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Elektrischer Strom bei Tier und Mensch
Die Elektrizität spielt in unserer technisierten Welt eine immer wichtigere Rolle. Aber auch Lebewesen beruhen auf elektrischen Vorgängen.
1) Sind auch Menschen und Tiere elektrisch?
Dass auch in der belebten Natur elektrische Vorgänge von Bedeutung sind, entdeckte als erster der Naturforscher Luigi Galvani (1789).
Als er einen Froschschenkel zufällig mit einem aus zwei verschiedenen Materialien (Zink und Kupfer) bestehenden Metallbügel berührte, zuckte der Schenkel. Er hielt fest:
"Ich secirte einen Frosch, präparierte ihn und legt ihn auf einen Tisch. Als der Bügel das Tier berührt, schienen sich alle Muskeln an den Gelenken wiederholt derart zusammenzuziehen, als wären sie anscheinend von heftigen Krämpfen befallen. "
Galvani vermutete, das Zucken werde vom Froschkörper selbst verursacht, der eine Art elektrische Flüssigkeit enthielt, und schloss darauf auf tierische Elektrizität.
Der Physiker Alessandro Volta zweifelte daran. Er führte daraufhin elektrische Experimente mit verschiedenen Materialien durch und stellte fest: Die Metalle, mit denen Galvani die Froschschenkel berührte, erzeugen die elektrische Spannung. Indem Volta Kupferscheiben, in Säure getauchten Karton und Zinkscheiben übereinanderschichtete, erfand er die sogenannte "Volta-Säule", die erste Batterie der Welt. Diese brachte anscheinend den Froschschenkel zum Zucken.
2) Elektrische Ströme im menschlichen Körper?
Heute weiß man, dass viele Vorgänge beim Menschen mit Elektrizität verknüpft sind. Verantwortlich dafür sind minimale Ströme, die im menschlichen Nervensystem weitergeleitet werden. Es ist die Steuerzentrale unseres Körpers.
Das menschliche Nervensystem besteht aus unvorstellbar vielen Nervenzellen (ca. 100 Milliarden). Es setzt sich zusammen aus Gehirn, Rückenmark und Nervensträngen (siehe Foto).
Es gibt unterschiedliche Arten von Nervenzellen, je nachdem, welche Funktion sie im Körper haben. Durch Weiterleitung elektrischer Ströme steuern sie z.B.
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das Schlagen des Herzens
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das Heben eines Armes
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das Zwinkern der Augen
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das Schlucken von Nahrung
... also einfach alles, was wir tun.
Doch wo genau fließt nun Strom in uns?
In unserem Körper "fließt" elektrischer Strom vor allem in den Nervenzellen. Eine Zelle erzeugt dabei kurzzeitig eine winzige Spannung - etwa 30 mV. Dieser Reiz wandert als elektrisches Signal zu benachbarten Zellen, so wie in der Skizze dargestellt.
Mit leistungsfähigen Mikroskopen können Nervenzellen bildlich dargestellt werden. Zur besseren Darstellung wurde die Nervenzelle eingefärbt.
3) Unter Strom: Kurioses aus der Tierwelt
Nicht nur Menschen sondern auch alle Tiere verwenden für ihre Steuerung ein Nervensystem, das mithilfe der Übertragung elektrischer Signale beruht. Einige Tiere nutzen Elektrizität jedoch ganz anders als wir Menschen, wie du hier erfahren wirst.
Der Zitterrochen besitzt ein elektrisches Organ, das Spannung erzeugt. Er stellt also eine tierische Batterie dar. Wenn der Zitterrochen auf Jagd geht, kann er die Beute mit Stromstößen von bis zu 200 V betäuben. Ebenfalls kann er dadurch Fressfeinde verjagen.
Hier siehst du den Zitterrochen in Aktion:
Betäubende Wirkung
Zitterrochen (lat. torpedinida)
E-Mail an Artgenossen
Der Elefantenrüsselfisch lebt in afrikanischen Flüssen. Seine besondere Fähigkeit ist die Elektroortung. An Schwanzflosse und Maul befinden sich Elektroden, die ein elektrisches Feld erzeugen. Mithilfe von Rezeptoren unter seiner Haut tastet er seine Umgebung ab und nimmt Veränderungen wahr. Das elektrische Feld dient nicht nur der Orientierung, sondern beinhaltet Informationen über den sozialen Status oder die Paarungswilligkeit. Der Elefantenrüsselfisch versendet damit elektrische Botschaften an Artgenossen, im Prinzip wie eine E-Mail.
Hier siehst du den Elefantenrüsselfisch in Aktion:
Elefantenrüsselfisch und sein elektrisches Feld
Fliegende LED
Glühwürmchen produzieren Licht nicht dadurch, dass etwas verglüht - ihr Name ist also irreführend. Durch eine chemische Reaktion entsteht sogenanntes kaltes Licht. Das Hinterteil der Käfer leuchtet und lockt Partner zur Paarung an. Bei der Lichtproduktion sind sie uns Menschen weit voraus: 95 Prozent der Energie verwandeln sie in Licht. Eine herkömmliche LED (Light Emitting Diode) kommt nur auf 50 bis 60 %.
Hier siehst du das Glühwürmchenin Aktion:
Glühwürmchen und LED
Solarzellen auf der Haut
Der Panzer der orientalischen Hornisse ist eine lichtdurchlässige Gitterstruktur und wandelt mithilfe von organischen Halbleiterkristallen Sonnenlicht in elektrischen Strom um. Diesen nutzt sie, um Wärme zu produzieren und ihren Bewegungsapparat mit Energie zu versorgen.
Hier siehst du die orientalische Hornisse in Aktion:
orientalische Hornisse
Elektrischer Spürsinn
40.000 Elektrosensoren befinden sich auf dem entenähnlichen Schnabel des australischen Schnabeltiers. Wenn der Säuger auf Beutejagd geht, braucht es weder Augen, Nase noch Ohren, um Schnecken oder Krebse aufzuspüren. Wie ein Metalldetektor bewegt es seinen Kopf hin und her und wittert die Beute mit seinem Schnabel, der winzige elektrische Felder wahrnimmt.
australisches Schnabeltier
Hier siehst du das Schnabeltier in Aktion: