[v. Gorup-Besanez, Lehrbuch der Physiologischen Chemie, 4. Auflage, 1878, Seiten 1-7]

 

EINLEITUNG.

Der richtige Weg zur Erkenntniss der Erscheinungen des pflanzlichen und thierischen Lebens ist im Principe kein anderer wie derjenige, den der Naturforscher einschlägt, um in den Zusammenhang und das Wesen der Objecte der unbelebten Natur einzudringen: es ist der Weg exacter, nach den allgemeinen Regeln der Kritik angestellter Beobachtung; ja nicht selten ist dieser Weg nicht nur ein im Principe, sondern auch in seiner Besonderheit übereinstimmender.

Methode der Forschung.

Es giebt nur eine Erkenntnissquelle der Materie: die genaue Erforschung aller ihrer Zustände. Die Eigenschaften der Materie beziehen sich aber einerseits auf ihre äussere Form, und andererseits auf ihre Wechselbeziehungen zu anderen Körpern, auf ihre durch äussere Einwirkungen gesetzten Veränderungen. Die Veränderungen aber, welche die Naturkörper bei ihren wechselseitigen Einwirkungen erleiden, fallen entweder in das Gebiet der Physik oder in jenes der Chemie.

Die im Thier- oder Pflanzenleibe organisirte Materie hört deshalb, weil sie organisirt ist, nicht auf, Materie zu sein; sie muss daher den allgemeinen Gesetzen der Materie folgen, und da die Lebenserscheinungen eine stoffliche Grundlage haben, so müssen unter ihren Factoren nothwendigerweise immer auch materielle sein.

Wenn es gewiss ist, dass die Methode, deren wir uns bei dem Studium der Objecte der unbelebten Natur bedienen, sich geeignet erweist, viele Lebenserscheinungen in genügender Weise zu deuten, so ist es andererseits nicht minder sicher, dass sie für bestimmte Lebensphänomene Modificationen erleiden muss. Vor Allem sind es die eigenthümlichen [2] Formen der organisirten Materie: ihr Bau, ihre Entwickelung, die in der unbelebten Natur kein Analogon haben und ihrer Eigenartigkeit wegen auch eine eigenartige Untersuchungsmethode beanspruchen.

Die Anatomie und Histiologie (Morphologie) sind es, die uns den Bau und die Entwickelung der organisirten Materie kennen lehren:  Doctrinen, die für sich bestehen, und sich selbstständig entwickelt haben. Aber noch eine andere Methode giebt es, die der Physiologie eigenthümlich ist: das physiologische Experiment. Es dient dazu, die Bedeutung einzelner Theile des Organismus für das Ganze zu ermitteln, theils durch die Feststellung ihres Verhaltens gegen bestimmte Reize und Einwirkungen, theils aus der Wirkung, welche ihre Entfernung, ihre Verletzung, oder ihre pathologische Veränderung auf den Gesammtorganismus, oder auf bestimmte Organe desselben ausübt.

Gründe für die Berechtigung der Physik und Chemie als Hülfswissenschaften der Physiologie.

Hat daher das Studium der Lebensvorgänge mit Bezug auf die Methode seine eigenthümliche Seiten, so bieten dieselben andererseits eine Fülle von Erscheinungen dar, die sich auf physikalische und chemische Gesetze zurückfuhren lassen. Um die Berechtigung der Physik als Hülfswissenschaft der Physiologie zu beweisen, genügt es, darauf hinzudeuten, dass die Gesetze des Schalls und des Sehens: die Akustik und Optik, ebenso gut der Physiologie wie der Physik angehören, und geradezu in die Physik im engeren Sinne übergegangen sind. Die Gesetze der Mechanik finden auf die Locomotion, auf die Muskelwirkungen des Thieres, jene der Hydro- und Aerostatik und Dynamik auf den Process der Respiration und der Circulation ihre Anwendung, die Erscheinungen der Osmose im Thierkörper, des Gasaustausches in den Lungen und dem Blute sind auf physikalische Diffusionsgesetze zum Theil schon zurückgeführt, dies Gesetzmassigkeiten endlich in dem elektrischen und physiologischen Verhalten der Nerven, welche bis nun ermittelt sind, enthalten bereits die Elemente einer Nervenphysik. Ebenso wäre es vergeblich, heute noch leugnen zu wollen, dass die stofflichen Metamorphosen, die das Leben kennzeichnen: die Mischungsveränderungen und Umsetzungen der organischen Materie, den Gesetzen jener Molekularkräfte unterthan sind, die wir mit dem Namen: chemische Affinität zu bezeichnen pflegen. Doch erscheint es zweckmässig, die allgemeinen Thatsachen anzuführen, die der Berechtigung der Chemie als Hülfswissenschaft der Physiologie zu Grunde liegen.

