Einstieg (0:00)
Du schneidest eine Gurke in Scheiben und streust Salz darüber. Zehn Minuten später steht eine Pfütze auf dem Teller. Und jetzt die Frage, über die fast jeder stolpert: Wer hat das Wasser aus der Gurke geholt? Na, das Salz. Es zieht das Wasser heraus, wie ein Magnet.
Falsch. Hier zieht niemand. Das Wasser wandert von selbst, und wie das geht, erklären Diffusion und Osmose. In den nächsten neun Minuten verstehst du beide, siehst, wo sie dir begegnen, und löst zwei Prüfungsaufgaben. Das Salz hat ein Alibi. Na ja, ein halbes.
Den Fall lösen wir in vier Schritten. Erstens: warum Teilchen nie stillhalten. Zweitens: die Osmose, also was Wasser an einer Membran macht. Drittens: Osmose in echt, von der Infusion bis zur Kirsche. Viertens: die Prüfungsaufgaben.
Grundlagen (0:55)
Zurück zur Pfütze, ganz nah heran. Wasser besteht aus winzigen Teilchen, Wassermolekülen. Und die halten nie still: Sie flitzen kreuz und quer, ganz zufällig. Funfact: Ein Wassermolekül saust bei Zimmertemperatur mit rund sechshundert Metern pro Sekunde, mehr als doppelt so schnell wie ein Verkehrsflugzeug. Nur stößt es dauernd mit anderen zusammen und kommt kaum voran.
Was passiert also, wenn Teilchen an einer Stelle dicht gedrängt sind? Nehmen wir einen Tropfen Tinte in einem Glas Wasser. Zum Glück hab ich immer welche dabei. Auch die Farbteilchen stoßen zufällig in alle Richtungen. Wo viele sind, wandern viele hinaus. Von dort, wo wenige sind, kommen wenige zurück. Unterm Strich verteilt sich die Tinte gleichmäßig. Das ist Diffusion.
Fachlich: Diffusion ist die Nettobewegung von Teilchen vom Ort hoher zum Ort niedriger Konzentration, entlang eines Konzentrationsgefälles. Duft im Zimmer verteilt sich so auch, doch ein Luftzug ist viel schneller. Und wenn alles gleich verteilt ist, bleiben die Teilchen dann stehen? Nein. Sie flitzen weiter, nur wandern jetzt in jede Richtung gleich viele. Das ist ein dynamisches Gleichgewicht.
Merksatz: Diffusion entsteht aus zufälliger Bewegung. Netto wandern Teilchen von hoher zu niedriger Konzentration. Und jetzt stellen wir eine Wand ins Glas, mit winzigen Löchern.
Osmose (2:22)
So eine Wand hat jede Zelle: die Zellmembran. Sie ist nicht dicht, sondern selektiv permeabel. Wassermoleküle kommen hindurch, viele gelöste Teilchen wie Zucker oder Salz-Ionen nicht oder nur schwer. Und was macht das Wasser, wenn auf beiden Seiten unterschiedlich viel gelöst ist?
Probieren wir es aus. Ein U-Rohr, in der Mitte so eine Membran. Links reines Wasser, rechts Zuckerlösung. Die Teilchen tanzen weiter, ganz zufällig. Rechts stoßen auch Zuckerteilchen an die Membran und halten Durchgänge kurz besetzt. Deshalb treffen von links mehr Wassermoleküle auf freie Durchgänge, und mehr schlüpfen hinüber. Der Zucker kommt nicht durch. Und so steigt rechts der Pegel.
Auch hier zieht keiner. Das Wasser wandert, nicht der Zucker, und zwar netto zur Seite mit mehr Gelöstem. Irgendwann drückt die höhere Wassersäule genauso viel Wasser zurück, wie hinüberwandert, und der Pegel bleibt stehen.
Merksatz: Osmose ist die Diffusion von Wasser durch eine selektiv permeable Membran. Netto wandert das Wasser dorthin, wo mehr gelöst ist.
Damit sagst du für jede Zelle vorher, wohin das Wasser geht. Ist außen weniger gelöst als in der Zelle, heißt die Lösung hypotonisch. Gleich viel: isotonisch. Mehr: hypertonisch. Nimm eine rote Blutzelle. In isotonischer Lösung bleibt sie, wie sie ist. In hypertonischer verliert sie Wasser und schrumpelt. Und in reinem Wasser, stark hypotonisch, strömt netto Wasser hinein, bis sie platzt.
Reines Wasser also. Ich lebe ja im Wasser. Oh. Oh nein. Raus, raus, raus.
Im Meer. Mit Salz. Meine Zellen sind darauf eingestellt. Im Leitungswasser strömt Wasser hinein. Kein Bizeps. Leider. Eine Pflanzenzelle hält das aus. Sie hat, was mir fehlt.
Eine Zellwand. Sie liegt außen um die Membran, ist fest und für Wasser und Gelöstes durchlässig. Innen füllt eine große Vakuole mit Zellsaft fast die ganze Zelle. Hat die Pflanze genug Wasser, strömt netto Wasser in die Vakuole. Sie drückt die Membran gegen die Wand, und die Wand hält dagegen. Dieser Innendruck heißt Turgor. Er hält Blätter straff. Fehlt Wasser, welkt die Pflanze.
Und jetzt umgekehrt, unter dem Mikroskop: Zellen der roten Zwiebel. Wir geben konzentrierte Salzlösung dazu, also hypertonisch. Schau, die Vakuole schrumpft, und die Zellmembran löst sich von der Zellwand. Das ist die Plasmolyse. Das Wasser wandert dorthin, wo mehr gelöst ist, hier also nach draußen. Die Zellwand bleibt stehen, nur der Zellinhalt darin schrumpft.
Es geht auch zurück. Spülen wir mit Wasser nach, strömt netto wieder Wasser hinein. Die Vakuole füllt sich, die Membran legt sich an die Wand: Deplasmolyse. Das klappt nur bei lebenden Zellen. Für die Oberstufe: Löst sich die Membran nur gerade eben in den Ecken, heißt das Grenzplasmolyse. Dann ist die Außenlösung ungefähr isotonisch zum Zellsaft.
Wie kommt das Wasser so schnell durch die Membran? Ein wenig direkt durch die Lipidschicht, viel schneller durch Aquaporine: Proteinkanäle, durch die Wassermoleküle im Gänsemarsch wandern. Ein einziger schafft bis zu drei Milliarden pro Sekunde.
Merksatz: In hypertonischer Lösung verliert die Pflanzenzelle Wasser, die Membran löst sich von der Wand: Plasmolyse. In hypotonischer Lösung steigt der Turgor. Und die rote Blutzelle? Ohne Wand schrumpelt sie oder platzt.
In echt (6:02)
Genau deshalb läuft bei einer Infusion kein reines Wasser in die Vene: Viele rote Blutzellen würden platzen. Stattdessen nimmt man oft Kochsalzlösung mit null Komma neun Prozent. Sie ist ungefähr isotonisch zum Blut. Netto strömt kaum Wasser hinein oder hinaus.
Ganz anders bei Kirschen im Sommer. Reife Kirschen enthalten viel Zucker. Regnet es kurz vor der Ernte lange, dringt Wasser durch feine Risse in die Haut. Zellen darunter platzen, und der Riss läuft weiter. Manche Obstbauern spannen deshalb Regendächer über ihre Bäume.
Und welker Salat? Leg ihn eine Weile in kaltes Wasser. Die Zellen nehmen Wasser auf, der Turgor steigt, die Blätter werden wieder knackig. Ein Wellnesstag für Salat. Merksatz: Osmose entscheidet, ob Zellen Wasser aufnehmen oder abgeben. Und die Gurke vom Anfang? Die erklärst du jetzt selbst.
Prüfung (6:58)
Aufgabe eins, Niveau Mittelstufe: Erkläre, warum gesalzene Gurkenscheiben nach zehn Minuten in einer Pfütze liegen. Verwende die Begriffe Diffusion, Osmose und Membran. Drück Pause. Ich diffundiere mal eben durchs Zimmer. Bis morgen dann.
Die Lösung: Das Salz löst sich im Saft auf der Schnittfläche. Außen ist jetzt mehr gelöst als im Zellsaft, die Lösung ist hypertonisch. Die Zellmembran ist selektiv permeabel: Wasser kommt durch, das Salz kaum. Durch Osmose, also Diffusion von Wasser, wandert netto Wasser aus den Zellen nach außen. Wer nur schreibt, das Salz zieht das Wasser, verschenkt den Punkt.
Eine Stufe schwerer. Aufgabe zwei, Niveau Oberstufe: Zellen der roten Zwiebel liegen in drei Lösungen. In Lösung A sind sie prall. In Lösung B löst sich die Membran nur in den Ecken von der Wand. In Lösung C hat sich der Zellinhalt weit von der Wand gelöst, die Vakuole ist klein und dunkel. „Deuten Sie die Beobachtungen.“ Deuten heißt: Beobachtungen in einen Erklärungszusammenhang bringen. Drück Pause und formuliere.
Volle Punkte gibt es für drei Teile. Erstens: Lösung A ist hypotonisch, Wasser strömt netto hinein, der Turgor ist hoch. Zweitens: B zeigt Grenzplasmolyse, ungefähr isotonisch zum Zellsaft. C ist hypertonisch, die Zellen sind plasmolysiert, der Zellsaft konzentriert. Drittens, die Begründung: Die Membranen sind selektiv permeabel, Wasser diffundiert netto zur Seite mit mehr Gelöstem. Die Zellwand ist durchlässig, deshalb füllt Außenlösung den Raum zwischen Wand und Membran.
Merk dir drei Dinge (8:48)
Das waren Diffusion und Osmose. Merk dir drei Dinge. Erstens: Teilchen bewegen sich zufällig und verteilen sich so netto von hoher zu niedriger Konzentration. Zweitens: Bei der Osmose diffundiert Wasser durch eine selektiv permeable Membran, netto dorthin, wo mehr gelöst ist. Drittens: In hypertonischer Lösung verliert die Pflanzenzelle Wasser, die Membran löst sich von der Zellwand. Das Quiz und den Lernzettel zu diesem Video findest du kostenlos auf achtmalklug punkt de. Meine Armspitze ist immer noch beleidigt. Bleib neugierig.
