Elektronenmikroskopische Untersuchungen der strukturellen Veränderungen im Rindenbereich des Amphibieneies im Ovar und nach der Befruchtung

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    10-Aug-2016

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Zeitschrift fiir Zellforschung 54, 118--146 (1961) Aus dem Anatomischen Institut der Universitgt Hamburg (Direktor: Prof. Dr. med. et phil. E. HO~STMA~N) ELEKTRONENMIKR0 SKOPISCHE UNTERSUCHUNGEN DER STRUKTURELLEN VERANDERUNGEN IM R INDENBEREICH DES AMPHIB IENEIES IM 0VAR UND NACH DER BEFRUCHTUNG Von HUBERT WARTENBERG und WALTER SCHMIDT Mit 16 Textabbildungen (Eingegangen am 23. November 1960) Einleitung In frfiheren Arbeiten haben wir den Aufbau des Rindenbereiches der Am- phibienoocyte untersucht (WARTENBERG ] 959, WARTENBERG un d GUSEX 1960 a, b). Die elektronenmikroskopischen Ergebnisse hatten aber keine befriedigende Ant- wort auf die Frage ergeben, in weleher Weise der Rindenbereich w~hrend der ovariellen Entwieklung und im Zeitraum naeh der Befruchtung bis zur Furchung vers wird. Dabei interessierte der als Zona radiata bezeichnete Rinden- abschnit t der 0ocyte und seine Beziehungen zu dem spi~ter gebi ldeten Dotter- hi~utchen. Weiterhin sollte das Verhalten gewisser subkort ikaler Granula oder Vakuolen beobachtet werden, in denen Mucopolysaccharide histoehemisch nach- gewiesen worden waren (WARTE~BERG 1956, 1959). AuBerdem wollten wir auf diesem Wege versuehen, etwas fiber die St ruktur und die Entstehung des Holt- freterschen ,,surface coat" zu erfahren. Nach HOLTFRETER (1943a, b) entsteht diese Bildung, nachdem das Ei den 0v idukt durchwandert hat ; she soll aber schon vor der Befruehtung vorhanden sein und sps im Blastula- und Gastrula- s tad ium als ein , ,syncytialer Mantel" den Keim zusammenhalten. Material und Methode Um die Oocyten verschiedenen Reifegrades zu gewinnen, entnahmen wir dem dekapi- tierten Tier (Rana temporaria) ein Ovar und fixierten Teile davon 30 min lang in isotonischer, gepufferter 1%iger OsO4-LSsung (RHODIN 1954) bei Pn 7,2. Die gewiinschten Ooeytenstadien konnten unter der binokularen Lupe herausgetrennt werden und einzeln 2 Std in eisgekfihlter LSsung fixiert werden. Das fibrige Material wurde durch kfinstliche Befruchtung in der von Ro~IEIs (1948, S. 547) angegebenen Weise gewonnen. Unbefruchtete Eier entnahmen wir dem Uterus sofort nach 0ffnen des Tieres. Bei allen Eiern entfernten wir nach lstiindiger OsO4-Einwirkung die Gallerthfille und fixierten die Eier anschlieI~end eine weitere Stunde. Das Material ffir die Untersuchungen an Tritoneiern (Triton alpestris) wurde in der glei- chen Weise gewonnen, mit dem Unterschied, dab normal abgelaichte Eier verwendet und die Gallerthfille vor der Fixierung entfernt wurde. Nach Einbettung fiber Alkohol und Aceton in Methaerylat (Methylester:Butylester:l:3) wurden die Schnitte auf einem Porter-Blum-Ultramikrotom hergestellt. Die Aufnahmen wurden mit einem Siemens- Elektronenmikroskop Typ Elmiskop I bei 80 kV gemacht. Untersuehungsergebnisse 1. VerMiltnisse wdhrend der ovarieUen Entwiclclung a) Z0na radiata mit Mikravilli und Fol[ikelepithel. Elektronenmikroskopische Beobach- tungen an Amphibienooeyten sines sehr frtihen Stadiums (Rana pipiens) liegen yon K~.M~ (1956a, b) vor; etwas Mtere Stadien (Zeitpunkt der Pigmentbildung, Rana esculenta) wurden yon uns untersucht (WARTE~BERG und GUSEK 1960a, b). In beiden F~llen konnte die Struktur Rindenbereieh des Amphibieneies 119 der Zona radiata (Rindenhaut) gekli~rt werden: In eine nur leicht strukturierte ,,Grundsub- stanz" liegen zahlreiche Mikrovilli der Ooeyte und einzelne Forts/~tze der Follikelzellen ein- gebettet. Die ,,Grundsubstanz" der Zona radiata - - nach histochemischen Befunden ein neutral reagierender Mucopolysaeeharidkomplex (WARTE::BERO 1959) - - nimmt mit fort- schreitender Reifung des Eies an Menge zu, so dal3 die Mikrovilli schlieBlieh nur noch den inneren Bereieh einnehmen. Von DOLLANDER (1956) wurde die elektronenmikroskopische Struktur der Urodelen- ooeyte (Triton alpestris und T. helveticus) beschrieben. Er finder ebenfalls Mikrovilli, die ,,in die innere Partie des Chorions hineinragen". Der Autor vergleieht diesen Aufbau mit dem der ,,zone fibrillaire", welcher von C1gAUDn~Y (1956) an Teleosteern erkannt wurde. hnliche VerhMtnisse wurden bei der Saugeroocyte von YAlgADA, MUTA, MOTOMURA und KooA (1957) am Mdiuseei, yon SOTELO und PORTER (1959) und yon ODOR (1960) am Rattenei, yon TRUJILLO-C]::~6Z und SOTELO (1959) am Kaninchenei gefunden. Die Zona pellucida enth/~lt zahlreiche fingerfSrmige Mikrovilli yon seiten der Oocyte und einzelne lange Forts~tze der Follikelzellen, die z.T. die Mikrovilli oder die Eioberfl~ehe zwischen den Mikro- villi beriihren, aber niemals in kontinuierlichem, syncytialem Zusammenhang mit dem Ei stehen. Aueh die menschliche Oocyte zeigt diese Struktur (WARTE:~BERO und STEO:~ER 1960). Bei unseren Untersuchungen wurden Ovarialeier unterschiedlicher Reife herangezogen. Im Rindenbereich der heranwachsenden Oocyte vom Grasfrosch Rana temporaria bilden kurze, fingerf6rmige Mikrovilli gemeinsam mit einzelnen, z.T. verzweigten Forts/~tzen der Follikelzellen eine noch recht dfinne, an Grund- substanz arme ,,Zona radiata ''z. Das Follikelepithel bedeckt mit 3 Schichten die Eioberfl/~che, wobei die Zellagen durch jeweils eine Basalmembran voneinander getrennt sind. Die Basalmembran zwischen oberfl/~chlicher und mittlerer Schicht ist relativ dfinn (250--500 A), w/~hrend die Membran zwischen mittlerer und tiefer Sehicht kr/~ftiger entwickelt ist (1000--1500 A). Beide Basalmembranen sind der oberfl~ehlichen bzw. tiefen Zellage zugeordnet, indem sie den Plasmalemmata der jeweiligen Zelle dicht anliegen, vonder mittleren Zellschicht aber durch einen mehr oder weniger breiten, Gitterfasern enthaltenden Interzellularspalt getrennt sind. Die Oocyte w/~chst heran und die Zona radiata n immt an Breite zu. Dabei vermehrt sich vor allem die Grundsubstanz, so dab nur noch die innere H/flfte yon den Mikrovilli eingenommen wird. Die Grundsubstanz besteht aus einer Menge dicht gelagerter und unscharf begrenzter Balken, die z. T. radi/~r angeordnet sind, z.T. tangential verlaufen und damit eine Art Flechtwerk bilden (Abb. 1, 2). Zwischen diesen relativ dichten Anteilen findet man bei hoher Aufl6sung feine subfibrill/ire Elemente (Abb. 2). Gegen das Plasmalemm der Follikelzelle schliel3t die Zona radiata mit einer unregelm/~Big begrenzten, aber in sich homogenen Schicht von Grundsubstanz ab. Aus den Ergebnissen histochemischer Reaktionen kann man schlieBen, dab die gesamte Grundsubstanz neutrale Mucopolysaccharide enth/flt (WARTENBERG 1959). Ist die Eizelle im Ovar vol lkommen ausgereift, d.h. hat sie ihre maximale Gr6$e erreieht, dann bietet die Rindenhaut ein anderes Bild (Abb. 3). Die enge Verbindung mit der Eioberfl/~che ist durch Rfickbildung der Mikrovilli gel6st, das Plasmalemm schlieBt die Oocyte fast glatt gegen die Rindenhaut ab. Zwar findet man noch h/~ufig kleine warzen- oder fingerf6rmige Ausstfilpungen des Plasmalemms, doch ragen diese in einen Spalt hinein, der sich als ein in der Struktur gelockerter Bereich zwischen Eioberfl/~che und eigentlieher Rindenhaut 1 Siehe Anmerkung auf S. 137. 