Die ökologischen Beziehungen stoffwechselnder Systeme vom Standpunkt der Regelungstheorie

Helgoland Marine Research, May 2019

1. Es wurde ein Versuch gemacht, die Veränderungen, die sich in stoffwechselnden Systemen unter dem Einfluß von Umweltänderungen abspielen, zu klassifizieren. Dabei erwies sich als günstig, zwischen drei Formen der Veränderung zu unterscheiden, nämlich: a) Steuerung: das System reagiert auf Umweltsänderungen mit analogen Veränderungen einer oder mehrerer seiner Variablen; b) Regelung: das System reagiert auf Umweltsänderungen mit der Aktivierung kompensierender Mechanismen, die die Abweichung des Systems von einem Sollzustand so gering wie möglich zu halten trachten; c) Umschaltung: das System reagiert auf Umweltsänderungen mit der Aktivierung neuer Prozesse, die die Überführung des Systems von einem Zustand in den nächsten bewirken. 2. Die bisher bekannt gewordenen Mechanismen zellulärer Regulation erlauben in Verbindung mit nervösen und hormonalen Faktoren die Formulierung einiger Modelle zur Erklärung von Anpassungserscheinungen bei Organismen. 3. Eine Verbesserung dieser Modelle bedarf eines genaueren Studiums der Verknüpfungsweisen der Bauelemente lebendiger Systeme sowie der Übertragung und Verarbeitung von Information auf zellulärer Ebene.

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Die ökologischen Beziehungen stoffwechselnder Systeme vom Standpunkt der Regelungstheorie

Die/Skologischen Beziehungen stoffwechselnder Systeme vom Standpunkt der Regelungstheorie 0 II. Zoologisches tnstitut der Universit& Wien , Osterreich The ecological relations of metabolizing systems from the view point of cybernetics. An attempt has been made to classify the patterns of change that occur in metabolizing biological systems under the influence of environmental changes. It was found useful to distinguish between three types of changes: a) c o n t r o l : the system responds to environmental changes by analogous changes of one or several of its variables, b) h o m o e o s t a s i s : the system responds to environmental changes by activation of compensating mechanisms which tend to minimize the deviation of tlle system from a given state, c) " s w i t c h i n g " p h e n o - m e n a : the system responds to environmental changes by the activation of new processes which cause the system to move from one state into another state. - It is emphasized that the presently known mechanisms of cellular regulation (regulation of gene activity, end-product inhibition, enzymatic regulation) in combination with nervous and hormonal factors suffice to suggest a few, albeit crude, models for the explanation of adaptive phenomena in organisms. To improve these models the interactions between components of living systems as weII as the transmission and integration of information on the ceIlular level will have to be studied in more detail. rungen. I n beiden F~,illen: beim Studium y o n Einzelprozessen und bei der Analyse komplexer Organismen, besteht das Rohmaterial der Beobachtungen aus VerS.nderungen yon Variablen. Das ZieI des Experimentators ist es, aus den gesetzm~igigen Beziehungen zwischen einzetnen Variablen Modellvorstellungen abzuleiten, die das Verhalten der Organismen unter dem Druck y o n Umweltsbedingungen mit immer gr6i~erer Genauigkeit beschreiben. Eine Ubersicht tiber die 6kologis& bedingten Ver~inderungen lebender Systeme ist schwerli& durch eine Aufziihlung aller spezifis&en Reaktionen - E I N L E I T U N G I n biologischen Experimenten spielen lebendige Systeme - das sind Organismen und Kulturen - fast immer die Rolle y o n "black boxes". Der Experimentator beobachtet, mif~t Ver~inderungen in der Umwelt und registriert Ver~inderungen im System. Aus dem Beziehungsgeftige zwischen input und output schliegt er auf Vorg~inge im Inneren der "box". I n besonderem Mat~e gilt dies far den physiologischen Ukologen, der die Anpassungen von Organismen an Umweltsvariable studiert. Manchmal kann das System aufgebrochen und Einzelprozesse k/Snnen in relativer Isolation studiert werden; etwa E n z y m e in ihrer Abh~ingigkeit y o n Temperatur- und anderen i~inde Ukologische Beziehungen stoffwechsetnder Systeme zu erreichen. Die Zahl der mechanischen, elektrischen oder chemischen,der anatomischen, histologischen oder physiologischen Ver~nderungen, durch die Organismen Ver~inderungen in ihren jeweiligen Umwelten beantworten, ist Legion, ihre Klassifizierung Gegenstand yon Lehrbi~chern iiber vergleichende Physiologie. Ein m~Sglicher Weg zu einer Ubersicht besteht jedoch darin, nicht nach dem I n h a l t , sondern nach der F o r m yon Ver~inderungen zu ?ragen; nicht nach den spezifis&en Bestimmungsstii&en s~imtlicherReaktionsmechanismen, sondern nach ihren Verkniip?ungsgesetzen. Wenn wit tins vergegenw~irtigen, iiber welche Veriinderungen lebender Systeme auf einem Symposium wie diesem bier gesprochen wird, dann glaube ich drei Kategorien unterscheiden zu kiSnnen: 1. Das System reagiert auf die Ver~inderung einer Umweltsvariablen mit der analogen Ver~inderung einer biologischen Variablen. Wir wollen in so einem Fall yon S t e u e r u n g sprechen. 2. Im System wirkt sich die Ver~nderung einer Umweltsvariablen als ,,StSrung" aus, durch die Vorg~nge in Gang gesetzt werden, die die Kompensierung der St~rung und das Wiederherstellen des ,,Sollzustandes" zum ZMe haben. Dies bezeichnen wir als R e g e l u n g . 