Wissen Hoch 12: Erkenntnisse und Themen die uns bewegen 2007 2008 (German Edition)

Harald Frater Nadja Podbregar Dieter Lohmann

Wissen Hoch 12

Harald Frater Nadja Podbregar Dieter Lohmann

WISSEN HOCH 12 2007/2008

Erkenntnisse und Themen die uns bewegen

Das Wissensjahrbuch

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Harald Frater Nadja Podbregar Dieter Lohmann

MMCD NEW MEDIA GmbH Drakeplatz 4-5 40545 Düsseldorf www.mmcd.de

Mit freundlicher Unterstützung des Stifterverbandes für die Deutsche Wissenschaft Barkhovenallee 1 45239 Essen www.stifterverband.de

Wissen hoch 12 im Internet: www.wissen-hoch-12.de

ISBN 13 978-3-540-74546-4 Springer Berlin Heidelberg New York Bibliografische Information der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.ddb.de abrufbar. Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutzgesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Springer ist ein Unternehmen von Springer Science+Business Media springer.de © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2008 Grafik, Satz und Layout, Umschlaggestaltung: Harald Frater – MMCD NEW MEDIA GmbH Umschlagbild: Erlebniswelt Renaissance, Hameln Gedruckt auf säurefreiem Papier 30/3180 as 987654321

Vorwort

Warum dieses Buch? Weil Wissenschaft fasziniert. Weil Wissenschaft die Gesellschaft prägt. Weil Wissenschaft Wohlstand schafft. Kurzum, weil Wissenschaft alle angeht. Wissenschaft fasziniert. Woher wir kommen, wohin wir gehen, wo unser Platz im Kosmos ist, das sind die großen Menschheitsfragen. Weder Religion noch Kultur noch Wissenschaft können darauf abschließende Antworten geben. Aber was die Wissenschaftler entdecken, wenn sie ihren Blick in die Tiefen des Weltalls schweifen lassen, in die kleinsten Verästelungen des menschlichen Genoms senken oder den Mensch und seine Kultur selbst betrachten, ist für die Antworten durchaus von Belang. Wie die Wissenschaften versuchen, den Mensch zu verstehen, will Wissen hoch 12 zeigen. Wissenschaft prägt die Gesellschaft, Wissenschaft schafft Wohlstand. Beides tut sie auf oft überraschende Weise. Man denke nur an das Internet, dessen Ursprung im Datenaustausch zwischen nordamerikanischen Hochschulen liegt und längst die Art und Weise revolutioniert hat, wie wir kommunizieren, uns informieren, Freundschaften pflegen, leben, arbeiten und Geld verdienen. Wissen hoch 12 fragt danach, was die wissenschaftlichen Errungenschaften des Jahres 2007 für unser Leben bedeuten. In ihrer gesellschaftlichen Prägekraft liegt aber auch eine umstrittene Seite der Forschung. Wo Wissenschaft die Gesellschaft verändert, kommt die Politik ins Spiel. Wenn wir uns fragen, ob die Kernenergie eine Zukunft hat, wenn wir Chancen und Risiken der Gentechnik abwägen, wenn wir

über die ethischen Implikationen der Stammzellforschung streiten, dann setzt die Debatte den informierten Bürger voraus. Deshalb muss Wissenschaft die Öffentlichkeit suchen. Sie tut dies seit einigen Jahren mit wachsender Energie. Starke Impulse haben auch die Jahre der Wissenschaften dem Dialog gegeben. 2007 war das Jahr der Geisteswissenschaften, aber auch der Beginn des Internationalen Polarjahrs und des „Year of Planet Earth“. Wissen hoch 12 hat nachgeschaut, was das Jahr der Wissenschaft und der Öffentlichkeit gebracht hat – und wird damit selbst zu einem Teil des Dialogs. Das Buch möchte ein Schauund Lesevergnügen für all diejenigen sein, die den wissenschaftlichen TopThemen des Jahres im Überblick nachspüren wollen. Wissen hoch 12 zeigt aber nicht bloß die fertigen Ergebnisse der Forschung. Das Buch zeigt auch den Weg dahin und analysiert die Bedeutung und möglichen Auswirkungen der neuesten Entdeckungen und Erfindungen. Wissen hoch 12 blickt hinter die Kulissen. Wie Wissenschaftler arbeiten, was sie antreibt, kurz: wie Wissenschaft als Beruf funktioniert – auch das lässt sich zwischen den Buchdeckeln entdecken. Für den Stifterverband war es deshalb keine Frage, das Projekt zu unterstützen. Ich freue mich darauf, die Lektüre mit vielen Menschen zu teilen.

Essen, im Oktober 2007

Dr. rer. pol. Arend Oetker, Präsident des Stifterverbandes für die Deutsche Wissenschaft

Inhalt Das Wissensjahr 2007/2008 Wissenschaftsjahr 2007: Die Geisteswissenschaften ............................................. 4 Wissenschaftsjahr 2008: Die Mathematik .................................................................. 7 Internationales Polarjahr 2007/2008............................................................................. 8 International Year of Planet Earth 2007-2009 .......................................................... 12 Stadt der Wissenschaft Braunschweig 2007 ............................................................ 16

Chronik – Die Themen des Monats Oktober 2006 ...................................................................................................................... 20 November 2006 ................................................................................................................. 24 Dezember 2006 .................................................................................................................. 28 Januar 2007 ......................................................................................................................... 32 Februar 2007 ....................................................................................................................... 36 März 2007 ............................................................................................................................ 40 April 2007 ............................................................................................................................. 44 Mai 2007 ............................................................................................................................... 48 Juni 2007 .............................................................................................................................. 52 Juli 2007 ................................................................................................................................ 56 August 2007 ........................................................................................................................ 60 September 2007 ................................................................................................................ 64

Ausgezeichnete Wissenschaft Ein Nobelpreis für den Klimaschutz ........................................................................... 70 Nobelpreis für Medizin/Physiologie ........................................................................... 72 Nobelpreis für Chemie .................................................................................................... 74 Nobelpreis für Physik ....................................................................................................... 76 Der Deutsche Zukunftspreis ......................................................................................... 78 Der Leibniz-Preis ................................................................................................................ 80

Faszinierende Bilder aus der Wissenschaft ....................................... 82 Highlights aus der Wissenschaft KOSMOS Und es fließt doch (noch): Wasser auf dem Mars ................................................... 96 Auf der Suche nach einer zweiten Erde .................................................................. 104 Dunkle Materie – Gerüst des Universums ............................................................. 107

ERDE, WETTER, KLIMA Orkane, Brände, Fluten – schwere Naturkatastrophen weltweit .................. Immer häufiger? – Extreme Wetterereignisse in Europa .................................. Weltklima – Das Update ............................................................................................... Erde 2.0 – Neues vom Blauen Planeten...................................................................

