Bakterien so groß wie Blauwale - Leben & Größe 3 Bacteria as big as blue whales - Life & Size 3 Des bactéries aussi grosses que des baleines bleues - Vie & Taille 3 Bactérias tão grandes como as baleias azuis - Life & Size 3 蓝鲸大小的细菌 - Life & Size 3

Ein - aus. On - off.

Ein - aus. On off.

Nur diese ständige Aktivität hält dich am Leben. Only this constant activity keeps you alive.

Genau jetzt reagieren in deinen Zellen Right now your cells are reacting

Glukosemoleküle mit Sauerstoff, um Energie bereitzustellen, glucose molecules with oxygen to provide energy,

damit du einen weiteren wertvollen Moment erlebst. so that you can experience another precious moment.

Du atmest, um den dafür notwendigen Sauerstoff zu kriegen. You breathe to get the oxygen you need.

Atmen löst ein ziemlich kniffliges Problem: Breathing solves a rather tricky problem:

Wie kommt alles, was eine Zelle zum Überleben braucht, How come everything a cell needs to survive

von außen in die Zelle rein? from the outside into the cell?

Jedes Lebewesen muss dieses Problem irgendwie lösen. Every living being has to solve this problem somehow.

Ein Faktor hat dabei erstaunlich viel Einfluss: One factor has a surprisingly large influence:

die Größe. the size.

Wir haben es in anderen Videos bereits erklärt. We have already explained it in other videos.

Die Größe beeinflusst ganz schön, Size has a big impact

wie sich die Gesetze der Physik how the laws of physics

auf die Bewohner des Universums auswirken. affect the inhabitants of the universe.

So simple Dinge wie Temperatur, Schwerkraft oder Oberflächenspannung Things as simple as temperature, gravity or surface tension

können völlig egal oder eine Todesgefahr sein. can be irrelevant or a mortal threat.

Je nachdem, wie groß du bist. Depending on how tall you are.

Zum Überleben brauchen Lebewesen viele verschiedene Dinge. Living things need many different things to survive.

Und die müssen sie irgendwie von außen nach innen transportieren. And they have to transport it somehow from the outside to the inside.

Ganz zu Beginn, als das erste Leben seinen Anfang nahm, At the very beginning, when the first life began,

war das ein riesiges Problem. that was a huge problem.

Denn im Universum kostet alles, was wir tun wollen, Energie. Because in the universe everything we want to do costs energy.

Die ersten Lebewesen The first living creatures

verfügten noch nicht über all die Werkzeuge und Techniken, did not yet have all the tools and techniques

die die Evolution über Milliarden Jahre entwickelt hat. that evolution has developed over billions of years.

Zu Beginn musste das Leben also einen Weg finden, So in the beginning life had to find a way

um sich ganz ohne Energie Nützliches einzuverleiben, to assimilate something useful without any energy,

und Schädliches loszuwerden. and get rid of harmful.

Die ersten Lebensformen waren zum Glück so winzig klein, Luckily the first life forms were so tiny

dass sie dafür einen kostenlosen Transportweg nutzen konnten: that they could use a free transport route:

die sogenannte Diffusion.

Diffusion basiert auf dem Naturgesetz,

dass sich Moleküle konstant in Bewegung befinden, that molecules are constantly in motion,

vor allem in flüssigem oder gasförmigem Zustand. especially in liquid or gaseous state.

Weil sie sich ständig bewegen, und dabei miteinander kollidieren, Because they are constantly moving and colliding with each other,

breiten sie sich aus. spread out.

Gibst du z.B. ein Stück Würfelzucker in ein Glas Wasser, For example, add a piece of sugar cube to a glass of water,

befindet sich zuerst an einer Stelle sehr viel Zucker there is a lot of sugar in one place at first

und überall sonst keiner.

Dann lösen sich die Zuckermoleküle im Wasser auf

und prallen gegen Wassermoleküle und andere Zuckermoleküle. and collide with water molecules and other sugar molecules.