120 HUBERT WARTENBERG und WALTER NCIIMIDT: ibb . 1. Junge Oocyte yon Rana temporarla. 1 iiuBerc Schicht des Follikele!oithels =Per i toneum; 2 mitt lere Bindegcwebsschicht; 3 t it le Schicht--eigentl ichcs Follikclepithel; 4 BasaImembra.n I ; 5 Basalmcmbran l I ; 6 Zona radiata mit MikroviHi in der inneren H~tlfte; 7 subkortikalc Polysaccharidvakuolen im Rindencytoplasma des Eies. Vcrgr. 16200mal Rindenbere ich des Amphib iene ies 121 Abb. 2. Zona rad iata einer waehsenden Oooyte yon Rana temporaria. 1 Follikelepithel mi t Kern; 2 micellares F leehtwerk der Grundsubstanz mit z. T. sehr feinen Fibril len; 3 ~$ikrovilli dot EioberfIi~ehe; 4 1Rindencytoplasma der Oocyte. Vergr. 28000real 1~2 HUBERT WARTENBERG undWALTER SCHMIDT: darstellt. Der kfinftige perivitelline Spalt ist hier bereits angedeutet. Dem Plasma- lemm liegt eine Schicht meist radigr gestellter, sehr feiner Elemente auf (Abb. 4 a). Die Rindenhaut enthiflt vorwiegend tangential orientierte und unscharf be- grenzte Elemente, die als Mucopolysaccharid-Micellen aufzufassen sind, wenn man zu ihrer Beurteilung histoehemische Ergebnisse heranzieht. Die Verbindung zum Follikelepithel fehlt jetzt, so dab sich das Ei bei der Pri~paration von diesem 15st und das Follikelepithel in unseren Schnitten nicht mehr anzutreffen ist. b) Subkortikale Granula (Vakuolen) und Rindeneytoplasma. Als subkortikale Granula oder Vakuolen (cortical granules) wurden bei versehiedenen Amphibien Gebilde beschrieben, die Mucopolysaceharide enthalten und die in ~hnlicher Form auch unter anderem bei Fischen und bei Seeigeln gefunden wurden (Amphibien: MOTOMURA 1952, VOSS und WARTEN~aO 1955, ROSENBAUM 1958, KEMP 1956a, b, WAaTENBnRO 1956, 1959, OSA~AI 1958, 1960a, KATAOIRI 1959, WART~RO und GUSEK 1960a, b; Fische: SPEK 1933, KONOPACKA 1935, 1937, K. YAMA~OTO 1951, T. YAMAMOTO 1956, KANO~ 1952, KUSA 1953, 1954, 1956, 1957a, b, 1958, AKATE 1954, OSANAI 1956, 1959, ARNDT 1956, 1960a, b, STEaBA 1957, T. S. YAMA- MOTO 1957a, b; Seeigel: HEI~DEE 1931 (nach ALLEle), !~r 1941, MO~ und H/~RDE 1951, McCVLLOeH 1952, AFZELIUS 1956, IMMERS 1956, RUlq~STRSM und IMMERS 1956, Y. TAKA- SHIMA 1960, OSANAI 1960b, BALINSKI 1960; Zusammenfassungen: ALLEI~ 1958, AFZELIUS 1957). Diese subkortikalen Granula entstehen sehr frfihzeitig, noch vor dem Auftreten des ersten Pigmentes im Cytoplasma der Oocyte. Ihre chemische Beschaffenheit wechselt von Froschart zu Frosehart. :Die Mucopolysaecharide kSnnen neutral oder auch sauer reagieren (WARTENBERG 1959). Da sie beim Krallen/rosch, Xenopu8 laevis, zuerst am sp~teren animalen Pol des Eies auftreten, wird dadurch schon zu diesem Zeitpunkt eine gewisse polare Dif- ferenzierung des Eies angelegt (Voss und WARTElqBERG 1955). Im ausgewaehsenen Ovarialei liegen die subkortikalen Granula dicht unter der Eioberfli~che. Am animalen Pol sind sie infolge der groi~en Pigmentdichte meist schlecht zu sehen, am vegetativen Pol dagegen recht gut. In elektronenmikroskopisehen Aufnahmen der Rindenregion junger Froschoocyten wurden yon KEMP (1956a, b) und von WARTENBERG und GUSEK (1960a, b) diese subkortikalen Gra- nula als wenig elektronendichte, sehr feingranulierte KSrper im Cytoplasma gefunden. Die 0ocyten yon Rana temporaria enthalten eine groge Anzahl runder oder l~nglich ovaler Anschnitte, die meist zwischen 0,5 und 1,5 # bemessen sind und welche teilweise sehr dicht gepaekt und gegenseitig abgeplattet im Rinden- cytoplasma liegen (Abb. 1, 3, 4a). Im voll ausgebildeten Ei liegen diese Granula direkt unter dem Plasmalemm. An eiaigen Stellen lagert eine sehr dfinne Membran dem Plasmalemm fast ohne Zwischenraum an. Der Inhalt der Granula ist etwas elektronendichter, zeigt aber sonst die gleiche, sehr feingranul~re Struktur (Abb. 4a). Am animalen Pol setzt sich das dichte Cytoplasma aus granul~rem Material zusammen, dessen Partikel mit 120--180 A noch im Bereich der Palade-Granula liegen. AuBerdem enth~lt das Cytoplasma verschiedenartig gestaltete Bl~schen mit einem durchschnittl ichen Durchmesser yon etwa 0,2/~ (Abb. 3). Darfiber hinaus ist diese Zone durch ihren Reichtum an Pigment und Lipoiden aus- gezeichnet. SehlieSlich finder man besonders diehte Cytoplasmabezirke (Abb. 3, 4b). Diese Bezirke, die als freie Stellen im Pigmentmuster auffa]len, sind bei hSherer AuflSsung als eine Ansammlung von feinen Bl~schen zu erkennen. Die Bl~sehen haben einen mittleren Durchmesser yon etwa 500 A, kSnnen aber auch 100--750 A messen. Zwischen ihnen liegen kompakte Granula, die mit etwa 100--180 A in der GrSBe den Palade-Granula im iibrigen Cytoplasma entsprechen. Die Plasmabezirke haben meist eine Ausdehnung von 1--1,5 #. Man findet aber Rindenbereich des Amphibieneies ]23 auch kleinere Ansammlungen, vor allem unter dem Plasmalemm zwischen den subkortikalen Granula. e) Die Feinstruktur der Pigmentgranula. Nachdem die Dotterbildung bereits begonnen hat, tritt das Pigment der Amphibienoocyte dicht unter der Rinde im Bereich des animalen Poles auf. Zusammenh~nge zwischen den subkortikalen Granula und der Bildung der Pig- mentgranula wurden nicht gefunden (WARTE~BERO und GUSEK 1960). Die Pigmentgranula entstehen im endoplasmatischen Retikulum aus fast homogenen, m~flig dichten Korpuskeln, die teilweise eine zentrale Aufhellung enthalten und nach und nach an Dichte zunehmen. Als Pigmentgranula yon Triton alpestris finder DOLLANDER (1954, 1956) 0,3 ~u grol3e Granula, die sich aus einer Ansammlung yon dichten Mikrogranula yon 0,03 # Durchmesser aufbauen. In dem Anschnitt eines Pigmentkornes z~hlte er etwa 20 solcher Mikrogranula. Das Pigment- granulum soll yon einer kaum sichtbaren Membran umgeben sein. Die Pigmentgranula der Oocyte yon Rana temporaria haben am animalen Pol einen Durchmesser zwischen 0,3 und 0,4/~. Am vegetativen Pol sind die Granula wesentlich seltener und etwa um das Doppelte gr6Ber. Innerhalb eines an sich schon sehr dichten Internums kann man an dfinn geschnittenen Stellen sehr dichte Mikrogranula in der Gr6Be von 200--300 A sehen (Abb. 4b). Eine feine Hfille ist nur an einigen Stellen, dort aber deutlich zu sehen (Abb. 4b, 6a). 