Silicoborate als erste nicht C-haltige Wachstumsfaktoren

Summary

• 1. The clone M 2 of Cyclotella cryptica, cultivated since more than five years, does not grow normally in a medium with highly purified water and nutrient salts. We could not remove this growth inhibition by the addition of different known trace elements and vitamins.

• 2. This growth inhibition is characterized by a delay of cell division within one or two weeks. Finally cell division is almost completely stopped. The average length of the cells is more than twice that of normal growing cells.

• 3. This growth inhibition can be eliminated by the addition of borosilicates. Boric acid and silicic acid, added to the cultures together as separated compounds in different concentrations are ineffective.

• 4. The preparation of the used borosilicates from boric acid and quartz by melting these compounds with Na₂CO₃ or Na(OH) is described. We used aqueous solutions of these meltings (after neutralization).

• 5. By boiling in dilute acid the prepared borosilicates loose their physiological activity. Chemically we can dissolve silicic acid from our borosilicates by shaking it with 2.5% trichloracetic acid.

• 6. From “Jenaer Glas G 20” we can prepare too physiological active borosilicates by grinding glass with mortar and pestle (“Melamin” as material) and by disrupting the glass powder with ultra sonic in a water suspension. This preparation is active in a concentration less than 0.5 mg/l. A similar preparation from “Jenaer Glass Duran 50” is ineffective.

• 7. In cultures of Navicula pelliculosa the borosilicates too promote the growth significantly. The effect on cultures of Surirella striatula is very small (in a not completely synthetic medium). Added borosilicates had no effect on the growth of the marine diatom Coscinodiscus asteromphalus (in an enriched sea-water medium).

• 8. The results can be explained in that way: borosilicates are an essential constituent of the cells. The synthesis of these compounds from silicic acid and boric acid does not keep in step with the growth of the smaller species, tested in these experiments. Added borosilicates promote the recovery of the cells therefore much better than silicic acid and boric acid as separated compounds.

• 9. The described borosilicates are the first physiological active and composed compounds without carbon.

Zusammenfassung

• 1. Bei dem Stamm M 2 von Cyclotella cryptica, der seit mehr als 5 Jahren in Kultur gehalten wird, traten bei einer Anzucht in hochgereinigtem Wasser mit suprapur und p. a. Nährsalzen Wachstumshemmungen auf. Diese Hemmungen ließen sich nicht durch Zugabe von bisher bekannten biologisch wirksamen Spurenelementen und Vitaminen aufheben.

• 2. Diese Wachstumshemmung wird charakterisiert durch eine erst im Laufe von 1–2 Wochen bemerkbare Verlängerung der Generationszeit und drückt sich dann in einer Hemmung der Zellteilung aus. Die durchschnittliche Länge der Zellen (in Richtung der Pervalvarachse) ist mehr als verdoppelt. Der langsame Verlauf des Eintritts unterscheidet diese Wachstumshemmung eindeutig vom Si(OH)₄-Mangel.

• 3. Durch Zusatz von Silicoboraten läßt sich diese Hemmung weitgehend aufheben. Borsäure und Kieselsäure, als einzelne Verbindungen gleichzeitig in unterschiedlichen Konzentrationen zugesetzt, sind unwirksam.

• 4. Die Herstellung der Silicoborate aus Borsäure und Quarz durch Schmelzen mit Na(OH) oder Na₂CO₃ unter verschiedenen Bedingungen wird beschrieben. Verwendet wurden wäßrige Lösungen dieser Schmelzen.

• 5. Durch saure Hydrolyse verlieren die Präparate einen Teil ihrer biologischen Wirksamkeit. Chemisch läßt sich nachweisen, daß durch Behandlung mit Säure die Menge an freier Orthokieselsäure im Präparat erheblich zunimmt.

• 6. Ein aus “Jenaer Glas G 20” hergestelltes Präparat (Zermörserung, Ultraschallbehandlung) erwies sich bereits in geringen Konzentrationen (unter 0,5 mg/l) ebenfalls als aktiv, während ein auf gleiche Weise hergestelltes Präparat aus “Jenaer Glas Duran 50” unwirksam war.

• 7. Bei Navicula pelliculosa fördern zugesetzte Silicoborate das Wachstum signifikant gegenüber den Kontrollen. Bei der langsam wachsenden, großzelligen Art Surirella striatula ist die Wachstumsförderung nur noch sehr gering (in einem nicht vollsynthetischen Medium). Bei der in einem Meerwasser-Mineralsalzmedium kultivierten Art Coscinodiscus asteromphalus ließ sich kein Effekt durch zugefügte Silicoborate feststellen.

• 8. Die Ergebnisse werden so interpretiert, daß Silicoborate eine essentielle Verbindung im Siliciumstoffwechsel der Zellen darstellen. Die Eigensynthese aus Borsäure und Kieselsäure hält bei den schnell wachsenden Formen mit der Wachstumsgeschwindigkeit nicht Schritt. Nach dem Eintritt einer Hemmung sind die Zellen zunächst nicht mehr zu dieser Synthese befähight, zugesetzte Silicoborate zeigen daher bei diesen Zellen eine wachstumsfördernde Wirkung gegenüber der zusammen zugesetzten Verbindungen Borsäure und Kieselsäure.

• 9. Die hier beschriebenen Silicoborate sind die ersten zusammengesetzten, physiologisch aktiven Verbindungen, bei denen kein Kohlenstoff beteilight ist.