3. Das System reagiert auf die Ver~nderungen einer Umweltsvariablen mit dem Ingangsetzen neuer, of[ komplexer Systemprozesse. Derartige Ver~inderungen wollen wit dem Begriff U m s c h a 1t u n g subsumieren. Diese drei Kategorien repr~/sentieren natiirli& nicht isolierte Mechanismen; vielmehr sind sie eng miteinander verkniip~. Regelungsvorg~inge beruhen auf der Steuerung bestimmter Variablen durch andere Variable, und was wir hier unter ,,Urns c h a 1t u n g" zusammenfassen, ist die Grundlage yon Entwi&lungs- und Differenzierungsprozessen, an denen Steuerungs- und Regelungsprozesse entscheidenden Anteil haben. I& beabsi&tige nun, jede dieser drei Kategorien im Hinbli& auf Ver~inderungen des Stoffwe&sels lebender Systeme kurz zu diskutieren. STEUERUNG Die Steuerung ist die dem Experimentalbioiogen gel~iufigste Ver~inderung eines lebenden Systems. Schwankungen der Temperatur, der Lichtintensit~it, des pO2, der Substratkonzentration usw. k~Snnenanaloge Veriinderungen in der Intensit~it des Stoffwechsels bewirken. Die Form dieser Beziehung kann linear oder nicht-linear sein, sie kann sowohl in einfachen wie in komplexen Systemen geschehen, sie kann direkt oder indirekt sein. BeispMe hierf~ir sind in Abbildung 1 gegeben. Direkt ist etwa die Beziehung zwischen Enzymkonzentration oder Substratkonzentration und Reaktionsgeschwindigkeit in Enzymsystemen (Abb. la). In den ~ibrigen dargestellten Beispielen ist zwischen input (Temperatur, pO.), Darmgewicht) und output (Qo2) ein komplexes System, n~mlich der stoffwechselnde Organismus, ,,dazwischengeschaltet". Dies driickt sich - unter anderem - in der griSgeren Streuung der Megwerte aus (z. B. Abb. la und lb). Trotzdem besteht auch in diesen F~llen zwischen input und output eine e&te Steuerungsbeziehung. Die Steuerungsbeziehung wird durch die Steigung der Kurve und allenfalls durch den Punkt, an dem der I[Ibergang zum ,,Plateau" stattfindet, &arakterisiert. Bei Einfiihrung einer zweiten input-Variablen ~indern sich meist die Charakteristika des Systems -2 (7 C /.~/?/? Enzymkonzentrot/on 35 ? 25" 20" rs? sa. fi b d t ("c) r i re/, Darmgewicht Abb. 1: Beispieie filr Steuerungsvorg~ingein biologischen Systemen. Die auf den Ordinaten aufgetragenenVariablen ~indern sich in Abh~ingigkeit von_Knderungender Abszissen-VariabIen. a: Abh~ingigkeit der Invertzuckerbildung yon der Saccharase-Konzentration (nach BALDWIN 1952) . b: Abh~ingigkeit des Q02 yon der Temperatur bei L u m b r i c u s terrestris (nach VAL/~N 1958) ; die vertikalen Linien geben den Streuungsbereich der Mef~werte an. c: AbhF.ngigkeit des Qog yore Sauerstoff-Partialdru& und der Temperatur bei Carassius carassius (nach FRY und HART aus PROSSER1950). d: Abh~ingigkeit des Qos yore relativen Darmgewicht bei PorcelIio scaber; Regressionsgeradensind far drei vers&iedene Populationen dargestellt (nach WIESeR1963 a) (Abb. lc). Es sei no&mals betont, daft wit es bier blofg mit e i n e m Aspekt einer/Skologischen Beziehung zu tun haben. So kann etwa die Intensivierung der Atmung bei Erh/ihung der Temperatur gewissermagen abstrakt fiir sich allein betra&tet werden. Andererseits kann die Erh~Shung des Q02 Ausdru& einer tiefgrelfenden Ri&tungs~inderung des Stoffwe&sels sein und wird dadurch zum Element eines anderen Beziehungsgefiiges. REGELUNG Die Ver~inderung eines Umweltfaktors kann als SffSrung aufgefaf~t werden, die das System auszuglei&en tra&tet. Im bla&-box-S&ema w~ire dies so darzustellen, datg sich nach Ver~inderung des input der output zun~ichst im Sinne eines Steuerungsvorganges ~indert, dann abet (und eventuell nach einigen ni&t-linearen Zwischenphasen) auf den Ausgangswert zurii&f~illt (Abb. 2). In der Literatur finden si& hierfiir die Begriffe Anpassung, Homoeostasis oder Regelung, die einander zwar nicht kongruent sind, von denen aber jeder den oben dargestellten Fall enth~ilt. Ftir die Funktionsweisen von Regelungsvorg~ingen gibt es seit einiger Zeit eine Theorie, die bisweilen unter dem Namen ,,Kybernetik" l~iu~ (WI~N~I~ 1948) . Diese Theorie fordert unter anderem, dag bei Regelungsvorg~ingen die Ver~inderungen der konstant zu haltenden I 1 1 II tt i b c ZeJt Abb. 2: Modellhatte Darstellung des Verlaufes der Sauerstoffverbrauchs-Kurveeines Organismus ha& pl6tzlicher Temperatursteigerung. a: Erste Gleichgewi&ts~inderungdes Systems ("overshoot"); b: Steuerungsphase (Einstellung auf neues Gleichgewicht);c: Regelungsphase (Rii&kehr auf altes Glei&gewi&t). a und b nach Angaben GXAINCERS(1958) fiir Artemia salina; c giIt fiir alle Organismen, wel&e die Wirkungen pl&zIicher Temperamriinderungen v~5IIigkompensieren (Typ 2 nach PRCCHT1955) Variablen einem Regler gemeldet werden, worauf der Regler Prozesse in Gang setzt, wel&e die Ver~inderungen des Systems zu kompensieren trachten. Der ,,Sollwert" mui~ auf irgendeine Weise im Regler festgelegt sein. Die fiir den gesamten Funktionszusammenhang n6tigen Elemente m~issen auch in lebendigen Systemen ~iberall dort vorhanden sein, wo Regelungsvorg~inge nachweisbar sind (WI~sE~ I963b). Die Arbeitsweisen biologischer und technischer Regelsysteme weisen jedoch betr~ichtliche Unterschiede auf (CHANCE 1961). So beruht R~ickkopplung in elektrischen Systemen auf der Umkehr eines Stromflusses ( + und --), in biologischen hingegen auf dem Hinzufiigen und Entfernen yon Substanzen (antagonistisches Prinzip). Hierdurch werden Probleme eigener Art eingef~ihrt (GOLDMAN1960) . Innerhalb gewisser Grenzen k6nnen die ,,st6renden" Wirkungen siimtlicher 6kologischen Faktoren durch biotogische Systeme ausgeglichen werden, wobei die Regelungsm~Sglichkeiten um so gr6i~er sind, je komplexer das System oder 5e h~Sherorganisiert das Lebewesen ist. So ~ndert sich z. B. die Atmung yon Bakterien in direkter Abh~ingigkeit yon der Substratkonzentration, w~ihrend die Atmung h~ShererOrganismen und ihrer Gewebe yon der Substratkonzentration weitgehend unabh~ngig sein kann (BAI~~oN 1958) . In