2. Das unbe/ruchtete Ei Wenn das Amphibienei in den Uterus gelangt, wird es in dem Ovidukt mit einer schleimig- z~hen Gallerthiille versehen. AuBerdem soll naeh HOLTFRET]~R (1943) ZU diesem Zeitpunkt der surface coat angelegt werden. Elektronenmikroskopiseh hat DOLLA~DER (1956) das unbefruchtete Ei von Triton alpestris und T. helveticus untersucht. Er findet am animalen Pol zahlreiehe Mikrovilli und eine Plasmamembran. Das kortikale Plasma soll aus globularen Strukturen zusammengesetzt sein. Das unbefruchtete Ei von Rana temporaria, das dem Uterus entnommen wurde und vor dem Fixieren nicht mit Wasser in Berfihrung gekommen ist, li~Bt keine Mikrovilli erkennen. Der ehemaligen Zona radiata, in deren eiw~rts gelegenen inneren Viertel noch Reste der Mikrovilli auszumachen sind, ist eine sehr breite Zone eines weniger dichten und vollst~ndig homogenen Materials aufgelagert, in der untersehiedlich breite Schichten von dichterer Beschaffenheit parallel zur Eioberfli~ehe verlaufen. Das Ei ist gegen die Eihfillen mit einem glatten Plasmalemm begrenzt, das an einigen Stellen kurze Ausstfilpungen wie beim reifen Ovarialei zeigt. Unter dem Plasmalemm linden sich alle ffir die Oocyte bereits erw~hnten Elemente : subkortikale Granula, Pigment und Lipoide sowie die dichten Plasmabezirke. Zwischen den Dotterschollen sind grol3e Bezirke mit einem wenig dichten, nur ganz rein granulierten Inhalt ausgespart. Nach den Ergebnissen der histo- chemischen Polysaccharid-Reaktionen enthalten diese Bezirke Glykogen. Es ist zu diesem Zeitpunkt in groBen Mengen in der animalen Hiilfte des Eies in Form yon mehr oder weniger grol3en Granula abgelagert (WARTENBERG, unverSffentl.). 3. Das be/ruchtete Ei Nach A~CEL und VINTEMBERGER (1948) ist 15 min nach der Besamung die ,,Aktivierung" des Eies durchgeffihrt und die sog. Rindenreaktion eingeleitet. Eintritt des Spermiums und Beginn der Orientierungsdrehung des Eies in seinen Hfillen stehen kurz bevor. Die bis dahin gfiltige Vorstellung, die Orientierungs- drehung werde dadurch mSglich, daft die perivitelline Flfissigkeit vom Ei abgegeben 124 HUBERT WARTENBERG und WALTER SCttMIDT; Abb. 3. Animaler Rindenbereich einer reifen Oocyte yon Rana temporaria. 1 Zona radiata = Befruch- tungsmembran; 2 zukfinftiger perivitelliner Spalt mit kurzen Ausstii lpungen des Eiplasmalemms; 3 subkortikale Polysaccharidvakuolen (cortical granules); 4 P igmentgranula; 5 dichtc Cytoplasinabezirke mit Bl~schen. Vergr. 12000real Rindenbere ich des Amphib iene ies ]25 Abb. 4. a Oberfl/~chenstruktur einer reifen Oocyte. 1 Zona radiata; 2 perivitell iner Spalt; 3 Plasmalemm-Ausst i i lpungen; 4 subkortikale Polysaccharidvakuolen; 5 P igmentgranula. Vergr. 22000real. b Dichter Cytoplusmabezirk (1) aus dem anhnalen Rindenbereich. 2 P igmentgranu]a; 3 Palada- Granula; 4 fcine Bi/~schen. Vergr. 42000real 126 HUBERT WARTENBERG und WALTER SCHlYIIDT: wird und da$ durch diese Abgabe eine Verkleinerung des Eies erfolge, wurde yon den Autoren bestritten. Sie konnten feststellen, dab eine perivitelline Fliissig- keit erst naeh der Orientierungsdrehung in sichtbarer Menge auftritt und das Eivolumen keinesfalls abnimmt. Daraus schlieSen sie, die perivitelline Flfissigkeit mfisse yon auBen eindringen und dabei eine dfinne wasserlSsliehe Schicht auf- 15sen. Die elektronenmikroskopisehe Aufnahme zeigt abet bereits zu diesem Zeit- punkt einen deutlichen perivitellinen Spalt (Abb. 5). Er enth/ilt ein granul/~res Material, das aus den subkortikalen Polysaceharidvakuolen stammt, denn diese sind bis auf geringe Reste versehwunden. Das Plasmalemm der Eizelle buehtet sich in Form kleiner Ausstfilpungen in den Spalt vor, kann abet aueh glatt ab- schlieBen. Das Dotterh/~utehen (Befruehtungsmembran) last sieh nur dutch kaum sichtbare strukturelle Untersehiede yon der anschlieBenden Gallerthiille unter- seheiden. Gegen den perivitellinen Spalt hat es eine glatte Begrenzung. Mit diesen Befunden lassen sich die Vorgange um die Bildung des perivitellinen Spaltes und der Flfissigkeit in folgender Weise pr~zisieren: Infolge der Akti- vierung der Eizelle wird der polysaecharidhaltige Inhalt der subkortikalen Vakuolen dutch das Plasmalemm ausgeschleust, wodureh das Dotterhautchen als Befruchtungsmembran yon der Eioberfl/~ehe abgehoben wird, mit der es nut noch in einem sehr loekeren Zusammenhang steht. Der Inhalt des so ent- standenen perivitelliaen Spaltes hat vermutlich eine z/~hflfissige Konsistenz, die es gerade zul/~$t, dal3 das Ei sieh in den Hiillen langsam drehen kann. Der Wasser- eintritt erfolgt yon auSen wesentlieh langsamer. Er fiihrt zu einer zunehmenden Verflilssignng dieser schleimigen Substanz und zu einer Erweiterung des Spaltes his zur Sichtbarkeit im Lichtmikroskop. Eine andere auff/fllige Ver/~nderung ist an den diehten Cytoplasmabezirken des animalen Rindenbereiches zu bemerken (Abb. 5, 6a, b). Sie haben an Umfang zugenommen, bestehen aber nach wie vor aus vesikul/~ren Anteilen und der granularen Komponente. Die Blaschen sind verschieden groB, ihre Form ist sehr variabel. Die Durchmesser der Granula betragen 120--150 A. Am vegetativen Pol findet man chose diehten Bezirke nieht. Das Rindencytoplasma des animalen Poles enth/flt zahlreiche Pigmentgranula, Lipoide, Mitochondrien und Dotter- partikel (Abb. 5). Uber Untersehiede zwisehen ventraler und dorsaler H&lfte k6nnen wit keine Angaben maehen. Die Abb. 7 a zeigt den animalen Rindenbereieh 30 min naeh der Besamung; die Eihfillen wurden w/ihrend der Fixierung entfernt. Die Eioberfl/tehe ist yon einer Sehicht granuherten Materials bedeckt, dem noch nicht vollst~ndig ver- fl/issigten Inhalt des perivitellinen Spaltes. Das Plasmalemm verl/~uft leicht gewellt. Auffallend ist die starke Erweiterung der diehten Plasmabezirke, die jetzt z.T. ineinander iibergehen und fast den ganzen Raum zwischen den fibrigen Plasmabestandteilen einnehmen. Die B1/isehen sind regelm/iltiger geformt, gr6$er und dickwanchger (Abb. 7b, 8). Man findet sie aueh in den Bereichen des Cy~oplasmas, die nicht direkt zu den dichten Bezirken geh6ren, vor allem unter dem Plasmalemm (Abb. 7a). AuSerdem enth/flt das Cytoplasma Vakuolen, in denen man sehr wenig granu- 1/~re Substanzen sieht (Abb. 7a). Ein Teil dieser Vakuolen liegt in der N/~he des Rindenbere ich des Amphib iene ies 127 Abb. 5. Rindenbereich des attimalen Poles eines Eies (Rana temporaria) 15 rain nach der Besamung. 1 G~llerthiillc; 2 Befruchtungsmembran; 3 periviteniner Spalt mit granui~trem Inhalt ; 4 P lasmalemm der Eizelle mit kurzen Ausstfi lpungen; 5 Rest yon subkortikaler Polysaccharidvakuole; 6 Dotterpl~tt- chen; 7 Pign, entgranulum; 8 Mitochondrien; 9 Lipoide; 10 dichte Cytoplasmabezirke mit Bl~schen. Vergr. 7100real 128 HUBERT WARTENBERG und WALTER SCHMIDT: Abb. 6. a Dichter Cytoplasmabezirk aus dem animalen I~indenbereich 15 rain nach der Besamung. I Dottcrpl~ttchen; 2 P igmentgranulum. Vergr. 25000real. b Dichter Cytoplasmabezirk bei hoher AuflSsung. i Paladc-Granula. Vcrgr. 