LXIX. Ueber die Gährungserscheinungen; von Heinrich Rheineck. Rheineck, über die Gährungserscheinungen. Gährungserscheinungen sind diejenigen Fälle chemischer Verwandlung, wo zwei Körper bei ihrer Berührung in einem stöchiometrisch nicht nachweisbaren Verhältniß ohne Wägbares auszuwechseln oder sich mitzutheilen, verändernd auf einander einwirken. Der eine dieser Körper, dessen Gewicht sehr vor dem des anderen zurücktritt, ist immer ein stickstoffhaltiger Körper und meistens sind es kleine Zellen einer Entwickelungsform verschiedener Pilze. Von Gährungserscheinungen sind aber ohne Zweifel alle Formen des vegetirenden Pilzes begleitet. Zutreffend hat schon vor Jahrzehenden Liebig von dieser Art von Verwandlung gesagt, daß sich die Bewegung des einen dem anderen Körper mittheile, und wie man sich diesen Vorgang denken kann, soll weiter unten besprochen werden. Zunächst sey eine Beobachtung erwähnt, welche die erste Veranlassung zu meinen Ansichten über diesen Gegenstand ist. Wohl den meisten Chemikern ist bekannt, wie leicht gewisse Salzlösungen, z.B. das essigsaure Natron, das oxalsaure Ammoniak und andere, flockig werden, und daß diese Flocken die langgestreckten Zellen des Schimmelpilzes sind, ebenso daß letztere häufig, fructificirend, die Oberfläche der Flüssigkeit mit einer Schimmeldecke überziehen. Vor mehreren Jahren bereitete ich eine Lösung von oxalsaurem Ammoniak, welche als Reagens dienen sollte. Das oxalsaure Ammoniak war, als gereinigtes vom Handel bezogen, farblos, wohl krystallisirt, neutral und beinahe rein. Auf Platinblech erhitzt, hinterblieb eine Spur Kohle, ebenso ein wenig Asche, wie es immer bei dem käuflichen Salz, sowie der Oxalsäure der Fall ist. Das Regenwasser, welches als Lösungsmittel diente, war gleichfalls beinahe aschenfrei und vollständig neutral. Es war rein genug, um bei manchen gewöhnlichen Arbeiten das mangelnde destillirte Wasser zu ersetzen. Diese Lösung war sehr wenig Haltbar. Sie war schon nach einigen Wochen stark mit Flocken durchsetzt und mit Schimmel überzogen, roch beim Abfiltriren nach Ammoniak und brauste mit Säuren deutlich. Sie reagirte stark alkalisch auf Lackmus und enthielt auch noch Oxalsäure. Es war nicht zu verkennen, daß eine Gährungserscheinung vorliege, welche die Verwandlung der Oxalsäure in Kohlensäure verursachte. Ich will nicht verhehlen, welch' irrige Vorstellung ich mit zuerst von der Beziehung zwischen Oxalsäurezersetzung und Pilzwachsthum machte. Das Beispiel der Gährung eines der organischen Körper von der einfachsten Zusammensetzung, wie die Oxalsäure, welche an der Grenze der anorganischen Verbindungen steht, schien mit den Schlüssel zum Verständniß der Gährungserscheinungen überhaupt zu liefern. Folgerichtig betrachtete ich zunächst die Sache vom Standpunkt der Chemiker, wie er seit Lavoisier eingenommen wird, nämlich chemischen Proceß und Constitution durch Gleichungen und Formeln auszudrücken, welche Rechenschaft über die Verhältnisse des Wägbaren ablegen ohne Rücksichtnahme auf die Ursache der Bewegung und der Ruhe. Hiernach kennen wir zwei Hauptbestandtheile, welche den Inhalt und die Wandung der Pflanzenzelle ausmachen, und zwei Gruppen bilden, die Kohlenhydrate und die Eiweißstoffe. Die Bildung beider kann so gedacht werden, daß Oxalsäure im Verein mit Wasser eine Reduction erleidet, um Kohlenhydrat, und eine noch weiter gehende, um Eiweiß zu bilden, und daß der dabei frei werdende Sauerstoff die übrige in die Bildung nicht eingehende Oxalsäure zu Kohlensäure oxydire. Nach den Gleichungen C²O³ + HO = O + CO² + CHO und C²O³ + O = 2CO² würden auf die einfachste Formel des Kohlenhydrates CHO schon 3 Aequivalente Kohlensäure kommen und auf ein Aequivalent Zucker = C¹²H¹²O¹² also 36 Aeq. Kohlensäure. Die Waage zeigte jedoch, daß nicht im Entferntesten ein stöchiometrisches Verhältniß zwischen Kohlensäure und Pilzmasse bestehe, da das Gewichtsverhältniß der ersteren zur letzteren ein viel zu großes ist. Während die Kohlensäure (in kohlensauren Kalk verwandelt und alkalimetrisch bestimmt) mehr wie 2 Decigramme ausmachte, verschwand die Pilzmasse beinahe vollständig, da es zweifelhaft blieb, ob sie (auf einem bei 100° C. getrockneten Filter gewogen) 2 oder 3 Milligramme betrug. Es war auch außer Pilzmasse und Oxalsäure keine weitere organische Substanz aufzufinden. In dieser Absicht wurde die von der Pilzmasse abfiltrirte Flüssigkeit verdampft und der Rückstand auf dem Platinmesser erhitzt. Er zeigte eine so geringe Spur von Verkohlung, als sie das oxalsaure Ammoniak selbst zeigt. Mit Kalkmilch abgedampft, wurde nach wiederholtem Befeuchten und Wiedertrocknen ein völlig neutral reagirender Rückstand erhalten, welcher weder an Wasser noch an Alkohol etwas Lösliches abgab. Gährungsproducte und Ferment können also hier ebensowenig wie bei der Alkoholgährung einer stöchiometrischen Gleichung genügen. Aber es war nun auch klar, daß die Oxalsäure-Kohlensäuregährung unter Mitwirkung atmosphärischen Sauerstoffes stattfinde und in die Kategorie der Essigsäuregährung gehöre. Damit war jedoch für die Aufklärung des Zusammenhanges zwischen Hefepilzwachsthum und Jährendem Stoff nicht viel gewonnen. Doch gelang es mit bald darauf, mehrere Erscheinungen der verschiedenen Gährungsarten unter einem Gesichtspunkt zu vereinigen und schließlich jede Art von Pflanzenwachsthum von einem allgemeinen Standpunkt aus zu betrachten. Da nun das Wachsthum. der Gährungshefe mit inbegriffen ist, so war für die gesuchte Erklärung der Schlüssel gefunden. Wir wissen, daß eine wässerige Lösung von Zucker, Alkohol, Oxalsäure, Harnstoff u.a. im reinen Zustand, bei Abschluß oder Zutritt der Luft unbegrenzte Zeit ohne Veränderung aufbewahrt werden kann, daß aber unter sonst günstigen Umständen eine kleine Menge oder nur ein einziges Individuum von Hefezelle hinzugebracht, sich rasch vermehrend, die bekannte Zersetzung hervorruft. Lassen wir den Zucker, Alkohol u.s.w. hinweg, so gewahren wir Nichts von Zellenvermehrung, wenn auch Kohlensäure zugegen ist. Eine unbedingte Nothwendigkeit für das Leben der Hefezelle ist also die Verwandlung, man kann sagen, das Zerfallen gewisser Substanzen, wie Zucker u. f. w., welche man gährungsfähig nennt. Man hat bisher einen großen Unterschied zwischen Gährungserscheinungen welche bei Abschluß des atmosphärischen Sauerstoffes stattfinden, und solchen welche dessen Aufnahme bedingen, erblicken wollen, z.B. zwischen Alkoholgährung und Essigsäuregährung. Aber letztere ist nur die Fortsetzung der ersteren. Daß einmal der Sauerstoff wegbleiben kann, das anderemal mitgährt, liegt in der Natur der gährenden Substanzen und ist unwesentlich für die Betrachtung des Pilzwachsthumes. Die Morphologie ist hier Nebensache, mag es der Morphologe genauer nehmen: Der Pilz zerstört den Zucker bis herab zur Kohlensäure und so auch die anderen, wahrscheinlich alle organischen Substanzen. Die Alkoholgährung ist hierin nur ein Schritt. Ohne Sauerstoffaufnahme aus der Atmosphäre geht es freilich nicht weiter; aber die Alkoholgährung kann bei Luftzutritt unterbleiben und der Zucker verbrennt nach und nach vollständig bei Schimmelbildung. Die Meinung, der Pilz athme den bei der Essiggährung verwendeten Sauerstoff, ist bis heute unter den Physiologen gültig. Nichts nöthigt uns, dieses anzunehmen. Ich bin der Ansicht, die oxydirt werdende Unterlage des Pilzes empfange nicht von diesem den Sauerstoff, sondern von ihm dazu befähigt, nehme sie