetrisch bestimmt wurde, indem man aus dem Gleichgewicht zwischen Uran und Radium: 1 g Uran = 3,4 x 10—^ g Radium oder unter Benutzung der Tabellen auf S. 983 und 984 den Radiumgehalt ermittelt. Man kann auch ganz auf das Vergleichs - präparat verzichten , und aus den von Curie und D u a n e (75) ermittelten Be- ziehung, daß die mit 1 g Radium (met) im Gleichgewichte befindliche Emanationsmenge einen Sättigungsstrom von 5,3 x 10' ESE. unterhält, aus der gemessenen Sättigungs- stromstärke die Radiummenge ermitteln; es entspricht danach eine Sättigungsstromstärke von 1 ESE. = 18,87 x 10 -^ g Radim (met). Dabei sind aber in der weiter unten be- schriebenen Weise die Dimensionen der lonisierungsräume unbedingt zu berück- sichtigen, sonst werden die Bestimmungen falsch. Besser ist es sich eines Curie sehen Zyhnderkondensators von den bestimmten Dimensionen 12,5 cm Höhe; 6,7 cm innerer Durchmesser zu bedienen, denn in einem solchen unterhält die mit 1 g Radium (met) im Gleichgewicht befindliche Radiumemanation einen maximalen Sättigungsstrom von 3,5 x 10« E.S.E. (Curie (75a)). — Unter diesen speziellen Bedingungen entspricht die Unterhaltung eines maximalen Sättigungsstromes von 1 ESE. einer Emanationsmenge, die sich mit 2,86 X 10-^ g Radium (met) im Gleich- gewicht befindet. Bei allen diesen Untersuchungen ist zu beachten, daß sich unmittelbar nach dem Ueberfüluren der Radiumemanation in die lonisierungsräume aus der Emanation aktive feste Niederschläge bilden, deren Strahlung mit zur Unterhaltung des Stromes beiträgt und deren Wirkung für die Emanation allein in Abzug zu bringen ist. Eine Formel von E. R u t h e r f o r d (76) gibt annähernden Aufschluß über die Ge- schwindigkeit des Anwachsens der Aktivität der aus Radiumemanation entstehenden ak- tiven Beschläge innerhalb kurzer Zeiten (bis etwa 30 Minuten) nach Einführung der Ema- nation in die lonisierungsgefäße und gestattet den durch die ,, Emanation allein" unter- haltenen Strom zu ermittehi: J't= Jo[(l-e-^-t) + c(l-e^-'-t)] Hierin bedeutet Jn die zur Zeit t = o von der ,, Emanation allein", J't die zur Zeit t von den ,, aktiven Beschlägen allein" bewirkte Ionisation. ;., = 48 x 10- ;.' = 3,8 x 10- c = 0,72 X sec- X sec- I sind j Konstanten 990 Berylliumgruppe ( Radium) Eine bequeme Tabelle zur direkten Ab- lesung von J't und ^ innerhalb der ersten 15 Min. gibt H. W. Schmidt (77 Che- miker-Kalender für 1912, IL Bd., S. 339). Bei der Messung des Sättigungsstromes ist auch der Druck im lonisierungsgefäß zu beachten und eventuell für mittelgroße Gefäße nach der Formel: e = i [0,0007 (760— p) + 0,002- (t — 15)] zu korrigieren (78), worin e das dem ge- messenen Strome hinzuzufügende Korrek- tionsgüed ist, um den Strom auf 760 mm Quecksilberdruck und 15» zu korrigieren, wenn zur Zeit der Messung der Druck = p, und die Temperatur = t^ betrug. Die Kor- rektion kann bis 2 % des gemessenen Wertes ausmachen. Die Methode der direkten Umrechnuug des Sättigungsstromes in die Radiummenge hat den Nachteil, daß der Sättigungsstrom auch von den Gefäßdimensionen abhängt. Duane und Laborde(79) haben gefunden, daß der Strom in einem Konden- sator von dem Verhältnis dessen innerer Oberfläche (s) zu seinem Volumen (v) ab- häugt. Die Anfangssättigungsstromstärke Jo, bezw. die maximale Sättigungsstrom- stärke Jmax (die etwa 3 Stunden nach Ein- führung der Emanation in einen Konden- sator auftritt) gemessen in E.S.E. in einem Zyhnderkondensator von der inneren Ober- fläche s und dem Volumen v, unterhalten von der Emanationsmenge, die von 1 g Radium (m e t) in 1 Sekunde er- zeugt wird (g.-sec. -Einheit der Emanations- menge) ist gegeben durch die Formeln: Jo = 5,19 1 — 0,517 und Jmax = 13,15(1 — 0,572 .- Um den Strom auf die mit lg Radium (met) im Gleichgewichte befindhche Emanationsmenge (Einheit = 1 „Curie") zu beziehen, hat man diese Werte nur mit y = 479 600 zu multipMzieren. 2 ist die Radioaktivitätskonstante der Radiumemana- tion. A=2,085xl0-Gxsec-i. Die Methode des Vergleichs mit Standard- lösungen ist im allgemeinen vorzuziehen, wenn man über zuverlässige Standardlösungen verfügt. Zurzeit noch weichen die iu den verschiedenen Laboratorien gebräuchlichen Radiumnormallösungen um etwa 20% von- einander ab, und zur Verwendung der Stan- dard-Miner aUen ist zu erwähnen, daß die Konstanz des Verhältnisses Ra/Ur in Uran- erzen, wie die Versuche von E. Gleditsch und W. Marckwald und AI. S. Russell (siehe oben S. 984) zeigen auch keine ab- solute ist. Zur Abstellung dieser Kalamität wurde auf dem Internationalen Kongreß für Radio- logie und Elektrizität in Brüssel (September 1910) eine Kommission erw^ählt, deren Auf- gabe es ist, die Anfertigung von Radium- Normalmaßen in die Wege zu leiten (80). Eine einfache sehr viel angewandte Me- thode der Mengenbestimmung des Radiums beruht auf der Messung der y-Strahlung der im Gleichgewicht (das sich nach etwa einem Monat stets eingestellt hat) vorhandeneu Menge Radium C und Vergleich dieser Strah- lung mit einem Radiumpräparat von be- kanntem Gehalte unter denselben Bedingun- gen. Diese von A. S. Eve (81) stammende Methode ist aber nur anwendbar bei Ab- wesenheit von Thoriumprodukten, denn unter diesen befindet sich das Thorium D, das ebenfalls sehr durchdringende 7- Strahlen liefert. Durch genügend dicke Bleischichten ist auch dafür zu sorgen, daß die y-Strahlung des Radium E absorbiert wird. Zur Messung bedient man sich allseitig 1 cm dicker Blei- schachteln mit übergreifendem Deckel, dessen Fuge durch einen umgelegten Bleidraht zu- geschmolzen werden kann (82). Damit diese Methode exakte Resultate hefert, ist es notwendig, daß der Radiumgehalt der beiden Präparate etwa derselben Größen- ordnung ist und daß die Verteilung der Präparate ungefähr dieselbe ist. 8b) Qualitative Bestimmung. Em viel angewandter, zuverlässiger und be- quemer Nachweis des Radiums beruht auf der sehr charakteristischen Zersetzuugsge- schwindigkeit der aktiven Beschläge, die nach langer Exposition sich aus Radium- emanation auf festen Körpern absetzen. Diese Zersetzung verläuft nach E. Ru- therford (83) im Sinne der Gleichung Jt — Jo h-h -h.t h h-h worin a^ die Radioaktivitätskonstante des Radium B = 5,38 x 10—* x sec— \ und 7.3 die Radioaktivitätskonstante des Radium C = 4,13 X 10-* X sec-i ist. Nach Einsetzen dieser Konstanten er- hält man: Jt = Jo.(4,3.e-^3.t_3,3 e-^-') eine Formel, die mit einer von P. Curie und J. D a n n e (84) mit Konstanten von Duane (85) aufgestellten Formel: Jt = Jo . [a.e-^-t — (a-l).e-'-^-t] fast identisch ist. A, = 4,13 X 10-* X sec-i, l. = 5,38 x 10-* X sec-^ ; a = 4,2). BeiylliuingTupi le ( Radium ) 991 Für die praktische Bestimmung selbst aktiviert man entweder direkt die Linen- wände der Meßkondensatoren, oder besser konzentriert man nach dem Vorgange E. R u t h e r f 0 r d s (86) die aktiven Nieder- schläge auf kleine Flächen, (z. B. Drähte) indem man letztere, während sie der Ema- nation ausgesetzt sind, auf ein hohes negatives Potential lädt. Praktische Vor- richtungen hierfür beschrieben speziell für die Untersuchungen von Quellen Sedimenten J. Elster und H. Geitel (87). Die zuletzt beschriebene Aktivierungs- methode ist der Aktivierung der ganzen Innen- wände der lonisierungsräume vorzuziehen, weil beim längeren Verweilen von Radium- emanation in den Meßkondensatoren bisweilen beträchtliche Mengen von Emanation durch kolloidale Substanzen, wie Bernstein, Hart- gummi usw. adsorbiert werden, wodurch die Abklingung der x\ktivität der „Beschläge" schwankend und unrein wird (88). Bisweilen ist es erwimscht, vor Ausführung bestimmter Messungen das Radium aus einer größeren Menge zu untersuchenden Materials zu konzentrieren. In solchen Fällen ist es zweckmäßig, nach Zusatz kleiner Mengen von Baryumchlorid mit einem Überschuß von Schwefelsäure das Sulfat des Radiums zu- sammen mit dem Baryumsulfat auszufällen, die gemischten Sulfate durch Kochen oder Schmelzen mit Soda in Karbonate überzu- führen und deren Lösung in verdünnter Säure zur Untersuchung zu verwenden (89). Man überzeuge sich jedoch in jedem einzelnen Falle durch Wiederholung der Sulfatfällung und Prüfung aller Filtrate, ob auch alles Radium ausgefällt wurde, denn bisweilen fällt Radiumsulfat, selbst bei Gegenwart von Barwmsulfat nicht vollständig aus (90). Um solche Aufschließungen zu vermeiden, die umständlich sind und immer die Gefahr in sich bergen, daß Radium in die nicht zur elektrischen Messung gelangenden Trennungs- anteile kommt, empfehlen speziell für Mine- ralienuntersuchung W. M a r c k w a 1 d und AI. S. Russell (91) die Auskochung der Emanation aus einer Lösung in konzentrierter Schwefelsäure vorzunehmen, worin sich auch Baryumsulfat auflöst. Es ist bei allen derartigen Bestimmungen zu beachten, daß bei der langsamen Fällung von Baryum- und RadiumsuÖ at ein Teil der Sulfate fein suspendiert bleibt vmd in diesem Zustande wesenthche Mengen von Radium- emanation adsorbiert und sehr langsam ab- gibt (92). Um diese Uebelstände und auch die Gefahr der Einschleppung von Radium zu vermeiden, treibt J. Joly (93) die Radium- emanation durch Schmelzen des gepulverten Materiales mit Soda-Potasche bei ca. 1100'' im geschlossenen Räume aus. Noch einfacher und zuverlässiger, weil jeden Zusatz und jede chemische Operation vermeidend, gelingen Radiumbestimnmngen in Minerahen, durch Erhitzen dieser für sich in einer Quarzröhre im elektrischen Ofen im absoluten Vakuum, unter stetem x\bpumpen der Radiumemanation mit einer Quecksilber- pumpe. Die gesammelten abgepumpten Gase, die die Emanation enthalten, werden sodann in einen lonisierungsraum übergeführt (Ebler). 8c) Trennung des Radiums vom Baryum. Diese Trennung ist von besonderer "Wichtigkeit, danach dem Vorhergehenden das Radium stets zunächst mit dem Barjoim zu- sammen abgeschieden wird. Bei der weitgehen- den Ähnhchkeit im chemisch -analytischen Verhalten der Radium- und Baryumsalze ist es klar, daß alle diese Trennungsmethoden nur Fraktionierungsverfahren sein können, die nur bei öfterer systematischer AVieder- holung zu zwei reinen Endfraktionen führen. S. Curie (94) benutzte zuerst den Löslich- keitsunterschied der Chloride von denen das Radiumchlorid das schwerer lösUche ist und das sich deshalb beider fraktionierten Krystal- lisation bei den schwerer löshchen Partien anreichert. Analog, nur durch größeren Lös- lichkeitsunterschied rascher zum Ziele führend verhalten sich die Bromide (95). Die Beob- achtung von W. M a r c k w a 1 d (96), daß sich beim Schüttehi von Radiumsalzlösungen mit Radiumamalgam ein bar\"umhaltiges Ra- diumamalgam bildet, worin das Verhältnis Ra/Ba größer ist als in der Ausgangslösung, läßt sich durch Auflösen des aktiven Amal- gams und Wiederholen der Amalgambildung mit der erhaltenen Lösung ebenfalls zu einer Anreicherung des Radiums verw^enden. A. C 0 e h n (97) zeigte, daß man diese Radium- amalgambildung sehr zweckmäßig durch Elektrolyse methylalkohohscher Lösungen von Radiumbarwmsalz unter Verwendung von Kathoden aus amalgamiertem Zink, und von Anoden aus Silber bewerksteUigen kann. B. Brauner (98) schlug vor die verschiedene Einstellung des Gleichgewichtes: RSO4 + KaoCOs^ RCO3 + Na,S04 je nachdem R = Radium oder Baryum ist, zur Anreicherung des Radiums zu verwenden, indem man nach Entfernung des x\llcali- sulfates mit verdünnter Säure das gebildete Erdalkalikarbonat herauslöst. 0. Brill (99) zeigte, daß man die Karbonate von Barjnim, Strontium und Calcium durch verschieden starkes Erhitzen einzehi zerleaen kann ; des- halb machte A. Thiel (100) den weiter nicht experimentell geprüften Vorschlag, die verschiedene Zersetzungstemperatur der Kar- bonate des Radiums und des Baryums zur Anreicherung zu benutzen. A. Stock und H. Heynemann (101) zeigten, daß man Radium von Baryum durch 992 BeiyUiumgruppe (Radium) fraktionierte Sublimation der Bromide im Vakuum trennen kann, indem das Radium- bromid schwerer flüchtig ist, als das Baryum- bromid, die Sublimationsrückstände mithin radiumreicher sind, als das Ausgangsmaterial. E. Ehler und M. Fell n er (102) reichern Radium durch ,, fraktionierte Adsorption" an, den Umstand benutzend, daß viele kolloidale Substanzen ein außergewöhnlich hohes Ad- sorptionsvermögen für Radiumsalze haben, derart, daß aus Radium-Barj^umsalzlösungen vielmehr Radium, als Baryum adsorbiert wird. Durch Verwendung solcher Kolloide, die sich nach erfolgter Adsorption leicht wieder ent- fernen lassen (wie z. B Kieselsäure durch Ver- flüchtigung als Siliciumfluorid oder durch Dialyse und Elektrolyse) kann man die Ad- sorption zu einer ,. fraktionierten" gestalten. 9. Thermochemie (Umwandlung). Als instabiles Gebilde gibt das Radium, während es durch verschiedene (ebenfalls unbeständige) Zwischenstufen einem endgiltigen chemischen Gleichgewichtszustand, dessen einer Bestand- teil das Blei zu sein scheint, zueilt, beträchthche Mengen von Energie, zunächst in Form von Elektronenstrahlungen ab, durch deren Ab- sorption im Salze selbst und in dem umgeben- den Medium Wärme und kurzwellige elektro- magnetische Strahlung (^/-Strahlung ?) ent- steht. Da man auch die letztere durch geeig- nete dicke Absorptionsschichten in Wärme überführen kann, so ist die in geeigneter Appa- ratur gemessene Gesamtwärmeabgabe des Radiums das beste Maß für die gesamte beim Zerfalle abgegebene Energie. Die neuesten und offenbar auch genauesten Messungen dieser Wärmeentwickelung an reinstem Ra- diumsalz gemessen stammen von E. v. Schweidler und V. F. Heß (103). Diese Forseher bestimmten in einem Differential- kalorimeter unter Verwendung von 1,0523 g reinem wasserfreien Radiumchlorid das 99,3% Ra CUund mithin 0,7951g metaUischesRadium enthielt die von 1 g Radium (met) im Gleich- gewichte mit seinen Umwandlungsprodukten in der Stunde entwickelte Wärmemenge zu 118,0 Grammkalorien, mit einer Unsicherheitk von 1%. Diese Unsicherheit rülu-t nicht von \ Beobachtungsfehlern, sondern daher, daß der Gehalt des verwendeten Präparates an Ra- dium auf Yz%y imtl der Gehalt des Präparates an den langlebigen Umwandlungsprodukten des Radiums, insbesondere an Polonium in- folge des jugendlichen Alters des Präparates (etwa 2 Jahre), nicht genau angegeben werden konnte. Einen Überblick über die früheren, weniger genauen Bestimmungen gibt folgende Zu- sammenstellung (104): Die genaue Kenntnis der von einer be- ^ ^ Wärme Q Autoren Prtäparat Methode /cal\ Utdej P.Curie u. A.Laborde (105) 1 g 17 % iges Bromid 100 Runge u. J. Pracht (106) — . — 105 E. Rutherford u. H. T. Barnes (107) 30 mg reines Bromid Differential-Luftthermometer HO J. Precht (108) 34 mg reines Bromid Eiskalormeter 113.3 K. Angström (109) 90 mg reines Bromid Elektr. Kompensationskalorimeter 117 J. Precht (110) 25 mg reines Bromid Eiskalorimeter 134 stimmten Menge Radium abgegebenen Wärmemenge in Verbindung mit der Kennt- nis des oben (S. 984) mitgeteilten mittleren Radiumgehaltes der Gesteine bildet die we- sentliche Grundlage für die Neuberechnung des Wärmehaushaltes der Erde. Nach den Rechnungen von E. R u t h e r f 0 r d und Kelvin (111) genügt eine jährliche Wärmeent- wicklung von 2,2xlO~^ Grammkalorien pro Jahr und pro ccm Erdsubstanz um die Tempe- ratur der Erde konstant zu halten; da nun nach den soeben mitgeteilten kalorimetrischen Messungen 1 g Radium pro Jahr rund -1034000, Grammkalorien Wärme im radio- aktiven Gleichgewicht entwickelt, würden etwa 2,1 X 10""'"^ g Radium (met) pro ccm Erdmasse genügen diesen Wärmebedarf zu entwickeln. Unter der Annahme eines mitt- leren spezifischen Gewichts von 2,7 für die bekannte feste Kruste der Erde, und Berück- sichtigung des weiter oben (S. 984) mitgeteilten Radiumgehaltes von im Durchschnitt etwa l,7xl0~"^^g Radium (met) pro 1 g Gestein, ermittelt sich aber der durchsclmitthche Radiumgehalt in 1 ccm der bekannten festen Erdrinde zu etwa 4,6 x 10""^^ g Radium (met\ also einer bedeutend größeren Menge, als zur Deckung des Wärme Verlustes notwendig ist. Man muß deshalb mit R. I. Strutt, (112) A. S. Eve (113) und J. Koenigs- b e r g e r (114) annehmen, daß die Haupt- menge des Radiums nur in einer dünnen Oberflächenschale der Erdrinde enthalten ist, oder mit M. L e v i n (115) die Annahme machen, daß unter den Bedingungen im Innern der Erde der Zerfall des Radiums langsamer, oder unter Energieaufnahme gar in umgekehrter Richtung vor sich geht. // A^ * (2^/"^ öm^.M'^^^yT^^Ä. V- O y- ^ -w.^ (TT ■^. / bestäubung, Nachbar- und Geschwisterbe- die Bestäubung vollzogen werden kann. stäubung zusammen, die miteinander die Pollinationstypen. A. Selbstbe- nahe Verwandtschaft der beiderlei Gameten stäubung (Autogamie, direkte, homo- kline Bestäubung). Die Narbe wird mit und namentlich ihrer Kerne gemeinsam haben; Exo gamie (heterogenetische Be- Pollen belegt, der aus derselben (zuständigen) stäubung) nennt man gemeinsam die Kreuz-, Blüte stammt, welcher auch das weibliche Blendlings- und Bastardbestäubung, bei denen Organ angehört. Selbstbestäubung kann ohne die beiderseitigen Gameten nicht miteinander fremde Einwirkung eintreten und wird dann verwandt sind. Amphigam sind solche als spontane bezeichnet, oder sie kann Pflanzen, die sich je nach Umständen bald durch äußere Einwirkung vermittelt werden, auf exogamem, bald auf endogamem Wege Je nach der Struktur der Blüten ist sie fortpflanzen. Unter Doppelbestäubung möglich oder unmöglich, unvermeidlich, be- (gemischter Bestäubung) versteht man die günstigt, erschwert oder verhindert. Zw- angs- Belegung einer Narbe mit zweierlei Pollen- bestäubung nennt man die in geschlossen sorten. bleibenden Blüten unvermeidlich eintretende 4. Die Folgen der Bestäubung machen spontane Autogamie; als Afterbefruch- sich im allgemeinen an allen Teilen der tung bezeichnete Gärtner eine von dem j Blüte geltend, w-elche in den Zustand der Beobachter nicht bemerkte Selbstbestäu- Nachblüte (Postfloration) eintritt. Da- bung. * bei wellten und vertrocknen die Blüten- B. Fremdbestäubung (Allogamie, organe, deren Verrichtung mit dem Eintritt indirekte, heterokline Bestäubung). Der zur der Bestäubung beendet ist, und fallen Bestäubung dienende Pollen gehört einer häufig ab; so in der Kegel die Staubblätter anderen Blüte an als das bestäubte weib- und vom Gynaeceum die Griffel und Narben, liehe Organ. Fremdbestäubung kann in der Die Dauer der Blütenhüllen, denen oft noch Regel mir durch äußere Hilfe vermittelt die Rolle eines Schutzorganes für die sich werden und ähnlich wie die Selbstbestäubung entwickelnde Frucht zufällt, kann sehr im einzelnen Falle möglich oder unmöglich, verschieden sein, und sie können nach der notwendig, begünstigt, erschwert oder ver- Bestäubung noch wachsen und (karpo- hindert sein. Gehören die bei der Bestäubung tropische) Bewegungen ausführen. Diese miteinander verl)undenen Geschlechtsorgane Postflorationserscheinungen werden teils Blüten derselben Species an, so nennt man durch den auf die Narbe gelangenden Pollen, die Bestäubung einartig, in anderen Fällen und zwar bei den Orchideen durch einen den artfremd. Nach dem Verw^andtschafts- Pollenkörnern äußerlich anhaftenden Reiz- grade zwischen der im Pollenkorn entwickel- stoff, teils durch die auswachsenden Pollen- ten männlichen und der im Embryosack schlauche induziert. Auch andere Blüten- enthaltenen weiblichen Gamete, deren Ver- organe, wie die Blütenachse, ferner Hoch- schmelzung durch die Bestäubung vorbe- blätter, Blütenstandsachsen und Blüten- reitet wird, lassen sich folgende Formen stiele können während der Nachblüte be- der Fremdbestäubung unterscheiden. stimmten Veränderungen unterhegen, Be- 1. Nachbarbestäubung (Geitono- wegungen ausführen usw. gamie); die Gameten sind in verschiedenen Die wichtigsten Veränderungen, Blüten desselben Pflanzenindividuums ent- welche infolge der Bestäubung an den standen. 2. Geschwisterbestäubung (Adel- phogamie); die Gameten stammen von verschiedenen Individuen derselben Art ab. Blüten eintreten, betreffen aber den Frucht- knoten und die Samenanlagen, an deren Eizelle die Befruchtung stattfindet, welche als die normale Folge der Bestäubung zu 1002 Bestäubung bezeichnen ist. Sie führt zur Ausbildung eines Embryos aus der befruchteten Ei- zelle, eines Samens aus der Samenanlage, einer Frucht aus dem Gynaeceum der Blüte, und die Folgen einer unvollkommenen Befruchtung machen sich an diesen Organen in der Regel in der angeführten Reihenfolge geltend. Die größere oder geringere Wirk- samkeit der Bestäubung hinsichtlich der Befrachtung hängt bei normaler Be- schaffenheit der weiblichen Organe von der Natur des die Bestäubung veranlassenden Pollens ab: die Belegung einer Narbe mit zu wenig Pollenkörnern kann das Ausbleiben der Befruchtung an einer Anzahl von Samen- anlagen zur Folge haben, alter Pollen zur Produktion von Pollenschläuchen unfähig sein, vor allem aber hängt der Erfolg davon ab, in welchem Verwandtschaftsgrad der durch das Pollenkorn repräsentierte männliche Gamet zu dem zu befruchtenden weiblichen steht. Somit sind im besonderen die Folgen der unter 3 aufgeführten Be- stäubungsarten sehr abweichend unter- einander. 1. Selbstbestäubung hat nicht selten normale Frucht- und Samenbildung zur Folge; man bezeichnet diese Erscheinung als Selbstbefruchtung (Autokarpie) und die Pflanzen, die ein solches Verhalten zeigen, als selbstf ertil. In zahlreichen Fällen hat man aber verminderte Frucht- barkeit als Folge von Selbstbestäubung fest- gestellt, die bei verschiedenen Pflanzen in allmählichen Abstufungen bis zu völliger Unfruchtbarkeit führen kann; dann spricht man von teilweiser oder völliger Selbst- sterilität. 2. Fremdbestäubung kann, sofern sie endogam ist, in ihren Folgen ganz mit der Selbstbestäubung übereinstimmen, also volle oder verminderte Fruchtbarkeit oder auch Unfruchtbarkeit nach sich ziehen; führt sie zur Fnichtbarkeit, so nennt man den Vorgang Allokarpie im allgemeinen, mit den auf Nachbar- und Geschwisterbestäubung zu- rückgehenden Formen der Geitono- und Adelphokarpie. Von den exogamen Fremdbestäubungen ist nach allen vor- liegenden Erfahrungen die Kreuzbestäubung diejenige, welche bezüglich der Hervor- bringung von Samen und Früchten unter allen Bestäubungsarten die besten Ergeb- nisse liefert, also zu einer vollkommenen Kreuzbefruchtung (Xenokarpie) führt. Blendhngsbestäubung veranlaßt in der Regel gute Ausbildung von Samen und Früchten (Nothokarpie), Bastardbestäu- bung dagegen nur, wenn die miteinander verbundenen Arten in einer näheren Ver- wandtschaft stehen, z. B. Gattungsgenossen sind; in solchen Fällen tritt Bastardierung (Hybridokarpie) ein. Unwirksamkeit der Bestäubung wird demnach besonders bei zu naher und bei zu geringer Verwandtschaft der beiderlei Gameten beobachtet, und wenn sie für die letzteren Fälle wohl schließlich auf eine Strukturverschiedenheit der Gametenkerne, die eine Vereinigung ihrer Chromosomen nicht gestattet, zurückzuführen ist, so unter- bleibt doch auch nicht selten bereits die Keimung der Pollenkörner auf der Narbe, oder ihre Pollenschläuche wachsen nicht bis zu den Samenanlagen. Als Ursache der Selbststerilität ließ sich in einzelnen Fällen ebenfalls zu schwaches Wachstum der Pollenschläuche, in anderen Unter- bleiben der Keimung der Pollenkörner auf der Narbe, weil diese erst durch Insekten- besuch für diese Keimung geeignet gemacht wird, nachweisen; andere mögliche Ursachen, wie Versagen der Zuleitung der Pollen- schläuche zu den Samenanlagen, Ungeeignet- heit der Sexualzellen zur Verschmelzung, geringe Entwickeln ngsfähigkeit des Pro- duktes ihrer Verschmelzung, sind noch nicht experimentell geprüft worden. Diese Ver- hältnisse machen es verständlich, daß bei Doppelbestäubungen, wie sie in freier Natur sehr oft vorkommen, und gegen die an den Blüten keine Schutzmittel ausgebildet sind, im allgemeinen einartige Bestäubung über artfremde, allogarae über autogame, xeno- game über endogame Bestäubung die Ober- hand gewinnt, artfremde Bestäubung ge- wöhnlich einflußlos ist und die normale Be- fruchtung nicht hindert. Aus diesem Abschnitt ergibt sich, daß zum Eintritt einer vollkommenen Befruch- tung nicht nur Bestäubung schlechthin, auch nicht unbedingt jede einartige Be- stäubung erforderlich ist, sondern die Be- legung der Narbe mit Pollen von einer ganz bestimmten Herkunft, die nicht in allen EinzeLfäUen die gleiche sein braucht. Man kann denjenigen Pollen, der bei jeder Pflanzenart die beste Einwirkung auf die Ausbildung von Samen und Früchten äußert, den legitimen Pollen nennen. Es handelt sich nun in den Blüten sehr häufig nicht nur darum, womöglich die wirksamste Bestäubungsart herbeizuführen, sondern auch andere, weniger wirksame, aber vielleicht einfacher zu erreichende Bestäubungsmöghch- keiten nicht aufzugeben; deswegen finden wir in reichster und mannigfaltigster Ausbil- dung neben Einrichtungen zur Sichening der Allogamie auch solche znr Herbeiführung der Autogamie, von denen bei einer bestimmten Pflanzenart bald die eine, bald die andere zu üebergewicht und Vorherrschaft gelangen kann. 5. Einrichtungen an den Blüten zur Sicherung wirksamer Bestäubung. 5a) Einrichtungen zur Sicherung Bestänbvm"' 1003 der Selbstbestäubung. 1. Die bei den Blüten in durchaus überwiegendem Maße verkommende Zwitterigkeit (Hermapliro- ditismus, Androgynie, Monoklinie), d. li. das Nebeneinanderstehen männlicher und weib- licher Organe in derselben Blüte begünstigt wegen der geringen räumlichen Entfernung zwischen Antheren und Narben deren Be- legung mit Pollen derselben Blüte. 2. Sie wird in Zwitterblüten nicht selten in noch höherem Grade gesichert oder selbst un- vermeidlich, wenn die belegungsfähige Narbe und der freigewordene Pollen einander un- mittelbar berühren. 3. Wachstumsbewegungen • der Staubblätter bringen die geöffneten und mit Pollen bedeckten Antheren in Berührung mit der empfängnisfähigen Narbe. Dies ge- schieht durch Verlängerung der Staubfäden. die anfänglich kürzer waren als das Pistill, durch Herüberneigen oder durch Biegungen der Staubblätter gegen die Narbe. 4. Wachstumsbewegungen und Ge- staltveränderungen der Griffel und Narben führen nicht selten dazu, die Narben mit dem an seiner Stelle liegen bleibenden Pollen in Berührung zu bringen, nämlich Verlängerung oder Verkürzung, Neigungen, Biegungen und Einrollungen des Griffels, sowie Biegungen und Rollungen der Narben- äste (z. B. bei Campanulaceen und Compo- siten). ö.'Stellung der empfängnisfähigen Narbe unterhalb der Antheren, so daß abbröckelnder oder mehliger Pollen, der von selbst aus den Antheren herausfällt, die Narbe trifft. Mitunter wird durch Biegungen des Blütenstieles oder der Geschlechtsorgane eine solche gegenseitige Stellung der Be- stäubungsorgane erst im Verlaufe des Blühens herbeigeführt. 6. Bewegungen der Blütenhüll- blätter durch Wachstum während des Blühens, beim Oeffnen und Schließen der Blüten oder beim Verblühen führen dazu, entweder die geöffneten x\ntheren oder in der Blüte an bestimmten Stellen abgelagerten Pollen an die Narben anzudrücken. 7. Zwitterblüten, welche immer ge- schlossen bleiben, gestatten fast in allen Fällen, bei den einheimischen Pflanzen aus- nahmslos, nur den Eintritt spontaner Selbst- bestäubung unter Ausschluß von Fremdbe- stäubung. Sie werden kleistogam genannt, während als kleistopetal solche Blüten (nur in der Familie der Bromeliaceen be- kannt) von ihnen unterschieden werden, die sich auch niemals öffnen, aber dennoch Einrichtungen zum Vollzug von Fremdbe- stäubung besitzen. Kleistogamie findet sich nicht eben selten in sehr verschiedenen, untereinander in keinem näheren Verwandt- ochaltsverhältnis stehenden Familien bald regelmäßig, bald mehr nebensächlich, teils als habituelle erbliche, von äußeren Ein- flüssen unabhängige Erscheinung, teils als Folge äußerer Einwirkungen. Bei habitueller Kleistogamie (Fig. 5) sind die Blütenorgane infolge einer Entwickelungshemmung nach Größe und oft auch ihrer Zahl nach erheblich reduziert; man spricht dann von echter oder Archikleistogamie. Dabei tritt eine echte Zwangsbestäubun^ ein, entweder mit Auf- springen der an der Narbe unmittelbar an- liegenden Antheren verbunden, oder unter Fig. 5. Kleistogarae Blüte von Lamium amplexi- caule im Längsschnitt, Sfach vergrößert. Durchwachsen der Pollenschläuche durch die geschlossen bleibende x\ntherenwand (Kleist- antherie). Als doppelte Kleistogamie hat man den bei einigen Gräsern beob- achteten Vorgang bezeichnet, daß aus kleisto- gamisch blühenden Aehrchen zusammen- gesetzte Blütenstände ihrerseits noch in einer Blattscheide eingeschlossen bleiben. Kleisto- game Blüten, in denen die Bestäubungsorgane keine oder keine erhebliche Reduktion er- fahren haben, nennt man pseudokleisto- gam, und in ihnen findet eine unechte Zwangsbestäubung statt: auch ihre Kleisto- gamie kann habituell sein, außerdem gehören zu ihnen die Hydrokleistogamen, bei denen die Kleistogamie infolge derUeber- flutung der Blüte mit Wasser hervorgerufen wird, die Photokleistogamen, wo sie durch Lichtmangel, die Xerokleistogamen, wo sie durch zu geringe Wasserzufuhr, und die Thermokleistogamen, wo sie durch zu niedere Temperatur verursacht wird. Unter Hemikleistogamie versteht man gewisse Uebergänge zwischen kleistogamen und offenen Blüten. Kleistogame Blüten pflegen von voller Fruchtbarkeit zu sein. Nur in sehr seltenen Fällen besitzt eine Pflanzenart ausschließlich kleistogame Blüten, fast immer bringt sie neben solchen auch noch offen blühende hervor. 8. Als Knospenbefruchtung bezeich- net man den bei einigen Orchideen beobach- teten Vorgang, daß die Bestäubung schon vor dem Aufgehen der Blüte eintritt, die sich im übrigen später in normaler Weise öffnet. 9. DieHomogamie, d.h. die gleichzeitige Geschlechtsreife der männlichen und der weib- 1004 Bestäiibiuiü- liehen Organe innerhalb derselben Zwitter- blüte, kann je nach dem sonstigen Bau der Blüte nicht nur Autogamie, sondern auch spontane Selbstbestäubung in verschiedenem Grade begünstigen. 5b) Einrichtungen zur Sicherung wirksamer Fremdbestcäubung oder Kreuzbestäubung. 1. Das Aufgehen der Blüten (Chasmopetalie) aus dem ge- schlossenen Knospenzustand zur Zeit der völligen Ausbildung der Bestäubungsorgane ist der durchaus typische und weitaus häu- figste Vorgang, durch den die Geschlechts- organe freigelegt und die Narben für die Möglichkeit einer Fremdbestäubung expo- niert werden. Die Bestäubung bei geöffneter Blüte wird im Gegensatz zur Kleistogamie als Chasmogamie bezeichnet. 2. Trennung der Geschlechtsorgane | nach verschiedenen Blüten, also Ein- geschlechtigkeit (Diklinie) derselben] macht Fremdbestäubung zur allein mög- ; liehen Bestäubungsweise. Die Geschlechter- trenming ist entweder so entwickelt, daß männliche und weibliche Blüten sich auf demselben Pflanzenindividuum be- finden (Einhäusigkeit, Monöcie), oder so daß die beiderlei Blüten auf verschiedene Pflanzenstöcke verteilt sind (Zweihäusig- keit, Diöcie); in letzterem Falle ist nur Kreuzbestäubung, im ersteren daneben auch Naehbarbestäubung möglich; doch wird auch hier Kreuzung begünstigt, wenn die männli- chen und weiblichen Blüten nicht gleich- zeitig zur Geschlechtsreife gelangen, sondern hierin entweder die männlichen (Metagynie) oder die weiblichen vorauseilen (Metandrie). Von zahlreichen Pflanzen mit eingeschlechti- gen Blüten hat man Grund anzunehmen, daß auch ihre Vorfahren immer eingeschlechtige Blüten gehabt haben; man bezeichnet sie deshalb als primär oder ursprünglich einge- schlechtig und stellt sie damit den sekundär i oder nachträglich eingeschlechtigen gegen- über, bei denen die Abstammung von zwitter- blütigen Vorfahren und ein allmähliches Ver- kümmern der einen Art von Geschlechts- organen in der Zwitterblüte wahrscheinlich ist. 3. Die sekundär diklinen Pflanzen hängen mit den zwitterblütigen durch Formen zu- sammen, bei denen die Blüten morphologisch beiderlei Geschlechtsorgane aufweisen, die eine Gruppe aber soweit rückgebildet ist, daß sie zur geschlechtlichen Funktion unfähig geworden ist, die Blüten also physiologisch als eingeschlechtig zu betrachten sind. Solche Blüten nennt man schein zwitterig; bei den weiblich fungierenden öffnen sieh die Antheren der Staubblätter nicht und ent- halten häufig verkümmerte Pollenkörner, die anderen zeigen verkümmerte Pistille, an denen sieh keine Narben ausbilden und die Samen- anlagen nicht befruchtungsfähig sind. Man hat von derartigen Blüten auch die ersteren adynamandrisch oder gynodynamisch, die letzteren adynamogynisch oder an- drodyna misch genannt. 4. Unter Polygamie (Vielehigkeit) ver- steht man diejenige Ausbildung von Blüten, bei der an einer und derselben Pflanzenart neben Zwitterblüten auch eingeschlechtige auftreten, die selbstverständlich nur zur Herbeiführung von iVllogamie dienen können, während die Zwitterblüten je nach ihrer Ein- richtung Fremd- oder Selbstbestäubung er- möglichen. Polygamie ist unter den Blüten- pflanzen sehr verbreitet und hat sich in mancherlei Abstufungen und Zusammen- stellungen ausgebildet, die mit bestimmten Bezeichnungen belegt werden: Andromonöcie: neben Zwitterblüten kommen männliche auf demselben Pllanzen- stoek vor. Androdiöcie: neben zwitterblütigen Stöcken gibt es solche mit lauter männlichen Blüten. Gynomonöcie: Zwitterblüten und weib- liche Blüten sind auf demselben Individuum vorhanden. Gyno diöcie: zwitterige und weibliche Blüten sind auf getrennte Individuen ver- teilt. Trimonöeie (Cönomonöcie): auf dem- selben Pflanzenstock sind zwitterige, männ- liche und weibliche Blüten vorhanden. Triöcie (Dreihäusigkeit): zwitterige, männliche und weibliche Blüten sind auf dreierlei verschiedene Pflanzenstöcke verteilt. Innerhalb dieser Gruppen gibt es Ueber- gänge und mancherlei Variationen; u. a. kann dieselbe Pflanzenart andromouöcisch und androdiöcisch, oder gynomonöcisch und gyno- diöcisch auftreten, ein Verhältnis, das als Pleogamie bezeichnet wird (vgl. den Artikel „Geschlechts Verteilung"). 5. Geschlechterspaltung heißt die Er- scheinung, daß bei Zwitterblüten Sexual- formen auftreten, die ohne Verkümmerung des einen oder anderen der beiderlei Bestäu- bungsorgane trotzdem physiologisch die Blü- ten in verschiedenem Grade eingeschlechtig machen. Der häufigste hierher gehörige Fall ist: a) die Dichogamie, d. h. die ungleich- zeitige Geschlechtsreife der beiderlei Be- stäubungsorgane, so daß demnach die Blüte in physiologischer Hinsicht zeitweise als ein- geschlechtig betrachtet werden muß. In den ausgeprägten Fällen eilt die eine Kategorie der Bestäubungsorgane der anderen in der Entwickelung so weit voraus, daß sie bereits al)geblüht und funktionslos sind, wenn die nachfolgende Kategorie sich völlig ausge- bildet hat ; dann befindet sich die Blüte wäh- rend ihrer ganzenDauer in einem eingeschlech- BesläulMiiu 1005 tigen Zustand und kann nur der Allogamie dienen. Nicht selten werden al)er die später entwickelten Sexualorgane bereits geschlechts- reif, wenn die früher ausgebildeten des anderen Geschlechtes noch nicht ganz verblüht sind; dann macht also die Blüte einen mittleren Zwitterzustand durch, in dem Selbstbestäu- bung möglich ist. Die Dichogamie tritt in zwei Formen auf: Protandrie (Proterandrie, Vormännlich- keit, Erstmännliclikeit, Staubblattvorreife, Pollenvorreife) ; in der Zwitterblüte ent- wickeln sich zuerst die Staubblätter, später die Narben zur Geschlechtsreife (Fig. 6). Fig. 6. Protandrische Blüte von Saxifraga aizoides, von der Seite gesehen. 2 fach ver- größert. A erster, männlicher Zustand mit 2 aufgesprungenen Antheren 2 und 3. B späterer, weiblicher Zustand mit entwickelten Narben. Protogynie (Proterogynie, Vorweiblich- keit, Erstweiblichkeit, Narbenvorreife); in der Zwitterblüte eilen die Narben in ihrer Entwickelung den Staubblättern voraus (Fig. 7). Liegt zwischen den beiden eingeschlech- tigen Stadien einer dichogamen Blüte kein B Fig. 7. Protogynische Blüte von Euphrasia lutea, von der Seite gesehen. 3 fach vergrößert. A junge, noch nicht geöffnete Blüte im weib- lichen Zustand. B ältere, völlig geöffnete Blüte im männlichen Zustand. oder ein nur kurzes zwitteriges Stadium, so nennt man die Dichogamie ausgeprägt; da- gegen schwach, wenn das zwitterige Stadium von überwiegender Zeitdauer ist. In diesem Falle nennt man die Erscheinung auch Ho m o - dichogamie und unterscheidet protan- drisch-homogame und protogynisch- homogame Blüten. Das Schwanken einer Spezies zwischen protandrischer und protogynischer Dicho- gamie heißt Hetero dichogamie, das Schwanken zwischen Homo- und Dicho- gamie Homo dichogamie. b) Herkogamie ist eine Blüteneinrich- tung, bei der in einer Zwitterblüte trotz gleichzeitiger Entwickelung der beiderlei Geschlechtsorgane durch die räumliche An- ordnung der Staubbeutel und Narben spon- tane Selbstbestäubung unmöglich, Autogamie überhaupt erschwert und Allogamie durch äußere Hilfe begünstigt wird. c) Heterostylie (Verschiedengriffelig- keit) wird das Vorhandensein verschiedener Blutenformen auf getrennten Stöcken einer und derselben Pflanzenart genannt, wobei die Blüten einen Unterschied in den Höhen- stufen zeigen, die von den Narben und den Staubbeuteln in jeder Blüte eingenommen werden. Die Höhe, in der die Narben stehen, hängt von der Länge der Griffel ab, die Höhe, in der sich die Antheren befinden, von der Länge oder auch von der Einfügungsstelle der Staubfäden. Oefters nehmen die Narben einerseits, die Staubbeutel andererseits in jeder Blütenform zwei verschiedene Höhen- stufen ein (Fig. 8) und es existieren demgemäß Fig. 8. Bestäu- bungsorgane der dimorph hetero- stylen Blüten von Forsythia su- spensa. 4 fach vergrößert. Aaus der kiirzgriffe- ligen , B aus der langgriffeligen Form. zwei Blutenformen, in denen diese Höhen sich wechselweise entsprechen; man unter- scheidet sie als langgriff elige (mit unter- halb der Narben stehenden Antheren) und kurzgriffelige (mit unterhalb der Anthe- ren stehenden Narben), und nennt die ganze Erscheinung Dimorphismus (Hetero- distylie). Seltener sind in einer heterostylen Blüte drei Höhenstufen ausgeprägt (Fig. 9), wovon eine vondenNarben, die beiden anderen von zwei Staubblattgruppen eingenommen werden (Trimorphismus, Heterotristy- lie); dann tritt zu der lang- und kurzgriff e- ligen Blutenform noch eine mittelgriff e- lige. Durch eingehende Versuche ist fest- gestellt, daß die Heterostylie die Kreuzung der mit den verschiedenen Blütenformen aus- gestatteten Pflanzenstöcke herbeiführt, weil die wirksamsten und zugleich die von den bhlmenbesuchenden Insekten am häufigsten bewirkten Bestäubungen immer diejenigen sind, die sich zwischen den Geschlechtsorga- nen gleicher Höhenstufe, also getrennter lOOG Bestäiibuns: Indi\iduen, abspielen. Es sind also in jeder ßlüte die Bestäubuns:sorgane nicht gegenüber den andersgeschlechtigen derselben Blüte und desselben Pflanzenstockes, sondern nur gegenüber denen von anderen Stöcken vorzugs- weise funktionsfähig. Bisweilen kommt ein Schwanken der Blüten derselben Spezies zwischen Heterostylie und gleichbleibender Griffellänge (Homostylie) vor; solche Blü- ten heißen homoheterostyl. Mit der Heterostylie darf nicht die Ani- sostylie (Ungleichgriffeligkeit) verwechselt werden, bei der zwar auch die Griffellänge in verschiedenen Blütenformen schwankt, aber homogamen Blüten werden oft die Bestäu- bungsorgane in eine gegenseitige Stellung gebracht, welche Allogamie begünstigt oder ermöglicht, Autogamie aber erschwert oder ausschließt. 9. Die früher (unter 4) erwähnte Selbst- sterilität verhindert zwar nicht den Ein- tritt von Selbstbestäubung, macht sie aber unwirksam und demgemäß die Allogamie allein wirksam. Den selbststerilen Pflanzen stehen solclie nahe, in deren Blüten bei gleich- zeitiger Bestäubung mit eigenem und mit xenogamem Pollen der letztere einen über- wiegenden Einfluß ausübt und die Befruch- Fig. 9. Trimorph heterostyle Blüten von Lythrum salicaria im Lcängsschnitt. 3 fach ver- größert. A langgriffelige, B mittelgriffelige, C kurzgriffelige Form. das entsprechende Verhalten der Staub- blätter fehlt und ein Nutzen für die Erzielung der Befruchtung nicht bekannt ist. 7. Enantiosty lie (Rechts- und Links- griffeligkeit) ist eine Blütenstruktur, bei der die beiderlei Bestäubungsorgane nach den beiden Seiten der Zwitterblüte so herüber- gebogen sind, daß Insekten, welche die Blumen besuchen, mit der rechten und linken Seite ihres Körpers die ungleichnamigen Organe berühren müssen. Da nun in einem Teil der Blüten die Griffel die rechte, die Staubblätter die linke Seite der Blume ein- nehmen (Rechtsgriffeligkeit), ein anderer Teil sich aber entgegengesetzt verhält, so müssen die Insekten mit ihren beiden Seiten in den verschiedenen Blüten bald die Narben, bald den Pollen berühren und somit Fremd- bestäubungen vollziehen. 8. Nicht selten führen die Geschlechts- organe in Zwitterblüten Bewegungen aus, durch die eine Abwendung der an den An- theren haftenden Pollenmassen von den Narben derselben Blüte erzielt oder die Ent- fernung der beiderlei Organe voneinander vergrößert wird (ganio tropische Bewe- gungen). Solche Bewegungen kommen nicht selten in Verbindung mit Dichogamie vor (Bewegungsdichogamen), aber auch in tung vollzieht. In der Ausbildung und Verwendung von Autogamie, von endogamer und exogamer Bestäubungsweise verhalten sich die verschie- denen Arten der Blütenpflanzen höchst mannigfaltig; sie bilden eine zusammen- hängende Reihe, an deren Anfang die eine, und an deren Ende die andere Bestäubungs- form herrscht, während im mittleren Teil der Reihe beide einander ungefähr das Gleich- gewicht halten. Das U eberwiegen der Allo- gamie kann sich bis zur Alleinherrschaft und zur Unterdrückung des Autogamie steigern; dagegen ist ausschließliche Autogamie ohne die Möglichkeit der Eintrittes von AUogamie eine höchst seltene Erscheinung. Jede der beiden Bestäubungsarten hat ihre Vorteile und beansprucht eine selbständige Bedeutung: Endogamie begünstigt die sichere Vererbung und Befestigung schon vorhandener Eigen- schaften und Anlagen, Exogamie dagegen die Kräftigung, Umformung und Neubildung von Anlagen. ?o wird es erklärlich, daß bei der großen Mehrzahl aller Blütenpflanzen, soweit die Erfahrungen reichen, beide Be- stäubungsweisen, wenn auch jede in sehr verschiedenem Umfange, verwirklicht er- scheinen. 6. Vollzug der Bestäubung. Mit Aus- Bestäubimü,- 1007 nähme der Fälle, in denen spontane Selbst- bestäubung eintritt, ist zum Vollzug einer Bestäubung immer die Mitwirkung eines äußeren Agens notwendig, durch welches der an der Anthere dargebotene Pollen auf die geeignete Narbe (bzw. Mikropyle) über- tragen wird. Die dabei in Betracht kommen- den Agentien sind: das Wasser, die Luft- strömungen und Tiere, welche die Blüten besuchen. Danach unterscheidet man Was- serblütler (Hydrogamae — H), Wind- blütler (Anemogamae — A) und Tier- blütler (Zoidiogamae — Z). Mittel- und Uebergangsstufen zwischen diesen Blüten- klasseu, die übrigens nicht häufig vor- kommen, bei denen die Bestäubung durch zwei verschiedene der genannten Agentien vermittelt werden kann, hat man als Heteromesogamae bezeichnet. Fig. 10. Wasserblütigkeit von Cymodocea nodosa. A Pollenkörner, noch in der Verlänge- rung begriffen ; 250 fach vergrößert. B weib- liche Blüte, von ihrem Hüllblatt befreit; na- türliche Größe. 6a) Wasserblütigkeit (Hydrogamie, Hydrophilie). Sie kommt im ganzen nur selten, und mir an Wasserpflanzen vor, und vollzieht sich in der Weise, daß entweder der ausgestreute Pollen oder ganze abgelöste männliche Blüten durch die Strömungen des Wassers zu den Narben transportiert werden. Die Bestäubung kann entweder unter Wasser an den im Wasser sich aiLsbreitenden Narben (Fig. 10) erfolgen (Hyphydrogamicae), ' oder an der Oberfläche des Wassers in der Luft (Ephydrogamicae). In beiden Fällen sind an den Bestäubungsorganen besondere Vorrichtungen entwickelt, um den Pollen an die Wasseroberfläche zu befördern oder zum Schwimmen unter Wasser geeignet zu machen; die Pollenkörner der Hyphydrogamen sind gegen Benetzung unempfindlich, nur von einer einfachen Haut umschlossen, ungefähr von demselben spezifischen Gewicht wie das Wasser und oft von einer faden- oder wurmförmigen Gestalt (confervoider Pollen), die gewisser- maßen zur Ergreif u mg der im Wasser fluten- den Narben geschickt ist. 6b) Windblütigkeit (Anemogamie, Anemophilie). Sie stellt gegenüber der Tier- blütigkeit eine niedere Stufe der Bestäubungs- einrichtungen dar, insofern als Windblütler einen einfachen Blütenbau zeigen und sich vorzugsweise bei solchen Pflanzenfamilien finden, die man auch nach ihren sonstigen Merkmalen als die niedersten Gruppen der Hauptabteilungen der Blütenpflanzen anzu- sehen pflegt. Windblütig sind alle noch leben- den Gymnospermen mit Ausnahme der Gnetaceen-Gattungen Ephedra und Welwit- schia, unter den Dikotyledonen namentlich die primär diklinen Amentaceen mit Aus- nahme von Castanea und Salix, unter den Monokotyledonen besonders die Glumiflorae. Aber auch innerhalb der sonst zoidiogamen Familien treten einzelne Gattungen undselbst Arten auf, bei denen die Blüten unter Er- scheinungen anemogam sind, die auf eine Rückbildung aus ursprünglich höher organi- sierten zoidiogamen Vorfahren schließen lassen: deshalb ist von manchen Forschern (namenthch Robertson) die Ansicht einer phylogenetischen Ursprünglichkeit der Ane- mogamen angezweifelt und vielmehr ihre Abstammung von entomogamen Vorfahren angenommen worden. Dies scheint jedoch wenig wahrscheinlich, und überhaupt gehen die Verschiedenheiten der Bestäubungsein- richtungen so w^enig mit dem parallel, was man als gesichert über die natürliche Versvandt- schaft der Pflanzengnippen ansehen darf, daß sie im allgemeinen nicht geeignet er- scheinen, um phylogenetische Betrachtungen an sie zu knüpfen. Die Windblütler stehen zwar an Artenzahl gegen die Tierblütler zurück, machen aber im Bereich der mittel- europäischen Flora etwa 19% aller Blüten- pflanzen aus; in nordischen Gegenden steigt ihr Prozentsatz bis auf 38, und auch die windreichen Nordseeinseln weisen 36,25 und sogar (die Halligen) 47,3" q Anemogamen unter ihren Phanerogamen auf. Die Blüten dieser Pflanzen sind häufig eingeschlechtig, die zwitterigen oft dichogam, namenthch protogynisch; sie kennzeichnen sich durch große Unscheinbarkeit, haben eine geringe Größe, und grünliche oder son- 1008 Bestäubimg stige wenig in die Augen fallende Färbungen; dazu kommt noch ihre Duftlosigkeit, lauter leicht verständliche Eigenschaften, da ja für eine Vermittelung der Bestäubung durch den Wind Augenfälligkeit, Schönheit und Duft der Blüten von keinem ersichtlichen Nutzen wäre. Dagegen zeigen die Anemogamen auch positive Merkmale, an denen sie sich erkennen und namentlich von den Zoidiogamen unter- scheiden lassen. Da es ganz dem Zufall anheimgestellt ist, wohin der den Luftströ- mungen anvertraute Pollen verweht wird und ob er die geeignete Narbe erreicht, die häufig in einer anderen Blüte, nicht selten auf einem weit entfernten Pflanzenindividuum sich be- findet, so muß sehr viel Blütenstaub nutzlos ausgestreut und deshalb eine große Menge davon produziert werden. Struktur und Stellung der Blüten erleichtert die Tätigkeit des Windes, dem ungehinderter Zutritt zu den Bestäubungsorganen gestattet wird. Die Antheren werden von jedem Lufthauch ent- weder selbst so in Bewegung versetzt oder so getroffen, daß der aus ihnen entlassene Pollen, der eine lockere staubige trockene Masse dar- der windblütigen Angiospermen entwickelt eine hinreichend große Oberfläche, um die vom Winde verwehten Pollenkörner auffan- gen zu können: entweder ist sie auffallend groß oder in feine Aestchen pinselförmig oder federartig zerteilt und mit zahlreichen Här- chen besetzt, zwischen denen die angetriebe- nen Pollenkörner leicht einen Halt finden. Für die angiospermischen Windblütler hat Delpino folgende Typen aufgestellt: 1. den kätzchenblütigen (iVmentiflo- rae) mit herabhängenden kätzchenförmigen männlichen und weiblichen oder wenigstens männlichen Blütenständen (Fig. 11); 2. den hängeblütigen (Penduliflorae) mit herabhängenden Einzelblüten (Fig. 12); Fig. 12. Hängeblütiger Typus der Windblüten: mtännliche Blüte von Cannabis sativa. 4 fach vergrößert. 3. den langstau bfädigen (Longistami- neae) mit langen dünnen Staubfäden und sehr leicht auf ihnen beweglichen Antheren (Fig. 13); 4. den losschnellenden (Explodiflorae) mit in der Knospe eingekrümmtenund elastisch gespannten Staubfäden, die beim Aufgehen der Blüte unter Geradestreckung losschnellen und den Pollen aus den in demselben Moment aufplatzenden Antheren fortschleudern (Fig. 14); Fig. 11. Kätzchenförniiger Typus der Wind- blüten: Männliche Kätzchen (K) des Hasel- strauches; bei W ein weiblicher Blütenstand. Natürliche Größe. stellt, in kleinen Wölkchen entlassen wird, ohne an den geöffneten Staubbeuteln hängen zu bleiben; die Pollenkörner besitzen eine glatte Exine und zwischen sich keinerlei pj 13. LtaubfädigerTvpus der Windblüten: klebrige Substanz. Das weibhche Organ langt blühendes Aehrchen von Trisetum flavescens bei den Gymnospermen den m der Luft j^^-^ g^j^g,. (^ff^j^en und einer wieder geschlossenen schwimmenden Pollen durch das früher (unter Blüte. 6 fach vergrößert. Aus „Lebensge- IB) erwähnte, von der Mikropyle ausgeson- schichte der Blütenpflanzen" von Kirchner, derte Bestäubungströpfcheu auf. Die Narbe j Loew und Schröter. Bestäubun.2,- 1U09 5. den unbeweglichen (Immotiflorae) mit feststehenden Antheren, aus denen der Pollen unmittelbar oder nachdem er zeit- weise an einer geeigneten Stelle in der Blüte abgelagert worden ist, vom Winde ausgeblasen wird (Fig. 15). Mit der nächstfolgenden Gruppe der Zoidiogamen, speziell den Entomogamen sind die Windblütler durch mehrere Uebergangs- formen verbunden (Anemo-Entomoga- mae); die eine drückt sich darin aus, daß Blüten neben den charakteristischen Merk- A B Fig. 14. Losschnellender Typus der Windblüten: männliche Blüte von Urtica dioica, von oben gesehen. 6 fach vergrößert. A unmittelbar vor, B nach dem Losschnellen der 4 Staubblätter. Fig. 15. Unbeweglicher Typus der Windblüten: Potamogeton lucens. 6 fach vergrößert. A Blüte von oben gesehen, mit verwelkten Narben und geöffneten Antheren; B dieselbe von der Seite, nach Entfernung des vorderen perigonblattähnlichen Konnektives. Aus ,, Le- bensgeschichte der Blütenpflanzen" von Kirch- ner, Loew und Schröter. malen der Anemogamie auch noch durch Augenfälligkeit oder Duft oder beides Insek- ten zum Besuch anlocken (Windblumen); eine andere darin, daß entomogame Blüten in einem späteren Blühzustand ihren lockeren stäubenden Pollen dem Windtransport aus- setzen. 6c) Tierblütigkeit (Zoidiogamie, Zoidiophilie). Sie umfaßt die häufigsten Formen der Bestäubungseinrichtungen, nicht nur in der mitteleuropäischen Flora, sondern in der gesamten Welt der Blütenpflanzen, und wird bei uns, da hier Insekten fast die aus- schließlichen Besucher und Bestäuber der Tierblütler sind, im wesentlichen durch die Insektenblütigkeit (Entomogamie, Entomophilie) repräsentiert; auf sie bezieht sich deshalb vorzugsweise die folgende Schil- Handwörterbiicli der Naturwissenschaften. Band I. derung der Eigentümlichkeiten der Zoidioga- men, sie findet aber in allen wesentlichen Punkten besonders auch auf die Vogelblütler Anwendung, weil die als Blumenbestäuber tätigen Vogelgruppen sich in ihrem Benehmen an den Blüten und in ihren Anpassungen an Blumennahrung ganz ähnlich wie gewisse große Insekten, namentlich Schmetterlinge verhalten. Die Klasse der Tierblütler ist durch be- stimmte Merkmale gegenüber den Wind- blütlern und den regelmäßigen Selbstbe- stäubern kenntlich gemacht; es sind das eben die Eigentümlichkeiten, die zunächst die Tiere zum Besuch der Blüten veranlassen, weiter aber bei Eintritt dieses Besuches den Blüten den Vollzug wirksamer Bestäubungen durch Vermittelung der Tiere sichern. Zum Besuch der Blüten lassen sich Tiere einmal dadurch bewegen, daß die Blüten gewisse für die Tiere anziehende Anlockungsmittel ent- wickeln, dann aber häuptsächlich dadurch, daß sie in den Blüten Genußmittel, bisweilen auch andere nutzbare Stoffe oder ein Obdach vorfinden. a) Anlockungsmittel, 1. Zunächst handelt es sich, um Tierbesuch anzulocken, darum, daß die Blüten für ihre Gäste leicht wahrnehmbar sind, und so zeichnen sie sich denn im allgemeinen vor den Windblütlern und Selbstbestäubern durch die Augen- fälligkeit aus, die sich auch dem oberfläch- lichen Beobachter so bemerklich macht, daß wir im Deutschen solche durch Farbenkon- trast von dem Grün der Belaubung, bis- weilen auch vom nackten oder mit toten Blättern bedeckten Boden sich abhebende Blüten als Blumen bezeichnen. AUes was die Augenfälligkeit der Blumen bedingt, faßt man als ihre Schauapparate zu- sammen. Diese werden vorzugsweise durch Organe gebildet, die ihrer morphologischen Natur nach der Blüte selbst angehören (florale), nicht selten werden sie aber teil- weise oder auch vollständig ersetzt durch zur Blüte nicht gehörige Bildungen verschie- denen morphologischen Wertes (extraflo- rale). Florale Schauapparate werden in der Regel durch die Blütenhüllen, und wenn diese in Kelch und Krone geschieden sind, meistens durch die Krone hergestellt. Größe, Form und Farbe der Blütenhüllen pflegen gegen die Belaubung oder gegen die sonstige Umgebung der Blüten deutlich abzustechen; die in eine Ebene projizierte augenfällige Oberfläche einer Blüte wird als deren Schau- f lache bezeichnet, sie steht oft senkrecht zur Blütenachse, kann aber auch einer durch diese gelegten senkrechten Ebene parallel sein. Zunächst hängt die Augen- fälligkeit einer Einzelblüte vom Durch- messer ihrer Schaufläche ab, und in dieser i Hinsicht herrschen die größten Verschieden- 64 1010 Bestäubime: heiten von Blüten mit kaum 1 mm Durch- messer bis zu Riesenblumeii, wie denen von Aristolochia Goldieana, die eine Länge von 66 und eine Breite von 28 cm erreichen, oder gar von Rafflesia Arnoldi mit einem Durchmesser von 1 m. Die Form der Blumen wird besonders durch die in ihr herrschenden Zahlen- und Symmetriever- hältnisse bedingt; s. unter Blüte. Die Blüten- farben sind bei den Tierljlütlern nur selten grün, grünlich oder bräunlich, wie es bei den Windblütlern so häufig vorkommt, sondern weiß, gelb, rot, blau oder Mischungen und Zusammensetzungen dieser Farben; sie ent- wickeln sich vorzugsweise oder ausschließ- lich auf den Flächen der Blütenhüll- blätter, die den besuchenden Tieren zuge- wendet sind; die abgewendeten Seiten sind oft grünlich oder wenig intensiv gefärbt, und an tiefen Blüten zeigen meistens die inneren tieferen Partien weniger lebhafte Farben. Nicht selten erhöhen Farbenkontraste zwi- schen einzelnen Blütenteilen, Zeichnungen in Form von Flecken, Punkten, Streifen, Linien usw. die Augenfälligkeit der Blüte. Bisweilen ändert sich im Verlauf des Blühens die Färbung der ganzen Blüte oder ihrer Zeichnungen, es treten also Umfärbungen ein. Der Kelch kann durch seine Größe und Färbung die Wirkung der Krone unterstützen, oder übernimmt, wenn die Krone gar nicht ausgebildet oder zu einer andersartigen Verrichtung umgeprägt ist, ganz deren Rolle (viele Ranunculacae, Fuchsia, Warszewiczia). Auch die Staub- i blätter erhöhen, besonders wenn sie in größerer Zahl vorhanden sind, durch ihre Färbung oft den optischen Effekt der Blüte (Myrtaceae, Mimosaceae), ja sie können in einzelnen Fällen, wenn die Blütenhüllen nicht ausgebildet, sehr unscheinbar oder sehr hinfällig sind, deren Augenfälligkeit für sich allein hervorrufen (Thalictrum-Arten, Pan- danus); hierher gehören Vorkommnisse, wo Staubblätter zu Staminodien umgebildet nur noch als Schauapparate dienen (Carlu- do vica). Seltener ist das Gynoeceum (Iris) oder die verlängerte Blütenachse in einer solchen Weise ausgebildet, daß sie die Sichtbarkeit oder Auffälligkeit der Blüte mit beeinflussen. Sehr wesentlich wird die optische Wirkung der Blüten in den überaus zahlreichen Fällen vergrößert, wo sie sich in bestimmter An- ordnung zu Blütenständen zusammen- schließen. Dabei werden die Laubl)lätter unterdrückt und die Blüten einander in solchen Mengen und so sehr genähert, daß von einiger Entfernung der Blütenstand als Ganzes wirkt, und auch kleine Einzel- blüten als Mitglieder der Blütengesellschaft von deren Augenfälligkeit Nutzen ziehen. Die gemeinsame Schaufläche der Blüten- stände ist bald so ausgebildet, daß sie nur in einer bestimmten Richtung, bald so, daß sie allseitig zur Geltung kommt; ersteres z. B, bei doldigen und doldenähnlichen, letzteres bei traubigen und rispigen Blüten- ständen. Doch wird nicht selten abgesehen vom morphologischen Aufbau des Blüten- standes eine vorzugsweise von der Seite zur Wirkung kommende Augenfälligkeit durch Einseitswendigkeit traubiger Blüten- stände erreicht, die bald durch Krümmungen der Blütenstiele, bald durch Unterdrückung der Blüten auf einer Seite der Blütenstands- achse herbeigeführt wird. Eine Eigentüm- Hchkeit von doldigen, trugdoldigen und kojifigen Blütenständen mit ziemlich ebener, kreisrundlicher Oberfläche ist die zuweilen zu beobachtende Ausbildung sogenannter strahlender Blüten am Umfange des Blütenstandes, d. h. Blüten, deren Blüten- hüllblätter sämtlich oder nur gegen die x\ußen- seite des Blütenstandes hin auffallend ver- größert sind und dadurch die Augenfälligkeit des Blütenstandes steigern; sie kommen bei Umbelliferen, Compositen, Cruciferen u. a. vor, und können so vollständig in den Dienst des Schau apparates treten, daß ihre Ge- schlechtsorgane verkümmern oder ganz fehl- schlagen (geschlechstlose Blüten). Oekologisch gewissermaßen wie riesige Blütenstände fungieren ganze Bäume, die im Frühjahr vor Ausbrach des Laubes ihre Blüten entfalten (z. B. Kirsche, Weiden, Spitzahorn u. a.), oder wie tropische Legu- minosen die Entwickelung ihrer Blüten in die laublose oder laubarme Vegetations- periode verlegen. Extraflorale Schauapparate kom- men an Blütenständen zur Ausbildung und bedingen oder erhöhen deren Augenfällig- keit; sie finden sich in den Tropen häufiger als in unserer einheimischen Flora. Man kann sie unterscheiden als primäre oder reine, wenn sie als phylogenetisch alt ange- sehen werden dürfen und florale Schau- apparate ganz ersetzen, und als sekundäre, wenn sie neben floralen Schau apparaten vorhanden sind und die Augenfälligkeit des Blütenstandes nur vergrößern. Sowohl Blattorgane wie Achsen können zu extrafloralen Schau apparaten umgebildet werden, besonders häufig werden dazu Hoch- blätter verwendet, und zwar sowohl Deck- blätter wie Hüllblätter, die dann ähnliche Formen und Farben zeigen wie die Blüten- hüllblätter. Deckblätter dieser Art finden sich in schöner Ausbildung z. B. bei Salvia- Arten, Melampyram, Bromeliaceen u. a. ; , oft aber sind sie in einer so charakteristischen j Weise angeordnet, umgebildet, verwachsen I u, ä., daß sich (nach Johow) bestimmte Bostäiil»ung' 1011 Formen von extrafloralen Schanapparaten unterscheiden lassen. 1. Die Bracteenform, bei der gefärbte Deckblätter von einfacher Form und ohne Zusammenstelhing zu blütenähnlichen Bil- dungen entwickelt sind (Salvia, Melam- pyrum). 2. Die Schopfform, bei der die gefärb- ten Hochblätter am Gipfel des Blüten Standes gehäuft auftreten (Arten von Melani- pyrum, x\nanas). 3. Die Sternform, gebildet durch ge- färbte Hochblatthüllen, welche ökologisch die Rolle einer Krone übernehmen. Hierher gehören die Hüllen einiger Umbelliferen, wie Astrantia, Arten von Bupleurum und Erynghim, die prachtvoll gefärbten Hoch- blätter von Bougainvillea, die Involucren an den Cyathien von Euphorbia, die farbigen und strahlenden Hüllkelche mancher Com- positae. 