Abiotischer Faktor Wasser – Einfluss auf Tiere

Abiotischer Faktor Wasser – Einfluss auf Tiere

Fast drei Viertel der Erdoberfläche sind von Wasser bedeckt, weshalb die Erde oftmals als der Blaue Planet bezeichnet wird. Ohne Wasser wäre kein Leben auf der Erde möglich.

Doch was ist Wasser eigentlich? Und was bedeutet der abiotische Faktor Wasser für Tiere? Im folgenden Text wird einfach erklärt, wie Wassermoleküle aufgebaut sind, welche Eigenschaften sie haben und wie der abiotische Faktor Wasser Tiere beeinflusst.

Was ist Wasser?

Wasser ist eine chemische Verbindung aus Sauerstoff $(\ce{O})$ und Wasserstoff $(\ce{H})$. Aufgrund des besonderen Aufbaus von Wassermolekülen und der Wasserstoffbrückenbindungen ergeben sich charakteristische Eigenschaften.

Wassermoleküle – Aufbau

Ein Wassermolekül $(\ce{H2O})$ besteht aus drei Atomen – einem Sauerstoffatom $(\ce{O})$ und zwei Wasserstoffatomen $(\ce{H})$. Es ergibt sich die chemische Summenformel $\ce{H2O}$. Die Atome sind über kovalente Bindungen miteinander verbunden. Eine kovalente Bindung wird auch Atombindung oder Elektronenpaarbindung genannt und bezeichnet die Bindung zwischen zwei Atomen, die durch die Ausbildung von gemeinsamen Elektronenpaaren entsteht.

Am Sauerstoffatom gibt es jedoch noch zwei zusätzliche freie Elektronenpaare, die nicht für die kovalente Bindung benötigt werden. Diese benötigen Platz. Aufgrund dessen sind die Wasserstoffatome nicht linear an das Sauerstoffatom gebunden, sondern in einem Winkel von 104,5°.

Sauerstoff besitzt eine höhere Elektronegativität als Wasserstoff. Die Elektronegativität sagt aus, wie stark ein Element die Bindungselektronen in seine Richtung ziehen kann. Die Elektronen der kovalenten Bindung des Wassermoleküls werden stärker zum Sauerstoffatom gezogen. Die Ladung ist somit ungleich verteilt. Auf der Seite des Sauerstoffatoms ist die Ladung etwas negativer als auf der Seite der Wasserstoffatome. Das Wassermolekül ist deshalb polar und wird als Dipolmolekül bezeichnet.

Einzelne Wassermoleküle können sich durch Wasserstoffbrückenbindungen miteinander verbinden. Diese entstehen durch die Polarität des Wassers. Unterschiedliche Ladungen ziehen sich an, sodass sich die positiven Enden eines Moleküls mit den negativen Enden eines anderen Moleküls verbinden. Ein Wasserstoffatom eines Wassermoleküls verbindet sich mit einem Sauerstoffatom eines anderen Wassermoleküls.

Diese Bindungen sind jedoch schwächer als die kovalenten Bindungen und können deshalb schnell gelöst und wieder neu geknüpft werden. Die Anziehungskräfte zwischen den Wassermolekülen werden auch als Kohäsion bezeichnet.

In der Abbildung ist links ein Wassermolekül, bestehend aus einem Sauerstoffatom und zwei Wasserstoffatomen, dargestellt. Rechts ist die Verbindung dieses Wassermoleküls mit anderen Wassermolekülen über Wasserstoffbrückenbindungen angedeutet.

Wassermoleküle – Eigenschaften

Aufgrund des charakteristischen Aufbaus von Wassermolekülen hat Wasser bestimmte Eigenschaften. Wasser hat ein Molekulargewicht von etwa $\pu{18 g//mol}$. Andere Moleküle mit einem ähnlichen Molekulargewicht sind jedoch im Gegensatz zu Wasser bei Raumtemperatur gasförmig. Grund dafür, dass Wasser bei Raumtemperatur trotzdem einen flüssigen Aggregatzustand hat, sind die vielen Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Wassermolekülen. Ohne diese Bindungen wäre auch Wasser bei Raumtemperatur gasförmig.

Die Verbindungen zwischen Wassermolekülen und Luftmolekülen, beispielsweise an der Wasseroberfläche, sind schwach. Deshalb ergibt sich eine hohe Oberflächenspannung von Wasser. Diese Spannung ist so hoch, dass einige Lebewesen wie zum Beispiel die Wasserläufer auf der Wasseroberfläche laufen können.

Aufgrund seiner Polarität und des flüssigen Aggregatzustands ist Wasser ein optimales Lösungsmittel für geladene Teilchen und andere polare Stoffe. Dies ist relevant für aquatische Lebensräume mit unterschiedlichen Salzkonzentrationen und für das Lösen und den Transport von Substanzen in Körperzellen oder den Körperflüssigkeiten.

