Dr. Jeffs Blog über das Universum

DIE LÖSUNG DER WÖCHENTLICHEN HERAUSFORDERUNG 1: Ein Pfund Ameisen und die Fähigkeiten intelligenter Biomasse

Geschrieben von DrJeff am 1. Juni 2009

Abgelegt unter 1.1. Dr. Jeffs wöchentliche Herausforderung, 1.2. Lösungen für wöchentliche Herausforderungen, 1.3. Autofahren mit Jordi, 4. Die Erde, 4.1. Umwelt und Klimawandel, 4.2. Allgemeine Biosphäre

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Dieser Beitrag ist die Lösung einer Dr. Jeff’s Weekly Challenge.

Für diejenigen von euch, die letzte Woche die Weekly Challenge 1 gelesen haben und nun gespannt auf die Antworten warten, hier sind sie. Für diejenigen unter euch, die die wöchentliche Herausforderung 1 noch nicht gelesen haben, schaut nicht hin! Geht direkt zur Herausforderung und lest sie zuerst, geht nicht vorbei und sammelt keine 200 Dollar.

Und jetzt die Antworten-

1. Wie viele Ameisen sind in einem Pfund Ameisen?

Hinweis: Es gibt keine einzige Antwort, weil es viele verschiedene Ameisenarten gibt. Also recherchiere ein wenig über Ameisen, finde eine Antwort und schaue, ob deine Antwort in den Bereich fällt, den ich dir nächste Woche geben werde.

Die Antwort:

1,5 MILLIONEN Ameisen in einem Pfund Ameisen! (Tolle Frage, Jordi, die deinen Vater verblüfft hat.) Das setzt eine durchschnittlich große Ameisenart voraus und dass es sich um Arbeiterameisen handelt. (Gibt es nicht immer einen Haftungsausschluss für eine Antwort auf eine einfache Frage?)

Abhängig von der Ameisenart gibt es irgendwo zwischen 190.000 und 7,5 MILLIONEN Ameisen in einem Pfund Ameisen! Siehe den Abschnitt „Wie bin ich auf die Antworten gekommen?“ weiter unten.

2. Wie viel wiegt die menschliche Rasse?

Tipp: Du musst wissen, wie viele Menschen es auf dem Planeten gibt. Hier ist die Antwort, mit freundlicher Genehmigung des U.S. Census Bureau.

Die Antwort:

Bei etwa 6,8 Milliarden Menschen auf der Erde ergibt sich das Gewicht der menschlichen Rasse –

englisches System: 440 Millionen Tonnen (1 Tonne = 2.000 lbs)

metrisches System: 410 Millionen Tonnen (1 Tonne = 1.000 kg)

Siehe den Abschnitt „Wie bin ich auf die Antworten gekommen?“ unten.

WOW!!! Ich glaube, ich bin beeindruckt. Aber … warte eine Sekunde. Das ist einfach eine GROSSE Zahl. Ich habe KEINE KLARHEIT, was diese große Zahl bedeutet. Wenn ich sie wirklich verstehen soll (du auch im Cyberspace), dann muss ich eine Brücke zum Vertrauten schlagen. Gehen wir also zum dritten Teil unserer Aufgabe über.

3. Moment, ich höre Ellen in Detroit sagen: „Aber Dr. Jeff, ich würde lieber das Gesamtvolumen der menschlichen Rasse wissen, mit anderen Worten, wie groß müsste das Raumvolumen sein, damit die gesamte menschliche Rasse hineinpasst?“ Gut gedacht, Ellen! Das ist eine weitere großartige Betrachtungsweise. Machen wir also einen dritten Teil der Aufgabe daraus. Berechne das Gesamtvolumen der menschlichen Rasse, nachdem du 2 oben berechnet hast.

Tipp: Du kannst davon ausgehen, dass wir Menschen größtenteils aus Wasser bestehen, und dass jedes 1.000 kg Wasser einen Kubikmeter Raum einnimmt. Für diejenigen unter euch, die gerne mit dem englischen Einheitensystem rechnen, bedeutet das, dass 1 Tonne Wasser (2.000 lbs) 32 Kubikfuß Raum einnimmt.

Die Antwort:

Die gesamte menschliche Rasse – die Spezies, die die Umwelt in planetarischem Ausmaß verändern kann – passt bequem in eine Kiste mit nur einer halben Meile Seitenlänge (0,75 km Seitenlänge). Siehe den Abschnitt „Wie bin ich auf die Antworten gekommen?“ weiter unten.

Wenn du Washington, DC kennst, ist das ungefähr das Volumen des Raums, der der Größe der National Mall entspricht, die bis zur Spitze des Washington Monuments gefüllt ist.

Wenn du New York City kennst, entspricht das ungefähr dem Raumvolumen des Central Parks, der bis zur Spitze des Flatiron Buildings gefüllt ist.

Ist das nicht unglaublich KLEIN? Kannst du ein entsprechendes Volumen in einer Stadt in deiner Nähe herausfinden?

