E12 Im Medium verfügbare physikalische Größen

Thema

Die physikalische Umgebung des Wahrnehmenden enthält mehrere unterschiedliche Größen, die Informationen über ihn transportieren können – dieselben Informationen, die bereits durch ein anderes Modell dieser Menge erfasst wurden: elektromagnetische Felder wie Licht, Radiowellen oder Infrarotstrahlung; mechanische Wellen wie Schall, Vibrationen oder seismische Erschütterungen; thermische Felder wie Wärmefluss oder Temperaturgradienten; chemische Konzentrationsgradienten; das Gravitationsfeld; und das Erdmagnetfeld. Die Tatsache, dass diese physikalische Umgebung eine zusätzliche Größe unter all diesen verfügbaren Größen bietet, bedeutet, dass es folglich eine zusätzliche Informationsquelle über dieselbe Umgebung für jeden Empfänger gibt, der diese erfassen kann.

Das Abstandsgesetz ist unter all diesen physikalischen Größen dieser Umgebung eine der universellsten: Es gilt für elektromagnetische Strahlung, für Schall, der sich im freien Raum ausbreitet, und auch für einen Geruch, der sich ohne zwischenzeitliche Konvektion ausbreitet. Es bestimmt somit die effektive Reichweite jedes Sensors, der versucht, eines dieser Signale zu erfassen. Verdoppelt sich der Abstand zwischen Sensor und Signalquelle, reduziert sich die Intensität des den Sensor erreichenden Signals gemäß dem Abstandsgesetz auf nur noch ein Viertel ihres ursprünglichen Wertes. Ein Organismus, der ein durch diese Dämpfung bereits abgeschwächtes Signal wahrnehmen muss, hat daher hochempfindliche Rezeptoren entwickelt – dieselbe Empfindlichkeit, die dieser sensorische Kanal in einem anderen Modell dieses Systems aufweist, um genau diese Dämpfung auszugleichen.

Diese mechanischen Wellen transportieren in dieser Umgebung während ihrer Ausbreitung gleiche Anteile an kinetischer und potenzieller Energie. In Wasser, mit seiner hohen Dichte und hohen Elastizität, breitet sich dieser Schall viel schneller aus und wird viel weniger gedämpft als derselbe Schall in Luft. Dies erklärt das überlegene Unterwassergehör von Fischen und Walen im Vergleich zu entsprechenden Landtieren. Die Tatsache, dass das Medium, durch das sich dieser Schall ausbreitet, dichter und starrer ist als Wasser im Vergleich zu Luft, bewirkt, dass sich der Schall schneller ausbreitet und auf seinem Weg viel weniger gedämpft wird.

Diese chemischen Konzentrationsgradienten in dieser Umgebung werden hingegen durch Diffusion verteilt, gemäß der gleichen Fickschen Gleichung wie für eine Punktquelle: Diese Abhängigkeit impliziert, dass ein chemisches Signal umso später eintrifft, je größer die Entfernung von seiner Quelle ist, und dass es sich zudem mit dem Quadrat dieser Entfernung verdünnt. Diese chemischen Konzentrationsgradienten sind letztlich die einzige physikalische Größe dieses Modells, die ein Chemorezeptor – sei es eine Nase, ein Geschmacksorgan oder eine Antenne – direkt erfassen kann. Die Tatsache, dass die Quelle dieses chemischen Signals weiter vom Chemorezeptor entfernt ist, bedeutet, dass das Signal gemäß der Fickschen Gleichung folglich später und in einer deutlich geringeren Konzentration eintrifft.

Daher dient das Erdmagnetfeld in diesem Modell mit seinem Abstandsgesetz und den eingeführten chemischen Konzentrationsgradienten als absoluter Orientierungspunkt für zahlreiche Arten, wie beispielsweise Zugvögel, Schildkröten oder sogar Bakterien. Die räumliche Variation dieses Erdmagnetfelds ist über große Entfernungen sehr langsam, wodurch es als eine Art biologischer Kompass sehr stabil ist, allerdings für eine noch präzisere Lokalisierung über kurze Distanzen wenig geeignet. Da diese Spezies das Erdmagnetfeld zur Orientierung nutzen muss, ist die Entwicklung eines biologischen Sensors mit extrem hoher Auflösung erforderlich, der selbst deutlich kleinere Variationen als die eingangs erwähnte langsame räumliche Variation erfassen kann.

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