Die Dichteanomalie des Wassers

Wenn es kalt ist, wechselt Wasser den Aggregatzustand von flüssig zu fest. Es entsteht Eis. Wenn ein Gewässer zufriert, befindet sich das Eis immer an der Oberfläche. Warum ist das so? Bei den meisten Stoffen erhöht sich die Dichte, wenn die Temperatur sinkt. Bei Wasser jedoch nicht. Wasser hat seine höchste Dichte bei 4 Grad Celsius. Bei dieser Temperatur ist das Wasser also besonders komprimiert. Wird es wärmer oder kälter, nimmt die Dichte wieder ab und das Wasser nimmt mehr Platz ein. Dies wird als Dichteanomalie des Wassers bezeichnet. Vor allem im Winter ist diese Eigenschaft besonders wichtig. Wasser mit einer Temperatur von weniger als 4 Grad Celsius sammelt sich an der Oberfläche, während wärmeres Wasser aufgrund seiner höheren Dichte in die tieferen Schichten absinkt. Auf dem Grund des Gewässers ist es dadurch wärmer als an der Oberfläche. Somit können Tiere am Grund überleben, da das Wasser hier im flüssigen Aggregatzustand ist, während es in den oberen Schichten gefriert. Die Eisschicht hat dabei sogar eine isolierende Wirkung.

Weißt du auch, warum Meerwasser nicht bei 0 Grad Celsius gefriert? Schau dir dazu das Video über den Gefrierpunkt von Salzwasser an.

Wie passen sich Tiere an den abiotischen Faktor Wasser an?

Wasser spielt eine essenzielle Rolle für das Leben auf der Erde. Zahlreiche biologische Vorgänge laufen nur ab, wenn Wasser vorhanden ist. Für Tiere ist Wasser ein bedeutender abiotischer Faktor. Für am Land lebende Tiere ist es besonders wichtig, mit den begrenzten Wasservorkommen zu haushalten, um auch an trockenen Standorten überleben zu können. Dazu haben sich im Laufe der Zeit einige Anpassungen entwickelt.

Allgemeine Anpassungen

Wir Menschen haben kleine Haare auf unserer Haut. Sie verhindern eine zu große Verdunstung. Den gleichen Effekt hat das Fell von Tieren. Weitere Anpassungen, die Austrocknung verhindern sollen, sind Chitinpanzer, Federn oder Hornhaut. In dem Video zur Körperbedeckung der Wirbeltiere wird noch näher auf die verschiedenen Körperbedeckungen und deren Funktionen eingegangen.

Auch im Inneren des Körpers gibt es Anpassungen. Der Enddarm entzieht dem Nahrungsbrei Wasser, sodass nur wenig Wasser ausgeschieden wird. Die Niere sorgt dafür, dass der Primärharn zum Endharn aufkonzentriert wird, um möglichst wenig Flüssigkeit zu verlieren.

Einige Tiere, beispielsweise Vögel, sind in der Lage, ihren Kot und Urin noch weiter aufzukonzentrieren, um Flüssigkeitsverluste so gering wie möglich zu halten.

Anpassungen an Extremstandorte

Es gibt auch Lebewesen, die an extrem trockenen Standorten überleben können. Sie haben einige besondere Anpassungen.

Kamele beispielsweise sind durch eine Anpassung der roten Blutkörperchen in der Lage, große Wassermengen auf einmal aufzunehmen. Dadurch können sie im Anschluss lange Trockenzeiten ohne Wasseraufnahme überstehen. Ihre Nieren können den Urin besonders hoch konzentrieren, um möglichst wenig Wasser zu verlieren.

Die Strategie einiger Wüstenkäfer ist es, sich nachts auf Erhebungen zu versammeln, um kleine morgendliche Tautropfen zu sammeln.

Kängururatten haben die Fähigkeit, der Atemluft Wasser zu entziehen. Sie können Wasser aus der Luft nutzen, indem sie ihre Ausatemluft herunterkühlen, sodass das Wasser in der Atemluft im Körper kondensiert und nicht ausgeatmet wird.

Das Video Extreme Lebensräume geht auf weitere Anpassungen von Tieren ein.

Abiotischer Faktor Wasser – Einfluss auf Tiere – Zusammenfassung

Du weißt nun, dass Wasser ein abiotischer Faktor ist, der einen großen Einfluss auf Tiere hat, und kennst einige Tiere als Beispiele, die sich an besonders trockene Standorte angepasst haben. Zusammenfassend sind im Folgenden die wichtigsten Eigenschaften von Wasser aufgelistet.

• Flüssiger Aggregatzustand
• Hohe Oberflächenspannung
• Gute Lösungsmitteleigenschaften
• Dichteanomalie des Wassers

Das Video zum Text bietet eine anschauliche Erklärung zu dem abiotischen Faktor Wasser und seinen Einfluss auf Tiere. Zur Vertiefung des Wissens gibt es Arbeitsblätter und Übungsaufgaben. Wenn du noch mehr über den Einfluss von Wasser lernen möchtest, schau dir die Videos zum Einfluss von Wasser auf Pflanzen oder zu den Pflanzen trockener und feuchter Standorte an. Viel Spaß!