Thatsachen, welche für das Walten chemischer Kräfte in pflanzlichen und thierischen Organismen sprechen.

Es ist Thatsache, dass wir aus Thieren und Pflanzen zahlreiche wohlcharakterisirte organische Verbindungen isoliren können, die in den verschiedenen Organen bereits fertig gebildet und durch den Lebensprocess erzeugt sind. Manche davon scheiden. sich zuweilen schon von selbst im Organismus aus (Harnsäure, Cholesterin, Calciumoxalat u. a. m.), andere werden durch blosses Abdampfen der betreffenden Flüssigkeiten, oder durch Operationen isolirt, die jeden Einwand an die Bildung dieser Verbindungen durch die Einwirkung der angewandten Scheidungsmittel [3] von vornherein beseitigen, oder eine solche mindestens im hohen Grade unwahrscheinlich erscheinen lassen.

Ist es einerseits constatirt, dass der Organismus chemische Verbindungen zu bilden fähig ist, so erscheint es andererseits von nicht geringerer Bedeutung, dass wir zahlreiche durch den Lebensprocess von Pflanzen und Thieren erzeugte organische Verbindungen auch künstlich in unseren Laboratorien darstellen können, so dass also der Einwand:  die organischen Verbindungen des Thierleibes und der Pflanze würden durch Kräfte sui generis erzeugt, bedeutungslos erscheint. Seit es gelungen, den Harnstoff künstlich darzustellen, haben wir eine grosse Anzahl anderer im Thierkörper vorkommender organischer Verbindungen künstlich dargestellt. Noch zahlreicher sind die Beispiele im Pflanzenreiche vorkommender und künstlich darstellbarer Verbindungen. Allein es würde den in den Stand der Sache Uneingeweihten irreführen heissen, wollten wir verschweigen, dass es der Chemie noch keineswegs gelungen ist, eine Classe organischer Verbindungen, die wir organoplastische oder histiogene nennen wollen: wirklich organisirte oder der Organisirung fähige Stoffe, künstlich darzustellen. Auch berechtigen uns keine aus der bisherigen Entwickelung der Chemie geschöpfte Gründe zu der Hoffnung, dass es uns so bald gelingen werde, eine Pflanzenzelle, eine Muskelfaser, einen Nerv, mit einem Worte wirklich Organisirtes auf chemischem Wege künstlich darzustellen. Das letztere Problem ist, wie Berthelot (1) mit Recht hervorhebt, der Chemie ebenso fremd, wie die Bildung von Gesteinen und Gebirgsschichten.

Die Molekularkräfte, welche zur Bildung derartiger Stoffe Veranlassung geben, wirken allen unseren Erfahrungen zu Folge nur im lebendigen Leibe, und sind diesem eigenthümlich. Die Lösung dieses Problems ist Sache der Physiologie. Wenn demnach kein mit dem gegenwärtigen Standpunkte der Wissenschaft einigermaassen Vertrauter im Ernste leugnen wird, dass bei der Bildung der organischen Verbindungen chemische Kräfte thätig sind, so ist es nicht minder wahr, dass zur Erklärung der Bildung organisirter Stoffe die Affinitätsgesetze nicht ausreichen, oder dass dieselben jedenfalls durch ein uns unbekanntes im lebendigen Leibe Thätiges in einer Weise modificirt werden, die ihren gesetzten Producten den Stempel der Eigenthümlichkeit aufdrückt. In der Physiologie ist daher zwischen chemischen organischen Verbindungen, und zwischen organisirter mit sogenannten vitalen Eigenschaften begabter Materie zu unterscheiden.