80000real Rindenbere ich des Amphib iene ies 129 Abb. 7. a Rindenbereich eines Eies yon Rana temporaria 30 rain nach der Besamung (animaler PoD. 1 fixierter, noch nicht verfltissigter Inhal t des perivitell inen Spaltes; 2 P lasmalemm des Eies; 3 dichte Cytoplasmabezirke; 4 Dottergranula; 5 Glykogen. Vergr. 4400real. b Dichter Cyto- plasmabezirk (1) 30 rain nach tier Besamung; 2 Dotterpl~ttchen mi t granulierter Au[3enzone (3) und kristalloider Gitterstruktur ira Zentrum; 4 Lipoide; 5 Mitochondrien. Vergr. 24000real Z. Zellforsch., Bd. 54 9 ] 30 HUBERT WARTENBS~RG und WALTER SCHMIDT: Ptasmalemms, andere sind im Cytoplasma verstreut. Es sind dies Glykogen- vakuolen, wie man durch Vergleich mit Ergebnissen yon histochemischen Unter- suchungen feststellen kann (WARTEI~BERG, unverSffentlieht). Einige der Vakuolen Abb. 8. Dichter Cytoplasmabezirk 30 rain nach der Besamung bei hohcr AuflSsung. 1 Palade-Granulum. Vergr. 88300mal direkt unter dem Plasmalemm enthalten saure Mucopolysaccharide, da sie neben einer positiven PAS-Reaktion auch eine positive Hale-Reaktion zeigen. Die Dotterpartikel sind ~us 2 Anteilen aufgebaut, ns einem sehr dichten Kern, der bei hoher AuflSsung eine mehr oder weniger feine Gitterstruktur aufweist (Abb. 7 b) und einer granulierten l~andzone, die kalottenartig an zwei gegeniiberliegenden Stellen im Bereich des kfirzeren Durchmessers dem ovalen Quersehnitt aufliegt. Das gesamte Dottergranulum ist yon einer feinen Membran Rindenbere ich des Amphib iene ies 131 umgeben (Abb. 7b). Einen kristallartigen Aufbau von Dotterpl~ttchen von Amphibien haben auch WISC~NITZER (1957), KAlCASAKI und KOMODA (1958) und LA~ZAVECC~IA (1960) beobachtet. Abb. 9 a - -c . Teihmgsfurche t ines Zweizellst~diums yon ICana tetnporaria. Durchlaufende P lasma- ]emmata (1) dcr beiden Blastomeren. 2 Granulf irer Inha l t des Interzel lularspaltes. Vcrgr. 4900mal 4. Das ge/urchte Ei: 1. Furche Die Oberfl/iche der Blastomere im Zweizellstadium wird im Bereich der aui- malen H~tlfte durch ein P]asmalemm gebildet, das keine Mikrovilli aufweist, sondern nut kurze flache Ausstiilpungen. Von der beim ungefurchten Ei in Abb. 7 a noch sichtbaren granuliirea und extrazellul/~r gelegencn Materialschicht ist nut ein geringer Rest verblieben (Abb. 10a). Die Plasmalemmata der beiden Blastomeren begrenzea auch in der Tiefe der Furche die beiden Zellen und laufen kontinuierlich im Bereich der Kontaktfl/ichen 9* 132 HUBERT WARTENBERG und WALTER SCHMIDT: welter (Abb. 9a--c). Es l~Bt sich keine Schicht feststellen, die in der Tiefe der Furche yon der einen Blastomere zur anderen fiberschl~gt. Das Plasmalemm ist im Bereich der Furche und der Kontaktfli~che mit einem sehr dichten, fein- granuli~rem Material unterffittert. Oder in anderer Weise ausgedr/ickt: Das schon relativ dichte Cytoplasma des animalen Rindenbereiches nimmt bis zum Plasmalemm noch an Dichte zu. Aus diesem Grund ist an dieser Stelle unter der Zellmembran eine mehr oder weniger breite Zone zu sehen. Der Interzellularspalt zwischen den beiden Blastomeren ist unregelmi~Big welt. Besonders in der Tiefe sind Ausstfilpungen der beiden Blastomeren mit- einander verzahnt, wodurch die Verh~ltnisse sehr uniibersichtlich werden. Der Spalt ist mit dichtem, granul/irem Material angeffillt (Abb. 9b, e). Das Cytoplasma unter der Rindenschicht enth/ilt auBer dem schon erw/ihnten Grundplasma zahlreiche Pigmentgranula, einzelne Dotterpartikel und kleine runde Mitochondrien, ferner Lipoide und Polysaccharidvakuolen. Die Pigment- granula sind in einer sehmalen Zone beiderseits der Furche angereichert, eine aus der Lichtmikroskopie bereits bekannte Tatsache (Abb. 9). An der freien Oberfls des animalen Poles ist das Cytoplasma sehr dicht. Der dotterfreie Rindenbereich enth~lt auBer vielen Pigmentgranula reichlich Bl~schen, die in granul/ires Material eingebettet sind. Die vesikul/ire Komponente setzt sich aus feinen Anteilen von 30--50 m# Durchmesser und grSberen Anteilen von 150--250 m# Durchmesser zusammen. Diese gr6beren Blgsehen findet man auch in dem tiefer gelegenen dotterhaltigen Cytoplasma, das durch reichlieh granul~res Material noch dichter als der dotterfreie Rindenbereieh strukturiert ist. Eine schmale Zone unmittelbar unter dem Plasmalemm ist frei yon den groBen Bl~schen (Abb. 10a). Das Plasmalemm ist an der freien Oberfl/iche mit einem weniger dichten, granul~ren bzw. fi~digen Material bedeekt (Abb. 10a). Es wird sich hierbei um eine Polysaecharidsehicht handeln, i~hnlich wie sie - - allerdings in st~rkerem MaBe - - yon WOHLF~TH-BoTTERMA~N (1959, 1960) bei versehiedenen Amoeben- arten gelunden wurde. Die granulierte AuBenzone der Dotterpl~ttchen ist lockerer. Man hat den Eindruck, dab die umgebende Membran bei einigen P1/ittchen unterbrochen ist und der granuli~re lnhalt in die Umgebung abgegeben wird (Abb. 10a, b). 5. Ergebnisse i~ber die entwiclelungsbedingten Vergnderungen des Rindenbereiches bei Triton alpestris Die frfihe ovarielle Entwicklung der Zona radiata beim Molch verl~uft/~hnlich wie die entsprechende Entwicklung beim Frosch. Wir sehen eine homogene Grundsubstanz, die extrazellul~r liegt und in feinen Kaniilchen Mikrovilli der Eioberfl/iche enth/~lt (Abb. 11). Die innere Lage des 3schichtigen Follikelepithels sendet Cytoplasmaforts/~tze aus, die sich nach Passieren der Zona radiata tier in die Eioberfl/iche zwischen den Mikrovilli eingraben. Auch hier besteht kein syncytialer Zusammenhang. Die Zona radiata ist gegen die Follikelzelle scharf begrenzt. Zwischen ihr und dem Plasmalemm der Follikelzelle ist eine weniger dichte Substanzschicht eingeschoben. Die Obeffl/~che der reifen Oocyte von Triton (Abb. 12) triigt im Gegensatz zu derjenigen von Rana noch Mikrovilli, die sich aber aus der Zona zurfickgezogen Rindenbere ich des Amphib iene ies ]33 Abb. 10a u. b. Rindenbereich einer Blastomere im Zweizellstadium yon Rana temporaria. 1 Plasma- lemm; 2 Rindenzone mi t vielen P igmentgranula (3) und vesikuli~rcn (4) und granul~ren Strnkturen; 5 Dottcrgranula mi t granuliorter Augenzone und Hf i l lmembran; 6 Ht i lhnembran unterbrochcn; 7 beim Schnciden ausgebrochene Stenen. Vergr. 10000real 134 HUBERT WARTENBERG und WALTER SCHMIDT: haben und in einem breiten Spalt liegen. Dieser Spalt enth/ilt auBerdem granu- 1/ires Material. Follikelzellforts/itze sind nicht zu beobachten. Im dotterfreien Abb. 11. R indenbere ich e iner wachsenden Oocyte von Tr i ton alpestris. 1 Kern der Fol l ikelzel le; 2 Zona rad ia ta mi t Mikrov i l l i des E ies ; 3 Sch ieht mi t wen iger d ichtem Mater ia l zw isehen Zona lm4 P lasmalemm der Fol l ikelzel le; 4 Cytop lasmafor ts~tze der Fol l ikelzel le; 5 R indencytop lasma des E ies mi t M i toehondr ien . Vergr . 