Dadurch breiten sich die Zuckermoleküle langsam aus. This causes the sugar molecules to spread slowly.

Sie durchlaufen verschiedene Phasen der Konzentration, They go through different phases of concentration,

bis der Zucker durch diese zufällige Bewegung until the sugar through this random movement

irgendwann ganz gleichmäßig im Wasser verteilt ist. is eventually distributed quite evenly in the water.

Das Beste an der Diffusion: Sie ist gratis. The best thing about diffusion: It's free.

Denn sie kostet keine Energie. Und das Leben liebt Gratis-Geschenke. Because it doesn't cost any energy. And life loves free gifts.

Deshalb funktioniert alles Leben auf der Erde mit Diffusion. This is why all life on earth works with diffusion.

Betrachten wir die kleinsten Lebewesen der Erde: Bakterien. Let's take a look at the smallest creatures on earth: bacteria.

Genauer: ihre Oberflächen. More precisely: their surfaces.

Zellwände machen den Austausch von bestimmten Molekülen möglich. Cell walls make it possible for certain molecules to be exchanged.

Dieses Bakterium hier z.B. benötigt Sauerstoff, um zu überleben.

Als Abfallstoff entsteht Kohlendioxid. Carbon dioxide is produced as a waste material.

Im Inneren gibt es also kaum Sauerstoff, So inside there is hardly any oxygen,

aber sehr viel Kohlendioxid. but a lot of carbon dioxide.

Durch Diffusion breiten sich diese Moleküle These molecules spread by diffusion

mit der Zeit gleichmäßig aus. evenly over time.

Und das Kohlendioxid diffundiert aus der Zelle,

während Sauerstoff von außen hineingelangt. while oxygen gets in from the outside.

Aber diese Art der Atmung funktioniert nur im Kleinen. But this kind of breathing only works on a small scale.

Für Bakterien, Amöben, deine Zellen, und ein paar sehr, sehr kleine Tiere.

Insekten etwa haben ein sehr feines Netz von "Tracheen", Insects, for example, have a very fine network of "tracheae",

Röhren, in denen ein Druckunterschied herrscht. Tubes in which there is a pressure difference.

Die umgebende Luft diffundiert langsam hinein, The surrounding air slowly diffuses in,

und kann Gase mit der Insektenzelle austauschen. and can exchange gases with the insect cell.

Aber selbst Insekten scheinen ihre Tracheen zusammenziehen zu können. But even insects seem to be able to contract their tracheae.

Und zumindest manche von ihnen haben spezialisierte Atemorgane And at least some of them have specialized respiratory organs

wie Atemlöcher oder einen Luftsack. like breathing holes or an air sac.

Ab einer bestimmten Größe ist die Diffusion schlicht zu langsam, Above a certain size, the diffusion is simply too slow,

um die Zellen am Leben zu erhalten. to keep the cells alive.

Das Hauptproblem ist,

dass dieser Austausch nur an der Oberfläche geschieht, that this exchange only happens on the surface,

und der Stoffwechsel mittels Diffusion and metabolism by diffusion

nur einen beschränkten Innenraum versorgen kann. can only supply a limited interior space.

Winzig kleine Lebewesen haben nur wenig Innenraum, sogenanntes Volumen, Tiny little creatures have only little interior space, so-called volume,

aber eine Menge Außenraum, also Oberfläche. but a lot of outdoor space, so surface.

Was aber, wenn wir mit einer praktischen Vergrößerungsmaschine But what if we come up with a handy enlarging machine

ein Bakterium von der Größe eines Blauwals kreieren? create a bacterium the size of a blue whale?

Leider macht und das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen Unfortunately, and the surface area to volume ratio does

einen Strich durch die Rechnung. a dash through the calculation.

Kurz gesagt: Wenn du ein Ding zehnmal größer machst, In short: if you make something ten times bigger,

wird sein Äußeres, also die Oberfläche, will its exterior, i.e. the surface,

zwar hundertmal größer, aber sein Inneres, also das Volumen, a hundred times larger, but its interior, i.e. the volume,

wird dabei tausendmal größer. becomes a thousand times larger.