4. Die Spathenform: einzelne große Hüllblätter (Spatha) umgeben den kolben- förmigen Blütenstand an seinem Grunde. Sie sind bei den Araceen öfters nur grün ge- färbt und dann nicht sehr augenfällig, nicht selten aber weiß, rot oder gelb und bisweilen von sehr sonderbaren Formen. Bei den Sci- taminaceen umhüllen zahlreiche Spathen die Teilblütenstände oder die Einzelblüten der sehr großen Kolben, sind groß und sehr leb- haft gefärbt, so daß die Blütenstände vor- zugsweise ihnen die auffallende Farbe und Sichtbarkeit verdanken. Sind die Achsenorgane in der Blliten- region, die Blütenstiele oder die Stiele des Blütenstandes, durch lebhafte Färbung zu Schauapparaten verwendet, so ergibt sich die K 0 r a 1 1 e n f 0 r m extrafloraler Schau- apparate, wie sie sich z. B. bei Allium pulchellum, Muscari comosum, Grevillea glabrata, manchen Rubiaceen und Euphor- biaceen finden. Als totale Schau apparate werden schließlich solche Vorkommnisse zusammen- gefaßt, wo die ganze Pflanze auf der Höhe ihrer Entwickelung durch ungewöhnliche und in die Augen fallende Färbung ausge- zeichnet ist ; dies kommt z. B. bei einigen bunt- blätterigen Croton- und Abutilon-Aiten, so- wie bei Hysterophyten vor, deren Körper gelbe, blaue oder rote Färbungen aufweist (Orobanche, Lathraea, Cytinus, Limodorum u. a.). Die an den Schau apparaten zur Ver- wendung kommenden Färbungen werden bei den Pflanzen auf eine verhältnismäßig sehr einfache Weise durch Erzeugung einiger Pigmente hervorgebracht, die sich in den Zellen teils im Zellsaft gelöst, teils in Form gefärbter Chromatophoren, seltener von Kristallen vorfinden, Teile des auffallenden Lichtes absorbieren und die übrig bleibenden Lichtstrahlen reflektieren. Außerdem be- einflussen auch einige Erscheinungen des Glanzes das Aussehen der Schauapparate. Rote, violette und blaue Farbstoffe stellen sich als Modifikationen der Antho- kyane in verschiedenen Graden der Säue^- rung und der Alkaleszenz dar und sind fast ausnahmslos im Zellsaft gelöst; bei den gelben und orangegelben Farbstoffen Xanthin und Karotin ist das nur selten der Fall, sondern sie sind in der Regel an körnerförmige Chromatophoren (Chronioplasten) ge- l)unden. Die in den Schauapparaten in deren jugendlichem Zustand meist vorhandenen Chloroplasten (Chlorophyllkörner) pflegen später zu verschwinden, können sich aber am Zustandekommen der Färbungen auch noch beteiligen. Die Farben vieler Blüten gehören zu den am meisten gesättigten, die man kennt, und werden nur von den farbenprächtigsten Edelsteinen über- troffen. Diese Lebhaftigkeit der Farben verdanken die Blüten vielfach einer lichte reflektierenden Schicht (Tapetum), die sich unter den gefärbten Epidermis- zellen als weiße Unterlage befindet und meistens aus einem an lufthaltigen Inter- cellularen reichen farblosen parenchymati- schen Gewebe besteht. Zur Erhöhung der Farbensättigung tragen auch die an Blüten- blättern häufigen, kuppeiförmig oder kegelig emporgewölbten Epidermiszellen bei: ihre Oberfläche bewirkt einerseits durch Brechung und Reflexion einen längeren Weg der Licht- strahlen in den Pigmenten, andererseits eine Verminderung des an der Grenze zwi- schen Luft und Pflanzengewebe reflektierten weißen Lichtes. Die trotz der geringen Anzahl der verschiedenen Pigmente so große Man- nigfaltigkeit der an den Schauapparaten auftretenden Farbentöne erklärt sich nicht nur aus der Farbenvariation und verschie- denen Sättigung der gelösten Farbstoffe, sondern namentlich dadurch, daß die Pig- mente nach dem Prinzip der Additions- farben und nach dem der Subtraktions- farben sowie in der Kombination dieser beiden Prinzipien wirken können. Unter Additions- farben werden diejenigen verstanden, die entstehen, wenn Strahlen, welche verschie- dene Pigmente passiert haben, von dem Schau apparat so zurückkehren, daß sie von derselben Stelle zu kommen scheinen; es liegen dann nebeneinander Epidermiszellen von verschiedener Färbung oder verschie- dener Sättigung, die aber so klein sind, daß sie vom menschlichen Auge nicht unter- schieden werden können, oder es befinden sich in derselben Zelle zwei verschiedene Pigmente, eins gelöst und eins in Körner- form, deren Farben sich summieren. Sub- traktionsfarben entstehen dadurch, daß von einer Stelle des Schauapparates nur die- 64* 1012 BestäuV)UUL jenigen Strahlen zurückkehren, die von kei- nem unter mehreren Pigmenten absorbiert worden sind; es entstehen auf diese Weise vorzugsweise die stumpfen, braunen und schwärzlichen Färbungen, tiefes Schwarz ins- besondere dann, wenn das eine farbige Pigment alle Strahlen des weißen Lichtes absorbiert, welche das andere farbige Pig- ment hindurchgelassen hat. Die weiße Farbe an Schau apparaten ergibt sich dann, wenn über einem farblosen reflektierenden Tapetum eine ebenfalls farblose Epidermis liegt. Fehlt eine solche reflektierende Schicht über- haupt, so bekommen die Schauapparate ein mehr oder weniger durchscheinendes, wachsartiges oder fleischiges Aussehen (manche Orchideen) und bringen ihre Fär- bungen mehr bei durchfallendem als bei auffallendem Licht zur Geltung. 2. Ein zweites Mittel, dessen sich die Blumen zur Anlockung von Tieren bedienen, ist die Entbindung von Düften, die be- kanntlich bei ihnen sehr verbreitet, wenn auch für die menschliche Wahrnehmung nicht immer vorhanden ist. Meistens haben die Blumendüfte ihren Sitz in den Kron- blättern, in deren Gewebszellen die Duft- stoffe Ijereitet werden, ohne daß besondere Organe dafür erkennbar wären. Es sind sogenannte ätherische Oele, deren chemische Natur erst in einzelnen Fällen festgestellt worden ist; sie wurden als Verbindungen aus den Gnippen der Alkohole (z. B. Gera- niol, Nerol, Eugenol, Linalol), der Aether (z. B. Vanillin, Piperonal), der Ketone (z. B. Iron, lonon, Jasmon) und der Ester (z. B. Anthranilsäuremethylester, Benzoesäure- methylester, Salicylsäuremethylester) er- kannt. Sie entstehen in äußerst geringen Mengen aus Kohlehydraten und Stickstoff- verbindungen in den Zellen der Kron- blätter. Eine Klassifikation der Blumen- düfte ist zuerst von Delpino, später von A. von Kerner versucht worden, ohne aber bisher zu der erwünschten Klarheit der Bezeichnungsweisen zu führen. Del- pino unterschied sympathische und eigen- artige Düfte und verstand unter ersteren (Odori simpatici) solche, die einer großen Menge verschiedenartiger Tiere und auch dem Menschen mehr oder weniger angenehm sind; hierunter begreift er als besondere Klassen die Wohlgerüche, die aromatischen und die fruchtartigen Düfte. Eigenartige (Odori idiopatici) nennt er Düfte, die nur wenigen Tieren sympathisch, der großen Mehrzahl aber antipathisch sind, mit den beiden Klassen der üblen Gerüche und der Ekeldüfte. Li jeder dieser Duftklassen werden zahlreiche Arten von Gerüchen auf- geführt, die mit bekannten Düften verglichen und nach ihnen benannt werden, wie Jasmin-, Narzissen-, Aprikosen-, Wanzengeruch usw. Kerner versuchte, nach der chemischen Na- tur der Duftstoffe fünf Gruppen von Blumen- düften aufzustellen, nämhch 1. indoloide Düfte, ähnlich denen, wie sie bei der Zer- setzung eiweißhaltiger Substanzen ent- stehen und sich durch den üblen Geruch auszeichnen; 2, aminoide Düfte, denen primäre, sekundäre oder tertiäre Amine zu- grunde liegen, z. B. Trimethylamin; 3. benzoloide Düfte, wie sie den Abkömm- lingen des Benzols eigentümlich sind und die zahlreiche Wohlgerüche umfassen; 4. paraffinoide Düfte, denjenigen ähnlich, die den Säuren und Alkoholen der Paraffine eigen sind; 5. terpenoide Düfte, die von Terpenen herrühren. Zur Durchführung einer derartigen Einteilung, bei der im einzelnen wiederum die verschiedenen Düfte nach allgemein bekannten Gerüchen be- zeichnet werden müssen, fehlen die chemi- schen Grundlagen noch zum allergrößten Teil, und was in dieser Beziehung bekannt ist, steht mit der Kernerschen Klassifikation vielfach nicht in Uebereinstimmung. ß) Genußmittel, welche die Blumen den besuchenden Tieren darbieten, sind vor allem der Blütenstaub (PoUen) und in den Blüten abgesonderter Nektar (Honig); in selteneren Fällen handelt es sich auch um anderweitige Genußmittel. 1. Der Pollen, der in allen zwitterigen und männlichen Blüten der Zoidiogamen ebenso wie der Wind- und Wasserblüfcler vorhanden ist, wird nur bei den Tierblütlern in einer solchen Weise beim Oeffnen der Antheren frei gelegt und dargeboten, daß er den die Blunjen besuchenden Tieren zu- gänglich ist. Besonders sind es viele Blumen- insekten, die den Pollen als stickstoffhaltige Nahrung für sich oder für ihre Brut ver- wenden. Obwohl von der Blüte diesen Be- suchern ein Teil des Pollens geopfert werden muß, bleibt doch davon immer noch eine genügende Menge übrig, um damit eine ausreichende Bestäubung zu vollziehen; immerhin ist der Pollen nicht seiner Haupt- bedeutung nach als für die Besucher bestimm- tes Genußmittel anzusehen. 2. Anders verhält es sich in dieser Hin- sicht mit dem Nektar der Blüten, der für diese nur insofern von einer mittelbaren Bedeutung ist, als er lediglich zur Herbei- führung der die Bestäubung vollziehenden Besucher dient. Zwar gibt es unter den Tier- blütlern auch solche, die ihren Besuchern kein anderes Genußmittel als Pollen dar- bieten, die später zu besprechenden Pollen- blumen, aber weitaus die große Mehrzahl der Blumen scheidet Nektar ab und produ- ziert ihn genau während der Zeit, in der Tier- besuch an den Blüten zur Herbeiführung der Bestäubuns; erwünscht ist. Bestäiibimc 1013 Die Absonderung des Nektars fällt besonderen Organen zu, die man Nektarien (Honigdrüsen) nennt; sie stehen in den Blüten an denjenigen Stellen, die für ihre Verrich- tung am günstigsten sind, können aber von sehr verschiedenartigem Aussehen und sehr verschiedenem morphologischen Wert sein. In den einfachsten Fällen ist das Nektarium nichts anderes als eine Nektar absondernde, nicht einmal immer durch Dicke oder Fär- bung ausgezeichnete Stelle an irgendeinem anderen, im übrigen gar nicht veränderten Blütenorgan (Fig. 16). Solche Nektarien zeichnet sind, daß ein Blütenorgan seine ursprüngliche Funktion ganz aufgegeben hat und völlig zu einem Nektarium umgeprägt worden ist; verhältnismäßig häufig erfahren die Kronblätter eine solche Umprägung zu ,, Honigblättern", z. B. bei zahlreichen Ranunculaceen, bei denen sich auch die Fig. 16. Epiniorphe Nektarien. Blüten von Khamnus alaternus im Längsschnitt. 6 fach vergrößert. A männliche Blüte, das Innere des Kelches mit Nektartröpfchen besetzt: B weib- liche Blüte, die Oberfläche des Fruchtknotens mit einer Nektarschicht bedeckt. bezeichnet Delpino als epimorph und unterscheidet sie je nach ihrem Auftreten an verschiedenen Blütenorganen als epi- karpisch (am Gynaeceum), epistemonisch (an den Staubblättern), epipetal (an den Kronblättern) und episepal (an den Kelch- blättern). Unter den epikarpischen Nek- tarien verdienen die sogenannten Septal- drüsen eine besondere Erwähnung, bei denen der Nektar in Spalten oder Gängen zwischen den etwas auseinanderweichenden inneren Scheidewänden des Fruchtknotens abge- sondert und durch bestimmte Oeffnungen nach außen ergossen wird. Unter auto- morphen Nektarien (Fig. 17) versteht Delpino solche, die zwar auch als Anhangs- gebilde an anderen Blütenorganen auf- treten, aber sich nach Gestalt, Färbung usw. so weit diferenziert haben, daß sie als besondere Organe hervortreten; sie können die Gestalt von zahuförmigen, zungenför- migen oder fädigen Drüsen haben, Ringe, Kreise oder Becher darstellen, oder sich in Form von Schüsselchen, Taschen, Gängen und Kanälen ausbilden, dabei auch wieder am Fruchtknoten, an oder zwischen den Staubblättern, Krön- oder Kelchblättern auftreten. Weniger häufig als die beiden genannten Arten der Nektarien sind die m et a- morphen (Fig. 18), die dadurch gekenu- Fig. 17. Automorphe Nektarien. A Blüte von Imperatoria ostruthium (im ersten, männ- lichen Zustand) mit dem Nektartröpfchen ab- sondernden Griffelpolster. 8 fach vergrößert. B Blüte von Melianthus minor nach Entfer- nung der vorderen Hälfte ; im Grunde ]j eine Nektardrüse Ne, deren Absonderung den ganzen unteren Teil der Blüte bis zu der punktierten Linie ausfüllt; K Kelch, Ivr Kronblätter, St Staub- blätter, G Griffelspitze. 2 fach vergrößert. Fig. 18. Metamorphe Nektarien. A Blüte von Aconitum variegatum, nach Entfernung der vorderen Hälfte, innerhalb des oberen helm- förmigen Kelchblattes eines der beiden zu Nek- tarien umgebildeten Kronblätter N. Natiü-liche Größe. B dütenförmiges Nektarblatt von Helle- borus viridis, von innen und im Längsschnitt. 4 fach vergrößert. C Saftmaschine von Nigella arvensis, von oben und von der Seite gesehen. 4 fach vergrößert. 1014 Bestäubiuic Form der komplizierten sogenannten Saft- m aschinen (Nigella) findet; seltener werden Staubblätter oder auch nur deren Antheren zu Nektarien umgewandelt, ja es können sogar ganze Blüten eines Blütenstandes nur noch als Tsektarien fungieren (Acacia- Arten, Leontopodium alpinum). Der von den Nektarien abgesonderte Nektar wird den Blumenbesuchern in der Kegel an derselben Stelle dargeboten, wo er entstanden ist, bisweilen fließt er aber an andere Orte in der Blüte, wo er geborgen und für die Besucher aufbewahrt bleibt; in allen Fällen, in denen der Nektar nicht frei und offen, allgemein sichtbar und zugänglich in der Blüte liegt, sondern in bestimmten Behältern geborgen ist, werden diese Nektar- halter (Safthalter) genannt; sie können die Form von Gmben, Löffeln, Bechern, Säck- chen, Taschen, Beuteln, Röhren, Spornen, Krügen, Kammern usw. haben. Häufig werden in nektarhaltigen Blüten für die zur Be- stäubung tauglichen Besucher Einrichtungen ausgebildet, um ihnen die Lage des Nektars anzuzeigen, die Nektarmale (Saftmale), die durch besondere Färbung, Flecke, Linien und Streifen den Weg zum Nektarhalter weisen; dazu treten bisweilen Anordnungen von Haaren, Wärzchen, Staminodien oder Staubblättern, welche ebenfalls die eindrin- genden Blumenbesucher auf den richtigen Weg leiten (Nektarwege). Da der Nektar durch in die Blüte fallenden Regen ausge- wachsen oder verdorben werden kann, ferner aber für die Pflanzen nur dann von Nutzen ist, wenn er von solchen Tieren aufgesucht und genossen wird, welche dabei die Bestäu- bung vollziehen, so ist es leicht verständlich, daß sich in nektarhaltigen Blüten häufig Einrichtungen zum Schutze des Nektars vor Wetterungunst und vor unerwünschten Besuchern ausgebildet haben; sie werden als Nektardecken (Saftdecken) zusammen- gefaßt und können auch gleichzeitig zum Schutze des Pollens und anderer zarten Blütenteile dienen. Hierher gehört die Um- kehrung oder horizontale Stellung von Blüten, Verschluß der Blütenöffnung, Biegung von Blütenröhren, Ausbildung von dach- und helmartigen Bildungen über dem Blütenein- gang, von Leisten und Haarreihen, die das Hinabgleiten von Regentropfen und auch den Zutritt ungeeigneter Tiere zum Nektar hin- dern, Bergung des Nektars in tiefen und engen Nektarhaltern, und das früher er- wähnte Schließen der Blüten bei schlechtem Wetter. Die verschiedenen Formen der Nektarien ßtimmen darin überein, daß sie ein klein- zelliges zartwandiges Gewebe (Fig. 19) enthalten, in dessen Zellen sich unter anderem umgewandeltes Protoplasma und gelöste Kohlehydrate befinden, und welches mit sehr mannigfachen Sekretionsorganen aus- gestattet ist. Die Ausscheidung des Nektars erfolgt entweder auf dem Wege der Diffusion durch nicht kutikularisierte Oberhautzellen oder dünnwandige Epidermis- papillen, oder vermittelst Schleimbildung in den Zellwänden unterhalb der Cuticula, oder endlich durch die Spaltöffnungen in Fig. 19. Längsschnitt durch ein Nektarium von Alchimilla vulgaris; p Parench}'ni des Diskus, e dessen Epidermis, n Nektariumgewebe, o se- zernierende Oberflächenschicht, t Haare. 300 fach vergrößert. der Epidermis. Der offen aus der Oberfläche des Nektariums austretende Nektar besteht aus einer wässerigen Lösung von Trauben- zucker und Rohrzucker in durchschnittlich etwa 25prozentiger Konzentration, die aber nicht nur bei verschiedenen Pflanzen, sondern auch bei derselben Art je nach äußeren Um- ständen erheblichen Schwankungen unter- worfen ist. Ebenso große Verschiedenheiten sind hinsichtlich der Menge des in einer Blüte hervorgebrachten Nektars zu beob- achten: von kaum nachweisbaren winzigen Tröpfchen sind alle Uebergänge vorhanden bis zu reichlich aus den Blüten hervor- tropfenden oder abfließenden Massen, wie sie namentlich bei den Vogelblütigen vor- kommen. Begünstigt wird die Nektarab- sonderung im allgemeinen durch reichliche Wasseraufnahme der Wurzeln und durch höhere Luftfeuchtigkeit; während eines son- nigen windstillen Tages fällt ein Maximum der Nektarproduktion auf den frühen Morgen, ein Minimum auf den Nachmittag; folgen auf Regenwetter schöne Tage, so steigert sich unter sonst gleichen Verhältnissen die Nektar- absonderung zu einem Maximum am zweiten oder dritten Tag, um nachher allmählich zu sinken. Alle im Dienst der Bestäubung stehenden Nektarien bezeichnet man als nuptiale (im Gegensatz zu extranuptialen, die andere Bestimmungen haben); sie befinden sich fast immer in der Blüte selbst und heißen insofern florale, doch kommen selten auch solche vor, die sich in der Umgebung der Blüte be- finden, ohne zu ihr selbst zu gehören; man nennt sie extraflorale (Euphorbia, Marc- gravia). Bestäulnui"- 10] i Eigentümlich sind die sogenannten Scheinnektarien, Gebilde in den Blüten, die durch ihre Gestalt an Nektarien oder Nektarhalter erinnern und durch ihren Glanz ausgeschiedene Nektartröpfchen vortäuschen; man nimmt an, daß sie durch ihr Aussehen gewisse Insekten zum Besuch der Blüte verlocken, ohne ihnen dafür Nektargenuß zu gewähren; meistens sind außer ihnen in der Blüte auch noch echte Nektarien vor- handen. 3. In manchen Blüten, die keinen freien Nektar absondern, wird dieser durch zucker- reiche Säfte ersetzt, die in den Zellen ober- flächlicher Gewebe eingeschlossen bleiben und nur von solchen Insekten ausgebeutet werden können, deren Mundwerkzeuge ein Anbohren der Gewebe gestatten (Orchis, Cytisus). Selbst die ganze Blütenhülle kann zii einem verdickten, süßen Gebilde werden, welches Besuchern der Blüte zur Nahrung dient. 4. Ein verhältnismäßig nicht seltenes Ersatzmittel für Nektar, welches sich nament- lich bei tropischen Orchideen, aber auch bei einigen einheimischen Pflanzengruppen findet, sind die Futter haare (Fig. 20), die in ihrem Inhalt reichliche Mengen von Eiweiß und Zellen bestehen und zum Abweiden durch Insekten bestimmt sind. 7. Auch kaum süß schmeckende Gallert- massen, die von Bananenblüten abgesondert werden, dienen in Südbrasilien als Anlockungs- mittel für eine Bienenart (Trigona). c) In seltenen Fällen werden Blumen- besuchern andere für sie nutzbare Stoffe dargeboten, die nicht zu den Nahnmgs- und Genußmitteln gehören. So scheiden einige A Fig. 20. Futterhaare aus der Blüte von Maxil- laria rufescens. 200 fach vergrößert. Fett führen und eine auffallend zarte Zellhaut besitzen; sie lassen sich von ihrem Fuß leicht abheben und von Insekten einsammeln. 5. Durch Auseiuanderbrechen vielzelliger Haare bildet sich in seltenen Fällen (bei tropischen Orchideen) in Blüten eine mehl- artig lockere, gelbe oder weiße Masse, die das Aussehen von Pollen hat (imitierter Pollen). 6. Den Futterhaaren stehen Futterge- webe (Fig. 21) nahe, die in Form von Schwielen, Buckeln oder Warzen bei tro- pischen Orchideen vorkommen, aus aufge- lockerten, an Eiweiß und Fett reichen Fig. 21, Futtergewebe. A Im Innern des kessei- förmigen Blütengrundes von Stanhopea pla- tyceras bei K. Wenig vergrößert. B Stück ehies Querschnittes durch dasselbe wärzchen- förmige Futtergewebe. 8 fach vergrößert. südbrasihanische Orchideen an gewissen Zellen ihrer Blütenhülle ein weißes vege- tabihsches Wachs aus, welches von Immen- arten aufgesucht und zum Bau ihrer Nester verwendet wird, und eine ebenfalls brasi- lianische Euphorbiacee (Dalechampia) bietet den Bestäubungsvermittlern ein von Schuppen abgesondertes zähes Harz dar, welches zu ähnlichen Zwecken dient. d) Gewisse Blumen werden von bestimm- ten Insektengruppen nicht nur wegen der darin enthaltenen Nahrung aufgesucht, sondern weil sie ihren Gästen ein Obdach für vorüber- gehende Zeit oder einen gesicherten Schlupf- winkel bei ungünstiger Witteiiing gewähren. Derartige Blüten sind durch ihre Größe, Gestalt und Stellung geeignet, in sie hinein- kriechende Insekten aufzunehmen und bieten diesen nicht nur einen geschützten, sondern nicht selten auch infolge der von der Blüte bei ihrer Atmung entwickelten Wärme einen durch Temperaturerhöhung angenehmen Auf- enthalt. In einzelnen FäUen wird dieses Obdach zum zeitweiligen Gefängnis für kleine Müekenarten, aus dem sie erst nach 1016 Bestänbims- Vollzug der Bestäubung wieder entlassen werden, und bei den Gattungen Ficus und Yucca dient ein Teil der Samenanlagen der Insektenbrut als Nahrung und Aufenthalt. 7. Die Bestäubungsvermittler sind bei den Zoidiogamen diejenigen Tierarten, welche die Blumen zum Zweck der Gewinnung von Nahning oder um anderer Vorteile willen aufsuchen und sich in oder an den Blumen so benehmen, daß sie sich an ihrem Körper sowohl mit Pollen behaften, wie auch diesen auf den Narben absetzen. Sie beuten die Blumen aus, indem sie sich entweder auf ihnen oder in ihrer Nähe niederlassen, oder indem sie vor ihnen schwebend sich in der Luft halten; dabei berühren sie mit ihrem ganzen Körper oder mit einzelnen Teilen desselben den in der Blüte dargebotenen Pollen in einer solchen Weise, daß er sich entweder regellos oder aber an bestimmten Stellen des Körpers anheftet; besonders häufig werden sie am Rücken (nototrib), an den Flanken (pleurotrib) oder am Bauche (sternotrib) mit Pollen behaftet. Weitaus die wichtigsten Bestäubungsver- mittler sind Angehörige verschiedener Ab- teilungen der Insekten, außerdem spielen auch gewisse Vögel in dieser Hinsicht eine bemerkenswerte Rolle, und endlich sind noch Schnecken, Milben und Fleder- mäuse in einem allerdings sehr gering- fügigen Umfang als Bestäub er beobachtet worden. 7a) Die Insekten enthalten zahlreiche Gruppen, die in mehr oder weniger weit- gehender Weise Blumennahrung aufnehmen, ohne daß sie aber zugleich als Bestäubungs- vermittler tätig wären; dies gilt z. B. für zahlreiche Larven, die Blüten- organe zerfressen und verwüsten. Blumen- bestäuber sind immer Insekten in ihrem vollkommenen Zustand (Imagines), die mit Flugvermögen begabt sind und zu den Abteilungen der Hautflügler (Hymenoptera), Schmetterlinge (Lepidoptera), Zweiflügler (Diptera) und Käfer (Koleoptera) gehören; gelegentliche Blütenbesucher aus den Gruppen der Hemiptera, Neuro ptera und OrthoiDtera verdienen nur eine kurze Erwähnung. Diese Insekten werden durch die in Ab- schnitt 6 geschilderten Anlockungs- und Genußmittel zum Besuche der Blumen ver- anlaßt. Ihre Anlockung erfolgt je nach der Beschaffenheit ihrer Sinnesorgane und je nach ihrer Klugheit bald vorzugsweise durch die Augenfälligkeit, bald mehr durch den Duft der Blüten, oder auch durch beides zusammen. Die Augen, die bei den blumenbesuchen- den Insekten in der Regel als Haupt- (Facetten-) und Nebenaugen ausgebildet sind, zeigen einen durchaus andersartigen Bau als die der Wirbeltiere und insbesondere des Menschen; dennoch dürften die Schau- apparate der Blumen auf die Augen der Insekten einen ganz ähnlichen Eindruck machen wie auf die menschlichen, denn unter übrigens gleichen Bedingungen wird eine Blumenart um so reichlicher von In- sekten aufgesucht, je augenfälliger sie für den Menschen ist, und umgekehrt. Doch ist gar nicht ausgeschlossen, daß für die Augen gewisser Insekten Lichtstrahlen wahrnehm- bar sind, die das menschliche Auge nicht mehr empfindet. Im ganzen scheinen, soweit dies Versuche mit der Honigbiene ergeben haben, die Nebenaugen den allgemeinen Eindruck des hellen Lichtes zu vermitteln und die Insekten zum freien Flug in den unbeschränkten Luftraum hinaus zu be- fähigen, während die Hauptaugen nur ein beschränktes Gesichtsfeld haben, das sich im übrigen mit der Wölbung des Auges ver- größert, und zur Wahrnehmung in der Nähe dienen. Für die verschiedenen Blumen- farben besitzen die einzelnen Insektengruppen verschiedene Vorliebe, und die am meisten an Blumenbesuch angepaßten lassen sich durch eine gewisse Farbenwahl beim Be- such bestimmen. Die Werkzeuge der Insekten zur Wahr- nehmung von Düften sind ihre Fühler, welche an ihren Geißelgliedern die Geruchs- Sinnesorgane in Form von Haaren, Gmben und Membrankanälchen tragen. Während bei manchen Insekten, wie z. B. bei den Schmetterlingen, der Geruchssinn außer- ordenthch fein ausgebildet ist, scheint er bei anderen auf einer niedrigen Stufe zu stehen. Ferner sind die Geschmacksrichtun- gen der blumenbesuchenden Insekten be- zügMch der Düfte recht verschieden, und ohne Zweifel lassen sich bestimmte Insekten- arten durch spezifische Blumengerüche an- locken; dabei ist wiederum die Möglichkeit zu beachten, daß Insekten imstande sind, Düfte wahrzunehmen, die dem menschlichen Geruchssinn entgehen. Im allgemeinen dürfte die Anlockung der Blumeninsekten auf weite Entfer- nungen meistens durch den Blütenduft er- folgen, dem eigentlichen Aufsuchen der Blumen in der Nähe aber der Gesichtssinn dienen, und schließlich werden an der Blüte selbst Form, Saftmale usw. den Weg zum Nektar weisen. Klügere Insekten lernen durch Uebung die verschiedenen Blüten und die in ihnen vorhandenen Nahrungs- quellen immer genauer kennen und vermögen sie dann mit großer Sicherheit und Schnellig- keit auszubeuten. In letzterer Hinsicht ist natürlich die Ausbildung der Mundwerk- zeuge (s. unten) von großer Bedeutung, wie weiterhin die Behaarung des Insekten- körpers ihn vorzugsweise geeignet macht, sich beim Blumenbesuch mit dem für die Bestäuliuiiß' 1017 Bestäubung erforderlichen Pollen zu behaften. Ein rasches Bewegungsvermügen endlich, welches den Blumenbesuchern gestattet, eine große Anzahl von Blüten in kurzer Zeit aus- zubeuten, ist nicht nur für diese Tiere, son- dern auch für die Blumen von großem Nutzen. Nach ihrer Ausrüstung und Wirksamkeit als Bestäubungsvermittler lassen sich (nach Loew) die blumenbesuchenden Insekten in folgende Stufen anordnen: a) Dystrope, d. h. für die Bestäubung ungeeignete Besucher, welche entweder die Blütenteile zerfressen oder aussaugen, oder Gewohnheiten haben, die für den Vollzug der Bestäubung hinderlich sind. Hierher gehören viele Insektenlarven, Käfer, Blatt- läuse und wohl auch die Ameisen; zu ihnen muß man ferner einige ihrem Körperbau nach als Bestäuber durchaus geeignete In- sekten rechnen, die aber nachträglich die Gewohnheit des Blumenverwüstens oder des Nektarstehlens angenommen haben, und die man als pseudodystrop bezeichnet. Viel- fach haben sich an den Pflanzen Schutz- mittel ausgebildet, um die Blüten gegen den unerwünschten Besuch dystroper Insekten zu sichern. b) Allotrope, d. h. ungleichartig an- gepaßte Besucher von geringem Wert für die Bestäubung. Besondere Körperaus- rüstungen zur Ausbeutung der Blumen fehlen ihnen oder sind nur andeutungsweise vorhanden, insbesondere zeigen weder ihre Mundteile noch ihr Haarkleid entschiedene Anpassungen an die Blüten; neben den Blumenstoffen genießen sie auch andere Nahrung bisweilen in größerem Umfang und treten gelegentlich auch blumenverwüstend auf; ihr Orientierangsvermögen beim Blumen- besuch ist wenig entwickelt, ihre Bewegungen sind meist unregelmäßig; Lebhaftigkeit und Intensität des Blumenbesuches sind oft ge- ring, erst bei den höher angepaßten Formen erscheinen sie gesteigert und die Bewegungen an den Blumen nehmen an Stetigkeit zu. Diese Stufe enthält die Mehrzahl der Koleo- ptera, die gelegenthch Blumen besuchenden Hemiptera, Neuroptera und Orthoptera, von denDipteren die blumenbesuchenden Nemato- cera, die Stratiomyidae, Tabanidae, Lep- tidae, Therevidae, Empidae, Dohchopodidae und Muscidae, von den Hymenopteren die Entomophaga und Phytopliaga, die Gat- tungen Vespa und Pohstes, sowie die kurz- rüsseligen Grabwespen (Crabronidae) und Goldwespen (Chrysididae). c) Hemitrope, d. h. halb einseitig an- gepaßte Besucher von mittlerem Wert für die Bestäubung. Bei ihnen sind schon deut- liche Ausrüstungen für erfolgreiche Blumen- ausnutzung erkennbar, aber noch viel schwächer ausgeprägt als auf der folgenden i Stufe; alle sind regelmäßige Blumenbesucher und entweder nur als Imagines oder auch im Larvenzustand auf die Blumennahrung an- gewiesen; Mundteile und Haarkleid zeigen entschiedene, teilweise weitgehende Anpas- j sungen an die besuchten Blumen. Zu ihnen gehören von den Dipteren die Conopidae, Bombyliidae und Syrphidae, von den Hy- menopteren die langrüsseligen Grab- und Goldwespen, die Vespidae-Solitariae und die kurzrüsseligen Apidae, endlich die Lepido- ptera mit Ausnahme der Sphingidae. d) Eutrope, d. h. völlig einseitig an- gepaßte Besucher von höchstem Wert für die Bestäubung. Ihre Körpereinrichtungen und Gewohnheiten befähigen sie sowohl zu vollkommener Ausnutzung der Blumen wie auch zu erfolgreicher Bestäubung und ins- besondere Fremdbestäubung in hohem Grade; die Mundteile sind außerordentlich verlängert, das Haarkleid meist sehr stark entwickelt und an die Blumen angepaßt; sie führen die Blumenbesuche mit größter Stetigkeit und Kegelmäßigkeit der Bewegungen aus und sind von der Blumennahning durchaus abhängig. Hierher gehören nur die lang- rüsseligen Apidae (mit zweig estaltigen Lippen- tastern) und von den Lepidoptera die Sphin- gidae. Unter den hier aufgeführten Blumen- besuchern nehmen an Wichtigkeit in jeder Beziehung den ersten Kang ein I. Die Hautflügler (Hymenoptera). Etwa die Hälfte aller als Blumenbesucher beobachteten Insekten gehört der Arten- zahl nach dieser Ordnung an. Dazu kommt noch, daß sich unter ihnen gerade die meisten eutropen und hemitropen Besucher befinden und viele von ihnen in größter Individuen- zahl auftreten. Vorzugsweise gilt dies von der Familie der Immen (Apidae), die in den Bienen und Hummeln die wichtigsten aller Bestäubungsvermittler stellt. Sie sind nicht nur in ihrem Endstadium als weibliche, männliche und Arbeiter auf Blütennahrung angewiesen, sondern ziehen auch ihre Brut mit Pollen und Nektar auf, benötigen also große Mengen dieser Blütenstoffe und sind gezwungen, die Blüten mit größtem Eifer zu besuchen und auszubeuten. Besonders die Honigbiene (Apis melli- f ica) spielt, obwohl bei uns nicht ursprüng- lich einheimisch, wegen ihrer Ausrüstung zum Einsammeln von Pollen und Nektar, der Schnelligkeit ihres Fluges, wegen ihres Eifers, ihrer treffhchen Sinneswerkzeuge und geistigen Fähigkeiten unter allen Bestäu- bungsvermittlern die erste Rolle. Hinsicht- lich der Einbringung von Pollen gehört sie zu den sogenannten Schienensammlern, d. h. sie besitzt an ihren Hinterbeinen auf deriVußenseite des vierten Ghedes, der Schiene, einen Pollensammeiapparat (Fig. 22), der 1018 Bestäubuno' aus einem Zaun langer, teils aufrechter teils einwärts gebogener Borstenhaare ge- bildet wird, worin mit Nektar angefeuchteter Pollen angehäuft werden kann. Der von der Biene aus den Antheren herausgefegte oder beim Blumenbesuch in ihrem Haarkleide haften bleijjende Pollen wird von dem Insekt mittels der Fersenbürsten zusammengekehrt. Fig. 22. Hinterbein einer Honigbiene mit dem Pollensammel- apparat; H Hüfte, Sehr Schenkelring, Seh Schenkel, Schi Schiene mit dem ,, Körbchen'", Fl bis F5 die 5 Fußglieder. 8 fach vergrößert. am Munde mit Nektar befeuchtet und mit Hilfe der Vorder- und Mittelbeine in die beiden Pollensammelapparate verbracht, um im Bienenstock abgestreift zu werden. Die Mundwerkzeuge der Honigbiene legen sich auf ziemlich verwickelte Art zu einem so- genannten Rüssel (Fig. 23) in solcher Weise zusammen, daß das Tier damit beißen, saugen und Pflanzengewebe anbohren kann. Der Rüssel läßt sich bis zu einer Länge von 6 bis 6,5 mm ausstrecken, sowie beliebig ver- kürzen oder auch nach der Unterseite des den Stand, ebensowohl offen und flach liegen- den wie auch halb verdeckten oder bis zu einer Tiefe von 6,5 mm in der Blüte ge- borgenen Nektar mit gleicher Bequemlich- keit aufzusaugen. Blaue und violette Blumen werden von der Honigbiene bevorzugt, grelles Gelb ist ihr wenig angenehm. An sie schließen sich nahe die Hummeln (Bombus) an, deren zahlreiche Arten in ihrer körperlichen Ausrüstung zur Ausbeutung der Blumen den Bienen annähernd gleichkom- men, sie durch bedeutendere Rüssellänge sogar übertreffen, aber hinsichtlich ihrer In- Schi Fig. 24. Rechtes Hinterbein eines Schenkel- saramlers, Dasypoda plumipes. 7 fach ver- größert. Bedeutung der Buchstaben wie in Figur 22. B telligenz und Lebensweise doch hinter der Honigbiene zurückstehen müssen. In noch Kopfes einschlagen, und setzt die Biene in^^öherem Maße als diese bevorzugen sie die ^ ^ I violetten, blauen und roten Blumen vor den weißen und gelben. Pollensam- melapparat und Rüssel der Hummeln sind denen der Honig- biene ähnlich, der Rüssel zeigt bei den einzelnen Arten bedeu- tende Längenunterschiede, von 9 bis 11 mm bei den Weibchen von Bombus terrestris bis zu 19 bis 21 mm bei denen von B. hortorum. Unter den übrigen Immen kommt den gleichfalls zu den Schienensammlern gehörigen Gattungen Macropis, Anthophora, Eucera und Xylocopa ein höherer Rang als Bestäuber zu gegenüber den Schenkelsammlern (Da- sypoda, Anthrena, Halictus, Sphe- codes, Prosopis, Fig. 24) und den Bauchsammlern (Mega- chile, Osmia, Anthidium, Fig. 25). Die Schenkelsammler bilden mit ihren höchstens eine Länge von Fig. 23. Rüssel der Honigbiene. A die ü\Iundtei!e von unten gesehen, Zunge und Lippen- taster nicht vollständig aus- gestreckt; K Kinn\nirzel, Kt Kiefertaster, Kl Kieferladen, L Lippentaster, Z Zunge, Lf deren Löffelchen. 15 fach ver- größert. B Querschnitt durch die Mitte des Rüssels, etwas schematisiert; Kl Ivief erladen, L Lippentaster, Z Zunge, H der in der Zunge liegende Hornstab. 75 fach vergrößert. Rostäul)una' 1019 7 mm erreichenden Rüsseln die kurzrüsse- ligen, die Schienen- und Bauchsanimler die langrüsseligen Apiden. Letztere ver- schmähen bei ihren Besuchen Bhimen mit offen liegendem Nektar und Blumen- gesellschaften, ziehen dagegen die Immen- blumen vor. Bezüglich der Farben bevor- zugen die kurzrüsseligen Hymenopteren noch in hohem Grade die hellfarbigen Blu- men, bedeutend weniger ist das bei den kurzrüsseligen Apiden der Fall, und bei den langrüsseligen gibt sich eine deutliche Vor- liebe für die dunklen (roten, violetten und blauen) Blumenfarben zu erkennen. Eine weit zurückstehende Bedeutung als Bestäubungsvermittler haben die übrigen Familien der Hymenopteren, unter denen Fig. 25. Hinterleib eines Bauchsammlers, Os- mia spinulosa von imten und von der Seite gesehen. 7 fach vergrößert. in dieser Hinsicht etwa die Crabronidae, Vespidae und Chrysididae von einigem Wert sind, die ebenfalls nicht selten Blumen be- suchenden Ichneumonidae, Tenthredinidae und Pompilidae aber noch mehr in den Hintergrund treten. IL Die Schmetterlinge (Lepido- ptera) nehmen, was den Grad der An- passung an Blumen anbelangt, unter allen Insekten die höchste Stufe ein, da ihre Mundteile durchaus auf die Gewinnung von Blumennektar eingerichtet sind. Ihr so- Fig. 26. Bau des Schmetterlingsrüssels. A eine der beiden von einem Unterkiefer gebildeten Rüsselhälften von Vanessa antiopa. 10 fach vergrößert. B Querschnitt aus dem Rüssel von Pieris brassicae. 60 fach vergrößert. genannter Rüssel (Fig. 26) ist unter Ver- kümmerung der übrigen für die Insekten typi- schen Mundwerkzeuge aus den eigenartig umgebildeten Unterkiefern hervorgegangen und stellt ein langes dünnes, spiralig einroll- bares Saugrohr dar, welches den Schmetter- ling befähigt, sowohl aus flachen und offenen wie aus eng- und tiefröhrigen Blumen Nektar zu gewinnen; am Rüsselende befindliche starre Spitzen können auch zum Aufritzen von saftigen Pflanzengeweben benützt wer- den. Die Länge des ausgestreckten Rüssels schwankt von 1 bis 4 mm bei den Bom- bycidae bis zu 80 mm bei den einheimischen, und selbst bis 250 mm bei ausländischen Sphingidae. Die genannte Familie zeichnet sich auch durch raschen Flug und große Blumenstetigkeit aus; aul^er ihr sind namentlich die Noctuiden als Bestäuber tätiß', während den an Blumen sehr häufigen Tag- faltern wegen ihrer Unstetigkeit und mäßigen Geschwindigkeit nur ein geringer Wert zu- kommt. Die Anlockung der Schmetterlinge erfolgt nicht nur durch den Duft der Blumen, sondern auch durch deren Farbe; das ergibt sich daraus, daß von ihnen die roten, blauen und violetten Blumen beim Besuch vor den hellfarbigen bevorzugt werden. Ferner zeigen die Schmetterlinge Vorliebe für Falterblumen, verschmähen dagegen Blumen mit offen liegendem Nektar. IIL Die Zweiflügler (Diptera) enthalten mehrere Familien mit deutlich er- kennbaren Anpassungen an den Blumen- besuch, außerdem auch zahlreiche Be- stäuber aus anderen Familien, denen solche Anpassungen noch fehlen. Die blumentüch- tigsten Familien sind die Syrphidae, Empidae, Bombyliidae und Conopidae mit Rüssellängen bis zu 12 mm, die sämtlich Nektar saugen, während die Syrphidae, die unter allen Di- pteren am meisten für die Bestäubung der Blumen tätig sind, außerdem auch Pollen fressen. Diese langrüsseligen Dipteren be- vorzugen bei ihren Besuchen die hellfarbigen Blumen in weniger hohem Grade als es die kurzrüsseligen tun. Auch in den kurzrüsse- ligen Familien der Muscidae und Stratio- myidae gibt es pollenfressende und nektar- saugende Arten, die als Bestänbungsvermitt- 1er von einiger Bedeutung sind. Der Saug- apparat der blumenbesuchenden Dipteren (Fig. 27) ist ein im wesentlichen von der Ober- und der Innenlippe gebildeter und von der futteralförmigen Unterlippe umschlos- sener Rüssel, der nach vorn, aufwärts und abwärts gestreckt, und nach unten geklappt werden kann; bei den pollenfressenden Alten besitzt er an seinen Endklappen eine Vorrich- tung zum Erfassen und Zermahlen der Pollenkörner und kann unter den Kopf zurückgezogen werden. Zugleich mit der Rüsseliänge und der sonstigen körperlichen 1020 Bestäubung Ausrüstung zur Gewinnung von Blumen- nahrung steigert sich bei den genannten Dipteren auch ihre Intelligenz und Geschick- lichkeit im Auffinden von verstecktem Nek- tar; die kurzrüsseligen benehmen sich an den Blumen häufig dumm und ungeschickt. Im allgemeinen zeigen die blumenbesuchen- den Dipteren Widerwillen gegen Immen- blumen, die allotropen unter ihnen Vorliebe für Blumen mit offen liegendem, die hemi- tropen für solche mit teilweise geborgenem Nektar. IV. Die Käfer (Koleoptera) finden sich auf vielen Blumenarten häufig als Besucher ein, sind aber meistens dystrop. Sie zeigen eine Vorliebe für Pollenblumen und Blumen mit offen liegendem Nektar, verschmähen dagegen Blumen mit völlig A B Fig. 27. Rüssel einer Schwebfliege, Eristalis tenax. A von der Seite, B von unten gesehen; 7 fach vergrößert. c Endklappen des Rüssels. 6 härteres Chitinstück an seiner Unterseite, f kontraktiler mittlerer Teil, g kontraktile Basis des Rüssels, h Oberlippe, i Innenlippe, k Unter- kiefer, 1 Kiefertaster. geborgenem Nektar, am meisten die Immen- und Falterblumen; sie bevorzugen hell- farbige, d, h. grünlichgelbe, gelbe und weiße Blumen. Auch ausgesprochene Blumen- käfer, wie die durch verschmälerten Hals- schild, verlängerten Kopf und bärtige Unter- kiefer ausgezeichneten Gattungen Clytus, Pachyta, Strangalia, Leptura, Grammoptera u. a. unter den Cerambycidae, ferner die schmalleibigen Oedemeridae, manche Can- tharidae und zahlreiche ein ausschließliches Blumenleben führenden Arten der Tele- phoridae,Cistelidae, Mordellidae, Buprestidae, Phalacridae und Nitidulidae, haben doch keine hohe Anpassungsstufe an die Ge- winnung von Blumennahrung erreicht. Nur aus Südamerika sind Arten der Gattung Nemognatha mit einer sehr weit gehenden Anpassung bekannt geworden: ihre Kiefer- aden haben sich außerordentlich verlängert. rinnenförmig ausgehöhlt und zu einem fadeti förmigen, 12 mm langen Rüssel zusammen- gelegt, der wie ein Schmetterlingsrüssel zum Nektarsaugen gebraucht werden kann. V. Die übrigen Insektenordnungen sind zwar auch unter den Blumenbesuchern vertreten, namentlich die Halbf lügler (Hemi- ptera), doch zeigen sie weder erkennbare iVn- passungen an die Blumen, noch sind sie als Bestäuber von merklichem Nutzen. Die winzigen, zu den Geradflüglern (Orthoptera) gerechneten Blasenfüße sind mit der Gattung Thrips und ihren Verwandten fast allgegen- wärtige Gäste in den Blüten, schädigen diese zwar durch Fressen von Pollen, Benagen der Blütenorgane und Stehlen von Nektar, können aber durch Verschleppen von Pollen- körnern ab und zu Bestäubungen herbei- führen. Auch einige andere Orthopteren sowie vereinzelte Netzflügler (Neuropteren) sind Blumenbesucher. 7b) Die Vögel haben zwar unter den Bestäubungsvermittlern größere und kleinere Gruppen als Vertreter, aber solche, die ausschließlich von Blumennahrung lebten, kennt man nicht. Unser Wissen über die RoUe von Vögeln als Bestäuber ist noch ziemlich lückenhaft, doch lassen sie sich immerhin mit Rücksicht auf ihr Benehmen an den Blumen, auf ihre körperliche Aus- rüstung zur Ausbeutung des Nektars und hinsichtlich ihres Wertes als Bestäubungs- vermittler entsprechend den Blumeninsekten in drei Gruppen bringen. a) Dystrop und allotrope. Es sind Blumenräuber und gelegentliche Honig- näscher, die sehr verschiedenen VogeKamilien angehören und von denen Blumenbesuche nur als Ausnahmefälle bekannt geworden sind. Die meisten Arten gehören der Ver- wandtschaftsreihe der Passeres mit vor- wiegend insektivorer Lebensweise an, sie besuchen die Blumen weniger um des Nektars willen, als um den Blumeninsekten nach- zustellen; nur bei den Dicaeidae und den amerikanischen Caerebidae kann man viel- leicht schon vom Auftreten bestimmter Kör- pereinrichtungen zur Nektarausbeutnng sprechen. Ferner gehören dieser Stufe die südasiatisch-australischen Trichoglossinae und die Sittacinae an, zwei Papageien- gruppen, die sich vorherrschend von Pflanzen- stoffen, darunter bisweilen auch von Pollen und Nektar nähren. b) Hemitrope, die Honiglecker. Sie besitzen eine in beschränkter oder voll- kommnerer Weise zum Honiglecken geeignete Zunge, zeigen Uebergänge von den allo- tropen Vögeln her und sind in ihren ausge- prägten Vertretern geschickte Bestäuber, die in der Regel unterhalb der auszubeutenden Blumen Platz nehmen oder sich an den Blüten oder in ihrer Nachbarschaft anklammern. Bestäubuns- 1021 um den Nektar zu gewinnen. Die Honig- 1 lecker sind in den warmen Ländern der alten Welt, ferner in Australien, auf Neu- seeland und ozeanischen Inseln verbreitet und bilden die Familien der Nectariniidae, Meliphagidae und Zosteropidae. c) Eutrope, die Honigsauger. Sie werden durch die in den Tropen Amerikas und auf den benachbarten Inseln einheimischen Ko- libris (Trochilidae) repräsentiert, sind durch I den Bau ihrer zum Honigsaugen eingerich- teten Zunge (Fig. 28) gekennzeichnet und dürften auch in anderer Hinsicht geschicktere und wirksamere Bestäubungsvermittler sein als die Honigvögel der alten Welt. Sie sind sehr gewandt im Fliegen und haben die Ge- wohnheit, nach Art der Sphingidae, an die Fig. 28. Schädel und Zunge eines Kolibris, a die am Ende geteilte Zunge, b Muskel zum Zurück- ziehen, c zum Vorschieben der Zunge, natürliche Größe. sie in Aussehen und Bewegungen überhaupt erinnern, die Blumen im Schweben zu be- saugen. Von den bisher beobachteten Vogel- besuchen an Blumen entfallen 53,6% auf Kolibris gegen 38,6% von hemitropen Vö- geln. 7c) Andere Tiere. Sonstige Blumen- besucher und Bestäubungsvermittler sind gegenüber den Insekten und Vögeln nur in vereinzelten Fällen von einiger Bedeutung. Beobachtet sind in dieser Hinsicht einige Milben, Springschwänze und andere kleine Wassertiere an den Lemnaceen, Nackt- und Gehäuseschnecken an Araceen, Lemnaceen u. a., Fledermäuse an einigen tropischen Pandanaceen, Caesalpiniaceen und Myrtaceen. 8. Die Blumenklassen. Die großen Unter- schiede im Grade der Anpassung der Blumen an ihre Bestäubungs vermittler und in dem nach den vorliegenden Beobachtungen den einzelnen Blumenarten tatsächlich zuteil werdenden Besuch, die Verschiedenheiten der Blüteneinrichtungen, welche die Besucher zu bestimmten Bewegungen an den Blüten zwingen, gestatten uns, die Blumen in öko- logische Gruppen zusammenzustellen, die man als Blumenklassen und deren Unter- abteilungen bezeichnet hat. Zuerst umschrieb F. Delpino, vornehmlich auf Grmid des Baues und der Bestäubungs- einrichtmigen der Blüten, mit großem Scharf- blick derartige Klassen, Typen und Formen von Blumen, die hier angeführt werden müssen, wenn sie auch nicht alle der späteren Kritik standgehalten haben. 1. Klasse. Gefängniseinrichtungen. Die geeigneten Bestäuber fallen in eine entweder von der Blüten hülle oder der Krone oder einer Blütenscheide gebildete Höhlung und bleiben dort mehr oder weniger lange eingesperrt. a) Aristolochien-Typus mit einer mikromyio- philen und einer sapromyiophilen Form. b) Cypripedium-Typus. c) Coryanthes-Typus. 2. Klasse. Herbergeeinrichtungen. Die geeigneten Bestäuber lassen sich in der Blumen- höhlung nieder oder verbergen sich im Innern von Blütenständen und verweilen dort versteckt in der Herberge längere Zeit, können sie aber nach Belieben verlassen. a) Aspidistra-Typus mit einer raiki-om\'io- philen und einer sapromyiophilen Form. b) Magnolien-Typus. c) Hydrangea-Typus. d) Feigen-Typus. 3. Klasse. Weitröhrige Einrichtungen. Die verwachsen blättrige lü'one ist zu einer mehr oder weniger weiten Röhre ausgebildet, deren Ausmessungen der Form der Bestäuber entsprechen; diese dringen mit ihrem ganzen Körper oder dem größten Teil desselben in die Röhre ein und verweilen darin nur so lange, als zum Sammeln von Pollen und Nektar oder nur von Nektar erforderlich ist. a) Datura-Typus. b) Glocken-Typus. c) Fingerhut-Typus mit einer sternotriben und einer nototriben Form. 4. Klasse. Hängende Einrichtungen. Die Blütenachse hängt abwärts, Krone, Kelch, Blütenhülle oder andere in radialer Richtung miteinander verschmolzene Organe bilden eine hängende nektarführende Röhre, in die Schnabel, Zunge oder Rüssel oder auch ein Teil des Kör- pers der Bestäuber eindringt. a) Fuchsia-Typus. b) Abutilon-Typus. 5. Ivlasse. Kleinmündige Einrichtungen. Sie unterscheiden sich nicht sehr von der vorigen, doch sind die Blütendimensionen kleiner; die Blütenachse ist horizontal anstatt hängend; Krone oder Kelch bilden eine bauchige und buckelige Röhre, in deren Höhlung Narben und Antheren völlig eingeschlossen sind; die Mündung der Röhre ist sehr eng und erlaubt nur dem Schnabel und der Zunge der Bestäuber den Zutritt. 6. Klasse. Lippenblumeneinrichtungen. Blüten symmetrisch, mit horizontaler oder ab- wärts geneigter Achse, immer mit Nektar; die Nektar ien sind im Sinne der Blüteiiachse miten, die Antheren und Narben oben angeorchiet, so daß eine nototribe Bestäubmig erfolgen muß. a) Lippenblüten-Typus mit der Helmform, Rachenform, Maskenform, Unterlippen form und einlippigen Form. b) Aeschinanthus-Typus. c) Veilchen-Typus. 7. Klasse. Schmetterling sblunienein- richtungen. Blüten svmmetrisch mit hori- 1U22 Bestäubung zontaler, abwärts geneigter, bisweilen hängender Achse und mit steniotriber Bestäubung; die Teile sind im Vergleich zu einer Lippenblumen- einrichtung genau umgekehrt eingestellt. a) Normaler oder kryptandrischer Schmetter- lingsblumen-Typus mit der gewöhnlichen Form, der lossclmellenden Form, der Nudelspritzen- form und der Griffelbürstenform. b) Gymnandrischer Typus. c) Amaryllis- oder Rhododendron-Typus mit den Formen der eingeschlossenen und der hervor- stehenden Staubblätter. d) Melastomaceen-Typus. e) Strelitzia-Typus. 8. Klasse. Röhrentragende und lang- r übrige Einrichtimgen. Blütenachse hori- zontal, aufwärts oder abwärts geneigt, aber nie hängend; Blüten aktinomorph oder symmetrisch, mit eingeschlossenen oder hervorstehenden Staub- blättern und Narben; das Hauptmerkmal liegt in dem Vorhandensein einer nektarfühienden langen Röhre oder eines Spornes, die oft so dünn sind, daß nur ein Schmetterlingsrüssel zum Nektar vordringen kann. a) Sporn-Typus. b) Röhren-Typus. 9. Hasse. Umfliegungseinrichtungen. Ausschließlich für schwebende, nicht sitzende Bestäuber bestimmt, die um die Einzelblüte oder den Blütenstand herumschweben und sich dabei an der Rücken- oder Bauchseite be- stäuben. a) Methonica- Typus. b) Stenocarpus-Typus. c) Feuerlilien-Typus. d) Proteaceen-Typus. e) Callistachys-Typus. 10. Klasse. Um Wanderung Seinrichtungen. Aufrecht oder fast aufrecht und aktinomorph mit horizontaler Blütenausbreitung ; der nie fehlende Nektar wird immer tiefer dargeboten als der Pollen ; die Bestäuber (Apiden) wandern auf der Blütenfläche umher und erfahren da- bei nototribe oder steniotribe Behaftmig mit Pollen. a) Passiflora-Typus. b) Nigella-Typiis. 0) Helianthus-Typus. 11. Klasse. Kriecheinrichtungen. Blüten- stände mit eigentümlicher Flachheit der blühen- den Oberfläche, auf der Schnecken oder Fliegen leicht umherkriechen können; Nektar ist nicht vorhanden, als Genußmittel wird Pollen oder ein Futtergewebe dargeboten. a) Rhodca-Typus. b) Anthurium-Typus. cj Chrysosplenium-Typus. 12. Klasse. Anklammerungseinrichtun- gen. Die ziemlich kurzen und zusammenneigen- den Staubblätter und Griffel bilden eine Gruppe, an der sich die Bestäuber anklammern, wenn sie Pollen mid Nektar gewinnen wollen: dabei behaften sie sich an der Brust mit Pollen. a) Borrago -Typus. b) Verbascum-Typus. 13. Klasse. Offene regelmäßige Einrich- tungen. Alle einfacheren Blumen, die in keine der vorhergehenden 12 Klassen gehören; Blüte weit geöffnet, mit leichtem Zugang zum Nektar, ohne besondere Anflugstellen, Saftmale mid Saft- halter. 1. Unterklasse. Grünblütige Einrichtungen: Blumen klein, gelblich, grünlich, gelblichweiß oder grünlichweiß, mit offen liegendem Nektar. a) Rhamnus-Typus. 2. Unterklasse. Schwarzblütige Einrich- tmigen: Blumen schwärzlich oder bräimlich, sonst wie in der vorigen Unterklasse. b) Uvaria-Typus. c) Stapelia-Typus. d) Schwarzblümchen-Typus. . 3. Unterklasse. Vielblütige Einrichtmigen : Kopfige Blütenstände von sehr verschiedenen Dimensionen. e) Aster-Typus. f) Scabiosen-Typus. g) Trachelium-Typus. 4. Unterklasse. Schönblumige Einrichtungen: Blüten einfach, aktinomorph, ansehnlich, ro- settenförmig. h) Papaver-Typus. i) Rosen-Typus. k) Ranunculus-Typus. 5. Unterklasse. Kleinblumige Einrichtungen: Kleine weiße oder helhaolette Blumen mit sehr kurzen Kronblättern, auf sehr niederer ökolo- gischer Stufe mit Neigung, zur Selbstbe- stäubung. Fruchtbarer als diese Delpinosche Klas- sifikation erwies sich der zuerst von H. Müller durchgeführte, die Beziehungen zwischen den Blumen und ihren Bestcäubiings- vermittlern klarer hervorhebende Gedanke, zur Aufstellung von Blumenklassen die An- passungsstufen der Blumen an weitere oder engere Kreise von Besuchern zu verwenden. Im Verein mit den früher besprochenen Windblütlern (Anemogamae — A) Wasserblütlern (Hydrogamae — H) sowie mit den Habituellen Selbstbestäubern (S) ergeben die folgenden Blumenklassen eine vollständige Uebersicht über alle bis jetzt bekannten Bestäubungseinrichtungen. Unter den Tierblütlern (Zoidiogamae — Z) lassen sich zunächst drei große Hauptgruppen erkennen, die den vorher (s. 7) aufgestellten Stufen der allotropen, hemitropen und eu- tropen Bestäubungsvermittler entsprechen und ebenso bezeichnet werden. Die beiden ersten Hauptgruppen enthalten Insekten- blütler (Entomogamae — E), die letzte auch noch V 0 g e 1 b 1 ü 1 1 e r (0 r n i t h 0 - g a m a e — 0). 8a) Allotrope Blumen sind solche, die den verschiedensten Insektenkategorien unbeschränkten Zutritt zum Blüteninnern und den darin enthaltenen Genußmitteln gewähren und hierbei gelegentlich bestäubt werden. Sie zeigen demgemäß nur die all- gemeinen Merkmale der Eutomoganiie, aber keine erkennbaren Anpassungen an einen Bestäubung 1023 bestimmten enger begrenzten Besnclierkreis. Das schließt nicht aus, daß sich in dieser Gruppe eine Stufeiifolge von einfacheren zu vervolllcommneten Blüteneinriclitnngen feststellen läßt. In der deutschen Flora sind etwa 41% aller Entomogamen allotrop. 1. Klasse. Pollen bin men — Po (Fig. 29), so genannt, weil sie keinen Nektar oder stellvertretende Stoffe enthalten, son- dern den Besuchern nur Pollen als Gennß- mittel darbieten, im Gegensatz zu den Nektar enthaltenden Nektar bin men, Honigblumen oder Saftblumen. Auch sonst geben sie sich durch Einfachheit cles Baues" ihrer meist großen offenen Zwitter- Fig. 29. Pollenbhime. Blüte \ on R o s a c a r e li c a von oben gesehen. Natürliche Größe. bluten, sowie durch leichte Erreichbarkeit des in der Kegel reichlich hervorgebrachten Pollens als Blumen zu erkennen, die auf einer niederen Stufe der Entomogamie stehen. Von den Windblütlern, mit denen sie durch einige Uebergänge verbunden sind, unter- scheiden sich die Pollenblumen durch ihre Augenfälligkeit, die etwas klebrige Beschaffen- heit des Pollens und oft auch durch ausge- prägte Düfte. Die hauptsächlichsten Blumen- farben, besonders grelle, sind bei ihnen ver- treten: weiß, gelb und rot am häufigsten, violett und blau weniger. Bisweilen zeigen die Schauapparate Farbenkontraste oder Zeichnungen, die den Saftmalen nektar- haltiger Blumen ähnlich sind, aber entweder mir zur Erhöhung der Augenfälligkeit der Blüten oder vielleicht auch zur Auffindung des Pollens dienen (Pollenmale). Die Blumen pflegen homogam, seltener schwach protogynisch zu sein; ihre Bestäubungsver- mittler sind neben den an allen Blumen- arten viel verkehrenden Honigbienen vor- zugsweise kurzrüsselige Apiden und Schweb- fliegen, auch pollensammelnde langrüsselige Apiden, verschiedene Fliegen und Käfer. Sie bewirken bei ihren Besuchen Selbst- und Fremdbestäubungen. In Deutschland umfaßt diese Blumenklasse etwa 8% der Insektenblütler, u.a. gehören zu den typischen Pollenblumen die Papaveraceen, Cistaceen, Rosen, Anemonen. Bemerkenswert ist bei einigen hierher gehörigen Blumen die so- genannte Heterantherie, d. h. das Auf- treten von Staubblättern verschiedener Form und Funktion in derselben Blüte. Sie unter- scheiden sich namentlich durch die Aus- bildung ihrer Antheren; so dienen z. B. bei vielen Commelinaceen von den 6 Staub- blättern der Blüte nur 3 mit normal ausge- bildeten Antheren der Bestäubung, während die 3 anderen durch ihre Gestalt und Färbung die Aufmerksamkeit der Besucher auf sich lenken und ihnen ihren Pollen preisgeben. Bei der Gattung Cassia kommen in der Blüte außer den der Bestäubung dienenden und den für die Besucher Pollen als Nahrung spendenden noch solche verkümmerte Staub- blätter vor, die von den Besuchern ergriffen und als Halt in der Blüte benutzt werden. In solchen Fällen unterscheidet man Befrach- tungs-, Beköstigungs-, Anlockungs- und An- klammern ngs-Staubblätter. 2. Klasse. Blumen mit allgemein zugänglichem Nektar — A (Fig. 30). Die Arten dieser in Deutschland mit etwa 10,5% der Entomogamen vertreteneuiKlasse zeichnen sich durch Einfachheit des Baues Fig. 30. Blüte von Ruta graveolens, schräg von oben gesehen. 3 fach vergrößert. ihrer aktinomorphen offenen Blumen hin- sichtlich der Zahl und Stellung der Blüten- organe, sowie durch leichte Zugänglichkeit des nektarhaltigen BlütBuinnern aus. Der Nektar wird in der Regel von der Außen- seite des Fruchtknotens oder von einem Polster auf seinem Scheitel, auch von seiner drüsigen Unterlage oder im flachen Blüten- grnnde abgesondert und dargeboten. Wegen der offenen Lage und allgemeinen Zugäng- lichkeit des Nektars sind Saftmale in den Blüten überflüssig. Als Besucher und Be- stäuber ist eine große Menge der verschieden- artigsten Insekten tätig, mit der Einschrän- kung, daß die langrüsseligen x\piden und die 1024 Bestäubune- Schmetterlinge den weniger blumentüch- tigen kurzrüsseligen Insekten das Feld über- lassen. In den zwitterigen Blüten wird Fremd- bestäubung nicht selten durch die gegen- seitige Stellung der Geschlechtsorgane be- günstigt, in anderen Fällen durch ausge- sprochene Protandrie (Ruta, Tilia, Rubiaceae, Umbelliferae), seltener durch Heterostylie (Fagopyrum). Auch Trennung der Geschlech- ter kommt vor, und zwar Scheinzwitterig- keit (iVcer), Andromonöcie (Galium, Um- belliferae), selten Einhäusigkeit (Buxus) oder Zweihäusigkeit (Arctopus, Rhamnus). Häufig sind in dieser Blumenklasse weiße Blüten, daneben finden sich besonders grünlichgelbe und gelbe, seltener rote oder blaue Blüten- farben. 3. Klasse. Blumen mit teilweise, verborgenem Nektar — AB (Fig. 31). In dieser an Arten besonders reichen Blumen- Fig. 31. Blüte von AI sine verna, schräg von oben gesehen, bei N 2 Nektarien sichtbar. 4 fach vergrößert. klasse, der bei uns 22,5%'der Entomogamen angehören, wird zwar auch der Nektar noch in geringerer Tiefe dargeboten, aber er ist durch Haare, Schuppen oder andere Blüten- teile verdeckt oder in Vertiefungen verborgen, so daß er von außen nicht ohne weiteres und nur unter besonders günstigen Umständen gesehen werden kann. Die Blumen sind in der Regel aktinomorph gebaut, ohne Saft- male oder mit auf der Krone gleichmäßig verteilten Strichen oder leichten Farben- kontrasten. Die vorherrschenden Farben sind intensives Gelb und Weiß, während das in der Klasse A häufige schmutzige Gelb- grün kaum vorkommt, Rosa und Dunkelrot selten sind. Besucht werden die weißen Blumen dieser Klasse hauptsächlich von Fliegen, die gelben außerdem noch von kurzrüsseligen Apiden; viele kurzrüsseligen Insekten, denen der wenig tief geborgene Nektar wohl zugänglich wäre, werden von seinem Genuß ausgeschlossen, weil sie ihn in der Blüte nicht bemerken. Die meisten hierher gehörigen Blüten sind zwitterig, aber nicht selten deutlich (viele Rosaceen) oder schwach protogynisch (Cmciferae) oder protandrisch (Crassulaceae, Alsineae); doch findet sich auch die Ausbildung männlicher und weiblicher neben den zwitterigen, sowie völlige Geschlechtertrennung bei der zwei- häusigen Gattung Salix. 8b) Hemitrope Blumen schließen durch tiefere Bergung und infolgedessen er- schwerte Zugänglichkeit des Nektars zahl- reiche kurzrüsselige Besucher von dessen Genuß aus, ohne aber bereits deuthche An- passungen an die verhältnismäßig häufiger als Bestäuber auftretenden langrüsseligen Insekten erkennen zu lassen. Die Zahl der Alten in dieser Gruppe beträgt bei uns etwa 27,5% der Insektenblütler. 4. Klasse. Blumen mit vollständig geborgenem Nektar — B (Fig. 32). Die Blumen dieser in Deutschland mit ca. 8,5% Fig. 32. Androsace obtusifolia. A Blüte von oben, B im Längsschnitt. 3 fach vergrößert. der Entomogamen vertretenen Klasse zeigen neben aktinomorphen Blütenhüllen, unter denen die offenen und flachen durch glockig vertiefte oder zu Röhren zusammenschlie- ßende ersetzt werden, vielfach auch sym- metrische, seithch gerichtete Formen, und die rote und blaue Blütenfarbe gewinnt das Ueber- gewicht über die weiße und gelbe. Ent- sprechend der tieferen Bergung und schwie- rigeren Auffindbarkeit des Nektars pflegen deutlich ausgeprägte Saftmale vorhanden zu sein. Kleinere und wenig augenfällige Blumen, auch solche denen wegen ihres Standortes geringerer Insektenbesuch zuteil wird, wahren sich durch Homogamie die Möglichkeit der Selbstbestäubung, sonst wird diese durch die gegenseitige Stellung der Geschlechtsorgane und Herkogamie, oder durch Dichogamie oder Eingeschlechtigkeit der Blüten verhindert. Trotz Homogamie wird bei den besonders in dieser Blumenklasse vertretenen Heterostylen der Eintritt und die Wirkung von Selbstbe- stäubung, ja selbst von illegitimen Kreuzun- gen zugunsten der legitimen, die immer xenogam sind, zurückgedrängt; sowohl di- morphe (Forsythia, Hottonia, Menyanthes, Limnanthemum, Plumbago, Linum) wie tri- morphe Heterostylie (Lythrum) ist vertreten. Besonders häufige Verwendung findet zur Begünstigung der Fremdbestäubung die Prot- andrie (z. B. Geranium, Epilobium, Malva, viele Labiatae), oft mit Platzwechsel der bei- derlei Bestäubungsorgane, weniger die Pro- togynie (Helleborus, Aesculus). Eingeschlech- tige Blüten finden sich neben zwitterigen in der Form der Gynomonöcie, Gynodiöcie und Bestäubung 1Ö25 Trimonöcie (Aesculus). Als Bestäubungs- 1 Selbstbestäubung aufgegeben zu haben, vermittler sind noch sehr verschiedene In- 1 daß ihre Blüteneinrichtung zu den Sektengruppen tätig, indessen unter mehr oder vollkommensten des Pflanzenreichs ge- weniger weitgehendem Ausschluß der kurz- rechnet werden muß. Auch die man- rüsseligen. nigfachsten Enormen der Polygamie haben 5. Klasse. Blumengesellschaften sich in dieser Familie ausgebildet, und häufig mit völlig geborgenem Nektar — B' (Fig. 33). Unter Blumengesellschaften im Sinne der Blütenökologie versteht man kopfige Blütenstände aus zahlreichen, meist kleinen Blumen mit völliger Nektarbergung, bei denen die dicht gedrängt stehenden Einzelblüten zum Zweck der Ausbildung des Schauappara- tes und häufig auch bezüg- lich der Entwickeln ng der Geschlechtsorgane in den Dienst der Gesellschaft treten und entsprechende Umbil- dungen erfahren. Die Blumengesellschaft wirkt dem Aussehen nach wie ein ein- fache Blume; der Insekten- besuch hängt derart von der Blütenfarbe ab, daß die weißen und gelben Blumengesell- schaften mehr einen gemisch- ten Besuch erfahren, die roten, blauen und violetten von den einsichtigeren und langrüsseligen Besuchern be- vorzugt werden. Bei den zwitterigen Einzelblüten der Blumengesellschaften ist in der Regel Fremdbestäubung durch ausgeprägte Protandrie begünstigt, auch Polygamie tritt in verschiedenen Formen nicht selten auf. In der deut- schen Flora machen die Arten dieser Blumenklasse etwa 19% der Entomogamen aus; sie finden sich in der vollkom- mensten Ausbildung in der Familie der Dipsacaceae, be- sonders aber der Compositae. Diese nach Artenzahl größte Familie der Blütenpflanzen besitzt in der Zusammen- ordnung zahlreicher Blüten zu einer Gesellschaft, die sehr augenfällig wird, massenhafte Insekten anlockt und von den Besuchern in kürzester Zeit befruchtet werden kann, in der starken Protandrie der Zwitterblüten und in mancher- lei besonderen Einrichtungen so vortreffliche Rüttel zur sicheren Herbeiführung von Fremdbestäubungen, ohne zugleich die Möglichkeit der ist die Erscheinung, daß die im Umfang des Kopfes stehenden Blüten (Strahlblüten) ge- schlechtslos geworden sind und als einzige Aufgabe die Erhöhung der Augenfälligkeitjder Fig. 33. Blumengesellschaft der Compositen. A Blütenkopf von Cynara cardunculus im Längsschnitt; H Blätter des Hüllkelches, Bo Blütenboden, auf dem die Einzelblüten Bl ein- gefügt sind. 3^4 natürliche Größe. B ausgebreiteter Blüten- kopf von Bellis perennis, von oben gesehen; in der Mitte glöckchenförmige Scheibenblüten, am Rande zungenförmige Strahlblüten. 