ihn direct aus der Luft auf. Gerade die zahlreichen Beispiele Sauerstoff ausschließender Gährung mögen den Beweis dafür liefern, daß die Pilze nicht, wie es ihnen zugeschrieben wird, allen den Sauerstoff welcher in die Verwandlung des gährenden, oder wie man hier auch sagt, verwesenden Körpers mit eingeht, aufnehmen, daß zwar eine Sauerstoffaufnahme derselben nichts Unmögliches ist, aber etwas Unwesentliches. Noch viel unwahrscheinlicher wird erst die Annahme, daß der Pilz das Mittel, in welchem er lebt, und das er verändert, aufsauge. Zu allen diesen Arbeiten fehlen ihm die Organe, welche ihn dem Thierreiche einreihen würden und auf die Endosmose, welche deßfalls zu Hülfe gezogen wird, können wir nicht warten, wenn wir Wein, Bier und Essig bereiten wollen. Man bedenke, wie langwierig und eigenthümlich der Stoffwechsel für eine Pflanzenzelle wäre, Zucker einzusaugen und Alkohol nebst Kohlensäure wieder abzugeben, Alkohol und Sauerstoff einzusaugen, und Essig wieder abzugeben, Eiweiß und Käsestoff u.s.w. einzusaugen und deren Oxydations- oder Fäulnißproducte, je nachdem, wieder auszugeben! Denn wenn der Zucker hinein muß, werden es diese auch müssen. Werfen wir nun einen Blick auf die allgemeinen Vorgänge der Pflanzenvegetation und wir können über die Rolle, welche beide, Hefe und gährender Stoff, einander gegenüber spielen, nicht mehr im Zweifel seyn. Sind die Pilze Pflanzen, so haben sie auch die wesentlichen Functionen und Bedürfnisse mit den übrigen gemein. Sie sind im Ganzen genommen, ebenso organisirt, setzen sich aus denselben Elementen zusammen, bedürfen also derselben Nahrungsstoffe, möglicher Weise in derselben Form. Nur einer ist ausgenommen – das Licht. Dieser Unterschied ist sehr groß; er ist zu ungeheuer, als daß er nicht irgendwo seine Ausgleichung finden müßte. Die zerfallenden (gährenden) organischen Stoffe sind Ersatz für das Licht. Sie als Lichtgebilde sind im Stande das Licht zu ersetzen, weil es in ihnen als chemisch latente Wärme niedergelegt ist. So erklären sich auf die einfachste Weise sämmtliche Gährungserscheinungen. Das Verhältniß des gährenden Körpers zum Ferment wird ein um so größeres seyn, je kleiner der Schritt des Zerfalles, der Schritt zum letzten Gliede hin, der Kohlensäure nämlich, ist; eben darum, weil der Schritt von Kohlensäure und Wasser bis herauf zu Kohlenhydrat und Eiweiß ein vielmal größerer ist. Daß auch die Pilze, wie die grünen Pflanzen, der Kohlensäure und dem Wasser den Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff als wägbare Bestandtheile entnehmen, ist nicht unwahrscheinlich, unmöglich jedenfalls nicht, denn sie stehen ihnen immer zur Verfügung. Das Pilzwachsthum bedeutet dann so gut wie das der grünen Pflanzen Aufbau organischer Substanz. Aber der Pilz ist Räuber und Verschwender; er erzeugt nur bei großer Zerstörung organischer Substanz, während die grünen Pflanzen an der Quelle empfangen und sammeln. Hefe, Schimmel, sowie Hutpilz führen nach dem Gesagten ganz das gleiche Leben. Scheinbar kehren sich die Blattorgane vom Licht ab und graben sich in die Erde, aber dort finden sie es in einer anderen Form: die gährende, faulende, verwesende, vermodernde organische Substanz, meist Abfälle von Pflanzen und Thieren; oft auch dienen ihnen die Pflanzen und Thiere selbst als nährende Unterlage und erscheinen dann in krankem Zustand. Oder anders ausgedrückt: der als fadenförmige Zelle in der organischen Substanz lagernde Theil der Pilze, oder auch die Hefe, ist Wurzel und Blatt zugleich, Schimmel und Hut sind die Blüthe. Wenn wir den Vorgang des Zerfalles uns nicht in der Zelle stattfindend denken können, so fragt es sich, was man als wahrscheinlicher annehmen kann? Daß es der Fall ist, ist