DIE WICHTIGSTE LEKTION DIESER WOCHE

In dieser Kiste der Menschheit ist vor allem Wasser. In dieser Schachtel befindet sich auch eine Spezies, die sich ihrer selbst bewusst ist, die intelligent ist und die alles und jedes wissen und tun will, und eine Spezies, die die Fähigkeit hat, sich Werkzeuge auszudenken, zu entwerfen und zu BAUEN. Wie kann eine so kleine Kiste mit intelligenter Biomasse den Planeten verändern? TECHNOLOGIE. Mit Hydraulik und Sprengstoff können wir Berge versetzen. Mit Kraftwerken und Motoren, die aus fossilen Brennstoffen Energie erzeugen, können wir den gesamten Planeten aufheizen, die Ozeane anheben und das Wetter auf globaler Ebene verändern. Ich kann mir KEIN besseres Argument für die Notwendigkeit einer naturwissenschaftlichen und technischen Ausbildung vorstellen. Wir als Nation, wir als Welt müssen sachkundige Entscheidungen darüber treffen, wie wir unsere Technologie nutzen, damit wir gute Verwalter des Planeten sein können.

Und nun – wie bin ich auf diese Antworten gekommen?

Die geheime Information ist das Gewicht einer einzelnen Ameise. Du könntest eine normale Google-Suche durchführen und eine Website mit Antworten auf alles finden. So bist du wahrscheinlich zu deiner Antwort gekommen. Vergleichen wir sie mit meiner.

Ich achte immer darauf, dass die Informationen, die ich recherchiere, korrekt sind. Normalerweise traue ich nicht einmal Wikipedia, aber ich benutze sie oft, um mich in die richtige Richtung zu lenken. Am Ende einer Wiki-Seite finden sich oft Verweise auf offizielle Veröffentlichungen von Wissenschaftlern und Ingenieuren, die von …. anderen Wissenschaftlern und Ingenieuren überprüft wurden. Wir nennen dies „begutachtete“ oder „referierte“ Veröffentlichungen, in denen man in der Regel die besten verfügbaren Informationen zu einem Thema findet.

So ist hier die magische Veröffentlichung, die ich von Michael Kaspari gefunden habe, veröffentlicht 2005 in den Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. Michael Kaspari untersuchte sorgfältig Ameisenkolonien an 49 verschiedenen Standorten mit unterschiedlichen Klimazonen und fand 434 Ameisenarten. Ich denke, wir können davon ausgehen, dass er ein Ameisenexperte ist. Er hat diesen Artikel geschrieben, um anderen Wissenschaftlern mitzuteilen, was er gefunden hat. Wenn man sich anschaut, was er geschrieben hat, scheint es ziemlich technisch zu sein, aber es ist erstaunlich, dass er das Ausmaß seiner Forschung in schönen Details beschreibt, indem er zwei sehr mächtige Sprachen benutzt – Englisch und Mathematik. Wissenschaftler und Ingenieure müssen großartige Kommunikatoren sein, wenn ihre Forschung anderen bekannt sein soll. Aber Sie brauchen den Artikel nicht zu lesen, ich übersetze ihn für Sie.

Michael fand heraus, dass das Gewicht einer Arbeiterameise zwischen 0,06 Milligramm und 2,34 Milligramm liegt. (Ein Milligramm ist ein Tausendstel eines Gramms, und ein Gramm ist ein Tausendstel eines Kilogramms. Ein Kilogramm ist 2,2 Pfund.) Die Arbeiterameise der größten von ihm untersuchten Art war 40 Mal so schwer wie die Arbeiterameise der kleinsten Art! Der Durchschnitt lag bei etwa 0,3 mg, was ich verwenden werde. Also:

Gewicht einer einzelnen Ameise ist 0.3 mg

Die Anzahl der Ameisen in einem Pfund Ameisen = 1 Pfund geteilt durch das Gewicht einer einzelnen Ameise

Um zu teilen, musst du die gleichen Einheiten verwenden: da wir das Gewicht einer Ameise in Milligramm haben, rechnen wir in Milligramm.

Umrechnen von 1 Pfund in Milligramm: 1 Pfund = 0,45 Kilogramm = 450 Gramm = 450.000 Milligramm

Nun dividiere: 450.000 Milligramm / 0,3 Milligramm = 1,5 MILLIONEN Ameisen!

Aber WARTEN! Machen wir das für die Arten, mit denen er studiert hat:

– die kleinste Arbeiterameise, die nur 0,06 Milligramm wiegt.

Man erhält 7,5 MILLIONEN Ameisen in einem Pfund Ameisen!

– die größte Arbeiterameise, die 2,34 Milligramm wiegt.

Du bekommst immer noch 190.000 Ameisen in einem Pfund Ameisen!

Hier ist eine coole Frage, die uns zum nächsten Teil der Herausforderung führt. Wenn es so viele Ameisen wie Menschen auf der Erde gäbe, wie viel würden all diese Ameisen wiegen?

