Induction of metamorphosis in planulae

1. Die Metamorphose Planulae vonHydractinia echinata (Hydrozoa) wird durch eine pulsförmige (2–3 Std) Applikation der Ionen von Caesium, Rubidium, Lithium und Kalium ausgelöst. Mit Mischungen von Seewasser mit isoosmolaren Lösungen der Chloride dieser Ionen zeigen die Dosis-Wirkungskurven für K⁺, Rb⁺ und Li⁺ einen Optimumsverlauf. Dabei hat K⁺ den schmalsten Wirkungsbereich. Die Wirkungskurve von Cs⁺ ist sigmoid. Die halbmaximalen Dosen liegen bei 6 mval Cs⁺, 50 mval Rb⁺, 80 mval Li⁺ und 130 mval K⁺. 2. Eine K⁺-Stimulation ist ein Ouabain-insensitiver, vom Gibbs-Donnan-Verhältnis beherrschter Vorgang. Werden Lösungen appliziert, die nur K⁺, Ca⁺⁺ und Saccharose enthalten, ist die optimale Wirkung stets einem invariablen Verhältnis von\(\left[ {{\text{K}}^{\text{ + }} } \right]:\sqrt {\left[ {{\text{Ca}}^{{\text{ + + }}} } \right]} = 40\) zugeordnet, unabhängig von den aktuellen Konzentrationen. 3. Einer Cs⁺-Induktion liegen aktive, auf die Beteiligung eines Carriers hinweisende Vorgänge zugrunde. Eine indirekte Reaktionskinetik, die die Geschwindigkeit der larvalen Reaktion in Abhängigkeit von der Dosis als Maß der Kationenaufnahme nimmt, liefert Michaelis-Menten-artige Sättigungskurven. Reduktion des externen Ca⁺⁺- und Na⁺-Gehalts und ebenso Applikation des Glutathion-oxidierenden Agens Diamide erhöhen die Effektivität von Cs⁺. Die Form der Wirkungskurve nähert sich einer rechteckigen Hyperbel und die halb-maximale Cs⁺-Konzentration wird zu tieferen Werten verschoben. Durch gleichzeitige Applikation von Ouabain geht die Induktionswirkung von Cs⁺, Rb⁺ und Li⁺ (nicht die von K⁺) verloren. Diese Befunde erlauben es, die Primärwirkung dieser Ionen als Stimulation der Na⁺-K⁺-Transport-ATPase zu interpretieren. 4. Die Auslösung der Metamorphose durch monovalente Kationen geschieht somit über Änderungen Membran-gebundener Funktionen. Dies trifft ebenso für die Bakterien-induzierte Metamorphose zu. 1. The metamorphosis of the planulae ofHydractinia echinata (Hydrozoa) can be induced by a pulse-type (2–3 hrs) exposure to the ions of caesium, rubidium, lithium, and potassium. With mixtures of seawater with isoosmolar solutions of the chlorides of these ions the dose-response curves for Rb⁺-, Li⁺-, and K⁺-stimulation display optima peaks, the smallest effective range being shown by K⁺. The Cs⁺-curve is sigmoid shaped. The half-maximal doses are 6 mval Cs⁺, 50 mval Rb⁺, 80 mval Li⁺, and 130 mval K⁺ respectively. 2. Potassium-induced stimulation is an ouabain-insensitive event governed by the Gibbs-Donnan principle. With solutions containing only K⁺, Ca⁺⁺, and Sucrose the optimal efficacy is always related to an invariable ratio of\(\left[ {{\text{K}}^{\text{ + }} } \right]:\sqrt {\left[ {{\text{Ca}}^{{\text{ + + }}} } \right]} = 40\), regardless of the actual concentrations employed. 3. The Cs⁺-induction is based upon active events which indicate the involvement of a carrier-like system. Indirect reaction kinetics taking the velocity of the larval response versus the dose as measure of cation uptake yield Michaelis-like saturation curves. Reduction of external calcium and sodium as well as application of the glutathione oxidizing agent diamide enhance the efficacy of Cs⁺. The shape of the response curve becomes closer to a rectangular hyperbola and the half-maximal concentration is shifted towards lower values. The inducing power of Cs⁺, Rb⁺, and Li⁺ (but not of K⁺) is abolished by ouabain (1 mM). These findings give evidence that the relevant ions act by stimulation of the Na⁺/K⁺-transport ATPase. 4. Thus, induction of metamorphosis by monovalent cations is due to alterations of membrane-bound functions. This applies to bacteria-induced metamorphosis as well.