3 fach vergrößert. C und D zwitterige Scheiben - blute im früheren männlichen und im späteren weiblichen Zu- stiind. 4 fach vergrößert. E weibliche Strahlblüte. 4 fach ver- größert. Handwörterbuch der Naturwisscnscliaften. Band I. 65 1026 Bestäubung Blumengesellschaft beibehalten haben. In der Familie der Compositae läßt sich eine Eutwicklungsreihe für die Blumengesell- schaften feststellen, die von ursprünglicheren Formen mit lauter gleichgestalteten Zwitter- blüten zu solchen führt, bei denen durch fort- schreitende Arbeitsteilung die Verrichtungen der Pollenproduktion, der Samenbildung, der Nektarabsonderung und der Herbeiführung von AugenfälUgkeit immer mehr auf ver- schiedene Blüten der Gesellschaft verteilt werden. 8c) Eutrope Blumen, d. h. solche, die sich in einseitiger Weise der Bestäubung durch bestimmte größere oder kleinere Gruppen von besuchenden Tieren unter mehr oder weniger vollständigem Ausschluß der übrigen angepaßt haben; sie werden deshalb nach den zuständigen Bestäubungsvermittlern benannt. 6. Klasse. Dipterenblumen — D. Hier werden verschiedene Blüten zusammen- gefaßt, die nach ihrem Bau allein sich den Klassen A und AB einreihen würden, tatsächlich aber im wesentlichen von Dipteren bestäubt werden; je nach der Bestäuber- kategorie weichen sie in ihrer Einrichtung untereinander erheblich ab. Man kann im ganzen etwa 2% der in Deutschland ein- heimischen Entomogamen zu ihnen rechnen. 1. Gruppe. Offene zierliche Fliegen- blumen (Schwebfliegenblumen. Fig.34) sind völlig oder fast aktinomorph, mit leicht P'ig. 34. Blüte von Veronica Tournefortii. A von vorn, B von der Seite gesehen. 4 fach vergrößert. zugänghchem Nektar, und müssen etwas be- sonders Anziehendes für Schwebfliegen haben, da sie fast ausschließlich von solchen besucht werden. Sie zeigen eine weiße, hellrötliche oder himmelblaue Farbe, häufig zierliche Saftmale in Form von Strichen oder Punkten, und sind bald homogame, bald dichogame und dann meist protandrischeZwitterblüten(Vero- nica, Circaea, weiß blühende Saxifraga- Arten). 2. Gruppe. Trübfarbige Fliegen- blumen (Fig. 35) mit trübgelber, grünlich- gelber, bräunhcher, fahler oder grauer Farbe werden von einer großen Menge verschiedener Fliegenarten besucht. Im besonderen hat man die mißfarbigen übelriechenden unter ihnen als Ekelblumen, die dunkelpurpurnen oder schwarzbräunlichen mit Kadavergeruch als Aasfliegenblumen bezeichnet. Häufig ist Protandrie (Hedera, Saxifraga- Arten) und Protogynie (Tozzia), wenn man zu diesem Tj^pus auch die eigentümhchen Blütenstände der Euphorbia-Arten rechnet, die wie ein- Fig. 35. Blüte von Saxifraga aizoides von von oben gesehen. 4 fach vergrößert. fache Blüten aussehen und fungieren. Weiter ausgebildet erscheinen diese Einrichtungen bei einigen Araceae von einfacherem Bau, bei denen die Aufgabe des Schauapparates dem Hüllblatt zufällt, welches den kolbenförmigen, aus zwitterigen oder eingeschlechtigen Blüten bestehenden Blütenstand am Grunde umgibt (Calla, Monstera, Anthurium) und welches durch Größe, Gestalt und Färbung oft ein B Fig. 36. Unterer Teil der Blüte von Aristo - lochia clematitis, längs durchschnitten. 2 fach vergrößert. A jüngere, aufwärts gerichtete Blüte mit abwärts stehenden Reusenhaaren im Innern der Blütenröhre. B ältere, abwärts geneigte Blüte, in deren Röhre die Reusenhaare zu- sammengetrocknet sind. Be,stäuV)iinff 102< höchst sonderbares Aussehen annimmt. DieSie Araceen-Blütenstände zeigen üebergänge zur folgenden Gruppe. 3. Gruppe. Kesselfalle nblumen (Fig. 36). Das sind Blütenstände (Ara- ceae) oder Einzelblüten (Aristolochia), bei denen das Hüllblatt oder die Blütenhülle so gestaltet ist, daß ein unterer Teil davon einen im Innern die Bestäubungs- organe enthaltenden Kessel bildet, dessen Eingang so eingerichtet ist, daß er den Bestäubungsvermittlern den Zutritt ge- stattet, sie aber im Kessel so lange als Gefangene zurückhält, bis sie die Bestäubung vollzogen haben, die wegen der Dichogamie der Blüten in der Regel xenogam istj nachher öffnet sich der Ausweg aus dem Kessel, so- daß die Bestäuber ins Freie gelangen können. In der Regel sind es kleine Mückenarten oder Aasfliegen, welche die Bestäubung voll- ziehen. 4. Gruppe. Fliegen- Klemmfallen- blumen (Fig. 37). Hierunter versteht man Einrichtungen, durch die besuchende Fliegen im ganzen oder an bestimmten Körperteilen festa-eklemmt und zu Bewegungen gezwun- Fig. 37. Vincetoxicum officinale. A Blüte im Längsschnitt; Ke Kelch, K Ki-one, C lü-ön- chen mit den Nektarbehältern. 8 fach vergrößert. B zwei Pollinien mit ihrem Klemrakörper Kl, das linke von der breiten, das rechte von der schmalen Seite gesehen. 50 fach vergrößert. gen werden, welche die Bestäubung zur Folge haben. Das Festhalten der Insekten geschieht in einfacheren Fällen durch schräg gestellte Borsten, die ein Einkriechen, aber keine Rückwärtsbewegung gestatten (Pinguicula alpina), in anderen durch die Ausbildung komplizierter Klemmapparate, die in fester Verbindung mit den zu Pollinien verbundenen Pollenkörnern sogenannte Pollinarien bilden, sich den Extremitäten der Besucher anheften und von diesen zum Vollzug der Bestäubung verwendet werden( Vincetoxicum, Apocynum). Je nach der Struktur der meistens weißen Blumen werden größere oder kleinere Fliegen in der Falle eingeklemmt. 5. Gruppe. Kessel-Klemmfallenblu- men stellen eine Kombination der beiden vorhergehenden Typen dar, wobei im Innern eines Kessels sich eine Klemmfalleneinrichtung vorfindet (Ceropegia). 6. Gruppe. Fliegen-Täuschblumen (Fig. 38) nennt man solche Dipterenblumen, deren Aussehen auf das Vorhandensein reich- Fig. 38. Insekten -Täuschblume Parnassia palustris; Blüte von oben gesehen; von den 5 Antheren ist eine (A) geöffnet, St die Stamino- dien. 3 fach vergrößert. licher Nahrung, besonders von Nektar, schließen läßt, die deshalb wenig intelligente Museiden zum Besuch verlocken, ihnen aber wenig oder gar keine Genußmittel darbieten (Scheinsaftblumen Sprengeis). So sind bei Parnassia palustris die 5 gelbgrünen, in der weißen Blüte stehenden Staminodien, die in Stieldriisen mit kugeligen Köpfchen aus- laufen, lediglich Scheinnektarien, während Nektar nur in geringer Menge an einer be- stimmten Stelle ihrer Oberfläche abgesondert wird. Bei Paris übernimmt in der grün- lichen Blume der schwarzpurpurne glänzende, von 4 purpurnen Griffeln gekrönte Frucht- knoten die Anlockung von fäulnisliebenden Fliegen. 7. Klasse. Hymenopterenblumen — H. Sie sind mit 24,5% der Entomogamen in der deutschen Flora weitaus die größte unter den eutropen Blumenklassen, wie es auch der wichtigen Stellung der Hymenopteren unter den Bhimenbesuchern entspricht. Gestalt und Farbe sind bei den Hymenopterenblumen von größter Mannigfaltigkeit, doch überwie- gen zygomorph gebaute Blüten mit einge- schlossenen Bestäubungsorganen, und bei den an langrüsseligere Hymenopteren angepaßten die weniger grellen Farben, wie rot, blau und violett. Die Blütenmechanik ist oft so ver- wickelt, Nektar und Pollen so versteckt, daß nur besonders intelligente Insekten die Blu- men ausbeuten und bestäuben können. 65* 102^ Bestäubung Welche Familien, Gattungen und Arten der Hymenopteren bei den einzelnen Blunienarten als normale Bestäuber tätig sind, das hängt hauptsächlich von der Tiefe der Nektarber- gung und der Rüssellänge der Insekten ab. So haben sich verschiedene Gruppen und Typen ausgebildet, deren wichtigste und artenreichste in der folgenden Unterklasse enthalten sind. 1. Unterklasse. Immenblumen (Bie- nenblumen)— Hb. Unter den Blumen dieser Kategorie werden oft die Bienenblumen im engeren Sinne von den Hummelblumen (Hh) unterschieden, allein da sie unmerklich ineinander übergehen und von den Hummeln auch die Bienenblumen ausgebeutet werden, so ist es richtiger, jene Unterscheidung fallen zu lassen und eine Einteilung der Immen- blumen vorzunehmen, die sich in vielen Punkteu an die Klassifikation von Delpino anschließt. 1. Gruppe. Engröhrige Immenblu- men (Fig. 39) haben meist einen einfachen aktinonu)rphen Bau und enthalten den Nektar in einer Röhre von so geringer Weite, daß die Fig. 39. Blüte von Anchusa italica im Längsschnitt. Natür- liche Grüße. Besucher nur den Rüssel oder höchstens noch den Kopf in sie einführen können, dabei aber von einer Länge, welche den Apiden die Erreichung des Nektars noch gestattet. Außer einigen monokotyledonischen Blüten gehören zahlreiche Sympetalen aus den Fami- lien der Borraginaceen und Primulaceen hierher, bei denen die Blumenröhre von der Krone gebildet wird. Die Blüten dieser Gruppe sind zwitterig, meist homogam mit Bevorzugung von Fremdbestäubung infolge der gegenseitigen Stellung der Geschlechts- organe oder infolge von dimorpher Hete- rostylie (Pulmonaria, Primula, Gregoria), und werden von kurz- oder langrüsseligen Apiden. manchmal ^vorzugsweise von bestimmten Arten bestäubt. 2. Gruppe. Weitröhrige Immenblu- men (Fig. 40). Die Blütenhüllen bilden durch Verwachsung oder dichtes Aneinanderlegen ihrer Blätter große, den Verhältnissen der Apiden entsprechende Behältnisse, in welche die Besucher mit ihrem ganzen Körper oder mit dem größten Teile davon eindringen. Die Blüten sind fast immer zwitterig und dann meistens dichogam, seltener eingeschlechtig (Cucurbitaceae) mit größeren männlichen und kleineren weiblichen Blumen. a) Trichteriger Typus, mit aufrecht stehenden, trichter-, keulen- oder glocken- förmigen, großen aktinomorphen Blumen (Colchicum, Narcissus pseudonarcissus, Gen- tiana acaulis), die bisweilen mehrere getrennte Nektarzugänge im Blütengrunde besitzen (Revolverblüten Kerners). b) Schwertlilien-Typus, durch Iris und ihre nächsten Verwandten vertreten, bei denen die eben- falls aktinomorphe Blüte 3 große, voneinander ge- trennte Eingänge besitzt, die den Körper der be- suchenden Hum- meln u. a. auf- nehmen. c) Glockiger Typus, mit herabhängenden, also ihren Eingang nach unten wen- denden glocken- förmigen aktino- morphen Blumen, bei denen die Blütenglocke ent- weder durch dich- tes Zusammen- legen getrennter Blütenhüllblätter (Fritillaria) oder durch Verwach- sung der Kronblätter (Campanulaceae) gebildet wird. Fremdbestäubung ist meistens durch ausgeprägte Protandrie, seltener durch Protogynie der Zwitterblüten begünstigt. d) Fingerhut-Typus. Er umfaßt schräg abwärts geneigte weitröhrige Immen- blumen von zygomorphem Bau und mit ein- seitiger Anordnung der Bestäubungsorgane entweder an der oberen (Digitalis) oder unte- ren Fläche (Cobaea) der Innenseite der Krone. Die durch Hummeln vermittelte nototribe oder sternotribe Bestäubung ist wegen der Dichogamie der Zwitterblüten in der Regel allogam. e) Aconitum-Typus. Er unterscheidet sich vom vorigen besonders durch die auf- rechte Stellung der Blumen, in denen die oberen Teile der Blütenhüllen ein helm- förmiges Dach bilden, und wird neben der in weitestgehender Weise an die Bestäubung durch Hummeln angepaßten Gattung Aconi- tum mit sternotriber Pollenaufladung auch durch die von verschiedenen langrüsseligen Apiden besuchte Gattung Gladiolus mit noto- triber Bestäubung repräsentiert, die zugleich beide in ausgezeichneter Weise protandrisch sind. 3. Gruppe. Lippen blumen (Fig. 41). Fig. 40. Blüte von Gentiana acaulis im Längsschnitt. Natürliche Größe. Bestäiiliunft- 1020 Die im allgemeinen wagerecht oder schräg anfwärts gestellten Blumen sind immer zygomorph und zeigen im vorderen Teil ihrer Blütenhüllen, die verwachsenblätterig oder freiblätterig sein können, 2 große, seitlich symmetrisch zueinander angeordnete Ein- schnitte, durch welche eine oben stehende Fig. 41. Blüte von Lamium album im Längs- schnitt. 3 fach vergrößert. helmartige Oberlippe und eine nach unten fallende Unterlippe voneinander getrennt werden. Die Oberlippe überdacht die Bestäu- bungsorgane, die von den besuchenden Apiden nur mit dem vorderen Körperteil nototrib berührt werden, die Unterlippe dient diesen als Anflugplatz und trägt die Saftmale. Oft erschweit oder verhindert die gegenseitige Stellung der Geschlechts- organe den Eintritt von Autogamie, häufig sind protandrische, seltener protogynische Zwitterblüten, neben ihnen bilden sich auch männliche und weibliche aus. a) Eigentlicher Lippentypus (Helm- typus). Er wird durch eine große Anzahl von Labiatae, Scrophulariaceae und verwand- ten Sympetalen vertreten, welche zweilippige offene Kronen und meist 2 Paare, seltener nur 1 Paar von Staubblättern besitzen, die frei unter der Oberlippe liegen. b) Rachenförmiger Typus, vorzugs- weise bei Scrophulariaceen ausgebildet, unter- scheidet sich vom voiigen dadurch, daß die Oberlippe die in ihr liegenden Antheren fest einschließt und dieser Verschluß erst durch die besuchenden Hummeln so weit gelockert wird, daß die Insekten mit Pollen bestreut werden können (Melampyrum, Pedicularis). c) Maskenf örmiger Typus, ebenfalls hauptsächhch in der Familie der Scrophula- riaceen vertreten und dadurch gekennzeich- net, daß die Unterlippe gegen die Oberlippe vorgewölbt und ihr elastisch so fest ange- preßt ist, daß der Blüteneingang völlig ver- schlossen wird und nur von kräftigen Apiden geöffnet werden kann (Linaria, Antirrhinum). d) Orchideen-Typus, mit oberstän- diger fieiblätteriger Blütenhülle, an der durch 3 oder 5 oben stehende Blätter ein helmartiges Organ gebildet wird, während ein oft sehr auffallend gestaltetes unteres und inneres Blütenhüllblatt die Unterlippe dai stellt. Hier- zu kommt die Ausbildung einer durch Ver- wachsung eines kurzen Griffels und seiner Narbe mit dem einen oder den 2 in der Blüte vorhandenen Staubblättern entstandenen Ge- schlechtssäule (Gynostemium) und die Um- formung der Anthereninhalte zu kompliziert gebauten Pollinarien — P^igentümlichkeiten, die Blüteneinrichtungen mit sich bringen, welche zu den verwickeltsten und sonder- barsten des ganzen Pflanzenreiches gehören. Insektenhilfe ist zur Bestäubung fast aus- nahmslos erforderlich. e) Veilchen -Typus, mit fünf blättriger nnterständiger Krone, an der das unterste, an seinem Grunde in einen Sporn ausgehende Blatt derUrrterlippe vergleichbar ist, und die Oberlippe durch die oberen 2 oder 4 aufrech- ten oder nach hinten gebogenen Kronblätter ersetzt wird. Lage und Tiefe des Safthalters, sowie die gegenseitige Stellung derGeschlechts- organe bedingen es, daß bei den rrreisten Violaarten die Bestäuburrg rrur von kurz- oder larrgrüssehgen Apiden vollzogen werden kann. 4. Gruppe. Schmetterlingsförmige Imrrrenblumen (Fig. 42). Sie kommen vor- zugsweise in der Familie der Papilionaceae, in etwas abweichender Fornr auch noch bei einigen anderen, ihnen systematisch rricht nahe stehenden Familien vor und bilden ge- wissermaßen die Umkehrung einer Lippen- blume. Denn in der ebenfalls zygornorphen Blüte, die in der Regel horizontal steht, sind die Geschlechtsorgane in dem unteren, zu einem kapuzenartigen oder taschenähnlichen Behältnis geformten Blütenabschnitt ein- geschlossen, so daß durch die besuchenden Apiden eine sternotribe Pollenübertragung stattfinden muß; dagegen übernimmt der obere Teil der Kjone vorzugsweise die An- lockurrg der Insekten und trägt gewöhnlich die Saftmale. Bei eintretendem Insekten- besuch werden Pollen und Narbe so weit aus ihrem Verschluß befreit, daß Allogamie ein- treten kann. Spontane Selbstbestäuburrg ist häufig durch die Stellung der Geschlechts- organe oder durch Protandrie verhindert oder erschwert, in anderen Fällen ist sie möglich oder selbst unvermeidlich, aber ohne Erfolg für die Befruchtung. Von den verschiedenen Typen dieser Immenblum engruppe finden sich die 4 zuerst aufgeführten bei der Familie der Papihonaceen, deren Krone aus einer 1030 Bestäubime: hinten stehenden Fahne, zwei seitlichen Flügeln und einem aus zwei Blättern mehr oder weniger weit zusammengewachsenen Schiffchen besteht; letzteres umsclüießt die Geschlechtsorgane, nämlich 10 Staul)- blätter, deren Staubfäden entweder sämtlich zu einer geschlossenen Röhre miteinander verwachsen sind, oder von denen durch Ver- wachsung von nur 9 Staubfäden eine oben durch einen Schlitz geöffnete Röhre gebildet wird, über dem das 10. freie Staubblatt liegt. Die Arten mit so aufgeschlitzter Staubfaden- A B Fig. 42. Schmetterlingsblüte Tetragonolobus siliquosus. A Blüte von vorn in natürlicher Größe. B ein Flügel, von innen gesehen. C Fahne. D Schiffchen von oben gesehen, mit den Nektar- zugängen am Grunde. E Schiffchen mit den eingeschlossenen Geschlechtsorganen nach Weg- nahmedes vorderen Schiffchenblattes. F Pistill von der Seite. 2 fach vergrößert. röhre sondern im' Blütengrund j an der Fruchtknotenbasis Nektar aus, zu dem am Grunde des Schlitzes ein Zugang für Apiden eröffnet ist; die Arten mit völlig verwachse- ner Staubfadenröhre enthalten keinen Nektar. Im Innern der Staubblattröhre steht das Pistill. a) Klappvorrichtung. Bei Insekten- besuch wird unter Vermittelung dei beiden mit dem Schiffchen am Grunde hebelartig verbundenen Flügel das Schiffchen so weit nach unten gedrückt, daß von den an ihrem Platze verbleibenden Geschlechtsorganen die Enden der Staubblätter mit den geöffneten Antheren und das Ende des Griffels mit der Narbe aus der Spitze des Schiffchens hervor- treten und mit der Unterseite des Insektes in Berührung kommen. Nach Aufhören des Druckes beim Wegfliegen des Insektes klap- pen Flügel und Schiffchen wieder herauf, nehmen ihre alte Lage ein und die Geschlechts- organe wieder in sich auf; es können also wiederholte erfolgreiche Insektenbesuche stattfinden (Cytisus, Astragalus, Oxytropis, Melilotus. Trifolium u. a.). b) Bürsteneinrichtung. Eine am Griffel unterhalb der Narbe angebrachte bür- stenartige Behaarung nimmt den vor Aufgehen der Blüte dort abgesetzten Pollen auf und befördert ihn bei eintretendem Insekten- besuch zugleich mit der Narbe aus der Spitze des Schiffchens, in dem Staubfäden und An- theren eingesclilossen bleiben: nach Abfliegen des Insektes kehren Flügel und Schiffchen in die frühere Lage zurück, wie beim vorigen Typus (Vicia, Pisum, Lathyrus u. a.). c) Nudelspritzen- (Pumpen-)Ein- richtnng. Bei Abwärtsbewegung des Schiff- chens infolge von Insektenbesuch tritt aus dem bis auf einen kleinen Spalt an der Spitze völlig geschlossenen Schiffchenende in jünge- ren Blüten eine band- oder nudeiförmige Pollenmasse hervor, die aus der hohlkegeligen Schiffchenspitze, wo sie bereits vor Aufgehen der Blüte abgesetzt worden ist, vermittelst der wie ein Spritzenkolben wirkenden, meist verdickten Staubfadenenden herausgepreßt wird. Nach Erschöpfung des Pollenvorrates kommt bei weiteren Insektenbesuchen das Griffelende mit der Narbe aus der Schiffchen- spitze heraus. Bei xAufhören des Druckes kehren auch hier alle Blütenteile in ihre ur.- sprüngliche Lage zurück (Lupinus, Coronilla, Lotus, Anthyllis u. a.). d) Explosionseinrichtung. Schon vor Aufgellen der Blüte bildet sich zwischen dem Schiffchen und den darin eingeschlossenen Bestäubungsorganen eine antagonistische Spannung aus, weil die Enden der Ge- schlechtsorgane das Bestreben hnben, sich nach aufwärts zu biegen oder einzurollen, hieran aber durch das umschließende Schiff- chen gehindert werden; wird nun dieses Hindernis durch Herabdrücken des Schiff- chens bei einem Insektenbesuch beseitigt, so schnellen die Bestäubungsorgane plötzlich hervor und schlagen gegen den Körper des Insektes, während Flügel und Schiffchen nach unten sinken und nicht mehr in ihre frühere Lage zurückkehren. Hier ist nur Bestäubime,' 1031 einmaliger erfolgreicher Insektenbesuch mög- hch (Genista, Sarothamnus, Medicago u. a.). e) Corydalis-Typus. Von den 4 Kron- blättern entwickelt sich das obere in seinem vorderen Teile zu einer Fahne, während es nach hinten in einen kräftigen nektarhaltigen Spoin ausgeht, das untere ist unterlippen- artig vorgestreckt, die zwei kleinen seitlichen entsprechen dem Schiffchen und umschließen fest das Griffelende mit der Narbe und die 6 Antheren am Ende der zu je 3 miteinander verwachsenen Staubfäden. Die Antheren geben im Knospenzustand ihren Pollen in die Schiffehenspitze ab, wo er die Narbe dicht bedeckt. Apiden, welche zur Gewinnung des Nektars den Rüssel zwischen den völlig zu- sammenschließenden Ivronblättern oberhalb des Schiffchens einführen müssen, kommen in jungen Blüten mit dem aus der Schiffchen- spitze hei vortretenden Pollen, in älteren mit der nun freigelegten Narbe^sternotrib in Be- A Fig. 43. Blüte von Nigella arvensis, von der Seite gesehen, in natürlicher Größe. A jün- gerer Zustand mit aufwärts gerichteten, noch narbenlosen Griffeln und aufgerichteten stäuben- den Staubblättern. B späterer Zustand mit ab- wärts gekrümmten, Narbenstreifen führenden Griffeln und niedergelegten verstäubten Staub- blättern. rührunc-, und nach Abfliegen des Insektes • kehren alle Blütenteile in ihre alte Lage zurück. Die scheinbar unvermeidliche Selbstbestäu- bung ist wirkungslos, weil die Narbe erst nach Abholung des Pollens und Zerreibung ihrer Oberfläche am Insektenkörper belegungs- fähig wird. f) Sympetaler Typus. Die verwachsen- blättrige Krone ist in einzelne Abschnitte zerteilt, die große Ähnlichkeit mit Fahne, Flügeln und Schiffchen der Papilionaceen haben; bei eintretendem Insektenbesuch kommen die Apiden zuerst mit der Narbe, später mit den Antheren in Berührung und bewirken deshalb vorwiegend Fremdbestäu- bungen (Schizanthus, CoUinsia). 5. Gruppe. Immenblumen mit Um- wanderungseinrichtung (Fig. 43). Die hierher gerechneten, nicht sehr zahlreichen Blumen sind groß und ansehnlich, von aktino- morphen Bau und aufrechter Stellung; der Nektar wird im Blütengrunde in einer solchen Weise dargeboten, daß Insekten, um ihn aus- zubeuten, in einer ringförmigen Linie in der Blume umherwandern müssen; Antheren und Narbe befinden sich oberhalb des Besuchers in einer solchen Stellung, daß sie von den für die Bestäubung geeigneten Apiden mit dem Rücken berührt werden; Protandrie ver- bunden mit Platzwechsel der Bestäubungs- organe führt mit Sicherheit Allogamie herbei (Nigella, Passiflora). 6. Gruppe. Immenblumen mit Anklam- merungseinrichtung (Fig. 44). Diese an Fig. 44. Sym- phytum bulbo- sum. A Blüte von außen gesehen. B Krone und Staub- blätter im Längs- schnitt. 3 fach ver- größert. A An- theren, S Hohl- schuppen, B Basis einer solchen. Arten reiche Gruppe enthält hängende oder geneigte Immenblumen, deren Nektar von den Besuchern nur ausgebeutet werden kann, wenn sie sich von unten an die Blüten hängen und sich an dazu geeigneten Blütenteilen, häufig den herausragenden Geschlechtsorga- nen selbst, anklammern; der Pollen ist in der Regel von einer trockenen mehlartigen Be- schaffenheit und wird den Besuchern auf eine bestimmte Körperstelle gestreut. Häufig schließen die Antheren zu einem den Pollen verwahrenden verkehrt-kegelförmigen Be- hältnis (Streukegel) zusammen, welches von den besuchenden Insekten so weit geöff- net wild, daß eine Portion Pollen herausfällt (Cerinthe, Symphytum, Borrago); ohne Aus- bildung eines solchen Streukegels findet sich der Typus bei verschiedenen Monokotyledo- nen und auch bei Ranunculaceen (Pulsatilla, Aquilegia) wieder. Dichogamie kommt häu- fig, Trennung der Geschlechter selten vor. 7. Gruppe. Immenfallen (Fig. 45) nennt man Immenblumen mit Einrichtungen, durch welche die Apiden an den Blumen eine Zeitlang gefangen gehalten, festgeklemmt oder sonstwie vergewaltigt werden, bis sie 1032 Bestäubung die Bestäubung vollzogen haben. Die meistens sehr sonderbar gestalteten Blumen ähneln zum Teil den in der 6. Klasse, Gr. 6 angeführten Klemmfallenblumen, von denen sie sich durch ansehnlichere Dimensionen unterscheiden (Asclepiadaceae), zum Teil den Kesselfallenblumen (Kl. 6, Gr. 3) und kommen in dieser Ausbildung besonders bei verschiedenen Orchidaceae (Cypripedilum, Stanhopea, Calopogon u. a.) vor. Viele For- men dieser Gruppe sind au einen sehr engen 2. Unterklasse. Wespenblumen — Hw. Sie sind viel seltener als die Immenblumen und meist fiy* den Besuch von Grab- und Faltenwespen, in einzelnen Fällen von Schlupf- und Gallwespen eingerichtet. 1. Gruppe. Eigentliche Wespenblu- men (Fig. 46) stimmen darin überein, daß sie eine trübe, oft bräunliche Färbung und einen bauchig erweiterten Nektarhalter be- sitzen, worin der Nektar reichlich und in einer den Wespen leicht zugänglichen Weise Fig. 45. Cypripedilum calceohis. A Blüte von vorn in natürlicher Größe. B Lippe und Geschlechtssäule im Längsschnitt, natürliche Größe. C Geschlechtssäule von der Seite gesehen, 3 fach vergrößert; N Narbe, St eines der beiden fruchtbaren Staubblätter, USt das unfruchtbare Staubblatt. Besucherkreis angepaßt und zu spontaner Autogamie unfähig. St abgesondert wird; Protogynie oder Herko- gamie begünstigen die Fremdbestäubung (Scrophularia, Epipactis). 2. Gruppe. Schlupfwespenblumen sind unscheinbar, duftlos, mit völlig offen liegendem Nektar, an schattigen Standorten wachsend (Listera). 3. Gruppe. Gallwespenblumen haben sich in einer höchst merkwürdigen Weise bei den Arten der großen Gattung Ficus aus- gebildet, deren weibliche Blüten von Gall- wespenarten bestäubt werden, welche ihre Brut in besonders umgebildeten Blüten (Gallenblüten) zur Entwickelung bringen. 8. Klasse. Falterblumen— F (Fig. 47). Sie umschließen in Deutschland 4,5 <^^^ der Entomogamen und sind durch die sehr tiefe Bergung des Nektars, die sie nur mit den Fig. 46. Blüte von Scrophularia nodosa Joflblutlern gemeinsam haben, ferner aber 4 fach vergrößert. A jüngere im weiblichen Zu- 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Nektar in stand befindbche Blüte im Längsschnitt. B spä- sehr engen Röhren oder in Behältern mit sehr terer, männlicher Zustand; St Staminodium. engem Zugang verwahrt wird, die seine Aus- Bestäubung 1033 beutung durch den langen und dünnen Schmetterlingsrüssel zulassen, andere weniger langrüsselige Insekten aber vom Nektar- genuß ausschließen; in der Regel entbinden die Falterblumen starke würzige Düfte. Viele Blumen dieser Klasse unterscheiden sich von nächstverwandten Immenblunien nur durch die Art der Nektarbergung; vorkom- mende Zwischenstufen werden Immen- Falterblumen (HF) genannt. Ihrem Bau nach zerfallen die Falterblumen in solche, auf oder an denen die Besucher während des Saugens sich niederlassen, die dem- entsprechend mit einem Anflugplatz ausge- stattet sind, und in solche, die von im Fluge saugenden Schwärmern besucht werden und keine besondere Landestelle darbieten. Nach Farbe, Zeichnung und Insektenbesuch lassen sich folgende Unterklassen unterscheiden. 1. Unterklasse. Tagfalterblumen — Ft. Sie werden durch bei Tage fliegende Schmetterlinge, und zwar nicht nur Rho- palocera, sondern auch einzelne Eulen (z. B. Plusia gamma) und Schwärmer (z. B. Macro- Fig. 47. Blüte von Lonicera caprifolium. von der Seite gesehen. Wenig vergrößert. glossa Stellatarum) besucht und bestäubt, und zeichnen sich durch lebhafte, oft bren- nende Farben aus, unter denen namentlich die rote, die eine Lieblingsfarbe der Tag- falter zu sein scheint, häufig ist, aber auch violette und blaue nicht fehlen. In der Regel tiagen die Blumen, die von erheblicher Augen- fälligkeit, bald aktinomorph. bald zygo- morph gebaut sind, Saftmale und sind zwit- terig, doch oft mit Ausbildung von gyno- monöcisch oder gynodiöcisch verteilten weib- lichen, seltener mit männlichen Blüten neben jenen. Die Zwitterblüten sind häufig pro- tan drisch, seltener protogynisch oder homo- gam, dann aber meist herkogam. Die den Nektar bergende Röhre wird bald durch Verwachsung, bald durch dichten, vom Kelch unterstützten Zusammenschluß der Krön- oder Blütenhüllblätter hergestellt, oder sie ist in Form eines langen Spornes oder röhriger Kanäle an den Blütenhüllblättern ausgebildet. (Lilium bulbiferum, Hemero- calhs, Dianthus, Phlox, Gentiana verna, Gy mnadenia, Centranthus. ) 2. Unterklasse. Nachtfalterblumen — Fn. Sie zeigen im ganzen einen ähnlichen Bau wie die Tagfalterblumen, haben aber eine weiße oder doch helle, in der Abend- dämmenmg hervortretende Blütenfarbe und keine Saftmale; häufig öffnen sie sich erst abends und schließen sich am Tage (Nacht - blumen, nyktigame Blüten); ihre meist sehr intensiven und würzigen Düfte ent- binden sie am Abend während der Flugzeit ihrer Besucher (Narcissus por^ticus, Piatan- thera, Silene nutans u. a.), doch gibt es auch duftlose, wie die eine ,, Revolverblüte" mit 5 engen Nektarzugäugen repräsentierende von Convolvulus sepium. Die meisten speziell an die laugrüsseligen Sphingidae angepaßten Falterblumen ( S c h w ä r m e r b 1 u m e n , Sphingogamae, Sphingophilae — Fs) zeichnen sich durch außerordentliche Länge und Enge der im Grunde den Nektar bergen- den Röhren aus, die z. B. bei Lonicera caprifolium 25 bis 30 mm, bei Nicotiana longiflora aber über 15 cm, und bei der Orchidee Angraecum sesquipedale sogar bis 29 cm lang wird. Man kann noch im be- sonderen Nachtschwärmerblumen und T ags c h w ä r m e r b lu m e n voneinander unter- scheiden. Einen ganz abweichenden, auf außer- ordentlich enger Anpassung beruhenden Ty- pus stellt die Bestäubung der amerikanischen Yucca-Arten durch die Yucca-Motten dar, Tineiden aus der Gattung Pronuba, deren Weibchen eine sonst bei Schmetter- lingen gar nicht vorkommende Ausrüstung zum Einsammeln des Yucca-Pollens besitzen: zwei am Basalteil der Kiefertaster sitzende, krümmungsfähige Fortsätze, die als Ten- takeln bezeichnet werden. 9. Klasse. Käferblumen (Cantharo- gamae, Cantharophilae) — K. Diese Blumenklasse steht auf ziemlich schwachen Füßen, da bei den hierher gerechneten Arten bestimmte Anpassungen an die Käfer nicht hervortreten und nur ein mehr oder weniger vorwiegender Besuch durch Käfer an ihnen beobachtet ist. Delpino findet die Blumen dieser Klasse immer mit Düften ausgestattet, selten nektarhaltig, dafür aber den Besuchern reichlichen Pollen oder Futtergewebe dar- bietend, und unterscheidet großblumige (Nymphaea, Euryale, Victoria, Magnolia) und kleinblumige (Cornus- und Hydrangea- Arten), zu denen vielleicht auch noch einige Palmenblüten und diejenigen von Aruncus Silvester gerechnet werden müssen. 10, Klasse, Dientomogamae (Dien- tomomophilae). Eine sehr kleine Gruppe, deren Arten zweierlei in der Form etwas 1034 Bestäubung- — Bewegung (Allgemeine Bewegungslehre) verschiedene Blüten besitzen, von denen jede an eine andere Gruppe von bestäubenden Insekten angepaßt ist; so wird von Irispseud- acorus eine Blütenform, bei der die Griffel- äste nebst den unter ihnen liegenden Antheren 6 bis 10 mm über den darunter befindlichen Blütenblättern stehen, nur von Hummeln, eine andere, bei der die Griffeläste den Blüten- blättern dicht anliegen, nur von Schweb- fliegen bestäubt, und von Primula farinosa Fig. 48. Blüte von Campsis r adle ans im Längsschnitt. Natür- liche Größe. ist die nordische Form an Apiden, die alpine mit etwas größeren und lebhafter gefärbten Kronen und verengerter Kronröhre an Falter angepaßt. 11. Klasse. Vogelblütler (Ornitho- gamae, Ornithophilaej — 0 (Fig. 48). Blumen dieser Klasse haben sich nur in der Heimat der in Abschnitt yb unter b und c besprochenen Vogeh'amilien der Nectariniidae, Meliphagidae, Zosteropidae und Trochilidae, also in den Tropen der alten und neuen Welt und in Austrahen nebst den dazu gehörigen Inselgruppen, ausgebildet. Sie zeichnen sich durch grelle, oft schreiend rote, häufig große und tiefe Blüten aus und bieten ihren Be- suchern bald außerordenthch reicMichen, aber wässerigen Nektar, bald zuckersüße Blütenblätter als Genußmittel, werden aber in manchen Fällen von den Vögeln nur um der an den Blüten sich ansammelnden In- sekten willen aufgesucht und können deshalb sogar nektarlos sein. Sie sind entweder auf den Besuch solcher Vögel berechnet, die im Schweben sangen, oder die Bestäuber nehmen an oder auf den Blüten Platz. Ornithophile Blüten sind aus den Familien der Amaryllidaceae, Musaceae, Cannaceae, Liliaceae, Proteaceae, Onagraceae, Myrta- ceac, Leguminosae, Malvaceae, Tropaeola- ceae, Cactaceae, Marcgraviaceae, Solanaceae, Bignoniaceae, Gesneriaceae, Lobeliaceae, Ericaceae, Acanthaceae, Convolvulaceae u.a. bekannt, doch gestatten die voihegenden Beobachtungen und Untersuchungen bis jetzt noch keine eingehendere Einteilung in be- stimmte Typen. Die gelegentlich als besondere Blumen- klassen aufgestellten Schneckenblütler (Malacogamae, Malacophilae — M) und Fledermausblütler (Chiroptero- gamae, Chiropterophilae — Ch) be- dürfen noch genauerer Untersuchung und Begründung. Literatur. Ch. K. Sprengel, Das entdeckte Geheimnis der Natur im Bau und in der Be- fruchtung der Blumen. Berlin 179S. — Ctt. DaTU'in, lieber die Einrichtungen zur Be- fruchtung britischer und ausländischer Or- chideen durch Insekten. Deutsche Uebers. Stutt- gart 1862. — F. Del- pino, Ulteriori osser- vazioni sulla dicogamia nel regvo vegetale. Atti della Soc. Ital. delle sc. nat. in Milano, 1868 bisl874. — H. Müller, Die Befruchtung der Blumen durch Insekten und die gegenseitigen Anpassungen beider. Leipzig 1873. — Ch. Darwin, Die und Selbstbefnichlung im Pflanzenreich. Deutsche Uebers. Stuttgart 1877. — H. Müller, Die Alpenblurnen, ihre Befruchtung durch Insekten und ihre An- 'passungen an dieselben. Leipzig 1881. — Ch. Robertson, Floivers and Insects. Botanical Gazette 1889 bis 1896, imd Transactions of the St. Louis Acad. of Science. Vol. .5 u. 6, 1891 bis 1894. — P. Knnth, Handbuch der Blüten- biologie. Leipzig 1898 bis 1905. — A. Kerner von Marilaun, Pflamenleben. Bd. 2, Leipzig und Wien 1891, •£. Aufl. 1898. — E. Loetv, Einführung in die Blütenbiologie auf historischer Grundlage. Berlin 1895. — O. Kirchner, Blumen und Insekten, ihre Anpassungen anein- ander und ihre gegenseitige Abhängigkeit. Leip- zig und Berlin 1911. O. Kirchner. Wirkungen der Kreuz- Bewegung. Allgemeine Bewegungslehre. I. Allgemeines. IL Kinematik: 1. Aufgabe der Kinematik. 2. Der substantielle Punkt und der starre Körper. 3. Koordinatensysteme. Bezugs- systeme. Beschreibung der Lage substantieller Punkte. 4. Bewegung eines substantiellen Punktes. Bewegungsgleichungen. Bahnkurven. Verschie- bung. 5. Die gleichförmig geradlinige Bewegung. Die Geschwindigkeit. Geschwlndigkeitsraaß. Ge- schwindigkeitstabelle. Geschwindigkeitsvektor. 6. Ungleichförmig geradlinige Bewegung (Durch- schnittsgeschwincligkeit, Geschwindigkeit). 7. Be- liebige ungleichförmige Bewegung (Durch- schnittliche Verschiebungsgeschwiudigkeit, Ge- schwindigkeit). Hodograph. 8. Begriff der Be- schleunigung. Gleichförmige Beschleunigung. Gleichförmige Ivreisbewegung. Tangentiale und Bewegung (Allgemeine Bewegungslelire) 1035 normale Beschleunigung. 9. Flächengeschwindig- keit. 10. Zusammensetzung und Zerlegung von Bewegungen. Parallelogramm der Ge- schwindigkeit und Beschleunigung. Wurfbe- wegung. 11. Die Bewegung des starren Körpers. Translation. Rotation. Schraubung. 12. Be- wegungsfreiheit. Freiheitsgrade. 13. Periodische und stationäre Bewegungen. III. Dynamik: 14. Aufgabe der Dynamik. 15. Trägheit. Trägheits- gesetz. Fundamentalkörper. Inertialsystem. IG. Kraft. .Masse. Kraftgesetz. 17. Satz vom Ivi'äfte- parallelogramm. 18. Bewegungsgröße. Impuls. Das Gesetz der Gleichheit von Wirkung und Gegenwirkung. 20. Schwerpunkt. Bewegung des Schwerpunktes. 21. Drehinipuls. Flächensatz. 22. Trägheitskraft. Zentrifugalkraft. 23. Das d'Alem- bertsche Prinzip. 24. Bewegung auf der schiefen Ebene. Atwoodscbe Fallmaschine. 25. Bewegung starrer Körper. 26. Zyklische und stationäre Bewegungen. Stabilität von Bewegungen. 27. Relativbewegung bei geradlinig bewegtem Be- zugskörper. Relativitätsprinzip. 1. Allgemeines. Man beschreibt die Bewegung eines Köri)ers durch Angabe der Lagen, die er im Laufe derselben nach und nach einnimmt, und der Zeit, zu welcher er diese Lagen erreicht. Die Lage eines Körpers gibt man aber an, indem man die Entfernung seiner einzehien Teile von anderen Körpern oder geometrische Größen, aus denen diese Entfernungen berechnet werden können, an- gibt. Wenn ich also die Lage eines Körpers A angebe, so muß in dieser Angabe noch min- destens ein anderer Körper vorkommen, in b e z u g auf den oder relativ zu dem ich die Lage von A beschreibe. Dieser Körper B heißt der B e z u g s k ö r p e r unserer Lage- bestimmung. Es muß daher auch in jeder Beschreibung einer Bewegung von A, da ja diese Beschreibung in einer Aufzählung von Lagen besteht, ein Bezugskörper B vor- kommen, in bezug auf den (oder relativ zu dem ) die Bewegung des Körpers A beschrieben wird. II. Kinematik. i. Aufgabe der Kinematik. Die K i n e m a t i k , auch P h 0 r 0 n 0 m i e genannt, beschreibt und klassifiziert alle denkbaren Bewegungen von Körpern relativ zu beliebigen Bezugskörpern ; sie untersucht, wie sich die Beschreibung einer Bewegung ändert, wenn ich den Bezugs- körper wechsle. Dabei sind alle Bezugs- körper gleichberechtigf. Man sagt kurz: die Kinematik hat es nur mit R el a t i v - Bewegungen zu tun . 2. Begriff des substantiellen Punktes und des starren Körpers. Die verschie- dene]! Teile eines Körpers können ver- schiedene Bewegungen ausführen. Einen je klehieren Teil des Körpers wir aber ins Auge fassen, desto Aveniger werden inner- halb dieses Teiles Unterschiede in der Be- wegung vorhanden sein. Wir lassen schließ- lich diesen Teil auf eine bestimmte Stelle des Körpers zusammenschrumpfen und be- trachten die Bewegung dieser Stelle. Man nennt eine solche Stelle eines Körpers, die dessen Bewegung mitmaclit, einen sub- stantiellen Punkt. Man kann sich einen solchen annäliernd durch einen auf dem bewegten Körper angebrachten Tinten- punkt versinnbildlichen. Ein substantieller Punkt ist zu unterscheiden vom geometri- schen Raumpunkt, von dem das Prädikat Bewegung nicht ausgesagt werden kann. Man kann sich auch den ganzen ül)rigen Körper wegdenken und die Bewegung ein- zehier substantieller Punkte ins Auge fassen. Wenn zwei substantielle Punkte bei keiner Bewegung ihre gegenseitige Ent- fernung ändern, so sagt man : sie sind s t a r r verbunden. Wenn alle substantiellen Punkte eines Körpers starr untereinander verbunden sind, so heißt er ein starrer K ö r p e r. In der Natur finden wir den Begriff des starren Körpers nur annähernd verwirklicht. So behalten z. B. die einzehien Teilchen eines Granitblockes, solange er nicht zertrümmert wird oder verwittert, ihre gegen- seitige Entfernung durch lange Zeiten hin- durch annähernd bei. 3. Beschreibung der Lage eines sub- stantiellen Punktes. Koordinatensysteme. Bezugssysteme. Als Bezugskörper wählt man immer starre Körper. Und zwar wollen wir zunächst angeben, wie die Lage eines sub- stantiellen Punktes P relativ zu einem starren Bezugskörper K festgelegt wird. Wir wählen in K einen beliebigen substantiellen Punkt 0 und legen durch ihn drei w-echselseitig auf- einander senkrecht stehende Gerade, die auch aus substantiellen Punkten bestehen, d. h. jede Bewegung von K mitmachen sollen. Man nennt diese Figur ein Koordinaten- system und insofern sie Teil eines Bezugs- körpers ist, ein Bezugssystem. Wir wollen kurz vom System S "sprechen. Man nennt 0 den Koordinatenursprung, die drei Geraden die Koordinatenachsen, wir wollen sie als X-, Y- bezw. Z-Achse bezeichnen. Die Lage eines substantiellen Punktes P relativ zu K läßt sich dann durch seine drei Koordi- naten im System S festlegen; denn durch die Angabe dieser drei Größen ist die Ent- fernung des substantiellen Punktes P von allen Punkten des Körpers K festgelegt. Wir wollen die Koordinaten des Punktes P im System S mit x, y, z bezeichnen. Man kann die Angabe der drei Zahlen x, y, z auch durch Angabe der Strecke OP nach Länge, Rich- timg und Sinn ersetzen, oder wie man kurz sagt, durch Angabe des vom Ursprung nach P gezogenen Vektors. Wir be- zeichnen diesen Vektor mit r und nennen ihn den Lagevektor von P in bezug auf S. Bezeichnen wir die Länge des Vektors r mit |r|, die Winkel, die er mit den Koordi- 1036 Bewegung (Allgemeine Bewegungslehre) natenachsen einschließt, mit a, ß, y, so gelten die aus der analytischen Geometrie des Raumes bekannten Beziehungen: |r|= +Vx2+y2+z2, X o y 2 CCS a= "77» cos ö= p-, cos y= , 1) Die Koordinaten sind die Komponenten des Lagevektors in den Achsenrichtungen. Man kann die Lage eines Punktes relativ zu einem Bezugskörper K anstatt durch seine rechtwinkeligen Koordinaten auch durch irgend- welche andere Größen, aus denen die recht- winkeligen Koordinaten sich berechnen lassen, festlegen. Solche Größen nennt man gene- ralisierte Koordinaten. Ein wichtiger Spezialfall sind die Polarkoordinaten. AVir wählen wieder einen Punkt 0 auf K und legen die Lage des Punktes P fest: durch die Entfernung r = OP, durch die auf der mit dem Radius r um 0 geschlagenen Kugel gemessene geographische Länge qp und Breite Q", wobei Aecjuator und Null- meridian noch beliebig gewählt werden können; wählen wir die xy-Ebene zum Aequator, die xz- Ebene zum Nullmeridian, so berechnet man die rechtwinkeligen Koordinaten aus den Formeln: X = r cos -9" cos qp, y = r cos -S" sin qp, z = r sin & . .2) 4. Beschreibung der Bewegung eines substantiellen Punktes. Bewegungsglei- chungen. Bahnkurven. Man besclueibt die Bewegung von P relativ zu K, indem man die Lage angibt, welche P in jedem Zeitpunkt relativ zu K einnimmt ; das kann nun dadurch geschehen, daß wir die Werte der Koordi- naten von P in dem mit K verbundenen System S für jeden Zeitpunkt angeben. Be- zeiclmen wir die Zeit, von irgendeinem will- kürhchen Anfangspunkt an gemessen, mit t, so müssen vermöge der Bewegung zu jedem Werte von t bestimmte Werte der Koordi- naten gehören; d. h. die Koordinaten müssen als Funktionen der Zeit gegeben sein: X = 9?(t), y = ;t(t), z = yj{t) ... .3) Durch diese drei Gleichungen ist eine Be- wegung beschrieben, wenn die 99, Xi W S*^" gebene Funktionen sind. Man nennt dann die Gleichungen (3) die B e w e g u n g s - gleich ungen rehativ zum System S. Anstatt der Koordinaten kann man auch den Wert des Lagevektors r für jeden Zeitpunkt angeben. Man erhält dann statt der drei Be- wegungsgleichungen (3) eine einzige Vektor- gleichung: I = m 4) wo :p(t) eine Vektorfunktion von t ist, d. h. jedem Wert von t einen Vektor |)(t) zuordnet. Natürlich ist jede Vektorgleichung drei Zahlen- gleichungen äquivalent. Wir denken uns nun den Bezugskörper K so groß, daß die ganze Bewegung von P innerhalb seiner Grenzen vor sich geht. Dann denken wir uns auf K (z. B. durch Tintenpunkte) die Stellen markiert , an denen sich P im Laufe seiner Bewegung befindet. Die Gesamtheit dieser Stellen bildet eine in K verlaufende Kurve, die wir die Bahnkurve der Bewegung von P in bezug auf K nennen. Wir können uns die Sache noch anschauhcher vorstellen: Es sei P ein Projektil, dann wird es während seiner Bewegung den Körper K, der ihm keinerlei Widerstand entgegensetzen soll, durchbohren; die so entstehende Schußröhre ist die Bahnkurve von P in bezug auf K. Man sieht hier deutlich, daß man von der Bahnkurve einer bestimmten empirisch ge- gebenen Bewegung immer nur relativ zu einem bestimmten Bezugskörper sprechen kann. Denn die Schußröhre ward ja ihre Gestalt ändern, wenn wir den Körper K sich bewegen lassen. Wenn z. B. der Punkt P bei seiner Bewegung den Körper K in einer geraden Linie durchbohrt, so wird er einen Körper K', der gegen K in Drehung begriffen ist, wenn nur nicht die Schußlinie gerade die Drehungsachse ist, offenbar in einer schrau- benartig gewundenen Röhre durchbohren. Ein anderes für manche Anwendungen wich- tiges Beispiel ist folgendes: Der Punkt P durchbolirt den Körper K in einer Geraden, die parallel der y-Richtung ist. Wenn wii nun einen Körper K' betrachten, der sich gerad- linig in einer zur Schußlinie senkrechten Richtung, etwa der x-Richtung, bewegt, so wird er von P in einer Linie durchbohrt, die gegen die y-Richtung, also die Schußlinie durch K. geneigt ist (Fig. 1). Diese Bemer- kung wird bei der Erklärung der Aberration 5)chus5canal 5chu5scanal BewWgunqsnchfunq Fig. L des Lichtes (vgl. den Artikel „Lichtfort- pflanzung in bewegten Medien") ver- wendet. Der Begriff der Bahnkurve ist also bloß ein relativer. Die Gleichungen (3) geben uns auch im Sinne der analytischen Geometrie die Gleichungen der Bahnkurven, falls wir t als Parametei- auf- fassen. Wir können die Kurvengleichungen auch in der gewöhnlichen Gestalt erhalten, weim wir t aus ilmen eliminieien. Sie lauten dam.: y = *(x) z = W{x) 5) Falls die Balmkurve ganz in einer Ebene i Bewegung (Allgemeine Bewegungslehre) 1037 liegt, nennt man die Bewegung eine ebene Bewegung. Jede nicht ebene Bahnkurve nennt man doppelt gekrümmt, weil sie nicht nur die Krümmung in der Ebene besitzt, wie z. B. der Kreis, sondern nocli eine Krümmung au^s der Ebene heraus Wenn der Punkt P sich zur Zeit ti in A^, zur Zeit t.> in A2 befindet, so nennen wir aie Strecke AjAj nach Länge, Richtung und Durchlaufungssinn betrachtet, die Ver- schiebung des Punktes P im Zeitraum ti, ta. Die Verschiebung ist unabhängig davon, durch welche Zwischenstadien der Punkt von A^ nach A2 gelangt ist. Sie läßt sich durch einen Vektor, eben die Strecke von Ai nach A2, darstellen, den wir bio nennen wollen. Es seien ri und X2 die Lage- vektoren der Stellen A^ und Ao, dann bilden die Punkte 0, Aj, A; ein Dreieck, dessen Sei- ten ti, bi2, r2 sind CFig. 2). Im Sinne der Vektoraddition ist dann r» die Summe aus r 1 und bi2: to = ri + bi2? daher: bi2 = r2 — ri 8) Die Verschiebung im Zeitraum t,, t. ist die Vektordifferenz (vgl. den Artikel „Physikalische Größen") der dem End- und Anfangspunkte des Zeitraums ent- spreciienden Lagevektoren. 5. Die gleichförmig geradlinige Bewe- gung. Wir legen von nun an ein bestimmtes, ein für allemal beliebig gew'ähltes, Bezugs- system S zugrunde. Wir betrachten die Bewe- gung von P längs einer Geraden. Wenn in gleichen Zeiten auch immer gleiche Wege 1 zurückgelegt werden, nennen wir die Bewe- gung eine g 1 e i c h f ö r m i g e. Den in der Zeiteinheit zurückgelegten Weg bezeichnen wir mit c, dann ist der in der doppelten Zeit [zurückgelegte Weg 2 c usw. und der in t Zeiteinheiten zurückgelegte Weg et; c nennt man die Geschwindigkeit der gleichförmigen Bewegung; aus (9) folgt: 10) d. h. die Geschwindigkeit ist gleich dem Quotienten des vom Anfangspunkt der Zeit- zählung zurückgelegten Weges durch die verflossene Zeit. Schließlich folgt: 11) Da in jeder beliebigen Zeiteinheit der gleiche Weg zurückgelegt wird, so können wir c als den Quotienten eines beliebigen Wegstückes durch die Zeit, in der es zurück- gelegt wird, betrachten. Es sei etwa die Gerade, längs der die Bewegung stattfindet, die X-Achse; P befinde sich zur Zeit t^ in Xi, zur Zeit t, in x.., so ist Xg — Xj, der in der Zeit ti, tj zurückgelegte Weg, gleichzeitig die Verschiebung während dieser Zeit, also: X2— Xi = bi2 die verflossene Zeit ist t2 — ti, also: c = X, — X, bi2 u-t, to— tl 12) bezeichnen wir diesen Weg mit s, so lautet die Bewegungsgleichung der geradlinig gleich- förmigen Bewegung: s = et 9) Den der in Zeiteinheit zurückgelegten Weg Da die Geschwindigkeit ein Weg in der Zeiteinheit ist, hängt ihre Maßzahl von der Wahl der Zeiteinheit und Längeneinheit ab. Legt ein Körper 1 cm in 1 Sekunde zu- rück, so sagen wir: seine Geschwindigkeit beträgt 1 cm/sec: analoge Bedeutung hat etwa der Ausdruck 1 km/Stunde usw. Um eine konkrete Vorstellung von den Maß- zahlen der Geschwindigkeiten, denen man in der Natur und im Verkehr begegnet, zu erzielen, seien im folgenden einige Zahlen angefülirt. Da- bei ist, wo nichts anderes gesagt, die m/sec zur Ein- heit gewählt, so daß etwa die Zahl 5 bedeutet: es werden 5 m in der Sekunde zurückgelegt: Licht im leeren Raum: 3 x 10** Erde bei der Bewegung um die Sonne : 29 800 Erdoberfläche bei der Achsendrehung am Äquator: 464 in Berlin: 283 Fall der Regentropfen: 5 Schall in der Luft bei 10» C: 337,8 Mäßiger Wind: 7 Starker Wind: 12 Sturm im Binnenland bis: 19 Seesturm bis : 38 Marschgeschwindigkeit im deutschen Heer: Exerziervorschrift : Eilschritt: Schnelläufer auf kleine Entfernungen: Schnelläufer auf große Entfernungen: Schlittscliuhläufer : Skiläufer auf stark geneigter Bahn: Kräftiger Steinwurf (Anfangsgeschwin- digkeit) Geschoß des Infanteriegewehrs (Anfangs- geschwindigkeit): Leitungsgeschwindigkeit im Nerven- system: 31-94 1038 Bewegung (Allgemeine Bewegungslelu«) Blutbewegung in den größeren Ai-terien : 0,31 — 0,34 Wasser in schnellen Flüssen: 4 Wasser in schiffbaren Flüssen: 1 m/sec. km/Stde. Pferd in gewöhnlichem Galopp: 4 — 5 14 — 18 Kamel in Karawanen 1 — 1,1 4 Elefant im Lauf 4,2—5,6 15—20 Schnecke 0,0016 0,00r, Orientexpreß Paris — Wien (Aufenthalt eingerechnet): 16 58 Bergbahn Innsbruck- — Brenner : Bergfahrt: 7,3 26 Talfahrt: 11,3 41 Elektrische Hoch- und Unter- grundbahn Berlin: 13,9 50 Radfahrer (gewöhnliche Fahrt): 4, — 5 15 — 18 Automobil (beim Rennen): 37,9 136 Ozeandampfer (gewöhnliche Fahrt) — 25—28 (schnellste Leistung) — 45 Die Gerade, auf welcher P sich bewegt, möge mit den Koordinatenachsen die Winkel a, ß, Y einschließen. Wenn dann s der Weg ist, den P auf der Geraden vom Zeitanfang t = 0 an zurück- gelegt hat und wir den Koordinatenursprung in den Anfangspunkt der Bewegung verlegen, so wird das durchlaufene Stück s der Geraden identisch mit dem Lagevektor von P zur be- treffenden Zeit. Die Koordinaten von P werden also : X = s cos a, y = s cos ß, z = s cos y, voraus wegen s = et folgt: X = c t cos cc, y = c t cos ß, z = c t cos 7 13) Das sind die Bewegungsgleichungen einer allgemeinen geradlinig gleichförmigen Bewegung mit der Geschwindigkeit c. Wenn wir einen Vektor ziehen, der zur Länge den Betrag c der Geschwindigkeit und die Riclitung und den Sinn der Bewegung in der gegebeneu Geraden hat, so nennen wir ihn den G e s c h w i n d i g k e i t s v e k - t 0 r; wir bezeichnen ihn mit b. Seine Kom- ponenten sind seine Proicktiouen auf die Ach- sen, wir bezeichnen sie mit öx. öy, Öz ; sie sind dann: öx = C cos a, öy = C cos ß, öz = C COS 7. Aus diesen Gleichungen in Verbindung mit (13) folgt, daß die Bewegungsgleichungen auch in der Form : X = öx t, y = öyt, Z=Özt 14) geschrieben werden können, d. h. die Projek- tion des Punktes P auf die x-Achse führt eine gleichförmig geradlinige Bewegung längs dieser Achse mit der Geschwindigkeit öx aus, die der x-Komponente des Gasch windig keitsvektors gleich ist. 6. Ungleichförmig geradlinige Bewe- gung. Der Punkt P möge sich jetzt längs einer Geraden nacli einem beliebigen Gesetze bewegen; d. h. seine Entfernung s vom Aus- gangspunkt, sein Weg, sei eine beliebige Funk- tion der Zeit t: s = cpit) 15) Wenn man definieren will, was ,, Ge- schwindigkeit im Zeitpunkt to" heißt, so setzt man sich zunächst dem Einwand aus, daß ein Körper sich ja in einem einzelnen Zeitpunkt gar nicht bewegt, sondern nur in einer Zeitstrecke , ein Einwand, von dem die bekannten Paradoxien der Eleaten ausgehen. Um diesen Schwierigkeiten zu entgehen, gibt die moderne Bewegungslehre die im folgenden dargestellte Definition der Geschwindigkeit, die wohl manchem als zu kompliziert für einen so einfachen Begriff erscheinen wird, aber zur Vermeidung aller Unklarheiten notwendig ist. Wir betrachten einen bestimmten Zeit- punkt to, da befindet sich P im Punkte So = 99(to), ferner einen zweiten Zeitpunkt ti, da ist Si = q){ti), die Verschiebung von P in der Zeitstrecke to, t^ beträgt s^- — Sq = 9?(ti) ^ (p{to): wir können nun fragen : mit welcher Geschwindigkeit c^ hätte sich P bewegen müssen, um in gleichförmiger Bewegung in derselben Zeit denselben Weg zurückzulegen ? Diese Geschwindigkeit c^ ist wegen Gleichung (12) gegeben durch: Ci = — Sq _ (p(U) — (p(U) ... 16) ti to tl t(J Man nennt Cj die Durchschnitts- geschwindigkeit im Zeitraum t«, t, ; denn unsere naive Vorstellung von der Ge- schwindigkeit eines Körpers sagt uns, daß die wirkhche Geschwindigkeit, falls sie nicht konstant ist, in einem Teil des Zeit- raumes to, ti größer, in einem anderen kleiner sein muß, als Cj. Wir können nun statt t^ einen Zeitpunkt ta wählen, der näher an to hegt als t^. Die Durchschnittsgeschwindigkeit Cg in diesem kleineren Zeitraum tp, tg ist ist dann: fp(t2)-—(p(to) c,= t2 — to Bei den in der Natur vorkommenden ungleichförmigen Bewegungen bemerken wir nun, daß die Durchschnittsgeschwindigkeiten Ci, c^ usw., je näher wir den Endpunkt der Zeitstrecke an dem Anfangspunkt to wählen, je kleiner also der zugrunde gelegte Zeitraum ist, sich immer weniger und weniger von einem bestimmten Zahlenwert unterscheiden, der dann nur vom Zeitpunkt to abhängt, und den wir die Geschwindigkeit des Punktes P zur Zeit to nennen. Wenn diese Geschwindigkeit mit v bezeichnet wird, so schreibt man: V = lim (p(tr)—(p(h) _ 17-, t,=t„ t _t.^ Das Zeichen , ™ (limes = Grenze) be- deutet, daß man t^ inmier näher an to rücken lassen und den Wert (Grenzwert) suchen muß, dem sich der Quotient bei diesem Zusammen- schrumpfen der Zeitstrecke t, — 1(, immer mehr nähert Bewegung (Allgemeine Bewegungslehi-e) 1039 Aus dieser allgemeinen Erklärung wird man sich vielleicht noch keine konkiete Vorstellung davon machen, wie aus diessr Definition die Ge- schwindigkeit wirklich berechnet wird. An einem einfachen Beispiel wird aber sofort alles klar. Wir wählen den freien Fall im luftleeren Raum. Hier ist, wenn wir den Weg auf einer vertikalen Geraden messen: igt2 11 Der im Zeitraum t«, tj zurückgelegte Weg ist: Sj— So = X g (ti^-^to^) daraus folgt die Durchschnittsgeschwindigkeit in diesem Zeitraum: c, = 1^ = p g(t, + t„) - gt„ +4g (t -to) tj— to 'S Analog ist die Durchschnittsgeschwindigkeit Ca in dem kleineren Zeitraum to, t^ Ca = gto + ^g(t2— to) Wenn wir c, und Cg vergleichen, so sehen wir, daß der erste Summand gty beiden gemein- sam ist, im zweiten aber an Stelle von t^ — tg, der kleinere Wert t^— tg getreten ist. Je näher wir nun den Endpunkt dieses Zeitraumes an to wählen, desto kleiner wird dieser Summand, desto näher kommt er dem We.t Null, während der erste Summand seinen Wert gto beibehält. Es ist also, Die Geschwindigkeit v ist also zur Zeit to gleich gto: v=gto 39) wie aus der elementaren in der Scliule gelernten Mechanik bekannt ist. Mit der Bildung der Grenzwerte: plim qp(ti)— qp(to) '^='° ^t,-to beschäftigt sich die Differenzialrechnung. In den Lehrbücher dieser Wissenschaft findet man die allgemeinen Regeln zu deren Berechnung. In der Bezeichnung dieser J ehre nennt man den genannten Grenzwert den Differential- quotienten der Funktion qp(t) an der Stelle to- Man kann also sagen, man erhält die Ge- schwindigkeit, indem man die den Weg dar- stellende Funktion nach der Zeit differenziert und man schreibt: Alle diese Schreibweisen bedeuten dasselbe^ Man drückt ihre Aussage auch kurz so aus: Die Geschwindigkeit ist der Differentialquotient des Weges nach der Zeit. Wer differenzieren kann, kann auch zu jeder vorgelegten Bewegungs- gleichung die Geschwindigkeit bilden. Wenn die Bewegung eine schwingende und durch: s = sin -ST t gegeben ist, so lautet die Geschwindigkeit zur Zeit t: ds d . 27t ^ 27t ^ d 27C ^ ^ = -dt- = W^'"l-* = '''^'W-T * 27t 27t = -rjT COS ^ t Man kann sich den Uebergang von der Durch- schnittsgeschwindigkeit zu ihrem Grenzwert folgendermaßen anschaulich machen: Den zeit- lichen Verlauf der Bewegung versinnbikl- lichen wir uns durch ein sogenamites Zeit- W e g d i a g r a m m. Zu diesem Zwecke ziehen wir uns eine t- Achse und senkrecht dazu eine s-Achsew Jede Kurve s = qp (t) in der Ebene dieser Achsen ordnet jedem Zeitpunkt t einen Weg s zu, stellt daher eine Bewegung in einer Geraden dar. Ist speziell die Bewegung eine gleichförmige, so ist die Zeitwegkurve eine Gerade s= ct. Seien nun to, s„ bzw, t], s, die Koordinaten zweier Punkte der Kurve; ihre Verbindungslinie, eine Sehne der Kurve, schließt dann einen Winkel mit der t- Achse ein, dessen trigonometrische Tangente '-^ — ~ . . . ^1 to ]st, also die Durchschnittsgeschwindigkeit im Zeitraum t«, t,. Rückt nun t, gegen to, so nähert sich die Sehne immer mehr der Kurven- tangente in to. Und die trigonometrische Tangente des Neigungswinkels der Sehne geht in die des Neigungswinkels der Kurventangente über. Die Geschwindigkeit im Punkte to ist also gleich der trigonometrischen Tangente des Neigungs- winkels der Kurventangente im Punkte to, Sq der Zeitwegkurve. 7. Beliebige ungleichförmige Bewe- gung. Der Punkt P möge sich jetzt uacli einem beliebigen Gesetz auf einer beliebigen Kurve bewegen. Die Bewegungsgleichungen Fig. 3. seien durch (3) gegeben. Zur Zeit t = t» befinde sich P in Ao und habe die Koor- dinaten: Xo=<^(to), yo=-Z''to), Zo^V^ltoX bezw. den Lagevektor: to=p(to) (vgl. Gleichung 4) 1040 Bewegung (AEgemeine Bewegungslehre) Zur Zeit t^ befinde sich P in A^ und es hat der Lagevektor den Wert: ri = p (ti) Die Verschiebung in dem Zeitraum be- trägt: tj — ro, wir schreiben (vgl. Gleichung 8): ^1— ro-boi (vgl. Fig. 3) Wir nennen die durchsclmitthche Versehiebungsgeschwin- digkeit im Zeitraum tg, ti; es ist die Ge- schwindigkeit, mit der P sich geradlinig gleicliiormig bewegen müßte, um in der Zeit tj — to von A„ nach A^ zu gelangen. Sie ist ein Vektor, dessen Richtung und Sinn durch die der Verschiebung bm gegeben ist. Wenn nun ti gegen tn rückt, also nach und nach in tg, t, usw. übergeht, so geht A^ in A.,, A, usw. über (Fig. 3) und die durchsclmitthche Verschiebungsgeschwindigkeit nähert sich ähnhch wie die durclischnittliche Geschwin- digkeit bei der geradlinigen Bewegung (§0) in den praktisch vorkommenden Fällen einem Grenzwert; die Richtung der Ver- schiebung, die ja Sehne der Kurve ist, geht dabei in die Richtung der Kurventangente über. Es geht also die durchsclmitthche Verschiebungsgeschwindigkeit, wenn wir sie für immer kleiner und kleinere Werte be- rechnen, in einen Vektor ü über, der die Richtung der Kurventangente in Aq hat. Diesen Vektor: ö = hm ^i~'t^n ^ lim ^oi 21) ti=to ti— to ~ ti=t„ t,— to nennt man den Ge seh windigkeit svek- t 0 r zur Zeit t = to. Wenn wir das Zeichen no für ,,näherungsw^eise gleich" einführen, kön- nen wir auch schreiben : Öfto) 22) 'h'^ oder x.'^x, + üfto)(t,— t«) .... 23) Dabei bedeutet in t)(to) die Klammer eine funktionelle Abhängigkeit, ,, Geschwindigkeit zur Zeit to, nicht aber ein Produkt. Und zwar gilt dies-^' Gleichung um so ge- nauer, je kleiner das Zeitin tervall tj— to ist. Nach ihr läßt sich die Lage von P zur Zeit tj aus der Lage xnr Zeit to und dem Ge- schwindigkeitsvektor berechnen. Es wird ein- fach z i Lagevektor to der mit dem Zeit- intervall ti — to multiplizierte Geschwindig- keitsvektor nach den R'^geln der Vektor- addition addiert. Die Vektorgleichung (22) können wir durch die drei Gleichungen zwischen den Komponenten der Vektoren nach den Koordinatrnachsen ersetzen. Die Komponenten des G^schwindigkeitsvektors seien öx, üy, bz ; die Komponenten der Ver- schiebung im Zeitraum tj — to sind: x^ — Xq, Yi — Yo) Zi^Zo; es gilt also: bx^ Vl^Vn t t ' y t ' "^ Li Iq h. 10 oder auch wegen Gl. (3j: 95(ti)— 95(to) öx- USW. ti— tr 24) 25) Wenn wir nun wirkUch tj gegen tp rücken lassen und den Grenzwert berechnen, so werden aus den Näherungsgleichungen exakte Glei- chungen und wir erhalten: Ox = üv = Üz = lim qp(ti)— qp(to) t, = t„ ti— to lim Z(ti)— %(to) ti = to ti— to lim '^^(ti)— «j^(to) 26) t, = t„ ti— to ■ Diese Grenzwerte lassen sich nun in der Sprache der Differentialrechnung schreiben: d(jp(t) dx dxit) dy '■^ = ^dr"l[F'^^=-dt " di| öj, »2 ••• Ön— i in den ersten n — ^1 dieser Zeitpunkte kennen, so läßt sich der Lagevektor rn zur Zeit tn aus dem zur Zeit to, der to heiße, durch wiederholte An- wendung der Gleichung (23) näherungsweise berechnen: tn = to + Oo (t — to) + Ö, (t^— t,) + . . . n— 1 + Ün-1 (tn — tn-l) = to + ^^ Üi (ti + 1 — ti ) 30) o Auch die in Gleichung 30 auftretende Summe nähert sich, wenn wir das Zeitintervall to bis tn I in immer kleinere und kleinere Zeitstrecken teilen, wie in der Integralrechnung gezeigt wird, einem Grenzwert, und wir schreiben in der ' Symbolik dieser Rechnimg: tn = to + / üdt 31) Wenn wir diese Vektorgleichung in Kom- ponenten zerlegen, so wird daraus: Bewegung (Allgemeine Bewegungslehre) 1041 Xn — Xq + tn /» to xdt, usw. 32) iü(to) bi— öo 33) 34) Man kann sich den Verlauf der Aende- rung des Geschwindigkeitsvektors bei einer bestimmten Bewegung von P dadurch ver- anschaulichen, daß man zu der Bewegung von P eine Bewegung eines Punktes P' kon- struiert, dessen Lagevektor zu jeder Zeit t dem Geschwindigkeitsvektor von P nach Länge, Richtung und Sinn gleich ist. Diese Bewegung von P' die. uns ein Bild der Ge- schwindigkeitsänderungen bei der Bewegung des Punktes P liefert, nennt man den zur Bewegung von P gehörenden H o d o - graphen. Man sieht leicht: Falls die Bewegung von P geradlinig und gleich- förmig ist, so ist sein Geschwindigkeitsvektor immer nach Länge und Richtung konstant ; also auch der Lagevektor von P'; der Hodo- graph besteht also aus einem einzigen Punkt, P' bleibt in Ruhe. Falls die Bewegung von P geradlinig ist, aber ungleichförmig, so be- hält ö seine Richtung bei , seine Länge wechselt aber; dasselbe tut der Lagevektor von P', weshalb sich dieser Punkt auch längs einer Geraden bewegen muß. 8. Begriff der Beschleunigung. Wenn der Geschwindigkeitsvektor im Laufe der Be- wegung sich nach Länge oder Richtung ändert, so nennt man das Maß dieser Änderung die Beschleunigung der Bewegung. Die- ser wissenschaftliche Begriff deckt sich nicht ganz mit dem, was man im gewöhnlichen Leben Beschleunigung nennt. "Wenn etwa ein Punkt P sich längs eines Kreises mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, wird der gewöhnliche Sprachgebrauch sagen, es sei keine Beschleunigung vorhanden. Der wissen- schafthche liingegen, der nicht nur die Aen- derung des Betrages, sondern auch der Richtung einer Geschwindigkeit in Rech- nung zieht, spricht auch hier von Be- schleunigung. Die Aenderung des Geschwindigkeitsvek- tors von P ist aber identisch mit der Aenderung des Lagevektors von P' beim Hodographen (Abschnitt 7). Wir verstehen demgemäß unter dem Beschleunigungsvek- tor des Punktes P nichts anderes als den Gescliwindigkeitsvektor des Punktes P' (des Hodographen der ursprünglichen Bewegung) im betreffenden Zeitpunkt. Der Beschleuni- gungsvektor lü wird also aus dem Geschwin- digkeitsvektor ö genau so bereclmet, wie dieser aus dem Lagevektor r, da ja b der Lagevektor, tu der Geschwindigkeitsvektor der Hodographenbewegung ist. Es gelten also analog den Formeln (22) und (23) hier die Formehi: Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Band I. ti-to üi-bo+n)(to)(ti— to) Dabei ist unter tu(to) wieder die ,, Beschleu- nigung zur Zeit tg" zu verstehen. Nach Gleichung (34) läßt sich der Ge- schwindigkeitsvektor zur Zeit ti aus dem zur Zeit to annähernd berechnen, wenn man den Beschleunigungsvektor zu dieser Zeit kennt. Auch für die Komponenten Wx, iüy, lüz des Beschleunigungsvektors gelten die den Glei- chungen (26) analogen: lim öx (tl) — bx(to) lux lüz = ti = to lim ti = to lim ti=t„ tl- öy(ti)- -to -öy(to) ti- Öz(ti)- -to -Öz(t„) tl to 35) In der Sprache der Differentialrechnung lassen sich diese Grenzwerte schreiben: dtix döy dÖz of>^ und wenn wir für die bx, üy, üz ihre durch tVx = dt2 Gleichung (27) gegebenen Werte einsetzen: dt2' ^^ dt2 ~dt2' _ ä-M.t) _ d^z ~^tF ~ dt2 tt); 37) Die Komponenten des Beschleunigungsvektors erhält man also, indem man die Bewegungs- gleichungen zweimal nach der Zeit differenziert. Die Länge von tn beträgt: |tD| = ytDx^ + tDy^ + tüz -^m- d2y\2 dtV + d2z\2 dt^^j Man nennt |lt)| den Betrag der Beschleunigung. Für die Winkel, ?., ft, v, die lü mit den Achsen einschließt, gilt: cos J- = tüx \W\ cos ft tu V — ^, cos V = lrt)l' Ebenso gilt analog Gleichung (30): ön ~ bo -t- lUo (tl— to) + tt)i (ta— tl) -f- . . n— 1 H- tt)n— 1 (tn— tn— 1) = t>o + ^i tUi (ti tOz 39) 4- ... 40) -1— ti) Dabei bedeutet immer n)i soviel wie „Beschleu- nigung zur Zeit ti'". Diese Formel läßt sich in der Symbolik der Integralrechnung schreiben: tn bn = bo + / tüdt /' 41) Die einfachste Art der beschleunigten Bew^egung ist die gleichförmig be- schleunigte. Darunter versteht man eine Bewegung von P, bei der die Hodo- graphenbewegung eine gleichförmig gerad- 66 1042 Beweg'img- (Allgemeine Bewegungslehre) linige ist. Es stehen also bei der gleich- förmig beschleunigten Bewegung W und ö in derselben Beziehung wie b und r bei der gleichförmig geradlinigen. Es ist infolgedessen der Beschleunigungsvektor Jt) nach Richtung und Länge konstant. Und die Beziehungen: ö = lüt, to = ^, t = -^ . . 42) bestehen analog den Beziehungen (9), (10), (11) bei der gleichförmig geradlinigen Bewe- gung. "Wir können daher auch sagen: bei der gleichförmig beschleunigten Bewegung nimmt die Geschwindigkeit t) in gleichen Zeiten um den gleichen Betrag zu und die Richtung der Geschwindigkeit bleibt fort- während die gleiche, also ist die Bahn eine Gerade. Bei den Formeln (42) ist vorausge- setzt, daß die Geschwindigkeit zur Zeit t=0 den Wert Null hatte. Ist die Geschwindigkeit zur Zeit t = 0 gleich öo, so folgt aus Gleichung (33) und (40) (In Gleichung (40) sind nämlich ttt, = lüa = . . . = tun— 1 = tt) zu setzen). Oder auch: t) = bo + tut • • • • 43) Ein Beispiel für die gleichförmig beschleunigte Bewegung bietet der freie Fall der Körper im luftleeren Eaum. In der Sprache der Differentialrechnung schreibt man, wenn der Körper sich in irgend- einer Richtrmg, auf der die Weglänge durch s gemessen wird, mit der konstanten Beschleu- nigung g bewegt: d^s — = (f dt2 ^ Daraus folgt durch einmalige Integration: de tn ~ hJt, . (t,— ti) + mta (ts— t,) + hJtg (t4— t,) + . . . tütn— 1 (tn — 'tn— l) Wir machen jetzt die zwischen 0 und tn ein- geschaltenen Zeit Intervalle alle gleich einer und derselben Größe T, also: tj tj = tj T = t,= tk = kT -t. ktn dann ist: rn~^(l+2+...(n-l)) = t.t^(^-l)^ n^ = -^t: 2n2 n— 1 n Der in der Zeit t zurückgelegte Weg ist also annähernd durch: t2 n— 1 gegeben, die Aimäherung ist um so besser, je größer die Anzahl der Intervalle n ist, in die wir die Zeit t teilen; je größer aber n ist, desto weniger ist n von 1 verschieden; wir wer- den also den Weg genau erhalten, wenn wir an Stelle von den Wert 1 setzen. Also: n 2 ^ .... 45) Wenn wir für tu die Beschleunigung g der frei fallenden Körper einsetzen, er- halten wir: S = |t2 . 45 a) dt = gt-|-C ds wo C eine aus dem Anfangswort von ~ zu be- stimmende Konstante ist; soll für t = 0 die Ge- ds schwindigkeit -rr den gegebenen Wert öq haben, so wird C = t>n und wir erhalten: also die Formel (43), da ja ds dt 44) = ü und g = tt>ist. Nicht so ganz einfach ist es, ohne Hilfe der höheren Mathematik den in t Zeit- einheiten bei einer gleichförmig beschleunigten Be- wegung zurückgelegten Weg zu berechnen. Eine annähernde Berechnung gestattet Gleichung (30); da die Bewegung in einer Geraden erfolgt, mißt ja der Lage Vektor t den zurückgelegten Weg. Wir wollen etwa to = 0, to = 0 setzen, d. h. den Ko- ordinatenursprung und den Zeitanfang mit dem Beginn der Bewegung zusammenfallen lassen. Nun ist wegen Gleichung (42): bo = toto = 0, b, = irtj, ba = it>t,, . . . bn— I = tt)tn— I, daher: Und dies ist die bekannte Galilei sehe Formel für den beim freien Fall im luftleeren Raum zurückgelegten Weg in der Zeit t. Ebenso erhalten wir für die Endgeschwindig- keit v nach t Zeiteinheiten, indem wir in GL 44 die Anfangsgeschwindigkeit bo = 0 setzen : v=gt 44 a) Viel leichter als durch die obigen Summen- bildungen erhalten wir die Formel für den Weg mit Hilfe der Integralrechnung. Wenn wir Glei- chung (44) nochmals integrieren, erhalten wir: s = ^ t2 + bot + C Soll für t = 0 auch s = Osein, so wird C'= 0 und: S = -^ t2 + bot 46) das ist die Formel für den Weg, wenn eine An- fangsgeschwindigkeit bo gegeben ist. Für bo = 0 folgt wieder Gleichung (45 a). Eine weitere sehr einfache Form der be- schleunigten Bewegung ist die Bewegung des Punktes P mit konstanter Geschwindigkeit längs eines Kreises vom Radius r. Hier ändert sich die Geschwindigkeit nur der Richtung nach. Ihr Betrag habe den konstan- ten Wert V. Also ist der Hodograph ein Bewegung (AUgemeine Bewegungslelire) 1043 Kj-eis, da ja sein Lagevektor gleich dem Geschwindigkeitsvektor ö ist, also einem Vektor von konstanter Länge; während P den Kreis mit dem Radius r durchläuft, durchläuft P' den Hodographenkreis mit dem Radius v; die Umlaufszeit T ist bei beiden dieselbe; sie wird erhalten, indem man die Länge des Kreisumfangs durch die Ge- schwindigkeit dividiert. Das ergibt für den Punkt P: T = ^ .... 47) V ' Die Geschwindigkeit der Hodographen- bewegung sei w, also gilt auch T = ^^ .... 48) w ' Durch Gleichsetzung von (47) und (48) finden wir: w = ^ .... 49) w ist die Geschwindigkeit der Hodo- graphenbewegung, also die Beschleunigung der Kreisbewegung von konstanter Ge- schwindigkeit V längs des Kreises mit dem Radius r. Die Richtung des Beschleunigungs- vektors Vö ist senkrecht zur Tangente des Kreises, d. h. zum Geschwindigkeitsvektor ü ; denn letzterer ist parallel dem Radius, ersterer der Tangente des Hodographenkreises; daher ist tu stets gegen das Zentrum des von P durchlaufenen Kreises gerichtet. iJei einer beliebigen Bewegung läßt sich der Beschleunigungsvektor lü in eine Komponente in der Eichtung der Tangente und in eine Kom- ponente in der dazu senkrechten Richtung zer- legen. Man spricht von der T a n g e n t i a 1 b e - s c h 1 e u n i g u n g und der Normal- oder Z e n t r i p e t a 1 b e s c h 1 e u n i g u n g. Bei der gleichförmigen Kreisbewegung existiert, wie wir gesehen haben, mir Normalbeschleunigung; beim freien Fall, wo der Beschh unigungsvektor immer die Richtung der Bahn hatte, ist, wie bei jeder geradlinigen Bewegung, nur eine Tangen- tialbeschleunigung vorhanden. Der Wert der Zentripetalbeschleunigung läßt sich übrigens ganz allgemein angeben. Wenn P sich be- liebig bewegt, so können wir einen Ivreis durch seine Lage zur Zeit t ziehen, der sich mög- lichst gut an die Bahnkurve anschmiegt. Der Radius r dieses Ivieises heißt der Krümmungs- radius der Bahnkurve im betrachteten Punkt. Daim können wir die wirkliche Bewegung in der Umgebung dieses Punktes durch eine gleich- förmige lü-eisbewegung mit der augenblicklichen Geschwindigkeit v ersetzen; diese hat aber die Normalbeschleunigung : v2 tön = -^- 50) Die wirkliche Bewegung unterscheidet sich in der Umgebung des Punktes von der fingierten nur durch das Vorhandensein einer Tangential- beschleunigung. 9. Flächengeschwindigkeit. Während der Bewegung von P beschreibt der von 0 aus gezogene Lage vektor r eine gewisse Fläche. "Wenn wir die Zeit der Bewegung genügend klein wählen, können wir diese Fläche als eben betrachten, und zwar als ein Dreieck OA1A2, wo Ai und A2 die Lagen von P zu den Zeiten ti und ta sind. Die Seiten des Dreiecks sind die Lagevektoren r^, x^ und die Verschiebung bt2=t2— ti (s. Fig. 2) Der Flächeninhalt des Dreiecks sei fjj, dann nennen wir: tg ti die durchschnittliche Flächengeschwindigkeit im Zeitraum tx, ta und: st lim ^12 -Qx 1= t _. -T — ^ . , . od) ti-ta ta— ti ' die Flächengeschwindigkeit im Zeitpunkt t^. Man betrachtet auch den Vektor f der Flächen- geschwindigkeit und versteht darunter einen Vektor, dessen Betrag die durch Gleichung (53) gegebene Zahl f ist, dessen Richtung sen&echt auf der Ebene von tj und r, steht und dessen Pfeil dorthin zeigt, woher gesehen die Drehung von tj nach ra im Sinne des Ulirzeigers erfolgt. Wenn A, die Koordinaten x,, y^, Zj hat, und A2 die Koordinaten Xq, 72, z,, so sind nach der ana- lytischen Geometrie die Komponenten fx, fy, fz von f gegeben durch: VjZj V5Z1 ,^„ Z1X9 Z9X1 2fx = ta ^\ 2fz = y2Zi Pf Z1X2 Xiy2— XjVi ta tj oder, wie sich durch Umformung ergibt: t2 X-y tg tj 12 tj tj tj y2— Yi ^ ^2—^1 . tJ tJ 2 f X = yi 2 fy ^ Z, 2fz = Xi Yi 54) t2 tj daraus folgt wegen Gleichung (24): 2fx'^ybz — ZÖy, 2fy^ZÖx— XÖz, 2fz^xt)y — y öx .... 55) Wenn wir nun zur Grenze übergehen, indem wir das Zeitintervall tj, tg sich der Null nähern lassen, gehen die näherungs weise giltigen Glei- chungen (55) in streng richtige über. In der Sprache der Differentialrechnung schreibt man: 2f =y4^-z -^,2fy = z dt dt 2 f z = X _d^ dt — y 56) Und in der Sprache der Vektoranalysis heißt es einfach: 2 f = [r ti] 57) 10. Zusammensetzung von Bewegun- gen. Ein Punkt P führe in bezug auf einen Bezugskörper Ki eine bestimmte durch die Gleichungen X = 99i(t), y = ;fi(t), z = t^i(t) 66* 1044 Bewea'iing (Allgemeine Bewegungslehre) gegebene Bewegung aus. Der Bezugs- körper Kl bewege sich nun selbst in bezug auf einen anderen Körper Ka, und zwar sei seine Bewegung eine sogenannte traus- latorische, d. h. alle substantiellen Punkte von Kl sollen parallele Bahnen mit einer ge- meinsamen Geschwindigkeit in bezug auf K2 beschreiben. Es genügt also, die Bewegung eines einzigen substantiellen Punktes von Ki zu geben. Als solchen wählen wir einen Punkt Ol in Kl, von dem aus wir uns ein Achsen- system Xi, Yi, Zi gezogen denken. Die Be- wegung von Ol in bezug auf ein in Kg festes Koordinatensystem (O2, X2, y2, Zo) sei ge- geben durch: X = 952(t), y = Z2(t), z = v^2(t); dabei sollen die Achsen Xi, x, bezw. Vi, Va, Zi, Z2 einander parallel sein. Dann ist die Bewegung von P in bezug auf K, offenbar gegeben durch: X = 2) der doppelten Steigzeit. Die Horizcntal- entfernung, die P bei diesem Zurückkehren vom Ausgangspunkt hat, nennt man AVurf weite, sie wiril durch Einsetzen von Gleichung 62 in 58 erhalten und beträgt: Xw = 2c2 sin u cos a .63) Sie erreicht ihren größten Wert, wenn sin 2 a == 1 ist, also a == 45", das ist also der günstigste Elevationswinkel für weiten Wurf; wenn wir überall u = 90" setzen, erhalten wir die ent- sprechenden Formeln für vertikalen Wurf, wenn wir a = 0 setzen, die für den horizontalen. 11. Bewegung des starren Körpers. Die wichtigsten Arten der Bewegung eines starren Körpers sind: 1. Die Tran slationsbewegung, von der wir schon im Anfang des vorigen Abschnittes gesprochen haben. 2. Die Rotationsbewegung (Drehbewegung), bei der eine sub- stantielle Gerade des Körpers, die Rota- tionsachse, Punkt für Punkt ihre Lage beibehält und daher alle anderen substan- tiellen Punkte des Körpers lueise um diese Gerade beschi-eiben. 3. Die S c h r a u b e n b e w e g u n g , die aus einer geradlinigen gleichförmigen Translation und einer gleichförmigen Rotation zusammengesetzt ist, die um eine zur Rich- tung der Translation parallele Achse erfolgt; dabei beschreiben die nicht auf der Achse gelegenen Punkte desKörpers Schraubenhnien. Wenn wir nur Anfangs- und Endlage einer Bewegung, also nur die Verschiebung des Körpers, ins Auge fassen, so kann jede beliebige Verschiebung auch als Resultat einer Schraubenbewegung erhalten werden. 12. Bewegungsfreiheit. Freiheitsgrade. Man könnte jeden Körper in jede be- liebige Lage bringen , wenn man über die ]\Iittel verfügte, alle Hindernisse zu überwinden, alle Fessehi zu zerbrechen. Für die Theorie wird es sich aber als vorteil- haft _ erweisen, gewisse Hindernisse im vor- hinein als unüberwindhch anzusehen. Sol- chen Hindernissen sind wir schon beim Begriff der starren Verbindung und des starren Körpers (Abschnitt 2) begegnet, wo die ein- zehien substantiellen Punkte eines Körpers ihre Entfernung voneinander nicht ändern konnten. Aehnh>hes liegt bei Körpern vor, durch die etwa eine festgehaltene Achse ge- steckt ist, so daß sie nichts tun können, als sich um diese Achse drehen. Man sagt: Ein Körper oder ein System von Körpern kann Bewegungsbedingungen unter- worfen sein. Je weniger Bedingungen die Bewegung unterworfen ist, desto größer ist seine Bewegungsfreiheit. Die Bewegungsfreiheit wird gemessen durch die Anzahl der Zahlenangaben, die man machen muß, um eine Lage des Körpers oder Körper- systems unter allen mit den Bedingungen verträglichen Lagen festzulegen. Diese Anzahl nennt man die Zahl der Freiheitsgrade ! des Systems. So kann man die Lage eines 1 einzehien substantiellen Punktes durch drei \ Zahlen eindeutig festlegen (die Koordinaten ), Man sagt : Ein frei beweglicher Punkt hat drei Freiheitsgrade, n Punkte haben 3n Freiheitsgrade. Wenn etwa ein substantieller Punkt P sich nur längs einer Fläche bewegen kann, so hat er nur zwei, längs einer Linie nur einen Freiheitsgrad. Ein starrer Körper hat sechs Freiheitsgrade. Denn um seine Lage festzulegen, muß die Lage von dreien seiner substantiellen Punkte festgelegt sein. 1 (Wären nur zwei festgelegt, könnte er sich noch um die sie verbindende Gerade als Achse drehen.) Dazu gehören neun Ko- ordinaten. Da aber die drei Entfernungen der Punkte voneinander bekannt sind, lassen sich diese neun Koordinaten durch sechs I Größen ausdrücken. Ein System, das einen einzigen Freiheits- grad besitzt, nennt man z w a n g 1 ä u f i g. Beispiele sind etwa: ein um eine ruhende Achse rotierender Körper, eine Kugel, die sich in einer engen Rinne bewegt , das Kurbelgetriebe einer Dampfmaschine. Die Bedingungen , die der Bewegung sub- stantieller Punkte auferlegt sind, lassen sich häufig durch Bedingungsgleichungen zwischen den Koordinaten dieser Punkte ausdrücken. Wenn etwa die Entfernung zweier Punkte , P] (X], yj, z,) und P, (xa, y2, Za) deii unver- '■ änderlichen Wert r behalten soll, weil sie durch eine starre Stange verbunden sind, so bedeutet das, daß die Gleichung: ! (x^-x j2 + (y -y,)2 -F (z,-z,)2 = 1-2 bestehen muß, wie sich P, und P3 auch bewegen. I Jede Bedingungsgleichung erniedrigt die Anzahl I der Freiheitsgrade um 1. Es haben n freie be- t wegliche Punkte 3n Freiheitsgrade; wenn aber s Bedingungsgleichungen bestehen, nur mehr 3n — 'S Grade. Manche Bewegungsbedingungen lassen sich auch nur durch Ungleichungen aus- drücken; wenn etwa zwei Punkte durch einen biegsamen Faden von der Länge 1 verbunden sind, so kann ihre Entfernung niemals größer als 1 werden; dies wird ausgedrückt durch die Um- gleich ung: (x.-x,)« + (y2-y,)2 + (z,-~z,)2<;P. 13. Periodische und stationäre Be- 1046 Bewegung (Allgeineine Bewegungslehre) wegung. "Wenn jeder substantielle Punkt eines Körpersystems immer nach Verlauf einer Zeit T seine ursprüngliche Lage und Geschwindigkeit wieder annimmt, so nennt man die Bewegung eine peri- odische und die Zeit T die Periode der Bewegung. Periodisch ist etwa die Be- wegung der Erde um die Sonne, dabei ist die Periode ein Sonnenjahr. Wenn alle substantiellen Punkte emes mechanischen Systems im Verlaufe ihrer Bewegung, wie lange sie auch dauert, immer innerhalb eines endlichen angebbaren Hohl- raumes bleiben, so nennt man die Bewegung eine stationäre. Der Ausdruck stationär wird auch noch in anderem Sinn gebraucht, wie in der Dynamik (Abschnitt 26) besprochen wird. So ist z. B. die Bewegung der hypothe- tischen Gasmoleküle in einem Gefälä eine stationäre. Die Astronomen beschäftigen sich seit langem mit der Frage, ob die Bewegung des Planetensystems eine stationäre ist, d. h. ob man versichert sein kann, daß bei Fortdauer der heutigen Naturgesetze die Planeten immer innerhalb eines endlichen die Sonne umgebenden Raumes bleiben werden. III. ' D y n am i k. 14. Aufgabe der Dynamik. Die Erfahrung lelut uns, daß die in der Natur vorkommenden Be- wegungen sich nicht relativ zu jedem Bezugs- körper mit gleicher Einfachheit beschreiben lassen. Es hat sich aber gezeigt, daß bei Wahl geeigneter Bezugskörper sich alle Be- wegungserscheinungen nach einem einfachen Schema darstellen lassen. Da dieses Schema im wesenthchen auf der Verwendung des Begriffes der Kraft (Dynamis) beruht, so nennt man den Wissenszweig, der dieses Schema konstruiert, Folgerungen aus ihm zieht und die natürlichen Bewegungen ihm einordnet, Dynamik. Die D}niamik handelt also nichtnur von Relativbewegungen, sie zeichnet gewisse Bezugskörper aus und unterscheidet absolute Bewegung, d. i. Bewegung relativ zum ausgezeiclmeten Be- zugskörper, von R e 1 a t i V bewegung, wo- mit Bewegungen relativ zu willkürlichen Bezugskörpern gemeint sind. 15. Trägheit und Trägheitsgesetz. Man findet, daß die Bewegung eines Körpers von zwei Dingen abhängt : erstens von der Anfangsgeschwindigkeit, die ihm er- teilt wird, zweitens von den äußeren Umständen, unter denen die Bewegung be- ginnt und vor sich geht. Je größer die An- fangsgeschwindigkeit ist, desto weniger wird er m der gleichen Zeit und unter gleichen Umständen aus seiner Richtung abgelenkt. Wenn die äußeren Einflüsse durch bewußtes Eingreifen menschlicher Muskelkraft aus- geübt werden, so merken wir, daß die Aen- derung der Richtung und Größe der anfäng- hchen Geschwindigkeit um so geringer ist, je weniger wir unsere Muskelkraft anstrengen. Man sieht so jede Bewegung als ein Ringen zwischen der Anfangsgeschwindigkeit, die sich zu erhalten strebt, und den äußeren Einflüssen, die deren Richtung und Größe abzuändern suchen, an, oder wenn man kurz sagt : als ein Ringen zwischen Träg- heit und äußeren Kräften. So behält z. B. eine Kanonenkugel ihre hori- zontale Bahn um so länger annähernd bei, mit je größerer Anfangsgeschwindigkeit sie abgeschossen ist und auf je weniger Hinder- nisse sie stößt. Man idealisiert nun diese Erfahrungen und nimmt an, daß ein Körper, der gar keinen äußeren Einflüssen, sondern nur seiner An- fangsgeschwindigkeit unterworfen ist, diese nach Größe und Richtung in alle Ewigkeit beibehalten würde. Dieses Gesetz heißt Trägheitsgesetz, weil man das Streben der Körper, in gleichförmiger gerad- liniger Bewegung zu beharren, als Trägheit bezeichnet. Man spricht auch vom B e - h a r r u n g s g e s e t z. Das Gesetz enthält in der Form, wie wir es aussprachen, noch zwei Unbestimmt- heiten. Erstens hat das Wort „gleich- förmige geradlinige Bewegung" nur relativ zu einem bestimmten Bezugskörper einen Sinn, und erst wenn ich im Trägheitsgesetz einen solchen nenne, bekommt es eine be- stimmte physikahsche Bedeutung. Es hat sich nun gezeigt, daß man den Fixsternhimmel, der ja nahezu (wegen der geringen Eigen- bewegungen der Sterne) einen starren Körper bildet, dem Trägheitsgesetz als Bezugskörper zugrunde legen muß. Relativ zu ihm beschrei- ben die Körper, auf die keine äußeren Ein- flüsse wirken, geradlinige Bahnen. Einen Körper, relativ zu dem das Trägheitsgesetz gilt, nennt man F u n d a m e n t a 1 k ö r - per, ein mit ihm verbundenes Koordi- natensystem F u n d a m e n t a 1 s y s t e m oder Inertialsystem (inertia = Träg- heit). Wenn K ein Fundamentalkörper ist, so ist jeder Körper K', der relativ zu K eine gleichförmige geradlinige Translationsbewe- gung ausführt, auch ein Fundamentalkörper. Die zweite Unbestimmtheit Hegt darin, daß wir nicht klar definieren können, was es heißt, „ein Körper ist keinen äußeren Einflüssen ausgesetzt". Aus den Ausfüh- rungen des nächsten Abschnittes wird erst hierauf ein Licht fallen. 16. Kraft. Masse. Newtons Be- wegungsgesetze. Wir verfolgen die Be- wegung substantieller Punkte. Die Er- fahrung lehrt uns, daß sich bei den in der Natur vorkommenden Bewegungen für den Beschleunigungsvektor jedes sub- stantiellen Punktes einfache Gesetzmäßig Bewegung- (Allgemeine Bewegungslelu^e) 1047 keiten aufstellen lassen. Es läßt sich dieser Vektor meist in verhältnismäßig einfacher Weise als abhängig von der Lage des Punktes, seiner Geschwindigkeit, sowie den Eigenschaf- ten der ilm umgebenden Körper auffassen, oder wie der Mathematiker sagt, als Funktion dieser Größen darstellen. Der Beschleuni- gungsvektor ist aber das Maß der Abweichung der Bewegung von der geradlinig gleich- förmigen. Wir betrachten also die äußeren Einflüsse als die Ursachen dieser Abweichung. Wenn ich etwa einen Körper als Pendel schwingen lasse, nimmt er eine bestimmte Beschleunigung an, ebenso wenn ich ihn an eine Spiralfeder anhänge und unter dem Ein- fluß von deren Elastizität seine Schwingungen ausführen lasse. Zwei verschiedene Körper, wenn auch von derselben Größe (im Grenzfalle also selbst zwei substantielle Punkte) nehmen unter denselben äußeren Umständen im all- 1 gemeinen nicht die gleiche Beschleunigung I an. So gerät, an eine Spiralfeder angehängt, ! ein Eisenstück in viel weniger beschleunigte Schwingungen, als ein gleich großes Holz- stück. (Eine Ausnahme bildet scheinbar die Beschleunigung beim freien Fall, beim ge- wöhnhchen Pendel u. ä.) Wir sagen von einem Körper, der eine kleine Beschleunigung erhält, sich also der Aenderung semer Ge- schwindigkeit mehr widersetzt, er habe eine größere Trägheit. Die Trägheit eines Körpers wird gemessen durch seine Masse. Wenn ein Körper Kj und ein Körper K, unter den- selben Umständen die Beschleunigungen tüi bezw. tÜ2 annehmen, so sagen wir, ihre llassen verhalten sich verkehrt wie diese Beschleu- nigungen. Da uns die Erfahrung lehrt, daß dieses Beschleunigungsverhältnis zweier Körper, wenn sie unter beliebige Umstände gebracht werden, nur beide unter dieselben, immer konstant bleibt, so ist dadurch das Verhältnis der Massen zweier beliebiger Körper definiert. Es muß nur noch ein will- kürlicher Körper als Masseneinheit ange- nommen werden, um auch die Masse jedes Körpers selbst, als Verhältnis seiner Masse zu der des Einheitskörpers festzulegen. Als Einheitskörper wählt man 1 ccm Wasser bei + 40 C und 760 mm Barometerstand. Man nennt diese Masse die Masse eines Grammes. Die Masse eines Körpers ist an allen Orten der Erde dieselbe. ; Teilchens abhängt; dann ist auch die Masse mit der Geschwindigkeit veränderlich. : Em Körper K^ habe die Masse mj, ein Körper K. die Masse nia; die Beschleunigun- gen, die beide unter gleichen Umständen an- nehmen, tüi und tu 2, sind gleich gerichtet und es gilt: tDi:lÜ2 = nunni Daraus folgt: nii tDi = ras tu. d. h. das Produkt aus Masse und Beschleu- nigung hat für alle Körper an einer bestimm- ten Stelle des Raumes unter bestimmten äußeren Umständen einen und denselben bestimmten Wert. Diesen Wert, der natür- lich ein Vektor von der Richtung dieser Be- schleunigung ist, nennt man die an diesem Raumpunkt infolge der äußeren Umstände herrschende Kraft, wir woUen ilm mit ^ bezeichnen. Es gilt dann für jede Masse m und ihre Beschleunigung to die Gleichung: m lü = ^, 64) Sie ist überhaupt unveränderlich, solange fest- steht, daß das Beschleunigungsverhältnis ^'' nicht von den äußeren Umständen, zu denen auch die augenblickhche Geschwindigkeit des Teüchens gehört, abhängt. Neuere Untersuchun- gen über die hyi^othetischen Teilchen, die in den Kathodenstrahlen fliegen, scheinen nun zu zeigen, daß -—- auch von der Geschwindigkeit des wo ^ durch die Lage des Körpers zu anderen Körpern und die Eigenschaften dieser be- stimmt ist. Das Gesetz gilt natürlich in Schärfe nur für einen substantiellen Punkt, den wir, insofern wir ihn mit Masse begabt denken, M a s s e n p u n k t oder mate- riellen Punkt nennen ; denn ein aus- gedehnter Körper nimmt nicht nur einen einzigen Raumpunkt ein. Dieses Gesetz nennt man das Newtonsche Kraft- gesetz. Aus ihm folgt unmittelbar : Wenn irgendwo £ = 0 ist, so ist auch rt) = 0; ein dorthin gebrachter Körper erleidet kerne Beschleunigung, er bewegt sich geradlinig und gleichförmig. Das Trägheitsgesetz ist also ein spezieller Fall des luaftgesetzes. Wir können jetzt die im vorigen Abschnitt erwähnte Unbestimmtheit im Trägheits- gesetz vermeiden, indem wir sagen: Wenn ein Körper eine Beschleunigung hat, so läßt sich diese durch eine einfache Gesetzmäßig- keit mit den äußeren Verhältnissen (und dazu gehören insbesondere die Größen und Ent- fernungen der ihn umgebenden Massen) in Zu- sammenhang brmgen ; hat er keine Beschleu- nigung, so sagen wir: er ist äußeren Ein- wirkungen nicht ausgesetzt; dadurch wird das Trägheitsgesetz in gewissem Smne zu einer Tautologie. Es bleibt nur der reale Lihalt bestehen, daß durch die äußeren Ein- flüsse die Beschleunigungen gegeben smd, wälu*end die Anfangsgeschwindigkeit beliebig erteilt werden kann, d. h. ein Körper unter denselben äußeren augenblicklichen Um- ständen beliebige Geschwindigkeiten besitzen kann. Wir können nun auch sowohl Kraft- vektor als Beschleunigungsvektor in die Kompohenten nach den drei Achsen zer- 1048 Bewegung (Allgemene Bewegungslehre) legen, dann lautet das N e w t o n sehe Kraftgesetz: m ttJx = ^x, m Wy = ^y, m tr>z = ^z 65) Wenn die Kraftkomponenten als Funktionen der Lage des Punktes zu den äußeren Kör- pern oder anderswie gegeben sind, nennt man diese Gleichungen die Newton sehen Be- wegungsgleiehungen . ~ In der Schreibweise der Differentiahechnung schreibt man sie: d^x dt2 t. d2y dt2 = ^^ dH ^ = ^ = Wenn die Bewegung gegeben ist, läßt sich die Kraft immer berechnen, indem man die Beschleunigung berechnet. Als Beispiel betrachten wir erstens den freien Fall. Hier ist die Beschleunigung bekanntlich konstant und hat für alle Körper denselben Wert g, die Kraft also den Wert mg; es ist also die Kraft, die von der Schwere auf jeden Körper ausgeübt wird, proportional seiner Masse; daher kommt die scheinbare Ausnahme, daß die Schwerkraft allen Körpern, olme Rück- sicht auf ihre Masse, dieselbe Beschleu- nigung erteilt, oder eigentlich exakt ge- sprochen: diese Erfahrungstatsache drücken wir eigentlich aus, wemi wir sagen: die Schwerkraft wächst mit der Masse. Wir wollen ferner die von der Sonne auf einen Planeten ausgeübte Kraft berechnen. Der Planet bewege sich, so nehmen wir näherungsweise an, in einem lüeise vom Radius r gleichförmig um die Sonne, die Umlaufszeit sei T, dann ist seine Geschwindigkeit: 2Är seine Beschleunigung ist gegen die Sonne ge- richtet und ist im Abschn. 8, Gl. 49 gegeben; die Kraft hat also den Wert: mv2 ^ 4m 7r2 r i^ = -^- = T2 Nach dem dritten Keplers chen Gesetze sind nun die Quadrate der Umlaufs Zeiten der Planeten proportional den dritten Potenzen ihrer Abstände von der Sonne ; es hat also — ^ einen für alle Planeten konstanten Wert; wir setzen etwa: T2 Wenn wir das in die vorige Formel einsetzen, erhalten wir: 4m 7f2 1 K = — p Ö-. C r^ d. h. die Kraft ist verkehrt proportional dem Quadrate des Abstandes; wir erhalten so das Newtonsche Gravitationsgesetz. Schließlich sei noch erwähnt, daß auch das Kraftgesetz zur völligen Bestimmtheit einen bestimmten Bezugskörper braucht. Es ist hier dasselbe Inertialsystem wie beim Trägheitsgesetz zu wählen. Neben dem genannten Problem, zu einer gegebenen Bewegung die Kraft zu finden, ist auch noch das umgekehrte Problem zu lösen. Wenn die I{jaft und damit die Be- schleunigung gegeben ist, soll die Bewegung bestimmt werden. Dieses Problem ist oft recht schwierig zu behandehi; wir haben beim freien Fall (s, oben II 8) ein einfaches Beispiel dafür gegeben. Es erfordert im einfachsten Fall die Inte- gration einer Differentialgleichung zweiter Ord- nung; dabei müssen Anfangslage und Anfangs- geschwindigkeit gegeben sein, um die beiden Integrationskonstanten zu bestimmen. 17. Satz vom Kräfteparallelogramm. Von einer Kraft ^, die irgendwo herrsclit, sagt man, daß sie von einem bestimmten Körper ausgeübt wird, wenn sie bei Ent- fernung dieses Körpers verschwindet. Es mögen auf einen materiellen Punkt mit der Masse m vom Körper K^, die &aft ^,, vom Körper K2 die Kraft ^o ausgeübt werden; d. h. der Punkt erführe, wenn jeder der Körper einzeln vorhanden wäre, die Be- schleunigungen tüi = oder tt)2 = m m Die Erfahrung zeigt nun, daß die Beschleu- nigung des Punktes bei Anwesenheit beider Körper die Summe der Einzelbeschleuni- gungen ist, natürlich die Vektorsumme; also: h) = tüi + ft)2 = ^j~ + -j^ Daraus folgt: ratü = ti + ^2 d. h. der Punkt erhält eine Beschleunigung, als würde eine Kraft ^ auf ihn wirken, welche der Vektorsumme der beiden Einzel- kräfte gleich ist; diese lü'aft: ^ = ^1 + t, nennt man die Resultierende von Äi und ^^, diese wieder die Komponenten von ^. Dieser Satz heißt: „Satz von Kräfteparallelogramm", weil nach der Definition der Vektoraddition ^ die Diagonale eines Parallelogramms ist, dessen Seiten ^1 und ^2 sind. In den Komponenten geschrieben lautet die Gleichung: dt2 ~ ^^ ^ ^ ' dt2 <" + ti^), d^z ^'}^ + ^1^1 Als Beispiel kann etwa die Bewegung des Mondes unter dem Einfluß von Erde und Sonne dienen. Die von beiden ausgeübten Anziehungs- kräfte addieren sich. Die Bewegung dreier ein- ander nach dem Gravitationsgesetz anziehenden Körper zu berechnen ist Gegenstand des soge- nannten Dreikörperproblems. Seine Lösung ist eine rein mathematische Aufgabe. Bewegung (Allgemeine Bewegungslehre) 1049 i8. Bewegungsgröße. Impuls. Wenn wir die Beschleunigung wie im Abschnitt 8 (Gleichung 33) durch die Geschwindigkeit näherungsweise ausdrücken, so schreibt sich das Kraftgesetz: m(bi — üo)~^(ti — to) . . . ü7) Diese Gleichung gilt um so genauer, je kleiner der Zeitraum ti — to ist. Man nennt das Produkt aus einer Kraft in die Zeit, während deren sie wirkt, den x\ n t r i e b dieser Kraft während dieser Zeit. Man nennt das Produkt aus der Masse eines materiellen Punktes in seiner Geschwindigkeit seine B e w e g u n g s g r ö ß e (auch Bewegungs- moment) oder seinen Impuls zu dieser Zeit. Die Gleichung (67) besagt also, daß die Aenderung der Bewegungsgröße eines Punk- tes in einem kleinen Zeitraum gleich dem Antrieb der auf ihn wirkenden Kraft während dieses Zeitraumes ist. In der Sprache der Differentialrechnung ist: -^(mo) -£ 68) oder: d(m b) = Sldt Antrieb und Impuls sind ebenso Vek- toren wie Kraft und Geschwindigkeit. Die Gleichung (67) gilt für so große Zeitinter- valle ti — to, wie man ^ nahezu als konstant ansehen kann. Will man die Aenderung des Impulses für eine größere Zeit berechnen, so schaltet man Zeitpunkte ein. Sei etwa die Zeitstrecke to, tn durch die Zeitpunkte ti, tj, ... in kleine Strecken geteilt, dann ist: m(bn — öo) ~ ^0 (ti — to) + ti (t2 — ti) + ta (tg — ta) -f . . . tn-l (tn — tn-l), 69) wo ^0, ^1 usw. die Werte der Kraft im be- treffenden Zeitintervall bedeuten. In der Sprache der Integrahechnung erhält man einfach durch Integration: tn = / tdt 70) r/ to Impuls einen eigenen m(ün— öo) den Setzen wir für Buchstaben : S = mb, so können wir das Kraftgesetz schreiben: dem wir die Masse jedes Volumclementes be- trachten, sie mit der Geschwindigkeit des Elementes multiplizieren und die so für jeden Teil des Körpers erhaltenen Einzel- impulse alle addieren. Wirken auf jedes Element des Körpers Kräfte, so gilt für jedes das Kraftgesetz und durch Addition finden wir : vVi xJo ^^ ol(ti to) wo jetzt ^ der Gesamtimpuls ist und ^, die Resultierende aller Kräfte, nacli dem Paral- lelogrammgesetz aus den Einzelkräften ge- bildet wird. Wenn z. B. ein homogener, symmetrischer starrer Körper um seine Sym- metrieachse rotiert, so ist sein Impuls dabei Null; denn jeder Geschwindigkeit eines Elementes entspricht eine gleich große und entgegengesetzte gerichtete eines anderen Elementes von gleicher Masse, deren Vektor- summe sich aufhebt. Da der Impuls während der ganzen Bewegung Null ist, muß auch die Vektorsumme aller auf ihn wirkenden Kräfte Null sein, wenn sie ihn auch be- schleunigen. Die lü'äfte können also etwa in je zwei einander gleich und entgegen- gesetzt gerichteten bestehen , die ihn in Drehung versetzen. Ist der Körper um die Achse unsymmetrisch, so ist der Impuls schon von NuU verschieden. 19. Das Gesetz der Gleichheit von Wirkung und Gegenwirkung. Wir nehmen an, auf den materiellen Punkt Pi wirke eine Ki'aft, die vom Punkte Po ausgeübt wird; sie heiße ^i, gleichzeitig übe auch P^ auf P2 eine Kraft aus, die Q, heiße. Die Er- fahrung zeigt uns, daß überall, wo in der Natur ein derartiger Fall eintritt, die Kräfte ^1 und ^2 einander gleich, aber entgegen- gesetzt gerichtet sind: ^2 = — t'i oder ^1 + ^2 0. oder: <5i ^Vo In Worten: Die Kraft ist der Aenderung des Impulses in der Zeiteinheit gleich. Unter dem Impuls mehrerer Punkte versteht man die Vektorsumme der Einzelimpulse: S=3i+S2 + ...+Sn = mibi + m2b2+...73) Haben wir es mit einem stetig zusammen- hängenden Körper von variabler Dichte zu tun, so erhalten wir den Gesamtimpuls, in- Dieses Gesetz nennt man das Gesetz der Gleichheit von Wirkung und Gegenwirkung, oder von Aktion und R'i'aktion. Dieses Gesetz ist das dritte der berühmten Newton sehen drei Bewegungsgesetze ; das erste ist das Trägheitsgesetz, das zweite das Kraftgesetz. Die Punkte P^ und Pg können räumlich voneinander entfernt hegen, wie etwa Sonne und Erde in der Astronomie, die aufeinander gleiche, aber entgegengesetzt gerichtete Kräfte ausüben. Das Gesetz gilt aber nicht nur für Punkte, sondern für einander berührende Körper. Wenn etwa eine Last auf ihre Unterlage einen Druck ausübt, so übt die Unterlage einen gleichen, aber nach oben gerichteten Gegendruck aus. Wir denken uns ein System von Körpern, die aufeinander Ivräfte ausüben, die dem Gesetze der Gleichheit von Wirkung und Gegenwirkung gehorchen. Von außen soll keine Kraft auf das System wirken. Dann 1050 Bewegung (Allgemeine Bewegungslehre) gehört zu jeder Kraft im System eine gleiche, aber entgegengesetzt gerichtete. Die Vektor- summe aller IsJäfte ist also Null. Nach dem vorigen Abschnitt ist daher auch die Aende- rung des gesamten Impulses des Systems NuU, d. h. dieser Gesamtimpuls bleibt kon- stant, man spricht von dem Gesetze der Erhaltung des Impulses oder der Bewegungsgröße, das in jedem System gilt, in dem nur sogenannte innere Kräfte wirken , die dem dritten New- ton sehen Gesetze gehorchen. Ein solches System ist etwa das Planetensystem. Man kann das Gesetz schreiben mibi + maö, + maüf = konstant. 20. Schwerpunkt. Bewegung des Schwer- punktes. Wn* betrachten zwei Punkte von den Massen nii und mo. Dann ist ihr Ge- samtimpuls: ^ = niiöi + niaöa Wenn wir uns auf der Verbindungslinie der beiden Massen einen Massenpunkt M denken, der die Masse nii + nig hat und dessen Ent- fernung von nii und m^ diesen Massen fort- während verkehrt proportional ist (der also der größeren Masse näher Hegt), so wird dieser Massenpunkt, wenn mi und nis sich bewegen, ebenfalls in bestimmter Weise sich bewegen und sein Impuls wird dabei dem Gesamtimpuls von mi und m« gleich sein. Denn: M habe von vXi die Entfernung e,, von nij die Entfernung eojdann ist laut Voraussetzung: m,e] — 10.2^2 und: ei + e, = e, wenn e die Entfernung zwischen ni] und m^ ist; daraus folgt: wli + m-i mi + ma Daraus sieht man weiter: wenn tj und X2 die Lagevektoren von m, und m^ sind, so ist der Lagevektor r von M gegeben durch: ^ ^ miti + m2ra ^ mi + nia oder: {m^ + m2)r = miti + m^Xa. Nun ist die Aenderung der linken Seite laut während eines kleinen Zeitintervalls Definition der Geschwindigkeit gleich dem Impuls von M, die der rechten Seite gleich dem Impuls von m^ und mg. Den Punkt M nennt man den Massen- mittelpunkt der Massen m^ und nia, oder auch von einer speziellen Anwendung her den Schwerpunkt. Der Schwerpunkt ist für jede augenbhckliche Konstellation der Massen definiert und ändert seine Lage mit dieser. Man kann die Definition auf auch auf n Massenpunkte erweitern : Es mögen tj, r2...rn die Lagevektoren der Massen mi,m2, ...,mn sein: dann heißt der Punkt M mit dem Lagevektor: miri + m2r2-f... + mnrn 74) mi + mg-f ...+ mn der Schwerpunkt. Denkt man sich nun die Gesamtmasse mi + m2 + ...mn in M vereinigt, so ist der Impuls dieser Masse M gleich dem Gesamtimpuls aller Massen: mi, m2, . . .,nin. Drücken wir die Lage der Massen durch ihre Koordinaten x,, y,, z, usw. aus, so hat der Schwerpunkt die Koordinaten: mjXi + ... + mnXn y = mi + m, +...-f mn m^Vz +... + mnyn mi -1-...-I- mn m^Za +...+ mnZn 75) mi + mj -h...-hmn Sind die Massen kontinuierlich über einen Körper verteilt und enthalte das Volumelement dv die Masse pdv {q ist dann die Dichte), so sind die Koordinaten (|, ?j, t) des Schwerpunktes gegeben durch : £ ,/'pxdv ^ = J'q dv Sq ^'dv J'q dv /q s dv 76) I Q dv Wenn nur innere Kräfte wirken, bleibt der Impuls der im Schwerpunkt vereinigt gedachten Massen durch alle Zeiten konstant, da er ja gleich dem Gesamtimpuls des Systems ist, dessen Erhaltung wir bewiesen haben. Es muß daher der Schwerpunkt eines Systems von Massen, die nur aufeinander wirken, eine konstante Geschwindigkeit beibehalten; d. h., wenn er einmal ruhte, bleibt seine Ruhe, wenn er sich einmal bewegte, Richtung und Betrag der Geschwindigkeit erhalten. Kurz: für den Schwerpunkt eines Massen- systems gilt das Trägheitsgesetz. Man nennt diesen Satz den Schwerpunktssatz; er ist die unmittelbare Folge des Satzes der Gleichheit von Aktion und Reaktion. Ein wichtiges Beispiel bildet unser Sonnen- system. Sein Schwerpunkt, der nahezu mit der Sonne zusammenfällt, kaim nur ruhen oder sich gleichförmig geradlinig bewegen; als Bezugs- system ist dabei der Fixsternhimmel zu nehmen, Wollen wir den Schwerpunktssatz auf die ge- samte Sternenwelt anwenden, so kommen wir, selbst wenn wir die Anzahl der Sterne als endlich annehmen, in Schwierigkeiten. Denn indem wir die Bewegung der Fixsterne berechnen, verlieren wir unser Bezugssystem und wir wissen nicht mehr, wo eigentlich das Fundamental- system zu suchen ist. Die Analogie zwischen einem freien Punkt und dem Schwerpunkt eines Massen- systems geht aber noch weiter. Außer dem Trägheitsgesetz läßt sich auch das Kraftgesetz übertragen. Bewegung (Allgemeine Bewegungslehre) 1051 Wir sahen im Abschnitt 18, daß die Aende- rung des Gesamtimpulses eines Massensystems gleich dem Antrieb der Vektorsumme aller darauf wirkenden Kräfte ist. Wegen des Gegenwirkungsprinzips wird die Vektor- summe der inneren Ivräfte Null und die Aenderung des gesamten Impulses ist gleich der Vektorsumme der äußeren Ivräfte. Die Aenderung des gesamten Impulses ist aber wieder gleich der Aenderung des Impulses des Schwerpunktes M, wenn wir uns dort alle Massen vereinigt denken. Der Schwerpunkt M verhält sich also wie ein einzehier Punkt von der Masse des ganzen Systems. Wenn \v die Beschleunigung des Schwerpunktes ist, können wir schreiben: (mi + ma + ... nin) tu = ta . .77) wo ^a die Vektorsumme der äußeren Kräfte ist. Die Bewegung des Schwerpunktes kann also nur durch äußere Kräfte beeinflußt werden. 21. Drehimpuls. Flächensatz. Das Produkt aus der Masse und der Flächen- geschwindigkeit (Abschnitt 9) eines ma- teriellen ^ Punktes nennen wir seinen D r e h i m p u 1 s für den Punkt 0, in bezug auf den die Flächengeschwindigkeit bestimmt wurde; wir sagen kurz: für den Bezugs- punkt 0. j Wenn sich zur Geschwindigkeit b eine andere addiert, deren Richtung in ihrer Ver- { längerung durch den Bezugspunkt geht, so ! wird dadurch die Flächengeschwindigkeit , nicht verändert, da ja der Lagevektor bei j einer radial gerichteten Bewegung keine j Fläche beschreibt. Eine Kraft, deren Rich- tung gegen den Bezugspunkt zeigt, erteilt aber der Geschwindigkeit eine radial gerichtete ! Zusatzgeschwindigkeit, verändert also die Flächengeschwindigkeit nicht. Wenn also eine Ivraft auf einen Punkt P wirkt, die immer gegen ein festes Zentrum 0 gerichtet ist, wird sie nach dem Kraftgesetz eine gegen 0 gerichtete Beschleunigung erteilen, also die Flächengeschwindigkeit von P für den Be- zugspunkt 0 nicht ändern. Ein Körper, der von einem festen Zentrum angezogen wird, bewegt sich also mit konstanter Flächen- geschwmdigkeit, sein Lagevektor beschreibt in gleichen Zeiten gleiche Flächen. Dieser Satz ist ein Spezialfall des allgemeinen Flächensatzes, der von der Veränderung des Drehimpulses bei behebigen Kräften handelt (vgl. den Artikel „Drehbewegun g"). Die Planeten sind bei ihren Bewegungen um die Sonne Beispiele für die Erhaltung der Flächen- geschwindigkeit (Zweites Ke p 1 e r sches Gesetz). 22. Trägheitskraft. Zentrifugalkraft. Wenn wir einem Körper eine Beschleu- nigung erteilen wollen, so wirkt er durch seine Trägheit dem entgegen, und zwar um so stärker, je größer seine Masse und je größer die Beschleunigung ist, die wir ilim erteilen wollen. Wir sagen: der Körper übt eine Trägheitskraft aus, und wir I messen diese Trägheitskraft durch einen j Vektor, dessen Betrag dem Produkt aus ! Masse und Beschleunigung gleich und dessen ! Richtung der Beschleunigung im entgegen- gesetzten Sinne parallel, ist. Die Trägheits- kraft ^tx ist also gegeben durch: ttr = — mit) 78) I Mit Hilfe dieser Bezeichnung können wir das Newton sehe Kraftgesetz mtü == Ä auch schreiben: ol = — Ätr d. h. wenn eine Kraft £ auf einen Massen- punkt wirkt, so erteilt sie ihm eine Bewegung, die ihrerseits eine Trägheitski-aft weckt, die i der äußeren Kraft ^ gleich, aber entgegen- j gesetzt gerichtet ist. Wäre die Trägheits- ! kraft eine wirkliche Ki-aft, so würde sie mit I der äußeren Ivi'aft ^ zusammen die Masse m im Gleichgewicht erhalten. Wir woUen darum allgemein von Kräften (seien sie wirk- hche oder Trägheitskräfte) sagen, ,,sie halten einander das Gleichgewicht", wenn sie nach Ersetzung aller Trägheitskräfte durch gleiche wirkliche Kräfte das Körpersystem, an dem sie wirken, im Gleichgewicht erhalten würden. Wir können dann das Ivraftgesetz so aus- sprechen: Jeder Massenpunkt bewegt sich so, daß die durch die Bewegung erzeugte Trä^heitskraft der äußeren Kraft das Gleich- gewicht hält (wobei ,, Gleichgewicht" im er- wälmten erweiterten Sinne zu verstehen also nicht mit ,,Ruhe" zu verwechsehi ist). Bewegt sich der Punkt P in einem Kreise vom Radius r mit der konstanten Geschwin- digkeit V, so hat er (siehe II, Abschnitt 8, Gleichung 49) eine gegen den Kreis- mittelpunkt gerichtete Beschleunigung vom v^ Betrage ; es wird also durch die Be- wegung eine Trägheitskraft geweckt, die vom Kreismittelpunkt weg gerichtet ist und den Betrag: Jttr — — — hat. Diese Trägheitskraft nennt man Zen- trifugalkraft (centrura fugere = vom Mittelpunkt fliehen) oder Fliehkraft, Die äußere Kraft bei der Kreisbewegung muß der Zentrifugalkraft gleich, aber ent- gegengesetzt gerichtet sein; man nennt sie darum Zentripetalkraft (centrum petere = zum Mittelpunkt streben). Man findet in vielen Darstellungen Unklarheiten über die Fliehkraft; man kann sie vermeiden, wenn man sich immer vergegenwärtigt, daß sie keine wirkhche, sondern nur eine Trägheits- kraft ist. 1052 Bewegung (Allgemeine Bewegungslehre) !Man bezeichnet nun auch allgemein, niclit nur bei der lüeisbewegung, die gegen den Kiüm- mungsmittelpunkt der Bahn gerichtete Kompo- nente der Trägheitskraft als Zentrifugalki-aft ; sie hat also allgemein, wenn r der Ivrümmungs- mv^ radius ist, den Betrag < r 23. Das d'Alembertsche Prinzip. Wenn die materiellen Punkte nicht frei | beweghch. sondern Bedingungen (s. Ab- schnitt 12) unterworfen sind, so müssen die in jedem Punkt angreifenden Kräfte nicht die Vektorsumme Null ergeben, um das System im Gleichgewicht zu erhalten. So bleibt z. B. ein auf einem horizontalen Tisch hegender schwerer Körper in Ruhe, ob- wohl die Schwerkraft ihn nach abwärts zieht. In der Lehre vom Gleichgewicht (Statik) werden die Eigenschaften auseinandergesetzt, welche die Ivi'äfte im allgemeinen Fall be- sitzen müssen, um Gleichgewicht zu er- zielen. Wir verallgemeinern daher den Be- griff des Gleichgewichtes zwischen wirkhchen Kräften und Trägheitskräften, indem wir sagen: wenn ein mechanisches System sich beliebig bewegt, so sagen wir, daß die da- durch erzeugten Trägheitskräfte den äußeren Ki"äften das Gleichgewicht halten, wenn sie dies unter Beibehaltung der Bewegungsbe- dingungen und bei Ersetzung aller Trägheits- kräfte durch gleiche wnrküche im Sinne der Statik täten. d'A 1 e m b e r t hat nun das Newton sehe Kraftgesetz auf die Fälle, wo die Bewegung Bedingungen erfüllen muß, ausgedehnt und das Prinzip auf- gestellt : ein mechanisches System bewegt sich so, daß die durch die Bewegung erzeugten Träg- heitskräfte den die Bewegung erzeugenden äußeren Kräften im oben definierten Sinne das Gleichgewicht halten. Aus diesem Prinzip läßt sich die Bewegung des Systems bestimmen, sobald man die Gleichgewichts- bedingungen kennt. Wir geben im nächsten Abschnitt Beispiele dafür. 24. Bewegung auf der schiefen Ebene. Atwoodsche Fallmaschine. Ein mate- rieller Punkt von der Masse m hege auf einer schiefen Ebene vom Neigungswinkel a. Auf ihn wirke in der Richtung der schiefen Ebene nach aufwärts die I{j-aft K. Diese lü-aft K hält der auf den Punkt vertikal nach abwärts wirkenden Schwerki-aft mg (wo g die Beschleunigung der Schwere ist, s. Abschnitt 16) dann das Gleichgewicht, wenn: K = mg sin a ist (vgl. den Artikel „G 1 e i c h g e w i c h t"). Wenn keine äußere Kraft außer der Schwer- kraft wirkt, gleitet der Punkt mit einer Beschleunisung w nach abwärts. Nach dem d ' A 1 e m b e r t sehen Prinzip ist diese Beschleunigung so groß, daß die ihr entsprechende Trägheitskraft, wenn sie durch eine gleich große wirkhche Kraft ersetzt würde, den Punkt im Gleich- gewicht erhielte. Die Trägheitskraft hat den Betrag mw und wirkt, weil der Punkt nach unten gleitet, nach oben wie die früher ge- nannte Ivraft K, muß also denselben Betrag haben wie diese. Sie muß also die Gleichung: mw = mg sin a erfüllen oder: w = g sin a . . . . 80) Dadurch ist die Beschleunigung auf der schiefen Ebene mit der beim freien Fall (g) in Beziehung gesetzt; sie ist um so kleiner, je flacher die Ebene ist. Ein anderes Mittel zur Verkleinerung der FaUgeschwindigkeit ist die beim Schulunterricht oft gebrauchte Atwoodsche FaUmaschine. Sie besteht aus einer festen Rohe, über die eine Schnur läuft, an der auf einer Seite ein Gewicht von der Masse M, auf der anderen ein etwas größeres M + m hängt. Das größere Gewicht bewegt sich nach unten, das kleinere nach oben; wir fragen: mit welcher Beschleuirigung be- wegen sich die Gewichte ? Wenn Ruhe herrschen sollte, müßten an beiden Schnüi-en gleich große wirkliche Kräfte nach abwärts wirken : wenn nun Bewegung eintritt, so müssen nach d'Alembert die nach unten wirkenden Schwerkräfte ver- mehrt um die Trägheitskräfte an beiden Schnüren gleich sein. An der Masse M w rkt nach unten die Schwer- kraft Mg und weil die Bewegung nach oben er- folgt, ebenfalls nach unten die Trägheitskraft Mw,, im ganzen also die Kraft M(g + w); an der Masse M + m wirkt nach unten die Schwerkraft (M + m)_g; die Trägheitskraft (M + m)w wirkt aber, weil die Bewegung nach unten erfolgt, nach oben, so daß die Gesamtkiaft, die nach unten wirkt, (M + m) (g— w) beträgt. Es muß also sein- M(g + w) = (M -f m) (g— w) daraus folgt: ^ = -2MTln-S ^^^ Die Beschleunigung auf der Fallmaschine ist also proportional dem Verhältnis des Ueber- gewichtes m zum Gesamtgewichte 2M + m, das überhaupt in Bewegung gesetzt wird. Die in den Lehrbüchern für diese Formel gegebenen Be- gründungen sind oft wenig überzeugend. 25. Bewegung starrer Körper. Ein starrer Körper ist, wie die Statik leint (s. den Artikel „Gleichgewicht") dann im Gleich- gewicht, wenn 1. die Vektor summe aller auf ihn wirkenden Kräfte den Wert Null hat, und überdies 2. die Vektorsumme der Dreh- momente aller auf ihn wirkenden Kräfte ebenfalls den Wert Null hat. Die Be- wegungsgesetze eines starren Körpers können wir nun wieder aus den Bedingungen für das Gleichgewicht nach dem d'Alembert- schen Prinzip bestimmen. Er bewegt sich Bewegimg (AUgenieine Bewegungslelire) 1053 so, daß die durch die Bewegung erzeugten Träglieitskräfte den äußeren Kräften das Gleichgewicht halten. Dann muß nach der ersten Gleichgewichtsregel die Vektorsumme aus allen äußeren und Trägheitskräften gleich Null sein. Die Folgerung aus Regel 2 siehe im Artikel „Drehbewegung". Wir denken uns den starren Körper aus n starr ver- bundenen Massenpunkten mit den Massen mj, mg, . . ., mn zusammengesetzt ; die auf diese Massen wirkenden äußeren Kräfte seien bezw. Äi, ta, ...., ^ni die Beschlevmigungen der Punkte: iDi, tu., ..., tun ; dann ist die auf den k-ten Punkt wirkende Trägheitskraft — mk tük und die Beschleunigungen müssen, wenn die Trägheitskräfte den äußeren Kräften das Gleichgewicht halten sollen, die Bedingung erfüllen : — m, tt), — ma tÜ2 — • • • — mii tön + ^i + £2 + ...®n = 0 . . . 82) Nun ist, wennbi, .. , bn die Geschwindigkeiten der Punkte sind: J = niibi + m2Ö2+. ..+ mn ön der Gesamtimpuls des Körpers. Daher ist, wenn wir die Beschleunigung durch die Ge- schwindigkeiten (nach Absclmitt 8, Gl. 33) näherungsweise ausdrücken: JiD — J(o) nii lt)i + nia tÜ2 + • • •+ nin iTn ~ — ; — WO ti — to ein kleines Zeitintervall, J(°), J(^) die Werte des Impulses am Anfang bezw. Ende dieses Intervalles sind. Setzen wir Beziehung (82) zwischen den Beschleuni- gungen und den äußeren Kräften ein, so er- halten wir: JC)-J(") = ^(ti-t„) . . 83) wenn wir mit S die Vektor summe der äußeren Kräfte bezeichnen. Die Zunahme des Im- pulses eines starren Körpers ist also gleich dem Antrieb der Resultierenden der äußeren Kräfte. Nun ist aber der Impuls eines be- liebigen Massensystems gleich dem Impuls eines Massenpunktes, der sich im Schwer- punkt des Systems befindet, und zur Masse die Gesamtmasse des Systems hat. Nennen wir M die Gesamtmasse des starren Körpers, ü die Geschwindigkeit des Schwerpunktes, so ist der Impuls des Schwerpunktes: J = Mü und es gilt nach dem eben Gesagten die Gleichung: M(b';i)— bedition, 1. Teil. Kiel 1911 (Literatur). — Th, W. Engehnann, Flimmerheivcgung, in Hermanns Handbuch der Physiologie, Bd. 1. Leipzig 1879. — A. Fütter, Die Flimvicr- bewegung. Ln Ergebnisse der Physiologie. Jahr- gang 2. Wiesbaden 190.}. — H. Erhard, Studien über Flimmertellen. In Archiv für Zellforschung, Bd. J,. ■ Leipzig 1910. P, Jensen. Bewegung. Spezielle Physiologie der Bewegung mit Ausschluß des ,, Tierflugs". 1. Begriff und Einteilung. 2. Allgemeine organische Mechanik: a) Protoplasmabewegimg. b) Flimmerbewegung. c) Muskelbewegimg : ß) Mechanik des Gerüstes, ß) Muskelmechanik. 3. Spezielle Mechanik der Ortsbewegungen: a) Protozoen, b) Medusen, c) Echinodermen. d) Würmer, e) Gliedertiere. f) Weichtiere. g) Fische, h) Amphibien und Reptihen. i) Vögel, k) Vierfüßer. 1) Stehen des Menschen, m) Gehen und Laufen des Menschen. 1. Begriff und Einteilung der Be- wegungsphysiologie. Die Bewegungen der Tiere stellen der Forschung zw^ei Aufgaben. Erstens die, das Wesen der Bew^egungs- kräfte zu ergründen, zweitens die, die mecha- nische Wirkung dieser Kräfte im einzelnen kennen zu lernen. Die erste Aufgabe fällt der allgemeinen, die zweite der speziellen Bewegungsphysiologie zu. Die spezielle Bewegungslehre ist also eine Mechanik der tierischen Bewegungen. Sie läßt sich zweck- mäßig weiter einteilen in allgemeine organische Mechanik, die die Mechanik der Bewegungen im allgemeinen, und spezielle organische Mechanik, die die Mechanik einzelner Bewe- gungen, insbesondere der Ortsbew'Cgung der Tiere behandelt. 2. Allgemeine organische Mechanik. Die Beobachtungen an der Gesamtheit aller Tiere lehren, daß die Bewegungskräfte in drei Hauptformen auftreten, als Proto- plasmabewegung, Flimmerbewegung und Muskelbewegung. 2a) Die Protoplasmabewegung er- scheint als eine Strömung festweicher Masse in beliebigen Richtungen, bei der keinerlei in bestimmten Formen wirkende Kräfte erkennbar sind. Sie ist daher der mechani- schen Betrachtung unzugänghch, es sei denn, daß über Sitz und Ursache der bewegen- den Kräfte bestimmte Annahmen gemacht würden, die ijidessen nach dem heutigen Stande der Forschung nur hypothetische sein könnten. 2b) Die Fliramerbewegung dagegen zeigt eine sehr deuthch ausgeprägte Form, die sogar als Grundbeispiel für die mecha- nische Betrachtung der höherentwnckelten Bewegungsorgane dienen kann. Die Flimmer- bewegung besteht darin, daß feine Anhänge des Tier- und Zelleibes, die meist die Form von gekrümmten Wimpern oder Borsten haben, aber auch in anderen Formen auf- treten können, schnelle und kräftige Krüm- mungen ausführen. Die Krümmung eines beliebigen Körpers (Fig. 1 K) ist mechanisch stets darauf zurück- zuführen, daß an einer Seite (A der Figur) eine relative Verkürzung, an der anderen B der Figur eine relative Verlängerung stattfindet, während in der Mitte eine Tren- Fig. 1. Schema der Bewegung von Pseudo- podien mid Cilien. A Kontraktionskraft; B Gegen- kraft. nungsfläche, die neutrale Zone, unverän- dert bleibt. Dabei ist gleichgültig, ob die wirk- samen Kräfte Expansionskräfte sind, die auf der einen (B) Seite wirken, oder Kontraktionskräfte, die auf der anderen (A) wirken. Es kommt eben nur auf die relative Zustandsänderung an. In der orga- nischen Welt ist der zweite Fall der häufigere. Dann wirken auf jeden Abschnitt des Körpers, der sich krümmt, zwei Kräfte, die ein Kräfte- paar bilden, nämlich auf der einen Seite die Kontraktionskraft, auf der anderen Seite eine elastische Gegenkraft. Unter dem Ein- fluß eines Kräftepaares erfolgt eine Drehung jedes Abschnittes, und die Gesamtwirkung dieser Drehungen ist die Krümmung des ganzen Körpers (K^). In diesem Sinne denkt man sich die flimmernden Cilien als aus einer kontraktilen und einer elastischen Lamelle bestehend. Diese Teilung der flimmernden Organe ist nicht als anatomisch feststehend gemeint, sondern gilt nur für die im Augenblick vorliegende Bewegungs- form, denn die Fhmmerorgane können ihre Krümmungsrichtung wechseln. Findet die Kontraktion nicht der ganzen Länge der Cilie nach auf einer Seite statt, sondern in einer um die Längsachse der Zihe gewundenen Linie, so entsteht eine schraubenförmige Krümmung, wie dies am Bewegung- (Spezielle Physiologie der Bewegung mit Ausschluß dos „Tierflugs'') 1079 Stiel der Vorticellen, bei den Geißeln von FlageUaten u. a. zu beobachten ist. Die gleiche mechanische Betrachtung gilt für die Bewegungen der Würmer, und für die ). 2c) Muskelbewegung. Die Bewegungen der höher entwickelten Tierarten kommen im allgemeinen auf dieselbe Weise zustande, nur daß die Teile, die die Kontraktion aus- führen, und die, deren Festigkeit die Gegen- kraft liefert, jeder als besonderes Organ, Muskel und Skelett, ausgebildet sind. Aus der Form des Skeletts und der Lage der Muskeln zum Skelett ergeben sich dann be- stimmte mechanische Bedingungen, von denen die Form der Bewegung al)hängt. a) Mechanik des Gerüstes. Das Skelett erscheint im gesamten Tierreich in zwei Formen, die man als äußeres und inneres Skelett unterscheidet. Am besten ausgeprägt ist das äußere Skelett im Tierkreis der Arthropoden, in der Form des Chitinpanzers der Insekten und Crustaceen, das innere Skelett bei den Wirbeltieren, als Knochengerüst. Das äußere Skelett, die Chitinhaut, gibt als röhrenförmige Umhüllung den ein- zelnen Abschnitten des Körpers Steifigkeit. Zwischen den einzelnen Abschnitten ist sie so dünn, daß sie schmiegsam ist, und meist in Form einer Falte eingestidpt, so daß ein Gliedabschnitt aus dem anderen fernrohr- oder schachtelhalmartig hervorsteht (Fig. 2). Verläuft eine solche dünne Falte rings um einen mit Chitin bekleideten Körperteil, so bildet sie durch ihre Biegsamkeit ein nach allen Seiten bewegliches Gelenk. Häufig ist nun die Gelenkfalte nicht ringsum gleichartig ausgebildet, sondern an einer Seite tief, an der entgegengesetzten verstrichen. Dadurch wird die Beweglichkeit auf Knickung nach einer Seite beschränkt. Dadurch, daß der schmiegsame Teil große Freiheit läßt, während von den festen teilen aus Vorsprünge mannigfacher Gestalt in- einander greifen, werden eine große Zahl verschiedener Gelenkformen mit entsprechen- den Bewegungsformen gebildet. Bei den Wirbeltieren, w^o ein inneres Knochengerüst besteht, wird die Gestalt der Bewegungsorgane und die Form der Bewegung ebenfalls zum Teil durch den Bau des Skeletts bedingt. Die einzelnen Ab- schnitte des Körpers erhalten durch die Knochen Steifigkeit, und ihre Bewegungen sind bestimmt durch die Beweglichkeit der Knochen in ihren Gelenkverbindungen unter- einander. Die Beweglichkeit der Knochen in den Gelenken hängt ab von der Verbindung durch Weichteile, und von der Gestalt der Berührungsflächen. Die Theorie dieser Abhängigkeit läßt sich rein theoretisch entwickeln, und fällt ins Gebiet der Kinematik. Man hat früher die Gelenklehre fast aus- schließlich aus diesem Gesichtspunkte behandelt, und die Gelenke nach der Flächenform einzu- teilen gesucht. Dies stößt auf die Schwierigkeit, daß Ge- lenke von gleicher Flächenform je nach der Anordnung der Weichteile, verschiedene Grade von Bewegungsfreiheit haben können. Man tut also besser, in der Lehre von den Bewegun- gen den Bau der Gelenke außer acht zu lassen, und die Gelenke nur nach dem Grade ihrer Bewegungsfreiheit zu beurteilen. Man hat zu unterscheiden zwischen Gelenken vom ersten, zweiten und dritten Grade der Freiheit, je nach- dem der Endpunkt des be- wegten Gliedes sich nur auf einer Linie bewegt, oder auf einer Fläche, oder neben der Bewegung auf der Fläche auch noch Drehungen (Rotation) aus- führen kann. Beispiele hierfür sind: Ellen- bogengelenk des Menschen: bei feststehendem Oberarm kann die Hand sich nur im Kreisbogen ^.