nicht nachgewiesen; wir wissen es nicht. Aber wir wissen, daß z.B. die Hefe in der Alkoholgährung nicht in die Ferne wirkt und daß nur in der unmittelbaren Nähe der Hefezellen die Alkohol- und Kohlensäurebildung vor sich geht. Wir können uns wohl vorstellen, daß es bei der unmittelbaren Nähe bleibt und daß die Berührung des Zellinhaltes, mittelst der Membran, mit der wässerigen Lösung des gährungsfähigen Stoffes hinreichend ist, die bei dessen Zerfall verwendbar werdende Wärme oder Kraft zu empfangen, ohne daß beide Flüssigkeiten sich zu mischen brauchen. So wirkt das Nervensystem der Thiere auf die anderen ein durch einfache Berührung. So löst sich ein Metall in der Lösung eines anderen auf; es zerfällt, während das andere aufgebaut wird, selbst wenn die Lösung dasselbe an einer Stelle berührt, wo es sich nicht löst, wenn nur andererseits die wässerigen Lösungen sich berühren (nicht mischen). Die Anwendung davon in der Telegraphie und Galvanoplastik ist bekannt. Zu den Gährungserscheinungen gehören außer den besprochenen, die Spaltung genannten Zersetzungen verschiedener Zuckerverbindungen bei Gegenwart gewisser stickstoffhaltiger Körper, wie Diastase, Myrosin, Emulsin u.s.w. Die dabei statthabenden qualitativen und quantitativen Verhältnisse berechtigen dazu, dieselben hier einzureihen. Es entstehen dabei nur keine Organe und spielen somit auch Aschenbestandtheile keine Rolle. Die besprochene Ansicht kann jedoch auch hier zugelassen werden. Noch mehr würde das Gebiet der Gährungserscheinungen sich erweitern, wenn es sich bestätigen würde, daß, wie ich beobachtet zu haben glaube, eine Eisenoxydullösung, Sauerstoff aufnehmend, das Pilzwachsthum befördert. Eine mit Schwefelsäure angesäuerte Lösung von schwefelsaurem Eisenoxydul-Ammoniak in Brunnenwasser hielt sich öfter länger als einen Monat ohne Veränderung. Einigemal jedoch war eine von Tag zu Tag zunehmende Oxydation, Bildung von Flocken in der Lösung und Schimmel auf deren Oberfläche aufgefallen. Die Ansicht, daß die gährende Substanz der Vermittler des dem Pilze nur indirect zukommenden Sonnenlichtes sey, habe ich schon vor drei Jahren dem Hrn. Professor Dr. Ad. Strecker brieflich mitgetheilt und bis jetzt wegen mangelnder Gelegenheit zu Untersuchungen in dieser Sache, die weitere Veröffentlichung derselben unterlassen. Dieses sey mit zu bemerken erlaubt, um den von mit oben ausgesprochenen Ansichten den Schein zu benehmen, als nahmen sie ihren Ursprung aus der mit nur auszugsweise in dieser Zeitschrift Bd. CCI S. 69 (erstes Juliheft 1871) vorliegenden Abhandlung von Dr. Ad. Mayer, welche mich jedoch zur Veröffentlichung der meinigen veranlaßte. Die dort ausgesprochene Ansicht über die Beziehung der Hefepilzernährung zur Alkoholgährung hat in einer Beziehung Aehnlichkeit mit der meinigen. Es ist die oben gegebene Erklärungsweise der Erscheinung, daß die chemische Veränderung oder Bewegung eines Körpers die eines anderen veranlassen kann. Insofern beide Körper sich in ihren Lösungen nur zu berühren brauchen, ohne daß sich die Lösungen mischen, nennt man sie mit Recht Contact- oder katalytische Erscheinungen. Hiernach hat die Liebig'sche (sogen. mechanische Gährungstheorie) ihr ferneres Bestehen mit dem erläuternden Zusatz, welcher seinen Ursprung eigentlich dem in Liebig's chemischen Briefen gegebenen Gleichniß verdankt, wornach unser künstliches Licht (Wärme, Elektricität) als entlehntes Sonnenlicht dargestellt ist. Wohlbegründeten Beweisen gegen die Ansichten, welche ich hier allgemein verständlich gehalten der Oeffentlichkeit übergebe, setze ich mit Interesse entgegen und hoffe, daß sie als Beitrag zur Erkenntniß wichtiger Naturerscheinungen nützlich seyen. Hagen, 15. October 1871.