Osmose: Ein Phänomen, das aus der Verbindung von Physik und Physiologie der Pflanzenwissenschaften hervorgeht und Leben rettet

Wir alle wissen und schätzen, dass die Pflanzenwissenschaften für unsere Ernährungssicherheit und unseren Kampf gegen den Klimawandel von entscheidender Bedeutung sind. Weniger anerkannt ist die Tatsache, dass die Pflanzenforschung gleichermaßen wichtig ist, um neues Wissen zu generieren und Forschung und Innovation in allen Disziplinen voranzutreiben. Eine generelle Missachtung der Pflanzenforschung erweist sich jedoch als äußerst nachteilig, da angehende Nachwuchswissenschaftler die Pflanzenwissenschaften häufig übersehen.

Seit den Anfängen der Wissenschaft spielen Pflanzen eine zentrale Rolle bei den Durchbrüchen, die den technologischen Fortschritt ermöglichen, den wir heute genießen. Daher schreibe ich eine Reihe von Blog-Posts, um einige wichtige Erkenntnisse aus der Pflanzenforschung hervorzuheben. Dieser Blog ist der dritte Teil der Serie. Im ersten Blog möchte ich betonen, wie bahnbrechende Studien von Pflanzenwissenschaftlern unter Verwendung von Pflanzenmodellen das neue Gebiet der Zellbiologie oder Zellwissenschaft hervorgebracht haben. Im zweiten Blog erkläre ich, wie Albert Einsteins Arbeit, beeinflusst von der Pflanzenwissenschaft, dazu beitrug, Beweise für die Partikeltheorie zu liefern, die Physik und Chemie revolutionierte. Hier beschreibe ich, wie Pflanzenforschung ein physikalisches Phänomen identifiziert, das wir als Osmose kennen.

Osmose

Wasser bedeckt fast drei Viertel der Erdoberfläche - unsere Ozeane und Meere sind voll davon. Warum hören wir fast täglich von Wasserkrise, Dürre und Wasserknappheit? Warum können wir nicht einfach aus dem Meer trinken, das Salzwasser nutzen, um Nahrung anzubauen und danach glücklich zu leben? Die einfache Antwort lautet: Wenn wir dies tun, würden wir an Dehydration sterben, und die armen Pflanzen würden auch sterben.

Wenn Sie eine Blume in eine Tasse mit Meerwasser geben, beginnt die Blume zu welken - was seltsam ist, da sie buchstäblich im Wasser liegt. Dies geschieht, weil die Salzkonzentration im Meerwasser höher ist als in der Blüte. Die Wasserkonzentration im Salzwasser ist geringer als in der Blüte. Das Meerwasser saugt also tatsächlich Wasser aus der Pflanzenzelle und sie sterben an Austrocknung. Wir würden das gleiche Schicksal erleiden, wenn wir genug Meerwasser trinken würden. Die gleichen Grundsätze gelten auch für Alkohol. Wir sterben an Dehydration, wenn wir Wasser durch durchschnittliches Bier (4–5 Volumenprozent Alkohol) ersetzen. Und das alles geschieht aufgrund eines Phänomens, das als „Osmose“ bekannt ist.

Wir alle haben in unseren Biologiekursen an weiterführenden Schulen etwas über Osmose gelernt. Bücher definieren Osmose als „die Bewegung von Wassermolekülen von einer Region, in der die Wassermoleküle in höherer Konzentration vorliegen, zu einer Region, in der sie in geringerer Konzentration vorliegen, durch eine teilweise durchlässige Membran.“ Die teilweise durchlässige Membran lässt Wasser und kleine Moleküle zu passieren, aber nicht größere Moleküle. Die Zellmembran ist ein Beispiel für eine teilweise durchlässige Membran, die die Bewegung von Lösungsmitteln ermöglicht und daher osmotischen Effekten unterliegt. Das ist natürlich die klassische Biologie der Sekundarstufe. In den Biologiebüchern wird nicht erwähnt, dass die Osmose aus pflanzenwissenschaftlicher Forschung stammt.

Anfänge in der Pflanzenwissenschaft

Trotz langweiliger Millionen von Schulkindern auf der ganzen Welt ist Osmose ein Phänomen, das unser Verständnis der Zellphysiologie verändert hat. Wir verstehen jetzt, dass es an der Osmose liegt, dass Pflanzen Wasser über ihre Wurzeln aufnehmen. Oder warum wir nicht vom Trinken von Meerwasser oder Bier leben können.

Wie die Brownsche Bewegung (zufällige Bewegung von Partikeln) wurde auch die Osmose erstmals von einem Pflanzenwissenschaftler beschrieben. Rene Joachim Henri Dutrochet war ein französischer Forscher, der Pflanzen- und Tierphysiologie studierte. Nach seiner Ausbildung zum Arzt konzentrierte er sich auf das Studium der Physiologie, nachdem er Ähnlichkeiten zwischen physikalischen und chemischen Prozessen bei Pflanzen und Tieren festgestellt hatte. Im Jahr 1826 kündigte Dutrochet der Welt ein neues „Doppelphänomen“ an, das er in seinen Studien beobachtete. Er beschrieb und prägte den Begriff „Osmose“ nach seiner ersten Arbeit zur Untersuchung der Bewegung von Saft in Pflanzengeweben. Dutrochet bemerkte, dass zwei Bewegungen gleichzeitig entgegengesetzt waren. Er beschrieb die „Endosmose“ als die schnelle Bewegung des Lösungsmittels, während die „Exosmose“ die langsamere, antagonistische Bewegung des gelösten Stoffs in die entgegengesetzte Richtung zur Endosmose ist.

Dutrochet proklamierte, dass diese beiden Phänomene ohne das andere nicht auftreten würden. (Heutzutage kennen wir Osmose nur als ein einziges Phänomen). Er wiederholte diese Ergebnisse in tierischen Geweben unter Verwendung von Hühner-Caecum (Darm). Er sah ähnliche Bewegungen in verschiedenen Membranen, um zu folgern, dass Osmose ein physikalisches Phänomen ist, das über Pflanzen und Tiere hinausgeht. Dutrochet baute auch den weltweit ersten Prototyp eines Osmometers, mit dem die osmotische Konzentration gemessen wird. Die Entdeckung des Osmometers ist ein Beispiel für den Beitrag der Pflanzenforschung zur Innovation und Technologieerzeugung.

Osmose hat auch einige andere reale Anwendungen, einschließlich medizinischer Anwendungen. Jedes Jahr sterben mehr als zwei Millionen Menschen an Nierenerkrankungen, weil sie keinen Zugang zur Behandlung haben. Das lebensrettende Dialysegerät, das nach den Prinzipien der Osmose arbeitet, hat das Potenzial, Millionen von Menschenleben zu retten.

Die Osmose ist ein weiteres Forschungsergebnis, das aus der fundamentalen Pflanzenwissenschaft hervorgegangen ist und disziplinarische Barrieren verändert hat. Das Phänomen hat dazu beigetragen, die Physik mit der Physiologie zu verbinden und durch den Einsatz in der Medizin zahlreiche Leben zu retten. Danke, Pflanzenwissenschaften.

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Ursprünglich veröffentlicht unter http://www.talkplant.com am 25. Februar 2019.