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Chemische Unterhaltungen: Eiserne Nerven

Kann es Gemeinsamkeiten zwischen einer Nervenfaser und einem Eisenstab geben? Und ob! Unter bestimmten Bedingungen zeigen die beiden erstaunliche Ähnlichkeiten.
Feuernde NervenzellenLaden...

Eine Nervenzelle empfängt und verarbeitet Reize aus der Umwelt oder aus dem Körper. Sie leitet ihrerseits elektrische Signale über einen langen Fortsatz, das Axon, weiter an andere Zellen, etwa Muskelfasern oder Drüsenzellen. Die Erregungsleitung basiert darauf, dass an der Innenseite der Zellmembran ein Überschuss an negativ geladenen Ionen vorliegt und an ihrer Außenseite ein Überschuss an positiv geladenen. Die Potenzialdifferenz liegt zwischen –30 und –150 Millivolt (mV). Bei einem Reiz ändert sich die Durchlässigkeit der Zellmembran für die Ionen. Positiv geladene Ionen (Kationen) strömen daraufhin ins Innere, wodurch das Membranpotenzial betragsmäßig absinkt (etwa von –70 auf –50 mV). Einen solchen Vorgang bezeichnet man als Depolarisation. Überschreitet der Betrag einen Schwellenwert, strömen plötzlich noch viel mehr Kationen hinein, und die Ladung an der Membran kehrt sich kurzzeitig um – ein so genanntes Aktionspotenzial ist ausgelöst worden. Zwischen dem erregten und dem benachbarten, nicht erregten Bereich der Membran fließen daraufhin sowohl im Außenmedium als auch im Zellinnern Ionenströme, um die Ladungen auszugleichen. Folglich verändert sich dort das Membranpotenzial ebenfalls. Wird dadurch der Schwellenwert erreicht, entsteht wieder ein Aktionspotenzial. Auf diese Weise wandert die Erregung weiter. Im Bild unten links ist der Mechanismus stark vereinfacht dargestellt.

Überraschend ähnlich reagiert ein Eisenstab, der in ein Gemisch aus Schwefelsäure-Lösung und Wasserstoffperoxid eintaucht. Eisen ist eigentlich ein unedles Metall, doch in dem Elektrolyten liegt es in einer bestimmten Form vor und verhält sich dadurch wie ein Edelmetall. So ist trotz des sauren Charakters der Lösung keine Wasserstoffentwicklung durch Korrosion zu beobachten. Das ist damit zu erklären, dass Eisen zu den so genannten passivierbaren Metallen zählt. Eigentlich sollte es unter den gegebenen Bedingungen rasch korrodieren …

August 2020

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft August 2020

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  • Quellen

Ducci, M.: Periodische und chaotische Oszillationserscheinungen an Metallelektroden und elektrochemische Modellexperimente zur Erregungsleitung am Nerven. Dissertation, Universität Oldenburg, 2000

Ducci, M., Oetken, M.: Nerven wie Drahtseile. Praxis Schriftenreihe Chemie 59, Aulis, 2007