Diskussion:Biokonvektion

Eigenzitat und Mangel an Sekundärliteratur

Da es kaum deutschsprachige Darstellungen oder gut verständliche englische Sekundärliteratur gibt, habe ich unter "Lit." ausnahmsweise einen von mir selbst verfassten Artikel aus den 1990ern sowie zwei Primärquellen angegeben, deren Einleitungen brauchbare Zusammenfassungen des Themas darstellen und die Abbildungen zur Veranschaulichung enthalten. Wenn jemand gute Sekundärliteratur findet, bitte gerne ergänzen/ersetzen! --Andrea Kamphuis (Diskussion) 21:30, 6. Jun. 2015 (CEST)

Von der physikalischen Seite her braucht es keinen Beleg, weil offensichtlich. Biologen werden von ihrer Seite das Gleiche behaupten (Existenz von Phototaxis bei einzeln schwimmenden Einzellern mit Dichte größer als die von Wasser). Von daher ist ein Eigenzitat völlig unproblematisch.

Danke auch für die Bilder. Vielleicht interessieren nicht nur mich die Werte der verschiedenen Schichtdicken (in der Bildunterschrift oder nur auf der Bildbeschreibungsseite). --Rainald62 (Diskussion) 10:35, 7. Jun. 2015 (CEST)

Danke; habe die Schichthöhen in 2 Bildunterschriften ergänzt.--Andrea Kamphuis (Diskussion) 13:16, 7. Jun. 2015 (CEST)

Andere Ziele als die Oberfläche

Vielen Dank für den Artikel, der die Vielfältigkeit von Konvektion unterstreicht. Falls es Belege für Biokonvektion oder einen verwandten Effekt gibt, wo die Organismen nicht nach oben, sondern zu anderen Punkten/Richtungen streben, wirst du das wohl ohnehin ergänzen. Es würde mich jedenfalls interessieren. Grüße --Diwas (Diskussion) 02:46, 7. Jun. 2015 (CEST)

Die Oberfläche ist nicht das Ziel, denn von der haben die Einzeller keine Kenntnis (s. nächsten Abschnitt). Für die Gravitation werden sie auch nicht empfindlich sein, vermute ich. Die andere Richtung wird sich also leicht durch eine Beleuchtung von unten realisieren lassen, führt aber nicht zu Konvektion. --Rainald62 (Diskussion) 10:35, 7. Jun. 2015 (CEST)

Ob sie für die Gravitation empfindlich sind, war dann - nach der Diplomarbeit über Biokonvektion - Thema meiner Diss. :-) Die meisten negativ gravitaktischen Mikroorganismen haben ihren Schwerpunkt etwas hinter dem Mittelpunkt; das reicht für eine langsame Aufrichtung beim Schwimmen, per Hebelwirkung. Darüber hinaus deutet einiges auf eine echte physiologische Wahrnehmung des Schwerkraftvektors hin, die für eine schnelle Richtungsänderung sorgt, wenn die Zellen in die völlig falsche Richtung, nämlich nach unten schwimmen. Dann ist die horizontale Komponente sehr klein und damit die Hebelwirkung sehr langsam. Bevorzugt nach oben streben die Organismen, weil sieh dort bessere Lebensbedingungen vorfinden, etwa Licht für die Photosynthese, Sauerstoff für die Atmung oder Nahrung. Da viele von ihnen in trüben oder kapillaren Flüssigkeiten (Schlamm, Misthaufen usw.) leben, orientieren sie sich eher am stets verfügbaren Schwerkraftreiz als am oftmals fehlenden Licht oder am u. U. zu flachen Sauerstoffgradienten. --Andrea Kamphuis (Diskussion) 13:16, 7. Jun. 2015 (CEST)

Zu anderen Zielen: Man kann z. B. phototaktische Mikroorganismen durch seitliches Licht dazu bringen, nicht senkrecht nach oben, sondern schräg nach oben zu schwimmen. Das beeinflusst das Muster; z. B. entstehen dann Streifen- statt Netzmustern. Aber ganz ohne die Vorzugsvektor "nach oben" kommt es nicht zu einer globalen Konvektion - bestenfalls zu einer lokalen Schlierenbildung an der Seite, an der sich die Organismen versammeln. --Andrea Kamphuis (Diskussion) 13:28, 7. Jun. 2015 (CEST)

Vielen Dank für eure Antworten. Organismen die massenhaft nach unten streben und dabei eine geringere Dichte haben als das Medium, wird es wohl nicht geben. Gäbe es positiv geladene Organismen, die in einem elektrischen Feld zur positiven Seite rudern, weil dort durch Wasserelektrolyse Sauerstoff freigesetzt wird, dabei aber durch das Feld zur negativen Platte gezogen werden, könnte man denken, dass dann Konvektion mit horizontalen Plumes entsteht. Aber man muss ja nicht alles denken, was denkbar wäre. Grüße --Diwas (Diskussion) 22:55, 7. Jun. 2015 (CEST)

Gibt es zu "Wahrnehmung des Schwerkraftvektors" auch Sekundärliteratur? --Rainald62 (Diskussion) 23:33, 8. Jun. 2015 (CEST)

Viel mehr als zu Biokonvektion. Suche ich demnächst mal raus. Dass Gravitaxis und Gyrotaxis Rotlinks sind, ist ja ein Unding. :-) --Andrea Kamphuis (Diskussion) 14:00, 9. Jun. 2015 (CEST)

Meine erste Idee zu Gravitaxis von Einzellern fand ich in der verlinkten Arbeit aus dem Jahr 1910 bestätigt. An eine "Taxis" stelle ich höhere Anforderungen (internally coordinated response).