In vielen Fallen lässt sich nachweisen, dass die Umsetzungen, welche die im Organismus vorkommenden organischen Verbindungen in Folge des Lebensprocesses erleiden, denen analog sind, welche dieselben Verbindungen ausserhalb des Organismus in unseren Laboratorien durch die Einwirkung chemischer Agentien erfahren. So geht die Harnsäure im [4] Organismus in Allantoin, in Oxalsäure und in Harnstoff über, und in dieselben Producte können wir diese Verbindung auch in unseren Laboratorien auf mannigfache Weise überführen. Wenn wir an den Hauptherden des Stoffwechsels, da, wo nach allen physiologischen Prämissen ein energischer Umsatz der Eiweisskörper stattfindet, vorzugsweise zwei Verbindungen begegnen: dem Leucin und Tyrosin, die wir auch ausserhalb des Organismus stets als Zersetzungsproducte der Eiweisskörper ebensowohl durch Säuren und Alkalien wie durch Fäulniss erhalten, so erscheint der Schluss, dass sie auch im Organismus durch Zersetzung dieser Körper gebildet werden, gewiss nicht ungerechtfertigt.

Ebenso sind die Umsetzungen, welche dem Organismus von aussen zugeführte Stoffe in selbem erleiden, häufig mit jenen übereinstimmend, die durch Einwirkung chemischer Agentien in unseren Laboratorien veranlasst werden. So verwandelt sich das Stärkemehl dem thierischen Organismus einverleibt in Traubenzucker, dieser unter gewissen Bedingungen in Milchsäure und Buttersäure; wir können aber auch in unseren Laboratorien das Stärkemehl in Traubenzucker, und den Traubenzucker in Milchsäure und Buttersäure verwandeln. Die Alkalisalze organischer Säuren gehen unter gewissen Umständen im Organismus in kohlensaure Salze über, dieselbe Veränderung aber erleiden sie, indem wir sie an der Luft erhitzen.

Für das Walten chemischer Kräfte im Organismus spricht endlich auch die Thatsache, dass gewisse organische Säuren im Organismus Veränderungen erleiden, die auf der Aufnahme der Elemente anderer chemischer Verbindungen beruhen, die im Organismus bereits vorhanden sind, dass auch dort chemische Synthesen stattfinden.

Bekannt ist es, dass die Hippursäure, eine namentlich im Pferdeharn vorkommende organische Säure von der Formel C9H9NO3, sich bei der Behandlung mit Säuren in Benzoësäure und Amidoessigsäure oder Glycin unter Aufnahme der Elemente des Wassers spaltet. In der That ist

C9H9NO3

+ 

H2O

= 

C7H6O2

+  

C2H5NO2

Hippursäure

 

 

 

Benzoësäure

 

Amidoessigsäure

Aus ihrem ganzen Verhalten ziehen wir den Schluss, dass die Hippursäure als Amidoessigsäure betrachtet werden kann, in welcher 1 At. Wasserstoff der Amidgruppe durch das Benzoësäureradical: C7H5O vertreten ist, und wir schreiben demgemäss ihre Formel:

CH3

{

NH C7H5O

COOH

Dieser Anschauung entspricht auch das Verhalten der Benzoësäure im Organismus. Nehmen wir Benzoësäure ein, so tritt sie im Harn als Hippursäure wieder aus. Benzoësäure und Amidoessigsäure verwandeln sich im Organismus unter Abspaltung von l Mol. Wasser [5] in Hippursäure. In analoger Weise verwandelt sich die Salicylsäure im Organismus in Salicylursäure, die Cuminsäure in Cuminursäure.

