Licht Biologie

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.

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.

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.

Abiotischer Ökofaktor Licht

Die Biologie definiert abiotische Umweltfaktoren als sogenannte nicht lebendige Faktoren der Umwelt, welche alle Lebewesen beeinflussen.

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.

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:

1. Den Stoffwechsel (auch: Photosynthese)
2. Die Formentwicklung (auch: Photomorphogenese)
3. 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).

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.

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.

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.

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.

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.

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 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.

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:

1. Tagaktive Tiere (z. B. Eidechsen)
2. Dämmerungsaktive Tiere (z. B. Igel)
3. Nachtaktive Tiere (z. B. Fledermäuse)

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.

Zudem lösen bestimmte Tageslängen unter anderem den Beginn vom Vogelzug in den Süden aus oder führen bei Insekten zu unterschiedlichen Entwicklungen.

Licht als Orientierung

Für viele Tiere wird Licht zur Orientierung benötigt, zum Beispiel für Insekten und Vögel.

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.