Oberflächenvergrößerung: ein biologisches Prinzip inkl. Übungen

Lerntext zum Thema Oberflächenvergrößerung – ein biologisches Prinzip

Prinzip der Oberflächenvergrößerung – Biologie

Wusstest du, dass die Oberfläche all deiner Blutzellen zusammen fast die Fläche eines Fußballfelds bedecken kann und diese trotzdem in deinen Körper passen?
Das hat mit der Oberflächenvergrößerung zu tun. Was das ist und was die Oberflächenvergrößerung bringt, erfährst du im folgenden Text.

Oberflächenvergrößerung – Definition

Die Oberflächenvergrößerung ist ein Prinzip in der Biologie, bei dem die Oberfläche eines Systems vergrößert wird, auch wenn sich das Volumen des Systems selbst kaum verändert. Eine Oberfläche wird beispielsweise vergrößert, indem wiederholt viele Ein- und Ausstülpungen erfolgen. Das Prinzip der Oberflächenvergrößerung veranschaulicht dir dieses Modell im folgenden Bild:

Schema Biologisches Prinzip der Oberflächenvergrößerung

Der rechte Teil des Bilds verdeutlicht das Prinzip der Oberflächenvergrößerung. Durch die Anordnung der Würfel im oberen, rechten Teil der Abbildung vergrößert sich die Oberfläche der Figur deutlich im Vergleich zum linken Quader. Die Anzahl der kleinen Würfel bleibt dabei jedoch gleich. Außerdem nimmt die Figur rechts nicht deutlich mehr Raum ein als jene auf der linken Seite.
Im unteren Teil der Abbildung siehst du schematisch zwei Membrane, wie man sie häufig in der Biologie findet, dargestellt. Links ohne Ausstülpungen und rechts mit Ausstülpungen. Die Oberfläche der rechten Membran ist um einiges grösser, als jene der linken Membran.

Prinzip der Oberflächenvergrößerung – Bedeutung in der Biologie

In der Natur ist die Oberflächenvergrößerung ein wichtiges biologisches Prinzip. Dabei führen unterschiedliche Abwandlungen zu größeren Oberflächen. Das Prinzip der Oberflächenvergrößerung findet man überall dort, wo große Oberflächen für Austauschvorgänge und/oder biochemische Reaktionen von Vorteil sind. Eine solche Oberflächenvergrößerung kann durch Ausstülpungen oder Einstülpungen der Oberfläche oder durch eine Abflachung und Streckung des Körpers erreicht werden.

Der große Vorteil der Oberflächenvergrößerung liegt darin, dass sich dadurch sehr kompakt eine größere Oberfläche für Austauschvorgänge und Reaktionen ergibt.

Biologisches Prinzip der Oberflächenvergrößerung – Beispiele

In der Biologie findet man das Prinzip der Oberflächenvergrößerung in vielen Bereichen. Beispielsweise liegt eine Oberflächenvergrößerung bei den Mitochondrien, den Zellen, den Chloroplasten oder bei diversen Organen in unserem Körper vor. Einige Beispiele dazu sehen wir uns nun genauer an.

Welche Organe haben eine Oberflächenvergrößerung?

Das Prinzip der Oberflächenvergrößerung kommt bei uns im Körper z. B. im Dünndarm, in der Lunge, auf unserer Haut, im Gehirn, in den Blutzellen oder im Dickdarm vor. Auch bei den Pflanzen – wie beispielsweise bei den Blättern der Laubbäume – ist die Oberflächenvergrößerung zu finden.

Damit du eine Vorstellung davon bekommst, ist dir das Prinzip der Oberflächenvergrößerung am Beispiel des Dünndarms gezeigt. Der Dünndarm hat eine Oberfläche ohne Oberflächenvergrößerung von etwa $\pu{0,33 m2}$. Durch die Ein- und Ausstülpungen wird die Oberfläche hier auf $\pu{2 000 m2}$ vergrößert. Weitere Beispiele der Oberflächenvergrößerung findest du in der folgenden Tabelle.

	Gesamtoberfläche	Verbildlichung der Fläche
Dünndarm	$\pu{2 000 m2}$	$\frac{1}{2}$ eines Fußballfelds
Haut	$\pu{2 m2}$	$\frac{1}{2}$ einer Tischtennisplatte
Lunge	$\pu{200 m2}$	$\pu{1}$ Tennisfeld
Blutzellen eines Menschen	$\pu{4 480 m2}$	$\pu{1}$ Fußballfeld
Großhirn	$\pu{2 m2}$	$\frac{1}{2}$ einer Tischtennisplatte
Kleinhirn	$\pu{1,5 m2}$	Badewanne (Grundfläche)
Fläche für den Gasaustausch an den Blättern eines Baums	$\pu{15 000 m2}$	$\pu{3}$ Fußballfelder