Vergleichen wir das Bakterium Pseudomonas aeruginosa Let's compare the bacterium Pseudomonas aeruginosa

mit einem Blauwal, zeigt sich, with a blue whale, shows up,

dass das Bakterium im Verhältnis zu seinem Volumen

zehn Millionen Mal mehr Oberfläche hat als der Wal. has ten million times more surface area than the whale.

Das Bakterium hat also jede Menge Außenseite, So the bacterium has lots of outside,

während der Wal jede Menge Innenraum hat. while the whale has plenty of interior space.

Vergrößern wir nun unser Bakterium auf die Größe eines Wals,

hat das Riesenbakterium jetzt zu viel Innenraum the giant bacterium now has too much interior space

und der größte Teil des Innenraums ist zu weit weg von der Oberfläche. and most of the interior is too far from the surface.

Dem Riesenbakterium würde der Sauerstoff ausgehen, The giant bacterium would run out of oxygen

bevor er weit genug nach innen gelangen könnte, before it could get far enough inside,

und es würde ersticken. and it would suffocate.

Größer zu sein hat aber auch seine Vorteile. But being bigger also has its advantages.

Man wird z.B. nicht so leicht gefressen. You don't get eaten that easily, for example.

Und hat es selber viel leichter, andere zu fressen. And has it much easier to eat others.

Die Zellgröße ist aber beschränkt durch die Distanz, However, the cell size is limited by the distance

über die das Zellinnere durch Diffusion across the cell interior by diffusion

noch ausreichend mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgt werden kann. can still be adequately supplied with oxygen and nutrients.

Ein clevererer Weg, dieses Problem zu umgehen,

sind mehrzellige Strukturen. are multicellular structures.

Lebewesen, die nicht aus einer, sondern aus vielen Zellen bestehen. Living beings that consist not of one but of many cells.

Diffusion funktioniert mit vielen kleinen Einheiten Diffusion works with many small entities

nämlich besser als mit einer großen. namely better than with a big one.

Mit der Zeit fingen diese Zellen an, Over time, these cells began,

die Arbeit aufzuteilen und sich zu spezialisieren. splitting up the work and specializing.

Manche Zellen sind darauf spezialisiert, Some cells are specialized

die Umwelt wahrzunehmen, andere auf die Verdauung, perceive the environment, others on digestion,

wieder andere auf Bewegung. still others on the move.

Aber das Problem von Diffusion und Oberfläche But the problem of diffusion and surface

und Energieerzeugung war dadurch nicht gelöst and power generation was not solved by that

und beschränkte immer noch die Größe der ersten vielzelligen Lebewesen. and still limited the size of the first multicellular creatures.

Um noch größer werden zu können, To get even bigger

lösten Lebewesen das Diffusionsproblem living creatures solved the diffusion problem

mit Löchern, Kammern und Röhren, oder mit Falten, with holes, chambers and tubes, or with folds,

damit Diffusion in jeder Zelle geschehen konnte. so that diffusion could happen in every cell.

Du selbst zum Beispiel. You yourself, for example.

Was du als Außenseite ansiehst, deine Haut nämlich, What you see as the outside, namely your skin,

hat eine Oberfläche von etwa zwei Quadratmetern.

Deine Lunge hat aber eine Oberfläche von etwa 70 Quadratmetern. But your lungs have a surface area of about 70 square meters.

Sie ist also kein Luftballon, sondern eher so etwas wie ein Schwamm, So it's not a balloon, it's more like a sponge,

aus vielen dicht gepackten Mikroballons, of many densely packed microballoons,

umgeben von Blutgefäßen. surrounded by blood vessels.

Wenn du einatmest, when you breathe in

füllen sich all diese winzigen Ballons mit frischer Luft. all these tiny balloons fill with fresh air.