^ „ mit dem Unterarm als Radius „^f" bewegen. Handgelenk des Älenschen : ^cnema Die Hand kann auf einem Stück T f^^' Kugelschale um das Handgelenk p?;^^ als Mittelpunkt umherbewegt ^^"i^" werden. Schultergelenk des ]tlen- S^;^"^^ sehen: Der Oberarm kann nach Nach Graber. allen Richtungen bewegt werden, so daß die Orte des Ellenbogens eine Kugel- schale beschreiben, imd es kann Drehung um die Längsachse, Rotation, stattfinden. Für die mechanische Betrachtung wird in vielen Fällen von der tatsächlich vorhandenen Bewegungsfreiheit abgesehen werden können, wenn nämlich für die untersuchte Bewegung nur ein Teil der vorhandenen Freiheit ausgenutzt wird. So kommt z. B. für die Bewegmig des Hüftgelenks beim Gehen, obgleich im Hüft- gelenk drei Grade der Bewegungsfreiheit be- stehen, im wesentlichen nur Bewegimg um die Querachse, also Bewegungsfreiheit vom ersten Grade in Betracht. ß) Muskelmechanik. Ohne Gerüst. Der Bau der Muskeln bringt es mit sich, daß sie nur durch ihre Kontraktion als Zugstränge wirken. Die gleichzeitig statt- findende Verdickung ist zwar mechanischer Wirkungen fähig, kommt aber nur unter ganz besonderen Verhältnissen in Betracht. Da- 1080 Bewegung (Spezielle Physiologie der Bewegung mit Aussclüuß des „Tierflugs") gegen kann die Zugkraft, die die Enden des Muskels bei seiner Zusammenziehung aus- üben, im Organismus auf mannigfache "Weise verR'ertet werden. Zunächst ist darauf hinzuweisen, daß ganz aus Weichteilen gebildete Organe, wie d er Fu ß der Musch ein, o der Rüssel, Lippen u nd Zunge, die in verschiedenen Richtungen von Muskelsträngen durchzogen sind, einer vielseitigen Bewegung nach den oben an- gegebenen Gnindsätzen fähig sind (vgl. Fig. 1). Je nachdem die Kontraktionskraft an einer oder der anderen Seite wirkt, und hier eine Verkürzung hervorbringt, entsteht eine elas- tische Gegenkraft, die mit der Kontraktions- kraft zusammen als ein Kräftepaar drehend auf die Weichteilmasse einwirkt. Besonders zu erwäluien ist ein Fall, der für die Bewegung der menschlichen Zunge in Be- tracht kommt. Durch Zusamnienziehimg von Muskelfaseni, die quer zur Längsachse der Zunge verlaufen, kann eine VerLängerung der ganzen Masse erreicht werden. Tritt eine solche Zusammenziehmig einseitig auf, so entsteht eine einseitige Verlängeivmg, die dazu führt, daß die Zungenspitze nach der entgegengesetzten Seite gekrümmt wird. Femer können die Muskeln, indem sie in flächenhafter Auordnimg Hohlorgane umspannen, durch ihre Zusammenziehung einen Druck auf den Inhalt der Hohlorgane ausüben. In beiden Fällen handelt es sich nur scheinbar um eine Druckwirkimg durch die Muskeln, da stets die Verkürzung der Muskelfasern in ihrer Längsrichtmig, also Zug, der Wirkung zugrunde Die Bewegung ausschließlich aus Weichteilen bestehender Körperteile bildet bei den Wirbel- tieren nur einen Ausnahmefall. Weitaus die meisten und stärksten Muskelbewegungen kom- men durch das Zusammenwirken der Kontrak- tion skraft der Muskeln xmd der Widerstands- kraft des Knochengerüsts zustande. Mechanik der Skelettmuskeln. Sind zwei Knochen durch ein Gelenk mit- einander verbunden, und es geht ein Muskel von einem Knochen zum anderen, so bringt die Zusammenziehung des Muskels eine Bewegung beider Knochen gegenein- ander hervor. Man hat bis vor einigen Jahren nur den Fall erwogen, daß der eine der beiden Knochen im Räume imbeweglich gedacht wurde. Die her- gebrachte anatomische Darstellung, nach der die Muskeln am Rumpf ihren ,,Ursprimg", an den Gliedmaßen ihren ,, Ansatz" haben, ließ keine andere Vorstellung aufkommen, als die, daß die Gliedmaßen von dem unbewegt gedachten Rumpf aus bewegt würden. Bei vielen IBewegun- gen ist aber das Entgegengesetzte der Fall. Zu richtigen Anschauungen auf dem Ge- biete der Muskelmechanik kann man nur gelangen, indem man die tatsächliche Wir- kungsweise der Muskeln ins Auge faßt, nämlich die einer Kontraktionskraft, die genau so stark am Ursprung wie am Ansatz des Muskels zieht. Wenn also (Fig. 3) zwischen zwei gelenkig verbundenen Knochen (AG und BG) ein Muskelstrang angespannt ist, und sich zu- sammenzieht, kann man seine Wirkung in zwei Kräfte (Ma, Mb) zerlegt denken, die einander Fig. 3. Wirkimg eines eingelenkigen Jluskels zwischen zwei Knochen. 3. Der Zug des Muskels M ist in zwei Kräfte Ma und Mb zerlegt, die im Gelenke G zwei Gegenkräfte Ga und Gb hervor- rufen. In 2. und 3. ist die Wirkung der Kräfte- paare aus Muskel- und Gegenkraft auf die einzel- nen Knochen dargestellt. genau gleich sind, und deren eine am Ur- sprünge, die andere am Ansatz in der Rich- tung des Muskelstranges zieht. Für die Richtung des Muskels ist, falls etwa der Muskelstrang über Knochen vorsprünge um die Ecke verläuft, der Teil maßgebend, der frei von einem Knochen zum anderen gespannt ist. Auf die beiden Knochen wirkt demnach der Muskel mit zwei gleichen, gteieli aber entgegengesetzt gerichtetenKräften ein. Jede dieser Kräfte würde für sich allein den ganzen Knochen in ihrer Richtung fort- bewegen. Da aber die beiden Knochen im Gelenk G verbunden sind, kann diese ent- gegengesetzte Bewegung beider Knochen nicht stattfinden, sondern die beiden Knochen werden im Gelenk gegeneinander gedrückt, und zwar mit einer Kraft, die genau den beiden Teilen der Kontraktionskraft ent- spricht. Dieser Druck der beiden Knochen gegeneinander wirkt so, als seien im Gelenk zwei Gegenkräfte (Ga und Gb) wirksam, von der Größe, daß sie den Zugkräften gerade gleich sind. Demnach wirken auf jeden der beiden Knochen zwei Einzel- kräfte ein, erstens die Zugkraft des einen Muskelendes, zweitens die Druckkraft im Gelenk, die der ersten gleich parallel und ent- gegengesetzt ist. Beide Kräfte bilden mithin ein Kräftepaar, das den Knochen dreht. Sind die beiden Knochen einander gleich, so werden beide, da nach dem obigen genau gleiche Kräftepaare auf sie wirken, mit Bewegung (Spezielle Physiologie der Bewegung mit Ausschluß dos „Tiert'lugs'') lÖ.Sl genau gleicher Kraft, also auch in gleichem Maße gedreht werden (Fig. 4 AAj und BBi). Bietet der eine, etwa weil er schwerer ist, der Bewegung größeren Widerstand, so wird die Drehung sich auf beide Knochen im umgekehrten Verhältnis des Widerstandes verteilen, oder, was auf dasselbe hinausläuft, sofern keine anderen Kräfte auf die beiden bewegten Massen einwirken, werden sie sich so bewegen, daß ihr Gesamtschwerpunkt (S) dabei auf derselben Stelle bleibt. Der hier betrachtete Fall, daß an einem Gliede, das aus mehreren gelenkig verbun- denen Abschnitten besteht, nur ein einziger neten Zusammenwirkung, Koordination, zahlreicher Muskeln (Fig. 5). In dem Falle, daß nicht nur zwei, sondern drei oder mehr gelenkig verbundene Körper- teile gegeneinander bewegt w^erden, und daß an ihnen Muskeln wirken, die nicht nur von einem zum benachbarten, sondern über meh- Fig. 4. Durch die Kontraktion eines Muskels CD werden beide lüiochen AG und BG in gleichem Maße gedreht, so daß sie die Stellung A'G'B' einnehmen. Der Gesamtschwerpunkt S behält seine Lage bei. zwischen zwei benachbarten Abschnitten wirkender Muskel sich zusammenzieht, und zugleich auf die übrigen Gelenke einwirkt, ist -i^Ä. nur angenommen worden, um die mechanische iVbhängigkeit der Bewegungen der einzelnen Abschnitte eines Gliedes von- einander deutlich zu machen. In Wirklich- keit werden diese Bewegungen so ausgeführt, daß alle Muskeln, die der betreffenden Be- wegung förderlich sein können, in Tätigkeit treten, und einander gegenseitig unter- stützen. Nach der obigen Darstellung werden z. B, bei Streckung des Kniegelenkes durch einen zwischen Oberschenkel und Unterschenkel verlaufenden Muskel Ober- schenkel und Unterschenkel beide in Be- wegung gesetzt, so daß der Unterschenkel im Knie, und der Oberschenkel im Hüft- gelenk eine Streckbewegung macht. In Wirklichkeit, wenn es sich etwa darum handelt, den Körper aus der Hockstellung zum Geradestehen zu bringen, wird die Be- wegung des Oberschenkels durchaus nicht etwa dem Kniestrecker allein überlassen, sondern es wirken die vom Becken zum Oberschenkel ziehenden Muskeln kräftig mit. Jede, auch die scheinbar einfachste Körper- bewegung ist somit das Ergebnis der geord- Fig. 5. Koordination zweier ]\Iuskelgruppen. Um gegen den Widerstand W einen kräftigen Zug auszuüben, arbeitet der Latissimus dorsi LD zugleich mit den Ellenbogenbeugern B, so daß im Schulterpunkt S und im Ellenbogen E. gleichztntig aktive Beugung eintritt. rere Abschnitte hinweg verlaufen, wird die mechanische Betrachtung sehr schwierig. Um unter solchen Bedingungen die Wirkung des Muskelzuges vorausbestimmen zu können, hat Otto Fischer neue mechanische Lehr- sätze aufgestellt und besondere Methoden ausgearbeitet. Das Endziel dieser Untersuchungen ist, zu bestimmen, welche Bewegungen bei gegebenen Muskelzusammenziehungen er- folgen müssen, und umgekehrt, aus einer gegebenen Bewegung auf die Muskeltätigkeit zurückschließen zu können. Die zweite Aufgabe ist von Otto Fischer in jahrelanger Arbeit für die Gehbewegungen des Menschen zum Teil gelöst worden. Die Methodik dieser Untersuchung mag hier als Muster der Forschung auf dem Gebiet der spe- ziellen Bewegmigslehre kurz geschildert werden. Durch photographische Aufnahme von drei Punkten aus, und Ausmessen der Bilder wurde zunächst die Form der Bewegung genau fest- gestellt, xmd in Koordmatenmaßen ausgedrückt. Durch Messmigen, Wäguugen und Schwer- punktsbestinimungen an vier gefrorenen Kadavern wiu'den die Gewichte und die Lage des Schwer- pmiktes der verschiedenen gegeneinander be- weglichen Teile des Körpers einzeln bestimmt. Aus diesen Bestimmungen konnten unter Be- rücksichtigung des Zusammenhangs der Glied- maßen untereinander die Kräfte bereclmet werden, die erforderlich sind, um jeden einzelnen Körperteil zu den Bewegmigen zu bringen, die er beim Gange tatsächlich ausführt. Diese Kräfte gehören vier Gruppen an : 1. Schwere. 2. Aeußerer Widerstand am Boden. 3. Lebendige lü'aft der in Bewegimg befindlichen Massen. 4. ]\Iuskel- ki'äfte. Die ersten drei lassen sich aus den ge- gebenen Verhältnissen ausrechnen, und wenn ihre Beträge von den vorher festgestellten Ge- samtla^äften abgezogen werden, erhält man die Größe der wirksamen Muskelkräfte. Damit ist 1082 Bewegung (Spezielle Physiologie der BeAvegimg niit Ausschluß des „Tierflugs'-) die Leistung einzelner Muskelgruppen, zum Bei- 1 spiel der Beuger und Strecker jedes einzelnen Gelenks festgestellt. Man kann annehmen, daß j sich diese Leistmig auf die einzelnen ]\luskeln nach dem Maße ihrer Kraft, d. h. der Stärke ihres Zuges unter Berücksichtigung der Angriffs- weise, verteilt. ' Auf diese Weise kann also die Mechanik der Bewegungen eines Organismus bis ins einzelne ! aufgeklärt werden. In bezog auf die Anwendung der be- sprochenen mechanischen Betrachtungen auf | die tatsächliche Wirkungsweise wirklicher j Muskeln ist folgendes zu beachten: Bei der; allgemeinen mechanischen Betrachtung werden die Knochen unter dem Bilde gerader Linien, die Gelenke als mathematische Punkte, die Muskeln als lineare Zugkräfte behandelt. In Wirklichkeit sind die Dreh- punkte der Gelenke oft veränderlich, die Knochen haben oft Vorsprünge, an denen die Muskeln angreifen, die Muskeln selbst; sind dick und breit, so daß sich eine be- i stimmte Zugrichtung nicht angeben läßt, die Sehne gleitet mitunter über Knochen- vorsprünge, so daß sich ihre Richtung ändert, clie Zugkraft des Muskels ist vom Grade der Verkürzung abhängig. Ferner ist in fast allen praktischen Fällen damit zu rechnen, daß nicht ein Mus- kel, sondern deren mehrere zugleich wirken, deren auf die Bewegung einwirkende Mo- mente summiert w^erden müssen. Der mechanisch-theoretischen Unter- suchung steht das einfache empirische Aus- probieren der Tätigkeit der Muskeln bei Ijestimmten Bewegungen gegenüber, das insbesondere Duchenne durch seine Me- thode isolierter elektrischer Reizung aus- gebildet hat. 3. Spezielle Mechanik der Ortsbe- wegungen. Da die Mannigfaltigkeit der Bewegiuigen eines tierischen Körpers unendlich ist, ist es üblich, die spezielle Phj^siologie der Bewegungen auf die Lehre von den Ürtsbewegmigen einzu- schränken. Dies ist auch dadurch gerecht- fertigt, daß diese Bewegungen durch ihre Häufig- keit und Regelmäßigkeit die Jlntwickehnig des ganzen Organismus beeinflussen. 3a) Protozoen. Ebenso wie die allge- meine Mechanik der Protoplasmabewegung ist auch die Mechanik der Ortsbewegung der als bloße Protoplasmamassen erschei- nenden Amöben noch nicht aufgeklärt. DieBewegnng erscheint als ein Fließen der festweichen Masse in bestimmter Richtung. Notwendig ist hierzu ein gewisser Reibungs- wüderstand der Fläche auf der die Orts- bewegung stattfindet, sei es am Grunde unter Wasser oder auf trockenem Boden. Nach einigen Angaben handelt es sich bei der Strömung um einen regelmäßigen Kreislauf, indem die an der Bodenfläche befindlichen Teile der Bewegungsrichtung eiit^egenströmen \ind auf der oberen Fläche des Körpers zurückkehren, so daß die ganze Masse sich gleichsam vorwärts w'älzt (Fig. 6). (^ ii>-^ Fig. 6. Kriechende Amöbe nach Jennings. Indem das Protoplasma im Sinne der kleinen Pfeile im Kreise strömt, wälzt sich die ganze Körpermasse in der Richtung des großen Pfeiles. Diese Bewegungsweise würde der von Otto Müller an Diatomeen beobachteten Fortbewegung durch Ströme vorn ausge- stoßener und hinten wieder eingezogener Masse ähneln. Eine besondere Form der Ortsbewegung besteht darin, daß die Protoplasmamasse einen Ausläufer, ein ,, Pseudopodium", in der Richtung der Bewegung ausstreckt, mit der Spitze dieses Ausläufers festhaftet, und den übrigen Körper nachzieht. Das Haften wird durch bloße Adhäsion erklärt, da klebriges Sekret nicht erkennbar ist. Difflugia soll mit zwei Pseudopodien, die abw^echselnd ausgestreckt werden, gerade- zu Schreitbewegungen machen. Eine sehr merkwürdige Bewegungsweise zeigen manche Protozoen, wie z. B. Arcella, indem sie ohne Bewegung im Wasser auf- und absteigen. Dies wird auf eine Aenderung des spezifischen Gewichts zurückgeführt, die dadurch entsteht, daß entweder Gas- blasen im Innern der Protoplasmamasse gebildet werden, oder andere stoffliche Aenderungen eintreten, durch die das spezi- fische Gewicht vermindert wird, wie z. B. Ausscheidung von Oeltröpfchen. Die Infusorien bewegen sich ausschließ- lich im Wasser durch Flimmerbewegung. Bei den Ciliaten, deren Wimperbesatz ruderartig periodische Schläge ausführt, ist die mechanische Ursache der Fortbewegung darin zu suchen, daß die Flüssigkeit einer schnellen Bewegung unverhältnismäßig stärkeren Widerstand entgegensetzt, als einer langsamen. Abgesehen von der Form der Cilien, die in vielen Fällen beim wirksamen Schlage gestreckter ist, als beim Ausholen, ist also die Schnelligkeit des Schlages für die Richtung des größeren Wider Standes maßgebend. Damit hängt zusammen, daß die wirk- same Richtung des Schlages auch umgekehrt werden kann. Die Richtung der Bewegung ist bei manchen Infusorien anscheinend völlig will- kürlich, bei anderen durch die Stellung der Flimmerorgane vorbestimmt. Bei diesen Bewegimg (Spezielle Physiologie der Bewegung mit Ausscliliiß des ,,Tieiilugs") 1083 nimmt die Bewegung eine schraubenförmige Richtung, indem die Bahn gekrümmt ist, und gleichzeitig eine Drehung des Tieres um die Richtung der Bewegung stattfindet. Dies ist als ein besonders zweckmäßiger Kunstgriff dargestellt worden, durch den die Bewegung statt eiues endlosen Kreisens an. Ort in eine fortschreitende Bewegung um- gewandelt wird. Es ist aber zu bemerken, daß die schraubenförmige Gestalt der Bahn sich bei der Fortbewegung jedes Körpers ! ergeben muß, der nicht durch völlig sym- ' metrische Form eine gerade Richtung ein- hält. Bei den Flagellaten nimmt die Bewegung ; verschiedene Formen an. Die Flimmer- ] Organe sind mannigfacher Bewegungen \ fähig, nämlich einfacher oder doppelter, Krümmung, die auch als schraubenförmige Windung bezeichnet werden kann, Schlänge- '. lung und Flossensaumbewegung. Die letzt- i genannten Formen entsprechen mechanisch der Bewegung der Schlangen und aalartigen Fische (s.^ S."löi&). /:'^f a Die Geißelbew^egung ist gleich wirksam, wenn die Geißel im Sinne der Bewegung nach vorn gerichtet ist, und wenn sie nach hinten gerichtet ist. Der erste Fall soll häufiger sein. Als besondere Formen der Bewegung i von Flagellaten sind Schreit- und Sprung- bewegungen der mit Girren ausgerüsteten Arten Trichomonas und Stylonychia zu er- wähnen. Die Bewegung der mit Geißeln ausge- rüsteten Bazillen ist der der Infusorien mechanisch gleich zu achten. Auffällig ist die Eigenschaft mancher Bakterien, wie Bacillus subtilis, sich zu Ketten aneinander- reihen und mit gemeinsamen Schlängel- bewegungen zu schwimmen. Dies gewährt mechanisch den doppelten Vorteil gerin- geren Stirnwiderstandes und größerer An- triebskraft. 3b) Medusen. Von den Medusen ist bei Hydra Kriechen mittelst der Tentakeln beobachtet worden. Die freischwimmenden Quallen rudern durch Zusammenziehungen der unter dem Gallertschirm gelegenen Muskelplatte, und zwar sehr geschickt in beliebiger Richtung, mitunter sogar mit der Höhlung der Glocke nach oben, so daß sie sich nach unten bewegen, lieber die Koor- dination der einzelnen Abschnitte zu dieser Bewegung sind zahlreiche Untersuchungen gemacht worden. Bei den Ktenophoren finden sich soge- nannte,,Wimperfurchen" in denen fhmmex-nde Organe von Blättchenform angeordnet sind, die den ganzen Körper im Wasser umher bewegen. Die Siphonophoren treiben mit Hilfe mit Gas gefüllter Blasen an der Oberfläche. Physalia, die auf dem Schwimmkörper einen hochragenden Kamm trägt, wird geradezu als Segler bezeichnet. 3c) Echinodermen. Von den See- sternen sind die Asteriden auf langsames Kriechen mit ihren als Amhulakralfüß- chen bezeichneten Bew^egungsorganen ange- wiesen. Diese bestehen aus kontraktilen röhrenförmigen Anhängen der im Innern verlaufenden Ambulakralkanäle. An der ür- sprungsstelle jedes xAmbulakralfüßchens be- findet sich eine kontraktile Blase, die ihren Inhalt in das Füßchen treiben und es aus- dehnen kann. Am Ende des Füßchens be- findet sich meist eine Saugscheibe. Durch die Kontraktilität der Röhrenwandung ist das Füßchen allseitiger Bewegung fähig. Diese Organe, die zu Hunderten in verschie- denartiger Anordming auf der Körper- fläche verbreitet sind, werden in beliebiger Richtung ausgestreckt, angeheftet, und ziehen den Körper nach. Inzwischen strecken sich andere Füßchen aus, werden ein Stück weiter angeheftet und so fort. Die Schlangensterne sind durch ihre langen Arme zu einer viel schnelleren sprung- artigen Bewegung befähigt. Sie werfen einen oder zwei Arme voran, heften sie fest, und schleudern den ganzen Körper über die Anheftungsstelle hinaus. Die Seeigel be- nutzen außer ihren Ambulakralfüßchen auch die Stacheln zu einer Art Schreitbewegung. Fig. 7. Fortbewegiuig der Schlangensterne. Nach Oestergren. Mit den Spitzen der Arme S und S, festgeheftet, schleudert sich der Schlan- genstern aus der Stellung A in die Stelhmg B. 3d) Würmer. Bei den Würmern bildet die Muskulatur im wesentlichen den soge- nannten Hautmuskelschlauch, der aus einer Längs- und einer Ringfaserschicht besteht, die den ganzen Körper überziehen. Dadurch vermag der Körper sich ganz oder teilweise zu verlängern und zu verkürzen oder auch alle möghchen Krümmungen auszuführen. Die Ortsbew^egung auf festem Boden geht so vor sich, daß ein Teil des Körpers vom Boden abgehoben und gestreckt wird, so daß sein vorderer Teil weiter vorn wieder auf den Boden gelegt werden kann. Dieser dient dann als Stützpunkt, während der hin- tere Teil sich zusammenzieht, und das Hinterteil des Körpers mitschleppt. Diese Bewegungsweise kann weiter ausgebildet werden, indem die Verlängerung und Vor- : Schiebung mit nachfolgender Verkürzung 1084 Bewegung (Spezielle Physiologie der Bewegmig mit Ausschluß des „Tierflugs") ^V^-V: nach All einer gleicliförmigen "Welle den KörjDer durchläuft, wobei eine koordinierte rhythmische Innervation der Muskeln anzu- nehmen ist, über deren Zusammenhang mit dem Bau des Nervensystems mehrere Untersuchungen angestellt worden sind. Eine zweite Ausbildungsform findet sich bei den iBlutegeln ausgeprägt, die am Hinter- und Vorderende mit Haftorganen ausgestattet sind. Das Haften des Hinterendes soll nur durch Sekret, nicht durch Ansaugen bedingt sein, da die Egel auch auf Drahtgitter kriechen können. Das Kriechen besteht darin, daß das Vorderende festgeheftet, der ganze Körper zusammengezogen und das Hinterende dicht am Vorderende von neuem angeheftet wird, worauf sich der ganze Kör- per streckt, und das Vorderende von neuem festgeheftet wird. Es entsteht auf diese Weise eine Art Schreitbewegung, die schnell fördert. Bei den Ohgochäten, wie beim Regen- wurm, sind die Borsten, die an der Bauch- fläche jedes Segmentes stehen, an der Be- wegung beteiligt, nach einer Angabe sogar mit aktiver Einzelbewegung. Im Wasser schwimmen die Polychäten mit Beteiligung ihrer Borstenbüschel, die Egel durch Schlängelung in senkrechter Ebene. I Die Rotiferen sind in mechanischer Be- ziehung den Infusorien anzureihen, da sie, sofern sie sich überhaupt frei bewegen, nur durch ihren Wimpersaum umhergetrieben werden, wobei sie im allgemeinen eine schraubenförmige Bahn beschreiben. 30) Gliedertiere. Bei den Arthro- poden ist für die Bewegungsmechanik ein weites Feld, da ihr stark gegliedertes Körper- gerüst die mannigfaltigsten Formen zeigt. Sie bewegen sich laufend, kletternd, schwim- mend und fhegend. Die Crustaceen sind in bezug auf die Ortsbewegung in Natantia und Reptantia eingeteilt worden. Die Schwimmbewegungen der Crustaceen zerfallen in zwei Formen: Bewegung durch Rudern mit den Extremi- täten, und Bewegung durch Schwanzschläge. Die Ruderbewegung ist bei den Branchio- poden, insbesondere bei Apus, eine regel- mäßige Wellenbewegung der zahlreichen Fußpaare, die hier die Form von Ruder- blättern haben. Bemerkenswert ist, daß Branchipus auf dem Rücken zu schwimmen pflegt. Bei anderen Arten, wie beispielsweise Limulus, Penaeus, ist dieselbe Art der gleichförmigen Ruderbewegung mit allen Beinpaaren ausgebildet. Dagegen schwimmen dieCladoceren, Cope- poden und andere durch einzelne Schläge einzelner zu größeren Ruderarmen ausge- bildeter Extremitäten. Die dritte Bewegungsform findet sich beim Flußkrebs, beim Hummer und anderen, und besteht darin, daß der ganze Hinter- leib mit ausgebreiteten Schwanzschildern als Ruder benutzt wird. Meist ist die Ruder- bewegung eine Flexion, so daß der Körper dadurch rückwärts bewegt wird. Die Extre- mitäten werden passiv nach vorne gestreckt, um den Widerstand zu vermindern. Beim Gehen auf dem Lande wird meist nur ein Teil der Extremitäten benutzt. Hummer und Flußkrebs brauchen vier Bein- paare, Palaemonetes nur drei. Ueber die Beinbewegungen beim Gange des Flußkrebses macht List, dem sich Bethe anschließt, Angaben, die nach Auffassung des Refe- renten unvereinbar sind. Sie dürften so zu verstehen sein, daß von vier Gehfüßen zu- erst der erste einer Seite, zugleich mit dem dritten der anderen, dann der erste der anderen zugleich mit dem dritten der ersten Seite, und dann erst der zweite Gehfuß der ersten Seite zugleich mit dem vierten der Gegen- seite vorschreitet. Das zweite Beinpaar greift dabei über das erste hinaus. Das dritte Beinpaar wirkt noch durch Zug, in- dem es sich festhakt, das vierte durch Schieben. Die Gelenkbewegungen der sämt- Hchen Beine hat List bis ins einzelne be- schrieben. Der Gang kann außerordentlich schnell fördern, wie besonders bei den Krabben, die sich dabei stets seitlich bew^egen. Bei den Amphipoden sind einzelne Bein- paare als Springbeine ausgebildet. Von den Isopoden stehen in der Bewe- gungsweise die Onisciden den Myriapoden nahe. Die Folge der Beinbew^egungen ist nicht näher untersucht. Die Myriapoden brauchen ihre zahl- reichen Beinpaare so, daß die der einen Seite um ein wenig nach denen der anderen Seite vorschreiten, und die Beine jeder Seite von vorn nach hinten aufeinander folgen. Bei Julus dagegen werden beide Beine jedes Paares gleichzeitig bewegt. Außerdem machen die Myriapoden von der Schlänge- lung des ganzen Körpers Gebrauch. Die Spinnen mit 8 Beinen zeigen eine Gangart, die nicht auf ein einfaches Schema zurückgeführt werden kann. Die beiden mittleren Füße einer Seite sclu-eiten in regel- mässiger Abwechselung vor. Während des Augenblicks, in dem beide auf dem Boden stehen, schreiten erstes und viertes Bein derselben Seite vor, aber wegen der größeren Länge des vierten Beines etwas ungleich- förmig, das vierte bleibt länger tätig. Die Beine der anderen Seite machen die ent- gegengesetzt entsprechende Bewegung. Die Insekten bewegen sich meist auf allen 6 Beinen, doch kommen Fälle vor, in denen die vordersten als Fangarme ausgebildet sind, so daß vierfüßige Bewegung nötig wird. Bewegung (Spezielle Physiologie der Bewegung mit Aussclüuß des „Tieiilugs") 1085 Bei den Laufkäfern werden die sechs Beine annähernd in zwei Gruppen zu je drei ge- braucht, indem vorderes und hinteres Bein einer Seite mit dem mittleren Bein der anderen Seite zugleich tätig sind. Form und Bewegungsweise der einzehien Beine ist bei den verschiedenen x\rten wesentlich ver- schieden, und nur an einzelnen Arten ge- nauer untersucht. Nach Gräber findet die eigentliche Stützung durch das Tibiaende statt, während das Fußende nur mitschleppt. Bei vielen Insekten, wie z. B. bei der Stubenfliege, sind Haftorgane aus- gebildet, die oft als Saugscheiben gedeutet worden sind, richtiger aber als Klebscheiben zu bezeichnen sind. Echte Saugscheiben da- gegen hat der männliche Wasserkäfer Dytis- cus an den vorderen Beinen. Einige Insektenarten vermögen auf der Wasseroberfläche zu laufen, indem sie von der kapillaren Depression, die um ihre un- benetzbaren Füsse oder am Rande des ein- tauchenden Körpers entsteht, getragen werden. Die Schwimmkäfer sind durch ihren ganzen Bau an das Leben im Wasser angepaßt. Ihre beiden hinteren Beinpaare sind durch breite Borstensäume zu Rudern umge- staltet. Merkwürdigerweise sind die An- gaben von Grab er über die Schwimmbe- wegungen des Dytiscus und die von Bethe über die Schwimmbewegungen des Hydro- philus ganz verschieden. Dytiscus macht % gleichj^eitige Schwimmstöße, während Hy- drophilus die beiden Beinpaare ungleich- ^^eitig dae* in entgegengesetztem Sinne be- wegt, so daß das mittlere rechte und hinterste Z linke Bein gleichjfeitig einen Ruderschlag machen, dann das mittlere linke und hintere rechte. Beim Gehen brauchen beide Arten die Beine wie andere Insekten nach dem Schema des doppelten Dreifußes (s. oben). Das Kriechen der Raupen und Maden ist der Bewegungsweise der Würmer zu ver- gleichen, doch besteht große Mannigfaltig- keit der Bewegungen. Selbst nahestehende Arten zeigen verschiedenen Bewegungsmecha- nismus. So kriechen die Maden von Musca vomitoria wie Ringelwürmer, die von Eristalis tenax mit Hilfe von Fußwarzen. Bekannt ist die Bewegung der Spannerraupen, die sehr ausgeprägt die oben beim Blutegel be- schriebene Form zeigt. Merkwürdig ist, daß viele in der Erde, im Holze und ähn- licher Umgebung lebende Maden, wie Engerlinge und Holzwürmer aller Art, fast j gar keine Fähigkeit zu kräftigen Bewegungen A zeigen, und sich doch ihre Wege bahnen ' können. 3f) Weichtiere. Die Mollusken und Molluscoiden bilden betreffend die Bewegungs- weise nur zwei Gruppen, deren eine die Cephalopoden, deren andere die Schaltiere umfaßt. Die Schaltiere haben zum größten Teil nur geringe Beweglichkeit, die auf Form- änderungen ihres nur aus Weichteilen be- stehenden Körpers, vor allem des Fußes der Muscheln oder der Sohle der Schnecken be- ruht. Bei den Muscheln kommt noch das Oeffnen und Schließen der Schale in Betracht. Das Gelenk zwischen den Schalen, das Muschelschloß, zeigt verschiedene bei manchen Arten hochentwickelte Formen. E«r-w-ird^ in der Regel durch ein elastisches Band in offener Stellung erhalten, und -kawi durchs starke Schließmuskeln geschlossen werden. Die Muscheln schieben sich am Grunde durch Streckbewegungen ihres muskulösen Fußes umher. Bei den Schnecken dagegen wird die äußere Form des Körpers während der Bewegung nicht merklich geändert, son- dern gleitet auf seiner Sohlenfläche schein- bar ohne jede Bewegungsursache hin. Diese Bewegung hat die Aufmerksamkeit der Forscher vielfach beschäftigt, und wird auf eine geringfügige Wellenbewegung der Sohle zurückgeführt, die durch Zusammenziehungen ihrer eng verwobenen Muskelfasern entsteht. Die i«4-S««*e-deF~0*teb««tegung- gesprochen von vorn nach hinten ablaufenden Wellen führen in derselben Weise wie die Kontrak- tionen des Körpers der Würmer oder die Kriechbewegungen der Schlangen eine Vorschiebung des ganzen Körpers herbei. Die Schleimsekretion, durch die die Sohlen- fläche und häufig auch die Bodenfläche auf der die Schnecke kriecht, beständig mit einer Schleimschicht überzogen wird, spielt dabei eine fördernde Rolle. Bemerkenswert ist, daß Wasserschnecken dieselbe Bewegungsform an der Oberfläche des Wassers ausführen, indem sie, mit dem Gehäuse nach unten im Wasser treibend, die Sohlenfläche an der Wasseroberfläche ausbreiten, und mitunter eine Schleimbahn hinter sich lassend, an ihr entlang gleiten. Manche Muscheln und Schnecken ver- mögen im Wasser frei zu schw^immen. Ins- besondere die Lunoenschnecken, aber auch Kiemenschnecken haben die Fähigkeit, sich im Wasser aufsteigen zu lassen und will- kürlich wieder unterzusinken. Dies beniht auf einer Aenderung des spezifischen Ge- wichts, deren Mechanismus noch unerklärt ist. Schwimmbewegungen im Wasser führen manche Arten, wie Acera, Jantheria mit ihrem flügel- oder ruderartig geformten Fuße aus. Pecten braucht gewissermaßen die Schalen als Ruder, indem sie sie ab- wechselnd öffnet und kräftig schließt. Die Gestalt des Mantelrandes bringt es mit sich, daß beim Schluß der Schale das Wasser rückw^ärts, zu beiden Seiten des Schlosses entweicht, so daß der Rückstoß das ganze Z^- ^■- ^^ 10S6 Bewegimg (Spezielle Physiologie der Bewegung mit Ausscliluß des „Tierflugs") Tier mit der Schalenöffnung voran durchs Wasser schleudert. Unter den Cephalopoden hat Argonauta ebenfalls die Fähigkeit sich im Wasser nach Belieben steigen oder sinken zu lassen. Ueber das Rudern von Argonauta in ihrer Schale ist vielerlei berichtet worden, doch soll nach neueren Beobachtungen die Bewe- gungsweise der der anderen Cephalopoden 2:anz gleich sein. Fig. 8. Gehbewegung des Octopus am Grunde. Die Cephalopoden bedienen sich ihrer Anne nur zum Kriechen auf dem Gmude, zum erfassen der Beute usf. Octopus soll auf seinen Füßen am Gmnde geradezu ein- herschreiten (Fig. 8). Beim Schwimmen ver- halten sich die Arme passiv. Der Antrieb wird durch den Wasserstrahl geliefert, der aus dem Mantelraume durch den Sipho aus- getrieben wird. Die Cephalopoden schwimmen also vermöge des Rückstoßes dieses Wasser- strahls, mit dem Hinterende des Leibes voran (Fig. 9). Fig. 9. Schwimmen der Cephalopoden durch Rückstoß. Aus der Mantelhöhle ]MH durch den Sipho S ausgestoßen entweicht AYasser in der Richtung R. Der Rückstoß treibt das Tier in der Richtimg B. Bei Erschlaffung des Mantels tritt durch die Mantelspahe E neues Wasser in die ]\Iantelhöhle. Manteltiere. Einen ähnlichen Vorgang nimmt Seeliger für die Ortsbewegung von Pyrosoma in Wasser an. Im übrigen zeigen die Tunicaten nur im Larvenstadium leb- haftere Eigenbewegung durch Ruderanhänge, sind aber hauptsächlich auf passives Umlier- treiben angewiesen. 3g) Fische. In statischer Beziehung ist über das Schwimmen der Fische zunächst zu bemerken, daß ihr spezifisches Gewicht im allgemeinen dem des Wassers gleich ist. Die Gewebe des Körpers mit Ausnahme des Fettes sind schwerer als Wasser, aber der Körper der meisten Fische enthält in der Schwimmblase eine Gasmenge, die die spezi- fische Schwere der übrigen Körpergewebe ausgleicht. Da der Wasserdrack mit der Tiefe zunimmt, kann diese Ausgleichung, falls die Schwimmblase nicht durch starre Wände der Einwirkung des Wasserdrucks entzogen ist, immer nur für eine bestimmte Wassertiefe gelten. Es wäre auch denkbar, daß die Muskulatur der Schwimmblasen- wand oder des Körpers auf den Inhalt der Schwimmblase einen Druck ausübte, der den Rauminhalt der Schwimmblase nach Willkür einstellte. Dann könnte der Fisch um aufzusteigen, einfach denDnick mäßigen, um abzusinken, den Druck erhöhen, oder er könnte, indem er beim Aufsteigen den Druck erhöhte, beim Sinken ihn er- mäßigte, sein spezifisches Gewicht stets dem des Wassers gleich halten. Zahlreiche verschiedene Versuche lehren aber, daß eine solche Regulierung durch Muskeltätig- keit nicht besteht. Die Größe der Schwimmblase wird wohl nach experimenteller Störung des Gleich- gewichts wiederhergestellt, aber nicht durch Muskeltätigkeit sondern durch Gassekretion oder Gasresorption. Bei den Fischen, deren Schwimmblase mit dem Darm durch einen Luftgang verbunden ist, kann man nach künstlicher Entleening der Schwimmblase beobachten, daß sie Luft schlucken und in die Schwimmblase treiben. Da keine schnellwirkende Einstellung der Schwimmblasengröße stattfindet, müssen die Fische beim Sinken ein immer höheres spezifisches Gewicht annehmen, beim Steigen ein immer geringeres, weil die Schwimmblase mit der Stärke des Wasserdrucks ihre Größe ändert. Es wird also für Jeden gegebenen Fall eine bestimmte Tiefenlage geben, in der der Fisch sich am leichtesten auf und ab bewegen kann. Seit man erkannt hat, daß die Schwimm- blase nicht zum Auf- oder Absteigen gebraucht wird, sind viele Forscher geneigt, in ihr nur ein Respirationsorgan oder einen Orientierungsapparat zu sehen. Viele Arten Fische haben keine Schwimmblase, ohne daß sich ein Zusammenhang zwischen ihrer Bewegungsweise und dem Fehlen der Schwimmblase nachweisen ließe. Ferner hat die Schwimmblase einen wesentlichen Einfluß auf die Stellung, die der Fischkörper im Wasser einnimmt. Da sie meist zienüich weit ventralwärts ge- legen ist, liegt der Schwerpunkt des Fisch- körpers im allgemeinen über dem Schwer- punkt des Auftriebes, das heißt der Fisch- körper ist für gewöhnlich in einer labilen Gleichgewichtslage, aus der er, sobald die steuernde Bewegung der Flossen aufhört, in die Stellung mit dem Bauch nach oben umschlägt. Bewegung- (Si)ezielle Physiologie der Bewegung mit Ausschluß des „Tierflugs'') 1087 In dynamischer Beziehung ist vor allem hervorzuheben, daß die Antriebskraft für die Ortsbewegung der Fische vorwiegend in den Ruderbewegungen des Schwanzes liegt. Stellt man sich den Schwanz des Fisches als eine ebene starre Ruderfläche vor, die um eine am vorderen Rande gedachte senk- rechte Achse pendelartig mit gleichförmiger Geschwindigkeit hin und herbewegt wird, so wird schon aus dieser Bewegung ein ge- wisser Antrieb nach vorn hervorgehen. Zwar geht jeder Schlag rückwärts, sobald die Mittelebene überschritten wird, in einen scheinbar vollkommen gleichwertigen Teil der Bewegung über, dessen Ruderwirkung nach vorn gerichtet ist, weil aber die Wir- kung eines Ruderschlages am Anfang der Bewegung sehr viel stärker ist als am Ende, wird in der Gesamtwirkung der Teil vor- wiegen, der der Wirkung des Ruders un- mittelbar nach den beiden Umkehrpunkten entspricht. Daher wird die Rückwärts- wirkung des Ruders vorwiegen, und für den Körper ein Antrieb nach vorn entstehen. Die Ursache für dies Verhalten liegt darin, daß das Was : er im Laufe dieses gleichför- migen Ruderschlages immer geringeren Wider- stand leistet, weil es aus dem ruhenden in einen mit dem Ruderblatt bewegten Zu- stand übergeht. Da überhaupt der Widerstand des Wassers annähernd mit dem Quadrate der Ge- schwindigkeit wächst, mit der sich ein Körper darin bewegt, so kann durch ungleich- förmige Geschwindigkeit des Ruderschlages die Hauptrichtung des Schlages nach Be- lieben auf jede Stelle der Schlag bewegung verlegt werden. Der Fischschwanz ist nun keine starre ebene Fläche, sondern er kann unter der Einwirkung des Wasserwiderstandes passiv, und durch Muskeltätigkeit aktiv gekrümmt werden. Pettigrew nahm an, daß der Fischschwanz beim wirksamen Teile des Schlages konkav zur Schlagrichtung ge- krümrat sei. Strasser weist diese Ansicht zurück. Durch die zur Schlagrichtung konvexe Bie- gung der Schwanzfläche erhält ohne Zweifel die Wirkung des Schlages eine günstigere Rich- tung. Freilich kann die seitliche Komponente, die der schräg gegen das Wasser gerichtete Schlag besitzt, nie ganz verschwinden. Es wird daher auch, wie schon Borelli lehrte, der Antrieb nicht gerade nach vorn, sondern stets nach vorn und seitwärts er- folgen. Durch einen Schwanzschlag nach links erhält der Schwanz einen Antrieb nach rechts, der Kopf der Fisches wird daher nach links abgelenkt. Bei einer raschen Folge von Schlägen heben diese Ablenkungen einander immer gleich wieder auf, und man sieht am schnell schwimmenden Fische nur eine leichte Hinundherbewegung. Uebrigens ist die tiefe von beiden Seiten platte Form des Fischkörpers geeignet, die seitlichen Ab- weichungen einzuschränken. Endlich ist in Betracht zu ziehen, daß beim Schwimmen der ganze Körper des Fisches, nicht bloß der Schwanz, in Bewegung ist. Durch aktive Krümmung kann die seit- liche Wirkung der Schwanzschläge aufge- hoben werden. Es kommt dann, neben der Rudertätigkeit des Schwanzes, das Prinzip der Schlangenbewegung in Rechnung, die in wellenförmiger Krümmung des ganzen Leibes besteht. Diese Schlangenbewegung ist bei den aal- artigen Fischen ausgebildet, die beim schnel- len Schwimmen den ganzen Körper so schlängeln, daß er eine Reihe nach hinten ablaufender Wellen bildet. Beim langsamen Schwimmen bedienen sich die Aale nur ihres Flossensaumes, der aber in mechanisch derselben Weise wirkt. Die Theorie der Flossensaumbewegung und der Schlangen- bewegung ist die gleiche, nur die äußere Form ist verschieden. Ebenso ist auch die Schwimmbewegung der Schollen und des Rochens, bei denen Schlängeln und Flossen- saumbewegung in senkrechter statt in wage- rechter Ebene vor sich gehen, in der Theorie dasselbe wie die Schlangenbewegung (Fig. 10). Bei der Schlangenliewegung macht der ganze Körper, bei der Flossensaumbewegung der freie Rand der Flosse wellenförmige Bieguiigen, die nach hinten ablaufen. Jeder Teil des Körpers der Schlange führt, auf die Längsachse des Tieres bezogen, rein seitliche, jeder Strahl der Flosse des Rochens senkrechte Bewegungen aus. Die zeitliche Folge dieser Bewegungen bedingt das Gesamt- ergebnis, daß eine wellenförmige Ausbiegung am Körper entlang läuft, deren mechanische Wirkung der Verschiebung eines wellen- förmigen Körpers auf der Längsachse des Tieres nach hinten gleichkommt. Der Widerstand, den diese Verschiebung der Welle nach hinten findet, wirkt als Antrieb für den ganzen Körper nach vorn. Führt man, wie Hensen es für die Flossensaumbewegung der Spermatozoon ge- tan, die Konstruktion der Kräfte aus, die im einzelnen an jedem Teile der Flosse wirken, so findet man, daß neben dem An- trieb auch eine Anzahl seitlicher und nach oben und unten gerichteter Kräfte im Spiele sind, die einander indessen zum Teil auf- heben. Die Schwanzflosse mehrerer Arten Fische zeigt eine stärkere Entwickelung des dorsalen Teiles, der allein als Verlängerung der Wirbelsäule erscheint. Diese, als Hetero- cerkie bezeichnete Eigentümlichkeit hat Ahlborn mechanisch gedeutet, indem er 1088 BewegTing- (Spezielle Physiologie der Bewegung mit Ausschluß des „Tieii'lugs") ^.%: ^ annimmt, daß eine vorwiegend mit dem oberen Teil wirkende Flosse den hinteren Teil des Fischkörpers empor drücke, und da- >^ durch eine den ganzen Körper hinabtreibende ©batische" Wirkung habe. Umgekehrt wirkt eine nach unten vergrößerte Flosse ^emportreibend, „epibatisch". ^ Die Bewegungen der Bnist-, Bauch- und Rückenflossen der Fische dienen im allge- meinen nur zum Steuern und zu langsamer Veränderung der Lage. Bei manchen Arten sind die Brustflossen zu besonderen Be- mit den zugehörigen Bauchschildern die Rolle der einzelnen Segmente mit Borsten bei den Ringelwürmern spielen (s. S. $#§ä'). 'C^3--:. Die Bewegung mit Hilfe der Extremi- täten schließt sich an die der vierfüßigen Säugetiere an. Einzelne Eidechsenarten laufen auch auf den Hinterfüßen, wie dies sogar von den riesenhaften Iguanodonten durch die Abdrücke ihrer Füße im Boden unzweifelhaft erwiesen ist. S. Xr^.a^ ,/. ^'¥6'. Fig. 10. Schwimmen des Kochens durch senkrechte Schlangen bewegmig des Flossen- saumes. Nach Marey. Ehe die Welle 1 abge- laufen ist, beginnt vorn schon eine zweite Welle 2. wegungszwecken ausgebildet, insbesondere dienen sie bei Periophthalmus und Anabas scandens der Ortsbewegung auf trockenem Boden. 3h) Amphibien und Reptilien. Die Ortsbewegung der Amphibien und Rep- tilien schließt sich, wo Gliedmaßen nicht vorhanden sind, oder nicht gebraucht werden, an die Kriechbewegung der Würmer und die Schwimmbewegung der Fische an. Die Salamander lassen nämlich beim schnellen Schwimmen die Extremitäten hängen, und schwimmen ausschließlich durch Ruder- schläge mit dem Schwanz. Die Schlangen bedienen sich auf festem Boden außer der Schlängelbewegung auch einer Art zu krie- chen, bei der die einzelnen Rippenpaare Fig. 11. Zweibeiniger Lauf australischer Ei- dechsen. Nach Saville Kent. 3i) Vögel. Die Bewegung der Vögel auf dem Boden ist in vielen Fällen eine Schreitbewegung auf zwei Füßen, die me- chanisch mit der des Menschen viel Aehn- lichkeit hat. Ein besonderer Sperrmechanis- mus liegt der Erhaltung des Gleichgewichts im Sitzen auf Baumzweigen bei den Sper- lingsvögeln zugrunde. Die Sehnen der Flexoren der Zehen werden durch die Stel- lung der Beinknochen beim Sitzen selbst- tätig gespannt, und greifen in Vorsprünge der Sehnenscheiden ein, so daß sie in Greif- stellung festgehalten werden. Für die Ortsbewegung der Vögel ist ferner im Gegensatz zu anderen zweibeinigen Tieren das gleichbeinige Hüpfen bezeichnend, durch das sie auch den Anlauf zum Fluge zu nehmen pflegen. Das Schwimmen bildet für viele Vögel einen wesentlichen Teil der Ortsbewegung. Von großer Bedeutung ist hierbei die Be- schaffenheit des Federkleides, das durch fettiges Sekret unbenetzbar gemacht und eine große Menge Luft einschließend, wie ein Schiffsgefäß den Körper trägt. Da die Körperform der Schwimmvögel für die Fortbewegung im Wasser wenig geeignet ist, sind die Ruderflächen derFiiße durch die Schwimmhäute zu unverhältnismäßiger Größe entwickelt, km besten können sich im Wasser die Tauchervögel bewegen, die die Flügel als Flossen benutzen. 3k) Vierfüßer. Die Bewegung der Säugetiere auf dem festen Boden ist mit wenigen Ausnahmen Gang auf allen Vieren. In älteren Schriften wird darin ein besonde- rer Vorzug gesehen, daß bei dieser Bewe- gung der Körper Halt am Boden habe, aber nur Reibung in der Luft zu überwinden brauche. Dabei ist übersehen, daß um. Bewegung- (Spezielle Physiologie der Bewegung mit Ausscliluß des „Tierflugs") 1089 auf den vier Extremitäten zu gehen, die Körperlast dauernd getragen werden muß, wodurch der scheinbare Vorteil verloren geht. lieber die Form des Antriebes sind eben- falls irrtümliche Anschauungen ausgespro- chen worden, indem angenommen wurde, daß der Antrieb, weil er von der Muskelkraft ausgehe, notwendigerweise in der Richtung der Knochen oder Muskeln wirken müsse. Diese Vorstellung ist ganz verkehrt, denn Muskeln und Knochen führen Bewegungen gegen den Bodenwiderstand aus, und einzig dieser Widerstand bildet die eigentliche Antriebskraft. Den handgreiflichen Beweis für diesen eigenthch selbstverständlichen Satz bildet die Tatsache, daß auf schlüpfrigem Boden, zum Beispiel auf glatter Eisbahn, die Gehbewegung nicht fördert. Die Bewegung der Beine ist also ein Drücken nach hinten, wodurch, da der Boden nicht nachgibt, der Körper nach vorn ge- schoben wird. Wenn das Bein durch Streckung nach hinten diese Aufgabe erfüllt hat, wird es vom Boden aufgehoben und in leicht ge- beugter Stellung nach vorn gebracht um dort von neuem aufgesetzt zu werden. Beim Vierfüßer kann das Bein schon vom ersten Augenblicke an tragend und durch Rück- wärtsdruck fördernd wirken. Die Ortsbewegung der vierfüßigen Tiere ist am Pferde am genauesten untersucht, und mag deshalb hier am Beispiele des Pferdes erläutert werden. Das Stehen der Vierfüßer ist wegen der großen Fläche, die die vier Extremitäten einschließen, und der im Verhältnis zur Größe dieser Fläche geringen Höhe des Schwerpunkts stabiler als das der Menschen. Die mechanische Anordnung von Knochen, Muskeln und Sehnen beim Pferde bringt es mit sich, daß das Pferd, im Gegensatz zu anderen Vierfüßern, fast ohne Muskelanspan- nung stehen kann. Manche Pferde legen sich daher tatsächlich nie nieder. Man unterscheidet unter den Gang- arten des Pferdes drei Hauptformen als Schritt, Trab und Galopp, doch muß der Paß als vierte selbständige Form angesehen werden. Beim Paß werden die beiden Beine einer Seite gleichzeitig vorgesetzt, und während sie den Körper vorschieben, bewegen sich die der anderen Seite nach vorne. Dabei ist also der Körper abwech- selnd nur rechts und nur links unterstützt, und er wird bei jedem Schritte nach der stützenden Seite hinüber geschwenkt. Der Paß kann als ganz langsame, aber auch als sehr schnelle Gangart ausgeführt werden, wo- bei er dann eine Reihe weiter Sprünge von dem rechten auf das linke Beinpaar und umgekehrt darstellt. Handwörterbuch der Xaturvvissenschaftsri. Band I Beim Schritt wechseln die beiden Vorderbeine und die beiden Hinter- beine untereinander regelmäßig ab, und das Hinterbein ist dem Vorder- bein derselben Seite stets um einen halben Schritt voraus. Hierbei ist der Körper der Reihe nach von beiden Beinen einer Seite, von diagonal stehenden Beinen, und den beiden Beinen der anderen Seite unterstützt, er wird also ziemlich gleich- mäßig getragen. Beim Trab bewegen sich die dia- gonal stehenden Beine gleich. Dabei kann die Zeit, während deren sie die Erde berühren, auf die halbe Dauer der Zeit be- schränkt sein, während deren sie durch die Luft geführt werden, so daß zeitweilig alle vier Beine in der Luft sind und der Körper frei schwebt. Der Galopp ist eine Folge von Sprüngen von den Vorderbeinen auf die Hinterbeine. Ein Hinterbein verläßt zuerst den Boden, darauf das Hinterbein der anderen Seite und das Vorderbein der ersten, zuletzt das zweite Vorder- bein. In derselben Reihenfolge kommen die Beine wieder auf den Boden. Beim sogenannten Angaloppieren aus dem Stand wird dagegen zuerst ein Vorderbein gehoben, und zwar dasjenige, das bei den nachfolgenden Galoppsprüngen zuletzt auf den Boden kommt. Man bezeichnet danach den Galopp als Rechts- oder Linksgalopp. Nach der angegebenen Folge der Beine hört man bei dem eigentlichen Galopp drei Schläge auf den Boden. Es kann nun, indem die diagonal gestellten Beine, die den mittleren Schlag geben, nicht gleichzeitig, sondern nach einander auf den Boden kom- men, ein Viertaktgalopp entstehen. Ferner kann, namentlich bei schneller Gangart, der Viertaktgalopp in einen Zweitaktgalopp übergehen, indem beide Hinterbeine und beide Vorderbeine gleichzeitig aufschlagen. Immer aber sind es die Hinterbeine, die zu- erst auf den Boden treffen. Ebenso wie beim Galopp können beim Paß Schritt und Trab durch Abweichungen von der oben angegebenen Schrittfolge Zwischenformen entstehen. Obschon angegeben wird, daß dieselben Gangarten bei den übrigen Vierfüßern eben- falls gefunden werden, bestehen doch in vielen Fällen wesentliche Unterschiede. Der Paß ist vielen Tieren eigen, aber meist nicht in reiner Ausbildung, sondern mit Ungleichförmigkeiten, die Uebergangs- formen zum Schritt bilden. Beim Trabe entspricht die Bewegung auch beim Pferde nur annähernd der angegebenen Regel, er darf aber als die am meisten verbreitete Gangart angesehen werden, da sehr viele verschiedene Vierfüßer, Hunde, Katzen, Ka- 69 1090 Bewegimg (Spezielle Pliysiologie der Bewegimg mit Ausseliluß des ,, Tierflugs''') mel, in genau derselben Weise traben wie Pferde. Eine wesentliche Ausnahme macht der Galopp, der bei kleineren Tieren eine ganz andere Form annimmt wie beim Pferde. Hunde, Hasen, Katzen, kleinere Huftiere galoppieren nämlich so, daß sie von den Hinterbeinen auf die Vorderbeine springen. Es heben sich also erst gleichzeitig beide Vorderbeine, dann springt das Tier von den Hinterbeinen Fig. 12. Galoppspriiiige des Hiuides nach Muybridge. A. Der Hund springt von den Hinterbeinen auf die Vorderbeine. B. Die Vorder- beine verlassen den Boden wieder, ehe die Hinter- beine zur Erde gekommen sind, so daß ein Zwischensprung von den Vorderbeinen auf die Hinterbeine entsteht. in die Luft, schwebt mit ausgestreckten Beinen und kommt auf die Vorderbeine nieder. Dann erst schlagen die Hinter- beine auf (Fig. 12, A). Bei sehr schnellem Galopp greifen dann die Hinterbeine weit vor die Vorderbeine aus, ja die Vorderbeine verlassen schon zum zweiten Mal den Boden, ehe die Hinter- beine herabgekommen sind (Fig. 12, B). 3I) Stehen des Menschen. Die Bewegungsformen des Menschen sind ge- nauer untersucht als die aller anderen Tiere, es bieten sich aber gegenüber denen anderer Zweifüßer keine grundsätzlichen mechani- schen Unterschiede dar. Das aufrechte Stehen kann mechanisch auf zwei Arten betrachtet werden, indem man entweder den Körper als in irgend- einer Haltung durch seine Muskeln starr gemacht annimmt, und die Bedingungen der Unterstützung untersucht, oder den Auf- bau des Körpergerüsts aus seinen einzelnen ^ Abschnitten in Betracht zieht. Die erste Art der Betrachtung zeigt, daß bei aufrechter Haltung der Schwerpunkt i verhältnismäßig hoch über einer verhält- nismäßig kleinen Unterstützungsfläche ge- legen ist, so daß die Festigkeit des Stehens nur gering ist. Bei der zweiten Art der Betrachtung ist es notwendig, die Gleichgewichtsbedin- gungen der einzelnen gegeneinander beweg- lichen Körperteile von oben nach unten zu untersuchen, weil jeder höhere Abschnitt von dem unteren getragen wird, und dessen I Gleichgewicht beeinflußt. Der Kopf ist auf der Halswirbelsäule beweglich, sein Schwerpunkt liegt über dem 'Türkensattel des Keilbeins, im Profil am oberen Ansatz des Ohrmuschelrandes, Der Schwerpunkt fällt demnach 0,5 Zenti- meter vor das Atlasgelenk und der Kopf hat also Uebergewicht nach vorn. Um ihn aufrecht zu halten, muß daher die Nacken- muskulatur einen gewissen Zug ausüben. Der Rumpf darf als ein einziger starrer Abschnitt aufgefaßt werden, da er auch an der Leiche in aufrechter Haltung aufgestellt werden kann. In dieser Beziehung ist die Angabe Parow s wichtig, daß die Spannung der Bauchwände die Wirbelsäule unter- stützt. Der Rumpf ruht bew^eglich auf den beiden Schenkellcöpfen, kann also um die Querachse des Hüftgelenks nach vorn und hinten kippen. Der gemeinsame Schwer- punkt von Kopf, Rumpf und daran hängen- den Armen liegt nun um 0,8 Zentimeter hinter der Hüftgelenksachse, der Rumpf strebt also nach hinten überzufallen. Daher muß die vordere Schenkebnuskulatur, vor allem wohl der Musculus psoas gespannt sein, um den Rumpf in seiner Stellung zu halten. Die Oberschenkel stehen mit dem Ober- körper belastet auf den Kniegelenken in so weit vorwärts geneigter Stellung, daß der gemeinsame Schwerpunkt von Oberkörper und Oberschenkeln sich etwa einen Zenti- meter vor der Querachse der beiden Knie- gelenke belindet. Daher hat dieser ganze Teil des Körpers das Bestreben, um die Querachse der Kniegelenke nach vorn über- zukippen. Diesem Bestreben leistet eine ent- sprechende Spannung der Muskeln und Bänder, die hinter dem Kniegelenk liegen, Widerstand. Es wird also keine Muskeltätig- keit erfordert, um das Kniegelenk gestreckt zu halten, vielmehr ist eine gewisse Spannung der Beuger nötig, um die Bänder des Knie- gelenks, die die Ueberstreckung hemmen, zu entlasten. Man kann dies daran erkennen, daß bei zwangloser Haltung im Stehen die Kniescheibe lose ist, was beweist, daß der einzige Streckmuskel des Knies, der Quadri- ceps, untätig ist. Dies ist der Fall, selbst wenn das Kniegelenk noch nicht vollkommen gestreckt, geschweige denn ,, durchgedrückt" ist. Die Unterschenkel stehen auf den Fuß- Bewegung (Spezielle Physiologie der Bewegung niit Ausnahme des „Tierflugs") liJOl ■O.Q gelenken ebenfalls in nach vorn geneigter Lage, streben also unter der Last des Körpers nach vornüber zu fallen. Diesem Bestreben hält die Spannung der Wadenmuskeln das Gleichgewicht. Der Fuß endlich ruht von der Sohlen- fläche unterstützt auf dem Boden. Es lastet auf ihm im Fußgelenk die gesamte Last aller übrigen Teile des Körpers, und es zieht am Fersenbeinfortsatz der Wadenmuskel, der, indem er am Knie angreift, den Unterschenkel mit einem Teile seiner Zugkraft noch mehr gegen das Fußgelenk andrückt. Für jeden Abschnitt des Körpergerüstes kann man nach der oben geschilderten Weise die genauere Dar- stellung der Kräftepaare vor- nehmen, die durch die Schwere der einzelnen Körperteile und durch den Muskelzug hervorgerufen werden. Da der Zustand nihigen Stehens Gleichge- wicht voraussetzt, so kann man auch die Größe der erforderlichen Muskelspan- nungen berechnen wenn man die Massenverteilung des Körpers kennt. So zum Beispiel hat sich aus Braune undFi Sehers Bestimmungen ergeben, daß bei zwanglosem Stehen der Gesamtschwer- punkt etwa 4 Zentimeter vor die Querachse der beiden Fußgelenke fällt. Die Zug- richtung der Wadenmuskeln geht etwa 3 Zentimeter hinter der Fußgelenkachse vorbei. Es muß also beim zwanglosen Stehen die Spannung der Wadenmuskeln sich zum Körpergewicht verhalten, etwa wie 4 : 3. Übschon die hergebrachte aiiatomisclie Auf- fassimg als Grund- oder Normalstelhmg des Menschen diese symmetrische Haltimg mit ge- schlossenen Fersen annimmt, ist die Haltung beim Stehen in \Yirldichkeit meist unsymmetrisch, d. h., der Körper wird von einem Beine getragen, während das andere, leicht auf dem Boden auf- gesetzt, zur Erhaltung des Gleichgewichts dient. Noch mein- als die anatomische Gnmdstellung weicht die militärische Gnnidstellmig von der natürlichen Haltrmg ab, da hier Herausdrücken der Brust, Anspannung der Gesäß- mul Ober- schenkelmuskeln und andere zum bloßen Stehen unnötige Tätigkeiten gefordert werden. 3m) Gehen und Laufen des Men- schen. Das Gehen des Menschen, im all- gemeinen betrachtet, kann als ein einfacher K /fc k ) ^ { / \ ^ \ 1 l/ i ■7 (. / ) / 1 k \, V r \ \ \ ] 1 —E -^ K Fig. 13. „Be- queme Hal- tung " beim Stehen nach Braune und Fischer. Die ^ SchwerS5E<-i^SS X. ^ättt hinter das Hüftge- lenk, aber vor Ivniegelenk u. Fußgelenk. Fall der für die Ortsbewegung der Tiere überhaupt angegebenen Bewegungsweise be- zeichnet werden, in dem in jedem Augenblicke der Körper mit einem Fuße einen Stütz- punkt am Boden hat, von dem aus der andere Fuß nach vorn gebracht wird, um einen neuen Stützpunkt zu nehmen. Im Gegensatz zum Laufen ist die Gehbewegung dadurch ge- kennzeichnet, daß der erste Stützpunkt immer erst verlassen wird, nachdem der neue gewonnen ist. Auch beim schnellsten Gehen niht also der Körper stets wenigstens mit einem Fuße auf dem Boden, und zwischen je zwei Schritten kurze Zeit hindurch mit beiden Füßen. Bei dieser abwechselnden Tätigkeit der Beine lassen sich im Laufe eines Doppel- schrittes je drei Perioden unterscheiden. Das vorn aufgesetzte Bein nimmt die Last des im Laufe der ganzen Bewegung dauernd vorwärtsbewegten Körpers auf, und unter- stützt sie während ihrer weiteren Fortbe- wegung. Dies ist die Periode des Stutzens. Diese geht, indem der Körper weiter nach vorn bewegt wird, in die Periode des Stemmens über, in der das auf dem Boden ruhende Bein den Körper vorwärtsschiebt. Während dieser Zeit ist der andere Fuß nach vorn gebracht und auf den Boden ge- setzt worden, er beginnt den Körper zu unter- stützen. Das erst betrachtete Bein wird vom Boden gehoben und tritt in die Perio de des Schwingens ein, in der der Fuß durch die Luft nach vorn gelangt. Es könnte scheinen, als sei eine Unter- stützung des Körpers durch das vorn auf- gesetzte Bein erst von dem Augenblick an möglich, in dem sich der Schwerpunkt des Körpers senkrecht über dem unterstützenden Fuß befindet. Es ist aber nicht so, weil während der Gehbewegung die ganze Masse des Körpers im Schwung bleibt, und dadurch gegen das nach vorn aufgesetzte Bein ange- trieben wird. Dadurch wird es möglich, daß der hintere, stemmende Fuß bei schnel- lem Gehen schon den Boden verlassen kann, wenn der vorn befindliche Fuß eben erst den Boden berührt hat, und das vorgesetzte Bein noch schräg nach hinten steht. Ferner könnte es scheinen, als sei eine vorwärtstreibende Wirkung des auf dem Boden stehenden Beines erst von dem Augenblicke an möglich, in dem der Körper die Lage senkrecht über dem Fuß nach vorn überschritten hat. Das trifft aber auch nicht völlig zu, weil die vorwärtstreibende Tätigkeit des Beine? nicht allein in einer Streckbewegung, sondern auch in einer Rückwärt sbewegung besteht, die infolge der Gegenwirkung des Bodens den Körper vorwärts treibt. Durch diese Betrachtung werden die Grenzen der Perioden des Stutzens 69* 1092 Bewegung (Spezielle Physiologie der Bewegimg mit Aussciiluß des „Tierflugs") und Stemmens verwischt, beide gehen in- einander über. Im einzelnen gestaltet sich die Bewegung der Beine beim Gehen wie folgt: Das nach vorn geschwungene Bein ist gestreckt, die Fußspitze gehoben, die Ferse berührt zuerst den Boden, dann legt sich die Sohle nieder. Wäre das Bein eine steife Stütze, so müßte das Hüftgelenk bei der weiteren Bewegung einen Kreisbogen über dem Fuße beschreiben. Diese Kreisbewegung wird dadurch abge- flacht, daß zunächst eine Beugung im Knie- gelenk, und nachdem die senkrechte Stellung Fig. 14. Gang des i\Ienschen nach der Auf- nahme von Braune und Fischer. Zwischen der letzten und vorletzten Stellung ist der Zeit- abstand um ein Drittel größer als zwischen erster und zweiter. Auf die letzte Stellung folgt nach etwa dem gleichen Zeitraum die erste Stellung auf entgegengesetzter Seite. Die Arme sind niu bis zum Handgelenk angedeutet. überschritten ist, Streckung des Knie- und Fußgelenks stattfindet. Namentlich durch die Streckung des Fußgelenks verlängert sich das Bein so, daß es eine schiebende Wirkung auf die Körperlast ausübt. Nach- dem inzwischen das andere Bein den Boden berührt hat, wird das Knie des bis dahin stemmenden Beines leicht gebeugt, die Fußspitze angezogen, und dadurch frei vom Boden gehoben, und das Bein nach vorn geschwungen. Der Vorschwung, von dem die Ge- brüder Weber angegeben hatten, daß er eine rein passive Pendelschwingung sei, ist nach 0. Fischers Bestimmungen durch Muskeltätigkeit bedingt, die nur während eines sehr kurzen Zeitraums auf NuU sinkt. Während des Vorschwunges ist die Fuß- spitze erst etwas einwärts, dann grade, und kurz vor dem Niedersetzen des Hackens etwas auswärts gerichtet. Durch die Bewegungen der Beine werden dem Rumpf wechselnde Antriebe erteilt, die zum Teil durch aktive Bewegungen der Rumpfmuskulatur ausgeglichen werden. Vor allem findet ein merkliches Auf- und Abschwanken statt, indem der Rumpf in dem Augenblick in dem er senkrecht über dem tragenden Fuß steht, um etwa 4 Zenti- meter höher ist, als in dem Augenblick, in dem beide Beine auseinander gespreizt stehen. Gleichzeitig schwanlvt das Becken bei jedem Schritt nach der Seite des unter- stützenden Beines hinüber. Außerdem folgt das Becken in gewissem Masse den Schwin- gungen der Beine, indem das Hüftgelenk jeder Seite bei jedem Schritte ein wenig vorgeschoben wird. Die Schultern machen ähnliche, im all- gemeinen entgegengesetzte Bewegungen, der Kopf macht ganz geringe seitliche Schwan- kungen, die wiederum denen der Schultern entgegengesetzt sind. Die Arme führen, wohl infolge der Bewegung der Schulter- gegend, Schwingungen aus, die denen des Beckens entgegengesetzt sind, es schwingt also der rechte Arm nach vorn, während das linke Bein vorgesetzt wird und umge- kehrt. Aus den Beschleunigungen und Verzöge- rungen, die jeder einzelne Körperabschnitt während der Gehbewegung erleidet, hat Fischer die bei der ganzen Bewegung wirk- samen Kräfte einzeln berechnen können. Insbesondere mag hier nur die Bewegung des Gesamtschwerpunktes betrachtet werden. Da ein Massensystem seinen Schwerpunkt nur unter der Einwirkung äußerer Kräfte verschieben kann, von äußeren Kräften bei der Gehbewegung aber nur eine, nämhch der Widerstand des Bodens, merklich in Betracht kommt, so können die Beschleuni- gungen und Verzögenmgen die der Gesamt- schwerpunkt des Körpers beim Gehen er- fährt, ohne weiteres auf gleiche und ent- gegengesetzte Kjaftwirkungen des Boden- widerstandes zurückgeführt werden. Indem Fischer für eine hinreichend große Zahl aufeinanderfolgender Stelhmgen des Kör- pers beim Gehen die Lage des Gesamt Schwer- punktes berechnete, erhielt er dessen Bahn im Raum. Aus der Form dieser Bahn, und den dazu gehörigen Geschwindigkeiten für jeden Zeitpunkt der Bewegung bereclmete er die Be- schleimigmigen mid Verzögerungen in senk- rechter, seitlicher und sagittaler Richtimg. Einer Beschleunigung des Schwerpiuiktes nach oben muß ein entsprechend erhöhter Druck des : imterstützenden Fußes gegen den Boden, emer Bewegung- (Spezielle Physiologie der Bewegimg mit Ausschluß des „Tiei-flugs") 1093 Beschleunigimg nach vorn ein entsprechend großer Reibungswiderstand des Fußes am Boden gegen Ausgleiten nach hinten gegenüberstehen. Diese Berechnimg zeigte, daß die rund 59 kg schwere Versuchsperson beim Gehen einen Maxi- maldruck von über 70 kg imd einen ^linimaldruck von 25 kg auf den Boden ausübte. Die vorwärts- treibende Kraft wurde im Maximum zu 16 kg gefunden, im Augenblick, in dem ein Fuß eben vom Boden abstößt. Das Laufen unterscheidet sich vom Gehen dadurch, daß jeder Fuß den Boden verläßt, ehe der andere niedergesetzt wird. Der Lauf besteht also aus einer Reihe von Sprüngen von einem Fuß auf den anderen. Bei diesem Unterschiede handelt es sich nicht nur um eine Verschiedenheit des Zeitraumes, sondern es muß, damit der Körper bis zum Niedersetzen des anderen Fußes in der Luft schwebend bleibe, bei jedem Schritte ein kräftiger Abstoß gegeben werden, wodurch eine ganz andere Muskeltätigkeit bedingt wird, als die des Gehens. Insbesondere tritt bei schnellem Laufen der Fuß nicht mit der Sohle, sondern nur mit dem Ballen auf. Dadurch wird die wirksame Länge des Beines vermehrt, und eine größere Schrittlänge erzielt. Da bei schnellem Lauf sowohl die Schritt- länge als die Schrittzahl erhöht wird, bis zu über 3 Schritt von je 3 m beim Wettlauf, wird die Anforderung an die Muskulatur sehr groß, denn es muß, um den Schritt zu verlängern, ein stärkerer Abstoß erteilt werden, und es ist bei der größeren Schrittzahl dazu weniger Zeit vorhanden. Die Hebung und Senkung des Schwer- punktes kann bei langsamem Lauf in engen Grenzen gehalten werden, so daß sie nicht wesentlich größer ist als beim Gehen. Bei schnellem Lauf erfordert jeder Schritt ge- wissermaßen einen Weitsprung, bei dem der Schwerpunkt eine beträchtliche Höhe er- reicht, so daß die Schwankungen 15 cm und darüber betragen. Literatur. Zu l: Milne Edwards, Lecons de Physiologie comparee, Bd. 18. — Strasser, lieber die Grundbedingungen der aktiven Loko- motion, Abh. d. JVaturf. Ges. zu Halle XV, 1880. — Haughton, Principles of animal mechanics, 2. ed., London 1S7S. — Marey, Le mouvement, Paris 1873. — Derselbe, Locomotion in d'Ar- sonval's Traite de 2^1iysiqu€ biologiqiie, Paris 1901. Zu 2 a und b : Engehnann, Protoplasma- bewegung und Flimmerbewegung. In Her- manns Handbuch der Physiologie Bd. I, 1879. — Jensen, Protoplasmabewegung. In As her und Spiros Ergebnissen der Physiologie I, iL, 1902. — Weiss, Protoplasmabewegung und Flimmerbetvegung. In Nagels Handbuch der Physiologie Bd. 4, 1909. — Pütter, Flimmer- beivegung. I7i As her und Spiros Ergebnissen der Physiologie II, u, 1903. — Verivom, Allgemeine Physiologie 3. Aufl., 1901. Zu 2cu: Graber, Die Insekten, 3Iilnchen 1877. — F. Reuleaujc, Lehrbuch der Kinematik Bd. 2, 1900. — O. Fischer, Kinematik orga- ' nischer Gelenke 1907. — K. Fiele, Handbuch der Anatomie und Mechanik der Gelenke 1904. — Strasser, Lehrbuch der Muskel- und Gelenk- mechanik, I. Allgemeiner Teil, 1908. — R. du Bois-Reyniond, Spezielle Muskelphysiologie oder Bewegungslehre 1903. Zu 2eß : O. Fischer, Physiologische Mechanik, Enzyklopädie der Mathematischen Wissenschaften, Leipzig 1904, I^^y Windrichtung: Wj und W^ Wirbel . ■ Orte aufsteigender Luftströme. Fig. 5. Beschleunigung \ erzöge- Beschleunigung rung > Richtung und Geschwindigkeit des Windes. A Zone der homogenen Strömung mit mittlerer Ge- schwindigkeit. B Zone der beschleunigten und ver- zögerten Strömung. Bewegung (Tierflug) 1101 wie Figur 5 schematisch zeigt. Diese Zone wird nun zum Schweben von Möve und Albatroß in ausgiebigster Weise benutzt, und außerdem tummebi sich gerade hier die fliegenden Fische. Aus der schwach ent- wickelten Flugmuskulatur derselben ist zu entnehmen, daß sie kaum im Schwirrfluge der sehr viel Ivi'aft verlangt (siehe unten), so weite Strecken durchf hegen können, wie die Beobachtung ergibt (100 bis 200 m). Einen Ruderflug führen sie nicht aus, denn die Flügelflossen scheinen still zu stehen. Andererseits kann der Flug auch kein ein- facher Gleitflug sein, bei dem sich die Fische im Emporschnellen die Geschwindigkeit er- teilen, die sie im Gleitfluge verlieren, denn ihr Sinkverhältnis (s. o.) ist mit 1: 7 sicher schon zu hoch angenommen. Durch das Emporschnellen aus dem Wasser gelangen sie aber in die Zone der beschleunigten und verzögerten Luftströmung und können in ihr eine, oft beträchthche Strecke schweben. Zu erwälmen wären endlich als bevor- zugte Stellen des Schwebens noch bestimmte Stellen, neben und über den Schiffen, die Möve und Albatroß aufsuchen, und an denen sie halbe Stunden lang ohne einen Flügel- schlag verharren können, indem sie mit der Geschwindigkeit des Schiffes gleiten und durch die am Schiffskörper und seinen Auf- bauten nach oben al)gelenkten Luftströ- mungen im Schweben erhalten werden. Das klassische Beispiel langdauernden Schwebe- fluges, das Alexander von H u m - bold und Darwin beobachtet haben, ist das des Kondors über den Andengipfehi, über denen stets bedeutende aufsteigende Luftströme herrschen. Von der Größenordnung der verti- kalen Luftströme, die zum Schweben notwendig sind, kann man sich eine unge- fähre Vorstellung machen, wenn man die Schwebegeschwindigkeit und das Sinkver- hältnis eines Fhegers kennt. Setzen wir letz- teres im Mittel auf 1:8 an, so würde ein Kohlweißhng schon in einem vertikalen Luft- strom von etwa 16 cm/sec schweben können, die Schwalbe würde 73 cm/sec gebrauchen, der Bussard etwa 85 und selbst bei Schwebe- geschwindigkeiten von 10 m/sec, wie sie die Schwebefheger wohl nie überschreiten, würde eine vertikale Strömung von 1,25 m/sec das Schweben, eine stärkere das Emporsteigen ohne Flügelschlag ermög- Hchen. Wir können also zusammenfassend sagen : j die Kraft, die zum Schweben und Kreisen nötig ist, gewinnen die Flugtiere durch die Beschleunigungen, die sie in unregelmäßiger Luftströmung erfalu-en und besonders durch Ausnutzung vertikaler aufsteigender Luft- ströme. 