Fangen wir damit an, dass wir eine
Maus, einen Hund und einen Elefanten
von einem Wolkenkratzer
auf einen Stapel Matratzen werfen.
Die Maus knallt auf den Boden,
ist kurz etwas benommen,
schüttelt sich und geht weiter.
Vielleicht ist sie etwas genervt,
aber das ist schon alles.
Der Hund bricht sich alle Knochen
und stirbt auf
relativ unspektakuläre Weise.
Der Elefant
explodiert in einem Schwall
aus Blut, Knochen und Gedärmen.
Ihm bleibt gar
keine Zeit genervt zu sein.
Warum überlebt die Maus, während
der Elefant und der Hund sterben?
Der Grund dafür ist die Größe.
Ihr Einfluss auf
das Leben wird oft unterschätzt,
aber sie ist verantwortlich
für unsere Physiologie,
unseren Körperbau,
unsere Wahrnehmung der Welt
und dafür,
wie wir leben und sterben.
Das liegt daran, dass
sich die physikalischen Gesetze
für unterschiedliche
Größen stark unterscheiden.
Leben gibt es in
vielen Größenordnungen,
von unsichtbaren Bakterien
über Ameisen, Mäuse, Hunde,
Menschen, Elefanten und Blauwale.
Jede dieser Größenordnungen
ist eine Welt für sich.
Mit eigenen Regeln,
Vorteilen und Nachteilen.
Wir werden diese verschiedenen
Welten in mehreren Videos vorstellen.
Nun aber zurück zu unserer Frage:
warum hat die Maus überlebt?
Weil die Größe alles verändert.
Dieser Grundsatz wird uns im Laufe
dieses Videos noch oft begegnen.
Zum Beispiel
sind sehr kleine Lebewesen
quasi immun
gegen Stürze aus großer Höhe.
Denn je kleiner du bist,
desto weniger musst
du die Schwerkraft fürchten.
Stell dir ein
kugelförmiges Tier vor,
das so groß ist wie eine Murmel.
Es hat drei Eigenschaften:
Seine Länge, seine Oberfläche,
die von Haut bedeckt ist
und sein Volumen, also sein Inneres,
Organe, Muskeln,
Hoffnungen und Träume.
Vergrößern wir
unser Tier um das Zehnfache,
auf die Dimensionen
eines Basketballs,
dann wächst der Rest
nicht auch um das Zehnfache.
Nein, seine
Haut wächst um das Hundertfache
und sein Volumen
sogar um das Tausenfache.
Das Volumen ist auch für das Gewicht,
oder besser für die Masse
unseres Tieres entscheidend.
Je größer seine Masse,
desto höher seine kinetische Energie
bevor es auf dem Boden aufkommt und
desto gewaltiger auch der Aufprall.
Je mehr Oberfläche es
im Verhältnis zu seinem Volumen hat,
desto besser wird der Aufprall
verteilt und abgeschwächt.
Außerdem verringert der Luft-
widerstand die Fallgeschwindigkeit.
Beim Elefanten haben
wir nur sehr wenig Oberfläche
im Verhältnis zum Volumen.
Es trifft also
sehr viel kinetische Energie
auf eine sehr kleine Oberfläche.
Außerdem gibt es kaum Luft-
widerstand um den Fall zu bremsen.
Deshalb platzt
sein Körper beim Aufprall
wie eine reife Tomate
und verspritzt Blut und Gedärme.
Das andere Extrem sind Insekten.
Sie haben eine sehr große Oberfläche
im Verhältnis zu
ihrer sehr geringen Masse.
Man könnte deshalb eine
Ameise aus dem Flugzeug werfen
ohne sie ernsthaft zu verletzen.
Stürze sind zwar in der Welt
der kleinen Lebewesen irrelevant,
dafür gibt es Kräfte,
die für uns harmlos,
dort aber extrem gefährlich sind.
Wie Oberflächenspannung zum Beispiel.
Sie macht Wasser zur potenziell
tödlichen Gefahr für Insekten.
Wie kommt das?
Wasser haftet an sich selbst.
