Kampf um die Neuronendoktrin

Einen Nobelpreis zu gewinnen, kann einen ärgern – wenn man sich die Trophäe mit seinem ärgsten Widersacher teilen muss. So zumindest erging es dem italienischen Mediziner Camillo Golgi (1843 — 1926) und dem spanischen Anatom Santiago Ramón y Cajal (1852 — 1934). Sie erhielten 1906 gemeinsam den Nobelpreis für Medizin – „in Anerkennung ihrer Arbeiten über die Struktur des Nervensystems“. Während Cajal jedoch annahm, dass das Gehirn aus einzelnen autonomen Nervenzellen, den Neuronen, bestand, glaubte Golgi, dass die Nervenfasern ein durchgehendes Netzwerk bilden, ähnlich dem Blutkreislauf.

So erbittert war die Fehde der beiden, dass Golgi es nicht lassen konnte, in seiner Nobelpreis-​Rede die Neuronentheorie seines Kollegen zu zerpflücken. Er betonte, „keines der Argumente … würde der Überprüfung standhalten“. Im Publikum zitterte derweil Cajal vor Ungeduld, weil ihm, wie er später schrieb, die Höflichkeit verbat, „so viele abscheuliche Fehler und so viele absichtliche Auslassungen zu korrigieren.“ Entsprechend scharf urteilte er in seiner Autobiografie später über Golgi: „Einer der am meisten eingebildeten und sich selbst beweihräuchernden begabten Männer, die ich je gekannt habe.“ Dabei hatte erst Golgis Entdeckung Cajals Erkenntnisse ermöglicht.

Über dreißig Jahre vor der Verleihung, 1873, arbeitete der junge Camillo Golgi als Chefarzt in einem Krankenhaus für chronisch Kranke in Abbiategrasso, einer kleinen Stadt in der Lombardei. In der Spitalküche richtete er sich ein primitives Labor ein, das er selbst als „nicht mal den Embyro eines Labors“ beschrieb. Doch Ende des 19. Jahrhunderts genügten ihm ein Lichtmikroskop und Präparationsbesteck, um eine wissenschaftliche Revolution einzuleiten.

Seit einigen Tagen lag in Golgis improvisiertem Labor ein Stück Hirngewebe in Müllerscher Flüssigkeit (Kaliumbichromat), damit es erhärte. Unbehandelt hat das Gehirn nämlich eine Konsistenz wie Wackelpudding. Zu Beginn des 19.Jahrhundert war es Wissenschaftlern jedoch gelungen, Zellgewebe durch chemische Mittel zu härten und mit neuen Schneidegeräten, den Mikrotomen, in sehr dünne Schnitte zu zerteilen. So ließ sich auch Hirngewebe erstmals unter dem Mikroskop betrachten.

Anfangs waren die Präparate jedoch einheitlich cremefarben, sodass sich auch mit Vergrößerung kaum etwas erkennen ließ. Erst als der Anatom Joseph von Gerlach (1820−1896) Präparate mit dem Farbstoff Karmin färbte, der aus getrockneten Schildläusen gewonnen wird, konnte er mehr erkennen: Die Zellkerne des Gewebeschnittes leuchteten tiefrot. Innerhalb kurzer Zeit erprobten Forscher aus dem noch jungen Gebiet der Histologie, also der Untersuchung von Gewebeproben, verschiedene Färbemittel aus der Textilindustrie. Manche markierten den Zellkern, andere den Zellkörper oder die Nervenfasern. Allerdings wirkten die meisten gefärbten Präparate noch sehr unübersichtlich.

Auch Golgi wollte in seinem improvisierten Labor das inzwischen festgewordene Gewebe einfärben. Dazu nutzte er jedoch nicht Karmin, sondern tauchte es in ein Bad mit Silbernitrat – ob aus Zerstreutheit oder Neugier, ist nicht überliefert. Das glitzernde Präparat schnitt der Histologe in feine Streifen, entwässerte sie, klärte sie und betrachtete sie unter dem Mikroskop. „Welch erstaunlicher Anblick!“, beschrieb sein Kollege Cajal 1909 in „Histologie du systéme nerveux de l‚homme et des vertébrés“ (Histologie des Nervensystems vom Menschen und von Wirbeltieren) die von Golgi entwickelte Methode: „Auf gelbem, vollkommen durchsichtigem Grund erscheinen dünn gesäte, schwarze Fasern, glatt und klein oder stachlig und dick, und schwarze, dreieckige, stern– oder spindelförmige Körper, wie Tuschezeichnungen auf durchsichtigem Japanpapier!“ Golgi war es gelungen, durch eine chemische Reaktion einzelne Nervenzellen mit Silber zu überziehen – und dadurch als Ganzes sichtbar zu machen.