13700mal Rindenbezirk sieht man Mitochondrien, Pigmentgranula, B1/ischen und granul/ires Material und auch hier - - jedoch wesentlich seltener - - Bezirke mit dicht gelager- ten Bl/ischen. Rindenbereich des Amphibieneies ] 35 In Abb. 13 ist die Oberfl/iehe eines Eies dargestellt, das dem Eileiter entnom- men, ffir 15 rain in Wasser gequollen wurde, dann enthfillt und fixiert wurde. Abb. 12. R indenbere ich e iner re i fen Oocyte yon Triton alpestris. 1 Per i tone lnn (hu0ere Sch icht des Fo l l ike lep i the ls ) ; 2 mi t t le re B indegcwebssch icht ; 3 Fo l l ike lep i thc l ; 4 Zona rad ia ta -- Be f ruchtungs - membran; 5 granu l~re Sch icht zw ischen Zona und Fol l ikclzel le; 6 zuk i in f t iger per iv i te l l iner Spa l t mi t Mikrov i l l i ; 7 R indencytop lasma; 8 P igmentgranu la ; 9 M i tochondr ien ; 10 d ichter Cytop lasmabez i rk . Vergr . 9000real Die Mikrovilli sind noch vorhanden und von aufgelagertem granul~rem Material bedeckt. Im Morulastadium ist die ~uBere 0berfli~che der Blastomerea glatt, sie zeigt keine Mikrovilli mehr (Abb. 14a, b, 15). Der perivitelline Spalt enthi~lt eine 136 HUBERT WARTENBERG und WALTER SCHMIDT: granul/~re Schicht, die gegen die Befruchtungsmembran hin an Dichte zunimmt. Unter dem experimentellen Einflu$, wie ihn die Entfernung der Gallerthfille darstellt, dringt durch die Befruchtungsmembran Wasser in den perivitellinen Spalt ein und hebt sie samt der darunterliegenden Schicht yon der't~Eioberfl/~che ab, vor allem im Bereich der Zellgrenzen. Abb. 13. Rindenbereich eines Eies yon Triton alpestris, aus dem Ovidukt entnommen, Gallerthiillc gequollen und vor der Fixation entfernt. 1 Mikrovilli in AuflSsung begriffen; 2 Rindencytoplasma mit vesikul~ren Strukturen; 3 Pigmentgranula. Vergr. 13 000mal Bespreehung der Befunde (Abb. 16) In unseren bisherigen Untersuchungen fanden wir die Oberfl/iche der Am- phibienoocyten yon einer 3schichtigen Lage von Follikelzellen bedeckt [Rana esculenta (WARTENBERG und GuS]~K 1960a, b), Rana tem poraria, Triton alpestris, Ambystoma]. Nach RUGH (1951) stellt aber nur die inuere Schicht das eigent]iche Follikelepithel dar, w~hrend die beiden/~ul3eren Schichten als Theca interna und Theca externa zu betrachten sind. Auffallend ist, dab sowohl das Follikelepithel als auch die ,,Theca externa" gegen die mittlere Schicht (Theca interna) mit je einer Basalmembran abgegrenzt sind und dab diese mittlere Lage nicht rein zellul/~rer Natur ist, sondern retikul/~re Fasern enth/~lt. Anhaltspunkte ffir das Vorhandensein yon glatten Muskelzellen in dieser Schicht fanden wir in unseren Bildern bisher nicht (Ru~H 1951). Die bindegewebige Natur der mittleren Zell- lage 1/~Bt sich damit im elektronenmikroskopischen Bild eindeutig demonstrieren: Sie enth/~lt auch die Gef~Be, w/~hrend die beiden anderen Schichten epithelialer Natur sind, wobei die/~uBere Schicht dem Peritonealepithel angehSrt. Rindenbereieh des Amphibieneies 137 Die Verbindung des Follikelepithels zum Ei und der damit verbundene Auf- bau der Zona radiata 1 ist bei allen Amphibien gleichartig und kann als analoge Struktur (Zona pellucida) auch bei der Ss beobachtet werden (YAMADA U. Mitarb. 1957, SOTELO und PORTER 1959, TRUJILLO-CEN6Z und SOT]~LO 1959, ODOR 1960, WARTENBERG und STEGNER 1960). Die Zona-Grundsubstanz wird bei der wachsenden Oocyte yore Ei und mSg- licherweise auch vom Follikelepithel gebildet und liegt als extrazelluldre Struktur yon geringer Di//erenzierunq zwischen Eiober/l~iche und Follikelepithel. Sie enthiilt zellulare Anteile in diesem Stadium insofern, als Mikrovilli des Eies und Forts5tze der FollikelzeUen in sie eindringen. Bei der reifen Oocyte haben sich diese Fort- satze zurfickgezogen und zwischen den entsprechenden Zellen yon Anuren und Urodelen macht sich ein gewisser Unterschied bemerkbar. Die Froscheier haben an der Oberflache die MikroviUi his au/ kurze Ausstiilpungen des Plasmalemms reduziert, wahrend die rei/e Tritonoocyte noch Mikrovilli besitzt, die aber nicht mehr in der Zoua selbst gelegen sind, sondern in einem mit granularen Substanzen versehenen Spalt unterhalb der Zona, dem perivitellinen Spalt. Au]3erdem enth~ilt die Anurenoocyte im Rindenbereich gro[3e Polysaccharidvakuolen, wdhrend man solche bei den Urodelen nicht ]inden kann. Diese strukturellen Differenzen bedingen bei der Befruchtung einen unter- schiedlichen Modus der Entstebung des definitiven perivitellinen Spaltes und seines Inhaltes. Die Befruchtungsmembran wird beim Frosch vonder Eioberflache dadurch abgehoben, da$ der Inhalt der subkortikalen Polysaccharidvakuolen in den schon angedeuteten perivitellinen Spalt austritt und hier eine zahflfissige Sehicht bildet, die aber in zunehmendem MaSe durch Wassereintritt verflfissigt wird. Dadurch wird schon sehr bald die Orientierungsdrehung innerhalb der Befruchtungsmembran mSglich (KATAGIRI 1959). OSANAI (1958, 1960a) ver- muter, dal~ diese Polysaccharidschicht mit dem surface coat HOLTFRETERs identisch ist. Bei dem Tritonei ist der perivitelline Spalt bereits im Oocytenstadium angelegt und enthalt neben den Mikrovilli eine granulare Substanz. Infolge der Befruch- tung werden die Mikrovilli aufgelSst. Im weiteren Ablauf finder man die Eiober- flache durch ein Plasmalemm glatt abgesehlossen, den perivitellinen Spalt mit einer granular-fadigen Substanz angcffillt, die gegen die Befruchtungsmembran 1 Der Begriff Zona radiata wird synonym mit den Begriffen Dotterhaut bzw. -hautchen, Dottermembran, Eihaut, Rindenhaut, Kortex und z.T. Befruchtungsmembran verwendet. Eine lichtmikroskopisch sichtbare radiare Streifung, wie man sie bei vielen Tierarten finden kann, gab Veranlassung zu diesem Namen. Der Begriff Zona pellucida wird meist auf das Saugerei beschrankt, diirfte aber nach dem heutigen Stand unseres Wissens eine der Zona radiata identische Struktur beinhalten. Fiir den Begriff Oolemm gilt das gleiche, obwohl wir diesen Begriff wegen seines irreffihrenden Charakters gerne aufgeben m6chten. Voraus- setzung fiir die ~bereinstimmung der Begriffe Zona radiata und Zona pellucida muB sein, dab beide Gebilde als primare Eihfillen vonder Eizelle selbst produziert werden. Nun liegen jedoch Beobachtungen vor, die nicht nur auf eine Beteiligung des Eies, sondern auch des Follikelepithels hinweisen. So wfirde der Forderung nach ~bereinstimmung der Begriffe z.T. entsprochen. Auf der anderen Seite wiirde sich der Begriff Chorion, der definitionsgemaB die vom Follikelepithel gebildete sekundare Eihfille bezeichnet, mit den Begriffen Zona radiata und Zona pellucida teilweise decken, da ein nicht deutlich begrenzter Anteil der Zona bei Amphibien und Saugern von der Follikelzelle stammt. ]38 HUBERT WARTENBERG und WALTER SCHMIDT: Abb. 14a u .b . Rindenbereich einer Morula Yon Triton alpestris. 