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GESCHICHTE DER BIOLOGIE

Die Entdeckung der Chromosomen (17)

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Schleiden, Brown, Flemming, van Beneden, Sutton - 19. Jh.

Die Mendelschen Gesetze hatten im Jahre 1900 eine viel größere Bedeutung als 1866, denn in der Zwischenzeit waren bedeutende Entdeckungen über die Zellen gemacht worden.

Im achtzehnten und neunzehnten Jahrhundert konnte man auch mit verbesserten Mikroskopen bei der Beobachtung von Zellen nicht viel erkennen. Die Zelle war ein buchstäblich durchsichtiger Körper, genauso wie ihr Inneres. Sie schien daher ein mehr oder weniger konturloser Klumpen zu sein. Die Biologen mussten sich mit der Beschreibung der Größe und Gestalt zufrieden geben. Gelegentlich beobachteten einige ein etwas dichteres Gebiet in der Mitte (was wir heute Zellkern nennen). Der erste, der dies als eine regelmäßige Erscheinung in der Zelle erkannte, war der schottische Botaniker Robert Brown (1773 - 1858), der sich darüber im Jahre 1831 äußerte.

Als Schleiden sieben Jahre später die Zelltheorie formulierte, schenkte er dem Zellkern erhebliche Beachtung. Er war davon überzeugt, dass dieser etwas mit der Zellteilung zu tun hatte, und dass neue Zellen aus der Oberfläche des Zellkerns entsprangen. Nägeli konnte im Jahre 1846 dies als unzutreffend nachweisen. Aber Schleiden war durch seine Intuition nicht auf eine völlig falsche Fährte geführt worden. Der Zellkern hatte tatsächlich etwas mit der Zellteilung zu tun. Die Untersuchungen der Einzelheiten dieses Vorgangs ließen aber solange auf sich warten, bis ein neues Verfahren zur Sichtbarmachung des Zellinneren gefunden worden war.

Ein solches Verfahren konnte mit Hilfe der organischen Chemie entwickelt werden. Unter der Führung von Berthelot lernten die organischen Chemiker sehr schnell, organische Substanzen herzustellen, die in der Natur nicht existierten. Viele davon waren farbenprächtig. Tatsächlich sah das Jahr 1850 die Anfänge der gigantischen industriellen Entwicklung zur Herstellung synthetischer Farbstoffe.

Wenn nun das Zellinnere nicht homogen wäre, dann bestünde durchaus die Möglichkeit, dass sich einige Teile davon mit einer besonderen chemischen Substanz verbänden und sie absorbierten, während das bei anderen Teilen nicht geschähe. Nähme man nun als chemische Substanz einen Farbstoff, dann würden einige Teile des Zellinneren gefärbt, während andere farblos blieben. Vorher nicht gesehene Einzelheiten würden dank solcher „Farbflecken“ sichtbar werden.

Eine Reihe von Biologen experimentierten in dieser Richtung. Einer der besonders erfolgreichen war der deutsche Zytologe Walter Flemming (1843 - 1905). Flemming untersuchte Tierzellen und beobachtete, dass sich im Zellkern verstreute Substanzteile befanden, welche den verwendeten Farbstoff sehr stark absorbierten. Dadurch hoben sich diese deutlich gegen den farblosen Hintergrund ab. Flemming nannte dieses absorbierende Material „Chromatin“ (nach dem griechischen Wort für Farbe).

Wenn Flemming ein Stück wachsenden Gewebes färbte, tötete er natürlich die Zellen ab, aber jede Zelle war so in einem bestimmten Stadium ihrer Teilung festgehalten.

In den siebziger Jahren des vorigen Jahrhunderts konnte Flemming die Veränderungen an der Chromatinsubstanz in ihrem Ablauf darstellen, die während der Zellteilung vor sich gingen.

Er fand, dass zu Beginn des Teilungsprozesses die Chromatinsubstanz zu kurzen fadenähnlichen Gebilden zusammenfließt, die später „Chromosomen“ (gefärbte „Körper“) genannt werden sollten. Da diese fadenähnlichen Chromosomen so charakteristisch für die Zellteilung waren, nannte Flemming den Vorgang „Mitose“ (abgeleitet von einem griechischen Wort für „Faden“).

