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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 Nervenzellen

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 …

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Spektrum der Wissenschaft – Innerer Dialog – Wie Kopf und Körper miteinander kommunizieren

Über ein fein abgestimmtes System aus neuronalen Netzwerken via hormonelle Steuerung bis hin zu zellulären Dialogen stehen Kopf und Körper in ständigem Austausch. Denn wie in jeder funktionierenden Gesellschaft gilt auch hier: Ohne Kommunikation geht nichts. Dieser innere Austausch ist ebenso komplex wie der soziale – und er läuft rund um die Uhr, meist, ohne dass wir ihn bewusst wahrnehmen. Er spielt auch eine entscheidende Rolle für unsere Gesundheit.

Gehirn&Geist – Dopamin – Der missverstandene Botenstoff

Dopamin ist ein faszinierender und noch längst nicht vollständig verstandener Neurotransmitter. Was die Wissenschaft zu Dopaminsucht und Dopamin-Detox sagt und welche Rolle der Botenstoff wirklich im Gehirn spielt, lesen Sie in unserer Titelgeschichte. Weitere Themen: Im Interview gibt Sarah Pohl konkrete Hinweise für den konstruktiven Umgang mit Konfliktgesprächen. Dank elektrischer Reizung des Vagusnervs sollen sich verschiedenste Krankheiten von Depression bis hin zu krankhaftem Übergewicht kurieren lassen. Was sagen Experten dazu? Auch unser Gehirn hat ein Mikrobiom, das beim Denken helfen könnte, aber ebenso neurodegenerative Krankheiten auslösen kann. Das Internet und KI-Tools wie ChatGPT bieten uns enormes Wissen, aber verlernen wir dadurch, selbst zu denken und uns zu erinnern?

Spektrum - Die Woche – Wie Psychopharmaka das Gehirn verändern

Wie wirken Antidepressiva, Neuroleptika und Psychostimulanzien auf das Gehirn? Psychopharmaka bringen schnelle Linderung bei psychischen Störungen, doch die langfristigen Folgen auf unser Denkorgan sind noch nicht ausreichend erforscht. Außerdem: Süßwasser unter dem Meer. Ein Weg aus der Wassernot?

  • 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

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