Nicht minder wichtig erscheint die hinlänglich erhärtete Thatsache, dass die physiologische Bedeutung eines Körperbestandtheils durchaus abhängig ist von seiner chemischen Zusammensetzung, und dass sein Verhalten im Organismus stets beeinflusst wird durch seine chemische Qualität. Nach allen unseren Erfahrungen steht die chemische Zusammensetzung der Organe zu ihrer Function in innigster Beziehung. Blut, Galle, Gehirn und andere Gewebe haben ihre bestimmte nur in quantitativer Beziehung und da nur innerhalb gewisser Grenzen schwankende chemische Zusammensetzung; ebenso wenig, wie wir eine Flüssigkeit, die keinen Harnstoff und keine Harnsäure enthält, Harn zu nennen berechtigt sind, ebenso wenig können wir uns Blut ohne Blutkörperchen mit ihrem eisenhaltigen Farbstoff, Galle ohne Gallensäuren und Gehirn ohne Cerebrin, Cholesterin und gewisse Fette denken.

Es lassen sich bisher nicht alle Erscheinungen des Lebens aus physikalischen und chemischen Gesetzen erklären.

Ob sonach physikalische und chemische Gesetze zur Erklärung von Lebensvorgängen Anwendung finden können, ist heute keine Frage mehr. Sie ist längst beantwortet. Wohl aber darf man fragen, ob sich heute schon alle Erscheinungen des Lebens aus physikalischen und chemischen Gesetzen erklären lassen. Dass dies nicht der Fall ist, ergiebt sich schon daraus, dass alle physikalischen und chemischen Gesetze, die uns heutzutage zu Gebote stehen, nicht hinreichend sind, die Bildung einer Pflanzenzelle, eines Nerven, den Process der Zeugung, oder auch nur die Fortpflanzung der Sinneseindrücke zum Gehirn zu erklären.

Lebenskraft.

Wir können daher nicht umhin, im lebenden Organismus ein Thätiges anzunehmen, durch welches dem Wirken der physikalischen und chemischen Kräfte der eigenthümliche Stempel aufgedrückt wird, der das organische Leben kennzeichnet. Dieses Thätige, dem lebenden Organismus Eigenthümliche, diesen letzten Grund der Summe von Erscheinungen, die wir Leben nennen, bezeichnen wir mit dem Worte Lebenskraft, ohne mit diesem Worte einen anderen Begriff verbinden zu wollen, wie denjenigen, der im Sinne der heutigen Naturforschung dem Namen Naturkraft überhaupt zukommt.

Aus dem Angeführten ergeben sich die Hülfswissenschaften und Hülfsmittel der Physiologie von selbst: Anatomie und Histiologie, Physik und Chemie und das physiologische Experiment. Anatomie und Histiologie lehren den Bau und die morphologische Entwickelung des Thierleibes und seiner Organe kennen, die Physik liefert den Schlüssel zu zahlreichen Bewegungserscheinungen, welche der Organismus darbietet, die Chemie zu den in selbem stattfindenden stofflichen Metamorphosen oder Mischungsänderungen. Das physiologische Experiment greift überall ergänzend em.

Physiologische Chemie.

In diesem Sinne giebt es eine physiologische Chemie, eine Doctrin, welche ihrem Zwecke nach Physiologie, ihren Mitteln nach Chemie [6] ist, und die es sich zur Aufgabe stellt, gewisse Lebensvorgänge, die auf Mischungsänderungen des Stoffes beruhen, aus chemischen Gesetzen zu erklären.

Aufgaben und Eintheilung der physiologischen Chemie.

So wie es eine Pflanzenphysiologie und eine Thierphysiologie giebt, so giebt es auch eine physiologische Phyto- und eine physiologische Zoochemie. Letztere beschäftigt sich mit der Erörterung der chemischen Verhältnisse des thierischen Organismus und mit ihr werden wir es in diesem Werke zunächst zu thun haben. Allein die Natur ist ein Ganzes, und alle ihre Objecte befinden sich in stetiger Wechselwirkung. Nicht kann die Pflanze ohne Luft und Boden, nicht das Thier ohne Pflanze bestehen. Luft und Boden, Pflanze und Thier bedingen sich gegenseitig, und deshalb kann auch das organische Leben nicht verstanden werden im Individuum, es muss im Ganzen und Grossen aufgefasst, und in seinen verschiedenen Trägern und Phasen verfolgt werden. Eine klare Uebersicht des in der organischen Natur waltenden Chemismus gewinnt man erst, wenn man auf die ersten Anfänge organischen Lebens zurückgeht. Die Metamorphosen des Stoffs von dem Momente an, wo er organisch geworden, bis zu jenem, wo er wieder unorganisch wird, mit einem Worte: die allgemeinen Gesetze des Kreislaufs des Stoffs sind nothwendige Prämissen auch der physiologischen Thierchemie; ihre Entwickelung ist ein integrirender Theil derselben, sie stellen gewissermaassen die Prolegomena der Doctrin dar.