Auch ein passives Hineindrehen in einem Strömungsfeld mit rot v ≠ 0 ist keine Taxis, und wenn kein Wahrnehmungsmechanismus nachgewiesen wird, müsste in einem potenziellen Artikel Gyrotaxis darauf hingewiesen werden, dass es sich nicht um eine Taxis handelt. --Rainald62 (Diskussion) 14:36, 9. Jun. 2015 (CEST)

Oberflächenspannung?

Über welchen Mechanismus spielt die Oberflächenspannung eine Rolle für das Einsetzen der Bewegung? Eine Schwelle würde nicht-newtonsche Strömung bedeuten. Dass danach die Bewegung Gradienten in der Oberflächenspannung hervorruft, die ihr entgegengesetzt sind, ist ebenso klar wie die Kopplung an die Bulk-Strömung (vgl. Marangoni). --Rainald62 (Diskussion) 10:35, 7. Jun. 2015 (CEST)

Das Ganze ist ja durch die Mikroorganismen eine Suspension. Ein Teil der zuerst oben angekommenen Mikroorganismen dockt an die Oberfläche an, die sich wie eine Haut verhält, und steht so für die Strömung nicht zur Verfügung. Die Oberfläche selbst strömt nicht mit. (Reynolds-Zahl der Schwimmbewegung eines Mikroogranismus mit einem Radius von etwa 10^-5 m und einer Schwimmgeschwindigkeit von etwa 100 µm/s: etwa 10^-3, d. h. die Viskosität dominiert. Reynoldszahl der organismenreichen Schlieren, die absinken und die Konvektion antreiben: etwa 5*10^-1, also nahe 1: Weder die Trägheit noch die Viskosität ist vernachlässigbar.) - Nachtrag: Aber du hast recht, das war schief formuliert. Habe die Oberflächenspannung jetzt einfach rausgenommen. --Andrea Kamphuis (Diskussion) 13:16, 7. Jun. 2015 (CEST)

Noch steht "überwinden" im Artikel. Viskosität muss nicht überwunden werden. Falls es einen Schwellwert für das Einsetzen der Bewegung gibt, dann muss die Scherfestigkeit eines Gels überwunden werden. --Rainald62 (Diskussion) 23:40, 8. Jun. 2015 (CEST)

Hast du einen gut verständlichen Formulierungsvorschlag? Mit der Scherfestigkeit eines Gels kommen wir m. E. ohne längere Exkurse nicht weit. Ich habe jetzt auch "um die Viskosität zu überwinden" gestrichen, finde es aber etwas unbefriedigend, dass nun gar nicht mehr klar wird, warum ein Grenzwert überschritten werden muss, damit die Biokonvektion einsetzt. Es gibt eine kritische Rayleigh-Zahl, analog zur kritischen Rayleigh-Zahl bei der Rayleigh-Bénard-Konvektion. In deren Zähler steht unter anderem der Dichteüberschuss der Oberflächenschicht (analog zur Temperaturdifferenz), im Nenner die kinematische Viskosität. --Andrea Kamphuis (Diskussion) 00:38, 9. Jun. 2015 (CEST)

Die Schwelle bei der Rayleigh-Bénard-Konvektion entsteht durch Konkurrenz beim Wärmetransport (konvektiv vs Leitung). Bei der Biokonvektion, so stelle ich mir vor, entsteht eine Schwelle durch die horizontale Diffusion der Organismen (zielloses Schwimmen). Bei zu geringer Strömungsgeschwindigkeit entsteht kein dem Strömungsmuster ähnliches Konzentrationsmuster, insbesondere keine großen Kontraste im 2D-Feld der vertikal integrierten Konzentration, sodass der Antrieb für die Konvektion klein bleibt. Ohne Beleg kann das aber nicht in den Artikel. Vielleicht sollten wir dazu ein Paper schreiben. --Rainald62 (Diskussion) 11:37, 9. Jun. 2015 (CEST)

Es gibt zahllose Arbeiten dazu, aber die sind für Laien (auch für solche mit naturwiss. Vorbildung und solidem mathematischem Grundwissen) kaum verständlich und drum m. E. im Literaturabschnitt wenig wert. Navier-Stokes-Gleichungen in 3 Dimensionen usw. ... - Im Prinzip ist es so, wie du schreibst: geringe Strömungsgeschwindigkeit -> Zellen schwimmen seitlich und nach oben weg -> einsetzende Schlierenbildung erliegt. Bei höherer Strömungsgeschwindigkeit entkommen die Zellen nicht rechtzeitig, und die Schliere stabilisiert sich durch Gyrotaxis (Hineinlenken oder vielmehr Hineingelenktwerden der Zellen ins Schlierenzentrum). --Andrea Kamphuis (Diskussion) 14:00, 9. Jun. 2015 (CEST)