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Wissen hoch 12

KÖRPER, GEIST, GEHIRN Vogelgrippe – auch in diesem Jahr ......................................................................... 128 Kampf gegen den Hirnschwund .............................................................................. 130 Neurobiologische Wurzeln unseres Verhaltens .................................................. 136

QUANTEN, LASER, ZAHLENSPIELE Auf dem Weg zum Quantencomputer .................................................................... 144 Verschlüsselung durch „spukhafte Fernwirkung“ ................................................ 150 Neues mit Licht und Laser ........................................................................................... 154

SCHICHTEN, STOFFE, NANORÖHRCHEN Neues aus der Nanowelt ............................................................................................... 162 Farben ohne „Farbe“ für die Technologie der Zukunft ....................................... 170

ZELLEN, GENE, DNA Mehr als nur die Gene ................................................................................................... 174 Ist Krebs unser genetisches Schicksal? .................................................................... 181 Stammzellen aus der Haut ........................................................................................... 183

PFLANZEN, TIERE, LEBENSWELTEN Affen, Algen, Tausendfüßer – Neuen Arten auf der Spur .................................. 186 Orientieren, helfen, bestrafen – Fähigkeiten im Tierreich ................................ 188 Gekommen, um zu bleiben – biologische Einwanderer ................................... 193 Gott oder Darwin? Streit um den Kreationismus ................................................ 198

MENSCH UND GESELLSCHAFT Spitzensport als Spritzensport? ................................................................................. 206 G8: Die Tage von Heiligendamm ............................................................................... 213 Neuer Streit um Atomenergie .................................................................................... 218

SCHÄTZE, KNOCHEN, ERDZEITALTER Ton, Steine und Scherben – Rätsel der Archäologie .......................................... 228 Neues aus der Urzeit ...................................................................................................... 234 Dinosaurier – geheimnisvolle Giganten ................................................................. 238

KURIOSES ........................................................................................................................ 244

Ein- und Ausblicke Wissen zum Anfassen – Science Center in Deutschland ............................... 250 Deutschlands Universitäten im Shanghai-Ranking 2007 .............................. 258 Ausblick 2008 – Stimmen aus der Wissenschaft ............................................... 260

Index

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WISSENSJAHR

Schmelzender Eisberg in der Antarktis – der Klimawandel war eines der beherrschenden Themen des Jahres 2007. © National Science Foundation/Zee Evans

Das Wissensjahr 2007 - 2008 Science goes public! Mit zahlreichen Aktivitäten und Aktionen sucht die Wissenschaft den Dialog mit der Öffentlichkeit – und findet ihn. Das beweisen die inzwischen sehr populären Wissenschaftsjahre, in deren Rahmen sich jedes Jahr eine andere Fachdisziplin präsentiert und einen Blick hinter die Kulissen gewährt. Doch auch internationale Wissensjahre machen auf sich aufmerksam: Das Internationale Polarjahr sowie das Internationale Jahr des Planeten Erde stellen ein Thema in den MIttelpunkt, das im Jahr 2007 die Menschen bewegte: der Klimawandel. Es scheint, dass diese Besorgnis erregende Entwicklung erst

in diesem Jahr im Bewusstsein der Bevölkerung und auch in der Politik angekommen ist – obwohl die Wissenschaft bereits seit vielen Jahren mahnt und Beweise sowohl für Ursachen als auch für die Auswirkungen vorgelegt hat. Die Wissenschaftsjahre geben einen guten Anlass, sich aktiv mit der Alltagstauglichkeit wissenschaftlicher Forschung auseinanderzusetzen. Universitäten und Forschungseinrichtungen öffnen ihre Pforten und offerieren so den Dialog mit den Bürgern. Denn Wissenschaft schafft Argumente durch Fakten und bietet damit die Grundlage zur Teilnahme am öffentlichen Diskurs für jeden Einzelnen.

WISSENSJAHR

Wissenschaftsjahr 2007 Die Geisteswissenschaften Von den Hieroglyphen des alten Ägypten über die kunstvoll verzierten Manuskripte von Mittelalter und Renaissance bis hin zu den Computertastaturen unserer Zeit – ohne Sprache und Schrift gäbe es keine kulturelle Entwicklung. © SXC, Harald Frater

Von AUFKLÄRUNG bis ZUKUNFT reicht das ABC der Menschheit, das sich das Jahr der Geisteswissenschaften zum Motto genommen hat. Im Mittelpunkt dabei: die Sprache. Sie bildet die gemeinsame Basis für alle geisteswissenschaftlichen Fächer. Ob der literarische Umgang mit ihr, die Erforschung der Sprache und ihrer Entwicklung oder der Zusammenhang von Sprache und Denken – ohne sie gäbe es weder Literatur noch Philosophie und möglicherweise auch keine Religion. Mit den 26 Buchstaben des Alphabets verband das Wissenschaftsjahr 2007 symbolhaft Begriffe, die für die Geisteswissenschaften, aber auch für die menschliche Gesellschaft zentral sind: Aufklärung, Bild, Courage, Demokratie, Ethik, Freiheit, Gedächtnis, Heimat, Irrtum, Jugend, Kreativität, Lust, Möglichkeit, Neugierde, Orient, Person, Querdenken, Religion, Sprache, Toleranz, Utopie, Vertrauen, Würde, Xenophobie, Yin/Yang, Zukunft. Den Anfang macht dabei die Aufklärung. Die „Epoche des Lichts“ rückt die Vernunft in den Mittelpunkt und bahnt den Weg für unabhängiges Fragen und Denken. Z wie Zukunft bildet dagegen den Schlusspunkt des Alphabets. Denn auch auf dem Weg in kommende Zeiten ist geisteswissenschaftliche Erkenntnis unverzichtbar. Im Wissenschaftsjahr wurden Antworten auf Fragen nach dem Sinn der Geisteswissenschaften gegeben:

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Die Wissenschaftsjahre

Vermitteln: Die Geisteswissenschaften leben aus dem Wort. Sie analysieren Begriffe und Bedeutungen, sie übersetzen und vermitteln Inhalte und sichern so die Grundlagen für unser Wissen über die menschliche Kultur. Die Geisteswissenschaften sind beispielsweise auch gefragt, wo Gentechnik oder Medizin möglich machen, was bislang undenkbar war, wo es unterschiedliche Sprachen zu erklären gilt oder wo Traditionen verstanden und übersetzt sein wollen. Gestalten: Wie sehen wir unsere Welt? Was finden wir schön? Die Geisteswissenschaften untersuchen, wie Kulturen unsere Wahrnehmung der Wirklichkeit gestalten. Aber sie wirken an dieser Gestaltung auch selbst mit, indem sie unser Selbstverständnis formen und unser Wissen strukturieren.

Erinnern: Die Geisteswissenschaften sind die Brücke zwischen Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft. Indem sie erinnern und bewahren, prägen sie Kulturen und Traditionen und öffnen die Gesellschaft für die Zukunft. Sie reflektieren Grundlagen, Traditionen und Erinnerung und beeinflussen unser Selbstverständnis, das im Rückgriff auf die Vergangenheit entsteht. Eine ganze Reihe von Veranstaltungen, Wettbewerben und Initiativen machten die Geisteswissenschaften in diesem Jahr auch konkret erlebbar. So standen im April 2007 in Wolfsburg Beitrag und Rolle der Geisteswissenschaften in der Wirtschaft im Mittelpunkt. Auf eine interdisziplinäre Entdeckungsreise begab sich dagegen die im Mai gestartete Veranstaltungsreihe KulTouren in Köln. Von Juni bis Oktober besuchte das Ausstellungsschiff MS Wissenschaft zudem 30 deutsche Städte und lud die Besucher ein, sich aus unterschiedlichen Perspektiven mit dem Thema Sprache auseinanderzusetzen. In einem Poetry Slam Wettbewerb traten in über 80 Städten unter 20jährige Sprachartisten gegeneinander und miteinander an. Den großen Rahmen setzten die Auftaktveranstaltung im Januar 2007 in Berlin, der Wissenschaftssommer im Juni in Essen und die Münchener Wissenschaftstage im Oktober.