Wenn man die chemischen Vorgänge des thierischen Organismus beurtheilen will, muss man seine chemischen Substrate kennen, d. h. diejenigen chemischen Verbindungen, die Bestandtheile desselben sind. Man muss nicht nur wissen, wo sie vorkommen, sondern auch, welche physiologische Bedeutung sie besitzen.

Ebenso wenig aber, wie man einen Begriff von einem Hause erhält, wenn man die Elemente und chemischen Verbindungen, aus welchen es besteht, kennt, ebenso wenig erhält man einen Einblick in den wundervollen thierischen Organismus durch die blosse Kenntniss der Elemente und chemischen Verbindungen, aus denen er zusammengesetzt ist. Man muss auch ihre Vertheilung auf die einzelnen Organe des Thierleibes, man muss die chemische Zusammensetzung und das chemische Verhalten der thierischen Säfte, Gewebe und Organe kennen.

Erst mit diesem Rüstzeug kann man es wagen, der eigentlichen Aufgabe der physiologischen Chemie, der Erklärung der im Thierkörper während des Lebens vor sich gehenden chemischen Processe näher zu treten und ihre Lösung zu versuchen.

Dass endlich eine folgenreiche Behandlung der physiologischen Chemie eine genaue Kenntniss der allgemeinen theoretischen anorganischen wie organischen Chemie voraussetzt, bedarf keiner weiteren Erläuterung.

Die physiologische Chemie zerfällt den erörterten Verhältnissen zufolge in nachstehende Abschnitte: [7]

  1. Allgemeine Gesetze des Kreislaufs des Stoffs in der organischen Natur. Bildung organischer Verbindungen und Metamorphosen derselben in Pflanze und Thier. Rückverwandlung in anorganische Materien: Allgemeine chemische Biostatik.

  2. Chemische Substrate des Thierorganismus. Vorkommen und Verwandlungen der im Thierleibe nachgewiesenen chemischen Verbindungen, und physiologische Bedeutung derselben: Zoochemie.

  3. Chernische Zusammensetzung und allgemeines chemisches Verhalten der thierischen Säfte, Gewebe und Organe: Phlegmatochemie, Histiochemie, Organochemie.

  4. Ermittelung der Gesetze, nach welchen die auf Mischungsänderungen beruhenden thierischen Functionen und Lebensvorgänge erfolgen: Zoochemische Processe.

Gegenwärtiger Standpunkt der physiologischen Chemie.

Haben wir in obigen Zeilen die Ziele der physiologischen Chemie angedeutet, so fragt es sich nun, in wie weit dieselben erreicht oder erreichbar sind. Das was in der physiologischen Chemie erreicht ist, verschwindet gegen das erst Anzustrebende, denn die physiologische Chemie ist eine noch sehr junge Wissenschaft. in dem Sinne aufgefasst, den wir entwickelt haben, kann man sie eine Tochter des Jahrhunderts nennen, und noch sind kaum die Grenzen des neuerworbenen Gebietes genau abgesteckt, viel weniger aber noch ist das Land überall urbar gemacht. Wenn wir uns den Boden von dem üppig wuchernden Unkraute unrichtiger Beobachtungen, auf falschen Prämissen ruhender Schlüsse und luftiger Hypothesen gesäubert denken, so bleibt eine ziemlich spärliche Aussaat erhärteter Thatsachen und errungener Wahrheiten übrig. Der Grund hiervon ist leicht einzusehen.


(1) Berthelot, Die chemische Synthese. Leipzig 1877. S. 12