10. Ausblick

Unterabschnitte

In der Umwelt sind wir von einer Vielzahl inhomogener Systeme umgeben. Im folgenden sind dafür vier Beispiele gegeben:

10.1 Gesteine

Bereits Liesegang selbst stellte die Vermutung auf, daß Achate aus Polykieselsäure und dem Einduffundieren von Verunreinigungen entstanden sein könnten, die in den Achaten dann in der typischen Ringstruktur ausfielen.


Achat

Abbildung 14: Achat


10.2 Strukturen in der Biologie

Biologische Systeme zeichnen sich besonders durch Strukturierung aus. Da Prozesse in Lebewesen letzlich ,,nur`` chemische Prozese sind, gibt es auch in diesem Bereich Phänomene, die in das Thema dieses Vortrags hineinreichen.

10.2.1 Differenzierung während der Embryonalentwicklung

Bei der Fruchtfliege Drosophila melanogaster sind Prozesse, die zur Differenzierung führen, mittlerweile sehr gut untersucht. [18] Durch verschiedene Konzentrationsgradienten in der Eizelle werden die Regionen, in denen verschiedene Körperteile entstehen sollen, festgelegt. Diese Gradienten entstehen dadurch, daß bestimmte Stoffe nur in begrenzten Regionen der Zelle gebildet werden und von dort aus in die gesamte Eizelle diffundieren, auf ihrem Weg aber ein gleichmäßiger Abbau dieser Stoffe stattfindet.

Damit sind auch Vorstellungen, wie sie Plinius der Ältere (um 23 bis 79 n. Chr.) besaß, widerlegt. Plinius hatte in seiner ,,Naturgeschichte`` geschrieben, daß eine Bärin ihre Jungen als formlose weiße Fleischklumpen zur Welt bringt, die sie dann durch geschicktes Belecken in die richtige Form bringt. Im 16. Jahrhundert entstand dazu die Darstellung in Abbildung 15.


Bärenmutter

Abbildung 15: Belecken der Jungen (Fleischklumpen) durch eine Bärin (aus [18])


10.2.2 Woher bekommt das Zebra seine Streifen und der Leopard seine Flecken?

Die Pigmentierung der Fellhaare erfolgt durch bestimmte Zellen in unteren Hautschichten, den Melanocyten. Es wird vermutet, daß die Aktivität der Melanocyten einem chemischen Muster folgt, welches bereits im Embryo gebildet wird. Der britische Mathematiker Alan M. Turing stellte 1952 eine Veröffentlichung vor, in der er postulierte, daß bestimmte Stoffe einem Reaktions-Diffusions-Modell folgend, zur Ausbildung räumlicher Strukturen fähig sind. Inzwischen wurde gezeigt, daß verschiedene Fellzeichnungen durch die von Turing vorgeschlagenen Mechanismen erhalten werden können, wenn die Anfangsbedingungen sich nur geringfügig unterscheiden. [15]

10.2.3 Muster von Muschel- und Schneckenschalen

Spiral- und Streifenmuster könnten durch oszillierende Reaktionen oder chemische Wellen hervorgerufen werden, die die Bildung von Pigmenten bei Muscheln oder Schnecken steuern.[14] Die Schalen dieser Tiere wachsen nur an einer Kante. Wird die Aktivität von pigmentproduzierenden Zellen durch eine oszillierende Reaktion gesteuert, so kommt es zur Ausbildung von Streifen parallel zur Wachstumsrichtung des Gehäuses.

Wandert am Gehäuserand eine chemische Welle entlang, die die Bildung von Pigmenten beeinflußt, kommt es durch Überlagerung des Schalenwachstums und der Wanderung der chemischen Welle zur Entstehung von Spiralmustern.

Durch Überlagerung verschiedener Mechanismen oder durch sehr unterschiedliche Diffusionskonstanten der an der Reaktion beteiligten Stoffe können auch kompliziertere Muster entstehen, etwa Netz- oder Punktmuster.



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