Das Museum im Koffer und der Reiseführer im Ohr Ein Museum zum unter den Arm klemmen, einen Reiseführer, der mir die Sehenswürdigkeiten vor meinem Zugfenster erklärt oder das Ruhrgebiet als Turm zu Babel – seit Sommer 2007 sind diese Dinge Realität. Denn damals endete der Hochschul-Wettbewerb „Geist begeistert“, in dem Studierende aufgefordert wurden, die Bedeutung und Leistungen der Geisteswissenschaften mit geistreichen und überraschenden Projekten in das Licht der Öffentlichkeit zu rücken. Und die Ergebnisse konnten sich sehen lassen. Eine der 15 ausgezeichneten Ideen: das „Museum im Koffer“ des Teams der Universität Paderborn. Sie entwickelten für die Klassik-Stiftung Weimar einen tragbaren Museumskoffer, dessen Exponate Auskunft über Alltagskultur, Literatur, Kunst und Musik am Hofe Anna Amalias geben. Er wurde an die großen Weimarer Museen verteilt und soll diese in ihrer museumspädagogischen Arbeit unterstützen. Einen eher akustischen Ansatz verfolgten dagegen die Studierenden der TU Dresden. Sie entwickelten

Jahr der Geisteswissenschaften

Ob Philosophie oder Geschichtswissenschaften, Turkologie oder Amerikanistik: Die Geisteswissenschaften standen 2007 erstmals im Mittelpunkt eines Wissenschaftsjahres. Nach sieben naturwissenschaftlich ausgerichteten Wissenschaftsjahren ging es 2007 um die Vielfalt und Bedeutung der geisteswissenschaftlichen Fächer, ihre Themen und Methoden.

„Die Grenzen meiner Sprache bedeuten die Grenzen meiner Welt.“ Ludwig Wittgenstein, Philosoph „Naturwissenschaftler wissen genau, wie zwei Atome in einem Molekül zusammengehalten werden. Was aber hält unsere Gesellschaft zusammen?“ Elisabeth Noelle-Neumann, Demoskopin „Geisteswissenschaften haben den unschätzbaren Vorzug, dass sie um Materie bereinigte Zeiträume des Innehaltens eröffnen.“ Stephan Frucht, Geschäftsführer des Kulturkreises der deutschen Wirtschaft im BDI e. V.

„Die praxisorientierte Verbindung von geisteswissenschaftlicher Denke mit Methoden und Herangehensweisen, wie sie in sozial-, wirtschafts-, und naturwissenschaftlichen sowie in technischen Fächern vermittelt werden, macht uns gesellschaftlich insgesamt innovativer und reicher, materiell wie immateriell. Roland Berger, Unternehmensberater

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„Angesichts der praktischen, gesellschaftlichen und politischen Probleme, vor die uns die Biowissenschaften stellen, zeigt sich also, wie unerlässlich die Geisteswissenschaften mit ihren Methoden und Inhalten sein können, wenn sie selbst ihr Wissen aktivieren und in eine disziplinübergreifende Auseinandersetzung einbringen.“ Silke Schicktanz, Biologin und Bioethikerin

ein Hörprogramm, das Reisende auf der ICE-Strecke Eisenach - Erfurt - Weimar Leipzig - Dresden darüber informiert, welche Sehenswürdigkeiten sie beim Vorüberfahren sehen und auf welche Geschichte sie zurückblicken. Zusammen mit einer Begleitbroschüre, dem ZugBildungsPlan, kann das Programm demnächst entweder kostenlos als MP3-Format online geladen, als CD in den Zügen und Bahnhofsbuchhandlungen erworben oder mitsamt einem MP3-Player ausgeliehen oder gekauft werden.

Das schönste ABC der Welt Fast jeder hat ein Wort, an dem er hängt. Weil es schön klingt, so treffend sagt, was es meint oder einfach nur kurios ist. Auf die Suche nach genau diesen „Lieblingsworten“ machte sich eine weitere Aktion des Wissenschaftsjahres. Sie forderte Menschen aus aller Welt auf, ihr schönstes Wort einzusenden und in einem kurzen Text zu erklären, was sie daran so schön finden. Von „Marivaudages“ (franz. Getändel) bis „Heilbuttschnittchen“ und „blümerant“ reichten die Beiträge, die aus Ländern wie der Türkei, Kanada, Spanien, Uganda, Israel, Indonesien, China, Schweden oder den USA kamen. Die besten Texte wurden als „schönstes ABC der Welt“ veröffentlicht, der Gewinner gewann eine Reise. Das Jahr der Geisteswissenschaften beschäftigte sich aber auch mit den so genannten Orchideenfächern. Ob Altorientalistik, Skandinavistik oder Japanologie: Diese Fachgebiete sind in Deutschland selten und nur an wenigen Universitäten vertreten. Das Wissenschaftsjahr stellt die Orchideen vor und zeigt, womit sie sich beschäftigen.

Von den „moral sciences“ zur Geisteswissenschaft Die Schule von Athen – in diesem Gemälde verewigte Raphael 1510 einige der großen Philosophen und Gelehrten der Antike. Viele Geisteswissenschaften haben ihren Ursprung in dieser Ära. © historisches Fresko

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Nachwuchssorgen haben die Geisteswissenschaften nicht. Laut Studierendenstatistik waren im Jahr 2003 rund 350.000 Studierende für ein geisteswissenschaftliches Fach eingeschrieben. Das beliebteste Studienfach ist die Gemanistik mit rund 95.000 Studierenden im Jahr 2003. Es folgen die Anglistik und Amerikanistik mit ca. 49.000 Studierenden, die Geschichte mit rund 37.000 Studierenden und schließlich die Romanistik mit ca. 23.000 Studierenden. Der Begriff „Geisteswissenschaften“ etablierte sich im 19. Jahrhundert. Seine Entwicklung ist eng mit den Anfängen der modernen Universität und dem Aufstieg des Bildungsbürgertums verbunden. Die „Geisteswissenschaften“ waren zunächst eine Übersetzung für die „moral sciences“, die der britische Philosoph John Stuart Mill als Abgrenzung zu den „natural sciences“ – den Naturwissenschaften – definiert hatte. In Deutschland wurde der Begriff durch den Philosophen und Pädagogen Wilhelm Dilthey populär, der den Geisteswissenschaften in den 1980er Jahren ein spezifisches Profil und eine eigene Methodik verlieh. Geisteswissenschaften liefern bei vielen aktuellen Debatten Hintergrundwissen, machen die Kultur und Kulturen begreifbar und vermitteln zwischen Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft. (Infos und Termine: www.abc-der-menschheit.de)

Die Wissenschaftsjahre

Wissenschaftsjahr 2008 – Die Mathematik Das Wissenschaftsjahr Nummer neun widmet sich der Mathematik – einer gewaltigen Kulturleistung, an der Menschen seit Jahrtausenden arbeiten. Das Jahr zeigt: Mathematik ist Überraschung und Abenteuer. In Mathematik steckt jede Menge Leben. Und im Leben jede Menge Mathematik. Wird es morgen regnen? Produziert mein Navigationsgerät Staus? Kann man an der Börse sicher gewinnen? Die typischen mathematischen Arbeitsweisen – Strukturieren und Abstrahieren – weisen auch den Weg zu Antworten auf solche Alltagsfragen. Warum begeben sich Wissenschaftler auf diese Wege? Was fasziniert sie an Mathematik? Unter dem Motto „Der mathematische Blick“ werden Antworten auf diese Fragen im Wissenschaftsjahr 2008 in die Öffentlichkeit getragen. Möglichst viele Menschen sollen die Faszination erleben, die Mathematiker auf Expeditionen in unbekannte Gebiete der Mathematik führt. Zum anderen soll etwas für ein besseres Mathematikverständnis von Kindern und Jugendlichen getan werden, und zwar ganz konkret: Die Deutsche Telekom Stiftung als Mitinitiatorin dieses Wissenschaftsjahres wird verschiedene Initiativen für erfolgreicheren Mathematikunterricht wie auch den Trainingsauftakt für die 50. Internationale MathematikOlympiade 2009 in Bremen fördern. Mathematik soll sichtbar werden, und zwar in ihrer ganzen Vielfalt. Von „Mathematik im Kino“ bis zu „Mathematik im Wettbewerb“, von Lehrerkongressen bis zum Wissenschaftssommer (28. Juni bis 4. Juli in Leipzig) reichen die Veranstaltungen. Neben dem BMBF beteiligen sich die Deutsche Mathematiker-Vereinigung (DMV), die Gesellschaft für Angewandte Mathematik und Mechanik (GAMM), die Gesellschaft für Didaktik der Mathematik (GDM) und der Förderverein für den Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Unterricht (MNU) an der Ausrichtung. (Infos und Termine: www.w-i-d.de)