1 Befruchtungsmembran, dutch Fixic- rung und Einbettung frakturiert; 2 homogene Schicht im perivitell inen Spalt, im Bcreich der Zell- grcnzen dutch Wassereintr itt yon der Keimoberflache abgehoben; 3 Desmosomen (Zellverband in diesem Bcrcich ktinstlich zcrstSrt); 4 Dotterplattchen; 5 Lipoide. Vergr. a 4700real, b 10000real an Dichte etwss zunimmt. Dieser perivitelline Inhalt wird erst wesentl ich spiiter verfliissigt, so dal3 die Befruchtungsmembran vermittels dieser Schicht an der Rindenbereich des Amphibieneies 139 Eioberfliiche fest haftet und die Orientierungsdrehung des Eies, wie man an- nehmen muI3, mitsamt der Befruchtungsmembran in der Gallerthiille vor sich geht. Ein sehr enger funktioneller Zusammenhang besteht hier mit der Entwick- lung des Holtfreterschen surface coat. Seine Entwicklung 1/~I3t sich gut an den Abb. 15. Rindcnbcreieh eincr Tritonmomlla. 1 I~efruchtungsmcmbran; 2 perivitel l iner Spalt mi t granul~rem Material angefti l lt; 3 P lasmalemm einer BIastomere; 4 Pign, entg]'anula aus Mikrogranula zusammengesetzt . Vcrgr. 20 000real Froscheiern verfolgem Wir nehmen n~imlich an, daft bestimmte vesikulSre und granuldre Komponenten des Rindencytoplasmas das morphologische Substrat des sur/ace coat sind, und da6 diese in dichten Cytoplasmabezirken entstehen, die bereits in der reifen Oocyte zu beobachten sind. Diese Bezirke enthalten Bl~schen und Palade-Granula; sie nehmen nach der Besamung des Eies an Umfang und Zahl zu, so da6 sie schlieBlich einen gro6en Tell des Rindencytoplasmas einnehmen. Nach der Furchung des Eies liegen die Bli~schen vor allem in der Zone dicht unter dem Plasmalemm, sind abet auch in dem fibrigen sehr dicht strukturierten Rinden- ~. g~~" ~,~~ Anura, Rang esculenfa ~~: _ .. 9 :.~7:, ./unge Oocyle reife Oocyle befrucMe2es ~ ge/yra4 fes ~" f 9 "d"o:. "~:'. Urode/g." ~l~17 glpesff/8 Abb. 16. Schematische Darstellung der Ver~ndemmgen im Rindenbereich der Eier yon Anuren und Urodelen w~hrend der ovariellen Entwicklung und nach der Befruchtung. I Junge Oocyte. 1 Zona radiata mit MikrovilH des Eies und Zellforts~tzen tier Follikelzelle; 2 subkortikale Polysaccharid- vakuolen (corticalgranules). IIreife Oocyte. 2subkortikalePolysaceharidvakuolen; 3Zonaradiata=Befruchtungsmembran; 4 zukiinftiger perivitelliner Spalt; 5 dichte Cytoplasmabezh'ke. III befruchtetes Ei. 5 dichte Cytoplasmabezirke; 6 definitive Befruchtungsmembran; 7 definitivcr perivitelliner Spalt mit granul~rem Inhalt. IV gefurchtes El. 6 Befruchtungsmembran; 7 periviteniner Spalt; 8 Teihmgsfurche; 9 dichte perivitelline Schicht im perivitellinen Spalt bei Urodelen ,, Rindenbereich des Amphibieneies 141 zur anderen /ibertritt, mSchten wir aus diesen Beobaehtungen folgern, daft der sur]ace coat ein intrazellul~ires Gebilde ist, dessen morphologisches Substrat in eben jenen Bldischen und Granula zu sehen ist. Die intrazellul/~re Lokalisation des sur- face coat, der yon HOLTFR]~TER (1943) nur als ein funktionelles Gebilde definiert wurde (WARTE]ffBERG 1959), ist auch yon DOLLANDER (1960), BALINSKI (1960) und YAMADA (1960) auf Grund ihrer Beobachtungen gefolgert worden. Eine von BALINSKI (]960) im Rindenbereich von Amphibien-Gastrula- und Neurulastadien beobachtete, aber nicht n/~her definierte Schicht, die er f/Jr die morphologische Grundlage des Rindenmantels anspricht, konnten wir bisher nicht finden. Bei der zunehmenden Aufteilung der Eioberfl/tche im Rahmen der Morula- und Blastulaentwicklung muB an der Zellgrenze eine ttaftstruktur entstehen, die die beiden mechanisch besonders widerstandsf/~higen Rindenzonen verbindet. Nur durch die Ausbildung von Desmosomen ist im Zusammenhang mit dem ver- festigten Rindencytoplasma ein einheitlich wirksamer Ober]l~ichenmantel denkbar. Solche Desmosomen konnten von ~)OLLANDER (1960) und BALINSKI (1960) beobaehtet werden und wir konnten sie bei ersten orientierenden Untersuchungen an Tritonkeimen ebenfalls feststellen (Abb. 14a, b). Die zunehmende Dichte des Cytoplasmas bis zum Plasmalemm hin im Bereich der Teilungsfurche bei Rana (Abb. 9a--c) deuten wir dahingehend, dab hier die Entstehung von Desmosomen vorbereitet wird. MSglicherweise sind an der Desmosomenbildung auch die granul/~ren, yon uns ftir Mucopolysaccharidkomplexe gehaltenen Substanzen beteiligt, die im Spalt zwischen den beiden Plasmalemmata liegen. Das Ei von Triton alpestris zeigt ein lockerer strukturiertes Rindeneytoplasma. Man findet in der Ooeyte und im Ei nach der Befruchtung nur sehr wenig dichte Bezirke mit Bl~schen. Die Festigkeit der Rinde und der Zusammenhalt der Blastomeren wird bei Triton in den frfihen Entwicklungsstadien vor der Gastrula durch die Befruchtungsmembran unterst/itzt, welche durch die z/~hfliissige, nur langsam sich auflSsende Schicht des perivitellinen Spaltes mit der Eioberfl/~che in Verbindung steht. Die stabilisierende Wirkung des Systems : perivitelline Schicht--Befruehtungs- membran liel~ sich durch einen sehr einfachen Versuch demonstrieren. Entwick- lungsstadien von Triton (ungefurchte Keime bis zur Neurula) wurden f/Jr 2 Std nach Entfernung der Gallerthfille in eine Itoltfreter-LSsung eingelegt, die pro ml 15 IE Hyaluronidase (Luronase ,,Bayer") gelSst enthielt. In der Tabelle sind die Versuchsergebnisse zusammengestellt. Durch die Fermentwirkung wird die perivitelline Sehicht aufgel6st und die Blastomeren der fr/ihen Furchungsstadien verlieren vollstKndig ihren Zusammenhalt, so dab eine koordinierte Weiterent- wicklung nieht oder nur bedingt mSglich ist. Es muB daher angenommen werden, dab unter der Fermenteinwirkung eine Ausbildung von Desmosomen unter- bunden wird. Dies 1/~Bt sieh gut an den Blastomeren einer Morula oder Blastula beobachten, die sieh unter Fermentbehandlung teilen. Es kommt an der neuen Zellgrenze zu einem Auseinanderweichen des Pigmentes, das aber nicht auf eine intrazellul/ire Pigmentverschiebung zur/ickzufiihren ist, sondern mit einem ungen/igenden Zusammenhalt der Tochterblastomeren erkl/~r~ werden muB. Vollst/~ndig ausgebildete Desmosomen kSnnen durch das Fement nicht mehr beeinfluBt werden. Aus diesem Grund hat das Ferment auf die Blastula und weitere Stadien keine Wirkung mehr, da bei einem einmal vorhandenen ,,Rahmennetz" 142 HU]~ERT W~T~NB~RC und WALTER SCIcIMIDT: Tabelle. Triton alpestris. Behandlung mit Hyaluronidase 15 IE pro ml Holt]reter-L6sung Stadium der Keime Stadium der Kontrol le in bei Beginn der Keime nach 2 Std Ergebnis der Behandlung tIoltfrcter- Behandlung Behandlung L 0sung 1. Befruchtetes Ei vor Teilung 2. 