Licht ermöglicht uns nicht zu nur sehen und unsere Umwelt in Farbe wahrzunehmen. Licht ist auch eine Energiequelle für alle Organismen. Pflanzen benötigen für ihren Stoffwechsel und damit für ihre Entwicklung sowie ihr Wachstum Licht. Bei anderen Lebewesen regelt das Licht vorwiegend den Tag-Nacht-Rhythmus und damit ihre Aktivität, jedoch auch unterschiedliche andere Prozesse.
Licht - Definition
Licht ist der Bereich der elektromagnetische Strahlung, die der Mensch wahrnehmen kann (von ca. 390 nm bis ca. 780 nm). Dieser Bereich elektromagnetischer Strahlung ruft beim Menschen Hell- und Farbempfinden hervor. Begrenzt wird er von der Infrarot-Strahlung und der UV-Strahlung.
Zum Teil wird in sichtbares und unsichtbares Licht unterschieden.
- Sichtbares Licht ist der für den Menschen sichtbare Bereich der elektromagnetischen Strahlung
- Unsichtbares Licht, worunter ultraviolette Strahlung, infrarote Strahlung und Röntgenstrahlung gehören – ist für den Menschen nicht sichtbar
Zum Thema Licht gibt es bei StudySmarter im Bereich Physik weitere Artikel, unter anderem zum Thema: Lichtstrahlen, Farbspektrum und Lichtmodelle.
Die Sonne
Die Sonne ist die Hauptquelle für Energie und Licht auf der Erde. Im Weltraum gibt die Sonne Energie in Form von elektromagnetischer Strahlung ab. Auf der Erde trifft sie dann in unterschiedlichen Wellenlängen auf. Natürliches Sonnenlicht ist also elektromagnetische Strahlung, welche eine bestimmte Wellenlänge und Intensität hat.
Die maximale Wellenlänge der Sonnenstrahlen liegt bei etwa 500 nm.
Künstliches Licht
Neben der Sonne gibt es auch künstlich erzeugtes Licht. Künstliche Lichtquellen sind vorwiegend Glühbirnen, aber auch Leuchtstofflampen, Leuchtdioden, Laser und chemisches Licht. Sie können unterschiedliche Wellenlängen haben.
Wellenlänge von Licht
Das sichtbare Licht kann mithilfe eines Prismas in die Farben Lila, Blau, Blau-Grün, Gelb, Orange und Rot aufgeteilt werden. Diese Gesamtheit an Farben wird Farbspektrum genannt. Jede dieser Farben im Farbspektrum entspricht dann einem Wellenlängenbereich. Kombiniert man alle miteinander, ergibt die Kombination weißes Licht.
- Kurzwelliges Licht wirkt für den Menschen blau
- mittelwelliges Licht wirkt gelb oder grün
- langwelliges Licht wirkt rot oder orange.
Je kurzwelliger die Wellen des Lichts sind, desto energiereicher ist das Licht.
Eigenschaften und Bedeutung von Licht
Licht besitzt unterschiedliche Eigenschaften. Unter anderem spendet Licht allen Organismen Energie. Zudem ermöglicht es vielen Tieren ihre Umgebung zu sehen, beeinflusst den Schlaf-Wach-Rhythmus und wird vom Menschen inzwischen auch für kosmetische und medizinische Zwecke genutzt.
Ausnahme: Nur die chemolithotrophen Bakterien sind nicht indirekt oder direkt vom Energielieferant Licht abhängig.
Abiotischer Ökofaktor Licht
Die Biologie definiert abiotische Umweltfaktoren als sogenannte nicht lebendige Faktoren der Umwelt, welche alle Lebewesen beeinflussen.
Zu den abiotischen Umweltfaktoren gehören zum Beispiel Wärme, Wasser, Temperatur, ökologische Potenz oder das Licht selbst.
In der Ökologie wird der Umweltfaktor Licht auch als Lichtfaktor bezeichnet.