Seine Moleküle ziehen aneinander
an, das nennt man Kohäsion.
Hierdurch entsteht eine
Spannung an der Wasseroberfläche,
die sich ähnlich verhält
wie eine unsichtbare Haut.
Für uns Menschen ist dieser Effekt so
schwach, dass wir ihn kaum bemerken.
Wenn wir nass werden,
dann haften ca. 800 Gramm Wasser
oder 1% unseres
Körpergewichts an uns.
Bei einer Maus sind es 3 Gramm,
ca. 10% ihres Körpergewichts.
Das ist so, als würden an
dir 8 volle Wasserflaschen hängen,
wenn du aus der Dusche steigst.
Und für ein Insekt ist die
Oberflächenspannung des Wassers
so stark,
dass es lebensbedrohlich wird.
Hättest du die Größe einer Ameise und
würdest einen Wassertropfen berühren,
dann wäre das für dich,
als würdest du in Kleber fassen.
Du hättest keine Chance der
Oberflächenspannung zu entkommen.
Sie würde dich
umschließen und ertränken.
Insekten mussten
also wasserabweisend werden.
Zum einen ist ihr Außenskelett von
einer dünnen Wachsschicht bedeckt,
wie bei einem Auto.
Das hilft schonmal.
Denn Wasser kann
nicht besonders gut daran haften.
Viele Insekten sind
außerdem von winzigen Haaren bedeckt.
Dadurch wird
ihre Oberfläche stark vergrößert
und Wassertropfen können vom
Außenskelett ferngehalten werden.
Außerdem werden sie
die Tropfen so leichter wieder los.
Sie machen sich die
Oberflächenspannung sogar zu Nutze
und setzen dafür Nanotechnologie ein.
Einige Insekten
haben ein extrem dichtes
und wasserabweisendes Fell
entwickelt.
Manche haben sogar
mehr als eine Mio Haare pro mm2.
Wenn diese Insekten
unter Wasser tauchen,
bleibt Luft in ihrem Fell zurück
und bildet eine Barriere.
Die Haare sind so fein,
dass die Oberflächenspannung
des Wassers nicht zerstört wird.
Aber damit nicht genug.
Wenn der Sauerstoff in
der Luftblase weniger wird,
diffundiert frischer Sauerstoff
aus dem Wasser in die Blase.
Gleichzeitig diffundiert CO2
aus der Blase ins Wasser.
Das Insekt hat sozusagen
dank der Oberflächenspannung
immer eine Sauerstoffflasche dabei,
die sich selbst wieder auffüllt.
Das gleiche Prinzip machen sich
übrigens auch Wasserläufer zu Nutze:
Winzige Anti-Wasser-Härchen.
Mit abnehmender Größer wird
alles noch ein bisschen kurioser.
Ab einem bestimmten Punkt
wird sogar Luft massiver.
Zoomen wir mal weiter rein
bis zum kleinsten bekannten Insekt,
nur halb so groß wie ein Salzkorn
und nur 0,15 mm lang: die Zwergwespe.
Ihre Welt ist
noch eine Stufe bizarrer,
als die der anderen Insekten.
Für sie ist die Luft fast gallert
oder sirupartig.
Sich fortzubewegen
ist für sie nicht leicht
und fliegen ist hier nicht
mit elegantem Segeln vergleichbar.
Vielmehr greift sie in
die Luft und hält sich an ihr fest.
Ihre Flügel sehen auch eher wie
große, haarige Arme aus
und weniger wie Insektenflügel.
Sie schwimmt
regelrecht durch die Luft
wie ein winziger, widerlicher Alien.
Ab hier wird es nur noch gruseliger.
Uns erwarten noch ein
paar sehr faszinierende Welten.
Die physikalischen
Gegebenheiten auf jedem Größenlevel
sind so unterschiedlich,
dass sich die Evolution
immer wieder neue
Lösungen ausdenken musste.
Warum gibt es keine Ameisen,
die so groß sind wie Pferde?
Warum keine Elefanten in Amöbengröße?
Das besprechen wir im nächsten Teil.
Untertitel: ARD Text
im Auftrag von Funk (2018)