Ietzterem Fail h~ilt also ein homoeostatischer Mechanismus den Stoffwechsel mehr oder minder konstant. In ~hnlicher We~se werden bei verschiedensten Organismen Parameter des Stoffwe&sels trotz _Knderungen der Umweltstemperatur, des Ionengleichgewichtes, des Wassergehaltes, des Ern~ihrungszustandes usw. konstant oder ann~ihernd konstant gehalten (fiir Beispiele und Diskussionen siehe unter anderem MITTELSTAEDT1954, HASSENSTEIN1960, M cLeAN 1960 , GOLDMAN1960). Das Prinzip der Regelung findet si& auf allen Ebenen der biologischen Organisation. So l~it~tsi& Temperaturregelung in Enzymsystemen (Pr,~CHT 1951), in isolierten Geweben (P~Iss & FIELD 1950, SCHLtEPgl~ 1952), poikilothermen (BULLOCK 1955) und natiirli& in homoiothermen Organismen (HENsrL 1955) na&weisen. Regulierende Me&anismen miissen also in subzellul~iren, zelIul~iren und multizellulgren Systemen existieren. In mehrzelligen Organismen fungieren ofL Nervensystem und Hormone als die wi&tigsten Bestandteile yon Regelkreisen. Ihre Wirkung und Verknilpfung ist ot~ genug diskutiert worden und brau&t uns hier nicht weiter zu bes&~iftigen. In zellul~iren Systemen sind Regelungsme&anismen in letzter Zeit mehrfa& beschrieben worden. Folgen wir der U bersicht yon HOLZ~r, (1963 ), dann w~iren als wichtigste derartige Mechanismen, die ftir die Regelung des Stoffwe&sels yon Bedeutung sein k6nnen, zu nennen: Regulation der Genaktivitlit Auf Grund der Verkniipfung yon DNS, RNS und Proteinsynthese ist die Regulation der Genaktivit~it eine der MSgli&keiten, die Bildung yon Enzymen zu kontrollieren. Nach JAcoB & MONOD (1961) h~ingt die Bildung eines spezifischen Enzyms yon einer funktionellen genetischen Einheit, dem Operon, ab, dessen Aktividit durch ein Regulator-Gen kontrolliert wird. Im allgemeinen hemmt der Regulator die Synthese eines Enzyms. Ein yore Zellplasma in den Kern diffundierender Stoff kann jedoch die Hemmung aufheben (De-Repression) und die Bildung des Enzyms induzieren. Das so gebildete Enzym mag den Stoffwe&sel in eine neue Bahn lenken. Damit haben wit aber die Elemente eines Regelkreises vor uns: Eine Umwelts~inderungbewirkt eine Stoffwechsel~inderung,was zur AnhSufung einer Substanz im Zellplasma fiihrt. Die Substanz gelangt in den Kern, wo sie tiber DNS und RNS die Bildung eines Enzyms induzlert. Das neugebildete Enzym greiec in den Stoffwechsel ein und stellt das urspriingli&e Gleichgewichtwieder her. Endprodukthemmung Die Anhiiufung einer Aminos~/ureoder eines Proteins hemmt meist die eigene Synthese, indem das Endprodukt die Aktividit eines S&liisselenzymsin der SyntheseSequenz blo&iert (U_x~ARGICI~i956, DAVIS 1961) . Dies ist ein echter Rii&kopplungsme&anismus, der sicherlich oflcBestandteil eines intrazellul~iren Regelsystems ist. So wird etwa ha& GoRINI (1958 ) die Intensidit der Arginin-Synthese bei E. coil dur& die Konzentration yon Arginin im Bakterium und im Medium genau geregelt. Enzymatische Regulation Die meisten Reaktionssysteme in Organismen h~ingen yon der Konzentration kritischer Coenzyme oder Substrate ab. Durch Regelung der Konzentrationen dieser i3kologische Beziehungen stoffwechselnder Systeme Schltisselelemente kann das gesamte System reguliert werden. Das wichtigste Beispiel hierfiir ist die Abh~ingigkeit der Atmungskettenphosphorylierung vom System P -t- ADP -~7 ATP Die Energie des Kohlenhydratabbaues kann nut dann geniitzt werden, wenn genug ADP f/.ir die ATP-Synthese vorhanden ist, und ADP wird meist durch den Abbau yon ATP nachgeliefert. Eine Regelung der Atmungsintensit~it kSnnte also durch Steuerung der ADP- oder ATP-Konzentration erfolgen. LYXENet al. (t959) vermuten auch, daf~ dies der ents&eidende Mechanismus zur Regelung des Energiekreislaufes in der Zelle ist. Nach dieser Ans&auung wird ATP je ha& Bedarf dem Zellstoffwe&sel entzogen oder zur Verfiigung gestellt, wobei ats Regler und Speicher die Mitochondrien fungieren. Die stoffwechselregelnde Funktion der Mito&ondrien wird au& dur& andere Untersuchungen nahegelegt. SmTH (1956) zeigte, daf~ Faktoren, die die aktive Masse der Mitochondrien ver~ndern, auch den Sauerstoffverbrauch beeinflussen. Na& MuNDaY ~x~TItOMPSON (1962 ) soll die Konzentration der K6rperfliissigkeit der Krabbe Carcinus maenas in hyposmotischen Medien so aufrechterhalten werden, daf~ die Mitochondrien zu schwellen beginnen, wodurch mehr ATP freigesetzt und die Atmungsintensit~it gesteigert wird. Die erh6hte Aktivit~it dient dazu, das iiberschiissige Wasser aus der K6rperfliissigkeit hinauszupumpen. Damit ist die Steuerung des Qo~ dutch die osmotische Konzentration des Mediums Tell eines Regelkreises zur Aufrechterhaltung der osmotischen Konzentration der K~Srperfliissigkeit. Diese Diskussion intrazellul~irer Mechanismen sowie die Erinnerung an hormonale und nerviSse Erscheinungen bei h6heren Tieren dtir~e deutlich machen, daf~ fiir den Aufbau homoeostatis&er Systeme auf s{imtlichen Lebensstufen eine Fiille funktioneller Elemente bereitstehen. Um dies zu illustrieren, sei in Abbildung 3 der Mechanismus der Regelung yon Stoffwechsel oder K/Srpertemperatur bei ErhfShung der Milieutemperatur in einem enzymatischen (a), einem intrazellul~irem (b) und einem vielzelligen biologischen System (c) auf modellhai~e Weise dargestellt. In Beispiel a) ftihrt die Temperaturerh~Shung nach physikochemischen Gesetzen zu einer Reaktionsbeschleunigung und schliei~lichzur Anhiiufung des Endproduktes. Die gesteigerte Konzentration des Endproduktes hemmt jedoch die dgene Bildung, indem es ein Schltissdenzym (meist ein ,,branchpoint"-Enzym: DAws 1961) blo&iert. Hierdurch kann die Reaktionsgeschwindigkeit mehr oder minder auf das urspriingliche Ma8 reduziert