Der Lichtfaktor hat für viele Organismen eine wichtige Bedeutung. Aufgrund der unterschiedlichen Wellenlängen, variierenden Intensität und der zeitlichen Einwirkung wirkt das Licht auf Organismen spezifisch und unterschiedlich.
Absorption von Licht in der Biologie
Organismen absorbieren bestimmte Anteile des Lichts, zum Beispiel über Photorezeptoren (bei Pflanzen) oder spezielle Pigmente (wie Augenpigmente). Insgesamt kommt nur ein geringer Anteil des Lichts und damit nur ein Teil der Energie auf der Erde an.
Für die Photosynthese von Pflanzen wird zum Beispiel nur 2,5 % der aktiven Strahlung genutzt.
Pflanzen und Licht
Licht ist für Pflanzen unabdingbar. Ohne ausreichend Licht und die richtige Zusammensetzung dieses sterben sie schon nach kurzer Zeit. Dabei steuert Licht bei Pflanzen gleich mehrere Prozesse:
- Den Stoffwechsel (auch: Photosynthese)
- Die Formentwicklung (auch: Photomorphogenese)
- Die Tageslängenreaktion (auch: Photoperiodismus)
Vor allem die Photosynthese bzw. der Stoffwechsel ist für Pflanzen unerlässlich.
Photosynthese
Die Grundlage für das Wachstum und die Entwicklung einer Pflanze ist die Photosynthese. In den Pflanzenzellen sind die Chloroplasten für die Photosynthese zuständig. Sie enthalten den grünen Farbstoff Chlorophyll (auch: Blattgrün). Die Energie aus dem Licht kann mit dem Chlorophyll von der Pflanze absorbiert werden. Diese Energie wird dann genutzt, um aus Kohlenstoffdioxid (auch: CO₂) und Wasser (auch: H₂O) organische Stoffe wie zum Beispiel Aminosäuren, Fette und Glukose zu produzieren. Bei diesem Prozess entsteht Sauerstoff (auch: O₂).
Weitere Informationen gibt es in dem Artikel zu Photosynthese.
Für diesen Stoffwechselprozess ist Licht mit bestimmten Wellenlängen notwendig. Einige andere Wellenlängen hindern und unterdrücken jedoch die Photosynthese. Für einige Pflanzen ist die richtige Zusammensetzung des Lichts von großer Bedeutung.
Die Phososynthese aktivierende Strahlung wird mit "PAR" abgekürzt.
Alle Pflanzen haben unterschiedliche Vorlieben, was die Wellenlänge, die Zusammensetzung des Lichts und auch die Länge und Intensität der Strahlung angeht. Am besten ist natürliches Sonnenlicht oder jenes, die dieser Zusammensetzung am ähnlichsten ist. Insgesamt wird von Pflanzen Licht mit den Wellenlängen von ca. 400 nm bis 700 nm absorbiert.
Über lange Zeit haben sich die unterschiedlichen Pflanzen an unterschiedliche Standorte angepasst. Pflanzen im Wald kommen zum Beispiel mit sehr wenig Licht aus. Pflanzen, die dagegen frei auf einer Wiese stehen, haben sich an viel Licht gewöhnt und benötigen dieses nun auch zum Überleben. Unterschieden wird deshalb in Pflanzen, die sehr viel Licht für die Photosynthese benötigten (auch: Sonnenpflanzen oder Lichtpflanzen) und welche, die ihre beste Photosyntheseleistung mit wenig Licht erreichen (auch: Schattenpflanzen).
Über Lichtpflanzen und Schattenpflanzen gibt es bereits einen anderen Artikel auf StudySmarter mit weiteren Informationen.
Weitere Einflüsse von Licht auf Pflanzen
Neben dem Stoffwechsel bzw. der Photosynthese beeinflusst der abiotische Faktor Licht Pflanzen unter anderem in folgenden Bereichen:
- Licht hat Einfluss auf die Wuchshöhe einer Pflanze.