Was ist überhaupt Mathematik? „Jede Wissenschaft bedarf der Mathematik, die Mathematik bedarf keiner“, – so charakterisierte der Mathematiker Jakob Bernoulli sie. Und tatsächlich nimmt die Mathematik eine Sonderrolle ein: Sie ist für die Naturwissenschaften unentbehrlich, ist als rein abstrakte Wissenschaft aber eher der Philosophie verwandt und wird von einigen sogar zu den Geisteswissenschaften gezählt. Das Fach Mathematik an der Hochschule und erst recht der Beruf des Mathematikers haben allerdings kaum etwas mit dem allseits eher unbeliebten Schulfach zu tun. Denn während das Rechnen bei letzterem im Vordergrund steht, geht es bei der höheren Mathematik eher darum, mithilfe von Herleitungen bestimmte abstrakte, theoretische Aussagen, die so genannten Axiome, zu beweisen. Diese Formel-Lösungen, als „Sätze“ bezeichnet, bilden dann das theoretische Grundgerüst für zahlreiche Anwendungen, sei es in der Technik, der Wirtschaft, der Physik oder der Astronomie. Mathematik ist aber keineswegs eine Männerdomäne – ganz im Gegenteil: Mehr als die Hälfte aller Mathematikstudierenden in Deutschland sind weiblich. Immerhin 5.100 Mathematiker schlossen 2007 ihr Studium erfolgreich ab und die Tendenz ist steigend.

Mathematik: Für viele Schüler ein Graus, doch jenseits der Schulmathematik hat das Fach Faszinierendes zu bieten. © SXC

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WISSENSJAHR

Internationales Polarjahr 2007/2008 Faszination Antarktis – hier in der Gerlache Strait zwischen der Anvers Insel und dem westantarktischen Festland. © National Science Foundation/Zee Evans

„Ungesehen und unbetreten, in mächtiger Todesruhe schlummerten die erstarrten Polargegenden unter ihrem unbefleckten Eismantel von Anbeginn der Zeiten. Unsäglich langsam nur vermochte das menschliche Auge den Nebel des Eismeeres zu durchdringen; hinter der Nebelwand lag das Land der Mythen.“ Fridtjof Nansen, 1897 Die eisigen Weiten der Pole haben bis heute nichts von ihrem Mythos und ihrer Faszination verloren. Noch immer sind sie entlegen, schwer zu erreichen und noch schwerer zu erkunden. Generationen von Polarforschern zog es in die Eiswelten des hohen Nordens und des Südens, in das Reich der Mitternachtssonne. Trotz modernster Techniken und Ausrüstung – noch immer gehören die Polarregionen zu den am wenigsten erforschten Gebieten der Erde. Dabei reicht ihr Einfluss weit über die hohen Breiten hinaus, in vielen Aspekten sind sie sogar von globaler Bedeutung. Umso wichtiger ist es, die Vorgänge und Gesetzmäßigkeiten dieser scheinbar so lebensfeindlichen Gegenden zu erforschen. Im Rahmen des Internationalen Polarjahres 2007/2008 haben sich nun Wissenschafter aus über 60 Nationen zusammengeschlossen, um die Polargebiete gemeinsam zu untersuchen. Zwei Jahre lang, vom 1. März 2007 bis zum 1. März 2009 werden Forscher zu Land, zu Wasser und aus der Luft die eisigen Welten beproben, vermessen, beobachten

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und studieren. Insgesamt 166 Projekte beschäftigen sich dabei mit ungelösten Fragen aus den Themenbereichen Ozean, Land, Eis, Atmosphäre und Mensch in Antarktis und Arktis. Umgerechnet 1,5 Milliarden US-Dollar investieren die beteiligten Länder in die Forschungsinitiative.

Zusammenarbeit und modernste Technik Erst die internationale Zusammenarbeit, kombiniert mit den technischen Fortschritten der letzten Jahre und Jahrzehnte, ermöglicht es, einen echten Überblick über das Geschehen an den „Enden der Erde“ zu gewinnen. Während die Wissenschaftler in den vergangenen Polarjahren vor 75 und 125 Jahren bestenfalls winzige Ausschnitte und Momentaufnahmen der Entwicklungen und Bedingungen im Eis erkunden konnten, tasten heute beispielsweise Satelliten die Polkappen nahezu lückenlos ab. Ihre Aufnahmen geben längst nicht mehr nur die Oberfläche der Eisdecken wieder, sie blicken auch darunter. Das menschliche „Bodenpersonal“ an Bord der Forschungsschiffe und in den Polarforschungsstationen wiederum sorgt für die Details. Die Wissenschaftler vor Ort nehmen Proben, beobachten Mensch und Tier in den Polgebieten oder analysieren – ebenfalls mithilfe modernster Methodik – winzigste Veränderungen im und am Eis. So setzen Forscher im Rahmen einer vom Alfred-Wegener-Institut für Polarund Meeresforschung (AWI) geleiteten Expedition erstmalig in allen Regionen des Nordpolarmeeres autonome ozeanographische Messbojen ein. Diese driften quer durch den Arktischen Ozean und messen dabei Strömung, Temperatur und Salzgehalt des Ozeans. Per Satellit übertragen die Bojen ihre Daten direkt in die Labore der Wissenschaftler und ermöglichen so eine Überwachung und Beobachtung nahezu in Echtzeit. Ebenfalls neu ist der Einsatz eines Titanmesssystems, das Eisproben kontaminationsfrei analysieren und noch winzigste VerunreiniEs begann vor 125 Jahren... gungen des Eises aufspüren kann. Das Internationale Polarjahr 2007/ Klimaindikator Polareis 2008 ist keineswegs das erste seiner Eines der vielen ForschungsArt. Schon dreimal gab es Vorstöße, themen steht in diesem Polarjahr um die Polarregionen in konzerjedoch ganz oben: das Klima. Denn das tierten Aktionen besser zu erforPolarjahr 2007/08 fällt in eine Zeit, in schen. Die international koordinierte der der Klimawandel und seine mögliPolarforschung begann vor 125 Jahchen Auswirkungen im Mittelpunkt ren mit dem ersten Internationalen des globalen Interesses stehen. Gerade Polarjahr 1882/83. Den Anstoß dazu erst hat der 2007 veröffentlichte Weltgab der aus Hessen stammende klimabericht des IPCC (IntergovernMarineoffizier und Geophysiker Carl mental Panel on Climate Change) Weyprecht. Er setzte durch, dass sich eindeutig bestätigt, dass der Mensch im Rahmen dieser Initiative mehrere tatsächlich dabei ist, das Klima der Nationalstaaten zusammenschlosErde dramatisch zu verändern. „Dass sen, um gemeinsam ein Forschungsgerade jetzt eine der größten internavorhaben durchzuführen. tional koordinierten Forschungskam-

Wie Pfannekuchen sehen die neu entstandenen Schollen des „Pancake“Eises aus. Sie verschmelzen später zu einer geschlossenen Eiskruste. © National Science Foundation/ Zee Evans

Zuvor dienten die nicht ungefährlichen Expeditionen vor allem dem Ruhm und den politischen und wirtschaftlichen Interessen einzelner Länder. Auf das erste Internationale Polarjahr folgten1932/33 das zweite Internationale Polarjahr und im Rahmen des Internationalen Geophysikalischen Jahres 1957/58 das dritte. Alle drei Initiativen erbrachten mit einer Vielzahl von Expeditionen, der Errichtung neuer Forschungsstationen und international koordinierten Beobachtungsprogrammen entscheidende Kenntnisfortschritte über die Polarregionen.

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Immer häufiger zeigen sich offene Wasseradern im arktischen Meereis. © NOAA

pagnen in den Polargebieten stattfindet, ist eine einmalige Chance“, erklärte Professor Reinhard Dietrich, Vorsitzender der Deutschen Kommission für das Internationale Polarjahr. „Nur wenn wir das globale Klima verstehen, können wir gute Vorhersagen machen und uns auf mögliche Veränderungen angemessen vorbereiten.“ Arktis und Antarktis nehmen im irdischen Klimasystem eine Schlüsselrolle ein: Schmilzt das Eis an den Polkappen, steigt der Meeresspiegel und weite Küstengebiete werden überflutet. Tauen die Dauerfrostgebiete, werden riesige Mengen des Klimagases Methan freigesetzt. Wie es um die Polargebiete bestellt ist, hat folglich unmittelbaren Einfluss auf unser Leben. Und genau in diesen Regionen zeigt sich der Klimawandel mit seinen ökologischen und ökonomischen Folgen schon heute besonders deutlich: Nirgendwo auf der Welt steigen die Temperaturen deutlicher und schmilzt das Eis schneller. Die Klimaforscher des IPCC prognostizieren, dass die Arktis bis 2070 sogar fast vollständig eisfrei sein könnte. Neue Daten des Satelliten Envisat der ESA zeichneten im September 2007 sogar ein noch alarmierenderes Bild für das Nordpoleis: „Die eisbedeckte Fläche ist auf nur noch drei Millionen Quadratkilometer geschrumpft”, erklärte Leif Toudal Pedersen vom dänischen Weltraumzentrum. Das ist eine Million Quadratkilometer weniger als die vorherigen Minima in den Jahren 2005 und 2006 und gleichzeitig eine Reduktion, die die bisherigen jährlichen Schrumpfungsraten um das Zehnfache übertrifft. „Diese starke Reduktion in nur einem Jahr ist auf jeden Fall ein Warnzeichen dafür, dass das Eis im Sommer sehr viel schneller verschwinden könnte als erwartet“, so Pedersen. Besonders deutlich wird der Eisverlust an der Nordwestpassage, einer Seeroute, die von der Ostküste Nordkanadas über das Eismeer bis zur Westküste des amerikanischen Kontinents führt. Die normalerweise durch das Meereis versperrte nördlichere Route durch die McClure Strait ist in diesem Jahr nahezu eisfrei. Und auch die Nordostpassage, die von Nordnorwegen durch das russische Eismeer bis nach Asien reicht, ist nur noch durch eine kurze Eisbarriere blockiert. Rein wirtschaftlich wäre eine Eisfreiheit dieser Routen ein großer Vorteil, da dann viele Schiffstransporte diese „Abkürzungen“ nehmen könnten, statt über weitaus längere südlichere Routen fahren zu müssen. Doch aus klimatischer Sicht bedeutet offenes Meer auf diesen Routen ein weiteres, deutliches Alarmzeichen.

Leben im Eis Das Abschmelzen der Eismassen der Arktis hat jedoch nicht nur klimatische Auswirkungen, es betrifft auch ganze Ökosysteme und direkt und indirekt auch die in diesen Regionen lebenden Menschen. Immerhin vier Millionen von ihnen leben in den Gebieten entlang des arktischen Polarkreises. Ob die Rentierzüchter der Samen in Skandinaviens Norden, die Tschuktschen an der Eismeerküste Sibiriens oder die Inuit der Arktis Kanadas und Alaskas – sie alle haben ihre

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Lebensweise an die extremen und unwirtlichen Bedingungen in diesen Regionen angepasst. Und sie alle könnten ihre Lebensgrundlage verlieren, wenn sich das Klima weiter ändert. Schon jetzt versinken die Rentierherden der Samen im Schlamm des auftauenden Permafrosts und die traditionellen Wege der Inuit über das Eis des gefrorenen Meeres schmelzen weg. Eines der Ziele des Polarjahres ist es daher auch, die traditionellen Lebensweisen dieser Völker zu dokumentieren und Möglichkeiten zu finden, diese Kulturen trotz des bevorstehenden Wandels zu erhalten. Doch nicht nur Menschen, auch die Tiere, die das Eis bevölkern, bilden einen Schwerpunkt in der aktuellen Polarforschung. Im Mittelpunkt stehen dabei unter anderem auch die Lebensgemeinschaften des Meereises. In mehr als 30 internationalen Forschungsprojekten beschäftigen sich Wissenschaftler momentan mit diesem immer kleiner werdenden Lebensraum. Ein Teil seiner Bewohner, die Mikroorganismen, die im Eis und an dessen Unterseite leben, bilden eine der wichtigsten Grundlagen der marinen Nahrungskette. Denn sie sind das Futter für die winzigen Krill-Krebschen, die wiederum nicht nur den Fischen, sondern auch den gewaltigen Walen als Nahrung dienen. Doch diese schwimmende Welt ist bedroht: Das Meereis schrumpft und Schadstoffe aus Luft und Wasser beeinflussen und schädigen die sensiblen Organismen. Umso wichtiger ist es, diese im und unter dem Eis verborgene Welt zu erforschen und zu bewahren. Und auch dazu sollen und können die Projekte des Polarjahres beitragen. (Infos und Termine: www.polarjahr.de)

Die internationale Polarforschung – so vielfältig wie die eisige Welt, die sie erkundet. © NASA

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International Year of Planet Earth 2007-2009 Das IYPE befasst sich mit dem System Erde in seiner gesamtheitlichen Betrachtung. © NASA/GSFC

Die Geoforschung ist eine sehr zukunftsorientierte Wissenschaft. Denn die Forscher am System Erde nutzen ihr Wissen über die Gesetzmäßigkeiten und Prozesse unseres Planeten, um daraus Prognosen und Lösungen für die Zukunft zu entwickeln. Das International Year of Planet Earth ist eine gemeinsame Initiative der „International Union of Geological Sciences“ (IUGS) und der UN-Agentur für Erziehung, Wissenschaft und Kultur, der UNESCO und unterstützt von 2007 bis 2009 weltweit Forschungsprojekte und Aktivitäten für die Öffentlichkeit. Die wachsende Weltbevölkerung und die dadurch immer knapper werdenden Rohstoffe und Energieressourcen, die zunehmende Gefährdung der Umwelt, die drohende Klimaveränderung – dies sind die Themen, an denen Geowissenschaftler heute immer mehr forschen. Als Spezialisten für vergangene Katastrophen und ökologische Umschwünge profitieren sie dabei von ihrer historischen Tradition, von ihrem Einblick in die Prozesse, die die Erde immer wieder verändert und geprägt haben. Klimatologen kennen die launische Temperaturkurve des Patienten Erde und entwickeln daraus Prognosen für die Zukunft, Geologen und Geophysiker nutzen ihr Wissen, um die dramatischen Prozesse im Inneren der Erde, um Frühwarnsysteme und Vorsorgemaßnahmen zum Schutz vor Erdbeben oder Vulkanausbrüchen zu entwickeln. Geografen, Geodäten, Geoinformatiker

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Internationales Jahr der Erde

und Geoökologen ermitteln mithilfe von High- und Lowtech-Methoden umweltverträgliche Bahn- oder Straßentrassen oder suchen nach ökologisch vertretbaren Standorten und Möglichkeiten der Abfall- und Altlastenentsorgung. Doch die Geowissenschaftler nutzen nicht nur das aus der Vergangenheit Gelernte für die Zukunft, sie sitzen auch an einer Schnittstelle zwischen naturwissenschaftlicher Grundlagenforschung und praktischer, anwendungsorientierter Ingenieursarbeit. Entscheidend wichtig ist dies vor allem dort, wo es um die optimale und effektive Nutzung der ohnehin immer knapper werdenden Ressourcen geht. Schon John F. Kennedy erkannte dies im Jahr 1961: „Unsere gesamte Gesellschaft ist begründet auf – und abhängig von – unserem Wasser, unserem Land, unseren Wäldern und unseren Rohstoffen. Wie wir diese Ressourcen nutzen, beeinflusst unsere Gesundheit, Sicherheit, Wirtschaft und unser Wohlergehen.“ Genau das soll auch das Jahr 2008 in besonderer Weise deutlich machen: Denn die UN-Vollversammlung hat dieses Jahr zum „International Year of Planet Earth“ erklärt und damit die größte jemals durchgeführte Initiative zur Förderung der Geowissenschaften weltweit lanciert. Gut zwei Jahre lang, von Ende 2007 bis Ende 2009 wird die Aktion dauern. In ihrem Rahmen werden einerseits geowissenschaftliche Projekte verstärkt gefördert, andererseits aber wollen die Geowissenschaftler nun die Gelegenheit nutzen, die Bedeutung ihrer Arbeit für Umwelt und Gesellschaft auch der breiten Öffentlichkeit noch stärker zu vermitteln. Zehn Themen stehen im Fokus:

Das offizielle Logo. © BMBF/IUGS

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WISSENSJAHR

Grundwasser: Reservoir für einen durstigen Planeten? Ein Großteil der Menschen weltweit hat keinen oder kaum Zugang zu sauberem Trinkwasser – und dies, obwohl tief unter ihren Füßen durchaus ausreichend Grundwasser, die Hauptquelle für Trinkwasser, zur Verfügung stünde. Diese wertvolle Ressource aufzuspüren und so nachhaltig zu nutzen, dass sie auch für kommende Generationen noch reicht, das ist eine der vielen Aufgaben der Geowissenschaftler.

Georisiken: Gefahr minimieren, Bewusstsein maximieren Die Erde ist ständiger Veränderung unterworfen – und kann dabei ein ziemlich gefährlicher Ort sein: Vulkanausbrüche, Erdrutsche, Stürme oder Erdbeben bedrohen und zerstören immer wieder menschliche Siedlungen und fordern jedes Jahr zahlreiche Todesopfer. Häufig allerdings könnten diese durch eine bessere Kenntnis der Risiken und entsprechende Vorbeugungsmaßnahmen vermieden oder zumindest minimiert werden.

Erde und Gesundheit: für eine sicherere Umwelt Jeder Mensch, der in einer engen, lauten, smoggeplagten Großstadt lebt, weiß, wie sehr unsere Umwelt unsere Gesundheit bestimmt. Neben dem menschlichen Einfluss sind es dabei aber auch natürliche, geographische und geologische Faktoren, die die Wirkung der Umwelt auf unseren Organismus mitbestimmen: Ob die anregende, salzgeschwängerte Seeluft, die herbe Bergwelt oder die feuchte Üppigkeit der Tropen – die Natur hat immer ein Wort mitzureden. Energie für die Zukunft. Geoforscher suchen nach natürlichen Ressourcen. © DOE

Klimawandel: Die „steinernen Zeugen“ Vieles, was wir über das Klima der Gegenwart und Zukunft wissen, haben wir aus der Vergangenheit, aus den Ablagerungen und Gesteinen der Vorzeit, gelernt. Geowissenschaftler interpretieren und erforschen dieses steinerne Klimaarchiv und öffnen uns so ein Fenster in die Klimageschichte der Erde. Es gibt wertvolle Hinweise auf die Funktionsweise und Wechselwirkungen von Atmosphäre, Erde und Ozean und ermöglicht damit erst Prognosen für die zukünftige Entwicklung des Planeten.

Erde und Leben: Die Ursprünge der Vielfalt Die Erde ist ein Planet voller Leben – und unterscheidet sich damit von allen anderen Planeten des Sonnensystems. Erst die Kombination aus Klima, Umwelt und Geologie ermöglichte vor gut 2,7 Milliarden Jahren die Entstehung der ersten Organismen. Und auch heute noch hängt alles Leben von dem komplexen System Erde ab. Die brennendste Frage der Gegenwart und Zukunft ist daher: Wie schaffen wir es, die Vielfalt des Lebens auf diesem Planeten zu erhalten, wie können wir der Zerstörung von Lebensräumen und der Veränderung des Klimas entgegenwirken. Eine große Rolle bei der Beantwortung dieser Frage kommt den Geowissenschaften zu. Denn sie sind es, die die so komplizierten Wechselwirkungen auf der Erde erforschen und so Wege aufzeigen können, wie die menschliche Zivilisation im Einklang mit der Erde leben kann.

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Internationales Jahr der Erde

Ressourcen: hin zu einer nachhaltigen Nutzung Geowissenschaftler haben schon immer eine Rolle bei der Erkundung und Nutzung der irdischen Ressourcen gespielt. Ob Kohle, Öl, Edelmetalle oder Uran – erst ihre Vorarbeit und ihr Wissen um die Prozesse der Entstehung dieser wichtigen Rohstoffe ermöglichte das Finden viel versprechender Lagerstätten. Doch genauso trägt ihr Wissen nun dazu bei, nachhaltige Wege der Ressourcennutzung zu entwickeln und vor einer unverantwortlichen Ausbeutung der Rohstoffe zu warnen.

Megacities: sicherer bauen

Orkan Kyrill sorgte im Januar 2007 in Europa für Milliardenschäden. © NASA/GSFC/MODIS Rapid Response Project

Den großen Ballungsgebieten geht der Platz aus, Millionen von Menschen konzentrieren sich oft auf schmale Küstenstreifen, am Rande von Gebirgen oder Flüssen. Entsprechend hoch ist der Preis für den Boden. Und immer häufiger werden potentiell durch Naturgefahren bedrohte Flächen besiedelt. Mehr und mehr weichen die Städteplaner und Architekten daher nach unten, in den Untergrund aus. Straßen, Bahnen und Gebäude werden unter die Erde verlegt. Voraussetzung dafür ist es, die Beschaffenheit des Untergrunds genau zu kennen.

Tiefe Erde: von der Kruste zum Kern Die gesamte Entwicklungsgeschichte des Lebens auf der Erde, die dramatische Veränderung ganzer Landschaften, das Auftürmen von Gebirgen oder Zerbrechen ganzer Kontinente – aus der Sicht unseres Planeten betrachtet, sind dies nur winzige Bläschen und Dellen auf der dünnen Kruste eines gewaltigen, durch kochende Hitze angetriebenen Motors. Er bewegt die mächtigen Kontinentalplatten, wälzt gigantische Massen an glühendem Gestein um und erzeugt unser schützendes Magnetfeld. Erst dieser Motor ist es, der unseren Planeten lebendig macht.

Ozeane: Meer der Zeit Die Meere, deren wissenschaftliche Erkundung erst vor rund 200 Jahren begann, sind der Schlüssel zum System Erde. Obwohl unser zunehmendes Wissen über die Welt der Ozeane bereits viele vorherige Annahmen über den Planeten revolutioniert hat, warten in der Tiefe der Meere noch immer viele Geheimnisse. Die Tiefsee gehört zu den letzten weißen Flecken auf der irdischen Landkarte. Gleichzeitig leben immer mehr Menschen an den Küsten entlang der Kontinentalränder und stehen in enger Wechselbeziehung mit dem Ozean.

Böden: die lebendige Haut der Erde Täglich treten wir ihn mit Füßen, bauen Häuser und Straßen darauf und produzieren mit seiner Hilfe unsere Lebensmittel. Trotzdem hat der Boden ein denkbar schlechtes Image und ist für die meisten nichts weiter als eine Handvoll Dreck. Dabei gäbe es ohne ihn wohl kaum Leben auf den Kontinenten und selbst das Klima sähe völlig anders aus. Den Boden zu erforschen und zu schützen, ist daher eine der vordringlichen Aufgaben der Zukunft. (Infos und Termine: www.yearofplanetearth.org)

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WISSENSJAHR

Stadt der Wissenschaft Braunschweig 2007 Braunschweig: In der PhysikalischTechnischen Bundesanstalt (PTB) lagert das „Ur-Kilogramm“, auf dem Forschungsflughafen testen Wissenschaftler neue Fluggeräte. Chemie für Kinder bietet die Technische Universität. © Braunschweig Stadtmarketing GmbH /okerland-archiv

125.000 Euro, ein Jahr volles Programm und viele Impulse für eine zukünftige Entwicklung – so lässt sich das Konzept der „Stadt der Wissenschaft“ zusammenfassen. Der seit Sommer 2003 alljährlich vom Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft ausgelobte Wettbewerb will dazu animieren, die Wissenschaft aus ihrem Elfenbeinturm zu holen, sowie Forschung, Wirtschaft und Kultur stärker zu vernetzen. Die zahlreichen Aktionen und Veranstaltungen – vor allem gerichtet an die breite Öffentlichkeit – sollen dabei in ihrer Wirkung nicht auf das Jahr beschränkt bleiben, sondern auch langfristig Netzwerke und Verbindungen schaffen. Kriterien für die Wahl zur „Stadt der Wissenschaft“ sind unter anderem: Ein breites Spektrum an Aktivitäten, mit dem möglichst viele verschiedene Zielgruppen erreicht werden. Möglich ist dies zum Beispiel durch eine Lange Nacht der Wissenschaft, Mitmachausstellungen, Diskursveranstaltungen, Vorträge oder besondere Angebote für Kinder und Jugendliche. Gleichzeitig jedoch soll das Konzept möglichst originell und interdisziplinär sein und Kooperationen der Wissenschaft mit Wirtschaft, Kultur und Kunst auf nachhaltige Weise vorantreiben. Für das Jahr 2007 setzte sich Braunschweig im Finale des Wettbewerbs gegen Aachen und Freiburg durch. Ihr Konzept: eine Ideenküche.

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Stadt der Wissenschaft

Einen ersten Höhepunkt gab es bereits in der Bewerbungsphase: ein „Kochexperiment“ der Vernetzung von Wissenschaftlern und Unternehmern mit einem regen Austausch von Erfahrungen, kulinarischen Vorlieben und Visitenkarten. Der Hauptgang umfasste das eigentliche Programm des Jahres. In vier „Rezeptkategorien“ servierten die Braunschweiger Aktionen, Veranstaltungen und Projekte für unterschiedliche Zielgruppen und Interessen: „Täglich grüßt die Wissenschaft” – unter diesem Motto machte eine Aktion 365 Tage lang Forschung und ihre Ergebnisse im Alltag erlebbar. In Bussen und Straßenbahnen konnten Fahrgäste auf ihrem Weg zur Arbeit Oberflächenstrukturen ertasten, ihre Sinne testen oder Physikalisches rund um das Thema Mobilität und Bewegung erfahren. 20 Wissensmonitore füllten an Ampeln, Bushaltestellen oder in Kaufhausschlangen lästige Warteminuten. Weitere Veranstaltungen waren ganz der Vernetzung von Wissenschaftlern, Unternehmen, Studierenden und Arbeitnehmern gewidmet. Kompetenztage, ein Marktplatz der Ideen und Transferabende – immer standen Austausch und Kontakt im Vordergrund. Der Juniorteller begeisterte dagegen durch Mitmachaktionen sowie schulische und außerschulische Programme für verschiedene Altersstufen. Radiosendungen, Experimentieraktionen in Schulen, ein Wissensmobil und ein Tüftelturnier für Schülerinnen und Schüler machten Lust auf Forschen und Wissen. Auch Kultur und Wissenschaft trafen sich zum bunten Stelldichein. Warum klingt der Kammerton „A” bei jedem Sänger anders? Warum baut man Geigen aus Holz und Trompeten aus Metall? Darauf gaben die Braunschweiger Physikkonzerte eine Antwort. Eine interdisziplinäre Ausstellung zum Mythos Schlange verknüpfte zudem Kunst und Wissen. SKALA, das Haus der Wissenschaft, das im Sommer 2008 im Zentrum der Braunschweiger Innenstadt eröffnet wird, bildet die Nachspeise des Wissens-Menüs. Es soll eine zentrale Kommunikationsplattform für Wissenschaft, Wirtschaft, Kultur und Gesellschaft werden und sowohl Beratung für Existenzgründer als auch Raum für Ausstellungen und Tagungen bieten.

Stadt der Wissenschaft Der Wettbewerb „Stadt der Wissenschaft“ wird vom Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft ausgelobt. Ziel des Förderprogramms ist es, Wissenschaft, Wirtschaft und Gesellschaft auf regionaler Ebene miteinander zu verzahnen. Die Bewerber werden nach zehn Kriterien bewertet: 1. 2. 3. 4. 5.

Vielfalt der Aktivitäten Zielgruppenorientierung Originalität des Konzepts Interdisziplinäre Aktivitäten Kooperationen zwischen Hochschulen und außeruniversitären Forschungseinrichtungen 6. Kooperationen zwischen Wirtschaft und Wissenschaft 7. Kooperationen zwischen Wissenschaft und Kunst/Kultur 8. Realisierbarkeit 9. Nachhaltiger Aufbau eines Netzwerkes 10. Interesse der Stadt

Die Universität von Jena: Forschung mit Tradition. © GFDL

Jena 2008: Wissen und Wachsen Nach Bremen (2005), Dresden (2006) und Braunschweig (2007) wird die thüringische Stadt Jena die nächste Wissenschaftsstadt. Mit dem Motto „Wissen und Wachsen – Made in Jena“ setzte sie sich knapp gegen Konkurrent Potsdam durch. Die Jury hob in ihrer Begründung positiv hervor, dass sich die Jenaer Bewerbung durch besondere Originalität und durch das Engagement aller städtischen Kreise ausgezeichnet hat. Entscheidend für die Jury war dabei vor allem die Einbindung aller Altersgruppen und die Familienfreundlichkeit des Konzepts. „Man konnte der Jenaer Bewerbung anmerken, dass alle Akteure aus Politik, Wirtschaft und Wissenschaft ihr Herzblut in das Projekt gesteckt haben“, so der Juryvorsitzende Joachim Treusch, Präsident der Jacobs University Bremen. Es sei deutlich geworden, dass die Stadt an der Saale ihre große und lange wissenschaftliche Tradition nicht verwaltet, sondern aus ihr Kraft für die Zukunft schöpft. Zudem unternehme die Stadt große Anstrengungen, um junge Wissenschaftler zu gewinnen. (Infos und Termine: www.stadt-der-wissenschaft.de)

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CHRONIK

Chronik – die Themen des Jahres Was hat sich getan in der Welt der Forschung im letzten Jahr? Was waren die Entdeckungen und Entwicklungen in so unterschiedlichen Bereichen wie Astronomie, Technik, Physik, Medizin oder Biotechnologie, aber auch Archäologie und Paläontologie? Unsere Chronik gibt einen Überblick über die wichtigsten Ereignisse und Ergebnisse der letzten zwölf Monate. Spannendes, Wichtiges, aber auch scheinbar Kurioses aus der Welt der Wissenschaft haben wir hier zusammengetragen.