werden. Oszillationen sind in so einem System nicht zu vermeiden. In Beispiel b) ist die Situation bereits komplexer, da zwei m~SglicheRegelungssysteme zur Verfiigung stehen, die Mitochondrien im Zellplasma und die Gene im Zellkern. Die Erh~Shung der Stoffwechselintensit~it auf Grund der TemperaturerhiShung fiihrt zti einer Beschleunigung des Umsatzes im ADP/ATP-System. Wird nun etwa ATP in den Mitochondrien gebunden, dann stehen weniger ATP-Molekiile zur Energiegewinnung und dementsprechend weniger ADP-Moleklile flir die Atmungskettenphosphorylierung zur Verfiigung. Damit mut~ aber die Stoffwechselintensit~it sinken. Eine zweite Regelm~Sglichkeitl~ge darin, dag iiber den Kern eine Neueinstellung des enzymatis&en Glei&gewi&tes erfolgen kann. Dies wiirde die oben erw~ihnte (S. 360) Regulation der Genaktivit~it implizieren. Die Tatsache, datg es bei poikilothermen Tieren s&nelle und langsame Regulationsprozesse gibt, die ziemlich s&arf voneinander getrennt zu sein scheinen (BuLI,OCK 1955, S. 321), mag ein Ausdru& der W. WiEsrR Existenz dieser zwei zellul~iren Regelkreise sein, wobei natiirlich die ,MitochondrienRegelung" die schnellere, die ,,Gen-Regelung" die langsamere w~ire. Verallgemeinerungen sind bier jedoch noah sehr unsicher. Aui~erdem ist die M/Sglichkeit einer zentralen Regetung iiber das Nervensystem in Betracht zu ziehen (RooTs & PROSS~R 1962) . ?nzym R~elcL~schw. &dpro&kt tqd?ch?~:~n >1 J( tcypoChcffc~m?s Abb. 3: Blockschaltbilder zur schematischen Darstellung des Funktionszusammenhanges bei Regelungsvorg~.ngen nach Erh~Shung der Auf~entemperatur in subzellul~iren (a), zellul~iren (b) urid multizellul~iren (c) Systemen. Die St6rgr/Si~e ist dutch den Doppelpfeil angedeutet. Sie steuert die dutch starke schwarze Pfeile gekennzeichneten System-Varlablen (Reaktionsgeschwlndigkeit, ATP-Umsatz, Impulsfrequenz, Hormonkonzentration), die tiber die Regler (Kreise) die Kompensation des ,,StBr"effektes bewirken. Halbkreise in 3c stellen Rezeptoren, kleine Rechtecke Effektoren dar. Die grot~en Rechtecke in 3b u n d c repr~isentieren die konstant zu hakende RegelgrBl%, der in 3a die Konzentradon des Endproduktes entsprechen wiirde Beispiel c) abstrahiert nur einige bekannte Tatsachen tiber die Regelung der KSrpertemperatur bei S~iugetieren. Von Bedeutung ist, dal~ hier - zum Unterschied von Beispiel a) und b) - die K 6 r p e r t e m p e r a t u r und nicht die S t o f f w e c h s e l i n t e n s i t ~it als Regelgr6f~e fungiert, obwohi k a u m daran zu zweifeln ist, daf~ eine der H a u p t f u n k t i o n e n der Homoeothermie die Schaffung eines Milieus ist, in dem Prozesse des Stoffwechseis mit konstanter Geschwindigkeit ablaufen k~Snnen. D a aber die Konstanthaltung der K 6 r p e r t e m p e r a t u r Energie effordert, miissen zur Aufrechterhaltung der Stoffwechselkonstanz Stoffwechselenergien abgezweigt werden - eine nur scheinbar paradoxe Situation, welche die steigende Differenzierung der Organismen auf der Evolutionsskala illustriert. Regelungssysteme dieser Art tragen atle zur Autonomie des Stoffwechsds vom Diktat der Umwelt bei. Dies k/innen sie aber nur dann wirklich erfolgreich, wenn sie mit anderen Regelungssystemen verkniipfi sind. Eine der wichtigsten Voraussetzungen ftir das Funktionieren eines homoeostatischen Mechanismus wie dem der Temperatu'rregelung mug - so sollte man meinen - ad~iquate Versorgung mit Energie selbst bei variablen Nahrungsverh~iltnissen sein. Dies trifit auch fiir die meisten Warmbliiter zu. Bei erwachsenen hSheren S~iugern z. B. funktioniert die Temperaturregelung selbst ha& l{ingeren Hungerperioden. Bei Jungtieren, primitiven S~iugernund einigen VSgeln hingegen arbeitet der Mechanismus nicht mit demselben Grad der Perfektion. So wies etwa LASlEWSKI(1963 ) nach, datg Kolibris nur dann homoeotherm sind, wenn sie tiber gentigend Energiereserven verftigen. Bei geringen Reserven wird der homoeostatische Mechanismus abgebaut, und das Tier f~illt in einen Zustand der Starre. Hier ist also unter anderem wegen der Kleinheit und hohen Aktivit{it der Tiere - eine ausreichende Versorgung der Regelungsmechanismen mit Energie nicht unter allen Umst'~inden m~igt i c h - und dieser ,,Unvollkommenheit" mug in der Organisation der Art Rechnung getragen sein. Die Verwendung des Wortes ,,Unvollkommenheit" in diesem Zusammenhang mag von manchen als eine teleologische Abweichung yon der Parteilinie der streng kausalen und zweckfreien biologis&en Forschung gedeutet werden. Im Begriffssystem der Regelungstheorie hat jedoch die Vorstellung eines ZMes, das auf mehr oder minder vollkommene Weise erreicht wird, ihren legitimen Platz. Das Ziel ist die Aufrechterhaltung eines bestimmten Gleichgewichtszustandes. Diese Deutung haben schon ROS~NBL/OTH,WI~N~R & BIG~OW (1943) vor 20 Jahren gegeben. So kSnnen wir auch sagen, dai~ gewisse poikilotherme aquatis&e Tiere eine nur ,,unvollkommene" Temperaturanpassung des Qo~ zeigen (ScHoI.ANDER, FLAGG, WALT~I~S & ItVINa 1953), oder dai~ der Entwicklungszyklus yon Sagitta elegans nut ,,unvollkommen" an die tiefen Temperaturen des arktischen Wassers angepagt ist ( DuNbAr. 1962 ), oder dag das Wachstum litoraler Mollusken im Vergleich zum Energieverbrauch nut ,,unvollkommen" an Temperaturunterschiede angepagt ist (DEttNEL1955). Derartige Insuffizienzen physiologischer Regelungsmechanismen dtirfien yon groger 5kologischer Bedeutung sein, da sie die Voraussetzungen beeinflussen, unter denen die betroffenen Organismen zu leben imstande sind. UMSCHALTUNG Nicht alle Ver{inderungen biologischer Systeme lassen sich den Begriffen ,Steuerung" und ,,Regelung" subsummieren. Zahlrei&e Leistungen yon Organismen sind dadurch gekennzei&net, dafg auf Grund einer Ver~inderung in der Umwelt g~inzli& neue Prozesse in Gang gesetzt werden. Bietet man etwa Individuen der Isopoden-Art Porcellio scaber na& einer Reihe yon Kurztagen (7 Stunden Licht, 17 Stunden Dunkelheit) eine Reihe yon Langtagen (16 Stunden Li&t, 8 Stunden Dunkelheit), dann ~indert sich zun~i&st die stark proportionale Beziehung zwis&en dem Darmgewicht und dem Sauerstoffverbrauch (Abb. ld). Letzterer wird weitgehend unabh~ingig vom Ern~ihrungszustand des Tieres (Abb. 4). Dies deutet auf das Einsetzen neuer StoffwechsetvorgSinge, die schliet~lichzur Gonadenreifung und zur Fortpflanzung der Tiere fiihren. Die Feststellung, die Hell-Dunkel-Periodik ,,steuere" das Fortpflanzungsges&ehen, wird den Tatsachen ni&t ganz gerecht. Im Grunde handelt es sich um eine tiefgreifende Umschaltung des Stoffwe&sels der Art unter dem Einflug des Li&tes. L'D-Pertode tel Dac~e~ic3t Abb. 4: Der Einflui~der Licht-Dunkel-Periodikaui:die Beziehungzwis&en Qo2 und reiativem Darmgewichtbei Porcellio scaber. Regressionsgeradensind far drei Populationen eingezei&net. Linker Abschnitt: 7L :17D, rechter Abs&nitt: 16L :SD (nach WleSER1963a) In 5.hnlicherWeise kann der rJbergang vom Kurztag zum Langtag bei Pflanzen Bliitenbildung hervorrufen, kann Sauerstoffmangel die Umschaltung yore aeroben zum anaeroben Stoffwechsel bewirken, kann ein Nahrungs?aktor H~iutungsprozesse einleiten, das Errei&en einer kritis&en Temperatur die Entwi&lung eines Eies in Gang setzen usw. Derartige Beziehungen miissen in einer allgemeinen Theorie von der Umweltsabh~ingigkeit lebendiger Systeme ebenfalls ihren Platz finden. Dies verursacht keine besonderen Schwierigkeiten, da ja bereits bel Besprechung der zellul~iren Regelung angedeutet wurde, dab unter dem Einflug yon Augenfaktoren Enzymkonzentrationen ge~indert und damit Stoffwechselvorgiinge in neue Bahnen gelenkt werden k~innen. Am dramatischsten ist diese Ums&altm~iglichkeit in zelluI~iren Systemen wohl durch die Entdeckung yon ,,induzierbaren Enzymen" (MoNoD 1956, DAVIS1961) demonstrlert worden. Wie das Prinzip der Regelung ist au& das der Umschaltung auf alien Ebenen der biologis&en Organisation m6glich. So kann in Krebszellen der anaerobe Kohlenhydrat-Abbau dur& den aeroben ersetzt werden, wenn die Konzentration des DPN/DPNH~-Systems gesenkt wird. Dies ist deshalb m/Sgli&, well bei Konkurrenz um dieses System die Enzyme der Atmung gegenliber denen der Glykolyse den Vorzug ha ben (HoLzEi~ 1963 ). Da nun einige als Cytostatica bekannte Drogen die Konzentration des DPN/DPNH2-Systems zu senken scheinen ( HoLzm 1961 ), k6nnen wir fiir diesen Fall sagen, daig ein Auf%n?aktor dutch Beeinflussung eines enzymatis&en S&liisselsystems die Ums&altung zellul~irer Prozesse yon anaerob auf aerob bewirken kann. Auf der n~i&sten Stufe der Komplexit~it spielen sich Umschaltungen des Stoffwe&sels unter der Mitwirkung yon Genen ab, die unter dem Begriff ,,Regulation der Genaktividit" bereits erwghnt wurden (S. 360): Dur& ein neues Substrat kann die Aktivit~/t eines ,,Operon" in Gang gesetzt und damit die Bildung eines neuen Enzyms induziert werden. An dieses Modell schliet~t si& der yon CnevER & KmLSON (1960) analysierte CJkologische Beziehungen stoffwe&selnder Systeme Fall der Wirkung des Hormons Ecdyson auf das Einsetzen der H~iutung bei Chironomus an. Das Hormon wirkt auf einen charakteristischen Locus (1 R 18) im Genom der Diptere, yon dem - zweifellos via RNS und Enzyme - Informationen ausgehen, die die tiefgreifenden metabolis&en Ver~inderungen des H~iutungsvorganges initiieren. Dieses Beziehungssystem l~igt si& ganz mit den Begriffen der Substratlnduktion bes&reiben, wenn das Hormon Ecdyson ais das induzierende Substrat aufgefaf~t wird. Diese Reaktionskette kann no& um eine Stufe in die Umwelt hinaus verl~ingert werden. Die Ausschiittung yon Hormonen oder neurosekretorischen Substanzen wird meist durch Umweltsfaktoren wie Li&t oder Temperatur gesteuert, so datg sich fiir metabolis&e Schaltprozesse folgende Sequenz ergibt: Umweltsvariable > Rezeptor Integra tionsund Regelungszentrum O ~ S&altzentrum nl ne n;3 } Stoffwechselsysteme Dies ist nattirlich eine sehr s&ematische Darstellung. In Wirklichkeit ist die Ve~ kniipfung Umwelt-Stoffwechsel nicht als eine lineare Sequenz, sondern als ein Gefiige zu denken. Jedes Glied der Kette steht wieder mit anderen Gliedern in Verbindung und kann dutch diese beeinflutgt werden. Hieraus entwi&eln si& - in der Terminologie yon ASHBY(1960 ) -- ,,multistabile Systeme". Als Beispiel sei etwa die bereits erw~ihnte Abh~ingigkeit des Fortpflanzungsges&ehens vom Errei&en einer kritis&en Tagesl~inge im Friihling oder Her bst zitiert (BONNINO 1963 , GIESE 1959 , WI~SER 1963a). Zusiitzli& h~ingt der Abtauf dieses Ges&ehens n~imli& au& no& yon anderen Faktoren ab, die alle in den Kreis der Betrachmng gezogen werden miissen, wilI man das Beziehungsgefiige des gesamten Vorganges darstetlen. So mug etwa eine kritis&e Temperaturschwelle iibers&ritten worden sein, damit die vorbereitenden Stoffwe&selprozesse iiberhaupt anlaufen kSnnen ( OkTON 1920 , WI~;SEI~1963a); die erhShte Temperatur mug fiir eine gewisse Zeit geherrscht haben, um auf den Organismus wirken zu kiSnnen (bei Ostrea eduIis z. B. mehrere Wochen: KOI~RINCA1957). Des weiteren k6nnen Phasen des Fortpflanzungsgeschehens yon der Anwesenheit kritis&er Nahrungsfaktoren abh~ingen (BaRN~S 1957 fiir Balanus balanoides, STRANGWAYS-IDIxON1961 fiir CalIiphora erythrocephala). Wie in diesen (und vMen anderen) F~illen Licht, Temperatur, Nahrung und das Stoffwechselgeschehen miteinander verkniipi~ sind, ist das entscheidende Problem, an das der