414 XVI. Jahrg. 



Naturwissenschaftliche Rundschau. 



1901. Nr. 33- 



Protoplasmas nach allen möglichen Richtungen hin 

 erfolgen können , charakterisirt sich die Muskel- 

 bewegung dadurch, dafs die Richtung der Bewegung 

 durch die Richtung der Muskelfasern eine gegebene 

 ist. Die Muskelfaser ist demnach als ein zelliger 

 Elementarorganismus anzusehen, dessen Bewegungs- 

 mechanik in jedem einzelnen Falle einer einzigen 

 Bewegungsrichtung angepafst ist, welche mit der 

 Längsaxe der Fasern zusammenfällt. Wie diese 

 Eigenschaft im Laufe der Entwickelung der Orga- 

 nismen vermöge der Variabilität entstanden und 

 durch Anpassung und Vererbung vervollkommnet und 

 festgehalten sein mag, soll hier nicht der Betrach- 

 tung unterzogen werden. Wohl aber mufs es vom 

 Standpunkte der Entwickelungslehre als sehr wahr- 

 scheinlich gehalten werden, dafs das auf die Proto- 

 plasmabewegung anwendbare Princip der Capillar- 

 kräfte auch bei dem Zustandekommen der Muskel- 

 contraction eine wesentliche Rolle spielt. Dem Verf. 

 sei es daher gestattet, die von ihm in der Abhandlung 

 „Die Energie des Muskels als Oberflächenenergie " 

 (Pflügers Archiv f. Physiologie, Bd. LXXXV, S. 271 

 — 312) behandelte Theorie der Muskelcontraction 

 hier darzulegen. 



IL Es wird für das Folgende nützlich sein, Einiges 

 über den Begriff der Oberflächenenergie vorauszu- 

 schicken und an einigen physikalischen Beispielen zu 

 erläutern, wie Oberflächenenergie in andere Energie- 

 formen umgesetzt werden kann. Daraus wird sich 

 ergeben, dafs es gelingt, auch die Muskelenergie aus 

 der Oberflächenenergie abzuleiten. 



Wir gehen von der in der Physik allgemein an- 

 genommenen Vorstellung aus, dafs in der Oberflächen- 

 schicht einer Flüssigkeit eine Spannung herrscht, 

 welche in der Oberfläche nach allen Richtungen 

 ziehend dieselbe zu verkleinern strebt. Ein bekannter 

 Versuch von van Mensbrugge besteht darin, dafs 

 man in einem rechteckigen Metallrahmen, dessen eine 

 Seite auf den anliegenden verschieblich ist, eine La- 

 melle aus Seifenwasser herstellt. Dehnt man diese 

 Lamelle durch Ausschieben der beweglichen Seite, so 

 leistet man dabei gegen die Kraft der Oberflächen- 

 spannung eine Arbeit. Läfst man die Seite los, so 

 zieht sich die Lamelle wieder zusammen und nimmt 

 die bewegliche Seite des Rahmens mit. Die Kraft, 

 welche auf die Längeneinheit (1 cm) der beweglichen 

 Seite an den beiden Oberflächen der Lamelle wirkt, 

 heifst die Constante der Oberflächenspannung für die 

 Flüssigkeit in Berührung mit Luft oder auch kurz 

 „Oberflächenspannung". Nennen wir die Länge der 

 beweglichen Seite l und die Oberflächenspannung «, 

 so ist die ganze wirkende Kraft in diesem Falle 2 d.i. 

 Haben wir die Seite l um die Strecket ausgeschoben, 

 so ist die Grölse der dabei geleisteten Arbeit (welche 

 nach einem Grundsatze der Mechanik Kraft mal Weg 

 bedeutet) gleich 2 « . I . b. Da nun 21. b das Stück 

 ist, um welches die Oberflächen vergröfsert wurden, 

 das wir mit U bezeichnen wollen, so ist die geleistete 

 Arbeit A = a. U. 