(6,8 Milliarden Ameisen) x (0,3 Milligramm pro Ameise) = 2.000 kg (oder, wenn du das englische System magst, etwa 2 Tonnen)

2. Wie viel wiegt die menschliche Rasse?

Mit freundlicher Genehmigung des U.S. Census Bureau sehe ich, dass es zur Zeit etwa 6,8 MILLIARDEN Menschen auf dem Planeten gibt. Ich gehe davon aus, dass der Durchschnittsmensch etwa 60 kg wiegt. Das klingt vernünftig, wenn ich Kinder, den Gewichtsunterschied zwischen Männern und Frauen und die Tatsache berücksichtige, dass die meisten Menschen in ärmlichen Verhältnissen leben.

Das Gewicht der menschlichen Rasse ist dann:

englisches System: 6.8 Milliarden x 130 lbs = 880 Milliarden Pfund =

440 Millionen Tonnen (1 Tonne = 2.000 lbs)

metrisches System: 6,8 Milliarden x 60 kg = 410 Milliarden kg =

410 Millionen metrische Tonnen (1 metrische Tonne = 1.000 kg)

WOW!!!! Oder vielleicht auch nicht.

3. Wie groß wäre das Volumen des Weltraums, das man bräuchte, um die gesamte Menschheit unterzubringen?

Tipp: Man kann davon ausgehen, dass wir Menschen größtenteils aus Wasser bestehen, und jedes 1.000 kg Wasser braucht 1 Kubikmeter Platz. Für diejenigen unter Ihnen, die gerne in englischen Maßeinheiten denken, bedeutet das, dass 1 Tonne Wasser (2.000 Pfund) 32 Kubikfuß Raum einnimmt.

Ja, wir bestehen hauptsächlich aus Wasser. In der Tat behandelt uns sogar das Wasser wie Wasser. Wenn wir in einem Schwimmbecken unter Wasser gehen, sind wir fast neutral schwimmfähig, das heißt, wir sinken nicht zu schnell und steigen nicht zu schnell auf. Wir haben ungefähr die Dichte von Wasser.

So ist das Volumen der menschlichen Rasse:

englisches System: 440 Millionen Tonnen x 32 Kubikfuß/Tonne = 14,1 Milliarden Kubikfuß

metrisches System: 410 Millionen metrische Tonnen x 1 Kubikmeter pro metrische Tonne = 410 Millionen Kubikmeter

Jetzt kommt der lustige Teil.

Nehmen wir an, dass wir die Menschheit in eine Kiste mit dem obigen Volumen stecken. Und nehmen wir an, dass die Kiste ein Würfel ist, bei dem die Länge = Höhe = Breite ist. Wie groß wäre eine Kiste mit dem obigen Volumen?

Volumen eines Würfels = (Seitenlänge) x (Seitenlänge) x (Seitenlänge)

= (Seitenlänge) 3

Um die Länge einer Seite zu erhalten, nimmt man also die Kubikwurzel des Volumens, und man erhält:

– englisches System: Kubikwurzel von 14.1 Milliarde Kubikfuß

Seitenlänge = etwa 2.400 Fuß = 0,45 Meilen!!!

– metrisches System: Kubikwurzel aus 410 Millio Kubikmeter

Seitenlänge = etwa 750 Meter = 0.75 Kilometer!!!

Permalink |Juni 1st, 2009

1. sagt Rob Carr:
   November 22nd, 2009 at 9:24 pm

   Jeff,

   Wie groß ist die Biomasse der Ameisen auf der Erde und wie ist das im Vergleich zur Masse der Menschen auf der Erde?

   Ich habe eine Zahl gefunden, aber ich bin mir nicht sicher, ob ich ihr traue. Ich habe es auf meinem iPhone versucht, während die Steelers gegen KC verloren haben.

2. DrJeff Says:
   November 24th, 2009 at 10:15 am

   HI Rob-
   Ich habe versucht, die globale Biomasse der Ameisen aufzuspüren, aber es gibt viele Quellen und Schätzungen. Hier ist eine so gute Quelle wie jede andere, mit zitierten Referenzen. Die Gesamtbiomasse der Ameisen beträgt das 9- bis 90-fache der Gesamtbiomasse der Menschen. http://en.wikipedia.org/wiki/Biomass_(ecology) Sie können auch sehen, dass der antarktische Krill das 5-fache der menschlichen Biomasse ausmacht.

3. Rob Carr Says:
   November 24th, 2009 at 10:47 am

   Ich für meinen Teil begrüße unsere formischen Oberherren!

   Die Schätzung für die Anzahl der Ameisen, die ich gefunden habe, war um mehrere Größenordnungen höher als die, die Sie gefunden haben – sie schien nicht vernünftig und es gab keine Referenzen. Du hast eine viel logischere Schätzung aufgespürt.

   Ob man nun die Individuen oder die Masse zählt, die Ameisen sind uns zahlenmäßig überlegen/überlegen. Es ist nicht unsere Anzahl oder unsere Masse, die uns zur dominierenden Spezies auf dem Planeten macht. Es ist unsere Fähigkeit, unsere Fähigkeiten mit Hilfe von Werkzeugen zu verstärken, die den Unterschied ausmacht.