Experimentalbiologe ein big&en mit der Einstellung eines Technikers heranzugehen hat, der die Schaltung einer - ni&t yon ibm entworfenen - komplizierten Maschine zu entwirren trachtet. Neben der Aufkl~irung des ,,Wirkungsgefiiges" (MITTELSTAEDT1961) gibt es in diesem Zusammenhang noch ein zweites Hauptproblem, und das ist die Frage nach W. WIEs~t~ der Informationsverarbeitung im Organismus. Auf welche Weise initiiert etwa ein Umweltsreiz wie die TageslS.nge oder die Wassertemperatur eine megbare biologische Reaktion? Wie setzt eine neurale oder humorale Information einen Stoffwechselprozeg in Gang? Wir haben in den letzten Jahren eine Fiille relevanter Tatsachen erfahren, so etwa, dag Licht und Temperatur auf Integrationszentren (Schilddriise, Corpora allata, spezifische Gehirnzellen) wirken, dort die Bildung yon Hormonen oder Neurohormonen veranlassen, die bei Errei&en einer kritischen Schwelle in den Zielorganen Stoffwechsel~inderungen hervorrufen (MoI~,GAN& FALES 1942 fiir Triturus viridescens, ROBERTS1961 far Carassius carassius, JUN~STAND1962 fiir Helix pomatia etc.) . Uber die Einzelheiten der bier wirksamen Mechanismen sind wit jedoch no& weitgehend im unklaren. Das einzig Sichere diirt~e sein, daig jeder/Skologis&-physiologische Zusammenhang in das dynamische Wechselspiet yon Genen, Ribosomen, Mitochondrien und Membranen, yon DNS, RNS und Proteinen hineinverflochten ist. In formaler Hinsicht lassen sich nun aber auf Grund der EigenschaPcen der untersuchten Systeme einige Aussagen tiber die m6glichen Formen der Informationsverarbeitung machen. Hier kehren wir zum Problem der S t e u e r u n g zuriick, denn jeder Rezeptor, jedes Schaltelement kann als ein Steuerk6rper (oder Informationswandler) aufgefagt werden, der ein Signal oder eine Information empf~ngt, verarbeitet und als ,,verschliisselte" Information weitergibt. Die ,,input-Information" steuert somit die ,output-Information" (vgl. ]~ANKE-KEIDEL1960, HASSENST~tN1960, GOLDMAN1960) . In Zusammenhang mit Stoffwechsetphiinomenen iassen sich vier Informationswandler unterscheiden: Vorzeichenwandler, Proportionalwandler, Differentialwandler und Integralwandler. Vorzeichenwandler (ZweipunktwandIer) Der output hat nur zwei ZustS.nde (+, --), die durch den jeweiligen input bestimmt werden. S~imtli&e Alles-oder-Nichts-Vorg~inge geh~Sren hierher. Klassis&es Beispiel ist die Enttadung eines Neurons. Die Aktivit~it eines Operons - und daMt eines zugeordneten Enzyms - kann vMleicht ebenfatls nach diesem Schema gedeutet werden, denn es kennt nur zwei Zusdinde: Hemmung und Enthemmung. Die Entscheidung zwischen diesen beiden Zustiinden hS.ngt yon der Aktivitiit des Regulator-Gens ab (JAco~ & MoNoD 1961) . Proportionalwandler Die GrSfge der output-Variablen ist der GrSf~e der input-Variablen proportional. So mag die ErhShung der Temperatur zu einer proportionalen Erh~Shung des ATPUmsatzes und damit des Qo~ fiihren. Kommt. es dann dutch die regulative Wirkung der Mito&ondrien zu einer proportionalen Vermin&rung der ATP-Konzentration, spre&en wir yon einer Proportionairegelung. Zahlrei&e Stoffwechsel~inderungen k~Snnen auf ~ihnli&e Weise den Ver~inderungen yon Enzymkonzentrationen proportional sein, letztere k/Snnen auf Ver~nderungen hormonaler Faktoren ansprechen und diese sich in proportionaler AbhSingigkeit yon einer Umweltsgr/5tge ver~indern. Differentialwandler Die output-Variable h~ingt ab yon der G e s c h w i n d i g k e i t (dem ersten Differentialquotienten), mit dem sich die input-Variable ~indert. So diir~e es in der Regetung des Blutzuckergehaltes Rezeptoren geben, die auf die Geschwindigkeit, mit der sich die Zuckerkonzentration ~indert, ansprechen (GOLDMAN1960) . Der yon GRAINGER(i958) und anderen beschriebene "overshoot" des Sauerstoffverbraiaches h~ingt ebenfalls yore Differentia1 der Umwelts~inderung ab, da er nur bei raschem Temperaturwechsei deutlich ist. Ob die Folgen rascher Temperatur~inderung, wie sie etwa yon LOOSANOFF& DAVIS 1952 far Crassostrea virginica beschrieben werden, hiermit in Beziehung stehen, ist unklar. Integratwandler Der output h~ingt davon ab, wie lange der input, ohne seine Gr6ge zu ~indern, einwirkt (also yore Zeitintegral des input). So mug eine kritische Temperatur meist eine gewisse Zeit geherrscht haben, damit bei Tieren Brutverhalten ausgel~ist wird (Ko~RINCA 1957, WI~S~I~ 1963a), und dasselbe gilt fiir die Beziehung zwischen der Tagesl~inge und dem Einsetzen yon Bliitenbildung, Gonadenreifung etc. Genaugenommen, miiftte man bier aber yon einer Integral-Zweipunkt-Steuerung sprechen, da der output meist eine yon zwei Mgglichkeiten darstellt (siehe auch RANK~-K~IDeL 1960). Eine echte Integralbeziehung diirf~e jedoch zwischen der Tagesliinge und der Bildung des neurosekretorischen Materials bestehen (JuNoSTANI) 1962). Durch weitere Verfeinerung dieses Schemas k6nnte man vielteicht zu einer Klassifizierung aller Formen der Informationsverarbeitung in stoffwechselnden biologischen Systemen kommen. Der Aufl/Ssbarkeit setzt jedoch die Komplexit~it der meisten Systerne deutliche Grenzen. Zusammenfassend l~if~tsich sagen, daft die Aufkl~irung spezifischer Beziehungen in lebenden Systemen die Grundlage aller biologischen Forschung ist, daft unsere Bemiihungen aber unvollkommen bleiben miissen, wenn wit nicht versuchen, aus den individuellen Bestimmungsstiicken jene h6heren Verkniipfungssysteme aufzubauen, die die Voraussetzung aller Lebenserscheinungen sein miissen. Hier?iir ist die q u a n t i t a t i v e Erfassung spezifischer Beziehungen - d e r Gegenstand dieses Symposiums unabdingbare Voraussetzung. ZUSAMMENFASSUNG 1. Es wurde ein Versuch gemacht, die Ver~inderungen, die sich in stoffwechselnden Systemen unter dem Einflufl yon Umwelt~inderungen abspieten, zu klassifizieren. Dabei erwies sich als giinstig, zwischen drei Formen der Ver~nderung zu unterscheiden, n~imlich: a) S t e u e r u n g : das System reagiert auf Umwelts~inderungen mit analogen Ver~inderungen einer oder mehrerer seiner Variablen; b) R e g e 1u n g : das System reagiert auf Umwelts~inderungen mit der Aktivierung kompensierender Me&anismen, die die Abweichung des Systems yon einem Soltzustand so gering wie W. WIESEe, mSglich zu halten trachten; c) U m s c h a 1t u n g : das System reagiert auf Umwelts~inderungen mit der Aktivierung neuer Prozesse, die die Uberfiihrung des Systems yon einem Zustand in den n~ichsten bewirken. 