Da nach dem Energiegesetze Umwandlungen von 



verschiedenen Energieformen in Arbeit und umgekehrt 

 stattfinden können, so müssen wir uns vorstellen, dafs 

 der Oberfläche der Lamelle und demnach den Körpern 

 überhaupt eine besondere Energieform zukommt, 

 welche wir „Oberflächenenergie" nennen. Bei 

 der Vergröfserung der Oberfläche um die Gröfse U 

 ist demnach die aus Arbeit entstandene Oberflächen- 

 energie durch den Werth « . U ausgedrückt. Zieht 

 sich die Lamelle zusammen, so kann die Oberfiächen- 

 energie dabei mechanische Arbeit oder durch Ueber- 

 windung von Reibung Wärme erzeugen. 



Wir wollen nun ein physikalisches Experiment 

 betrachten , bei welchem sich Oberflächenenergie in 

 mechanische Arbeit umsetzt, wobei die herrschende 

 Oberflächenspannung sich infolge chemischer Ver- 

 änderungen der in Berührung kommenden Substanzen 

 vergröfsert. Ein sehr instructives Beispiel dieser 

 Art giebt uns der von Lippmann angestellte Grund- 

 versuch über die capillarelektrischen Erscheinungen. 

 Ein U-förmiges Capillarrohr ist mit Hg gefüllt, auf 

 der einen Seite mit einem Druckgefäfs verbunden, 

 während der andere Schenkel oben (yfömüg gebogen 

 in ein mit verdünnter Schwefelsäure gefülltes Gefäfs 

 eintaucht. In dem Rohre stehen Hg und Flüssigkeit 

 in directer Berührung an einem vom Hg gebildeten 

 Meniskus. Auf dem Boden des Gefäfses steht eine 

 Schicht Hg, welche durch einen isolirten Platindraht 

 mit einem zweiten in die Capillare eingeschmolzenen 

 Platiudraht und einer Kette leitend verbunden werden 

 kann. Schliefst man den Kreis der Kette (von nicht 

 mehr als 0,9 Daniel!), so dafs der Meniskus die Kathode 

 bildet, so sieht man die Hg-Säule sinken. Sie wird 

 also gegen den herrschenden Druck aus dem Druck- 

 gefäfs bewegt und es wird dabei mechanische Arbeit 

 geleistet. Bei entgegengesetztem Strome steigt der 

 Meniskus in die Höhe. Der Vorgang besteht darin, 

 dafs durch die Polarisation des Hg an der Kathode 

 die Oberflächenspannung des Meniskus erhöht, durch 

 Polarisation an der Anode vermindert wird. Die 

 von der Kraft der Oberflächenspannung gegen den 

 Druck des Druckgefäfses geleistete Arbeit können 

 wir ausdrücken durch den Weg, welchen der 

 Meniskus zurücklegt, multiplicirt mit der durch den 

 wachsenden Druck in jedem Moment hervorgebrachten 

 Kraft. Diese Arbeit wird wie beim Heben eines 

 Gewichts oder der Spannung einer Feder als poten- 

 tielle Energie augesammelt. Sie kann nach dem 

 Energiegesetze nur entstanden sein aus einer anderen 

 Energieform. In der That hat sich in diesem Falle, 

 während die Oberflächenspannung des Hg von dem 

 Anfangswerthe u. v bis zu dem Endwerthe « 2 stieg, 

 die Oberfläche der mit der verdünnten Schwefelsäure 

 und mit der damit benetzten Glascapillare in Be- 

 rührung stehenden Hg-Säule um eine gewisse Gröfse U 

 vermindert. Die verschwundene und in Arbeit um- 

 gesetzte Oberflächenenergie ist daher nach einer ein- 



fachen Rechnung in diesem Falle gleich: 



"i + "a 

 2 



U. 



Ueberlegen wir ferner, aus welcher Quelle diese Ober- 

 flächenenergie herstammt, so ist diese offenbar der 



