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Kompaktlexikon der Biologie: Wasser

Wasser, chemische Formel H2O, bildet sich in einer chemischen Oxidationsreaktion von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigen Verbindungen mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Oxidationsmitteln und einer Vielzahl anderer chemischer Reaktionen. Es handelt sich um eine farb- und geschmacklose Flüssigkeit, die sich unterhalb von 0 °C zu Eis verfestigt und oberhalb von 100 °C als Wasserdampf in den gasförmigen Zustand übergeht. In Form von Meerwasser, Süßwasser und Eis bedeckt es ca. 71 % der Erdoberfläche und stellt damit die häufigste chemische Verbindung dar. Für polar aufgebaute Stoffe wie z.B. Zucker, Aminosäuren oder Peptide ist W. wegen der Dipolarität des W.-Moleküls ( vgl. Abb. ) ein gutes Lösungsmittel, während apolar aufgebaute Stoffe wie z.B. Fette nur schwer löslich sind. In der Natur ist W. ein wichtiger Klimafaktor: Durch seine hohe spezifische Schmelz- und Verdampfungswärme ist es sowohl ein guter Wärmespeicher als auch ein Puffer, der starke Temperaturschwankungen ausgleicht. Da Eis leichter als W. ist und daher auf seiner Oberfläche schwimmt, gefrieren Gewässer von oben nach unten zu. Dies ermöglicht vielen Organismen, deren Lebensraum das W. ist, das Überleben. W. ist ein lebenswichtiger Faktor, der das Leben von Pflanzen und Tieren stark beeinflusst. Es ist an zahlreichen chemischen und physikalischen Vorgängen im Inneren der Zelle beteiligt und vermittelt die Aufnahme und den Transport von Nährstoffen. Auch bei der hydrolytisch-enzymatischen Spaltung der Nährstoffe spielt W. eine Rolle. Bei homoiothermen Organismen ist W. wesentlicher Faktor bei der Thermoregulation. Ein ausgeglichener Wasserhaushalt ist bei allen Organismen für das Überleben essenziell. W.-Entzug und W.-Mangel führen zu schweren Schädigungen und rasch zum Tod. Dem Körper entzogenes W. muss daher ständig entweder durch die Nahrung oder durch Trinken aufgenommen werden. Teilweise kann eine Wasser- oder Wasserdampfaufnahme direkt über die Haut erfolgen, das ist bei Schnecken (Gastropoda) und vielen Insekten der Fall. Organismen trockener Lebensräume haben meist spezielle Anpassungen entwickelt (Xerophyten). Neben morphologischen Merkmalen wie Chitin-, Horn- und Kalkschalenbildungen haben sich auch spezielle Verhaltensweisen zum Wassersparen ausgebildet, so z.B. Nachtaktivität. Wüsten bewohnende Tiere decken ihren W.-Bedarf oft zu einem großen Teil aus metabolisch beim Abbau von Fett, Kohlenhydraten oder Proteinen enstehendem W. Umgekehrt haben sich auch die W.-Bewohner an Besonderheiten der Lebensbedingungen im W. angepasst. Die Tragfähigkeit des W. erlaubt den Verzicht auf vorrangig tragende Funktionen des Skeletts, häufig sind noch besondere Einrichtungen ausgebildet, um die Organismen in einem Schwebezustand zu halten (z.B. bei Fischen die Schwimmblase). Besondere Probleme sind bezüglich der Atmung und der Osmoregulation zu lösen. Um den Strömungswiderstand möglichst gering zu halten entsteht häufig eine mehr oder weniger stromlinienförmige Körperform. Sowohl die chemische als auch die biologische Evolution auf der Erde wären ohne W. nicht möglich gewesen. Es ist das Endprodukt der biologischen Oxidation in der Atmungskette und eines der Ausgangsprodukte der Fotosynthese. Durch seine Wasserstoffbrückenbindungen bildet es eine Hydrathülle, insbesondere um biologische Makromoleküle wie die Nucleinsäuren, Proteine und Polysaccharide. Unter der katalytischen Wirkung von Hydrolasen ist W. an vielen Hydrolyse-Reaktionen (Hydrolyse) des Stoffwechsels beteiligt. ( vgl. Tab. )

Die W.-Bilanz der Erde ist ausgeglichen, da das auf der Erde vorhandene W. ständig in einem Wasserkreislauf zirkuliert.



Wasser: Struktur des Wassermoleküls. Das Wassermolekül ist eine polare Verbindung mit einem permanenten Dipolmoment. Die ungewöhnlichen physikalischen Eigenschaften des Wassers sind in der Struktur des Wassermoleküls begründet: Hohe Schmelz- und Verdampfungstemperatur, hohe Wärmekapazität, hohe Dielektrizitätskonstante, Volumenausdehnung beim Erstarren, hohe Oberflächenspannung



Wasser: Wichtige physikochemische Eigenschaften des Wassers und deren biologische Bedeutung am Beispiel der Pflanzen

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Redaktion:
Dipl.-Biol. Elke Brechner (Projektleitung)
Dr. Barbara Dinkelaker
Dr. Daniel Dreesmann

Wissenschaftliche Fachberater:
Professor Dr. Helmut König, Institut für Mikrobiologie und Weinforschung, Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Professor Dr. Siegbert Melzer, Institut für Pflanzenwissenschaften, ETH Zürich
Professor Dr. Walter Sudhaus, Institut für Zoologie, Freie Universität Berlin
Professor Dr. Wilfried Wichard, Institut für Biologie und ihre Didaktik, Universität zu Köln

Essayautoren:
Thomas Birus, Kulmbach (Der globale Mensch und seine Ernährung)
Dr. Daniel Dreesmann, Köln (Grün ist die Hoffnung - durch oder für Gentechpflanzen?)
Inke Drossé, Neubiberg (Tierquälerei in der Landwirtschaft)
Professor Manfred Dzieyk, Karlsruhe (Reproduktionsmedizin - Glück bringende Fortschritte oder unzulässige Eingriffe?)
Professor Dr. Gerhard Eisenbeis, Mainz (Lichtverschmutzung und ihre fatalen Folgen für Tiere)
Dr. Oliver Larbolette, Freiburg (Allergien auf dem Vormarsch)
Dr. Theres Lüthi, Zürich (Die Forschung an embryonalen Stammzellen)
Professor Dr. Wilfried Wichard, Köln (Bernsteinforschung)

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