2. Die bisher bekannt gewordenen Mechanismen zellul~irer Regulation erlauben in Verbindung mit nervSsen und hormonalen Faktoren die Formulierung einiger Modelle zur ErkI~rung yon Anpassungserscheinungen bei Organismen. 3. Eine Verbesserung dieser Modelle bedarf eines genaueren Studiums der Verkniipfungsweisen der Bauelemente lebendiger Systeme sowie der Ubertragung und Verarbeimng von Information auf zellul~rer Ebene. Herrn Professor B. HASSENSTEIN,Freiburg, danke ich filr kritische Anmerkungen zum Manuskript. Etwaige Ungenauigkeiten oder Fehler gehen jedoch altein auf das Konto des Autors. Z I T I E R T E L I T E R A T U R Dkologische Beziehungen stoffwechselnder Systeme 369 Diskussion irn Anscblufl an den Vortrag Wl~s~g Loci~r~: Nachdem Herr WIESm~in seinem ausgezeichneten Vortrag einige Dinge vom Standpunkt der RegeIkunde betrachtet hat, die ich selbst yore Gesichtspunkt der Theorie oftener Systeme bzw. der Theorie des Fliet~gleichgewichtsdarzustellen versucht habe, w~ire vielleicht. schon ein detaillierter Vergleich zwischen beiden Betrachtungsweisen ein Thema fiir unser n~ichstes Symposion im Jahre 1965. SMITH: A key operator in the scheme which Dr. Wirs~R has presented might well be the concentration or production rate of TPN-TPNH. This is contingent upon (1) the fact that reduction of TPN occurs at only 5 or 6 metabolic steps which appear largely under thyroid hormonal control, and (2) the presence on each major pathway of at least one metabolic step which requires TPNH for its completion. Thus control through this co-factor may be on the main line of regulatory expression (c. f. SMIT~i& HOIJER 1962; Physiol. Rev. 42, 60) . Of interest here is also the recent demonstration by TATAet al. (1963 ; Biochem. J. 86, 408) that thyroid hormone in vivo in rats induces changes in metabolic rate, which appears contingent upon earlier activity involving protein synthesis. WZESrt~: The main point I wanted to make was that the functioning of very complicated systems can be controlIed by single key processes. Such a key position in metabolizing systems is held by the ATP/ADP link, and also by the TPN/TPNH link. You are quite correct in pointing out the importance of the latter system. The problem is of course that theoretically we know that these are important control points. However, it would be comforting to know whether the systems involved actualIy d o have the characteristics of controlling systems. For example, under the influence of environmental or systemic stimuli, they would have to change in concentration or in turnover rate, and there must be a regulating centre which keeps this portion of the machinery going. SMtTtt: I think that the most exciting thing I have seen in this year has been the implications that can be drawn from the work of TArA et al. (loc. cit.), who have rather dramatically shown that thyroid hormone not only stimulates metabolism, but that its stimulation of metabolism appears to be contingent upon the synthesis of certain enzymes, all of which have not been specified. However, it gives us a very definite suggestion now that we may have some operators here at the level of the DNA to RNA at messenger RNA level. (These implications of this work were first drawn to my attention during the spring of 1963 by Mr. HITTLEMAN, a graduate student in our laboratory.) I think this is the inductive level at which metabolism wilt be accounted for in this present period and which may lead us to some understanding of hormonal action at a higher level of the integrated system. ASHBY , R. , 1960 . Design for a Brain . 2nd ed. John Wiley & Co., New York, 286 pp. BALDWIN , E. , 1952 . Dynamic Aspects of Biochemistry. Cambridge Univ. Press, 544 pp. BARNES , H. , 1957 . Processes of restoration and synchronization in marine ecology . Ann. biol., Paris, 3. set. 33 , 67 - 85 . BAe,t~ON, G. E. S. , 1958 . The regulatory mechanisms of cellular respiration . In: Perspectives in marine biology (edited by A. A. Buzzati-Traverso) . Univ. of California Press, pp. 211 - 232 . BULLOCK , T. H. , 1955 . Compensation for temperature in the metabolism and activity of poikilotherms . Biol. Rev , 30 , 311 - 342 . B /2NNINC, E., 1963 . Die pbysiologische Uhr. 2. Aufl . Springer, Berlin-G& tingen -Heidelberg, 153 pp. CKANC~ , B. , 1961 . Control characteristics of enzyme systems . Cold Spr. Harb. Syrup. quant. Biol . 26 , 289 - 299 . CL~V~R , U. & KARLSON , P. , 1960 . Induktion yon Puff-Ver~inderungen in den Speicheldriisenchromosomen yon Chironomus tentans durch Ecdyson . Exp. Ceil Res . 20 , 623 -- 626 . DAvis , B. D. , 1961 . The teleonomic significance of biosynthetic control mechanisms . Cold Spr. Harb. Syrup. quant, Biol , 26 , 1 - 10 . DEHN ~L, P. A., 1955 . Rates of growth of gastropods as a function of latitude . Physiol. ZoSI . 28 , 115 - 144 . DUN ~A?, M. J. , 1962 . The life cycle of Sagitta elegans in arctic and subarctic seas . J. Mar. Res . 