7. Die Flugarbeit. Exakte Bestim- mungen der Größe der Flugarbeit fehlen voll- ständig. Man hat versucht, aus der Bewegung des Flügels, aus dem Wege, den sein Druck- mittelpunkt zurücklegt, die Größe der Se- kundenarbeit zu berechnen, doch geben diese Rechnungen prinzipiell unrichtige Werte, da die Gestaltsveränderung des Flügels beim Schlage, sowie überhaupt alle charak- teristischen Einzelheiten der Flügelbe- wegung in dieser Rechnung keine Berück- sichtigung finden können. Wenn man ohne direkte Messungen sich ein Bild von der Größe der Flugarbeit machen will, so kann man an die Erfah- rungen der Stoffwechselphysiologie an- knüpfen. Die Nalu-ung, deren chemische Energie die Quelle der Muskelkraft ist, wird im Körper oxydiert und liefert dabei 1. die Kräfte, die zur Unterhaltung des Lebens- betriebes nötig sind, wenn keine Arbeit nach außen geleistet wird, im sogenannten,, Grund- umsatz" und 2. die Kräfte, die als äußere Arbeit erscheinen, im sogenannten Leistungs- zuwachs. Die Größe des Grundumsatzes ist für eine Reihe von Vögehi mit hinreichender Genauig- keit bekannt. Wir wissen nun, daß im Leis- tungszuwachs für je 1 mkg Arbeit, das nach außen geleistet wird, eine Energie- menge umgesetzt werden muß, die rund 3 mkg äquivalent ist. Wir wissen ferner aus den Erfahrungen am Säugetier, daß die Größe des Leistungszuwachses zwischen Wer- ten schwankt, die etwa dem Grundumsätze gleich sind (bei kräftiger körperlicher Arbeit), bis zu Werten, die ihn um das Fünffache über- treffen (bei extremsten sportHchen Leis- tungen). Unter der sehr wahrscheinlichen Annahme, daß diese Verhältnisse auch bei Vögeln gelten, können wir danach aus- rechnen, wie groß die Flugarbeit bei mitt- lerer und maximaler Anstrengung sein kann. Für die Taube ergibt sich dabei als Leistung für 1 kg Gewicht unter den ver- schiedenen Bedingungen : 1. Leistungs Zuwachs = dem Grundumsatz: 1 kg leistet 0,38 mkg/sec 2. Leistungszuwachs = dem doppelten Grund- umsatz: 1 kg leistet 0,77 mgk/sec. 3. Leistungszuwachs = dem fünffachen Grund umsazt 1 kg leistet 1,91 mgk/sec. Der letzte Wert würde die maximale Leistung bedeuten, die für längere Zeit (etwa einige Stunden) aufgebracht werden könnte. Diesen Grenzwert kann man nun andererseits aus Arbeitsversuchen mit der Flugmuskulatur bestimmen (Gildemei- ster) und die Tatsache, daß solche Versuche als Grenzleistung für 1 kg Taube etwa 2,0 mkg/sec ergeben, was gut mit den aus dem Stoffwechsel errechneten Werten überein- stimmt, zeigt die Anwendbarkeit der Rech- nunssmethode. 1102 Bewegung (Tierflug) ^ "Wir dürfen ansetzen, daß 1 kg Taube im gewöluilichen Fluge etwa 0,5 mkg/sec leistet, bei maximaler Anstrengung etwa 2,0 mkg/sec. Bei einem Gewicht des Tieres >^von 0,35 kg beträgt die Leistung 0,176 i mkg/sec oder V426 PS. Wichtiger fast als die Kenntnis der absoluten Größe der Flug- arbeit ist diejenige ihrer Abhängigkeit von der absoluten Größe der Tiere. : Die Größe des Stoffwechsels und damit auch jene der Leistungen, die nach außen vollbracht werden können, sind nicht gleich, wenn man sie pro i kg der verschiedenen Tiere berechnet, vielmehr ist nahezu konstant die Umsatzgröße pro Einheit der Ober- fläche der Tiere. Es verbrauchen an Sauerstoff für 1 qm Oberfläche einerseits, für 1 kg Körpergewicht andererseits die verschiedenen Vögel folgende Mengen: Gewicht Sauerstoffverbrauch Tier g pro kg Stunde pro m^ Stunde Sperling . . Taube . . . 22 325 9,592 3,020 25,9 20,0 Ente . . . Gans . . . I 740 2,220 0,750 25,8 18,8 Strauß . . 150 000 0,55 28.1 Kechnet man nun in derselben Weise wie für die Taube die Leistungen pro 1 kg Gewicht aus, so ergibt sich, daß die Leis- tungsfähigkeit mit zunehmender Größe der Flugtiere abnimmt. Die mittlere Leistung (Leistungszuwachs = 1,5 Grundumsatz) be- trägt pro 1 kg Gewicht beim: Kolibri 2,1 mkg/sec Storch 0,32 mkg/sec Schwalbe 1,56 ,, Albatroß 0,19 ,, Taube 0,50 ,, Kondor 0,13 ,, Die Erkenntnis, daß die Leistungsfähig- keit der kleinen Flugtiere pro Einheit des Gewichts, das in der Luft erhalten werden soll, viel größer ist, als jed© der großen, erklärt eine Reihe typischer Unterschiede in der Art des Fliegens bei großen und kleinen FUegern. Den Schwirrflug (s. 0.) können nur kleine Formen ausführen, er erfordert sehr hohe Leistungen pro Ge- wichtseinheit, auch der Finkenflug mit seinen sehr frequenten Schlägen stellt hohe An- forderungen, denen nur kleinere Flieger gerecht werden können. In den auffällig geringen Werten der Leistungsfähigkeit der großen Flieger erkennen wir das Mißver- hältnis zwischen Flugleistung und Leistungs- fähigkeit der Muskulatur, das wir bei Schwebe- fliegern erwarteten (s. 0.), die als Ivraft- quelle in ausgiebigem Maße den Wind be- nutzen, und so mit geringer Muskelan- strengung, die wesentlich beim Auffliegen aufgewendet werden muß, fliegen können. Eine Erklärung des Schwebefluges als Schwirr- oder Zitterflug (s. 0.) erscheint gegenüber dem großen Ki'aftaufwand, den eine solche Flugart erfordern würde, für die großen typischen Schwebefheger völlig ausge- schlossen. Bei den Insekten, deren Leistungen als Schraubentlieger noch höher zu veranschlagen sind als jene der Schwirrvögel (KoMbris), ist in der Tat die Leistungsfähigkeit, aus dem Stoffwechsel berechnet, noch wesentlich größer. Die Biene würde im Mittel etwa 5,5 mkg/sec pro 1 kg Gewicht leisten können, d. h. 2,6 mal so viel wie der Kohbri. Die Flugarbeit ist am geringsten bei hohem Luftdruck, sie wächst umgekehrt pro- portional der Wurzel aus der Dichte der Luft, d. h. wenn wir ihre Größe bei 0° und 760 mm als Einheit ansetzen, beträgt sie in 3000 m Höhe schon 1,2, in 5500 m" 1,42. 8. Die Flugleistungen. Die Geschwin- digkeit des Fluges ist vielfach überschätzt worden. Es ist schwierig, genaue Daten über ihn zu erhalten. Am leichtesten gelang es bei der Brieftaube, für die eine Eigengeschwin- digkeit von etwa 19 m/sec im vollen Fluge anzunehmen ist. Bei einem Brieftauben- Wettfliegen, an dem eine zahme Schwalbe teihiahm, flog letztere dreimal so schnell wie die Tauben, so daß für sie die höchste bisher überhaupt an Flugtieren beobachtete Gesclnvindigkeit von etwa 57 m/sec = 205 km in der Stunde anzunehmen w^äre. Genaue Bestimmungen der Geschwindigkeit des freien Streckenfluges verschiedener Vögel, die von der Vogelw^arte Rositten angestellt Worden sind, haben ergeben, daß die meisten Werte zwischen 13,9 m/sec (Nebelkrähe, Möve) imd 17,1 m/sec (Dohle) hegen, und zwar fhegen kleine Vögel (z. B. Zeisig 15,5 m/sec) nicht wesentlich langsamer als größere (Wanderfalke 16,45 m/sec, Saatkrähe 14,5 m/sec). Besonders langsam flog der Sperber mit 11,5, besonders schnell der Star mit 20,6 m/sec. Die Biene fliegt etwa 10 m/sec, Mai- käfer kommen gegen Wind von etwa 6 bis 8 m/sec (Windstärke 4 der lOteiMgen Skala) kaum mein' vorw^ärts, am langsamsten fliegen — entsprechend ihrer geringen Flächenbe- lastung ■ — die Tagfalter. Auf die Frage, welche Strecken Vögel olme Unterbrechung durchfhegen können, ist eine exakte Antwort kaum möglich, doch sind die Angaben, daß das Blaukehl- chen in einer Nacht ohne Rast von Aegypten bis Helgoland oder der amerikanische Gold- regenpfeifer (Charadrias virginicus) von La- brador bis Südamerika, d. h. etwa 5000 km ohne Unterbrechung fliegen könne, in das Reich der Fabel zu verweisen: der Stoff- bestand und der intensive Grundumsatz dieser relativ kleinen Vögel lassen solche Leis- tungen, selbst bei weitgehender Unterstüt- zung durch günstige Winde, aus Stoffwechsel- Bewegung- (Tierflug) — Bewegungen der Pflanzen 1103 physiologischen Gründen ausgeschlossen er- scheinen. Eine Strecke von etwa 1000 km ist wohl das Höchste, was als Flugleistung olme Unter- brechung, d. h. ohne Nahrungsaufnahme möglich erscheint (bei kleinen Vögeln z. B. Zwergzeisig sogar noch erheblich weniger), und keine gut beglaubigte Beobachtung er- fordert die Annahme größerer Leistungen. Der Wanderflug, auf dem nach älteren An- nahmen so besonders erstaunliche Flug- leistungen vorkommen sollten, geht sogar vielfach recht langsam vor sich. Li das Reich der Fabel gehören auch die Angaben, daß der Wanderflug in großen Höhen von 10 000 bis 15 000 m erfolge: der Wanderflug, wie jeder andere Flug, erfolgt stets unter hall) der untersten Wolkendecke, bezw. wenn die Wolken bis zur Erde reichen, unmittelbar über dem Erdboden. Große relative Höhen werden — wie besonders Beobachtungen im Ballon lehren — nur höchst selten von Vögehi aufgesucht, die schon in wenigen hundert Metern Höhe nur als Ausnahme zur Beobachtung gelangen. Bei der mit der absoluten Höhe zuneh- menden Flugarbeit ist es verständlich, daß nur Schwebefheger, die die Ki-aft von Luft- strömungen ausnutzen, in bedeutende Höhen gelangen wie der Adler oder der Kondor, für welch letzteren als sicher gelten kann, daß er eine Höhe von 7900 m erreicht, eine Höhe, in der der Luftsdruck nur 280 mm Hg. der Sauerstoffdruck nur 56 mm beträgt und die Flugarbeit für den Ruderflug (den aber der Kondor in diesen Höhen auch nicht aus- übt) das 1,64 fache derjenigen in den unteren Luftschichten beträgt. Literatur. Prechtl, Unterstichungen über den Flug der Vögel, Wien I846. — Müllenhoff, Die Größe der Flugflächen. Pflügers Ar eh. Bd. SO 188 4. — Strasser, üeber den Flug der Vögel, Jena 1885. — A. v. Parseval, Die Mechanik des Vogelfluges, Wiesbaden 1889. — O. LUienthal, Der Vogelflug als Grundlage der Fliegekunst, Berlin 1889. — Marey, Le vol des oiseaux, Paris 1890. — W. Winter, Der Vogelflug, München 1894. — -K. Milla, Die Flug- beicegung der Vögel, Wien 1895. — Exnev, lieber das ,, Schweben" der Raubvögel. Pflügers Archiv Bd. 114 (1906) und 117 (1907). — L. PrancUl, Betrachtungen über das Flugproblem. Denkschrift der IIa zu Frankfurt a. 31. Bd. 1 1909. — A. Pütter, Die EntWickelung des Tierfluges. Ebenda Bd. 1 1909. — jK. Wachsmuth, Kincmatogra- phische Aufnahmen eines Tierfltiges. Ebenda Bd. ^ 1909. — M. Gildenieister, Notizen zum Pro- blem des Vogelfluges. Pflüg er s Archiv Bd. ISö 1910. — F. W. Lanchester, Aerodynamik. Ein Gesavitiverk über das Fliegen. Englisch. London Bd. 1 1907, Bd. 2 1908. Deutsch von C. und A. Runge, Leipzig und Berlin. Bd. 1 1909, Bd. S 1911. l. Pütter. j Bewegungen der Pflanzen. l._ Allgemeines. 2. Vitale Bewegungen: a) En- ergetik der vitalen Bewegungen, b) Formen und Mechanismen der vitalen Bewegungen: cc) Be- wegungen einzelliger Pflanzen und Bewegungen des Zellinhaltes: aa) Amöboide Bewegunfr. bb) Plasmastrümang in behäuteten Zellen." cc] Kon- traktile Vakuolen, dd) Bewegung des Zellkerns, ee) Bewegung der Chromate phoren. ff) Bewegung der Desmidiaceen. gg) Bewegung der Diatomeen, hh) Schwimmbew^egungen vermittels Geißeln und Cilien. ß) Bewegungen mehrzelliger Pflanzen: aa) Krümmungen und Torsionen: aa) ^"utations- krümmungen. ßß) Variationsbewegungen, yy) Torsionen, bb) Schleuderbewegungen. 3. Physi- kalische Bewegungen: a) Hygroskopische Be- wegungen, b) Kohäsionsbew'egungen. I. Allgemeines. Es gab eine Zeit, wo man bei der Aufzählung der unterscheidenden Merkmale zwischen Pflanze und Tier die pflanzliche Bewegungslosigkeit der tierischen Beweglichkeit gegenüber mit Nachdruck hervorhob. Diese scharfe Trennung erwies sich in der Folge als unhaltbar und heute wissen wir, daß auch die Pflanzen mannigfaltige Bewe- gungen ausführen. So gibt es eine große Zahl einzelliger, pflanzlicher Organismen, die sich frei vom Ort bewegen, sich im Prinzip verhalten, wie die meisten Tiere. Ich will bloß kurz erinnern an die Volvocineen unter den Algen, an die vielen beweglichen Bak- terien, an das Plasmodium der Myxomyceten und an die Schwärmsporen, die als beweg- liche Zustände vielen sonst nicht freibeweg- lichen Algen und Pilzen eigen sind (vgl. die Artikel ,,Algen" und ,,Pilze"). Den höheren Pflanzen, die mit ihren Wurzeln im Boden fest verankert sind, ist diese freie Ortsbeweglichkeit abhanden ge- kommen. Aber auch diese Pflanzen sind nicht das starre System, das flüchtige Betrachtung aus ihnen zu machen geneigt ist. Die Lage ihrer Organe im Räume ist nicht unver- rückbar fixiert. Durch zahlreiche Unter- suchungen wurde dargetan, daß Wurzel, Stengel, Blatt und Blüte befähigt sind, sich mit Hilfe mannigfacher lü-ümmungen und Drehungen im Räume zu orientieren. Das ist biologisch von Bedeutung, da dadurch die festgewurzelte Pflanze auch ohne Oils- bewegung in eine günstigere, ihr besser zusagende Lage gelangen kann. Auffällig sind diese Bewegungen freilich nicht, da sie, wenn wir von einigen Ausnahmen absehen, recht langsam erfolgen im Vergleich zu tierischen Bewegungen. So braucht bei- spielsweise ein Stengel mehrere Stunden, um sich rechtwinklig zu krümmen, ja sogar mehrere Tage, wenn er dicker ist. Vergleicht man diese Geschwindigkeiten mit der Schnel- ligkeit, womit z. B. unser Arm sich im rechten Winkel krümmen kann, so wird man sich nicht mehr wundern, daß man erst nach und 1104 Bewegungen der Pflanzen nach die Beweglichkeit der festsitzenden Pflanzen richtig erkannt hat. Immerhin gibt es auch hier Ausnahmen. So sind die raschen Senkbewegungen, die die Blätter der Sinnpflanze (Mimosa pu- dica) nach leiser Berührung oder Erschütte- rung ausführen, schon früh aufgefallen und als Ausnahmen bestaunt worden. Sie stehen aber trotzdem, wie später noch gezeigt wird, in keinem prinzipiellen Gegensatz zu den sonstigen pflanzlichen Bewegungen, von denen . viele im Mechanismus mit den Bewegungen der Sinnpflanze übereinstimmen , aber lang- j sanier verlaufen. [ Wenn wir, nach diesen einleitenden Be- merkungen, zur näheren Betrachtung der pflanzlichen Bewegungen übergehen wollen, so müssen wir vor allem zwei große Gnippen unterscheiden. Es gibt Bewegungen, die ohne die Lebenstätigkeit der Pflanze zustande kommen, die nicht bloß an lebenden, sondern in gleicher Weise auch an toten Pflanzen und Pflanzenteilen auftreten und die man deshalb als physikalische Bewegungen be- zeichnet. Ihnen stehen gegenüber die Bewe- gungen, die mit der Lebenstätigkeit der Pflanze untrennbar verknüpft sind, die nicht mehr ausgeführt werden können, sobald die Pflanze tot ist. Diese Bewegungen bezeichnet | man als vitale Bewegungen. j Während die physikalischen Bewegungen vielfach von großer biologischer Bedeutung sind, so bieten sie physiologisch doch ein geringeres Interesse. Wir wollen deshalb im folgenden die dem Organismus wirklich eigentümlichen vitalen Bewegungen zuerst behandeln. 2. Vitale Bewegungen. So verschieden die Formen, die Mechanismen und die ver- anlassenden äußeren Umstände der vitalen Bewegungen sein mögen, so ist doch allen gemeinsam, daß sie, genau wie jede rein physikalische Bewegung nur ausgeführt wer- den können, wenn die nötige Kraft vorhanden ist. So wollen wir denn erst einige allgemeine Bemerkungen über die Energetik voraus- schicken und nachher die Behandlung der verschiedenen Formen und Mechanismen folgen lassen. 2a) Energetik der vitalen Bewe- gungen. Halten wir einen dünnen Draht in horizontaler Lage am einen Ende fest, so senkt sich das freie Ende etwas unter dem Einfluß der Schwerkraft, die danach strebt den Draht nach abwärts zu ziehen. Wenn wir das gleiche Experiment mit einem Pflanzenstengel wiederholen, indem wir z. B. den Topf, worin diePflanze wurzelt, horizontal legen, so senkt sich das freie Ende des Sten- gels vorerst ebenfalls etwas, genau wie der Draht. Bald aber beobachten wir etwas Merkwürdiges. Das freie Ende des Sprosses beginnt sich aufwärts zu krümmen, also sich in einer Richtung zu bewegen, die der Zug- richtung der Schwerkraft nach unten ent- gegengesetzt ist. Diese Krümmung, und damit die Bewegung, kommt erst zum Still- stand, wenn das Sproßende wieder senkrecht steht und mit der Basis des Sprosses einen rechten Winkel bildet. Aus diesem Experiment ist als das Wich- tigste zu entnehmen, daß der Sproß sich aktiv nach aufwärts krümmte und daß er nicht etwa rein passiv gekrümmt wurde durch eine äußere Kraft. Hätte sich der Stengel passiv und nicht aktiv verhalten, so wäre er notwendigerweise durch die Schwer- kraft nach abwärts gekrümmt worden, da eine Aufwärtskrümmung den physikalischen Gesetzen gemäß unmöglich wäre. Analog, wie in unserem Beispiel, ver- hält es sich auch mit allen übrigen vitalen Bewegungen. Sie kommen immer durch aktive Tätigkeit der Pflanze zustande. Die vitalen Bewegungen sind somit Ai'beits- leistungen der lebenden Pflanzen. Es ist nun natürlich von Interesse etwas Näheres über die Größe der pflanzlichen Arbeitsleistungen zu erfahren und man hat versucht die Arbeit, die bei der Ausführung gewisser Krümmungen geleistet wird, zahlen- mäßig festzustellen. Wie man das gemacht hat, sei im folgen- den auseinandergesetzt. Wir wollen von den Verhältnissen aus- gehen, wie sie bei den Stengeln der Grami- neen vorliegen. Diese Stengel haben eine morphologische Eigentümlichkeit, sie sind geknotet. Die Knoten haben eine besondere physiologische Bedeutung, was sehr schön hervortritt, w^enn ein Grashalm horizontal gelegt wird. Dann tritt im oberen Stengelteil ganz normal eine Aufwärtskrümmung ein, die aber nur von bestimmten Zonen, eben den Knoten, ausgeführt wird. Die Stengel- teile, die zwischen den Knoten liegen, die Internodien krümmen sich nicht, sie werden vielmehr durch die Krümmung der Knoten rein passiv hochgehoben. Meistens treten mehrere Knoten in Aktion, wir wollen uns aber der Einfachheit wegen erst einmal vor- stellen, daß die Krümmung bloß durch einen einzigen Knoten ausgeführt werde. In dem Fall können wir den Stengelteil, der sich auf- wärts bewegt, betrachten als einen Hebelarm, dessen eines Ende das freie Sproßende dar- stellt, während sein anderes Ende, um das er drehbar ist, durch den Knoten markiert wird. Dieser Hebelarm hat nun selbstverständlich ein bestimmtes Eigengewicht, und die Arbeits- leistung, die durch die Drehung des Hebel- arms aus der Horizontallage nach oben zu- stande kommt, besteht gerade in der Hebung dieses Eigengewichtes. Um die Arbeits- leistung zahlenmäßig ausdrücken zu können, brauchen wir nun bloß aus dem Eigengewicht Bewee'uii"en der Pflanzen llUÖ das statische Moment zu berechnen, was auf ; folgende Weise leicht geschehen kann. Die Kräfte, die den Hebelarm nach ab- wärts ziehen, sind alle einander parallel, sie kombinieren sich also zu einer Resul- tierenden, die gleich der Summe sämtlicher Einzelkräfte ist. In unserem Fall aber heißt das nichts anderes, als daß die Resultierende gleich ist dem Gesamtgewicht des Hebel- armes. Wie aus der Physik bekannt ist, greift diese Resultierende in einem bestimm- ten Punkt an, der als Schwerpunkt bezeichnet wird und der kurz zu definieren ist als der Punkt, der unterstützt werden muß, um den Körper am Fallen zu hindern. Wir können uns deshalb den pflanzlichen Hebelarm auch so vorstellen, als ob das Gesamtgewicht im Schwerpunkt konzen- triert wäre, woraus sich weiter entnehmen läßt, daß das statische Moment gleich ist dem Produkt aus dem Abstand des Schwer- punktes vom Drehpunkt (also vom Knoten) mal dem Eigengewicht des Hebels. Da die Hebelarme bei verschiedenen Pflanzen sehr verschieden lang sind, hat man, um die ein- zelnen Werte vergleichbar zu machen, die Höhe der Last auf einen Hebelarm von gleicher Länge umgerechnet. Im folgenden seien einige Werte mitgeteilt. Statische Momente für einen Hebelarm von 1 mm Länge. Lupinus albus (Hypokotyl) 32 bis 53 g Cucurbita pepo (Hvpokotvl) 102 bis 345g Tulipa (Blütenstengel) 464' bis 766 g Hyacinthus orientalis (Blütenschaft) 3447 bis 6165 g Zea mais 36015 bis 190650 g Aus diesen Zahlen ist zu ersehen, daß die Arbeitsleistungen der Pflanzen bei Krüm- mungen zum Teil recht hohe sind. Mit noch größerem Respekt aber betrachten wir die Pflanze, wenn wir erfahren, daß die Krüm- mungen vielfach auch dann ausgeführt werden, wenn das Eigengewicht und damit das statische Moment beträchtlich erhöht werden. So wurde z. B. die Krümmung bei Lupinus albus erst gehindert, wemi das statische Moment auf das 6 bis 7 fache erhöht wurde. Aehnlich verhalten sich auch andere Pflanzen, während in manchen Fällen bloß eine 2 bis 3 fache Erhöhung ertragen wurde. iVus alledem geht hervor, daß der Pflanze zur Ausführung ihrer Bewegungen beträcht- liche Energiemengen zur Verfügung stehen müssen, denn ohne Energie natürlich keine Bewegung. Die Quellen dieser Energie müssen, da die Pflanze ihre Bewegung'en aktiv ausführt, in ihr selbst vorhanden sei^i und wir haben uns zu fragen, welches diese Quellen sind. Bei der Beantwortung dieser Frage wird man in erster Linie geneigt sein, an den Handwörterbuch der Naturwissenschaften. Band I, Oxydationsprozeß in der Pflanze, an die Atmung zu denken, in Anlehnung an die Verhältnisse in der Dampfmaschine. Zwei wichtige Vergleichspunkte zwischen der Pflanze und der Dampfmaschine fallen in der Tat sofort auf. In beiden Fällen ist die äußere Arbeitsleistung dieselbe, eine Be- wegung. Dabei ist es im Prinzip gleich- gültig, ob diese Bewegung, wie bei der Pflanze in einer Krümmung besteht, oder ob es sich um eine Ortsbewegung handelt, wie bei der Lokomotive. In beiden Fällen findet andererseits eine Befreiung chemischer Energie durch Oxydation statt, wobei in der Pflanze Kohlehydrate, in der Dampf- maschine Steinkohlen verbrannt werden. Auf die Uebereinstimmung in den zwei soeben erwähnten Punkten gründet sich die da und dort geäußerte Meinung, daß nicht nur in der Dampfmaschine, sondern auch in der Pflanze die Energie, die zur Ausführung der Bewegungen nötig ist, durch den Oxydationsprozeß geliefert werde. Bei näherem Zusehen aber zeigt sich, daß wir diesen Schluß doch nicht so ohne weiteres ziehen dürfen. Freilich, in bezug auf die Dampfmaschine besteht Ja kein Zweifel. Da übersehen wir den Zusammenhang zvv'ischen Oxydation und Bewegung mit aller wünschenswerten Deutlichkeit. Es wird ja die chemische Energie durch die Oxy- dation aktiviert, bleibt aber nicht als che- mische Energie bestehen, sondern wird in Wärme umgewandelt. Die Wärme selbst wird wieder weiter umgesetzt in Dampfspannung, die ihrerseits in Bewegungsenergie übergeht. Diese klare Einsicht in die energetischen Transformationen, wie wir sie für die Dampf- maschine besitzen, fehlt uns für die Pflanze völlig. Ob in der Pflanze überhaupt che- mische Energie in Bewegungsenergie um- gesetzt wird, ist bis jetzt gänzlich unklar. Wir wissen allerdings, daß zahlloseBewegungen ohne Atmung nicht vor sich gehen können. Daraus dürfen wir aber noch nicht den Schluß ziehen, daß auch in der Pflanze, die chemische Energie, sei es nun direkt oder indirekt in mechanische Energie um- gewandelt werde. Die Abhängigkeit mancher Bewegungen von der Atmung beweist bloß, daß die Atmung für diese Bewegungen unerläßliche Bedingung ist, ohne daß wir etwas Näheres darüber aussagen können, worauf diese Unerläßlichkeit beruht. Fassen wir kurz zusammen, so können wir sagen: Es ist möglich, daß in manchen Fällen "in der Pflanze zwischen Oxydation und Bewegung ähnliche Beziehungen herr- schen, wie in der Dampfmaschine, wir haben aber bis jetzt keinerlei Anhaltspunkte, daß dem wirklich so ist. Angesichts dieser negativen Erkenntnis ist es um so interessanter, daß wir bei manchen 70 1106 Bewecruncen der Pflanzen pflanzlichen Bewegungen nachweisen können, daß sie nicht durch chemische, sondern durch eine andere Energieform verursacht werden. Es werden nämlich vielfach Be- wegungen durch osmotische Energie aus- geführt. Das Prinzip dieser Erscheinung wollen wir uns kurz klarmachen. Die Zelle ist ein osmotisches System. Die kleinsten Teilchen der im Zellsaft gelösten Stoffe, wie Zuckerarten, Salze usw. haben , wie das bei allen gelösten Körpern zutrifft, das Bestreben, sich von- einander zu entfernen. Sie wandern deshalb auseinander und treffen schließlich auf das Protoplasma, das wir uns der Einfachheit halber als einen gleichmäßig gebauten Wand- belag vorstellen wollen. Das Plasma selbst ist mit Wasser durchtränkt und auch jenseits des Plasmas ist in der Cellulosehaut Wasser vorhanden. Die Bedingung für das Weiter- wandern der Moleküle des gelösten Körpers ist also gegeben. Trotzdem aber tritt ein Hinauswandern aus der Zelle nicht ein, da das Plasma die Moleküle nicht durch- läßt, sie gewissermaßen wie ein Filter, das in einem Strome ausgespannt ist, zurück- hält. Die Bewegung der Moleküle wird somit gehemmt und infolgedessen drücken sie nun auf die Plasmahaut. Dieser Druck pflanzt sich unmittelbar auf die Cellulose- haut weiter, die dadurch gespannt wird. Die Zelle wird dadurch fest und hart, ähn- lich wie ein Gummiball, in den Wasser eingepreßt wird. In der Zellwand ist also potentielle Energie vorhanden, die aus der Umwandlung der osmotischen Energie ent- standen ist. Wird nun in einer Zelle der osmotische Druck vermindert, so wird die potentielle Energie der Cellulosewand frei und die Folge davon besteht in einer Verkürzung der Wand, wodurch das Volumen der Zelle verkleinert wird. Tritt eine solche Volumeu- verminderung bloß in den Zellen der einen Flanke eines Organes ein, so ist die not- wendige Folge die Krümmung des ganzen Organes nach dieser Seite hin. Umgekehrt kann eine Krümmung ebensogut zustande kommen, wenn der osmotische Druck der Zellen bloß einer Flanke erhöht wird. Dadurch werden die Volumina der Zellen dieser Flanke vergrößert, und es kommt zu einer Krümmung gegen die andere Seite hin. Beispiele für diese Arten von Bewegungen sind im folgenden Abschnitt mitgeteilt. So sehen wir denn, daß es Bewegungen gibt, bei denen die mechanische Energie direkt durch Umwandlung osmotischer Energie entsteht. Man könnte mm denken, daß die osmotische Energie entstünde durch Umwandlung von chemischer Energie, die l)ei der Atmung frei wird, insofern als diese chemische PJnergie bei der Svnthese osmotisch wirksamer Substanzen beteiligt wäre. Dar- über wissen wir aber nichts. Andererseits aber wissen wir, daß eine Mitwirkung der Atmung bei der Erzeugung osmotisch wirk- samer Stoffs vielfach ausgeschlossen ist. Das ist z. B. der Fall, wenn aus der osmotisch unwirksamen Stärke durch enzymatischen Ab- bau ein osmotisch wirksamer Zucker entsteht. Damit kommen wir auf die Eneroie- quelle, von der letzten Endes alle pflanzliche Bewegung abhängt. Die Stärke wurde ge- bildet bei der Assimilation der Kohlensäure und die Energie, die für diesen Prozeß nötig war, lieferte die Sonne. Aber auch da, wo wir den direkten Zusammenhang noch nicht übersehen, können wir sagen, daß alle pflanzliche Bewegungsenergie in letzter Linie nichts anderes ist als trans- formierte Sonnenenergie, denn ohne Sonne ist ein pflanzliches und damit auch ein tierisches Leben auf die Dauer nicht möglich. Von einem klaren Ueberblick über die Uniwandlungsformen, die die Sonnenenergie in der Pflanze durchläuft, ehe sie als mecha- nische Energie wieder zum Vorschein kommt, sind wir aber, wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, noch weit entfernt. Immerhin haben wir soviel gesehen, daß wir unseren Vorstellungen über die energetischen Um- setzungen in der Pflanze nicht ohne weiteres die Verhältnisse in der Dampfmaschine zugrunde legen dürfen. Wenn nun aber auch die Energie vor- handen ist, die zur Ausführung einer Be- wegung nötig ist, so erfolgt die Bewegung doch nur dann, wenn noch eine weitere Bedingung erfüllt ist. Wir haben z. B. gesehen, daß der Sproß der Pflanzen be- trächtlich mehr Energie zur Verfügung hat, als nötig ist um eine Krümmung auszuführen. Trotzdem krümmt sich der Sproß nur unter ganz bestimmten Bedingungen. Solange wir ihn aufrecht stehen lassen, geschieht nichts. Erst dann, wenn ^\ir ihn aus der Senkrechten herausbringen und zur Richtung der Schwerkraft schief stellen, krümmt er sich. Die Schwerkraft spielt also, obgleich sie nicht die Energie liefert, bei der x\uf- wärtskrümmung doch eine Rolle. Sie gibt den äußeren Anstoß zur Bewegung, sie wirkt als Reiz, sie löst die Bewegung aus. Etwas ganz Analoges haben wir bei einer elektrischen Klingel. Die Glocke läutet erst, wenn wir mit dem Finger den Taster hinabdrücken, und den Stromkreis schließen. Das Klingeln aber wird durch die elektrische Energie besorgt, die im Apparat vorhanden ist. Krümmungen werden durch sehr ver- schiedene äußere Faktoren ausgelöst. So ist es z. B. eine bekannte Erscheinung, daß die Stengel und Blätter von Pflanzen, die im Zimmer stehen, sich dem Fenster zuwenden. In diesem Falle wirkt die ver- i BeAvesruno-en der Pflanzen 1107 schieden starke Belichtung entgegengesetzter aa) Amöboide Bewegungen. Für einen Seiten als die Krümmung auslösender Faktor, nackten Protoplasten liegen andere Be- Wieder andere Bewegungen werden ausgelöst wegungsmöglichkeiten vor, als für eine durch Aendenmg der Temperatur. So behäutete Zelle. Das Prinzip, wonach öffnen sich z. B. die Krokus- oder Tulpen- ! nackte Protoplasten sich durch beständige bluten, wenn sie aus einer tieferen Tem- j Veränderung ihrer Form vorwärts bewegen, peratur, in der sie geschlossen sind, in eine wie das bei den tierischen Amöben der höhere versetzt werden. ; Fall ist, ist auch im Pflanzenreich zur x\n- Wenn die genannten Faktoren, Schwer- ■ wendung gekommen. Allerdings spielt kraft, Licht, Wärme auf die Pflanze wirken, i diese Art der amöboiden Bewegung hier und Krümmungen auslösen, so ist damit keine große Rolle. Sie tritt auf bei sehr notwendigerweise eine Energieeinfuhr in den niedrigen pflanzlichen Organismen, bei den Organismus verbunden. Denn es kann z. B. Myxomyceten. Der Vegetationskörper dieser nur das Licht als Reiz wirken, das wirklich Pflanzen, der als Plasmodium bezeichnet in die Pflanze hineingelangt. Die mit dem Reiz einge- führte Energie kommt aber nicht als Bewegungsenergie in Frage, wie wir bereits oben auseinandergesetzt haben und was auch dadurch bestätigt wird, daß in man- chen Fällen ein Energieent- zug als Reiz wirken kann, während die dadurch aus- gelöste Bewegung natürlich nur unter Energieaufwand vor sich gehen kann. Dieser Fall tritt z. B. dann ein, wenn Krokusblüten sich schließen sobald sie in eine tiefere Tem- peratur übergeführt werden. Bei den meisten Be- wegungen ist der Reiz, der sie auslöst, ein äußerer Faktor. Daneben kommen aber auch Bewegungen vor, die ein- treten, ohne daß ein äußerer Anstoß vorhanden ist. In dem Fall haben wir aber gute Gründe, anzunehmen, daß irgendein innerer Faktor oder Vorgang als Reiz wirkt. Wir können deshalb die vitalen Bewegungen nach dem Sitz der auslösenden Kraft, ob innerlich oder Fi^ äußerlich in zwei Gruppen einteilen, die wir unter- scheiden als a) anatonome, durch innere Fak- wird, ist nichts anderes als eine nackte toren ausgelöste, und b) aitionome, durch Protoplasmamasse, die zum Teil recht groß äußere Faktoren ausgelöste Bewegungen, die werden kann. Diese Plasmodien bilden nicht vielfach auch als induzierte oder paratonische eine gleichmäßige Masse, sondern sie Bewegungen bezeichnet werden. bestehen aus dickeren und dünneren Fäden, 2b) Formen und Mechanismen der die reich verzweigt sind und vielfach sich vitalen Bewegungen. Die Bewegungen miteinander netzförmig verbinden (siehe einzelliger Pflanzen unterscheiden sich von Fig. 1). Am Vorderende des Plasmodiums denen mehrzelliger nach Form und Mechanis- sind die dickeren Fäden, die Hauptstämme, mus in so mancher Hinsicht, daß es zweck- besonders reich verzweigt und die Enden mäßig erscheint, die beiden Gruppen getrennt kolbig angeschwollen. Fortwährend werden zu behandeln. • neue Aeste ausgestülpt und schon bestehende a)Bewegungen einzelliger Pflanzen! wieder eingezogen. Dieses fortlaufende Spiel und Bewegungen des Zellinhaltes, des Aus- und Einstülpens bewirkt die Be- 70* Plasmodium von Fuligo varian s auf Fließpapier kriechend. Nach Jos't. 1108 Beweffunffen der Pflanzen weginig der ganzen Plasmamasse auf dem Substiat. Aber auch im Innern des Plasmodiums finden Bewegungen statt. Die Außenschicht der Stränge ist hyalin und völlig ruhend. Anders aber verhält sich das Innere der Stränge. Da ist das Plasma nicht mehr hyalin, sondern gekörnelt und in Strömung begriffen. Dabei geht diese Strömung einige Zeit in einer bestimmten Richtung und schlägt hierauf in die entgegengesetzte Richtung um. Die amöboide Fortbewegung der Plasmo- dien ist recht langsam. Das Plasmodium von Didymium serpula legt in der Sekunde etwa 6 // zurück, währeu d S t e m o n i t i s f u s c a es bloß auf 2,5 jx bringt. Die Bewegungs- energie genügt zur Bewältigung des eigenen Gewichtes. Man kann nämlich Plasmodien auf Fließpapier hochwandern lassen, das auf vertikal stehenden Glasplatten ausgebreitet ist, deren unteres Ende in Wasser steht. Ueber die Mechanik der amöboiden Bewegung wissen wir noch nicht viel Positives. Es sind zwar schon eine ganze Anzahl Theorien aufgestellt worden, doch hat noch keine eine befriedigende Lösung des Problems zu geben vermocht. Wir w^ollen deshalb hier auch nicht in die Einzelheiten dieser Erklärangsversuche eintreten, sondern bloß einige Punkte hervorheben, die für die Beurteilung der Erscheinung in Betracht kommen können. Wichtig ist, daß das Plasma in vielen Fällen eine zähflüssige Masse darstellt und deshalb offenbar den physikalischen Gesetzen der Flüssigkeiten unterworfen ist, daß es sich also verhält wie ein Flüssigkeitstropfen. In solchen Tropfen spielt nun die Oberflächenspannung eine große Rolle. Sie ist es, die einen frei- schwebenden Flüssigkeitstropfen zwingt, Kugelform anzunehmen, da sie danach strebt, die Oberfläche des Tropfens so weit zu verkleinern, als das bei dem gegebenen Volumen möglich ist. Wird die Oberflächen- spannung lokal vermindert, so tritt dadurch eine Störung des Gleichgewichtes im Tropfen ein und die Folge davon ist, daß an der betreffenden Stelle eine Ausbuchtung des Tropfens erfolgt. Setzen wir an die Stelle des Flüssigkeitstropfens einen Protoplasma- tropfen, so können war uns sehr wohl vor- stellen, daß auch hier die Ausstülpung von Aesten durch eine lokale Verminderung der Oberflächenspannung zustande kommt und daß wieder eine Einstülpung erfolgt, wenn in den Ausbuchtungen die Ober- flächenspannung wieder erhöht wird. Adhäriert dabei die Spitze der Ausbuchtung stärker am Substrat als der übrige Tropfen, so muß zugleich die ganze Tropfenmasse nach- gezogen werden. Dabei bliebe aber dann immer noch unerklärt, durch welche Kräfte im Plasma die lokale Herabsetzuno- und Wiedererhöhung der Oberflächenspannung hervorgerufen würde. Die gegebene Er- klärung hat aber noch einen anderen Haken, nämlich den, daß wir das Plasmodium gar nicht ohne weiteres einem Flüssigkeits- tropfen homolog setzen dürfen. Die peri- phere Plasmodiumschicht, die sogenannte Hautschicht, hat eine ansehnliche Kohäsion. Man hat nach Belastungsexperimenten, die mit Plasmodiumsträngen gemacht wurden, das Tragvermögen der Hautschicht auf 300 mg pro qmm berechnet. Wir haben es also in dieser Hautschicht, die bis 0,01 mm dick wird, nicht mit einer Flüssigkeit zu tun und die amöboide Formveränderung kann deshalb nicht durch Aenderung der Oberflächenspannung bewirkt werden. Wir müssen deshalb annehmen, daß der Protoplast andere Mittel, als die Herabsetzung der Ober- flächenspannung anwendet, um in der kon- sistenteren Hautschicht eine Ausstülpung hervorzurufen. Man könnte dabei an lokale Quellungen der Hautschicht denken, oder es wäre auch mit der Möglichkeit zu rechnen, daß dünnflüssiges Plasma von innen hier sich in die Hautschicht eindrängt, um dort dann ebenfalls konsistenter zu werden. Aus diesen kurzen Andeutungen über die Mechanik der amöboiden Bewegung des Plasmodien ist wohl zu ersehen, daß wir von einer wirklichen Einsicht in das Problem noch weit entfernt sind. bb) Plasmabewegung in behäuteten Zellen. Auf amöboide Art können sich die Zellen nicht mehr vom Ort bewegen, wenn sie von einer Cellulosehaut umgeben sind, die ja starr und unveränderlich ist. Im Innern solcher Zellen aber herrscht keine Ruhe, sondern Bewegung. Das Protoplasma ist es, das sich bewegt, gleichgülitg, ob die behäutete Zelle ein selbständiges Einzel- wesen vorstellt, oder ob sie als Glied einer mehrzelligen Pflanze ihre Selbständigkeit mehr oder weniger weitgehend aufgegeben hat. In manchen behäuteten Zellen, wie es z. B. sehr schön in den Zellen der Kürbis- haare oder in den Zellen der Staubfadenhaare von Tradescantia virginica (Fig. 2) zu sehen ist, durchziehen vom wandständigen Protoplasma aus zahlreiche Plasmastränge den Zellraum. Sie sind bald dicker, bald dünner, verzweigen sich vielfach und ver- binden sich ebenso oft netzartig miteinander. Dieses Netz nun ist, solange es lebt, in be- ständiger Veränderung begriffen. An einer Stelle werden Anastomosen gelöst, Stränge werden kleiner, um schließlich ganz zu ver- schwinden. An anderen Orten hingegen werden neue Stränge ausgestüljDt, und neue Anastomosen entstehen. So ist also das ganze jirotoplasmatische Netzwerk in fort- währender Formveränderung begriffen. Da- mit ist die Sache aber noch nicht erschöpft. Bewegungen der Pflanzen 1109 In den Plasmasträngen selbst sind, wie beim Myxomycetenplasmodium Strömungen vor- handen. Die Richtung dieser Strömungen ist eine ganz verschiedene. In den einen Strängen ist die Bewegung des gekörnelten Strangplasmas gegen das Zentrum, in anderen Fig. 2. Zelle aus einem Staubfadenhaar von f^f^i^J^ Tradescantia virginica. Nach Strasburger. Das Protoplasma ist fein punktiert. Der runde Körper in der unteren Zellhälfte ist der Zell- kern. Vom wandstän- digen Protoplasma aus durchziehen dickere und dünnere Plasmastränge den Innenraum der Zelle. gegen die Peripherie der Zelle gerichtet. In dickeren Strängen kommen manchmal nebeneinander mehrere verschieden gerichtete Strombahnen vor. Diese geschilderte Art der Plasmabewegung in behäuteten Zellen unterscheidet sich im Prinzip kaum von der Bewegung der Plasmodien und schließt sich direkt daran an. Man bezeichnet sie als Zirkulation, In manchen Zellen findet sich eine große zentrale Vakuole, die von dem wand- ständigen Protoplasma umgeben wird. In vielen so gebstuten Zellen bewegt sich das Plasma in gleichmäßigem Strom um die Vakuole herum. Besonders schön zeigt sich diese Erscheinung, die als Rotation bezeichnet wird, in Wurzelhaaren von Wasser- pflanzen, in den langen Zellen der Charen, ebenso in den Blättern von E 1 o d e a und V a 1 1 i s n e r i a. Die Hautschicht bleibt, wie es scheint, bei dieser Art Bewegung in Ruhe und es strömen bloß die inneren Protoplasma- schichten, lieber die Mechanik der Plasmaströmungen wissen wir noch viel weniger als über die Mechanik der amöboiden Bewegung der Plasmodien. Es ist zu vermuten, daß Aende- rungen der Oberflächenspannung an der Grenze von Plasma und Zellsaft eine wesent- liche Rolle spielen, doch ist ein entscheidender Beweis dafür noch nicht vorgebracht. An die Protoplasmaströmung wollen wir die Besprechung der Bewegungen der übrigen lebenden Inhaltsbestandteile der Zelle an- schließen. Es kommen hier in Betracht Be- wegungen der Vakuolen, des Zellkerns und der Chromatophoren. cc) Kontraktile Vakuolen. Die Bewegung von Vakuolen besteht darin, daß sie rhythmisch ihr Volumen verkleinern und wieder vergrößern. Solche pulsierende Vakuolen sind bei höheren Pflanzen nicht nachgewiesen, finden sich aber im Plas- modium der Myxomyceten, in den Schwärm- sporen niederer Pilze, wie Saprolegnia und Cystopus, bei den meisten Volvocineen und Flagellaten und in den Schwärmsporen von S t i g e 0 c 1 0 n i u m , U 1 0 1 h r i X u. a. Sehen wir vom Plasmodium ab, wo sie zahlreich sind, so sind die pulsierenden Vakuolen nur in geringer Zahl (1 bis 3) vorhanden. Das Zusammenziehen der Vakuole geschieht ganz plötzlich und damit verschwindet sie in manchen Fällen ganz, um dann aber an der gleichen Stelle wieder zum Vorschein zu kommen. Sie wächst dann wieder bis zu einer gewissen Größe, und klappt dann von neuem plötzlich zusammen. Manche Vakuolen sind nach dem Zusammenklappen nicht ganz verschwunden, sondern haben bloß ihr Volumen beträchtlich vermindert. Ueber die Mechanik der Pulsation lassen sich einige Anhaltspunkte gewinnen. Es ist dabei in Betracht zu ziehen, daß die Vakuole ein osmotisches System vorstellt, dem von außen her der osmotische Druck der Stoffe entgegenwirkt, die im Plasma gelöst sind. Eine Erhöhung des osmotischen Druckes im Plasma muß notwendigerweise das Volumen der Vakuole vermindern. Dadurch ist aber keine zu große Volum- verkleinemng erreichbar, da der osmotische Druck in der Vakuole mit der Volumver- minderung zunehmen muß. Es ist deshalb eher daran zu denken, daß der osmotische Druck in der Vakuole herabgesetzt wird, was durch eine Aenderung der Permeabilität der Vakuolenhaut geschehen kann, wodurch eine Esosmose der Stoffe möglich wird, die in der Vakuole gelöst sind. dd) Bewegungen des Zellkerns. Be- findet sich das Plasma der Zellen in Be- wegung, so werden auch Zellkern und Chro- matophoren rein passiv mitbewegt. In den Zellen von Vallisneria werden beide in be- ständig kreisender Bewegung rings um die Va- kuole herumgeführt, wieSchif f e in einem Strom. Ob der ' pflanzhche Zellkern außerdem die Fähigkeit hat, sich im Plasma aktiv zu bewegen, ist noch sehr wenig geklärt. Immerhin muß zugegeben werden, daß in einzelnen Fällen eine gewisse Wahrschein- liclikeit dafür vorliegt. ee) Bewegung der Chromatophoren. Besser als die Bewegungen des Zellkerns sind die Bewegungen der Chlorophyllkörner bekannt. Unter dem Einfluß des"^ Lichtes führen sie in der Zelle sehr auffällige Be- iiKj Bewecimuen der Pflanzen wegungen und Verlagerungen aus. Im Dunkeln ist ihre Lage in der Zelle eine andere als im Licht (Fig. 3). Die Schnellig- keit, mit der diese Wanderungen ausgeführt werden, ist gering. So legt ein Chlorophyll- Fig. 3. Wechselnde Stellung der Chlorophyll- körner in den Zellen der untergetauchten Wasser- linse (L 6 m n a t r i s u 1 c a) bei verschiedener Be- ($^X leuchtung. T Im diffusen Tageslicht. S Im 'N ^ direkten Sonnenlicht. K Nachts. Die Pfeile ^ zeigen die Richtung des einfallenden Lichtes an. ^V^ korn von Funaria in der Sekunde bloß K\ einen Weg von 0,008 // zurück. Doch kommen '^ ~^' im einzelnen wohl ziemliche Differenzen vor, r\ denn in anderen Fällen ist die Geschwindigkeit % ziemlich größer und beträgt bei Striatella ^ "^' etwa 0,1 // pro Sekunde, was zwar absolut r'^ genommen immer noch recht langsam ist. r • In bezug auf diese Bewegungen wurde, '■" wie beim Zellkern, die Frage diskutiert, ob die Chromatophoren dabei aktiv tätig sind, oder ob das Plasma als Bewegungsorgan anzusprechen sei. A priori ist zuzugeben, daß beide Möglichkeiten vorkommen können. Hält man die Chromatophoren für passiv, so ist zu bemerken, daß für ihre Bewegungen, die unter dem Einfluß des Lichtes erfolgen, nicht die oben geschilderte Zirkulation oder Rotation des Plasmas in Frage kommen kann, denn die Richtung der Wandenmg, die die Chromatophoren auf den Lichtreiz hin aus- führen, fällt nicht notwendig mit der Rich- tung der Zirkulations- und Rotationsströ- mung zusammen, was sich z. B. an der Diatomee Striatellabeobachtenläßt. Man müßte deshalb eher an allmähliche, von Zirkulation und Rotation unabhängige Be- wegungen im Protoplasma denken. In neuerer Zeit wurde aber zu zeigen versucht, daß die Chromatophoren sich aktiv bewegen. Um das Chlorophylkorn hennn befindet sich eine schmale farblose, protoplasmatische Hülle (als Peristromium bezeichnet). Dieses Peristromium soll seinen Umriß in amöboider Weise ändern können, also beliebig Ausstül- pungen entsenden, und wieder einziehen können. Nach dieser Ansicht würden die Chlorophylkörner im Plasma auf der HaAit- schicht dahinkriechen, gleich wie das Plas- modium der Myxomyceten auf dem Substrat kriecht. Zur Stütze dieser Auffassung kann angeführt werden, daß man in gewissen Zellen, wie bei Funaria, etwas dichtere plasmatische Stränge beobachtet hat, die zwischen den einzelnenChlorophyllkörnern ausgespannt sind und da, wo sie an die Körner ansetzen, sich etwas verbreitern. Während der Bewegung der Chromato- phoren verkürzen oder verlängern sich diese Stränge und können sich wohl auch lösen, so daß dadurch die Verbindung zwischen zwei Körnern unterbrochen wird. Diese Stränge können nun natürlich ebensogut Ausstül- pungen der Peristominus sein, als auch lediglich dem Plama angehören. Ob die eine oder andere dieser Ansichten richtig ist, dafür ist bis jetzt noch kein wirklich entscheidender Beweis erbracht worden, wenn auch zuzu- geben ist, daß die Annahme der Alitivität der Chloroplasten vieles für sich hat. Damit haben wir die Besprechung der Bewegungen der Zellinhaltsbestandteile zu Ende geführt und wollen ntin wieder zur freien Ortsbewegung der einzelligen Pflanzen zurückkehren. Als solche Bewegung haben wir bis jetzt die amöboide Bewegung der Plasmodien kennen gelernt. Es wird dabei, wie wir gesehen haben, die Gestalt des Plasmodiums beständig geändert. Die meisten einzelligen Pflanzen bewegen sich aber auf andere Art und zwar so, daß sie ihre Form während der Bewegung nicht ändern. Das ist natürlich selbstverständlich, sobald die Zelle von einer starren Cellulosehaut umgeben ist, doch gibt es auch freie Einzelzellen ohne Cellulosehaut, die sich trotzdem nicht amö- boid bewegen. Unter die Rubrik dieser nicht amöboiden Bewegungen fallen Be- wegungen, die auf sehr verschiedene Ait zustande kommen. ff) Bewegung der Desmidiaceen. Relativ einfach verhalten sich die Desmi- diaceen. Sie schieben sich auf der Unterlage dadurch fort, daß sie an einem Zellende durch Beweffuneen der Pflanzen 1111 besondere Poren der Zellulosewand Schleim absondern. (Fig. 4.) gg) Bewegung der Diatomeen. Wie- der anders verhalten sich die Diatomeen, die sich ebenfalls langsam bewegen, so daß der Weg, den sie in der Sekunde zurücklegen gewöhnlich kleiner als 0,02 mm ist. Gewich- tige Gründe sprechen dafür, daß diese Bewe- gungen durch extrazelluläres Plasma be- wirkt werden. Aus den Polspalten der beiden Schalenseiten des einen Endes der Diatomee tritt Plasma aus und strömt in der Spalte des Raphe nach hinten zum Mittelknoten, wo es durch die dort vorhandenen Poren wieder ins Zellinnere gelangt. Infolge der Eeibung dieser Ströme am umgebenden Wasser, oder am Substrat, wenn ihm die eine Schalenseite gerade aufliegt, wird die Diatomee vorwärtsbewcRt. Die Existenz Fig. 4. Cl 0 s t e r i u m (Desiiiidiacee ) bewegt sich durch Ausscheidung von Schleim an einem Zellende auf der Unterlage vorwärts. Das nicht secernierende Ende ragt frei in das Wasser hinaus. Nach M. Ver wo rn. der Ströme wird deutlich, wenn die Diatomeen in fein verriebene Tusche gebracht werden (Fig. 5). Die Tuschepartikelchen, die dem extrazellulären Plasma anliegen, werden dann durch seine Strönnmg in Bewegung gesetzt. hh) Schwimmbewegung vermittels Geißeln und Cilien. Weit verbreiteter als der Bewegungsmodus von Desmidia- ceen und Diatomeen ist die Schwimmbewe- gung mit Hilfe von Cilien. Mit solchen Bewe- gungsorganen sind versehen viele Flagellaten, Bakterien und Algen (wie z. B. die Volvo- cineen (Fig. 6), ferner die Schwärmsporen der Algen und Pilze (Fig. 7) und die Spermato- zoiden. Die Zahl der Cilien oder Geißeln ist sehr verschieden. Manche Bakterien sind mit zahlreichen Cilien ausgestattet, während die Schwärmsporen in weitaus den meisten Fällen nur zwei besitzen, die nebeneinander inseriert sind. Beim Schwimmen geht das bewimperte Ende meist voraus, doch kommt auch das Gegenteil vor. In der Regel findet während des Schwim- mens eine Drehung des Organismus um seine eigene Achse statt. Daß die Cilien wirklich die Bewegungsorgane sind, läßt sich nach- weisen dadurch, daß die Bewegung aufhört, wenn man dieCilien entfernt, was bei Schwärm- sporen durch kräftiges Schütteln gelingt. Die Mechanik der Cilien ist noch nicht genügend geklärt. Im allgemeinen wird man annehmen können, daß sie sich sehr rasch nach rückwärts und dann wieder langsam nach vorwärts bewegen, so daß der Organismus wie durch Ruderschläge vorwärts bewegt wird. DieabsoluteGeschwindigkeitderSchwimm- bewegung, die natürlich nach den Außen- bedingungen variiert, ist nicht groß. Die <.^ |]'&??K^;^' I' H ^ (Qj .•••■' ^ --.-? Fig. 5. [ Diatomee Pinnularia viridis. Die schwarzen Punkte bedeuten Tuschekörnchen, die durch das extrazelluläre Plasma in Bewegung versetzt werden. Die Pfeile geben die Bewegungs- richtung an. Nach Lauterborn. Fig. 6. P a njd 0 r i n a M 0 r u m , eine bewegliche Alge aus der Familie der Volvocaceae. Jede Zelle mit 2 Geißeln. Nach Pringsheim., 1112 Beweeunffen der Pflanzen Schwärmsporen von Ulva legen in der Se- kunde 0,15 mm zurück und gehören damit zu den schneller beweglichen, während Farn- spermatozoiden es in der Sekunde bloß auf 0,015 bis 0,030 mm bringen. Die vorgeführten Ortsbewegungen der Einzelligen können autonom sein: autonome Fig. 7. S a p r 0 - legnia mixta, ein Pilz aus der Ordnung der Oomy- cetes. Die begeißel- ten Schwärmsporen verlassen eben das Sporangium. Nach Klebs. t lokomotorische Bewegungen, oder sie werden durch äußere Reize ausgelöst: lokomotorische Richtungsbewegungen. Je nach der Art des Reizes unterscheidet man in dem Fall Phototaxis, Therm otaxis, Chemo- taxis usw. ß) Bewegungen mehrzelliger Pflan- zen. In der Regel sind die mehrzelligen Pflanzen festsitzend und können sich nicht frei vom Ort bewegen. Diesem Mangel suchen sie durch verschiedenartige Bewegun- gen ihrer Organe abzuhelfen, denn nicht bloß die einzellige freie, sondern auch die mehr- zellige festgewurzelte Pflanze hat das Be- streben sich dahin zu begeben, wo ihr die äußeren Bedingungen, z. B. Wärme und Licht am besten zusagen. Während aber der freibewegliche Organismus diesem Bestreben durch jederzeitige Aenderung seines Stand- ortes genügen kann, ist der bewurzelte Organismus an seinen Standort gebunden und muß sich damit behelfen seine Organe, wie Sprosse und Blätter, durch Krümmungen und Drehungen in eine möglichst günstige Lage zu bringen oder seinen Fortpflanzungs- produkten durch Abschleudenmg günstigere Keim-undWachstumsbedingungenzuschaffen. Im folgenden wollen wir zuerst die Krüm- mungen und Torsionen, und hierauf die Schleuderbewegungen besprechen. aa) Krümmungen und Torsionen. Eine Krümmung eines pflanzlichen Organes, z. B. eines Stengels, kann nur erfolgen, wenn zwei einander gegenüberliegende Flanken sich verschieden verhalten. Es muß ent- weder die eine Flanke sich verkürzen, oder es muß die andere sich verlängern. Wenn beides gleichzeitig geschieht, so ändert das am Endresultat nichts. Wie kann nun aber die Pflanze die Länge opponierter Flanken ändern, entweder ver- kleinern oder vergrößern? Es stehen ihr zu dem Zwecke zwei Mittel zu Gebote. Eine Veränderung der Flankenlängen kann da- durch bewirkt werden, daß das Längen- wachstum entgegengesetzter Flanken ver- schieden stark ist. Krümmungen, die auf diesem Wege zustande kommen, nennt man Nutationskrümmungen. Das zweite Mittel, dessen sich die Pflanze zur Erzielung von Krümmungen bedient, be- steht in der Aenderung des Turgors oppo- nierter Flanken. Nimmt z. B. der Turgor nur auf der einen Seite ab, so tritt notwen- digerweise eine Krümmung nach dieser Seite hin ein. Ebenso muß natürlich eine Krüni- Fig. 8. Geotropische Ab-' wärtskrümmung einer Keimwurzel von V i c i a F a b a. Nach Sachs. I. Die Wurzel hori- zontal gelegt und in gleichen Abständen mit Tuschestrichen (0, 1, 2, 3, 4, 5) markiert. II. Gleiche Wurzel nach 7 Std. Die Tuschemarken in- folge des Wachs- tums auseinander- gerückt. Die Krüm- mung ist in der wachsenden, hinter der Spitze gelegenen Zone eingetreten. III. Nach 23 Stunden. Krümmung vollendet. mung eintreten, wenn der Turgor auf bloß einer Seite zunimmt, oder wenn er auf der einen Flanke zu-, auf der anderen aber ab- nimmt. Solche Krümmungen, die durch Turgoränderung zustande kommen, heißen Variationskrümmungen. Wir wollen nun etwas näher auf die beiden, soeben hier skizzierten Arten von Krümmungen eingehen. aa) Nutationskrümmungen. Sie sind naturgemäß beschränkt auf wachsende Teile der Pflanze, oder auf solche Teile, die trotzdem sie nicht mehr wachsen, doch wieder zum Wachsen angereizt werden können. Die Krümmungen, die von Wurzeln (Fig. 8) und Sprossen ausgeführt werden, sind Nutations- krümmungen. Sie treten bloß in der wach- senden Region dieser Organe ein. In den Gramineenstengeln ist das Wachstum auf Bcwecunsen der Pflanzen 1113 die Knoten beschränkt, die deshalb allein die Krümmungen ausführen (Fig. 9), während die Internodien gerade bleibend Hierher ge- hören ebenfalls die Oeffnungs- und Schließ- bewegungen von Blüten, wie Tulpe und Krokus und der Kompositenköpfchen (Fig. 10). Für die Mechanik der Nutationskrüm- mungen kommt in Frage, ob das Wachstum der konvex werdenden Flanke gegenüber dem normalen Wachstum des nicht gekrümm- ten Organes beschleunigt ist, oder ob das Wachstum auf der Konkavseite verlangsamt wurde. Als weitere Möglichkeit kommt hinzu, daß das Wachstum auf beiden Seiten be- Fig. 9. Geotropische Krümmung eines Knotens eines Grashalmes. Aus dem ,, Lehrbuch der ' Botanik für Hoch- schulen". 1. Der Halm horizontal gelegt. 