Dechemax, DECHEMA-Schülerclub für Chemische Technik und Biotechnologie
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SCHÜLERINITIATIVE FÜR CHEMISCHE TECHNIK UND BIOTECHNOLOGIE  
Frage der Woche

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Bio-Lampen – Wenn uns die Bäume heimleuchten

Gruene KueheImmer häufiger liest man, dass die ein oder andere finanziell klamme Gemeinde auf einen Teil der Straßenbeleuchtung verzichtet, da diese bei den hohen Energiepreisen zu teuer wird. Wäre es da nicht praktisch, die Natur würde mit ein paar Kunstgriffen selbst leuchten? Studenten von der Universität Cambridge in Großbritannien arbeiten z.B. daran, leuchtende Bäume herzustellen. Diese könnten dann statt normaler Laternen für die Straßenbeleuchtung sorgen und so eine Menge Strom sparen.

Bis Bäume leuchten, wird es wohl noch eine Weile dauern, aber dass in der Natur so einiges ganz toll leuchten kann, ist schon lange bekannt:

Am 27. Januar, bei der Einfahrt in den ungeheuern bengalischen Golf, (...) gegen sieben Uhr Abends fuhr der Nautilus halb unter'm Wasser mitten durch ein Milchmeer. So weit man sehen konnte, schien der Ocean aus Milch zu bestehen. War's nur Wirkung des Mondlichts? Nein, denn der Mond, erst seit zwei Tagen im Wachsen begriffen, befand sich noch unterhalb des Horizonts. Der ganze Himmel, obgleich in der Beleuchtung des Sternenlichts, schien schwarz im Gegensatz mit diesem weißen Gewässer.
Conseil konnte seinen Augen nicht trauen, und fragte mich über die Ursachen dieser auffallenden Erscheinung. Glücklicherweise war ich im Stande, ihm seine Frage zu beantworten.
»Man nennt das ein Milchmeer, sagte ich, weiße Meereswellen in weitem Umfang, wie man's häufig an den Küsten von Amboina und in diesen Gegenden zu sehen bekommt.
– Aber, fragte Conseil, kann mein Herr mich darüber belehren, welche Ursache eine solche Wirkung hervorbringt, denn das Wasser hat sich nicht in Milch umgewandelt, denk' ich mir.
– Nein, lieber Junge; diese weiße Farbe, welche Dir auffällt, rührt nur von Myriaden Infusionsthierchen her, eine Art Leuchtwürmchen, die farblos sind und wie Gallerte aussehen, haardünn und nicht länger als ein fünftel Millimeter. Manche dieser Thierchen hängen meilenweit mit einander zusammen.
– Meilenweit, rief Conseil aus.
– Ja, mein Junge, und gieb Dir nicht die Mühe, die Zahl dieser Thierchen auszurechnen! Du würdest es nicht fertig bringen, denn, irre ich nicht, so sind manche Seefahrer mehr als vierzig Meilen weit über solche Milchmeere gefahren.«

Ich weiß nicht, ob Conseil meiner Mahnung Rechnung trug, aber er schien in tiefes Nachdenken versenkt, indem er ohne Zweifel auszurechnen bemüht war, wieviel Fünftheile von Millimetern in vierzig Quadratmeilen enthalten sind. Ich meines Theils fuhr fort, das Phänomen zu beobachten. Einige Stunden lang fuhr der Nautilus über solchen weißen Wogen, und ich bemerkte, daß er ganz geräuschlos durch dieses seifenartige Wasser glitt, als führe er in den Schaumwirbeln, welche mitunter zwischen den Strömungen und Gegenströmungen der Baien entstehen.
Gegen Mitternacht nahm das Meer plötzlich seine gewöhnliche Farbe wieder an, aber hinter uns bis zu den Grenzen des Horizonts schien der Himmel im Wiederschein der weißen Wogen lange Zeit mit dem unbestimmten Nordlichtschimmer überzogen.
(aus: Jules Verne, Zwanzigtausend Meilen unter'm Meer, Zweiter Band, A. Hartleben's Verlag, Col-lection Verne, Band 6, Zweiundfünfzigste Auflage, Wien und Leipzig, 1905)