20 , 76 - 91 . GIESE , A. C. , 1959 . Comparative physiology: annual reproductive cycles of marine invertebrates . Annu. Rev. Physiol . 21 , 547 - 576 . GOLDMAN , S. , 1960 . Cybernetic aspects of Homeostasis . In: Mineral Metabolism. (edited by C. L. Comar & F. Bronner). vol. I , Part A , Academic Press, New York and London, pp. 61 - 100 . Go~INI , L , 1958 . Regulation en retour (feedback control) de ta synth6se de l'arginine chez Escherichia coil . Bull. Soc. Chim. biol., Paris 40 , t939 - 1952 . GRAINOEiq J. N. R. , 1958 . First stages in the adaptation of poikilotherms to temperature change . In: Physiological adaptation (edited by C. L. Prosser) Am . Physiol. Soc . Washington, D. C., pp. 79 - 91 . HASSENST ~tN, B. , 1960 . Die bisherige Rolle der Kybernetik in der biologischen Forschung . Naturw. Rdsch. Jg. 13, Heft 9 - 11 , 1 - 24 . HENSEL , H. , 1955 . Mensch und warmbliitige Tiere . In: Temperatur und Leben . Springer, Berlin, G&tingen, Heidelberg, pp. 329 - 466 . HoLZ~t~, H., 1961 . Wirkungsmechanismus der Zytostatika. Dtsch. reed. J. 12 , 312 - 317 . - - 1963 . Intrazetlut~ire Regulation des Stoffwechsels . Naturwissenschaflen. Jg . 50 , 260 - 270 . JAcoB , F. & MONOD , J. , 1961 . On the regulation of gene activity . Cold Spr. Hath. Syrup. quant. Biol . 26 , 193 - 212 . JUNGSTAND , W. , 1962 . Untersuchungen tiber die Neurosekretion und deren Abh~ingigkeit yon verschiedenen Augenfaktoren bei der Lungenschnecke Helix pornatia L. Zool . Jb. allgern. Zool . 70 , 1 - 23 . KORRINGA , P. , 1957 . Water temperature and breeding throughout the geographical range of Ostrea edulis . Ann. biol., Paris, 3. ser. 33 , 1 - 17 . LASIEWSKI , R. C. , 1963 . Oxygen consumption of torpid, resting, active and flying humming birds . Physiol. ZoSl . 36 , 122 - 140 . LOOSANOFF , V. L. & DAVIS , H. C. , 1952 . Repeated semiannual spawning of northern oysters . Science 115 , 675 - 676 . LYNEN , F. , HARTMANN , G. , NETTER, K. F. & SCHUEGRAF , A. , 1959 . Phosphate turnover and Pasteur effect . Ciha Foundation Syrup. Regulation of Cell Metabolism. J. & A. Churchill , London, pp. 256 - 273 . McLEAN , F. C. , 1960 . Introduction: Homeostasis in Mineral Metabolism . In: Mineral Metabolism (edited by C. L. Comar & F. Bronner), voI. I, Part A , Academic Press, New York and London, pp. 1 - 10 . MITTELSTAEDT , H. , 1954 . Regelung in der Biologie. Regetungstech . 2 , 177 - 181 . - - 1961 . Die Regeiungstheorie als methodisches Werkzeug der Verhaltensanalyse . Naturwissenschaflen 48 , 246 - 254 . MONOD , J. , t956 . Remarks on the mechanism of enzyme induction . In: Units of Biological Structure and Function . Academic Press, New York and London, pp. 7 - 28 . MORGAN , A. H. & FALES , C. H. , 1942 . Seasonal conditions and ~ffects of low temperatures in the thyroid glands of amphibians . J. Morph . 71 , 357 - 387 . MUNDA ?, K. A. & THOMPSON , B. D. , 1962 . The effect of osmotic pressure on the activity of Carcinus maenas mitochondria . Cornp. Biochern. Physiol. 6 , 277 - 288 . O~TON , J. H. , 1920 . Sea-temperature, breeding and distribution in marine animals . J. Mar. biol. Ass . U. K. 12 , 339 - 366 . PzIss , C. N. & FI~: LD ,J., 1950 . The respiratory metabolism of excised tissues of warm- and cold-adapted fishes . BioL Bull., Woods Hole 99 , 213 - 224 . PRZCttT , H., 1951 . Der Einflug der Temperatur auf die Atmung und einige Fermente beim Aal (Anguilla vuIgaris L .). Biol. ZbI . 70 , 71 - 85 . - - 1955 . Wechselwarme Tiere und Pflanzen . In: Temperatur und Leben . Springer, Berlin, G &- tingen, Heidelberg, pp. 1 - 177 . PROSSEt~ , L. C. , Editor , 1950 . Comparative Animal Physiology. W. B. Saunders Co. Philadelphia and London, 888 pp. RANKE , O. F. & KEIDEL ,W. D., 1960 . Physiotogie des Zentralnervensystems yore Standpunkt der Regelungslehre . Urban & Schwarzenberg, Mtinehen-Berlin, 133 pp. ROBERTS , .1. L., 1961 . The influence of photoperiod upon thermal acclimation by the crucian carp , Carassius carassius L. Zool . Anz. 24 ( Suppl .), 73 - 77 . ROOTS , B. I. & PI~OSSER, C. L. , 1962 . Temperature acclimation and the nervous system in fish . J. exp. Biol. aO , 617 - 630 . ROSEN~LUETH , A. , WIENEr~, N. & BIG~LOW , J. , 1943 . Behaviour, Purpose and Teleology. Philosoph. Sci . 10 . SCHLIEWR , C. , 1952 . Versuch einer physiologischen Analyse der besonderen Eigenschaiten einiger eurythermer Wassertiere . Biol. ZbI . 71 , 449 - 461 . SCKOLANDER , P. F. , FnAGC ,W., WALTERS , V. & IRWNC , L. , 1953 , Climatic adaptation in arctic and tropical poikilotherms . Physiol. Zo61 . 26 , 67 - 92 . SMITH , R. E. , 1956 . Quantitative relations between liver mitochondria metabolism and total body weight in mammal~ . Ann. N. Y. Acad. Sci . 62 , 403 - 422 . STRANCWAvs-DIxoN ,J., 1961 . The relationship between nutrition, hormones and reproduction in the biowfly Calliphora erythrocephala (MEIo .). I. J. exp. Biol . 38 , 225 - 235 . UMBA ~aZR, H. E. , 1956 . Evidence for a negative-feedback mechanism in the biosynthesis of isoleucine . Science 123 , 848 . VAL~N , E. , 1958 . Oxygen consumption in relation to temperature in some poikilotherms . Acta physiol, scan& 42 , 358 - 362 . Wll;N~R ,N., 1948 . Cybernetics. The Mass. Inst. Technol. Press, 165 pp. WIEs~ , W. , 1963a. Parameter des Sanerstoffverbrauches. II. Z. vergL Physiol . 47 , 1 - 16 . - - 1963b . Die Organisation der Lebewesen als technisches Problem . Mathematik, Technik, Wirtschafl, Wien, Jg. 10 , 17 - 22 .


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Wolfgang Wieser. Die ökologischen Beziehungen stoffwechselnder Systeme vom Standpunkt der Regelungstheorie, Helgoland Marine Research, 356, DOI: 10.1007/BF01610049