2. Der Knoten gekrümmt. Seine Unterseite (u) stark verlängert, seine Ober- seite (o) unverlängert oder etwas verkürzt. schleunigt sein könnte, in dem Fall aber ungleich stark oder es könnte auf der einen Seite beschleunigt, auf der anderen aber ver- langsamt sein. Fig. 10. Blütenköpfchen einer Komposite (Leontodon hastilis). Links infolge Ver- dunklung geschlossenen, rechts nach Belich- tung wiedergeöffnet. Nach Detmer. Vielfach ist die letztgenannte Möglichkeit verwirklicht. Bei Wurzeln, die sich geo- tropisch abwärts krümmten, fandz. B. S ach s in einem bestimmten Fall für die konvexe Seite eine Wachsturasbeschleunigung von 0,7 mm, während das Wachstum der kon- kaven Seite um 1,8 mm verlangsamt wurde. Ob das Wachstum in der Mittellinie der Wurzel zu- oder abgenommen hat, ist noch nicht definitiv entschieden, doch darf man wohl behaupten, nach den bis jetzt vorlie- genden Messungen, daß eine nennenswerte Aenderung der Wachstumsgeschwindigkeit der Mittellinie kaum eintritt. Sprosse, die sich geotropisch aufwärts krümmen, verhalten sich ähnlich. Auf der Konvexseite wird das Wachstum beschleu- nigt, auf der Konkavseite verlangsamt, lieber das Verhalten der jVfittellinie ist man hier besser orientiert, als bei den Wurzeln. Es hat sich herausgestellt, daß ihr Wachstum mehr oder weniger stark vermindert ist. Allerdings scheint es auch Fälle zu geben, in denen das Gegenteil der Fall ist (Hip- puris), und die darauf hinweisen, daß eine Verallgemeinerung der an einem Objekt ge- wonnenen Kesultate nicht ohne weiteres zulässig ist. Es mögen noch einige Zahlen- angaben folgen: Epilobium hirsutum, Zuwachs in mm. Gekrümmter Sproß Aufrechter Kontrollsproß Konkavseite 3,4 5,9 Konvexseite 13,7 5,9 Ailanthus glandulosa, Zuwachs in mm. Gekrümmter Sproß. Aufrechter Kontrollsproß Konkavseite 5,3 9,6 Konvexseite 19,5 12,0 Während in den angeführten Beispielen beide Flanken, sowohl die konvexe wie die konkave, absolut länger wurden, kommt auch der Fall vor, daß nur die konvexe Flanke an absoluter Größe zu-, die konkave aber abnimmt. Das ist der Fall bei den Krümmungen der Ranken (Haptotropis- mus). Hier wurde festgestellt, daß auf der Konvexseite das Wachstum beträchtlich gesteigert wurde, so daß die stündliche Verlängerung bis über 100 "/o betragen kann, I während auf der Konkavseite in der Stunde ' eine absolute Verkürzung von etwa 1% ^i^^" tritt. Dabei ist das Wachstum der Mittellinie beträchtlich gesteigert. Ob die Verkürzung der Konkavseite aktiv eintritt oder als bloße Kompression infolge der Krümmung, ließ sich noch nicht entscheiden. Wir kennen aber einen anderen Fall, in dem die absolute Verkürzung der konkaven Flanke dadurch zustande kommt, daß diese Flanke mit Ge- walt komprimiert wird. Diese Erscheinung findet sich bei den Knoten der Gräser, wo die Kompression der Konkavseite sich schon äußerlich durch ihre Faltung anzeigt. Einige Zahlen mögen das Gesagte belegen. Cinquantino-Mais. Länge der Knoten in mm Ober- Unter- Ober- Unter- seite Seite Seite seite vor d. Krümmung 4,3 4,1 4,0 5,0 nach d. Krümmung 2,5 9,0 3,0 11,0 Veränderung — i,S +4,9 — 1,0 +6,0 In allen Fällen handelt es sich um ein ungleich starkes Wachstum der Zellwände in den entgegengestzten Flanken. Dem- Wachstum der Membranen geht eine Turgor- dehnung voraus. Legt man nämlich Sprosse, in denen die Ivrümmung noch nicht weit über das Anfangsstadium hinaus ist, in plasmo- lysierende Lösungen, so geht die Ivrümmung wieder zurück, erst weiter fortgeschrittene Krümmungen werden durch Plasmolyse nicht 1114 BeAveffunc-en der Pflanzen mehr ausgeglichen. Man hat geglaubt, die anfängliche Turgordehnung käme dadurch zustande, daß der osmotische Dnick auf der Konvexseite zunähme. Doch ist das kaum richtig, denn es hat sich heraus- gestellt, daß der osmotische Druck in manchen Fällen auf der Konkavseite gleichblieb und auf der Konvexseite abnahm. Es bleibt deshalb nichts anderes übrig, als anzunehmen, daß die ungleiche Turgordehnung der oppo- nierten Flanken zusammenhängt mit einer Veränderung derDehnbarkeit der Membranen, so daß die Membranen der Konvexseite dehnbarer werden. Dann muß notwendiger- weise, ohne daß der Turgor erhöht wurde, eine Volum Vergrößerung der Zellen eintreten. Das aber bewirkt dann in diesen Zellen wieder eine Abnahme des osmotischen Druckes, sofern nicht osmotisch wirksame Substanz neu produziert wird, lieber die Ursachen der Veränderung der Dehnbarkeit der Mem- branen sind wir gänzlich im Unklaren, da wir ja auch über die Wachstumsmechanik der Zellhaut nichts Sicheres wissen. Wenn das stärkere Wachstum nicht auf einer Flanke verbleibt, sondern sukzessive auf neue Flanken übergeht und so um das ganze Organ herumwandert, so ist die Folge davon nicht eine einfache Krümmung, son- dern eine kreisende Bewegung, auch Zirkum- nutation oder revolutive Nutation genannt. Bewegungen dieser Art finden wir bei den Ranken, wenn sie sich noch im Jugendstadium befinden und noch keine Stütze gefaßt haben und bei den Schlingpflanzen. ßß) Variationsbewegungen. Bei manchen Pflanzen finden sich an der Basis der Blattstiele, wo sie dem Sproß aufsitzen, rundliche bis längliche Anschwellungen. Auch zwischen Blattlamina und Stiel, ebenso an der Basis der Einzelblättchen gefiederter Blätter sieht man diese Anschwellungen oft, so z. B. bei zahllosen Leguminosen. Sie haben eine besondere Bedeutung, sie sind Bewegungsorgane und heißen deshalb Gelenk- polster (siehe Fig. 11). Diese Gelenkpolster können Krümmungen ausführen und dadurch die Blätter oder Teilblättchen hin- und lier- bewegen. Das kann man z. B. an der Sinn- pflanze (Mimos-aipudica) sehr schön sehen. An der Basis des Blattstieles findet sich hier ein Gelenkpolster. Am Blattstiel selbst sind ebenfalls mit Hilfe von Gelenkpolstern, 2 Paare sekundärer Blattsiele angesetzt, die ihrerseits die Fiederblättchen tragen, ; deren jedes am Grunde mit einem Gelenk- ; polster versehen ist. Nachts tritt im Gelenkpolster an der Basis eine Krümmung nach abwärts ein, so daß das ganz Blatt um 80 bis 100 "gesenkt wird. Die Gelenke am Grunde der Sekundär- blattstiele krümmen sich nach vorwärts, so daß die Sekundärblattstiele parallel mit- einander in der Verlängerung des Haupt- blattstieles zu liegen kommen. Die Gelenke der Blättchen krümmen sich aufwärts, so daß die einander gegenüberstehenden Fieder- blättchen sich mit ihren Oberseiten aufein- anderlegen. Die Pflanze befindet sich nun in der sogenannten Schlafstellung (Fig. 12). In Figur 13 ist die Krümmung der Gelenkpolster bei der Gartenbohne darge- stellt, wo sich die Gelenke der Fiederblatt chen nachts nach abwärts krümmen. Fig. 11. Blatt der Feuerbohne (Phaseolus nuütiflorus) in Nachtstellung, a Gelenkpolster des Blattstieles dd. b c die Gelenkpolster der 3 Fiederblättchen. Nach Sachs. Die Gelenkpolster, die solche Bewegungen ausführen, haben einen charakteristischen anatomischen Bau (siehe Fig. 14 und 15). Die Mitte wird durchzogen von einem Gefäß- bündelstrang, der rings umgeben ist von einem parenchymatischen Gewel)e mit stark dehnbaren Zellwänden, das nach außen durch die Epidermis abgegrenzt wird. Von diesen 3 Teilen des Gelenkes ist bloß das parenchy- matische Gewebe an der Krümmung aktiv beteiligt. Diese Beteiligung besteht darin, daß durch Aenderung des Turgors eine Aen- derung in der Länge der antagonistischen Flanken erzielt wird, was natürlich zu einer Krümmung führen muß. Wenn sich der Hauptblattstiel einer Mimose am Abend senkt, so können a priori verschiedene Mög- lichkeiten vorliegen. Entweder tritt in der oberen Hälfte des Gelenkpolsters eine Zu- nahme des Turgors ein, oder es wird umgekehrt in der unteren Hälfte der Turgor herabgesetzt. Daneben wäre noch eine dritte Möglichkeit zu erwähnen, nämlich die, daß der Turgor Bewemmc-en der Pflanzen 1115 in beiden Hälften zunimmt, aber ungleich rasch. Um zu entscheiden, welche von diesen Möglichkeiten wirklich zutrifft, hat man schon früher versucht, den osmotischen Druck in den antagonistischen Gelenkhälften auf plasmolytischem Wege festzustellen, ohne einen Unterschied finden zu können. Man war, abwärts, andere hingegen, die nur noch die untere Gelenkhälfte besaßen, erhoben sich. Auf Grund dieser Experimente stellt man sich vor, daß nach Verdunkelung eine Erhöhung des Turgors in beiden Gelenk- hälften eintritt, aber in der oberen schneller als in der unteren. Es fragt sich nun, wodurch die Erhöhung Fig. 12. M im 0 saipu di ca. Links Tag-, rftchts Nachtstellung. B Blütenköpfchen. Aus dem , .Lehrbuch der Botanik für Hochschulen." hat deshalb zu anderen Mitteln gegriffen und die Gelenke beobachtet, nachdem die eine Hälfte, einmal die obere, das andere Mal die untere, weggeschnitten war. Wurden so operierte Gelenke verdunkelt, so war das Ergebnis sehr merkwürdig. Beide Gelenk- hälften, sowohl die obere wie die untere reagierten gleich, in beiden trat Expansion ein und infolgedessen bewegten sich Blätter, denen bloß die obere Gelenkhälfte belassen Fig. 14. C Quer- schnitt durch den Blattstiel der Gartenbohne. Die Gefäßbündel, G, G, im Kreise angeordnet, um- geben ein weißes Mark. D Quer- schnitt durch das Gelenkpolster. Die Gefäßbündel in einem einzigen zentralen Strang (G) vereinigt, der von dem die Be- wegung vermit- telnden paren- chymatischen Gewebe c c um- geben wird. Nach Sachs. des Turgors zustande kommt. Entscheidend ist die Frage nicht gelöst. Man wird in erster Linie daran denken, daß osmotisch wirksame Substanz neu produziert wird. Wir haben bis jetzt bloß von der Senkung des primären Blattstieles der Mimose gesprochen, die nach Verdunkelung eintritt. Damit ist aber die Fig. 13. Blattstiel der Gartenbohne, Fieder- Bewegung des Gelenkes nicht erschöpft es blättchen über dem Gelenkpolster abgeschnitten erfolgt vielmehr mi Dunkeln eine rückläufige A Tagesstellung, die Gelenkpolster nach aufwärts Bewegung. Offenbar handelt es sich dabei geki-ümmt. B Nachtstellung, die Gelenkpolster darum, daß der Turgor in der unteren abwärts gekrümmt. Nach Sachs. Gelenkhälfte zu, in der oberen aber abnimmt. 1116 Beweffunffen der Pflanzen Eine Bewegung der Gelenkpolster tritt nicht allein nach Beleuchtungswechsel ein, sondern kann auch durch andere äußere Anstöße hervorgerufen werden. Wird z, B, eine Bohnenpflanze, die in einem Topf gezogen ist, umgekehrt aufgestellt, so daß ihre Spitze nach unten, ihre Wurzel nach oben sieht, so krümmen sich ihre Ge- lenke nach aufwärts, so daß ihre morpho- logische Oberseite konvex, ihre morpholo- gische Unterseite konkav wird. Diese Krüm- mungen gehen wieder zurück, wenn wir die Pflanze wieder normal stellen. Verursacht werden diese Bewegungen durch Turgor- ändeningen in den entgegengesetzten Flanken der Polster und man konnte in diesem Fall die Turgoränderungen plasmolytisch fest- stellen. In der konvex werdenden Flanke wird der osmotische Druck erhöht, in der konkav werden Flanke hingegen erniedrigt. Diese Aenderung des Turgors geht Hand in Hand mit einer Aenderung der Permeabilität der Plasmahaut. In der konvex werdenden Flanke nimmt die Permeabilität ab, in der konkav werdenden zu. Ein Beispiel möge das erläutern. Phaseolus multiflorus. Osmot. Lage der Gelenk- Druck in Permeabili- Pflanze hälfte % Rohr- zucker tätsfaktor normal obere 12,8 0,340 untere 15,7 0,178 umgekehrt obere 15,8 0,240 untere 12,6 0,272 Es gehen somit miteinander parallel Turgorerhöhung und Permeabilitätsabnahme und Turgorabnahme und Permeabilitäts- zunahme, und man könnte deshalb geneigt sein, die Permeabilitätsänderung ohne wei- teres als die Ursache der Turgoränderung zu betrachten. Wenn wir bloß die Turgor- Hi . Fig. 15. Längsschnitt durch ein Gelenk von 1 P h a s e olus vulgaris. Das Gelenkpolster ist schraffiert, der Gefäßbündelstrang dunkler ge- halten. Vergleiche dazu Figur 14. Nach Pfeffer. abnähme im Auge behalten, so dürfte das richtig sein. Denn sobald die Permeabilität erhöht wird, so können gewisse Stoffe weit stärker exosmieren als bisher oder es können eventuell auch Stoffe austreten, die das bis jetzt nicht konnten. Durch diese Exos- mose muß aber der osmotische Druck im Zellinnern vermindert werden. Nicht ganz so einfach liegen die Dinge im umgekehrten Fall, nämlich dann, w^enn die Permeabilität vermindert wird. Dann können allerdings gewisse Stoffe nicht mehr, oder nicht mein: so stark exosmieren, wie bisher und werden deshalb einen erhöhten osmotischen Druck ausüben, denn der osmotische Druck eines Körpers ist um so größer, in je geringerem Maße er durch die Plasmahaut diosmieren kann. Soweit wäre die Sache in Ordnung, Nun ist aber zu bedenken, daß die Stoffe, für die der Durchtritt durch die Plasmahaut nun gesperrt ist, sich nicht nur innerhalb, sondern auch außerhalb der Zellen im Imbi- titionswasser der Zellwände befinden, da sie ja vorher, bei erhöhter Permeabilität hinausdiffundieren konnten. Es steht deshalb dem osmotischen Druck dieser Stoffe im Zellinnern, der osmotische Druck der- selben Stoffe im Imbitionswasser gegenüber, so daß also dadurch ein Teil des Innendruckes annulliert wird. Deshalb kann unmöglich durch eine Verminderung der Permeabilität des Turgor der Zellen erhöht werden. Dazu sind noch andere Prozesse nötig. Man könnte daran denken, daß die exosmierten Stoffe von den Zellen wieder aufgenommen werden oder daß in den Zellen eine Neuproduktion osmotisch wirksamer Substanz eintritt. Wir haben nun noch eine weitere Bewe- gung zu besprechen, die bei manchen Ge- lenken auftritt. Berührt man eine Mimosa, oder erschüttert man die ganze Pflanze leicht, so geht sie in eine Stellung über, die der Schlafstellung ganz ähnlich sieht. Auch leichte Berührung des Polsters, aber bloß der unteren Seite führt zum Ziel. Die Abwärtskrümmung des Gelenkpol- sters des primären Blattstieles kommt in dem Fall dadurch zustande, daß der Turgor in der unteren Gelenkhälfte wesentlich ab- nimmt, während sich die obere Hälfte nicht wesentlich expandiert. Während der Kon- tratation der Unterseite findet ein Austritt von Flüssigkeit in die Interzellularen der unteren Polsterhälfte statt. Diese Flüssigkeit wird von den Zellen wieder aufgenommen, wenn das Blatt sich wieder in seine normale Lage zurückbewegt, was nach einiger Zeit der Fall ist. Wie die Turgorabnahme in der Unterseite zustande kommt ist bis jetzt noch nicht defi- nitiv entschieden. Der Austritt von Flüssig- keit läßt sich sowohl mit einer Verminderung der osmotisch wirksamen Substanz, z. B. durch Kondensation, als auch mit einer Zu- nahme der Permeabilität der Plasmahaut in Einklang bringen. yy) Torsionen sind verbreitet bei Blät- tern. So werden manche Blätter, wenn der Sproß so gedreht wird, daß ihre Unterseite Bewes'ima'en der Pflanzen 1117 nach oben sieht, durch Torsion der Blatt- seite um 180" wieder in die normale Lage gebracht. Aehnlich verhalten sich manche Blüten, und auch Gelenke können Torsionen ausführen. In allen Fällen ist aber der Mecha- nismus der Torsionen noch gänzlich unauf- geklärt. bb) Schleuderbewegungen. Ursache der vitalen Schleuderbewegungen ist der Turgor. Wir können zwei Hauptfälle unter- scheiden. Im einen kommt das folgende Prinzip zur Geltung. Die Zellwand wird durch den zunehmenden osmotischen Dnick immer stärker gespannt, bis sie schließlich an einer bestimmten, vorgebildeten Stelle reißt. In- Fig. 16. As CO bolu s f II r f u r a c e u s. I. Junger Ascus. II. Reifer Ascus. III. Entleerter Ascus. Nach de Bar y. IHM folge der dadurch eintretenden Entspannung verkürzt sich die stark gedehnte Zellhaut plötzlich und übt dadurch einen starken Druck auf denlnhalt aus, der ausgespritzt wird. Dieses Prinzip findet sich realisiert bei gewissen Ascomyceten, wo an der Spitze der Asci eine umschriebene Wandpartie abgesprengt und die Sporen ausgeschleudert werden (Fig. 16). Bei Pilobolus (Fig. 17) liegen die Verhält- nisse etwas komplizierter. Das Sporangium sitzt auf einer oben keulenförmig erweiterten Tragzelle in der der osmotische Druck Fig. 17. Pilobolus. Sche- matischer Längsschnitt, t t Oberes Ende der Tragzelle, r Rißstelle, Sp. Sporangium. Nach de Bary. beträchtlich steigt, bis die Wand schließlich rings unterhalb des Sporangiums reißt. Dadurch wird der Zellinhalt und damit zu- gleich das auf dem Loch sitzende Sporangium weggespritzt. Die zweite Art von Schleuderbewegungen findet sich bei Früchten. In der Wand man- cher Früchte befindet sich ein besonderes Schleudergewebe mit sehr dehnbaren Mem- branen und hohem Turgor. Da das Schwell- gewebe aber im übrigen Gewebeverband steht, so kann sein Ausdehnungsbestreben, das durch den hohen Turgor verursacht wird, nicht befriedigt werden. Sobald aber irgend- wie der Gewebeverband gelöst wird , kann sich das Schwellgewebe frei ausdehnen, wo- durch Krümmungen und Kollungen von Fruchtwandpartien hervorgerufen werden. Diesen Mechanismus finden wir z. B. an- gewendet in den Früchten von Impatiens. Der Fruchtboden hat fünf Fächer, worin die Samen in den zentralen Ecken sitzen. Zur Keifezeit lösen sich die fünf Scheidewände sowohl von der äußeren Wand, wie von den zentralen Ecken, die miteinander verbun- den als zentrale Placenta bestehen bleiben. Zugleich trennt sich die Fruchtwand in fünf Klappen, die miteinander noch im Zu- sammenhang sind, und von denen jede vor ; einem Fruchtfall steht. Berührt man die [ reife Frucht leise, so erfolgt eine Isolierung der fünf Klappen und jede rollt sich rasch von unten nach innen auf, wodurch die Samen weggeschleudert werden. Diese Bewe- gung wird hervorgemfen, durch eine Schwell- schicht, die unter der Epidermis liegt und I in der intakten Frucht stark positiv ge- : spannt ist. 3. Physikalische Bewegungen. Wie wir schon erwähnt haben, sind diese Bewe- gungen nicht an die Lebenstätigkeit der Pflanzen gebunden und treten deshalb so- wohl an toten, wie an lebenden Pflanzen auf. Der Mechanismus der hierher gehörigen Bewegungen ist verschieden. Im einen Fall handelt es sich darum, daß die Zellwände entgegengesetzter Flanken verschieden stark quellbar sind. Das Prinzip des zweiten Mechanismus besteht darin, daß aus toten, wassergefüllten Zellen das Wasser allmählich verdunstet. Dadurch entsteht aber vorläufig noch kein wasserleerer, luftgefüllter Raum in den Zellen, das läßt die Kohäsion des Was- sers und seine Adhäsion an der Membran nicht zu. Die notwendige Folge aber ist, daß bestimmte Membranpartien, die stärker dehnbar sind, in das Zellinnere hineingezogen werden. Befinden sich die dehnbareren Membranpartien bloß auf der einen Seite der Zellen, so wird diese Seite verkürzt und es tritt eine Krümmung ein. Bewegungen, denen der ersterwähnte Mechanismus zu- grunde liegt, heißen hygroskopische Bewegun- gen, während solche, die nach dem zweiten Prinzip ausgeführt werden als Kohäsions- bewegungen bezeichnet werden. Im folgenden wollen wir jede dieser Bewegungsarten durch einige Beispiele noch etwas näher erläutern. 3a) Hygroskopische Bewegungen. Als erstes Beispiel wollen wir die allbekannte Jerichorose, Anastatica hierochuntica anführen. Zur Zeit, wo die Früchte reifen, trocknen die abstehenden Zweige dieser Cruci- fere ein, wobei sie sich auf der Oberseite viel stärker verkürzen, als auf der Unterseite. Das hat zur Folge, daß sich die Zweige sämt- lich nach innen einkrümmen. Legen wir 1118 Bewegungen der Pflanzen % r die Pflanzen in diesen Znstand in Wasser, so krümmen sich die Zweige wieder auswärts. Die Krümmungen sind also hygroskopischer Art und werden nur durch den Holzkörper der Aeste bewirkt. Dieser Holzkörper ist Fig. 18. Hülsen von 0 r o - b u s V e r n u s. An der linken Hülse haben sich die Klappen voneinander gelöst und eine Windebewegung ausgeführt. Nach Kern e r. weitaus zum größten Teil aus Holzfasern auf- gebaut und zwar so, daß er an der Unterseite der Aeste beträchtlich stärker entwickelt ist, als an der Oberfläche. Die Fasern der Unterseite sind stark verholzt, und wenig quellbar. Für die Fasern der Oberseite gilt gerade das Umgekehrte, sie sind nur schwach verholzt, aber stärker quellbar. Die Oberseite verliert deshalb beim Austrocknen mehr Wasser, und verkürzt sich somit stärker als die Unterseite, wodurch eine Einkrümmung des Astes zustande kommt. Eine Krümmung durch Austrocknen tritt auch dann ein, wenn die Quellbarkeit in der Längsrichtung der Zelle anders ist, als in der Qnerrichtung, wobei aber notwendig ist, daß die Längsrichtungen der Zellen an den antagonistischen Flanken sich kreuzen. Ein solcher Mechanismus findet sich in den Kapselklappen von Syringa. Die Krümmung wird bewirkt durch eine Schicht derbwan- diger Zellen, die in der Querrichtung stärker quellbar sind, sich deshalb beim Austrocknen stärker verkürzen als in der Längsrichtung. Die innersten Zellen der Hartschicht sind längs gelagert, während die äußersten quer oder schief angeordnet sind. Beim Aus- trocknen verkürzt sich somit die Außenseite stärker als die Innenseite und die Zähne werden nach auswärts gekrümmt. Nicht nur Krümmungen, sondern auch Windebewegungen werden infolge Austrock- nens ausgeführt. Sehr schön ist das bei den Papilionaceen zu sehen (Fig. 18), deren Hülse sich bei der Reife in zwei Klappen auf- spaltet, die nun korkzieherartige Windungen machen und zwar so, daß die Innenschicht der Klappen in den Windungen nach innen liegen. Unter der inneren Epidermis der Klappen befindet sich eine Hartschicht und diese Schicht ist es, die allein die Krümmung bewerkstelligt. Sie besteht aus langge- streckten Zellen, wovon die zu innerst ge- legenen sehr stark (piellbar sind, die äußer- sten hingegen gar nicht. Alle diese Fasern lie- gen nun nicht parellel zur Längsachse der Klappe, in welchem Fall beim Austrocknen eine einfache Einwärtskrümmung eintreten würde, sondern sie bilden mit der Längsachse einen spitzen Winkel. Die Krümmung tritt deshalb schief zur Klappenachse ein und des- halb wird die Klappe schraubenartig gedreht. Bekannt sind die Windungen der Gran- nen an den Teilfrüchtchen des Reiher- schnabels, Erodium cicutarium (Fig. 19). Die Granne besteht der Hauptsache nach aus Fasern, von denen aber bloß eine Zone für das Winden in Frage kommt. Isoliert /le-^Ji-. eo^- Fig. 19. Teilfrüchtchen von Erodium gru- inum. A in trockenem Zustand, aufgerollt. B im feuchten Zustand, gerade gestreckt. Aus dem ,, Lehrbuch der Botanik usw." man diese Zone und läßt sie austrocknen, so windet sie in gleichem Sinne, wie die intakte Granne. Man kann sogar noch weiter gehen und einzelne Fasern dieser Zone herauslösen und austrocknen lassen. Die so behandelten Fasern winden dann genau gleich wie die ganze Granne. Daraus geht hervor, daß die Ursache des Windens in der Struktur der Membran der einzelnen Grannen gesucht werden muß. Die Membran muß nach ver- schiedenen Richtungen verschieden stark quellbar sein und zwar so, daß die Richtung stärkster Quellbarkeit mit der Längsrichtung der Faser einen spitzen Winkel bildet. 3b) Kohäsionsbewegungen. Auf Kohäsionsmechanismus beruht die Oeff- nungsbewegung der Sporangien der Poly- podiaceen. Diese Sporangien besitzen einen Bewegungen der Pflanzen 1119 Aiinulus, d. h. eine Reihe von Zellen, die von der Basis auf der einen Seite des Sporangiums heraufsteigt und noch stwas über den Scheitel hinübergreift. Die Zellen des Aunulus sind Fig. 20. P 0 1 y p 0 d i a c e e n s p 0 r a n g i u m. a Annulus. st unverdickte Zt-llen, die den Annuhis fortsetzen. 1. Ungeöffnet, 2. geöffnet. Xach Jo st. in äußerst charakteristischer Weise kon- struiert. Ihre Innenwände sind stark ver- dickt, ebenso ihre Seitenwände, wo aber die Verdickungen nach außen allmählich aus- keilen (Fig-'. 20). Sehr davon verschieden sind schließlich nicht mehr Stand halten kann und mit einem Querriß aufreißt. Die Kontraktion der Außenseite des Annulus kann schließlich:^ soweit gehen, daß ''sich ganz nach hinten umbiegt. Schließlich aber wird die Spannung der nach innen gezogenen Außenwände so stark, daß sie die Kohäsion des Wassers über- windet. Die Wassermasse in der Zelle wird Fig. 22. Isolierte Zellen der mechanischen Scliicht der Antherenwand von L i 11 u m c a n - d i d II m. Halbschematisch. A im befeuchte- ten, B im ausgetrockneten Zustand, a Außen- wand, i Innenwand. Nach Steinbäule. ,ejE- e7td Fig. 21. Querschnitt durch eine reife Anthere von Syringa. p die leeren Pollensäcke, ex = die Außensc'hicht der Pollensackwand, eni = die mechanische Schicht, die das Oeffnen der Pollensäcke bewirkt. Nach W et t stein. die Außenwände, die ganz dünn sind. Die Zellen des Annulus sind mit Wasser angefüllt. Wenn sie nun durch Verdunstung Wasser verlieren, so wird der Zusammenhang des Wassers mit _ der Membran nicht gelöst, da die Adhäsion sowohl wie die Kohäsion des Wassers unter den gegebenen Bedingun- gen sehr groß ist. Da aber Wasser aus dem Zellinnern verloren gegangen ist, so wird das Volumen des zurückgebliebenen Wassers kleiner und die Folge davon ist, daß die dünne Außenwand in die Zelle eingezogen wird. Das bewirkt seinerseits eine Verkürzung der Außenseite des Annulus. Dadurch kommt eine Zugwirkung zustande, sie sich auf die dem Annulus gegenüberliegende Seite des Sporanginms weiter pflanzt, die dem Zug durchgerissen, es tritt Luft ein und der Annulus geht mit einem Ruck in seine ur- sprüngliche Lage zurück. Auf ganz ähnliche Weise erfolgt die Oeff- nung der Antherenfächer der Phanerogamen. Die Anthere enthält 4 Pollenfächer, 2 auf jeder Seite. Die Oeffnung geschieht durch einen Längsriß, wobei sich die Wände der Pollenfächer nach außen zurückkrümmen. Diese Bewegung wird verursacht durch die unter der Epidermis liegende sogenannte mechanische Schicht (Fig. 21). Die Zellen dieser Schicht besitzen faserförmige Ver- dickungsleisten, die in der Mitte der Innen- wand ihren Ursprung nehmen und von hier aus, wie Strahlen eines Sternes auf die Seiten- wände übergreifen, ohne die Außenwände 1120 Bewegungen der Pflanzen — Bewegungsorgane der Tiere zu erreichen (siehe Fig. 22). Die zwischen den Strahlen liegenden Teile der Seitenwände sind, wie die Außenwände dünn. Wenn nun diese Zellen Wasser verlieren, so legen sich unter dem Einfluß des Zuges des Füllwassers die dünnen Membranpartien der Seitenwände in Falten. Dadurch wird das Volumen der Zellen vermindert und es entsteht in der mechanischen Schicht eine Zugspannung, die endlich zur Bildung eines Risses führt. Literatur. G. Berthold, Studien über Proto- plasmamechanik. Leipzig 1886. — L, Jost, Vorlesungen über Pflanzenphysiologie, 2. Avfl. — K, Kerstan, lieber den Einflvß des geotropischen und heliotropischen Reizes auf den Turgordruck in den Geiceben. Beiträge zur Biologie der Pflanze, Bd. 9, 1909, S. 163. Auch als Dissertat. Leipzig 1907. — W. W. LepeschUin , Zur Kenntnis des Mechanismus der jihotonastischen Variationsbewegungen und der Einwirkung des Beleiichtungswechsels auf die Plasmamembran. Beihefte z. botan. Zentral- blau, Bd. S4, 1909, S. 308. — Graf H. Lnx- liurg , Untersuchungen über den Wachstums- verlauf bei der geotropischen Bewegung. Jahrb. f. wissenschaftl. Botanik, Bd. 41, 1905, ,S. 399. — P. 3IeischJce, Ueber die Arbeitsleistung der Pflanzen bei der geotropischen Krümmung. Jahrb. f. wiss. Bot., Bd. 33, 1899, S. 837. — W. Pfeffer, Pflanzenphysiologie 1 u. II, 2. Aufl. Leipzig 1897 u. 1904. — Derselbe, Die peri- odischen Beicegungen der Blattorgane. Leipzig 1875. — Derselbe, Druck- und Arbeitsleistung durch wachsende Pflanzen. Abhdlg. d. math.- nat. Klasse d. kl. sächs. Ges. d. Wissenschaften, Bd. 20, 1893, S. 233. — J. Sachs, Längen- wachstum der Ober- und Unterseite horizontal gelegter sich aufwärts krümmender Sprosse. Ar- beiten d. botan. Inst, in Würzburg, Bd. I, 1874, S. 193. — Derselbe, Ueber das Wachstum der Haupt- und, Nebenwurzeln, do. S. 385 u. 584- — G. Senn, Die Gestalts- und Lageveränderung der Pflanzen- Chromatophoren. Leipzig 1908. — Strasburger, Jost, Schenk und Karsten, Lehrbuch der Botanik, 11. Avfl. Jena 1911. — Warming-Johannsen, Lehrbuch der allge- meinen Botanik. Berlin 1909. A. Tröndle. Bewegungsorgane der Tiere. 1. Definition und Verschiedenartigkeit der Bewegungsorgane. 2. Phakogenetische Uebersicht. Pseudopodien. Flimmerhaare. Myoneme. Muskehi. Skeletteile. Extremitäten: a) Gegliederte Extre- mitäten bei Wirbellosen, b) Flossenbildiuigen bei Wirbellosen und Unpaarflossen bei Fischen. c) Paarige Fischflossen. Archipterygium. Penta- dactyle Gliedmaßen und Vogelflügel. 3. Mecha- nik der Bewegungsorgane : a) Allgemeines, b) Amöboide Bewegung. c) Flimmerbewegung. d) Bewegungen durch Muskeln unter Beihilfe nicht muskulöser antagonistischer Einrichtungen bei Wirbellosen, e) Weiterfüluende Bewegungen mit muskulösem Antagonismus. Schlängelnde und undulierende Bewegungen von Körperstamm und Flossen bei Wirbellosen und Wirbeltieren; f) Die Hebelghedmaßen als Bewegungsorgane bei Wirbellosen und Wirbeltieren. 1. Definition und Verschiedenartigkeit der Bewegungsorgane. Als Bewegungs- organe der Tiere sind alle tierischen Organe zu bezeichnen, die eine Bewegung hervor- bringen, ohne Rücksicht darauf, was im Einzelfalle bewegt wird; so sind im Grunde genommen, das Herz oder der kontraktions- fähige Ausfuhrgang einer Drüse Bewegungs- organe für das Blut bezw. das Drüsensekret; die auf der Körperoberfläche sitzenden Ruder- wimpern, mit deren Hilfe sich festsitzende Protozoen und vielfach auch niedere Meta- zoen ihre Nahrung oder ihre Atemluft im Wasser heranstrudeln, sind Bewegungsorgane für das umgebende Wasser; die Ghedmaßen und sonstigen Vorrichtungen, welche eine Ortsveränderung des Tieres vermitteln, sind Bewegungsorgane für den Tierkörper in seiner Ganzheit betrachtet selbst. Es hat sich indes der Brauch entwickelt, daß man unter Bewegungsorganen im allgemeinen nur diejenigen Organe der letztgenannten Art bezeichnet, die dem betreffenden Organismus eine Orts Veränderung gestatten, die also die „Lokomotion" zuwege bringen, die das Tier zum Zwecke des Nahrungserwerbes, zum Aufsuchen geeigneter Lebensbedingungen, zum Zusammenfinden der Geschlechter, zum Ausstreuen der Nachkommenschaft und um Angriffen zu entgehen, notwendig hat und die darum kein Tier, wenigstens auf gewissen Stadien seines Entwickelungsganges, ganz entbehrt. In genauerer Ausdrucksweise sind derartige Bewegungsorgane als lokomoto- rische zu bezeichnen, während für diejenigen Organe, die eine Verlagerung verschiebbarer Medien innerhalb oder außerhalb des Tier- körpers ohne Ortsveränderung des Tier- körpers selbst herbeiführen, eine zusammen- fassende Bezeichnung zurzeit noch fehlt; sie mögen hier transvektorische Bewegungs- organe genannt werden, weil sie bewegbare Massen irgendwelcher Art von einem Ort zu einem anderen überführen (transvehere = überführen). Die Trennung der transvektorischen und der lokomotorischen Bewegungsorgane ist jedoch nicht überall eine scharfe; dieselbe Wimperschnur, die einem festsitzenden Infusor , einer Vorticelle z. B., zum Herbeistrudeln der Nahrung auf trans vektorischem Wege dient, wird zu einem lokomotorischen Bewegungsorgane, sobald die Vorticelle sich von ihrer Anheftung frei macht und nun der Ruderschlag der Wimpern das Infusor wie ein Ruderboot durch das Wasser trägt, während vorher, dem Ruderschlag in Bewegungsorgane der Tiere 1121 einem festgelegten Boote vergleichbar, das gleiche Ruderwerk das Wasser mit seinen Beuteteilchen nach dem festsitzenden Tiere hin strudelte. Man wird sich in solchen Fällen dadurch helfen können , daß man die Hauptfunktion eines Bewegungs- organes bei seiner Zuteilung in eine der beiden Gruppen als ausschlaggebend wählt und die Nebenfunktion durch irgendeinen Zusatz zu erkennen gibt; die spirale Wimperschnur der Vorticelle könnte man dementsprechend als ein transvektorisches Bewegungsorgan mit bedin- gungsweiser lokomotorischer Nebenfuiiktion be- zeichnen, u. dgl. m. Die transvektorischen Be- wegungsorgane treten vorzugsweise in zweierlei Formen auf, erstens als Flimmer- nncl Geißelzellen, die sich zu größeren Epi- thelien zusaninienstellen können und zweitens in Form von muskulösen Hohlsclilüuchen, deren Muskelanordnung eine Kontraktion des Schlauches an bestimmten Stellen unter gleichzeitiger Ausdehnung desselben an an- deren Stellen und hierdurch ein Fortgepreßt- werden der im Schlauchinneren befindlichen, beweghchen Substanz (Blut, Leibeshöhlen- flüssigkeit, Drüsensekrete u. dgl.) von den Zusammenschnürungsstellen nach den Aus- dehnungsstellen zu vermitteln vermag. Viel gestaltungsreicher und wechselnder in ihren Mitteln sind die 1 o k o m o t o - rischen Bewegungsorgane; sie haben mit den transvektorischen Bewegungs- organen zwar das gemeinsam, daß ihre Be- wegungen in erster Instanz durch die Kon- traktilität des Protoplasmas herbeigeführt werden, sie stehen aber stets, was bei jenen nicht immer der Fall ist, mit der äußeren Oberfläche des Tieres in irgendwelcher Be- ziehung und zeigen vor allem mehr oder weniger hochgradige Anpassungen an die Außenmedien, die jjei der Lokomotion über- schritten oder durchwandert werden müssen. So ergibt sich eine große Mannigfaltigkeit, die einerseits sich danach richtet, ob die Tiere im Wasser, auf oder in der Erde oder in der Luft ihre Ortsbewegungen vollzielien, die andererseits aber auch stark durch die Be- wegungsart selbst beeinflußt wird. In letzterer Hinsicht liegen bekanntlich große Verschiedenheiten vor, die einen, wie z. B. Kegenwürmer oder Schlangen kriechen durch gleitende oder schlängelnde Bewegungen, andere, wie Blutegel und Spannerraupen, schreiten schrittweise spannernd, indem sie sich abwechslungsweise vorn und hinten mit Saugnäpfen oder Beinen festhalten, andere schwimmen mit Flossen irgendwelcher Art, wie z. B. manche Mollusken und Fische oder mit Hilfe der Wimpern der äußeren Haut, wie z. B. die Infusorien und Turbellarien oder mit Ruderplättchen, die aus der Verschmel- zung von Wimpern entstanden sind, wie die Ctenophoren oder durch Rückstoß, indem sie Wasser aus Hohlräumen ihres Körpers ruck- Handwörterbuch der Naturwissenscliaften. Band I, weise ausstoßen wie z. B. viele Cephalopoden. Salpen und die Quallen; die Echinodermen besitzen in ihrem Ambulakralgefäßsysteni einen ganz eigenartigen Bew^egungsapparat ; die Arthropoden, Vögel und Säugetiere be- wegen sich laufend, kletternd und springend, Insekten und Vögel fliegen u. dgl. m. Für all diese mannigfaltigen Bewegungen sind mehr oder w^eniger hochentwickelte Be- wegungsorgane vorhanden, deren Ausbau im Einzelfalle außer von den notw^endigen Anpassungserscheinungen in erster Linie von den stammesgeschichtlich (phylogene- tisch) überkommenen Werkzeugen abhängt, welche diesen Anpassungen unterworfen wurden. So ist beispielsweise die Vorderflosse der Wale anders gebaut, wie die Brustflosse der Fische, denn sie ist durch Anpassung aus der pentadactylen Gliedmaße der Land- säugetiere entstanden, während die Fisch- flosse dem pentadactylen Extremitäten- typus, der erst mit dem Landleben in Er- scheinung tritt, noch ganz ferne steht. Zu einem richtigen Verständnis der Bewegungs- organe ist daher ein Ueberblick über die Phylogenie der Organteile, aus w^elchen sich die Bewegungsorgane hervorgebildet und für Spezialfälle modifiziert haben, unerläßhch. 2. Phylogenetische Uebersicht: Pseudo- podien, Flimmerhaare, Myoneme, Muskeln, Skeletteile, Extremitäten. Wie sich er- warten läßt, trifft ]nan die einfachsten Be- wegungsorgane bei Protozoen an. Die nie- dersten Gruppen der Rhizopoden bewegen sich hier nämlich mit Hilfe von P s e u d o - p 0 d i e n ; d. h. mit Hilfe von vor- und zurück- fließenden Hervorragungen der protoplas- matischen Körperoberfläche, die selbst wieder sehr verschiedene Formen annehmen können, indem sie in den verschiedenen LTntergruppen bald lappig ,,lobos", bald fadenförmig ,,filos", bald netzförmig verzweigt, ,.retikulos-% er- scheinen. Während lobose und filose Pseudo- podien auf ihrer Oberfläche hyalin bis gal- lertig und in ihren axialen Partien dünn- flüssiger erscheinen, zeigen die retikulosen Pseudopodien umgekehrt eine dünnflüssigere Rinde, in der kleine Körnchen, die sogenannte „Körnchenströmung" verursachend, sich mit großer gegenseitiger Unabhängigkeit hin und her bewegen, und außerdem eine zähflüssigere Axenpartie, die sich jedoch in der Regel gegen die leichtflüssige Rindenschicht nur wenig scharf absetzt. Das sehr wechselnde Ge- staltungsspiel, das durch das Ausfließen der Pseudopodien an manchen Stellen des Körpers und durch das oft gleichzeitige Ein- ziehen von Pseudopodien an anderen Stellen des Weichkörpers entsteht, bezeichnet man als ,, amöboide Beweghchkeit"; diese ist nicht auf die Rhizopoden beschränkt sondern hat sich auch bei einzelnen Zellgruppen des Metazoenkörpers erhalten. So vermögen die 71 1122 Bewegimgsorgane der Tiere Eizellen der Spongien und Codenteraten amöboide Wanderungen innerhalb der sie bergenden Körpergewebe vorzunehmen; in weitester Verbreitung enthält die Leibes- höhlenflüssigkeit oder das Blut noch irgend- welche Arten von amöboid beweglichen Zellen; weit seltener sind bei niederen Meta- zoen die Darmepithelzellen zu amöboider ^Nahrungsaufnahme durch Pseudopodien- bildung befähigt, und mehr vereinzelt kommen auch sonst noch amöboid veränderhche Zellen im Metazoenkörper vor, wie z. B. als bewegliche Bindegewebszellen oder inner- halb der Fußplatte der Hydra u. dgl. m. Entgegen der im steten Flusse begriffenen Vielgestaltigkeit der Pseudopodien stellen die sogenannten Flimmerhaare konstantere, haarförmige Protoplasmafortsätze der Zell- oberfläche, sozusagen in ihrer Stellung und Längenerstreckung „fixierte" Pseudopodien (zu denen sie auch Uebergänge zeigen) dar, die durch geeignete Hin- und Herkrümmungen als Bewegungsorgane funktionieren. Man bezeichnet diese beweglichen Fhmmerhaare als „Geißeln" oder F 1 a g e 1 1 e n , wenn sie besonders langgestreckt und der Zellober- fläche nur in geringer Zahl, zu eins, zwei oder höchstens sechs, aufgesetzt sind, als Wim- pern oder C i 1 i e n aber dann, wenn sie nur relativ kurz^ntwickelt in großer Zahl die Zelloberfläche oder gewisse Strecken der- selben übersäen; die CiMen ersetzen durch ihre Anzahl, was ihnen an Länge den Fla- gellen gegenüber fehlt, und können außer- dem ihre Wirksamkeit noch weiter steigern oder sonstwie modifizieren, indem sie bündel- weise zu Girren oder reihenweise zu so- genannte n undulierenden Mem- branen verwachsen. Unter den Protozoen bewegen sich die Flagellaten mit Hilfe von Flagellen, die Infusorien aber, die darum auch Ciliaten heißen, mit Cilien. Beiderlei Be- wegung sorgane kommen auch bei gewissen Zellgruppen von Metazoen vor (vgl. weiter unten), wo iie aber nicht immer lokomo- torischen sondern häufiger noch transvek- torischen Aufgaben dienen. Neben der amöboiden Bewegung und dem Kuderspiel der Wimpern findet sich im Bereich der Protozoen auch bereits die, erst bei den Metazoen zur eigentlichen Vor- herrschaft gelangende, Bewegung durch Muskeln, vorbereitet und eingeleitet durch das Auftreten kontraktiler Fäden, die auf bestimmte Keize hin sich zusammen- ziehen und dadurch je nach ihrer Lagerung Krümmungen und sonstige Gestaltverände- rungen des Tieres und hierdurch auch Orts- veränderungen desselben herbeizuführen ver- mögen. Derartige kontraktile Fäden heißen Myoneme oder Myophane oder Myoide. Sie finden sich bei gewissen Flagellaten (Trypanosomen), bei zahlreichen Cihaten und Gregarinen dicht unter der Pellicula, durch- ziehen meistens die Längsdiinensionen des- Körpers, seltener (Gregarinen) sind sie als Eingfaserschicht entwickelt. Bei der größten Ueberzahl der Tiere sind die aus Zellen entstandenen Muskelfasern die Urheber lokomotorischer Bewegungs- erscheinungen. Die Muskelfasern gruppieren sich mit Hilfe von zwischengelagerten und umhüllenden Bindegewebe zu größeren Ge- fügen, die man Muskeln nennt. Li vielen Fällen, z. B. bei den ungeglie- derten Würmern bildet die, flächenartig der Haut angelagerte, Muskulatur einen soge- nannten H a u t m u s k e 1 s c h 1 a u c h , wel- cher gleichzeitig mit der Körperhaut die inneren Organe des Tieres umschließt. Ein solcher Hautmuskelschlauch enthält zumeist zwei oder mehr Schichten, verschieden ge- lagerter Muskelfasern, z. B. eine zu äußerst liegende Schicht von solchen Muskeln, deren Fasern ringsum c^uer zur Längsachse des Tieres verlaufen, und die darum dann äußere Kingmuskelschicht heißt, und eine zweite innere Längsmuskelschicht, deren Fasern unterhalb der äußeren Ringmuskeln längsgerichtet sind, oder das Verhältnis kann sich umkehren, so daß die Längsmuskeln außen der Körperhaut anhegen, die Rjng- muskeln aber weiter innen liegen; auch schiefgerichtete und dorsoventral verlaufende Muskelzüge kommen im Hautmuskelschlauch vor. Die Fähigkeit des Hautmuskelschlauches, die Lagerung seiner Muskeln in sehr mannig- faltiger Weise zu modifizieren, hat im Verein mit der Fähigkeit, auch die Menge der Muskeln nach Bedarf zu steigern oder zu re- duzieren, zur Ausbildung sehr verschieden- artiger Bewegungsorgane an bestimmten Körpeistellen geführt. So wird der Fuß und die Kriechsohle der Mollusken viel reichlicher mit Muskeln beschickt als die übrigen Teile der Körperoberfläche, die z. T. ihre Muskeln ganz zurückbilden; oder die Älantelfalten und die eigentümliche trichterför- mige Fußbildung, welche die Kiemenhöhle der Cephalopoden einschließen, erhalten eine so starke Muskulatur, daß sie das Wasser mit einer zur Fortbewegung des Tieres ausreichenden Gewalt (vgl. weiter unten) aus der Trichteröffnung herauszuschleudern vermögen, während anderen- orts die Körpermuskulatur starke Rückbildung erfährt u. dgl. m. Dadurch, daß die Muskidatur mit der Körperoberfläche mehr oder weniger innig verbunden bleibt, werden auch Körper- fortsätze, welche der Körper etwa sonst noch außer dem schon genannten Fuß der Mollusken zu irgendwelchen Öonderfunktionen auszutreiben vermag, mit Muskeln und manchmal recht erheb- licher selbständiger Beweglichkeit ausgestattet, ' so z. B. die lokomotorisch arbeitenden Am bulakral- füßchen der Echinodermen (cf. weiter unten), : dann die bei Älollusken mehrfach vorkommenden, zum Schwimmen dienenden Flossenanhänge, ' dann die Fühler, die ihre Beweglichkeit zur Ab- Bewe2'imasoi'o-ane clei- Tiere 1123 tastung und, sofern sie Augen tragen, auch zur ' Besichtigung der Umgebung benutzen, und schließ- lich die ,, Tentakel"'. Die Tentakel sind langge- streckte Körperfortsätze von besonderer Beweg- i lichkeit in der Umgebung des Mundes, welche, ähnlich den Fühlern reich mit Sinneswerkzeugen versehen , als Tastorgane oder auch als Organe zum Ergreifen, Festhalten und Ueberwältigen ' der Beute dienen; im letzten Falle werden sie auch als Fangarme bezeichnet. Temporär festge- heftete Formen, wie die Süßwasserhydra, be- nutzen dann wohl auch derartige Fangtentakel nach Stelzenart oder indem sie sich an entferntere Gegenstände mit den Tentakeln anklammern und dann die Fußscheibe nachziehen, um vom Fleck zu kommen ; auch die Oktopoden unter den Cephalopoden gebrauchen ihre Fangarme in ähnlicher Weise. Im übrigen aber bleibt das Tentakelwerk fik eine weitere höhere Ausbildung von Lokomotorien aus unbekannten Gründen ganz steril. Am bedeutiingsvoUsten, d. li. phyloge- netisch am fruchtbarsten, wird die Anord- nung der Muskulatur dann modifiziert, wenn der Körper des Tieres und namentlich auch dessen Körperbedeckung in eine Anzahl gegeneinander mehr oder weniger verschieb- barer, hintereinander hegender Abschnitte, Segmente, zerfällt. Dann wird nämlich auch der Hautmuskelschlauch den Segmenten entsprechend derart unterbrochen, daß sich der Einzelnniskel mit seinem einen Ende in einem bestimmten Segment, mit seinem anderen Ende aber in einem anderen Seg- ment anheftet; der früher einheithche Schlauch wird somit in zahkeiche Muskel- gruppen geschieden, die die Bewegung der einzelnen Segmente gegeneinander zu be- werksteUigen haben. I)ie Lokomotion des Tieres kommt dann durch ein von dem Nerven- system geregeltes Zusammenwirken der Seg- mentmuskulatur zustande. Treten nun auch noch besondere, zur Unterstützung oder zur ausscWießhchen Erzeugung der Bewegung bestimmte Ghedmaßen, Extremitäten, an den Segmenten als seitliche oder ven- tral gerichtete Anhänge des Rumpfes auf, so erhalten diese ihre besondere Muskulatur, die man als Gliedmaßenmuskulatur, der Stamm und Rumpfmuskulatur gegenüber- steht. Bei der Entstehung solcher Extremi- täten spielen äußere (Chitinpanzer der Ar- thropoden) oder innere (Knochengerüst der Vertebraten) Skeletteile, welche den Muskehi als Ansatzpunkte dienen und durch die Kontraktion der Muskulatur einander ge- nähert oder voneinander entfernt werden können, eine die ganze Gliederung und Wir- kungsweise der Extremität beherrschende Rolle; ihnen heften sich die Muskeln als Streckmuskehi, Beugemuskeln, Abziehmus- kehi, Anziehmuskeln usw. mit Hilfe von bindegewebigen Strängen, den Sehnen, in funktionell zweckmäßiger Weise an. Im gleichen Maße, wie mit der fortschreitenden Stammesentwickelung die zur Lokomotion er- forderliche Muskulatur von der Hauptachse des Rumpfes auf die Extremitäten übertritt, und auf diese Weise die Bedingungen zur Ausführung von schwierigeren und vollkommeneren Arten der Lokomotion erhält, verliert im allgemeinen die Segmentierung des Rumpfes die Verschiebbarkeit und Gleichartigkeit seiner Teile mehr und mehr, es werden fester und in verschiedener Weise zu- sammengeschlossene Körperstrecken als Kopf, Hals, Brust, Lendengegend, Schwanz, Abdomen und Postabdomen u. dgl. gebildet oder mit anderen Worten, die vorher ,,homodyname" Rumpfgliederung wird ,,heterodynam", indem einzelne Körperabschnitte in höherem oder ge- ringerem Grade der Beteiligung an der Lokomo- tion entzogen (Kopf, Abdomen der Insekten usw.) und in andere Berufe eingestellt oder in bestimm- ten Berufen st<ärker als in anderen spezialisiert werden (Kopf = Träger der Organe für die Nah- rungsaufnahme und der höheren Sinnesorgane; Abdomen der Insekten = Verwertungsapparat für die Nahrung, Atemapparat u. dgl.). Auch läßt sich im allgemeinen sagen, daß sich der Rumpf um so mehr verkürzt, je mehr die Loko- motion den Extremitäten überantwortet wird. 2a) Gegliederte Extremitäten bei Wirbellosen. Bei den Wirbellosen führen nur die, mit einem festen Außenskelett versehenen, Arthropoden geghederte Ex- tremitäten. Die Grundform dieser Extremi- täten wird allgemein von den Parapodien mariner Polychäten, d. h. von ungeghederten, meist aber zweiästigen an ihren Enden Borsten tragenden Ruderlappenanhängen abgeleitet, die sich zu je einem Paar seitlich an jedem Körpersegment dieser Gliederwürmer finden; diese Anhänge haben durch eine gelenkige Quergliederung den Charakter der Extremi- täten im Bereich der Athropoden angenom- men. Der Zweiästigkeit des Parapodiums entsprechend erscheint die Grundform des Beines der wasserlebigen Crustaceen als gegabelte Ghedmaße, die man als ,, Spaltfuß" oder „Schwimmfuß" bezeichnet; ein un- paarer, aus zwei Ghedern bestehender Stamm spaltet sich distal in einen Innen- und Außen- ast, den sogenannten Schwimmfußast (= Exopodit) und den Gehfußast (= Entopodit), und jedes Körpersegment scheint von Haus aus befähigt, ein derartiges Spaltfußpaar zu tragen, wenn auch niemals alle Segmente von dieser Fähigkeit in gleicher Weise Gebrauch machen und wenn auch oft der ursprüngliche Spaltfußcharakter durch Verlust eines Astes verloren geht, z. B. stets bei den ersten Antennen, oder auch die ursprünghche Funktion der Extremitäten als Bewegungs- organe mit anderen Funktionen kombiniert oder ganz vertauscht wird, ein Geschehnis, dem in der besonderen Bezeichnung der be- treffenden Extremitäten — als Antennen für Sinnesorgauträger (bei Crustaceen stets zwei Paare), als Kiefer und Kieferfüße für Freß- werkzeuge, als „Füße" oder „Pereiopoden"^ 71* 1124 Bewegimgsorgane der Tiere für die lokomotorischen Bewegungsorgane und scliließlich als „Ai'terfüße" oder als „Stummelfüße" (Pedes spurii) oder auch Pleopoden für rückgebildete oder doch un- scheinbar entwickelte Spaltfüße wechselnden Berufes ^), die am hinteren Abschnitte des Kumpfes, am sogenannten Abdomen, auf- gestellt sind — Kechnung getragen wird. Die lokomotorischen Pereipoden sind lang- gestreckt und aus einer relativ großen aber wech- selnden Anzahl gut entwickelter Glieder gebildet, die entweder zai Rudern abgeplattet oder zum Zwecke des Kriechens am Ende mit Ivrallen ausgerüstet sind ; Anzahl, Anordnung und Ausbau der Extremitcäten ist bei den verschiedenen Grup- pen der Crustaceen indessen recht verschieden. Bei den luftlebigen Arthropoden, den Tracheaten, sind die Bewegungsorgane nie Spaltfüße sondern stets einreihig; auch ist stets nur ein Antennenpaar vorhanden. Sehr primitive an die Parapodien der Anneliden durch undeutliche Gliederung und wenig scharfe Absetzung erinnernde Extremitäten tragen die P r o t r a c h e a t e n an sämt- lichen Rumpfsegmenten, sie enden mit Klauen. Auch die M y r i a p o d e n bringen zumeist noch an allen Körpersegmenten Beinpaare zur Ausbildung; an den letzten Körperseg- menten können solche aber auch hier bereits zum Ausfall kommen und überdies ist die Quergelenkung der Beine nunmehr in der Aufeinanderfolge von 6 bis 7 Gliedern, von denen das Endglied als Klaue funktioniert, deutlich ausgeprägt. Innerhalb der Unter- gruppe der Diplopoden tragen die meisten Segmente scheinbar sogar zwei Beinpaare; es handelt sich hierbei aber um sekundär ver- schmolzene Doppelsegmente. Die A r a c h n 0 i d e n haben die Anzahl der Extremitäten tragenden Körpersegmente auf sechs in ihrem Cephalothorax fixiert; von den Extremitäten dienen stets vier Paare als Beine, deren sieben Glieder oft sehr lang und deren Endglieder mit zwei Klauen aus- gerüstet sind. Die Achtzahl der Beine ist darum für die Arachnoideen charakteristisch; die beiden ersten vor den Beinen gelegenen in der Mundgegend aufgestellten Extremi- tätenpaare werden als Kieferfühler (Cheli- ceren) und die dahinter liegenden als Kiefer- taster (Pedi- oder Maxillipalpen) unterschieden und funktionieren als Freßwerkzeuge ; das Abdomen entbehrt eigentlicher Extremi- täten ganz, doch sind die Spinnwarzen der Araneen wahrscheinlich als rudimentäre Bauchextremitäten aufzufassen. Auch bei den I n s e k t e n ist die Anzahl der am Kopf und an der Brust sitzenden Extremitätenpaare ^) Die Pleopoden können als Kiemen oder Iviementräger funktionieren, als Träger der Eier oder zur Ueberführung des Sperma, oder sie unterstützen auch das Schwimmen und Kriechen. genau fixiert und beträgt hier sieben Paare; das Abdomen besitzt beim entwickelten In- sekt keine Extremitäten oder doch nur in den primitiveren Ordnungen Rudimente oder in ihrer phylogenetischen Deutung nicht ganz unstrittige Abkömmhnge von solchen (Styli und Cerci); dagegen kommen bei den Larvenzuständen von SchmetterMngen, Blattwespen und einigen Dipteren fleischige ungegliederte, zum Kriechen benutzte Ab- dominalanhänge vor, die möglicherweise, so- fern sie nicht selbständig, sekundär erwor- bene Gebilde sind, als Abdominalfüße aufzu- fassen sind; man bezeichnet sie auch einer solchen Auffassung entsprechend als After- füße oder Pedes spurii. Von den sieben Ex- tremitätenpaaren fallen vier, als ein Antennen- und drei Freßwerkzeugpaare, dem Kopfe zu, während als lokomotorische Bewegungs- organe drei auf dem Thorax eingelenkte Beinpaare dienen („Hexapoden"). Die Beine selbst haben eine sehr bestimmte Gliederang in kürzere und längere Bestandteile angenommen; sie sind an den drei Thoraxseg- menten zwischen den sternalen und pleuralen Anteilen derselben mit dem häufig kurzen, in eine Art Pfanne eingelenkten Hüftglied (Coxa) be- festigt; auch das zweite, zuweilen jedoch (Ditrocha unter den Hymenopteren) in zwei Unterteile zerfallene Glied, der Schenkelring oder Trochanter, ist gewöhnlich kurz, während die beiden folgen- den Stücke stets langgestreckt sind ; das nächste, also das dritte der Reihe, enthält hauptsäch- lich die Muslculatur, ist darum verdickt und heißt Femur, das vierte ist die schlanke aber sehr feste Tibia. Der fünfte Endabschnitt der Beine setzt sich aus einer Reihe kleiner Glieder zu- sammen, von denen das letzte in der Regel zwei, seltener nur eine Klaue trägt, man faßt sie unter dem Ausdruck ,, Tarsus" zusammen und spricht je nach der Anzahl dieser Tarsalglieder von einem 2-, 3-, 4- oder 5 gliedrigen Tarsus. Die einzelnen Abschnitte der Beine smd meist derart anein- andergelenkt, daß das Hüftglied und der Tro- chanter mit dem Femur einen nach der Dorsal- seite offenen spitzen Winkel bilden, während Femur und Tibia einen spitzen Winkel nach der Ventralseite öffnen, auch der Tarsus pflegt sich mehr oder weniger scharf von dem unteren Ende der Tibia abzuwinkein, d. h. nicht in der gleichen Achse mit der Tibia zu verlaufen. Außer den ventralen Extremitäten be- sitzen die Insekten jedoch noch in ihren zwei Paar dorsalen, am Mesothorax und Meta- thorax eingelenkten ,,F 1 ü g e 1 n", Bewe- gungswerkzeuge, die nur ihnen zukommen, zum Fliegen in der Luft. Diese Flügel fehlen primär nur den Apterygoten, die niemals Flügel besessen zu haben scheinen; sie sind aber in mehreren Fällen sekundär zur Rückbildung gelangt, wie sich daraus entnehmen läßt, daß entweder die nächsten Verwandten (bei Wanzen, Läusen, Blattläusen) noch Flügel tragen, oder daß sogar noch ein Teil der In- dividuen seine Flügel behalten hat {^ der Bewegiuigsorgane der Tiere 1125 Schaben, (J der Frostspanner, Geschlechts- tiere bei Ameisen nnd Termiten). Der Prothorax, der bei recenten Insekten stets flügellos ist, soll bei manchen Archipteren der Steinkohlenformation noch Flügelrudi- mente getragen haben. Diese Flügel werden neuerdings als seitlich abgegliederte Fal- tungendes Notums von Meso- und Metathorax angesehen, während man sie früher (L u b - bock) von umgewandelten Tracheenkiemen- blättchen, wie sie manchen im Wasser leben- den Ephemeridenlarven zukommen, ableiten wollte; sie bestehen aus zwei dicht aufein- anderliegenden Chitinlamellen, die nur inner- halb ihres röhrig aufgetriebenen und meist mehr oder weniger verzweigten Aderwerkes, Ausstülpungen der Leibeshöhle mit Tracheen und Nerven aber keine Muskeln enthalten. Dieses Aderwerk ist durch Verdiclaingen im Chitin besonders dickwandig, tritt darum auch meistens besonders deutlich hervor und hat für die Systematik eine hier nicht zu behandelnde Bedeutung; die Verdickungen des Aderwerkes bewirken eine für das Flugvermögen nichtige, elastische Aussteifung der sonst dünnhäutigen Tind wenig widerstandsfähigen Flügelflächen; denn infolge des Muskelmangels fehlt den Insek- tenflügeln die Fähigkeit, den Flügelschlag und auch die eventuelle Auseinanderfaltung der etwa vorher in der Ruhelage zusammengefalteten Flügel selber mit aktiven Mitteln zu besorgen oder zu unter- stützen ; sie sind vielmehr hierbei allein auf die im Thorax liegenden Muskeln angewiesen, die einzig auf die kompliziert gebauten Ansatzstellen der Flügel, wie auf den Handgriff eines Fächers wirken, also von der Basis aus die Fächer aus- einanderfalten und auch auf- und abschwingen müssen; dazu ist aber die Ad er Versteifung not- wendig, um die basalwirkende lü-aft auf die übrigen Flügelteile zu übertragen. Flügel, die in der Ruhelage auch cjuergefaltet werden, wie bei- spielsweise die Hinterflügel der Käfer, besitzen hierzu eine besondere Einrichtung zwischen der Vorderrandader und der ihr folgenden Diskoidal- ader. Indem sich bei dem Aneinanderlegen der beiden Adern, der zwischen ihnen gelegene Teil der Flügelmembran nach unten faltet, schlägt dieser gleichzeitig infolge einer eigentümlichen hebelartigen Anordnung der distalen Aderteile auch das freie Flügelende cjuer unter den übrigen Flügel automatisch um. Nicht überall bewahren beide Flügelpaare ihre Flugtüchtigkeit; bei den Käfern und manchen Orthopteren werden die Vorderflügel zu perga- mentartig harten Schutzdecken, Elytren, unter denen die Hinterflügel als eigentliche Flugorgane zusammengefaltet werden können; ist nur die Basis _ der Vorderflügel in solcher Weise stark chitinisiert, so nennt man sie ,,Hemiel3tren"' (z. B. bei Heteropteren); bei vielen Insekten fehlt ein Flügelpaar und zwar meist das hintere, z. B. bei allen Dipteren, nur ausnahmsweise (beim o^ der Strepsipteren) das vordere. Zuweilen können die Hinterflügel (bei Lepidopteren und Hymeno- pteren) mit Hilfe von Hakenborsten, die sich am Hinterrand der Vorderflügel anhaken können, mit den Vorderflügeln zu einer orcmeinsam wirk- samen Schlagfläche während des Fluges ver- bunden werden 2b) Flossenbildungen bei Wir- bellosenundUnpaarflossen")bei Fischen. Die lokomotorischen Bewe- gungsorgane der Wirbeltiere treten in ihren niedersten Zuständen im Bereich der primitiven Fischgruppen als Flossen (Pinnae), auf. Darunter versteht man mehr oder weniger lappige oder doch stark abgeplattete Körperanhänge, die infolge von Eigenbewegung oder durch Vergrößerung der wirksamen Schlagflächen des Körpers oder auch nur als sogenannte Stabihsierungsflächen (s. unten) das Schwim- men wasserlebiger Tierformen entweder aus- schließUch bewirken oder aber, sofern der übrige Körper den Hauptanstoß zur Loko- motion beibehält, das Schwimmen in irgend- welcher Weise unterstützen. Flossen treten zwar schon im Bereich der , Wirbellosen, nämlich zunächst bei den Mollusken , auf — die Pteropoden haben seitliche Anhänge i des MoUiiskenfußes, die sogenannten Parapodial- lappen, die in ihren ersten Anfängen bei tekti- branchiaten Upisthobranchiern vorkommen, unter Rückbildung der übrigen Fußteile zu mächtigen Ruderflossen entwickelt, die beim Schwimmen flügelähnlich auf- und abbewegt werden ; bei den Heteropoden entwickelt sich vom Vorderteil des Fußes aus eine senkrechte Flossenplatte, deren wellenförmige Schwingungen die Schwimmbewe- gungen des übrigen Körpers unterstützen; die Cephalopoden entwickeln vielfach seitliche Ruder- falten, die den ganzen Rumpf umziehen oder auf dessen hinterstes Ende beschränkt bleiben — diese Flossen bei Mollusken haben aber keine phylo- genetische Bedeutung fik diejenigen der Wirbel- tiere, sie sind nur ihnen analoge aber nicht homo- loge Bildungen. ]\Iit der Unsicherheit der ge- ' naueren Ableitung der Wirbeltiere von den 1 Wirbellosen fehlt auch jede einigermaßen ge- sicherte Anknüpfung der Wirbeltierflossen an ähnliche Bildungen der Wirbellosen, doch ver- dient immerhin erwähnt zu werden, daß schon im Bereich der Tunikaten der Ruderschwanz der Appendikularien, der in seinem Aufbau (Schwanzganglien rückenmarkähnlich über der i Chorda gelegen) viel Wirbeltierhaftes hat, durch Flossensäume seine Wirksamkeit erhöht; diese sitzen aber seitlich, und könnten deshalb nur für die paarigen Extremitäten eine gewisse, sicher- lich nur sehr fernliegende stammesgeschicht- liche Bedeutung haben. Die primitivsten Wirbeltiergruppen, der Amphioxus und die Cyclostomen, tragen nur unpaare Flossensäume in der Median- ebene des Körpers; die Anlage von un- paaren Extremitäten, die ursprünglich als eine einheitliche Hautfalte hinter dem Kopfe beginnt, als ein Rückenkamm nach dem Schwanz hinläuft, diesen umgreift und bis zur Aftergegend reicht, persistiert im ganzen Bereiche der Fische, sondert sich aber fast stets in drei Teile, nämhch 1. die Rücken- flosse, die selbst wieder in kleinere Flossen 1126 Beweffunffsorft'ane der Tiere zerfallen kann, 2. die Schwanzflosse und 3. ventrale Afterflosse. Da diese unpaaren Bewegungsorgane nur im Wasser dienlich sind, gehen sie schon bei den Amphibien verloren, deren Larven aber meist noch mehr oder weniger einheithche, jedoch im Gegensatz zu den Fischen skelettlose, un- paare Flossensäume tragen. 2c) Paarige Fischflossen, Archip- terygium, pentadactyle Gliedmaßen und V 0 g e 1 f 1 ii g e 1. Fortbildungsfähig, auch für das Landleben, erweisen sich dagegen die paarigen Flossen, die dem Amphioxus und Cyklostomen noch fehlen, sonst aber bei allen Fischen vorkommen und hier als 1. Brust- oder Thoracalflossen und 2. als Abdominal- oder Ventral- flossen unterschieden werden. Während das Brustflossenpaar eine sehr konstante Lagerung dicht hinter dem Kopfe durchhält, verschiebt sich die ursprüngliche Lagerung des Ventralflossenpaares vom hinteren Ende der Leibeshöhle, bei einzelnen Gruppen der Fische sehr erhebhch, beispielsweise bei den Kehlflossern soweit nach vorne, daß sie vor die Brustflossen in der Kehlgegend hinein- rücken; selten werden die Bauchflossen (z. B. bei den Aalen), bei den Muränen aber außer- dem auch die Brustflossen zurückgebildet. Die Befestigung der Fischfbssen an dem Körper und ihre elastische Versteifung wird durch Skelettelemente bewirkt, die, soweit sie im Körper- inneren und in der Basis der Flosse verlaufen, als „Flossenträger", distal hiervon aber bis zum Flossenrande hin als „Flossenstrahlen" bezeichnet werden. Bei Kücken- und Afterflossen sitzen die Flossenträger auf den Dornfortsätzen der Wirbelsäule auf ; bei der Schwanzflosse fügen sich die Flossenstrahlen ohne Vermittelung von Trägern direkt den ventralen und dorsalen Dornfortsätzen des Endes der Wirbelsäule an. Die Trageapparate der paarigen Flossen, der Schultergürtel und der Beckengürtel, sind bogen- förmige paarige Skelettspangen, von denen jede eine Gelenkfläche für die Extremität trägt und durch diese Gelenkfläche in einen dorsalen und ventralen Spangenteil zerlegt wird. Der dorsale SpangenteiJ heißt Schulterblatt oder Scapula für die vordere, Darmbein oder Ileum aber für die hintere Extremität; sie beharren unter zahlreichen Modifikationen in der ganzen Wirbeltierreihe. Der vom Gelenk aus sich abwärts hinziehende, ventrale Spangenteil, der bei den Fischen noch einheitlich zu sein pflegt, gabelt sich bei den tetrapoden Wirbeltieren (von den Ampliibien an aufwärts) unter Beihilfe von Belegknochen in einen vorderen und hinteren Ast; der vordere wird beim Schultergürtel zur Clavicula, der hintere zum Coracoid, von denen jedoch einer oder beide zur Rückbildung kommen können. Die gleiche Spaltung tritt auch an dem ventralen Teil des Beckengürtels auf; er teilt sich bei den Tetrapoden in den Vorderast, das Os pubis, und den Ilinter- ast, das Os iscbii, deren Anwesenheit trotz zahl- reicher Modifikationen abseits der Fische nur bei völligem Fehlen der Extremitäten (Schlangen) vermißt wird. In ihrer Lagerung werden die Extremitäten- gürtel der Fisciie vorwiegend oder ausschließlich durch ]\Iuskeln erhalten ; bei den landbewohnenden Wirbeltieren wird dagegen ein festerer Anschluß an die Wirbelsäule dadurch erreicht, daß beim Schultergürtel sich das Coracoid an das Brust- bein (Sternum) anheftet, welches ja selbst wieder durch Vermittelung der Rippen mit der Wirbel- säule verbunden ist, während die Clavicula sich an einem besonderen, in seiner Bedeutung um- strittenen, dem Brustbein aufgelagerten Ivnochen, dem sogenannten Episternum anstützt, und so gleichfalls eine allerdings oft nur sehr lose, indi- rel " \ ■" Ö OJ \rt -2 '°^ bj; w Cß U -a ö ^ L, .S 5 S a3 •};> o ^^-^ «= r' ^ o p o ^ 'j^ IT^ a +J rt -eq a rt Ä pq oj i; « a -a > ^ I— I 00 CD aj t- a )pL4 :rt a^ O " ^t^-?: a "^ a t» o) 'S 5^ rt 'ö -^ Oi tß „ a '^ -2rrt ._S a OJ ••i r^ rt buW OT a Vo -S^-g a i s S o "S o ^ d cu^|5 rt^' rt a ^^ X rt o; rn ^5-ma.2| ;L£rt^^^«Q ^ -ö =: 'S -s -^ 'S ^ a 05 Ol >- o 1 =jj =- rt d 3.2 ÄS. ^ Ja =« cg 30 Ä rto"| > ^a 1 r^°* -d ^ ü a .Z S N =* _r aj 1150 Bitiimina zwar in sehr beträchtlichen Mengen als Be- gleiter des Erdöls oder in der Nähe von Erdöl- queUen vor. So sind z. B. die heiligen Feuer von Baku, zu denen seit den ältesten Zeiten die Parsen (Feueranbeter) pilgern, Erdgas- quellen, die durch eigenen Druck durch Erd- spalten an die Oberfläche dringen. Der oft ungeheuer große Druck der das Erdöl beglei- Fig. 1. Eruption einer Sonde der angebohrten Petroleumscliicht in Campina (Rumänien). tenden Erdgase bewirkt bisweilen, daß das Erdöl beim Erbolu'en einer unter solchem Gasdruck stehenden Erdschicht mit solcher Heftigkeit an die Oberfläche geschleudert wird, daß Bohrgeräte emporgerissen und die Bohrtürme sein* beschädigt werden (s. Fig. 1). In den Vereinigten Staaten von Amerika, besonders in Pennsylvanien finden sich im Zusammenhang mit Erdöl die größten Vor- kommen von Erdgasen, die schon seit Jahr- zehnten daselbst aufgefangen und technisch verwendet werden. Es gibt allerdings auch Erdgasvorkommen, wie z. B. das neuerdings in Deutschland aus Anlaß von Wasserbohrungen beobachtete von Neuengamnie bei Bergedorf, welche nicht direkt in Zusammenhang mit Erdölvorkom- men gebracht werden können, wenn auch das Gas demjenigen der Erdöigase verwandt zusammengesetzt ist. Auch das vor kurzem bei Horster busch in "Westpreußen beobachtete nur ganz kleine Vorkommen von brennbarem Erdgas in IIV4 mt Bohrtiefe konnte nicht mit Erdölvorkommen in Verbindung gebracht werden. Man nahm hier an, daß es sich um die Verwesungsprodukte eines fetten Kadavers aus der Vorzeit handelte.^) 2. Entstehung. Man faßt das Erdgas im allgemeinen als leichtesten Bestandteil des Erdöls auf und bringt daher seine Entstehung in unmittelbaren Zusammenhang mit der- jenigen des Erdöls, dessen leichtest siedender Bestandteil es ist. Bei denjenigen Erdgas- vorkommen, wo keine unmittelbare Nähe von Erdöl festgestellt werden kann, muß man entweder annehmen, daß es durch Wande- rung über Spalten aus ferneren, der Mutung schwerer zugänglichen Erdölschichten stammt oder durch trockene Destillation verkohlter Pflanzenreste entstanden ist. Es gibt aber auch Erdgase, die nach ihrer Zusammen- setzung und Herkunft anderen Ursprungs sein können. 