Blut voller CO2 wird um diese Ballons gepumpt. Blood full of CO2 is pumped around these balloons.

Jetzt kommt die Magie der Diffusion ins Spiel. Now the magic of diffusion comes into play.

Sauerstoff diffundiert aus den Ballons ins Blut, Oxygen diffuses from the balloons into the blood,

wo rote Blutkörperchen ihn auflesen. where red blood cells pick it up.

Das CO2 diffundiert aus dem Blut in deine Lunge, The CO2 diffuses from the blood into your lungs,

von wo es ausgeatmet werden kann.

Dein Blut transportiert den Sauerstoff Your blood carries the oxygen

bis in die hinterste Ecke deines Körpers to the farthest corner of your body

und nimmt dort den CO2-Abfall wieder mit. and takes the CO2 waste back with it.

Im Körper funktioniert Diffusion über etwa einen Millimeter. Diffusion works in the body over about a millimeter.

Jede einzelne Zelle deines Körpers Every single cell in your body

ist also höchstens einen Millimeter von einem Blutgefäß entfernt. is therefore at most one millimeter away from a blood vessel.

Mittelgroße Tiere wie du brauchen also eine ganze Menge Blutgefäße, So medium-sized animals like you need a lot of blood vessels,

um jede einzelne Zelle im Körper zu versorgen. to feed every cell in the body.

Allein von den Kapillaren, den kleinsten Blutgefäßen, From the capillaries alone, the smallest blood vessels,

hat dein Körper etwa 100.000 Kilometer, your body has about 100,000 kilometers,

mit einer Oberfläche von etwa 1.000 Quadratmeter. with a surface of about 1,000 square meters.

Das Gleiche gilt für jedes Organ, The same applies to any organ

das irgendwas mit der Außenwelt austauschen muss. that has to exchange something with the outside world.

Dein Körper braucht Oberflächen, Your body needs surfaces

um Nährstoffe aus der Nahrung aufnehmen zu können. to absorb nutrients from food.

Dein Magen hat deshalb die Oberfläche eines halben Badmintonfeldes, Your stomach therefore has the surface area of half a badminton court,

etwa 40 Quadratmeter.

Je größer ein Lebewesen ist, The bigger a creature is

umso mehr versteckte Oberfläche wird benötigt. the more hidden surface is required.

Ein Baum zum Beispiel. A tree for example.

Zum Überleben stellt er aus Luft und Sonnenlicht Zucker her. To survive, he makes sugar from air and sunlight.

Dazu braucht er so viel Oberfläche wie nur möglich. To do this, he needs as much surface area as possible.

Ein Orangenbaum mit 2.000 Blättern

hat äußerlich eine Oberfläche von 200 Quadratmetern. has an external surface of 200 square meters.

Die Oberfläche im Blattinneren, wo die Diffusion stattfindet,

beträgt aber 6.000 Quadratmeter. but is 6,000 square meters.

Da Gleiche gilt für Wurzeln. The same goes for roots.

Hier vergrößern Tausende kleine Härchen die Oberfläche, Here thousands of tiny hairs enlarge the surface,

über die Wasser aus der Erde aufgenommen werden kann. through which water can be absorbed from the earth.

Die Wurzeln von einem Quadratmeter Gras The roots of a square meter of grass

haben dadurch eine Oberfläche von etwa 350 Quadratmetern. have a surface of about 350 square meters.

Die Vielfalt des Lebens auf unserem Planeten The diversity of life on our planet

scheint uns sehr, sehr groß. Und das ist sie auch. seems very, very big to us. And so is she.

Aber einige Grundprinzipien gelten für alle

und haben sich in Milliarden von Jahren nicht wirklich verändert.

Ob winzig klein, oder riesengroß: Whether tiny or huge:

Abfallstoffe müssen weg, frischer Treibstoff muss her. Waste materials have to go, fresh fuel has to come.

Nur ist das bei großen Tieren halt ein ziemliches Gebastel. But that's quite a tinkering with large animals.

(Ruhige Musik)