Frage 1 (Klassenstufe 7-11)
Wie bezeichnet man in der Fachsprache das Leuchten von Lebewesen in der Dunkelheit?
Lösung:
Biolumineszenz
Bei welchen Organismen taucht das Phänomen auf?
Nennt drei richtige Beispiele und kein falsches.
Gluehwuermchen
Feuersalamander
Tiefseefische
Garnelen
Nachtkerzen
Korallen
Schnecken
Lösung:
Richtig sind: Glühwürmchen, Tiefseefische, Garnelen, Korallen und Schnecken
Zusatzfrage (Klassenstufe 8-11)
Die Episode aus Jules Vernes 'Zwanzigtausend Meilen unter dem Meer' ist kein Phantasieprodukt. Über Jahrhunderte berichteten Schiffsbesatzungen gelegentlich über weite Flächen leuchtenden Meeres. Wie Satellitenaufnahmen in den letzten Jahren bestätigten, können diese milky seas (deutsch: 'Milchmeere') Tausende von Quadratkilometern Ausdehnung haben und über mehrere Nächte hintereinander leuchten. Bis heute ist das Phänomen noch nicht ganz aufgeklärt. Sicher ist aber, dass es – anders als von Jules Vernes Romanheld behauptet – nicht von "Infusionsthierchen" herrührt, also von Einzellern wie den Dinoflagellaten. Diese leuchten nämlich nur kurzzeitig auf und sind für das schöne nächtliche Leuchten von Schaumkronen auf Wellen und Bugwellen oder im Kielwasser von Schiffen verantwortlich.
Welche Organismen verursachen stattdessen das beschriebene – zeitlich und räumlich aus-gedehnte – Meeresleuchten, also das "Milchmeer"? Wähle die richtige Antwort aus
Bakterien, Vibrio harveyi
Schwärme von leuchtenden Tiefseefischen
Phosphorverbindungen von leckgeschlagenen Hochseeschiffen
Meeresmineralien. Sie speichern am Tag das Licht und geben es nachts an die Umwelt wieder ab.
Lösung:
Richtig sind die Bakterien/Vibrionen
Zusatzfrage (Klassenstufe 9-11)
Aus welcher Energieform entsteht das Licht leuchtender Organismen?
chemische Energie
elektrische Energie
thermische Energie
kinetische Energie
potentielle Energie
Lösung:
Chemische Energie wird in Licht umgewandelt
Zusatzfrage (Klassenstufe 10-11)
Energie lässt sich durch effizientere Leuchtmittel einsparen, Stichwort "Energiesparlampen". Leuchtende Organismen als "Bio-Lampen" wären hierfür ziemlich praktisch. Aber wie sieht es eigentlich mit der Energie-Effizienz solcher „Bio-Lampen“ aus im Vergleich zu Glühlampen, Leuchtstoffröhren, „normalen“ Energiesparlampen und Licht-emittierenden Dioden (LEDs)? Wandeln die leuchtenden Organismen tatsächlich mehr der ihnen zur Verfügung stehenden Energie in Licht um als die herkömmlichen Leuchtmittel?
Ordnet die angegebenen „Lampen“ mit Hilfe der Zahlen eins bis fünf nach ihrer Energie-Effizienz. Das effizienteste Leuchtmittel bekommt die Eins, das am wenigsten effiziente Leuchtmittel bekommt die Fünf. (Einen „Dreher“ dürft ihr euch leisten)

Glühlampen:

Lösung:
Platz 5
„Bio-Lampen“/leuchtende Organismen:

Lösung:
Platz 1
Leuchtstoffröhren:

Lösung:
Platz 4
LEDs:

Lösung:
Platz 2
Energiesparlampe:

Lösung:
Platz 3
Zusatzfrage (Klassenstufe 11)
Proteine, die für das Leuchten von Lebewesen mitverantwortlich sind, nutzt man bereits heute in der zellbiologischen Forschung und der Diagnostik, um Adenosintriphosphat (ATP) und Kalzium nachzuweisen. So wird der ATP-Nachweis unter anderem in der Lebensmittelindustrie eingesetzt, um bakterielle Verunreinigungen zu detektieren: Leuchtet die entnommene Probe, sind Bakterien vorhanden.
Mit welchem leuchtenden Proteinen kann man ATP nachweisen?
Lösung:
Luciferase
Warum funktioniert dieser Nachweis nur in lebenden Organismen?
Lösung:
ATP kann nur in lebenden Organismen vorkommen. Stirbt der Organismus, wird das Triphosphat schnell abgebaut.
Neben leuchtenden Bäumen arbeiten die Wissenschaftler auch immer wieder an leuchtenden Tieren. Es wäre ja auch sehr praktisch, wenn man zum Beispiel seinen Hund beim Spazierengehen im Dunkeln nicht mehr suchen müsste, weil er von selbst leuchtet (für den einen oder anderen wahrscheinlich eher eine Vision für den Horrorfilm). Erste Versuche, leuchtende Hunde zu züchten, gab es bereits. Kaufen kann man diese Tiere aber noch nicht. Dafür gibt es schon jetzt in den USA eine andere leuchtende Haustierart zu kaufen, in die man Gene für Leuchtproteine eingeschleust hat.
Um welche Tierart handelt es sich?
Bitte gebt den umgangssprachlichen oder den wissenschaftlichen Namen des Tiers an – nicht den Handelsnamen, unter dem es verkauft wird.
Lösung:
Zebrafisch (Danio rerio), Handelsname: GloFish


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