3. Gewinnung. Das Erdgas wird zur Verwertung für technische Zwecke, z. B. zum Betrieb von Motoren usw. in Gaso- metern aufgefangen und von diesen den je- weihg in Frage kommenden Verwendungs- zwecken durch weitere Rohrleitungen zuge- führt. 4. Produktionsmengen. Die Gas- brunnen geben sein: verschiedene Ausbeuten, z. B. in Oklahoma in den Vereinigten Staaten täglich von einigen cbm bis zu 1/4 Mill. cbm. Im Durchschnitt werden in Oklahoma etwa 50 Mill. cbm Gas täglich gewonnen. Dabei ist zu berücksichtigen, daß dort nur Vs» viel" leicht nur Vio des gesamten Gasvorrates an- gebohrt wird. 5. V e r w e n d u n g. Wie schon erwähnt, wird das Erdgas, da es meistens in der Hauptsache aus brennbarem Methan besteht, als Ersatz für Steinkohlengas zum Betriebe von Motoren auch zu sonstigen Heizzwecken für Fabri- kations- und häusHche Zwecke z, B. auch als Leuchtgas benutzt. Industriell wird es in den Vereinigten Staaten in Zinkschmelzen, Zementfabriken, Ziegeleien usw. als Heiz- stoff benutzt. Auch bei Neuengamme wurde 1) Petroleum VI. Jahrgang 1911, S. 458. Bitumina 1151 das Erdgas, nachdem man die Brände der Gasausbrüche beseitigt hatte, in Gasometern aufgefangen und Heizzwecken zugeführt, aber auch zur Füllung von Luftballons be- nutzt. Erdgas, das genügenden Gehalt an bei ge- wölmlicher Temperatur flüssigen höhermole- kularen Kohlenwasserstoffen mit sich führt, wie dies z. B. bei den mit Erdöl zusammen vorkommenden Gasen der Vereinigten Staaten der Fall ist, wird in neuerer Zeit von der Bessemer Gas Engine Cie. auf Gasoline durch starke Kompression und Abkühlung, die das von hohem Druck plötzlich auf ge- wöhnlichen Druck entspannte Gas selbst herbeiführt, ^) verarbeitet. Die oben genannte Gesellschaft hat bisher etwa 70 Gasolin- Erdgasanlagen gebaut, die über fast alle Oelfelder der Vereinigten Staaten verteilt sind. 6. Chemische Zusammensetzung. Die Hauptbestandteile des Erdgases sind leichte, gesättigte Kohlenwasserstoffe, haupt- sächlich Methan, daneben finden sich oft noch andere gesättigte und ungesättigte Kohlenwasserstoffe, Kohlenoxyd usw. Das im Jalu'elQOQ in der Mitte des siebenbürgischen Tertiärbeckens gefundene Erdgas war nahezu reines Methan, es enthielt 99,25% Methan und 0,75% Stickstoff. Ein Naturgas in Norddakota (Vereinigte Staaten), das 1907 er- bohrt wurde, enthielt 82,7% Methan, 12,4% Stickstoff, 1,2% Kohlenoxyd, 3% Sauer- stoff und 0,2% Aethylene. ab) Rohpetroleum. 1. Vorkommen. Rohpetroleum ist je nach der Herkunft dünn- bis dickflüssig oder, wenn es paraffinreich ist, in der Kälte dünnsalbenartig farblos, gelblich oder bräunlich bi.s tiefschwarz, von bituminösem z. T. unangenehm lauchartigem Geruch. Es besteht in der Hauptsache aus Kohlenwasserstoffen und findet sich im Erd- innern bis zu 1200 m Tiefe z. T. auch ganz nahe der Erdoberfläche in allen Erdteilen. Die ganz zähflüssigen fast teerartigen Vorkommen heißen Bergteer (s. unter c) und bilden den Uebergang zu Asphalt. Das Rohpetroleum findet sich gewöhnlich als Imprägnierung poröser, zelliger oder er- diger Gesteine (Brandschiefer, Oelschiefer, bitumeureicher Kalksteine oder Sandsteme), seltener findet es sich nach früheren Annah- men auch in größeren Ansammlungen inner- halb unterirdischer Hohlräume und Gesteins- klüfte. Beide Arten des Vorkommens sollen für Nordamerika in Betracht kommen, im Bezirke Enniskiller in Canada West, am Oil Cr eck im nördlichen Pennsylvanien nahe der Grenze von Nord-New-York, am Kanowha in Ohio, am Boyd in Kentucki, wo das Petro- ^) Frank P, Petersen, Petroleum, VI. Jahr- gang, S. 2179, 1911. leura sowohl silurische als auch devonische und karbonische Schichten reiclilicli im- prägniert, als auch sich in Spalten und Klüften ansammeln soll und teilweise in künstlich angelegten Brunnen in die Höhe sprudelt, zum Teil zutage gepumpt wird. Eine größere Anliäufung von Petroleum heißt Lagerstätte und zwar primäre, wenn sich in ihr die Bildung des vorgefundenen Petroleums vollzogen hat, sekundäre, wenn das Petroleum an den sekundären Lager ort erst hingewandert ist. Da es als Flüssigkeit allein keine Schicht bilden kann, so bedarf es eines Trägers, z. B. Sand, Sandstein, Schotter, Konglomerat usw. Nach Höfer ist die frühere Annahme, daß die unterirdischen Oelreservoire zum Teil mit Oel gefüllte große Höhlen seien, unrichtig, da man solche beim Bohren mit dem Meißel hätte finden müssen. Die Gestalt der porösen Sedimente, in denen sich das Petroleum findet, ist auch diejenige des Oellagers. Ist die Gestalt des Oellagers plattenförmig und auf größere Entfernung ausgedehnt, so heißt es ,,Flöz", ist es linsenförmig, so heißt es ,, Lager", und bei besonders ausgeprägter Ausdehnung nach einer Richtung heißt es „Lagerschlauch". Vielfach liegen auch mehrere Lager oder Flöze übereinander, wodurch sogenannte Züge entstehen; z. B. liegen in Pechelbronn (Elsaß) sechs Schlauchzonen übereinander. Wenn das Oel in der Lagerstätte viel Gas einschließt, so steht es unter hohem Druck, der beim Erbohren alsdann oft Herausschleu- dern von Gesteinsstücken oder der schweren Bohrgestänge und selbsttätiges längeres Her- vorsprudebi des Petroleums als sogenannte Springquelle verursacht. Solche Spring- quellen finden sich vielfach in Nordamerika, Baku und in Tustanovice in Galizien, wo das Oel in 1100 bis 1200 m Tiefe erbohrt wird. Gasdruck und Schwere sowie die Kapil- larität bewirken, daß das Petroleum auch von primärer Lagerstätte durch Spalten nach sekundären Lagerstätten in porösen Gesteinen oberhalb und unterhalb der pri- mären Lagerstätten wandert. Die sekundäre Lagerstätte kann als „Oelgang" in Spalten oder als „Lager" oder ,,Flöz" m porösen Gesteinen auftreten. Je nach dem Druck der Gase kann das Oel mehr oder weniger hoch, unter Umständen auch bis zur Oberfläche in Spalten getrieben werden und kann sich bei entsprechender Gestaltung der Austritts- steUe als Oelgrube oder Lake zeigen, in denen es in erhöhtem Maße der Verdunstung und Oxydation ausgesetzt ist. 2. Entstehung. Den Ursprung des Erdöls führte man in früheren Jahren auf Einwirkung von Wasserdampf auf glühende Eisenkarbide zurück (sogenannte Emana- tionshypothese von Mendelejeff). Wie 1152 Bitumina im Laboratorium aus kohlehaltigem Eisen durch Einwirkung von verdünnten Mineral- säuren Kohlenwasserstoffe von erdölartiger Beschaffenheit entstellen, so wurde eine älmliche Zersetzung im Erdinnern durch Wasserdampf angenommen. Durch Risse und Spalten sollen die zunächst natürlich in Dampfform gebildeten Kohlenwasserstoffe nach höher gelegenen kälteren Schichten destillieren und sich dort verdichtet haben. Nach ehier anderen später entstandenen sogenannten organischen Hypothese der Erd- ölentstehung wurde angenommen, daß das Erdöl aus Pflanzenresten (CeUulose) durch heiße Zersetzungsprozesse entstanden sei. Die Emanationshypothese erhielt im vorigen Jahrhundert noch eine neue Spielart durch die interessanten Versuche von* Sabatier und Senderens, welche durch gleichzeitige Ein- wirkung von Acetylen und Wasserstoff auf feinverteilte Metalle wie Nickel, Kupfer usw. Kondensationen zu völlig petroleumartigen Kohlenwasserstoffen erzeugten und aus diesen Vorgängen Ausblicke auf ähnliche Petro- leumbildungen in der Natur eröffneten, wobei sie als Ausgangsprodukt für das Acetylen gegeneinander reagierende Karbidlager und Wasser annahmen. Die vorstehend kurz gestreiften Hypo- thesen sind aus geologischen und chemischen Gründen heute fast völlig verlassen und zwar zugunsten der von H. Höfer geologisch begründeten und von C. Eng 1er experimen- tell erhärteten Theorie der Bildung des Erd- öls ausResten der Mikrofauna von Meerwasser- tieren und -Pflanzen (Oelalgen), insbesondere deren bei der Verwesung zurückbleibenden Fettbestandteilen und von Fettresten, die aus der Mikrofauna und Flora von Land- seen (Sapropelvon Po tonie) entstanden sind. Der endgültige Sieg der Engler- Höfer sehen Theorie der Erdölbildung gegen- über der älteren Emanationshypothese wurde dadurch herbeigeführt, daß Tschugajeff neuerdings auf die schon 1835 von Biot beobachtete optische Aktivität des Erdöls hinwies. Da diese nur von Substanzen her- rühren konnte, die aus organisierter Materie stammen, so war eine Entstehung des Erdöls auf vulkanischem Wege ausgeschlossen. Die Entstehung des Erdöls durch p}TO- gene Prozesse aus nicht fettartigen Pflanzen- resten wie CeUulose war nach C. Engler aus chemischen Gründen nicht erklärlich, weil nach genauer Berechnung bei Heraus- nahme des in der CeUulose enthaltenen Sauer- stoffes als Wasser, höchstens Kohle, nicht aber Kohlenwasserstoffe von der Zusammen- setzung des Erdöls zurückbleiben konnten. Nachdem H. Höf er u. a. die geologischen Gründe für die Entstehung des Erdöls aus den Resten ehier marinen Fauna dargelegt hatte, und nachdem insbesondere auf die Versteine- rungen in den Petroleum führenden Schichten, ferner auf die brom- und jodhaltigen Begleit- salzwässer usw. hingewiesen worden war wies Engler am Versuch im Laboratorium nach, daß man aus Fischtran durch Druck- destillation tatsächUch ein voUständig petro- leumartiges Produkt erhalten könne, in dem aUe wesentUchen Bestandteile des natür- Uchen Erdöls festgesteUt werden konnten i). Die schwereren schmierölartigen Anteile der Rohöle sollen nach Englers, durch einleuch- tende Lal)oratoriumsversuche erhärteten An- nahme aus den ursprmigUchen leichteren Zersetzungsprodukten der Fette und Wachse wenigstens teilweise durch Polymerisation entstanden sein. Für Englers und Höfers Annahmen eines marinen Ursprungs des Erdöls spricht der Umstand, daß die primären Lagerstätten immer marine Bildungen sind. Die Eng 1er sehe Theorie hat eine sehr große Zahl von Studien anderer Autoren im Ge- folge gehabt, die sich mit der Natur der Ausgangsmaterialien der Erdölbildung, der Ursachen der optischen Aktivität des Erd- öls und der Veränderungen beschäftigen, welchen das Erdöl in chemischer und physi- kalischer Hinsicht bei seinen Wanderungen im Erdinnern ausgesetzt ist. Diese Studien haben es wahrscheinUch gemacht, daß nicht nur tierische marine Ueberreste, sondern auch die abgestorbene Mikroflora und Mikro- fauna von Binnengewässern, womit Engler auch einverstanden ist, an der Erdölbildung mitgewirkt haben. So hält H. Potonie^) das Petroleum für ein DestiUationsprodukt des bituminierten Faulschlammes (Sapropel), eines zoophyto- genen aus dem Plankton unbewegter Ge- wässer durch Fäulnis entstandenen orga- nischen Gesteins, von Engler neuerdings^) Anabitumen bezeichnet, das reich an Wachs und Harzresten ist. Je nachdem durch die anorganischen Skelette der in den Schlamm gehenden Organismen oder andere Einflüsse, z. B. Wind, anorganische Stoffe wie Sand, Kalk oder Ton in den Sapropel kommen, ent- stehen Diatomeenpelite, Sapropelkalke, Sapro- peltone. Durch Verdunstung des Wassers wird der Faulschlamm gaUertartig (Sapro- koU) und bildet alsdann elastische zähe Gesteine von schieferiger Struktur, die schUeßUch unter Abgabe von Sauerstoff in Bitumen, von Engler jetzt*) je nach dem 1) Ber. d. ehem. Ges., Bd. 21 S. 1816 (1888), Bd. 22 S.592 (1889), Bd. 26 S. 1440 (1893), Bd. 30 S. 2358 (1897). 2) Vgl. hierzu Monke und Beyschlag, Ueber das Vorkommen des Erdöls, Ztschr. für praktische Geologie 1905, 13 und H. Potonie, Die Entstehung der Steinkohle und der Kausto- biolithe überhaupt, 1910, 5. Aufl. 3) Petroleum. VII, S. 400 (1912). *) Ebenda. Bitumina 1153 Alter und Zersetzungsgrad Poly- oder Kata- j biturnen bezeichnet, übergehen. Letzteres soll die Muttersubstanz des Petroleums sein, das Engler jetzt Ecgnobituraen nennt. G. Krämer hält nach Untersuchungen des Wachsgehaltes in dem ausgetrockneten Schlamm eines norddeutschen Binnensees, das sich in diesem Schlamme in großen Mengen findende Algenwachs für das Roh- material der Erdölbildung, da ebenso wie Fette auch Wachse bei der Druckdestilla- tion — was nach Englers Versuchen an Tran nicht zweifelhaft war — petroleum- artige Kohlenwasserstoffe liefern. Engler und Höfer nahmen an, daß bei der Verwesung der Tierleichen zunächst die Eiweißsubstanzen in wasserlösliche Verbin- dungen übergingen; z. T. ist der Stickstoff noch, wie der Stickstoffgehalt einzehier Erd- öle, z. B. desjenigen von Texas annehmen läßt, in dem später aus den Fettresteii ent- standenen Erdöl verblieben. Nach der voll- ständigen Verwesung der Eiweißstoffe blieb das beständigere Leichenwachs zurück. lieber die weitere Umwandlung des letzteren sind die Meinungen noch nicht geklärt. Künkler und Schwedhelm ^) nehmen auf Grund von Laboratoriumsversuchen, die positiven Erfolg hatten, an, daß die bei der Verwesung der Tierleichen usw. zurückbleibenden Fette mit kohlensaurem Kalk sich zu fettsaurem Kalk umgesetzt haben, und dieser bei der Destillation Erdölkohlenwasserstoffe, insbe- sondere gleich primär die hochmolekularen Schmierölkohlenwasserstoffe ergeben habe. H ö f e r ^) selbst läßt es, die verschiedenen Mög- lichkeiten der Zersetzung des Leichenwachses zusammenfassend, dahingestellt, ob bei dieser zweiten Phase des Uebergangs von Fett und Wachs in Erdöl in der Hauptsache neben der Entstehung der Kohlenwasserstoffe eine Kohlensäureabspaltung, ob die Wirkung von Fermenten oder aber eine unter gewöhnlichen Druck- und Temperaturbedingungen mit der Zeit von selbst verlaufende also energieaus- lösende oder endlich eine durch die gestei- gerten Faktoren von Druck und Temperatur verlaufende gewaltsame Reaktion anzuneh- men ist. Bemerkenswert bezüglich der Beurtei- lung vorstehender Möglichkeiten sind Unter- suchungen von Sabatier, Mailhe, Sen- der ens und Ipatiew über die katalytische Einwirkung, die Metalloxyde, auch z. B. Ton- erde (Ipatiew) bei der Zersetzung vonEstern zu Kohlenwasserstoffen ausüben, und neuere Versuche, die N. C. Hviid^) unter Destillation von Fetten bei Gegenwart von amorphe Kieselsäure enthaltenden Tonen und in Ab- wesenheit dieser Tone angestellt hat. Nach diesen Versuchen, welche stets eine viel sclmellere und bedeutend reichlichere Bil- dung von Kohlenwasserstoffen bei Gegen- wart des kieselsäurereichen Tones ergaben, ist anzunehmen, daß letzterer durch Erhöhung des Kapillardruckes und katalytisch die Zersetzung zu Erdöl begünstigen kann, daß hierbei auch eine vorübergehende Verseifung von Fettsäuren stattgefunden (s. a. oben Künkler und Seh wed heim) und daß ähnliche Vorgänge bei der Erdölbildung in der Natm- eine Rolle gespielt haben. E n g 1 e r und S e v e r i n halten nach experi- mentellen Kontrollprüfungen an bituminösen Gesteinen die Gegenwart von Kalkseifen in den Uebergangsstufen zum Erdöl nicht für wahrscheinlich^) Ubbelohde und Woro- nin^) zeigen, daß der Partialdruck der Gase den Verlauf der Umwandlung des Erdöls unter Einfluß der Katalysatoren sehr beein- flussen kann. Die Ursache der optischen Aktivität des Erdöls kann man nach J. Marcusson in den Zersetzungsprodukten des optisch stark aktiven, in Fetten und Wachsen m kleineren oder größeren Mengen enthaltenen Choleste- rins, eines hochmolekularen Alkohols der Formel C27H46O oder dessen Isomeren z. B. Phytosterm erblicken. C. Neuberg ist der Ansicht, daß die optisch ebenfalls aktiven LTmwandlungsprodukte der Eiweißprodukte, die Aminosäuren, nach erfolgter Desami- dierung und Kuppelung mit anderen Fett- säuren bei der weiteren Umlagerung optisch aktive Kohlenwasserstoffe, die in die erdöl- artigen Fettzersetzungsprodukte überge- gangen sind, geliefert haben. Man wird vor- läufig auch die letztgenannte Möglichkeit der Bildung der optisch aktiven Stoffe bei der Theorie der Erdölbildung mit berück- sichtigen müssen. 3. Gewinnung. Das Rohpetroleum wird heutzutage allgemein durch Boliren mittels Meißel gewonnen. Die Gewinnung durch Ausschöpfen aus Gruben, in denen sich das Gel an der Erdoberfläche ansammelt, ist sporadisch und eine ganz imtergeordnete. Dagegen sind noch in manchen Erdölgegen- den Schachtbrunnen im Betrieb, z. B. in Rumänien. Hier werden etwa 1 m breite bis zu 150 m tiefe Schächte bis zu den Oel- schichten geführt, und das Gel wird mit Eimern vom Bergmann direkt geschöpft. Hierzu erfolgt das Herablassen des Berg- manns und des Schöpfeimers ganz primitiv mittels aufgehaspelter Seile, die durch Göpel- betrieb aufgerollt werden. Große Blasebälge, 1) Seifensiederztg., 25 S. 165 (1908). 2) Engler-Höfer, Das Erdöl Bd. II, S. 118 I (1909). 3) Petroleum, VI. Jahrgang 1911, S. 429. Handwörterbuch der Natiirnissenschafter. Band I. 1) Ztsch. f. angew. Chem. XXV, S. 154(1912). 2) Petroleum VII, S. 13 u. 334 (1912). 73 1154 Bittiraina welclie neben den Scliächten stehen, führen dem Bergmann frische Lnft zu. Das durch Bohrung gewonnene Oel drmgt entweder durch den Druck der Gase als Sprmgquelle an die Oberfläche oder es wird, falls der eigene Druck nicht ausreicht, durch Pumpen gefördert. Die Tiefe der Bohrungen ist sein' verschieden. Li Galizien, z. B. in dem sehr ölreichen Boryslaw und Tustanowice sind die Bohrungen 1100 bis 1200, in Rumänien 200 bis 350. in Deutsch- land 150 bis 350 m tief. Die Erträge der ein- zehien Bohrlöcher sind in den ölreichen Ländern oft sehr hoch, z. B. haben die Spring- quellen in Tustanowice in den sehr ergiebigen Quellen zuweilen bis zu 100 Zisternen (ä 10 000 kg) und darüber Oel ausgeworfen, so daß daselbst die etwa 100000 bis 200000 Kr. betragenden Herstellungskosten einer tiefen Sondeöfternach 1 monatlicher Tätigkeit meistens aber durch Dampfmaschinen be- trieben, die durch Oelheizung gespeist werden. Neuerdings werden in Bust'enari f Ru- mänien), dessen mehrere 100 Brunnen auf- weisendes Sondenfeld Figur 3 zeigt, von einer Maschine aus durch horizontal liegende sogenannte Kehrräder gleichzeitig die Pump- gestänge von 15 Bohrtürmen getrieben, wo- durch außerordenthche Ersparnis an Be- dienungspersonal erzielt wird. Figur 1 zeigt die plötzliche Eruption eines angebohrten Petroleumlagers, die mit Selbst- entzündung des ausgeworfenen Rohöls ver- bunden ist. Das durch eigenen Druck oder durch Pumpwerke gewonnene Oel wird, wenn es viel Schlamm und Wasser enthält, vielfach erst, bevor es den Oelraffinerien zugeführt wird, durchDampfschlangen in zylindrischen, unten mit Ablaßhähnen versehenen Eisen- Fig. 2. Das neue Bohrfeld (1906) am Petroleumsee in Baicoiu (Ruuuänien). der Sonde schon amortisiert waren. In blechgefäßen erwärmt, damit es sich klärt Amerika gibt es aber noch weit ertragreichere i und Wasser und Schlamm sich unten ab- Brunnen, setzen. Figur 2 zeigt eine Reihe von Bohrtürmen in Rumänien am Petroleumsee in Baicoiu und die neben den Türmen stehenden Holz- schuppen für die Antriebmaschinen, welche die Bohr- und Pumpgeräte treiben. Die Pumpen werden in den rumänischen Erdöl- gebieten zum Teil durch Erdgasmotoren, Die Zuführung des Oeles zu den Raffi- nerien, in denen das Rohöl durch Destillation und Raffhiation auf Benzin, Leuchtöl, Gasöl, Schmieröl usw. verarbeitet wird, geschieht bei primitiven Einrichtungen, wie z. B. bis vor einigen Jahren noch in Wietze bei Han- nover durch Transport in Zisternen oder Bitumina ii: iir,(i Bitumina Fässern in Wagen, in der Regel aber bei einigermaßen entwickelten Anlagen durch Röhrenleitungen von oft viele 100 km be- tragender Länge, die in Amerika gewöhnlich ,,pipelines" heißen. Ist das Oel wie z. B. in Boryslaw und Tustanowice sehr paraffin- reich und infolgedessen im Winter leicht erstarrend, so muß es durch danipferwärmte Rohrleitungen geschickt werden, damit es flüssig bleibt. Die Bewegung des Oels in den Röhrenleitungen erfolgt, w^enn die Bohr- türme höher liegen als die Raffinerien, durch den eigenen Druck des Oeles, sonst durch mechanische Pumpen an lagen. Durch letztere wird das Rohöl z. B. auch nach den großen Eisenblechbehältern (Tanks) und von diesen in die Eisenbahnzisternen oder Schiffe ge- pumpt. 4. Produktionsmengen. Die Welt- produktion an Rohpetroleum stellt sich nach David T. Dav im Jahre 1909 wie fokt: Vereinigte Staaten Rußland Galizien Holl. Ostindien . . Rumänien . . . . Indien Mexiko . . , . . Japan einschl. For- mosa Peru Deutschland . . . Canada Italien Andere (geschätzt). Total Millionen Tonnen Prozente der Total- produktion 24,28 8,So 2,08 1,47 . 1,30 0,89 0,33 0,27 o,iS 0,14 0,06 0,007 0,004 61,24 22,19 5,02 3,71 3,13 2,24 0,84 o,6S 0,44 0,34 0,14 0,03 39,8 Wie obige Zusammenstellung ergibt, stehen die Vereinigten Staaten an der Spitze der gesamten Petroleumproduktion. Dem- entsprechend ist auch daselbst die Erdgas- produktion am größten. Inzwischen ist im Jahre 1910 die amerikanische Petroleum- produktion auf 28,4 Mill. Tons, diejenige Rußlands nur auf 9 Mill. gestiegen, und die galizische hat sich um ^/g Mill. Tons ver- mindert. Die rumänische und deutsche Pro- duktion haben sich bis zum Jahre 1910 nicht wesentlich geändert. 5. Verwendung. Das Rohpetroleum ent- hält alle Bestandteile, welche das Benzin, Leuclitpetroleum, Gasöl, Schmieröl und Paraf- fin enthalten, in sich zusammengemischt. Da- her wird es durch Destillation auf die genann- ten Produkte verarbeitet. Die Rohdestillate bedürfen in meisten Fällen noch einer gewissen Reinigung, ehe sie als fertiges Benzin, Leucht- öl usw. in den Handel gehen. Das fertige Ben- zin dient als Reinigungsmittel, Extraktions- stoff für Fette, Triebstoff für Motoren, Be- leuchtungsstoff usw. Die leichtesten Benzine werden auch zum Anästhesieren benutzt. Die zwischen dem leichten Benzin und dem Leuchtpetroleum destillierenden Oele, die sogenannten Schwerbenzine, dienen als Er- satz für Terpentinöl oder als Verschnittmittel für dieses zum Auflösen von Lacken. Die Hauptmengen an Benzin sowie an Leucht- petroleum liefert das an letzterem besonders reiche amerikanische Oel. Rohöl selbst wird auch ebenso wie ins- besondere die noch flüssigen Rückstände der Destillation zum Heizen von Lokomotiven, Schiffskessehi, aber auch als Triebstoff für Dieselmotoren usw. benutzt. Die Oelfeuerung bietet vor der Kohlenfeuerung den Vorteil der Asche- und Rauchfreiheit, der leichten Transportfähigkeit (durch Röhrenleitungen wird das Oel in die Tanks usw. gepumpt), geringen Rauminanspruchnahme und hohen Heizwerts. Oel kann aber als Heizstoff, ab- gesehen von der Verwendung als Antriebs- stoff beim Dieselmotor, nur in ölreichen Ländern mit der Kohle konkurrieren, weil sich der Heizwert sonst zu teuer stellt. Die höher siedenden Oele des Rolipetro- leums dienen als Transformatorenöle, d. h. als isolierende Füllflüssigkeit der Transfor- matoren, insbesondere aber als Schmieröle für die mannigfaltigen Maschinen, Motoren, Dampfzylinder, Turbinen usw. Das aus paraffinreichen Rohölen abge- schiedene feste Paraffin wird in gereinigtem Zustand als Kerzenmaterial, zum Imprä- gnieren von Leder, Papier, Streichhölzern usw. benutzt. Die flüssigen dunklen Rückstände der Destillation dienen als Eisenbahnwagen- schmieröl, die zähen Rückstände der Destil- lation als Kunstasphalt für Abdichtung, Isolierung bei Bauten, als Lackgrundlagen usw'. Wird die Destillation so weit getrieben, daß Koks zurückbleibt, so kann dieser als Elektrodenmaterial für Bogenlampen vor- teilhaft benutzt werden. 6. Chemische Zusammensetzung. Erdöl besteht vorwiegend aus flüssigen, zum geringeren Teile aus festen Kohlenwasser- stoffen, von denen die ersteren teils der ge- sättigten Paraffinreihe, teils ungesättigten Reihen, teils den sogenannten Naphthen- reihen oder auch der aromatischen Reihe an- gehören. Die festen Kohlenwasserstoffe ge- hören fast ausschließlich der Paraffinreihe an. In der Regel finden sich auch in an festem Paraffin reichen Erdölen größere Mengen leichterflüchtiger Benzinkohlenwasserstoffe der Paraffinreihe. Je nachdem Naphthene oder gesättigte bezw. zyklische ungesättigte Kohlenwasserstoffe überwiegen, ändert sich der Charakter des Oeles in physikalischer Bitumina llf Hio sieht. Außer den genannten Hauptbe- standteilen enthalten die Erdöle meistens noch dunkelfärbende harz- bezw. asphalt- artige Sauerstoff- und schwefelhaltige Stoffe. welche mehr oder weniger starke Dunkel- färbung der Oele verursachen. 2C) Bergteer, Naturasphalt. I.Vor- kommen. Bergteer,^) auch Malthe oder Elaterit genannt, ist ein dickflüssiges bis halbweiches Zwischenprodukt, das zwischen Erdöl und festerem Asphalt steht und in einigen selteneren Fällen aus der Erde quillt, sonst aber an Schiefer, Sand oder Dolomit, meistens indessen an Kalkstein mechanisch gebunden ist und mit diesen Stoffen die große Gruppe der Asphaltgesteine (bitumi- nöser Schiefer, Sand, Dolomit oder Kalk- stein) bildet. So findet sich z. B. in Derna und Tataros in Südungarn Bergteer als bituminöser Sand, er wird durch Ausschmelzen mit heißem Wasser in langgestreckten horizontalen Ge- fäßen gewonnen, wobei der zu Boden sinkende Sand durch Transportschnecken entfernt, der oben auf dem Wasser schwimmende Teer durch Ueberlauf Vorrichtungen abgenommen wird. Da dieses Bitumen auch bei gewöhnlicher Temperatur zu weicli ist, um als Asphalt benutzt zu werden, wird es erst durch Destil- lation mit Dampf von den leichteren Teilen, welche als Schmieröl usw. Verwendung finden, befreit und so in härteren Asphalt übergef ülnt. In fester Form findet sich der Bergteer als sogenannter Asphalt (Judenpech und Bergpech sind veraltete Bezeichnungen). ;/ äofalzos, der griechische Ausdruck für Erdpech, bezeichnet einen unveränderlichen Körper. Von Bergteer imprägnierter bituminöser Kalkstein (S t i n k k a 1 k) findet sich im Kanton Neuchatel (Val Travers, Seyssel im Rhonetal), in Italien (St. Valentino), auf Sizilien, in Dalmatien (Ragusa), im Elsaß (Pechelbronn und Lobsann), Hannover (Limmer), Vorwohle in Braunschweig. Die am längsten bekannte Fundstätte von iVsphalt, und zwar in reiner Form, ist das Tote Meer, an dessen Ufern und aus dessen 394m unter dem Spiegel des Mittelmeers liegenden Oberfläche Asphalt, besonders nach Erdbeben in größerer Menge durch Abschöpfen ge- wonnen wird (sogenannter Syrischer Asphalt). Das Wasser des toten Meeres ist stark salz- haltig, es enthält über 20% Salze. Aus mehreren benachbarten heißen Quellen fließt Asphalt mit Wasser in den See und erhärtet darin beim Erkalten zu Stücken, welche ^) Hippolyt Köhler, Die Chemie und Technologie der natürlichen und künstlichen Asphalte. Braunschweig 1904. infolge des hohen spezifischen Gewichts des Wassers auf dessen Oberfläche schwimmen. In neuerer Zeit hat das Asphaltlager auf der Lisel Trinidad infolge günstigerer Gewin- nungs- und Versendungsbedingungen eine größere Bedeutung gewonnen als der vorher erwähnte Fundort. i) Der Trinidadasphalt wird an einem der Westküste der Insel nahf ii 80 Fuß über dem Meer gelegenen Pechseo, dessen Umgebung erstarrter Asphalt (also Erdpech) ist, gewonnen. Das Bitumen quillt hier ständig an der Oberfläche des ly^ engl. Meilen Umfang besitzenden Sees auf, der 50 bis 60 ha groß und mehr als 50 m tief ist. Schon Columbus und später Sir Wal- ther Raleigh dichteten ihre Schiffe mit Pech ab, das sie auf Trinidad fanden. Die systematische industrielle Ausbeutung be- gann aber erst in den 80 er Jahren des vorigen Jahrhunderts. Der See ist auch bei der höchsten Tagestemperatur noch so fest an der Oberfläche, daß er ohne Gefahr be- gangen werden kann. Früher war der See so voll, daß er öfter nach dem Meer über- gelaufen ist, und noch heute findet man der- artige in das Meer übergelaufene Asphalt- ströme. 2. Entstehung. Man nimmt im all- gemeinen an, daß der iVsphalt durch Oxy- dation, Polymerisation und teilweise Ver- dunstung von Erdöl entstanden ist, ein Vor- gang, der auch im Laboratorium beim Er- hitzen beliebiger hochsiedender Mineralöle unter Luftzutritt nachzuahmen ist. Mit dieser Theorie allein ist aber die Frage der Entstehung des Asphalts deshalb nicht er- schöpft, weil der natürliche Asphalt Ibis 10% Schwefel enthält, dessen Menge sich nicht ohne weiteres aus der Herkunft des Asphalts aus Erdöl erklären läßt, weil letzteres an sich in der Regel nur kleinere Mengen Schwefel enthält. Der Schwefelgehalt des Asphalts läßt sich daher nur dadurch erklären, daß einerseits die schwefelärmeren Teile des Erd- öls abgedunstet und schwefelreichere z. T. aufgesaugt von anorganischen Gesteinen zurückgeblieben sind, und daß andererseits Schwefel, aus dem Erdöl benachbarter Schich- ten, auf dieses bei höheren Temperaturen ein- gewirkt hat. Mit letzterer Annahme in Ein- klang steht das mehrfach beobachtete Vor- kommen von Schwefel und Schwefelwasser- stoff haltigen Wässern in der Nähe der As- phaltvorkommen z. B. in Sizilien, in Han- nover usw. 3. Gewinnung. Die Gewinnung des Dernaer Asphalts aus bituminösem Sand und des Syrischen Asphalts ist schon unter ,, Vor- kommen" beschrieben. Das auf dem Pechsee in Trinidad ge- wonnene ,, Erdpech" enthält im Rohzustand 1) E. Graefe Chem. Ztg. 35, S. 644 (1911 L 1158 Bitmiiina Vs Bitumen, Vs erdige Anteile und sonstige mineralische und pflanzliche Verunreinigungen und Ys Wasser; es wird in der Regenzeit fest und kann dann, wie bei uns der Torf, abgestochen werden. Die Reinigung des Trinidaderdpechs beschränkt sich an Ort und Stelle auf Schmelzen und etwa 12 stün- diges Erhitzen im Kessel, wobei das Wasser zum größten Teile verdampft und erdige Bestandteile sich absetzen. Schwimmende Verunreinigungen (Holz usw.) werden abge- schöpft. Das so gereinigte Produkt kommt als Trinidadasphalt pure oder ,,Epure" in den Handel und enthält 50 bis Q0% Reinasphalt, während das Rohpech 30% Wasser und 30% erdige Verunreinigungen enthält. Der „Gilsonit" ist ein nahezu 100%iges, also ganz reines sprödes in Venezuela vor- kommendes Bitumen , Bermuda t- Asphalt — in Bermudas vorkommend — enthält etwa 90 bis 95*^0 Reinasphalt, ist also auch fast reines Bitumen. Die mit Verflüssigungsmittehi z. B. Petroleumölen versetzten reinen Bitumina, welche zum Imprägnieren von Dachpappe, Steinschottern usw. dienen, heißen ,, Zement". Der Asphaltstein (bituminöser Kalkstein, Sandstein, Dolomit) wird in den Lagerstätten entweder durch Tagebau oder Schacht- und Stollen bau gewonnen. Das gewonnene Asphaltsteinmaterial wird nach Entfernung des tauben Gesteins dem Bitumengehalt entsprechend als ,,fett" oder „mager" sortiert. Ein Bitumengehalt von 10% wird als normal angesehen. Hierauf wird je nach dem geforderten Bitumengehalt eine geeignete Mischung vor- genommen. Dann wird das Material in „ Gitter brechern" zerkleinert, in Schleuder- niühlen (Desintegratoren) feingemahlen, ge- siebt, sortiert und in Säcke gefüllt." Diese Pulver dienen zur Herstellung der als ,, Asphalt comprime" oder ,, Stampf asphalt" bekannten Straßenbelege oder zur Erzeugung von Mastix, der zu Gußasphalt oder Asphaltiso- lierungen benutzt wird. Für erstere soll der Bitumengehalt des Pulvers 12% nicht übersteigen, für Ver- arbeitung auf Mastix soll er höher sein, da dies einer Ersparnis an Goudron gleichkommt. Mastix oder Asphaltmastix (Gußasphalt) ist ein Produkt, das durch Zusammenschmel- zen von Asphaltsteinpulver mit flüssigem Goudron, d. h. einem mit dünneren Oelen (Paraffinöl, Petroleumrückstand) zusam- mengeschmolzenen Trinidadasphalt erhalten wird und 15 bis 20 %o Bitumen enthält. In dem eigenen Bitumen ist das Asphalt- pulver nicht schmelzbar. Das mit dem Flußmittel, meistenteils Tiinidad Epure geschmolzene Asphaltmehl kommt als Trinidad Goudron oder nur als Goudron in den Handel. Andere Fluß- mittel sind dünnflüssige natürliche Bergteere, Rückstände der Petroleum- oder Schiefer- destillation, dickflüssige Roherdöle, phenol- freie Braunkohlenteeröle, (Paraffin öle). Als geringwertiges Flußmittel gilt Steinkohlen- teer oder Steinkohlenpech. Das Einschmelzen des Asphaltpulvers und des Goudrons geschieht in eisernen Kessehi, wobei das Asphaltpulver in den auf 175 bis 230" erhitzten geschmolzenen Goudron unter ständigem Rühren eingetragen wird. Der fertige Mastix wird in runde, ovale oder sechseckige Formen, die 10 bis 15 cm hoch sind, zu sogenannten Mastixbroten gegossen. Diese werden zur Herstellung von Trottoi- ren zerschlagen und in Kesseln unter Zugabe von Goudron und Kies geschmolzen. Die Schmelze wird warm auf möglichst glatter Unterlage 2 cm stark verstrichen. An Stelle des natürlichen Asphaltstein- pulvers werden auch Mischungen von natür- lichem Bitumen mit gemahlenem kohlen- sauren Kalk verwendet. 4 Produktionsmengen. Der Trinidad- asphalt wird in einer Jahresproduktion von 150 000 t gewonnen, die mehr als % des Bitumenbedarfs der Erde darstellt. 5. Verwendung. Die Benutzung des Asphalts als Dichtungs- und Einbalsamie- rungsmittel ist seit der frühesten geschicht- lichen Zeit bekannt. Nach der Bibelerzäh- lung hat Noah schon seine Arche gegen die Sintflut mit Asphalt abgedichtet. Die Babylonier benutzten ihn bei ihren Bauten als Mörtel, und die Aegypter beim Einbalsa- mieren. Die Verwendung des Asphalts in neuerer Zeit zur Straßen belegung ist eine der wichtigsten. Gußasphalt ist ein vorzügliches Mittel zum Dichten von Fugen aller Art und wird zu diesem Zweck bei Holzstöckel- und Steinpflasterungen, sowie bei Rohrdichtungen usw. gebraucht. Sehr wichtig ist seine Ver- wendung ferner als Isoliermaterial gegen Feuchtigkeit, Grundwasser, Regenwasser usw. bei Bauten. Es werden hier vielfach mit Asphalt getränkte Isolierfilzplatten usw. ge- braucht. Als Surrogat für Asphalt dienen Destil- lationsrückstände von Erdöl, Schieferöl, Braunkohlenteer und Steinkolilenteer, in neuerer Zeit auch pechartige Rückstände der Fettdestillation. Am wenigsten ge- schätzt sind die letzteren ; in gewissen Mengen zugesetzt, werden sie allerdings vielfach, z. B. auch bei Isolierungen für Untergrund- bahnbauten zugelassen. Eine wichtige Verwendung von Asphalt, besonders der hochschmelzenden Sorten be- steht in der Benutzung als Lackgrundlage für Kutschenlacke, Eisengerätlacke usw., wo- bei der Asphalt in Benzol, Terpentinöl usw. gelöst wird. Nach dem Verdunsten des Bitumina 1159 Lösungsmittels bleiben die harten, glänzenden Asplialtschichten zurück. 6. Chemische Zusammensetzung. Die bituminösen Kalksteine enthalten wech- selnde Mengen Asphalt neben kohlensaurem Kalk und Magnesia als anorganischen Haupt- bestandteilen und tonigen und sonstigen Bei- mengungen. Z. B. enthält der Asphaltstein von San Valentino in Italien 10,7 bis 15,7% Bitumen, 50 bis 86 % kohlensauren Kalk, 1 bis 32 % koh- lensaure Magnesia und 0,5 bis 2,7% Kiesel- säure, Tonerde, Eisenoxyd. Feuchtigkeit usw. Das ausgeschmolzene oder mit Lösungs- mitteln extrahierte reine Bitumen unter- scheidet sich von Erdölpech, d. h. den durch Destillation von Erdölen gewonnenen asphalt- älmlichenDestillationsrückständen in der Regel durch hohen, meistens 2 bis 10% betragen- den Schwefelgehalt und geringeren Paraffin- gehalt. Derna-Asphalt, Mexico-Asphalt und gewisse kaliformische Erdölrückstände lassen sich nicht in diese chemische Klassifizierung glatt einreihen. In der Regel ist der Sauerstoffgehalt des Naturasphalts höher, während der Kohlenstoffgehait gewöhnlich wesentlich geringer ist als bei Erdölpech. Der Kohlen Stoff gehalt beträgt z. B. bei Trinidadasphalt etwa 81%, der Wasser- stoffgehalt etwa 9%, der Schwefelgehalt 4,2, der Sauerstoff etwa 5%. Bei Erdölpech ist der Kohlenstoffgehalt um 5 bis 7%, der Wasserstoffgehalt um 1 bis 2% höher als bei Naturasphalt, der Schwefelgehalt beträgt gewöhnlich nur 0,5 bis 1,5%. 2d) Erdwachs. I.Vorkommen. Erd- wachs, eine im Rohzustand schwarze, weiche bis hartwachsartige, in den besseren Quali- täten Marmor- oder Sprungwachs heißende Masse wird hauptsächhch in Boryslaw, Staru- nia und Wolanka in Ostgalizien gefunden, die übrigen Vorkommen in der Walachei (Rumä- nien), Rußland usw. haben sich als unerheb- lich erwiesen. Es findet sich in Boryslaw in verschiedenen Tiefen, z. B. in 250 bis 300 m Tiefe, in der es zur Zeit aufgebaut wird, in blätterigen, gelblichbraunen weichen Massen, eingelagert zwischen Schichten von Schiefer und Sand, die durch bituminöse Flüssigkeit (Erdöl) schwarz gefärbt sind. Infolgedessen ist an den Abbau stellen auch vielfach ein starker Geruch nach Erdöl be- merkbar. Die Härte des Erdwachses nimmt mit der Tiefe ab. Die härteste Abart ,,Boryslawit" (Marmorwachs) fand sich bis 100 m Tiefe häufig, bei 200 m selten und verschwand in noch größerer Tiefe. Die meist steilen Erdwachsgänge haben insbesondere auf der Liegendseite scliarfe zu- meist glatte schwarze Salbänder und fülu-en vorwiegend Brocken des Nebengesteins, wel- ches mittels Erdwachs verbunden ist. Grös- sere Platten und Klumpen Erdwachs findet man an den Salbändern, während in der zer- riebenen Gangausfüllung das Erdwachs als sogenanntes Lepwachs unregelmäßig einge- sprengt ist, diese fettige Gangerde enthält 0,5 bis 3% Wachs. 2. Entstehung. Schon der Umstand, daß Erdwachs sich immer in der Nähe von Erdöl und oft von erdölartigen Ausschwit- zungen im Muttergestein direkt begleitet findet, weist auf die genetische Beziehung zwischen Erdwachs und Erdöl hin. Fast alle hochsiedenden Zylinderöle, d. h. die höchstsiedenden Anteile des Erdöls, enthalten neben darin gelösten asphaltartigen Stoffen auch erdwachsartige, amorphe Stoffe von nahe bei + 70'' liegenden Schmelzpunkten. Daher ist anzunehmen, daß auch das Erd- wachs wie Erdöl aus tierischen und pflanz- lichen Fett- und Wachsresten entstanden ist und zwar wahrscheinlich gleichzeitig mit dem Erdöl, aus dem es später sich durch Versickerung der leichter flüssigen Anteile abgelagert hat. 3. Gewinnung. Das Erdwachs wurde früher in Boryslaw in zahlreichen Schächten, die schließlich die Form eines Raubbaues annahmen, gewonnen. Durch die neuen Berg- gesetze ist die Gewinnung nur noch auf wenige Schächte besclu-änkt. Das Erdwachs wird in diesen Schächten zurzeit in etwa 300 m tiefem Stollenbau durch Abschlagen vom Muttergestein gefördert. Das zutage geför- derte Erdwachs wird in einer größeren Zahl nebeneinander stehender Kessel geschmolzen, damit sich die erdigen Beimengungen ab- setzen. Letztere werden nochmals in be- sonderen Schlemmteichen, in denen sich er- hitztes Wasser befindet, von Wachsteilen gesondert. Das sich oben ansammelnde Erd- wachs wird abgeschöpft und nochmals zu- sammengeschmolzen. Die homogen flüssige Erdwachsschmelze wird in Formen (abgestumpfte Kegel) ge- gossen, in denen es erstarrt und sieht dann braunschwarz aus. 4. Produktionsmengen. Die Jahres- produktion an Erdwachs beträgt etwa 8000 t. 5. Verwendung. Das Erdwachs wird hauptsächlich nach erfolgter Raffination mit konzentrierter Schwefelsäure und Blutlaugen - Salzrückständen als sogenanntes naturgelbes d. h. einmal gereinigtes oder doppelt ge- reinigtes weißes Ceresin verwendet und zwar entweder in Mischung mit farblosem Paraf- fin oder Vaselinöl zur Herstellung künst- licher Vaseline oder als Kerzenstoff für die orientaMschen Gottesdienste oder auch als Zusatz zu Schuhcreme, zu Isoliermaterialien für Kabel usw. Da der Bedarf cün Ceresin groß, die Produktionsmenge aber gering ist, wird es fast regelmäßig mit Paraffin ver- fälscht in den Handel gebracht. 1160 Bitiimina 6. Chemische Ziisammensetzung. Das Erdwachs besteht in der Hauptsache, abgesehen von den die braunschwarze Farbe bedingenden Verunreinigungen, aus den festen Gliedern der Methankohlenwasser- stoffreihe, in untergeordneten Mengen aus ungesättigten und aromatischen Kohlen- wasserstoffen, Die Elementaranalyse des Borsylawer Wachses ergab 84,94% Kohlenstoff und 14,87% Wasserstoff (Hof Städter). Li der tiefschwarzen, harzigen Substanz, welche die Färbung des Ozokerits bewirkt und von Reicher isoliert wurde, fand dieser 83,65 % Kohlenstoff, lb,56% Wasserstoff und 3,79% Sauerstoff. R. Zaloziecki und J. Muck Iiaben 3 bis 5,3% eines Farbstoffes isoliert, dessen Gehalt in den minderen Wachssorten bis zu 12,3% stieg. 26) Schieferbitumen. 1. Vorkom- men. Bituminöse Schiefer (Stinkschiefer), d. h. bituminöse Massen enthaltender Schiefer findet sich in vielen Formationen z, B. Jura, hauptsächlich in Schottland, in Kanada, ferner in Messel bei Darmstadt, in Seefeld (Tirol) II. a. Das Schieferbitumen ist nicht wie z. B. ein erheblicher Teil des Braun- kohlenbitumens in organischen Lösungs- mittehi wie Benzol usw. löslich. In Schottland ist das Vorkommen so reich, daß eine verhältnismäßig große Industrie, die sogenannte schottische Schieferindustrie, seit mehreren Jahrzehnten die Ausnutzung des Bitumens betreibt. In Messel kommt eine mehr der Kohle sich nähernde Schieferart vor. Der Seefelder Schiefer zeigt viele auf die Herkunft des Bitumens hinweisende Fisch- abdrücke Qx^v? — Fisch, Oleum = Oel) und liefert beim Destillieren das sogenannte Ichtyolrohöl. 2. Entstehung. Wie schon die Ver- steinerungen mariner Tierreste und auch sonstige geologische und chemische Gründe annehmen lassen, ist das sich in den bitu- minösen Schiefern findende Bitumen wahr- scheinlich wie das Erdöl aus tierischen vor- wiegend marinen Resten durch Verwesung der Eiweißstoffe und allmähliche Bituminie- rung der zurückgebliebenen Fettreste ent- standen. Nach Potonie rechnen die bitumi- nösen Schiefer oder Stinkschiefer zu den Sapropeltonen, üi denen das Bitumen sich aus mit dem geologischen Alter verhärteten Faulschwamm, entstanden aus abgestorbenen mikroskopischen Schwebeorganismen (Plank- ton) gebildet hat. 3. Gewinnung. Die vorteilhafteste Aus- nutzung des Schieferbitumens ist die trockene Destillation (Schwelen) des Schiefers in Retorten, bei denen sogenannte Schwelgase und ein Rohteer gewonnen werden, der bei dem schottischen imd Messeier Schiefer wieder in besonderen Destillationsblasen in die einzehien Fraktionen und Rückstände, Benzin, Solaröl, Gasöl, Schmieröl, Pech, Rohparaffin, zerlegt wird. Die einzehien Oel- und Paraffinfraktionen werden durch ge- eignete Reinigungsprozesse, z. B. Raffinieren der Oelemitkonzentrierter Schwefelsäure, Auf- schmelzen des Rohparaffins mit Photogenöl, Auski'istallisierenlassen und Ausschwitzen der letzten Oelreste aus dem Paraffin in warmen Räumen auf den gewünschten Reinigungs- zustand gebracht. Der jetzt in Schottland geschwelte Schiefer gibt gegenüber der früher dort verarbei- teten bitumenreichen Bogheadkohle, die 35% Teer lieferte, nur 8 bis 14% Teer. Der Messeier bituminöse Schiefer ergibt 6 bis 10% Teer. Es ergaben: schottischer Schieferteer Messeier Teer Naphtha etwa . . Oeldestillat .... Rohparaffin . . . Koks, Gas, Verhist 4 48 12 35 4 50—55 12—15 33 Li Schottland wird der Schiefer in stehen- den kontinuierlich arbeitenden Retortenöfen der Systeme Hendersen und Young- Beilby unter Mitwirkung von überhitztem Wasserdampf geschwelt. Das Auslvristallisierenlassen des Paraffins aus den geschmolzenen Lösungen geschieht überall durch Kältemaschinen. Das Paraffinschwitzverfahren der schot- tischen Schieferölindustrie rührt von Hen- dersen her. Das bei der Destillation des Seefelder Schiefers erhaltene Rohöl wird durch be- sondere ehemische Bearbeitung in ein che- misch pharmazeutisches Präparat ,,Ichtyor" übergeführt. 4. Verwendung. Die Destillate des Schieferteers und die flüssigen und festen Rückstände der Destillation werden ent- sprechend denjenigen der Erdöl- und Braun- kohlenteerdestiUation verwendet, d. h. die flüssigen Destillate als Leuchtöl, Gasöl, ge- ringes Schmieröl , das Paraffin als Kerzen- und Imprägnierungsmaterial, die Rückstände der Destillation als Asphaltsurrogat bezw. die verkokten als Heiz- oder Elektrodenstoff. Die permanenten Gase werden zur Feuerung ; der Retorten, zur Beleuchtung der Arbeits- räume oder zum Antrieb von Motoren be- nutzt. Abfallöle werden auch zum Heizen verwendet. Das beim Schwelen übergehende ammoniak- haltige Wasser (0,6% Ammoniak) wird auf ; Ammoniumsulfat verarbeitet. Die Schwel- Bitumina 1161 Wässer der Messeier Schieferkohle liefern noch Brenzkatechin. Das Ichtyolrohöl wird im Gegensatz zu den übrigen Schieferölen nur zu pharma- zeutischen Zwecken verwendet. 5. Chemische Zusammensetzung. Der Schiefer enthält so, wie er aus der Grube kommt, weder Oele noch ölige Substanz, auch läßt sich nicht durch Extraktion aus ihm ölige Substanz gewinnen, sondern nur durch Schwelen bei hoher Temperatur, wo- durch, wie beim Schwelen der Braunkohle, eine Zersetzung des festen Bitumens in ölige Su Instanzen erfolgt. Die gewöhnlichen Schieferteere sind ähn- lich dem Braunkohlenteer zusammengesetzt, d. h. sie enthalten flüssige und feste Paraffin- kohlenwasserstoffe, ungesättigte Kohlen- wasserstoffe der Aethylenreihe, aromatische Kohlenwasserstoffe in kleineren Mengen, or- ganische Stickstoffverbindungen, die übrigens auch auf den tierischen Ursprung hinweisen, und kleine Mengen phenolartiger Produkte. Der technische Charakter der aus dem Roh- teer gewonnenen Destillate wird aber haupt- sächlich durch den Gehalt an gesättigten und ungesättigten Kohlenwasserstoffen bedingt. Dagegen fehlen die kondensierten Naphthene und zyklischen ungesättigten Kohlenwasser- stoffe, welche (insbesondere erstere) den viskosen Schmierölcharakter der hochsieden- den Oele aus Rohpetroleum bedingen. Das Ichtyolrohöl ist stark schwefelhaltig und von durchdringendem Geruch, es siedet zwischen 100 und 255", die Fraktionen riechen höchst unangenehm und merkaptanartig, es nimmt daher gegenüber den übrigen Schieferteeren eine ganz gesonderte Stel- lung ein. 2f) Braunkohlenbitumen. Rohes Montanwachs. 1. Vorkommen. Die sogenannte Schwelkohle unterscheidet sich von der zur Feuerung dienenden Braunkohle durch ihren größeren Gehalt an Bitumen und die hiermit zusammenhängende Eigen- schaft, beim Erhitzen in Retorten (Schwelen) Teer in erheblicheren Mengen abzugeben.^) Die Schwelkohle wird hauptsächlich in den sächsisch-thüringischen Braunkohlenwerken neben Feuerkohle gewonnen. Beide Kohlen- arten kommen gewöhnlich nicht in fortlaufen- den Flözen, sondern in Mulden, die mehr oder weniger tief liegen und oft mannig- fache Verwerfungen zeigen, vor. Gute Schwelkohle ist heller, Feuerkohle dunkel- braun gefärbt. Die reinste, jetzt nicht mehr gefundene Schwelkohle, sog. Pyropissit war fast weiß und gab beim Schwelen 64 bis 66 % Teer und 58% in Benzol lösliches Bitumen. ^) Scheithauer-Muspratt. Paraffin und Mineralöle. E. Graefe. Die Braunkohlen- teerindustrie Halle a, S. 1906. Die jetzt gewonnenen Schwelkohlen geben weniger als die Hälfte der obigen Teermengen und gelten noch als gut verschwelbar, wenn sie 10% Teer bei 52% Wassergehalt, 32% Koksrückstand und 6% Gasverlust geben. Bei gutem Absatz für Grudekoks, den Rück- stand der Schwelerei werden auch noch Koh- len geschwelt, die nur 3% Teer liefern. Schwel- und Feuerkohle kommen in der Regel zusammen vor und zwar durchziehen die helleren Streifen der Schwelkohle in den Braunkohlenflözen diejenigen der dunkleren Feuerkohle und werden im Tagebau getrennt voneinander gewonnen, damit die Schwel- ergebnisse der Schwelkohle nicht ungünstig durch Beimengung der Feuerkohle beeinflußt werden. 2. Entstehung. Das Vorkommen von Holzüberresten und Harzsäuren in der Schwelkohle läßt auf eine Entstehung aus wenigstens vorwiegend pflanzlichen Resten schließen. Nach v. Fritsch sind in der Schwelkohle Um Wandlungsprodukte von Harzen von Laub- und Nadelholzbäumen der Tertiärzeit zu erblicken, während die mit der Schwelkohle gleichzeitig vorkommende Feuerkohle der eigentlichen Holzsubstanz jener Bäume ilu-e Entstehung verdanken soll. Scharfe Trennung zwischen Feuer- und Schwelkohle läßt sich nicht aufrecht er- halten, da nach dem oben Gesagten unter Umständen selbst Feuerkohlen mit wenigen Prozenten Schwelteerausbeute noch ge- schwelt werden. Nur wo die Natur selbst bi- tumenreiche und bitumenarme Kohle un- vermittelt schichtenweise übereinander ge- lagert hat, wie bei manchen Tagebauten sich zeigt, kann eine strengere Differenzierung beider Kohlearten in Frage kommen. Nach Fritsch müßte sich die Schwelkohle, sofern sie aus Harz entstanden und durch Wasser von der schwereren Feuerkohle ge- trennt sein soll, immer im Hangenden der Flöze oder doch wenigstens in den oberen Partien der Lager finden, wälirend sie oft in die Feuerkohle eingebettet ist oder das Liegende der Flöze bildet. Heinhold nimmt deswegen an, daß Schwankungen des Wasserspiegels aus der Flora, welche die Kohlen bildete, einmal die Bildung von Feuerkohle, das andere Mal die Bildung von Schwelkohle in der Weise veranlaßten, daß bei langer Bedeckung des Pflanzenmaterials durch Wasser durch Ab- schnitt der Sauerstoffzufuhr Vertorfung und schließlich Feuerkohlenbildung, bei zurück- tretendem Wasserspiegel durch Oxydation der trocken liegenden Teile Verwesung der celluloseartigen Stoffe unter Bildung von Kohlensäure und Wasser und Aufspeicherung der widerstandsfähigen Harze, des Materials I der Schwelkohle, stattfand. Je weiter die ! Verwesung vorgeschritten war, um so bitu- 1162 Bitiunina menreicher war die entstandene Schwelkolile, deren beste Abart der Pyropissit ist. Vgl. hierzu auch F. Raefler, Die Entstehung der Braunkohlenlager zwischen Altenburg und Weißenfels, Haue 1911. 3. Gewinnung. Das Bitumen der Schwelkohle wurde bis vor wenigen Jahren nur durch einen Zersetzungsprozeß, das soge- nannte Schwelen, ausgenützt, indem die Kohle in stehenden Rolle sehen Schwelöfen trocken destilliert und der paraffinhaltige Teer in Vorlagen aufgefangen wurde. Die Erhitzung der Oefen geschieht durch Kohle und Schwelgas, die bei der Schwelung selbst entstehen. Beim Schwelen verliert die Kohle zunächst ihren Wassergehalt, und erst bei stärkerer Erhitzung wird das Bitumen in Teer, Wasser und Gas zersetzt, während gleichzeitig die übrigen Bestandteile der Kohle unter Gas und Wasserabgabe zu Koks zersetzt werden. Der mit dem Teer ent- weichende, durch Zersetzung entstandene Wasserdampf treibt die Teerdämpfe schneller aus dem heißen Ofeninnern heraus und schützt sie so vor zu weitgehender Zersetzung. Destilliert man in starkem Dampfstrom unter Ueberhitzung des Dampfes, so er- hält man einen großen Teil des hochschmel- zenden Bitumens unzersetzt (D.R.P. 2232 von Ramdohr). Der beim Schwelen in den Teersammlern aufgefangene Teer wird durch Niveauröhreji von dem mit übergegangenen unter dem Teer befindlichen schwereren Wasser getrennt. Das Schwelwasser ist der Menge nach ein Hauptprodukt des Schwelprozesses, es ist trübe, gelblich gefärbt, riecht teerig und ist schwach basisch. Die darin enthaltenen von Rosenthal untersuchten Stoffe (Alkohol, Aldehyde, Ketone, Essigsäure, Phenole, Am- moniak usw.) sind nicht in lohnender Menge vorhanden, so daß das Schwelwasser ein lästiges Abfallprodukt ist. Neuerdings wird es durch Filtration über Grudekoks gereinigt und der Ammoniakgehalt zur Düngung nutz- bar gemacht. Der Teer, das Hauptprodukt der Schwe- lung, wird, ähnlich wie unter Schieferteer beschrieben, durch erneute Destillation, Ab- pressen des Paraffins aus den Rohparaffin- destillaten usw. auf reines Paraffin und Paraf- finöle verarbeitet. Neuerdings werden nach einem Patent der Riebeckschen Montan- werke dem Rohteer vor der Destillation durch Behandeln mit 95prozentigem Alkohol die Phenole entzogen, welche Behandlung die spätere Reinigung der Teerdestillate mit Laugen und erhebliche damit verknüpfte Verluste vermeiden und die wertvollen Phenole von vornherein ohne umständhche Operation rein gewinnen läßt. Bedeutend wertvoller, aber in der Regel nur in geringerer Menge aus der Schwel- kohle als der Teer zu gewinnen ist das hoch- schmelzende in der Schwelkohle enthaltene unzersetzte Bitumen. Die oben erwähnte, von Ramdohr schon 1869 und 1878 ver- suchte direkte Gewinnung des Bitumens aus der Schwelkohle durch Behandeln mit Wasserdampf hat sich nicht bewährt, weil das gewonnene Bitumen auch Teer enthielt und weitere kostspielige Verarbeitung er- forderte, 1897 hat aber E, v, Boyen eine wirtschaftliche Gewinnung des Bitumens ausgearbeitet, indem er aus der gruben- feuchten Kohle das Rohbitumen mit über- hitztem Wasserdampf übertrieb oder es mit Extraktionsmitteln, z, B, Benzol aus der Kohle extrahierte und durch Destillation des Rohbitumens mit auf 250*^ erhitztem Wasser- dampf weißes kristallisiertes Montanwachs vom Schmelzpunkt 80" gewann. Als Lösungs- mittel für das Bitumen hat H, Köhler später geschmolzenes Naphthalin empfohlen. Der Schmelzpunkt des extrahierten feie, üungoDiittriD hängt von dem benutzten Lö- sungsmittel und der Art der Kohle ab und liegt meistens zwischen 70 und 80". Neuer- dings wird auch Rohbitumen, ähnlich wie Ozokerit mit Paraffin zusammengeschmolzen, mit konzentrierter Schwefelsäure und Ent- färbungspulver raffiniert, 4, Produktionsmengen, An Rohbitu- men werden zurzeit etwa 8000 Tonnen jähr- lich gewonnen. Auf Teer verschwelt wurden im Jahre 1908 16100000 hl Kohle. Teer wurde 1908 im ganzen 592000 dz und 1909 rund 600000 dz beim Schwelen gewonnen, woraus neben dem Paraffin über 300000 dz Paraffin öl erzeugt wurden,^) 5. Verwendung. Das Rohbitumen der Braunkohle wird zur Herstellung von Schuh- creme, zur Lederimprägnierung, zu elektrischen Isoliermaterialien usw. benutzt. Das destil- lierte helle Montanwachs dient als Zusatz zu hellen Schuhcremen, zu Ceresin, Carnauba- wachs usw. Der Rohteer, welcher das primäre Haupt- verarbeitungsprodukt der Schwelkohle bildet, wird nur in seinen weiteren Verarbeitungs- produkten benutzt, nämlich das aus ihm ab- geschiedene Paraffin als Kerzenmaterial für sich oder in Mischung mit Stearin, in unter- geordneten Mengen auch in Mischung mit Cere- sin, Wachs, Montanwachs usw. Die aus dem Teer abgeschiedenen Oele, die sogenannten Paraffinöle werden hauptsächlich als Gasöl zur Gewinnung des sogenannten Oelgases benutzt, indem sie in glühenden Retorten in Leuchtgas z. B. für Eisenbahnwagenbeleuch- tung übergeführt werden. Die leichteren Oele, sogenannte Solaröle, werden auch unmittelbar zur Beleuchtung, die schwereren kreosothaltigen Oele zur 1) E, Graefe. Braunkohle 1910, 9, 391, Bitumina — Black nm Imprägnierung gegen Fäulnis benutzt. Die Rückstände der Destillationen z. B. Braun- kohlenteergoudron, dienen als Surrogat für Natur- und Erdölasphalt zu Isolierungen, Straßenbauzwecken, Lacken usw. Der Koks- rückstand dient als Heizmaterial. 6. ChemischeZusammen Setzung. Das Rollbitumen der Braunkohle besteht aus sogenannten Estern hochmolekularer hoch- schmelzender Säuren (Montansäuren) mit hochschmelzenden Alkoholen und enthält auch Cholesterin abkömmllnge. Es läßt sich durch Extrahieren mit Lösungsmitteln nicht völlig aus der Braun- kohle entfernen, 40 bis bO% des Bitumens, unter Umständen 90 % und noch mehr ver- bleiben in der Kohle. Der durch Schwelen der Kohle erhaltene Teer ist ein Zersetzungsprodukt des in der Kohle enthaltenen löslichen und unlöslichen Bitumens, Er besteht aus festen und flüssigen gesättigten und ungesättigten Kohlenwasser- stoffen als Hauptbestandteilen, enthält merk- liche Mengen aromatischer Kohlenwasser- stoffe und der von diesen sich ableitenden Ivi'eosote, ferner kleine technisch belanglose Mengen von Pyridinbasen, Aldehyden, Ke- tonen, Schwefelwasserstoff, Merkaptanen usw. Er liefert bei der technischen Verarbeitung 10 bis 15% Paraffin und 50 bis 60% Oele. Literatur. Benutzte Zeitschriften und Werke : Petroleum, Verlag Berlin TT.; Braunkohle ; Bcr. d. ehem. Gesellschaft, Berlin. — Engler- Höfe}', Das Erdöl. Leipzig. — Hyp. Köhler, Chemie u. Technologie d. Asphalte. Brann- schweig 1904. — E. Graefe, Die Braunkohlen- teerindustrie, Halle a. S. 1906. F. Holde. BLick Joseph. Geboren 1728 zu Bordeaux; gestorben am 26. No- vember 1799 in Edinburg. Er war der Sohn eines schottischen Weinhändlers, studierte in Glasgow und Edinburg, wurde 1756 Professor der Chemie und Anatomie in Glasgow und prak- tizierte dort als ein beliebter Arzt, 1766 Professor der Chemie in Edinburg. Er hat die Begriffe Wärmekapazität, spezifische Wärme, latente Wärme (Schmelzwärme, Verdampfungs- wärme) zuerst exakt erfaßt und so das Gebiet der Kalorimetrie eigentlich begründet. Literatur. Lectures on the Elements of Chemixtry delivered in the University of Edinburg, Vor- rede von tTohn Hohinson, 180S. Deutsch von Cr eil, Hamburg I8O4. — E. Mach, Die Primiqyien der Wärmelehre, S. 152. Leipzig 1896. E. Drude. A G. Pätz'sche Bucbilr. Lii)])ert & Co. G. m. b. H., Naumburg a. d. S, ^- ^€;^^?^e^L PA^^ 7My?-y^, ^ tZ07^^-t^^^^^l/'7'^7^^^ , W;^^?^'^^^/. ;2f ■^^. :/^^ tf^^au d d^ o '^C-'^ i^£i^ C/rC- i-tj^ii-V ^d,p^. ,7r/?i sk- •^ ^ ,-■ ,f .5 3'y C ■ . 'y- /7 6 ,, ■ f -^ I ^ ,/- y ^ / /i- - /.f -• /f / y/.," 6 s- ^ S'. /s ? i/o - J^ v. S /7 3j /r m -''/ /^. ^' ^"^^""^X^kZU^/r '0^/6.€^9UhS^?^/<' ■ •^ ' J yie, ^j^r^'Cc /-vfrC'tVfc' ''fi'c. '/l^'^C^/. 33\S7 \33 \Z0 S / f 6 w- ? y6\s / 7 u-^ . i&&. ^^/ ;g^^^. / '^^^a<^£ r'^^'eaiT?^ /6 Je \/Z/7 ^ ^0? o - 7 '^" /^-/^<4yü/, J\ t$^e ^C€^, ■' Q C^/: 9 lu A.&{^C4'C'n/r2^ ^U'^^i^ ^C^t^C''r?^l^.>C97/77^ , t^^' :auf&e^y^' ^'. I03/7J/Ü "^ " X^ /s\£ 'fr MzA 3 \3Z. ,/J / ' / '87"! -^-Z-i^ . ■Ü/7c.J^{>t>?I^C- ^^.ä^.ökeT^-c^^f^n^s^t&yce. ■^f- -^ ^-C'P^ T ys js \/9 16 Y m /•<7 3/ ^^^ü^m^r Wn/z. ^.cyU^^-/^ CC'cy^c i3 - 8 '/PC .8 - / M '// 3 j, / \7i/^ 'i$t^ryi'r7i^. i-.^i '.£^// ■ AC /ö- 3 M 38 3 - /6^/3 /\39 ^-p^?^^^'^2.ö (S^^^'^^^^i^J €-r2y ■^ '^■tj'J^U, "^z^. c/f/6 M. / :^-^'^^:2^c^. 'SJt^^'S, i ^2 I Mi /¥- / ff - s - Sc ch^n^^j^ &^4'??^t!^^ /^ Z\3 Z 3 -\8 0 H36 /3\&Jr. y /tXa?i^a:, y.,^^^^':^^/^^ ;0^i>7^.rii;>;;:^ a^.^^hc^eZ^''/^ j^.'^d€^<^i^9?z^^^nyC^e' 'e^. 1^ - /9 20 SS SO Z/ 1¥ K// -- KZ - (S» / / C rr ^P"-. ^ ^ 6S6 / Mi S /67 /.' a!säu^4^^^r2^U1^^.|^(h^/^'ri?^^ \ 7U \S- 1 IS 6 \ ? /ö \ / - 8 s 7S /Ü6 8 //J \8 V/6 3' 8 JI6 83t ■^i/Xi&pzf a:. ^^2«. . • '/ ■ / -^ 1 ^ 3 1/ :'^i /^ I / /7 6 / /Z 6 ^ fZ '^t^hU^ie^(^. /^^^^i^.^?^^ fS S lOSt 70 t^^^^bi^>?z,2(A /?^?^;^^2-. ■^^-^e.i z / rr/: 9 \im S6/0 8 ^ V ^ Ar' 26 3 'X d 'U?zß. t J-^i^ fe.^J^^Vy'Ä^r^r^ , ''V ^ if- -4- iJ2:>^i. 2\m T,-r-p-/^^^^ ^y4H^ 'y?^. / ty y, JT ^^^^-4^^^*^^^^^^^ , ^^t^pc'-^/^^^.'^^, ^^^.^e^^^^r er/ ^4^^ / ^^<^'C'f^^^^ i/L(yiC^. /■l-i^U^/ '^C-/^^ JT. ^^^^/.^Sn7^^ . tZ^^ . ■Zt^^ r^^'TT-z^^ &€^U^, i^ 30 \// /^ .^ m \^/l 8 ^ \7S0 /3 /^ 7 ZI'. J /;■■ " "-/t '^y-z^ .<^^^^Z^C?^^«^^^^^, ZZZ5 Z 63c 8 se; .2 s^ ^ 63/ \^r9f 3 im. s> "2^^^, 'iwr6\9\m \/6 /3\9 8^c b — / m \^ - Z \8 - \/0 8 6 9 //s ¥J/ n . «^ C^ '/ j^ ^-t^^l^i^i 3 i^i^?^;^^^, ^{A ^^t^/^ r/^-t^'^^e^rTta.^^^-^^ . ^^^'O-ap^i^rÄi- / f '^^^■< z^fAf^.. \/9.6 /S ZS fv^-^-^-z^--.».^^^, JfT'^^./^-'/^^'-.AA'l^ '30 33 S'fco 3 sm ^\3S, d t. j ■ —■ , ■. \ im^ 1 \3 — / — / - 6 -- 6 / ^ — f\^" 1 izr 9 '/7. / 3 ^^ 8 - / //3i ZZM 7 //ö J^/,6 /\2£<: y S/3f 9 3/ ■^6 \7 / r \6// 2 - rm Cf ö •^^'i 6 — 6 Sf6 / " 6 m z — 6 ^03 z - 9 /£33 ZI /6 Z /m y Af 3 / /m i 9 /6 2 9s/ 2ü- / /m ^i"^ "7' 0^?^Mr^9^z/T (M^a-^!^'C€^?Mt ,>-^ ■''■'r / ^ C t/ i Ki^^/l , ./. d d d' i^^^/f' >2x^. ;^/^^i X<^^/ ■t^/ii '7-^-/--T t / -6/6:5 \/3 25 6 \72c \S9 /3 I S'ZOl V^ —\6-Sf 7 'Soc 8 'W^ /" . / ,. ^-^l-^ -•'> - / ^;^2J \ 9 /¥ '3 - /y^,./. U3 Z 8 9 S 8 JEzk 37 9 /m /3 /o 3 m 9 ^<:^^e^^ ^y&ar^^. (^/2r&7^atfi^^l Ä' ^et^rz^. 9ViZ^ 'iM^*^^^e^i Ci/€^c . '/JS 1 M "f 1 // 3 3 'Je. 1 /<9 - M\^ o I ... A' - 9 - i / - ^2 - / 9 - \ sim /~ vo// ^ —\ö\¥30 / s / / — r' ,j:> ^ // /s /i?'. /^ ^ \/o /? / l 7'6/S 9p/ /o m 7 /m 7 t^sn\ -PO >,:/ /r ^* ^ /. -^/V-' ^. <^A^ l/tZ^TTt^TTLe , \/6 ./9 '/376 l \/m r 7 7 /66 763 S/Z 31 Z2 / 8 /S 29 6 ZW 6 \Z0 17 'p39 'f.Ü/0 Süss /9 /6 /a _ 7 / \/s /o '73 77 Us3f \Z3 2S yf^7/7^€^/>'^7*€'^ ^^(^^U^!:^U^^^^' ^^'^rt^^C^^O^^/^-^l^^ly, 2 V3 ^3€i>j^^if ^Afaucit^:^ . 360 7 308 9 769 Z 6SS 7 /0B6 7i>S9 / S 8S 330 3 36f H//01 S\2/E 6 6 6 m 9S0 ZfO/7. / m rwffz _. ^. _/ _ . ^^^ 1^, I j'// 4^^) t^^£^<r ,' ... ./ r ^ fr, ^ ^- • JO ou7 / 2SS / / // S/ßi / r. 6\ . ^'i^*^''J<^'-'^''- /1^ r /£\/Z 8\3 /r.9 ?J l^f',^^ 'Y /3 38 M \6 \s ' Z Z 6\8/7\ 9 / f^i f M 9 mt I /2I 6''/m I 810 •i I I 816 8/S ^<9'^'t'i:/i^,' Ge<^^^:^tieai^/^u-7n^. ^^/'t^^i^^:^^/ 'H'€^^{e ^^^<«ä»ZÄ%5^.^ f^^i J^i^//6n e^i^^Ae^^. \3 1// ' j. ./3./6 /3ZZ //\/6 /0 .6 ^■tCr /C ^C< ^^/A (f'^/'^ 't^^-i^^^'c. 8'- /3- ^\- 3 — HS/ 6 3 .8/3 3^20/ 3p9 s\39i S\67L 2: 6 s 7ü?. s'm S\8f? s'm ^/t ^^ij'^?^. ci^^^^^j^i-i^t^^^. (J-r^^4^C€^. o ^i^Uf^^^^i^H^i^^, ^cA^/z^^i^e-z'^na^^. ii^/^^v^'c:>^:'^^i^^(C^t^- ^ta^c. Cn.i2:^''/i^ , T ^OU^z^C^^^ ^^-/< '^y.^- \/;^ ^j' ^/^>hy^T?^?z^^ . /9. /7 /^ S 63 ■U // 6 n^ ■8373^. C/ ^. 1 /6 s . 6 ^-i^-^^ ^0 — y^Zi^^/L- . ^V7^??z^9ne^^, u^^t^^t^C" u^sg^i^iU^ /6 — , • ^ Cr Z-' ^^ er; %^, tM^-^. ^e. . .^-^^ .^/^ «i$2r /-^^ - ü^'a'^4ce^;' 3j y' 'I, 3c' 3/'9l 73? WS 37'f /JS 9S3\ 96Z 9r/'^ //■: 3/3 3i'f 8' 87i. 90 IZd% 9/l ff 7i?Z 773 *A€6tr: . .'^ /-', i t VI u^'e^e/j'y2/^e'^^n^e^^'' ^-e^/:. V^. -:^^^^ 1 -• cf ' -/ (^ .^ /o // /^i<^.: S- ,. & p "0 ^f K^jf >^.:-./ K/ / i'^fiJ ' f Of S ^'^6 / - r>> i3 y /O^i'Jiy fj- /06 // /8 1 8Z8 '7 6 6 .^dS 1 — Z39 X"/- S,86Z\ z^- 7 7/9\ /6 ~" /0V6S y^\3 s\m \3i:m 2 // a; —• 9 9S7 8 - SUS fö -~ 2 6/^ £/ - 2 793 , ' ' 7/63 |^/^!-^l ^1/^ y, r Äf^^ ä '-^^^^^6. in-X^^^ / - ^ >?5^^ 8 S33- 3 7P 63'7 9^7 f'CCC4^l'U^p?l 8t,^^A Y-wvt^/y^rz, 30 3^.1 '^/TJ .r 8 \S/m Y S\7 30C V 3 / 3 I05L »'CU^t cZ^cf^n'^i^^^'e^^ (7-^^^ . '^t^ i3o^/\H- '^'^/^./^ui ^3 d IIS3 /Vi ■ie^tf. \6 ^ H r 8 I /7 ZS\6 / /6 /2 \ 9 '/m Ij/ /o/öpi i/i:^— 7'//33 8 -\Vp' S - ^ y^: ';'/UC, iJ<'A€-Xii> 8 // 9 " Mr99 9 3 Je % '.-S i '' .¥ ^^M