Santiago Ramón y Cajal war von der neuen Methode seines Kollegen, der „schwarzen Reaktion“, begeistert. Er schrieb weiter: „Fassungslos schaut das Auge, an die unentwirrbaren Bilder der Karmin– und Hämatoxylinfärbungen gewohnt, die den Geist … zu einer immer fragwürdigen Interpretation zwangen. Hier ist alles einfach, klar, ohne Verwirrung.“ Die Übersichtlichkeit der neuen Färbung beruht auf einem einfachen Trick: Nur ein bis fünf Prozent aller Zellen färben sich bei der Golgi-​Färbung – der Rest des Gewebes bleibt unsichtbar. Statt einem Wirrwarr aus übereinanderliegenden Nervenzellen lassen sich nun einzelne Neurone erkennen.

Cajal entwickelte Golgis Methode weiter, färbte Nervenzellen vor allem von Hühnern und kleinen Säugetieren und publizierte in der Zeit von 1888 bis 1891 etwa 45 Arbeiten über das Nervensystem. Er fertigte auf Grundlage der Färbungen viele Zeichnungen an, die noch heute in Lehrbüchern zu finden sind. Doch ganz so einfach und klar, wie Cajal gehofft hatte, stellten sich die Zusammenhänge nicht dar. Denn er und Golgi zogen unterschiedliche Schlüsse aus dem gefärbten Nervengewebe. Die Nervenfasern seien wie die Fäden eines Spinnennetzes durchgängig miteinander verbunden, behauptete Golgi. Dagegen argumentierte Cajal, dass das Gehirn aus autonomen Zellen bestehe, welche nur über Kontaktstellen miteinander kommunizierten. Diese von Cajal formulierte Neuronendoktrin „ist zugleich Startschuss und Basis der Neurowissenschaften“, meint Neurowissenschaftler Douglas Fields vom National Institute of Health in Bethesda, Maryland (siehe Info-​Kasten).

In zahlreichen Zeichnungen reproduzierte Cajal feinsäuberlich die Bestandteile der Neurone: den Zellkörper mit seinem Zellkern und die davon abgehenden Fasern, das Axon und die Dendriten. Das Axon einer Zelle ähnelt einem langen, dicken Kabel, das sich über mehrere Meter erstrecken kann. Die vielen Millimeter kleinen Dendriten, die vom Zellkern ausgehen, wirken dagegen eher wie die moosartige Bewachsung des Zellkörpers. Cajal schloss aus dem Aussehen der Zellen, dass die Axone wie Drähte Information weiterleiten und die Dendriten als Antennen Signale empfangen.

Die Belege für die Neuronentheorie häuften sich, aber noch fehlte der Theorie ihr Name. Den Begriff Neuron prägte 1891 Wilhelm von Waldeyer-​Hartz (1836−1921). Offenbar hatte der Anatom ein Händchen für eingängige Wörter, ihm verdanken wir auch das „Chromosom“. In einer Übersichtsarbeit zur Anatomie des Zentralnervensystems konstatierte er: „Das Nervensystem besteht aus zahlreichen anatomisch wie genetisch nicht zusammenhängenden Nerveneinheiten (Neuronen).“

Erst in den 1950er Jahren gaben die neu erfundenen Elektromikroskope Cajal endgültig Recht. Mit den neuen Geräten ließ sich endlich auch der nur 0,5 Nanometer breite synaptische Spalt erkennen, der die Synapsen zweier Nervenzellen voneinander trennt. Auch kommunizieren die Neurone in vielen Fällen in der von Cajal postulierten Richtung: von den Axonen hin zu den Dendriten. Allerdings entdeckten Neurobiologen in den vergangenen Jahren auch zahlreiche Ausnahmen. „Wir bemerken nun“, erklärt Douglas Fields, „dass die Doktrin nicht komplett korrekt ist: Zwischen den Neuronen verläuft Information manchmal rückwärts. Und es gibt auch noch andere Zellen im Gehirn, die ohne Elektrizität kommunizieren, die Glia. Dennoch ist die Neuronendoktrin die Grundidee, wie das Nervensystem arbeitet.“

zum Weiterlesen:

• Bentivoglio, M. et al.: Camillo Golgi and modern Neuroscience. In: Brain Research Reviews 66 (1 – 2), S.1 – 4, 2011.
• Fields, D.: The Other Brain. The Scientific and Medical Breakthroughs That Will Heal Our Brains and Revolutionize Our Health. Simon & Schuster, 2011.
• Pannese, E: The black reaction. In: Brain Research Bulletin. 1996; 41 (6), S. 343 – 349 (zum Abstract).
• Nobel​preis​.org; URL: http://http://nobelpreis.org/; zur Webseite.