- Licht löst bei vielen ortsfesten Pflanzen Bewegungen aus.
- Licht beeinflusst die Abfolge von Pflanzen im Ökosystem, also zum Beispiel in einem Wald.
- Licht beeinflusst die Blüten- und Keimbildung.
Menschen und Licht
Die meisten Menschen sind in der Lage, Licht mit den Wellenlängen von ca. 390 nm bis ca. 780 nm zu sehen. Allerdings unterscheidet sich dies individuell und ändert sich auch mit dem Alter.
Mehr darüber, wieso der Mensch sehen kann und wie das Auge funktioniert gibt, es im Artikel über das Auge.
Menschen können mithilfe von Licht ihre Umwelt wahrnehmen. Licht ist aber auch für andere Prozesse beim Menschen unerlässlich und überlebenswichtig.
Einfluss von Licht auf den Menschen
Licht hat Auswirkungen auf die Hormonbildung, auf das Leistungsvermögen und auch das Wohlbefinden von Menschen. Vor allem aber steuert es den Tagesverlauf und den regulären Tag-Nacht-Rhythmus.
Während der über 200.000 Jahre langen menschlichen Evolution haben wir uns an den Tag-Nacht-Rhythmus angepasst. Dieser gibt vor allem vor, wann der Mensch aktiv und wach sein und wann er sich ausruhen und regenerieren soll. Die Ruhephase wird vor allem durch die Ausschüttung des Schlafhormons Melatonin gefördert. Abends und nachts steigt der Melatoninspiegel und unterstützt so den Schlaf.
Der Tag-Nacht-Rhythmus beeinflusst aber nicht nur den Schlaf-Wach-Rhythmus. Auch andere Prozesse wie etwa die Funktionen der Organe und Muskeln, die Produktion von Hormonen und auch die körperliche und geistige Leistungsfähigkeit werden von ihm beeinflusst. Man bezeichnet dies auch als "innere Uhr".
Die innere Uhr
Die innere Uhr (auch: Biorhythmus), welche sich über Jahrhunderte eingestellt hat, kommt heutzutage bei zunehmend mehr Menschen aus dem Gleichgewicht.
Noch bis zur Industriellen Revolution hat der natürliche Tag-Nacht-Rhythmus den Alltag der Menschen vorgegeben. Jedoch wurde mit dem technischen Fortschritt die Arbeit immer flexibler und findet seitdem immer seltener im Freien bei Sonnenlicht statt.
Viele Menschen sind während ihrer Arbeitszeit keinem Tageslicht, sondern künstlichem Licht ausgesetzt. Zudem arbeiten viele in Schichtarbeit und in der Nacht. Durch den Mangel an Tageslicht und auch den Mangel an Dunkelheit in der Nacht (auch durch das Nutzen von Smartphones und anderen Bildschirmen) kann diese innere Uhr aus dem Gleichgewicht geraten.
Gerät die innere Uhr aus dem Gleichgewicht, steigt das Risiko für Schlafstörungen, Depressionen, Energielosigkeit, Müdigkeit am Tag, Essstörungen, Unfälle und Konzentrationsschwierigkeiten.
Um ein Ungleichgewicht zu verhindern, sollte ein Mangel an Sonnenlicht am Tag und ein Mangel an Dunkelheit in der Nacht möglichst vermieden werden. Insbesondere der Verzicht von künstlichem Licht mit einem hohen Blauanteil abends ist sehr hilfreich. Denn gerade dieses blaue Licht stört die Ausschüttung des Schlafhormons Melatonin und kann so eine erholsame Ruhephase verhindern.