2-Zellstadium 3. Morula-Blastula 4. Gastrula 5. Neurula 2-Zellstadium erreicht Morula Blastula Gastrula Neurula Zusammenhalt der Blastomeren gelSst. Keine weitere Entwicklung Zusammenhalt der Blastomeren gel6st. Keine weitere Entwicklung Zusammenhalt der Blastomeren an der 0berfl~che z. T. etwas gel6st: Scheinbare Verschiebung des Pigmentes. Wundheilungstendenz gut erhMten. Normale Entwieklung Keine Ver~nderungen. Normale Entwieklung Keine Veriinderungen. Normale Entwieklung Normale Entwicklung Normale Entwicklung Normale Entwicklung Normale Entwicklung Normale Entwicklung yon Desmosomen eiu ausreichender Zusammenhalt der Keimoberfl/iche ge- geben ist. Man karm zusammenfassend sagen, dag die beiden Komponenten, die ffir die Festigkeit und den Zusammenhalt des Keimes in der Frfihentwicklung verant- wortlich sind, in einem umgekehrt proportionalen Verh~ltnis zueinander stehen: Mit zunehmender Stabilisierung des Kortexbereiches, d.h. mit /ortschreitender Aus- bildung des sur/ace coat nimmt die unterstiitzende Wirkung der Be/ruchtungsmembran durch die Ver/liissigung des perivitellinen Inhaltes ab. Bei den Anuren erfelgt dieser Wechsel bereits vor der Furchung, so dab eir~e Orientierungsdrehung des Eies innerhalb der Befruchtungsmembrarl mSglich ist; bei den Urodelen wird diese Sicherungsmagnahme wesentlich langsamer aufgegeben. I)amit sell aber nicht gesagt werden, dab der Tritonkeim sich nicht auch ohne diesen Schutz entwickeln kSnnte. Offensichtlich reicht die Festigkeit des Rindenbereiches unter solchen experimentellen Bedingungen ftir einen normMen Ablauf der Ent- wicklung aus, woven man sich bei jedem entwicklungsphysiologischen Experiment mit Tritoneiern fiberzeugen kann. Zusammeniassung Elektronenmikroskopische Untersuchungen des Rindenbereiches der wach- senden und reifen Oocyte, des unbefruchteten Eies und der Ver/inderungen dieser /s Zone dutch die Befruchtung (Rana temporaria) ergaben folgendes: 1. ])as Follikelepithel besteht aus 3 Schichten. Die /iuBere Schicht gehSrt zu den PeritoneMzellen, die mittlere Lage ist bindegewebiger Natur, w/ihrend die innere Schicht das eigentliche Follikelepithel darstellt. Die Bindegewebsschicht wird yon 2 Basalmembranen begrenzt; sie enth/ilt Gitterfasern und Gef/~ge. 2. I)as Follikelepithel steht mit der Eioberfl/iche durch diinne Cytoplasma- forts/~tze in Verbindung. Diese durchsetzen die extrazellul~re, polysaccharid- hMtige Grundsubstanz der Zona radiata und ber/ihren mit ihren Enden das PlasmMemm der Eizelle oder graben sich in deren Oberfl/~che ein. Rindenbereich des Amphibieneies 143 3. Es besteht kein kontinuierlicher syncytialer Zusammenhang zwischen dem Cy~oplasma der Follikelepithelzellen und der Eizelle. 4. Die Zona radiata enthitlt auBerdem Mikrovilli, die sich bei der heran- wachsenden Oocyte in die innere H/~lfte der Zona erstrecken. 5. Die Zona radiata der reifen Oocyte hat keine Mikrovilli oder Cytoplasma- forts/~tze. Zwischen Eioberflitche and Zona ist der kfinftige perivitelline Spalt bereits angedeutet. 6. Im Rindenbereich der wachsenden und reifen Oocyte finder man Rinden- granula, deren polysaccharidhaltiger Inhalt nach der Besamung in den peri- vitellinen Spalt abgegeben wird. Diese anfiinglich z/ihfliissige Substanz ver- flfissigt sich zunehmend durch Wassereintritt, wodurch die Orientierungsdrehung des Eies m6glich wird. 7. Neben Pigmentgranula, Mitochondrien und Lipoidtr6pfchen enth/~lt das kortikale Cytoplasma des animalen Poles dichte Cytoplasmabezirke, die aus einer Ansammlung von feinen Blitschen und Palade-Material bestehen. Nach der Besamung nehmen die Bezirke an Umfang und Anzahl betri~chtlich zu. Diese dichten Bezirke halten wir fiir Strukturen, die mit der Bildung des ttoltfreter- schen ,,surface coat" in engem Zusammenhang stehen und Beziehungen zu dem Substrat dieser Oberfliichenstruktur haben, m6glicherweise im Sinne yon Bil- dungszentren. 8. Im Furchungsstadium wird bei den Anuren keine extrazellul~re Struktur gefunden. 9. Wir nehmen an, da[~ der ,,surface coat" ein intrazellulitres Gebilde ist, das im Rindenbereich des Eies lokalisiert ist. 10. Die Oocyten yon Urodelen (Triton alpestris) haben keine kortikalen Poly- saccharidgranula. Der Polysaccharid-Inhalt des perivitellinen Spaltes entsteht bier vorwiegend durch Aufl6sung der Mikrovillischicht, die bis zur Besamung erhalten bleibt. l l. Nach der Besamung bilden das Dotterhiiutchen, der zithfl/issige Inhalt des perivitellinen Spaltes und die Eirinde in wechselseitiger Unterstfitzung eine Einheit im Hinblick auf die Rindenstabilitiit des sich entwickelnden Keimes. Die Verfestigung des l~indenbereiches und die Ausbildung yon Desmosomen geht parallel mit einer zunehmenden Verflfissigung des perivitellinen Inhaltes. 12. Die funktionelle Bedeutung dieser extrazelluliiren perivitellinen Schicht wurde durch Behandlung yon Tritonkeimen verschiedener Entwicklungsstufen mit Ityaluronidase demonstriert. Von der Furchung bis zur frfihen Morula ver- lieren die Blastomeren ihren Zusammenhalt. Literatur AFZELIUS, B. A. : The ultrastructurc of the cortical granules and their products in the sea urchin egg as studied with the electron microscope. Exp. Cell Rcs. 10, 257--285 (1956). AFZELIUS, B.A.: Electron microscopy on sea urchin gametes. Uppsala 1957. AKETA, K. : The chemical nature and the origin of the cortical alveoli in the egg of the medaka, Oryzias latipes. Embryologia 2, 63--66 (1954). ALLEN, R. D. : The initiation of development. Symposium on the chemical basis of develop- rnent. Baltimore: Johns Hopkins Press 1958. 144 HUBERT WARTENBERG und WALTER SCHMIDT: ANCEL, P., et P. VITEMBEROER: Recherches sur le d6terminism de la sym6trie bilat6rale dans l'oeuf des Amphibiens. Bull. Biol. France et Belg. Suppl. 31, 1--182 (1948). ARNDT, E .A. : Histologische und histochemische Untersuchungen fiber die Oogenese und bipolare Differenzierung yon Sfil~wasser-Teleostcern. Protoplasma 47, 1--36 (1956). - - ]~ber die Rindenvakuolen der Teleosteeroocyten. Z. Zellforsch. 51, 209--224 (1960). - - Untersuchungen fiber die Eihfillen yon Cypriniden. Z. Zellforsch. 52, 315--327 (1960). B~I~SKI, B. I. : Vortrag. Symposium des Institut International d'Embryologie in Pallanza 1960. C~AUDHRY, H. S. : The origin and structure of the zona pellucida in the ovarian eggs of teleosts. Z. Zellforsch. 43, 478--485 (1956). DOLLANDER, A. : La structure du cortex de l'oeuf de Triton observ6e sur coupes fines et ultrafines au microscope ordinaire, et au microscope 61ectronique. C. R. Soc. Biol. (Paris) 148, 152 (1954). - - Ultrastructure de la r6gion corticale de l'ovocyte et de l'oeuf f6cond6 sym6tris6 chez le Triton. C. R. Soc. Biol. (Paris) 150, 998 (1956). - - Rapport: Le cortex de l'oeuf d'amphibien. Premibre R6union Europ6enne d'Anatomie, Strasbourg 1960. HENDEE, E. C.: Publ. Carneg. Inst. 27, 101 (1931). Zit. nach ALLE~. HOLTFRETER, J. : Properties and functions of the surface coat in amphibians. J. exp. Zool. 93, 251--323 (1943). - - A study of the mechanics of gastrulation. J. exp. Zool. 94, 261--318 (1943). I~MERS, J.: Changes in acid mucopolysaccharides attending the fertilization and develop- ment of the sea urchin. Ark. Zool. 9, 367--375 (1956). KANOH, Y. : l~ber den japanischen Hering (Clupea pallasi Cuvier et Valenc.). II. Ver~nderungen im Ei bei der Befruchtung oder Aktivierung. Cytologia (Tokyo) 18, 67--79 (1952). KARASAKI, S., and T. KO~0DA: Electron micrographs of a crystalline lattice structure in yolk platelets of the amphibian embryo. Nature (Lond.) 181, 407 (1958). KATAGIRI, C. : Cortical change at fertilization in the egg of the grass frog, Rana temporaria. J. Fae. Sei. Hokkaido 14, 166--174 (1959). KEMP, N. E. : Differentiation of the cortical cytoplasm and inclusions in oocytes of the frog. J. biophys, biochem. Cytol. Suppl. 