Rätselfrage: Lotus-Effekt

Bionik heißt das Prinzip, Ideen aus der Natur zu verstehen und sie auf die Technik zu übertragen.

Welche Erfindungen auf diesem Weg schon gemacht wurden, hast du im fuppMagazin bereits kennen gelernt. Biologen und Ingenieure, also Menschen, die zum Beispiel das Fahrrad oder das Auto erfunden haben, arbeiten in der Bionik zusammen, um neue Dinge zu entdecken.

Gemeinsam haben die Forscher auch den sogenannten Lotus-Effekt entdeckt. Auf dem Foto siehst du, dass Wasser auf einigen Pflanzen einfach abperlt. Das kann man auf den Blättern einer Akelei, beim Weißkohl oder der Lotuspflanze beobachten. Wie eine Akelei aussieht, siehst du auf dem Foto neben der Nahaufnahme der Wassertropfen:

Vielleicht kennst du die Akelei (rechtes Bild) aus deinem Garten. Diese Blume gibt es mit verschiedenen Blütenfarben. Von den Blättern der Akelei perlt Wasser einfach ab (linkes Bild). Weißt du, warum? | Fotos: Martin Krauß

Wir wollen von dir wissen:

Warum perlt Wasser von den Blättern einer Akelei oder einer Lotuspflanze ab?

Im folgenden Video kannst du dir den Lotus-Effekt noch eimal genauer anschauen.

Unter allen Teilnehmern, die uns bis zum 31. Dezember 2012 ihre Lösung gemailt haben, verlosen wir einmal das Buch “Die genialsten Erfindungen der Natur?. Die Antwort auf unsere Frage gibt es dann nach Ende des Gewinnspiels hier auf dieser Seite. Dann erfährst du, was der Lotus-Effekt ist.

Wir gratulieren Theo (sieben Jahre alt) zum Gewinn des Buches “Die genialsten Erfindungen der Natur”. (21.01.2013)

Auflösung des Rätsels

In den 1970er Jahren machte der Bonner Pflanzenkundler Professor Wilhelm Barthlott eine Entdeckung: Die Blätter der Lotusblume, die zum Beispiel in Indien wächst, sind immer sauber. Die Lotusblume kann ihre Blätter von Schmutz befreien und auch Wasser perlt von ihren Blättern ab. Das nennt man Selbstreinigung. Bei uns gibt es Pflanzen, die sich ähnlich verhalten, zum Beispiel der Weißkohl oder die Kapuzinerkresse. Der “Selbstreinigungseffekt” hat seinen Namen aber ursprünglich von der Lotuspflanze, deswegen heißt er Lotus-Effekt.

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Die Lotusblume kann ihre Blätter von Schmutz befreien. 
Foto: Shin-改, Japan, wikipedia.org

Professor Wilhelm Barthlott hat die Blätter einer Lotusblume damals unter einem Mikroskop untersucht. Ein sogenanntes Lichtmikroskop ist eine sehr starke Lupe, aber man kann damit einen Gegendstand nicht endlos vergrößern. Sehr kleine Dinge kann man mit einem Lichtmikroskop also nicht erkennen.

Mit einem Elektronenmikroskop können Wissenschaftler sich jedoch das Innere oder auch die Oberfläche eines Gegenstandes anschauen, die unter einem Lichtmikroskop nicht sichtbar wäre. Damit gelang es Barthlott auch, das Geheimnis der Lotusblume zu lüften.

Der Wissenschaftler entdeckte auf ihren Blättern eine Wachsschicht. Wachs kennt ihr von den Geburtstagskerzen auf eurem Kuchen. Es ist ein Stoff, der Wasser überhaupt nicht mag. Wissenschaftler nennen diese Eigenschaft hydrophop. Das Wort kommt aus dem Altgriechischen: hydor bedeutet Wasser und phobos heißt Furcht.

Wenn Wasser auf die Blätter der Lotuspflanze tropft, dann nimmt der Wassertropfen eine schmale und hohe Form an, damit er so wenig Kontakt wie möglich mit der Oberfläche hat. Deswegen kann er sich nicht so gut halten weil die Oberfläche kleiner ist. Wäre die Wachsschicht nicht da, würde der Wassertropfen flach sein, damit er möglichst viel von der Oberfläche berührt und daran haften kann.

Der Lotus-Effekt
Grafik: William Thielicke, CC BY-SA 3.0, wikipedia.org

Die Blätter der Lotusblume haben zusätzlich auch ganz viele Noppen auf ihrer Oberfläche, wie du auf der Grafik erkennen kannst. Diese Noppen sind nur wenige Mikrometer groß. Eintausend Mikrometer sind so groß, wie ein Millimeter, also wie der Abstand zwischen zwei kleinen Strichen auf deinem Lineal.

Wenn ein Wassertropfen auf das Blatt fällt, kommt er nur mit den Spitzen der sehr kleinen Noppen in Berührung. Dadurch bleibt das Wasser noch weniger an der Oberfläche haften. Es bildet fast kugelförmige Tropfen, die wie Bälle abrollen.

Auch Schmutz kann durch diese Noppen nicht auf dem Blatt haften bleiben. Er liegt auf den Spitzen der kleinen Erhebungen, die du mit deinem Auge weder sehen noch mit den Fingern fühlen kannst. Rollen dann die Wassertropfen über das Blatt, bleiben die Schmutzteilchen an der glatten Oberfläche der Wassertropfen haften und das Lotusblatt wird wieder sauber.

Wissenschaftler versuchen nun, diesen Effekt auch auf technische Dinge zu übertragen. So wurde zusammen mit einer Firma eine Farbe entwickelt, mit der Maler Hauswände streichen können. Inzwischen gibt es einige Häuser, die durch diese besondere Farbe wieder sauber werden, wenn es regnet. Der Lotus-Effekt dieser Farbe ist aber nicht dauerhaft. Die kleinen Noppen, die ein Maler beim Anstreichen mit der Farbe anbringt, können auf der Hauswand nicht einfach nachwachsen. Die Lotusblume hat hier noch einen Vorteil gegenüber der Technik.

(von Martin Krauß)