Wenn Lichtmangel krank macht
Licht beeinflusst den Gemütszustand. Sind Menschen weniger Sonnenschein ausgesetzt, wird das sogenannte Glückshormon Serotonin in geringerem Maße ausgeschüttet. Zudem erhöht sich durch mehr Dunkelheit die Ausschüttung des Schlafhormons Melatonin. Das führt zu Müdigkeit, Antriebslosigkeit und schlechte Stimmung bis hin zu einer saisonal-affektiven Störung (auch: SAD) welche umgangssprachlich "Winterdrepression" genannt wird. Verursacht wird dies durch einen Mangel an Sonnenlicht durch die kürzeren Tage, aber auch durch die geringere Intensität des Sonnenlichts im Winter.
Das Sonnenvitamin: Vitamin D
Für die Bildung von Vitamin D benötigt der menschliche Körper Sonnenlicht mit einer gewissen Wellenlänge und Intensität. In Deutschland ist diese meistens vom Frühling bis zum Herbst gegeben und fehlt lediglich im Winter. Die Produktion von Vitamin D ist deshalb im Winter sehr viel geringer oder stellt sich sogar ganz ein.
Vitamin D wird im Körper gebildet. Das in unseren Hautzellen vorhandene Provitamin D3 (eine Vorstufe von Vitamin D) wird durch die UV-B-Strahlung, welche im Sonnenlicht vorhanden ist, in das Prävitamin D3 umgewandelt. Durch weitere Stoffwechselprozesse entsteht daraus später Vitamin D.
Vitamin D kann im Körper gespeichert werden. Daher muss im Winter nicht zwangsläufig ein Vitamin-D-Mangel entstehen, solange das gespeicherte Vitamin D genutzt wird. Sind die Speicher groß genug, reicht es bis zum Frühling. Die Speicher können dann über den Frühling und Sommer wieder gefüllt werden.
Sind die Speicher jedoch nicht ausreichend gefüllt, kann ein Vitamin-D-Mangel die Folge sein. Dieser kann durch eine Blutuntersuchung festgestellt werden. Liegt ein Mangel vor, ist eine Behandlung mit Vitamin-D-Präparaten notwendig.
Wichtig ist Vitamin D unter anderem für die Knochen- und Zahngesundheit. Zudem erhöht ein Vitamin-D-Mangel das Risiko für depressive Verstimmungen und auch Depressionen.
Tiere und Licht
Auch für die Tiere ist Licht ein lebenswichtiger Faktor und beeinflusst unterschiedliche Lebensbereiche. Fast alle können ihre Umwelt und Umgebung durch Licht sehen und sich zum Beispiel orientieren. Zudem beeinflusst Licht aber vor allem auch den Tag-Nacht-Rhythmus der Tiere.
Tag-Nacht-Rhythmus und Aktivität
Wie auch Menschen besitzen Tiere ebenfalls eine innere Uhr beziehungsweise einen Tag-Nacht-Rhythmus. Das Licht hat direkten Einfluss auf diesen und beeinflusst damit die Aktivität, das Verhalten und auch das Wohlbefinden der Tiere.
Die meisten Tiere lassen sich in eine der folgenden Kategorien einordnen:
- Tagaktive Tiere (z. B. Eidechsen)
- Dämmerungsaktive Tiere (z. B. Igel)
- Nachtaktive Tiere (z. B. Fledermäuse)
Bei Tieren, die das geringe Licht in der Dämmerung ausnutzen, haben sich große Augen gebildet. Bei Tieren, welche zum Beispiel in Höhlen oder in der Tiefsee leben und nicht auf Licht angewiesen sind, haben sich die Augen zurückgebildet und dafür andere Sinne verstärkt.
Die Aktivität vieler Tiere ist also von der Helligkeit abhängig. Tagaktive Tiere sind am Tag aktiv, jagen zum Beispiel auch zu dieser Tageszeit und haben ihre Ruhephase nachts. Dämmerungsaktive Tiere sind dann in der Dämmerung aktiv und nachtaktive Tiere beginnen ihre aktive Phase erst nachts. Zu unterschiedlichen Uhrzeiten und damit auch zu unterschiedlichen Helligkeitsstufen sind demnach unterschiedliche Tiere aktiv. Jedoch kann die Aktivität nicht nur in Tag, Dämmerung und Nacht unterschieden werden.