Eine andere Veränderung, die den Beginn der Mitose kennzeichnete, bezog sich auf die Zentralspindel oder „Aster“ (ein griechisches Wort für „Stern“). Sie erhielt ihren Namen deshalb, weil sie ein winziges punktförmiges Objekt mit radial angeordneten Fäden war, so wie man gewöhnlich einen Stern zeichnet. Die Aster teilte sich in zwei Hälften, die sich zu entgegengesetzten Seiten der Zelle bewegten. Die feinen Strahlen, die von einer zur anderen Aster verliefen, schienen die Chromosomen festzuhalten, die sich auf die Äquatorialebene der Zelle angeordnet hatten.

Im entscheidenden Augenblick der Zellteilung erzeugte jedes Chromosom eine Kopie seiner selbst. Die Doppelchromosomen zogen sich auseinander, und ein Chromosom jedes Paares wanderte zu einem, das zweite zum anderen Ende der Zelle. Die Zelle teilte sich dann, indem sie eine neue Wand in der Mitte bildete. Wo sich vorher eine Zelle befand, waren jetzt zwei Tochterzellen,

Jede mit der gleichen Menge der Chromatinsubstanz (wegen der Verdoppelung der Chromosomen) wie sie ursprünglich in der Mutterzelle vorhanden gewesen war. Flemming publizierte seine Resultate im Jahre 1882.

Diese Arbeit wurde durch den belgischen Zytologen Eduard van Beneden (1846 - 1910) weitergeführt. 1887 war er imstande, zwei wichtige Aussagen über Chromosomen zu beweisen.

Zuerst zeigte er, dass ihre Anzahl in den verschiedenen Zellen des Organismus gleich war und dann, dass jede Art eine charakteristische Anzahl besaß. (Man weiß z. B. heute, dass jede menschliche Zelle Sechsundvierzig Chromosomen besitzt.)

Weiterhin entdeckte Van Beneden, dass bei der Bildung der Geschlechtszellen (Ei- und Samenzellen) der Zellteilung eine Verdoppelung der Chromosomen nicht vorausging. Jede Ei- und Samenzelle erhielt daher nur die Hälfte der ursprünglichen Anzahl der Chromosomen.

Alle diese Untersuchungen über Chromosomen erschienen nach der Entdeckung der Mendelschen Arbeit durch De Vries auf einmal in neuem Licht. Im Jahr 1902 wies der amerikanische Zytologe Walter S. Sutton (1876 - 1916) darauf hin, dass sich die Chromosomen wie die Mendelschen Erbfaktoren verhalten. Die Anzahl der Chromosomenpaare ist in jeder Zelle gleich. Die Fähigkeit zur Ausbildung besonderer Merkmale wird damit auf alle Zellen übertragen, denn bei jeder Zellteilung bleibt die Anzahl der Chromosomen infolge ihrer Verdopplung sorgfältig erhalten, und jedes Chromosom erzeugt ein identisches Doppel, das für die neue Zelle bestimmt ist.

Bei der Bildung einer Eizelle (oder einer Samenzelle) erhält jede nur die Hälfte der Chromosomen (eins von jedem Paar). Die ursprüngliche Anzahl stellt sich aber bei Vereinigung des Eies mit einer Samenzelle zum befruchteten Ei wieder her. Wenn sich dieses dann zur Bildung eines unabhängigen Organismus immer weiter teilt, bleibt die Anzahl der Chromosomen wieder erhalten. Im neuen Organismus stammt ein Chromosom jedes Paares über die Eizelle von der Mutter und das zweite über die Samenzelle vom Vater. Diese Zusammenfassung der Chromosomen bei jeder Generation führt dazu, solche rezessive Merkmale, die vorher durch dominante Merkmale überdeckt waren, wieder zum Vorschein zu bringen. Die beständig neuen Kombinationen erzeugen weiterhin alle möglichen Merkmale, die dann der natürlichen Auslese unterworfen sind.

Zu Beginn des zwanzigsten Jahrhunderts war damit eine Art Höhepunkt in der Evolutionstheorie und der Vererbungslehre erreicht worden. Dies sollte sich jedoch nur als Vorspiel zu großen Umwälzungen in der Biologie erweisen.

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