2, 187 (1956). - - Electron microscopy of growing oocytes of Rana pipiens. J. biophys, biochem. Cytol. 2, 281--292 (1956). KO~OPACKA, B. : Recherches histochimiques sur le d6veloppemcnt des poissons. I. La vitello- g6nbse chez le Goujon (Gobia fluv.) et la carpe (Cyprinus carpio). Bull. int. Acad. pol., C1. math.-nat., S6r. B 2, 1--23 (1935). - - Recherches histochimiques sur le d6veloppement des poissons. II. La vitellog6n~se chez certains t616osteens de mer (Gobius paganellus, Smaris alcedo, Crenilabrus pavo, Atherina Boyeri et A. hepsetus). Pubbl. Staz. zool. Napoli 16, 327--362 (1937). KusA, M. : On some properties of the cortical alveoli in the egg of the stickleback. Annot. Zool. Jap. 26, 138--144 (1953). - - The cortical alveoli of salmon egg. Annot. Zool. Jap. 27, 1--6 (1954). - - Studies on cortical alveoli in some teleostean eggs. Embryologia (Nagoya) 3, 105--129 (1956). - - Osmotic behavior of the isolated cortical alveoli of stickleback eggs. Annot. Zool. Jap. 30, 67--70 (1957). - - Occurrence of a neutral mucopolysaccharide in the cortical alveoli of lamprey eggs. J. Fac. Sci. Hokkaido 13, 455--457 (1957). - - Explosion of isolated cortical alveoli of the stickleback egg. Annot. Zool. Jap. 31,212--215 (1958). LANZAVECCHrA, G.: Vortrag. Symposium des Institut International d'Embryologie in Pallanza 1960. McCuLLOC~, D. : Note on the origin of the cortical granules in Arbacia punctulata eggs. Exp. Cell Res. 3, 605--607 (1952). Mo~, L., and S. HhRDE: On the cortical granules of the sea urchin egg. Ark. Zool. 1, 487--498 (1951). Rindenbereieh des Amphibieneies ]45 MOTOMURA, I. : Materials of the fertilization membrane in the eggs of echinoderms. Sci. Rep. Tohoku Imp. Univ. 16, 345--364 (1941). - - Cortical granules in the egg of the frog. Annot. Zool. Jap. 25, 238--241 (1952). O~)OR, D. L. : Electron microscopic studies on ovarian oocytes and unfertilized tubal ova in the rat. J. biophys, biochem. Cytol. 7, 567--574 (1960). OSA~AI, K. : On the ovarian eggs of the loach, Lefua echigonia, with special reference to the formation of the cortical alveoli. Sci. Rep. Tohoku Univ., Ser. IV 22, 181--188 (1956). - - Cortical change at fertilization in the toad eggs. Bull. Marine Biol. Stat. Asamushi 9, 47--48 (1958). - - Polysaccharide reactions in the oocytes of the loach, Lefua echigonia. Sci. Rep. Tohoku Univ., Ser. IV 25, 37-43 (1959). - - On the cortical granules of the toad egg. Sci. Rep. Tohoku Univ., Ser. IV 26, 69--75 (1960). - - Development of the sea urchin egg with the inhibited breakdown of the cortical granules. Sci. Rep. Tohoku Univ., Ser. 1V 26, 77--87 (1960). RHODIN, J. : Correlation of ultrastructural organization and experimentally changed proximal convoluted tubule cells of the mouse kidney. Karolinska Institutet, Stockholm, Aktie- bolaget Godvil, 1954. ROMEIS, B.: Mikroskopische Technik. Miinchen: Leibniz 1948. I~OSENBAUM, R. M. : Histochemical observations on the cortical region of the oocytes of Rana pipiens. Quart. J. micr. Sci. 99, 159--169 (1958). RUOH, R.: The frog. Its reproduction and development. Philadelphia: The Blakiston Comp. 1951. I%VNNSTRSM, J., and J. IMMERS: The role of mucopolysaccharides in the fertilization of the sea urchin egg. Exp. Cell Res. 10, 354--363 (1956). SOTELO, J. R., and K. R. PORTER: An electron microscope study of the rat ovum. J. biophys. biochem. Cytol. 6, 327--342 (1959). SI"EK, J. : Die bipolare Differenzierung des Protoplasmas des Teleosteer-Eies und ihre Ent- stehung. Protoplasma 18, 497--545 (1933). ST~UBA, G. : Zur Differenzierung der Eihiillen bei Knochenfischen. Z. Zellforsch. 46, 717--728 (1957). TAKASI-IIMA, Y. : Studies on the ultrastructure of the cortical granules in sea urchin eggs. Tokushima J. exp. Med. 6, 341--349 (1960). TRUJmLo-CEN6Z, O., and J .R. SOTELO: Relationships of the ovular surface with follicle cells and origin of the zona pellueida in rabbit oocytes. J. biophys, bioehem. Cytol. 6, 347--350 (1959). Voss, H., u. H. WARTENBERG: Der topochemische Nachweis einer friihzeitigen polaren Dif- ferenzierung des Amphibieneies mit Hilfe der PAS-Reaktion. Wiss. Z. Univ. Jena 4, 413-417 (1955). WA~TENBERG, H.: Topochemische Untersuchungen an den Ovarialeiern yon Xenopus laevis und Rana fusca. Acta histochem. (Jena) 3, 25--71 (1956). - -Histochemische Untersuchungen des Rindenbereiches des Amphibienoocyten. Acta histochem. (Jena) 8, 458~77 (1959). - - , u. W. GUSEK: Elektronenoptische Untersuchungen fiber die Feinstruktur des Ovarial- eies und des Follikelepithels von Amphibien. Exp. Cell Res. 19, 199--209 (1960). - - - - Untersuchungen fiber die Topochemie und die elektronenoptische Feinstruktur des Ovarialeies yon Amphibien. Verh. Anat. Ges., Ziirich, 1959. Anat. Anz. Suppl. 196/197 (1960). - - , u. I~. E. STEGNER: ]~ber die elektronenmikroskopische Feinstruktur des menschlichen Ovarialeies. Z. Zellforsch. 62, 450--474 (1960). WmCn~ITZ~R, S. : The ultrastructure of the yolk platelets of amphibian oocytes. J. biophys. bioehem. Cytol. 3, 1040--1042 (1957). WOttLFARTH-BOTTERMANN, K .E . : Gestattet das elektronenmikroskopische Bild Aussagen zur Dynamik in der Zelle ? Cytologische Studien. VI. Z. Zellforsch. 60, 1--27 (1959). - - Protistenstudien X. Licht- und elektronenmikroskopische Untersuchungen an der AmSbe Hyalodiscus simplex n.sp. Protoplasma 52, 58--107 (1960). z. Zellforsch., Bd. 54 10 146 HUBERT WARTENBERG und WALTER SCHMIDT : Rindenbereich des Amphibieneies YAMADA, E., T. MUTA, A. MOTOMURA and H. KOGA: The fine structure of the oocytc in the mouse ovary studied with electron microscope. Kurume med. J. 4, 148--171 (1957). YAlVIADA, T. : Pers5nliche Mitteilung. YAMAMOTO, K.: Activation of the egg of the dog-salmon by water and the associated pheno- mena. J. Fac. Sci. Hokkaido 10, 303--318 (1951). YAMAMOTO, T. : The physiology of fertilization in the medaka (Oryzias latipes). Exp. Cell Res. 10, 387--393 (1956). YAmA~OTO, T. S.: Some morphological and physiological aspects of the eggs of Teleostean fishes. J. Fae. Sci. Hokkaido l~, 484--488 (1957). - - Some experiments on the chemical changes in the membrane of salmon eggs occurring at the time of activation. Jap. J. Ichthyology 6, 54--58 (1957). Dr. H. WARTENBERG, Anatomisches Institut, Universit~tskrankenhaus Eppendorf, Hamburg 20, MartinistraBe 52

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