Zum Beispiel singen Vögel am morgens ab einer bestimmten Helligkeitsstufe. Allerdings beginnen damit unter anderem die Rotkehlchen und die Amseln. Erst später am Morgen dann etwa der Zaunkönig und Meisen und zum Schluss Finken und Stare.
Zudem lösen bestimmte Tageslängen unter anderem den Beginn vom Vogelzug in den Süden aus oder führen bei Insekten zu unterschiedlichen Entwicklungen.
Wie oft Hühner Eier legen, liegt unter anderem am Licht. Normalerweise startet der Tag von Hühnern mit den ersten Sonnenstrahlen und endet mit der Dämmerung. Werden die Tage kürzer, produzieren Hühner weniger Eier. Denn im Herbst und Winter sind die Brutbedingungen schlechter. Zudem muss eine Henne, um ein Ei zu produzieren, sehr viel fressen. Ist der Tag nur sehr kurz und gibt es dementsprechend nur wenig Sonnenlicht, schafft sie es zum Teil nicht, genug Nahrung zu sich zu nehmen. Somit hat sie nicht die Energie, um ein Ei legen zu können.
In der Eierproduktion durch Legehennen werden in den Hallen Lampen angebracht, welche das Sonnenlicht simulieren. Mit dem Licht kann dann ein Tag-Nacht-Rhythmus für die Hennen erzeugt werden. Dieser wird so angepasst, dass die Legehennen möglichst viel fressen und viele Eier legen.
Licht als Orientierung
Für viele Tiere wird Licht zur Orientierung benötigt, zum Beispiel für Insekten und Vögel.
Bienen benötigen das Licht, um farbige Blüten zu erkennen.
Lichtverschmutzung
Durch die künstliche Beleuchtung am Abend und in der Nacht, insbesondere in Städten, gerät die innere biologische Uhr beziehungsweise der Tag-Nacht-Rhythmus vieler Tiere aus dem Gleichgewicht. Vor allem Insekten werden durch das künstliche Licht, welches dem Sonnenlicht teilweise sehr ähnlich ist (wie zum Beispiel UV-Licht), angezogen. Damit wird nicht nur ihre Orientierung, sondern auch ihr Tag-Nacht-Rhythmus und zum Teil ihre Entwicklung stark gestört.
Licht Biologie - Das Wichtigste
- Licht ist der Bereich der elektromagnetische Strahlung, welcher der Mensch wahrnehmen kann (von ca. 390 nm bis ca. 780 nm).
- Als unsichtbares Licht wird ultraviolette Strahlung, infrarote Strahlung und Röntgenstrahlung bezeichnet, welche für den Menschen nicht sichtbar ist.
- Die Sonne ist die Hauptquelle des Lichts auf der Erde. Neben der Sonne gibt es auch künstlich erzeugtes Licht.
- Das sichtbare Licht kann mit Hilfe eines Prismas in die Farben Lila, Blau, Blau-Grün, Gelb, Orange und Rot aufgeteilt werden.
- Je kurzwelliger die Wellen des Lichts sind, desto energiereicher ist das Licht.
- Licht gehört zu den abiotischen Faktoren. Auf unterschiedliche Organismen kann es ganz unterschiedlich Auswirkungen haben.
- Die Grundlage für das Wachstum und die Entwicklung einer Pflanze ist die Photosynthese. Für diese benötigen Pflanzen die Energie des Lichts.
- Beim Menschen reguliert Licht den Tag-Nacht-Rhythmus sowie damit verbundene Prozesse und ermöglicht das Wahrnehmen der Umwelt mit den Augen.
- Bei Tieren beeinflusst das Licht viele unterschiedliche Prozesse, vor allem aber die Aktivität und die Orientierung.
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