Gleichzeitig werfen wir aber auch einen Blick zurück in die Vergangenheit. Wissen Sie noch, wann das Klonschaf Dolly geboren wurde? Oder wann der Pluto entdeckt worden ist? In jeder Monatsübersicht erinnert unsere Zeitleiste „History“ an wichtige Meilensteine der Wissenschaftsgeschichte für den jeweiligen Monat.

Oktober 2006

CHRONIK

01.10.

Genetik

02.10.

Hautkrebsgene entschlüsselt Sechs Millionen Menschen in Deutschland leiden an bräunlichen Verhornungen der Haut, einer Vorform des hellen Hautkrebses. Bei jedem Zehnten von ihnen versagen die zelleigenen Reparaturmechanismen und es entwickelt sich aus den Verhornungen Krebs. Forscher der Charité in Berlin haben nach der Analyse von mehr als 24.000 Genen herausgefunden, welche davon für die Krebsentstehung verantwortlich sind. Damit könnnten bisherige Behandlungsmethoden gezielter eingesetzt und Medikamente weiter entwickelt werden. (Charité)

02.10.

History

Treibstoff aus der Windschutzscheibe? Chemiker haben ein neues, effektives Verfahren entwickelt, um molekularen Wasserstoff zu erzeugen, der zum Beispiel in Brennstoffzellen für Energie sorgen und ein Auto antreiben kann. Das Besondere an dem Prozess: Die Reaktion läuft in einem einzigen Molekül ab. Noch führen die Forscher die Wasserstoffproduktion in flüssigkeitsgefüllten Laborgefäßen durch, doch sie arbeiten daran, den Katalysator zu modifizieren. Dann könnte das Reaktionsmolekül nahezu überall, sogar in Fensterscheiben eingebaut werden. (Angewandte Chemie)

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Klon-Mäuse ohne Stammzell-Hilfe Zum ersten Mal haben amerikanische Wissenschaftler ein Tier aus einer ausgewachsenen Körperzelle gezüchtet – ohne die Hilfe von embryonalen oder adulten Stammzellen.

Die Forscher nutzten für ihre Klonversuche ausdifferenzierte weiße Blutzellen. Aus 35 Prozent dieser Granulozyten entwickelten sich Embryonen, zwei davon wuchsen zu vollständigen Mäusejungen heran, die allerdings wenige Stunden nach ihrer Geburt starben. Vergleichsexperimente mit Blutstammzellen ergaben dagegen weitaus geringere Erfolgsquoten. (Nature Genetics)

06.10.

Quantenphysik

„Beamen“ vom Photon zum Atom Anders als in der geläufigen Vorstellung vom „Beamen“ werden bei der Quantenteleportation nicht die Teil-

04.10.1877 Patent für Otto-Motor

02.10.1608 Erstes Fernrohr vorgestellt

chen selbst verschickt sondern lediglich die Zustände der beteiligten Quanten. Eine neue Variatante dieses Verfahrens ist Wissenschaftlern am Niels-Bohr-Institut in Kopenhagen gelungen. Sie übertrugen erstmals die Quantenzustände eines Lichtpulses auf eine Ansammlung von CäsiumAtomen. Damit ist ein weiterer Schritt auf dem Weg zu einem Quantencomputer oder einer abhörsichereren Übermittlung verschlüsselter Daten gelungen. (Nature)

06.10.

Verschiedene Typen von Blutzellen, darunter auch Granulozyten. © NCI

Energie

01.10.1969 Die „Concorde“ durchbricht die Schallmauer

Biotechnologie

04.10.1957 „Sputnik“ wird erster künstlicher Satellit

08.10.1958 Einsatz des ersten Herzschrittmachers

Neurobiologie

Stirnlappen steuert Egoismus Wie kontrolliert das menschliche Gehirn eigennützige Impulse? Und warum verhalten sich Teenager oft so egoistisch? Eine mögliche Antwort entdeckten Schweizer Wissenschaftler in einer speziellen Hirnregion: Sie beeinflussten bei ihren Probanden die Aktivität des vorderen Stirnlappens durch Magnetstimulation und ließen sie dann entscheiden, ob sie sich fair oder unfair verhalten wollten. Das Ergebnis: Bei gehemmtem Stirnlappen erkannten die Probanden zwar die Unfairness, entschieden sich aber dennoch dafür, egoistisch zu handeln. Da bei Teenagern dieser Hirnbereich noch nicht voll ausgeprägt ist, könnte dies nach Ansicht der Forscher den Ursprung ihres durch Impulse und Eigennutz gekennzeichnetes Verhalten erklären. (Science)

12.10.1994 Ende des Kontinentalen Tiefbohrprogramms

09.10.1941 Start des US-Atomprogramms „Manhattan-Project“

13.10.1821 Geburt Rudolf von Virchows

13.10.1884 Der Nullmeridian wird auf Greenwich gelegt

Die Themen des Jahres

12.10.

Klima

Beringstraße tausend Jahre früher überflutet Die über lange Zeitperioden trockenliegende Beringstraße zwischen Asien und Nordamerika gilt als Hauptwanderungsroute für Menschen, aber auch viele Tierarten. Wissenschaftler haben nun herausgefunden, dass diese Landbrücke schon vor 12.000 Jahren vom steigenden Meeresspiegel geflutet wurde. Zudem war während der eiszeitlichen Vergletscherung mehr Eis in der Region vorhanden als bisher angenommen. Ob Eis und Wassereinbruch die frühe Besiedelung Amerikas beeinflusst haben, ist unklar, möglicherweise aber nutzten die ersten Einwanderer doch den Seeweg. (Geology)

Bering-Straße aus dem All. © NASA

13.10.

Medizin

Epo wirkt als Doping fürs Gehirn Das Hormon Erythropoietin, besser bekannt als Epo, ist nicht nur ein uner-

16.10.1846 Erste Äther-Narkose während einer OP 15.10.2003 Erster bemannter Weltraumflug Chinas

laubtes Blut-Dopingmittel, es wirkt auch im Gehirn: Patienten mit chronischer Schizophrenie half eine dreimonatige Epo-Behandlung dabei, ihre kognitiven Leistungen zu verbessern. Die für ihre Erkrankung typischen Störungen von Aufmerksamkeit, Kurz- und Langzeitgedächtnis linderte das Epo ebenso wie die Unfähigkeit, vorauszuplanen und alltägliche Abläufe zu strukturieren. Die Forscher führen diesen Effekt darauf zurück, dass das Hormon das Überleben existierender Nervenzellen fördert und gleichzeitig die Entstehung neuer Neuronen und Synapsen anregt. (Molecular Psychiatry)

18.10.

Wälder als Lachgas-Produzenten Europas Wälder könnten sich in Zukunft zu wahren TreibhausgasSchleudern entwickeln. Ein internationales Forscherteam fand heraus, dass die Waldböden mit zunehmendem Stickstoffeintrag durch Verkehr, Landwirtschaft oder Industrie auch immer mehr Lachgas produzieren. Laubwälder setzten dabei deutlich mehr von dem Treibhausgas frei als Nadelwälder. Wenn das Klima wie vorhergesagt noch wärmer und feuchter wird, könnte dies die Bodenbakterien noch stärker zur Lachgasproduktion anregen und damit eine für das Klima fatale positive Rückkopplung in Gang setzen. (Biogeosciences)

19.10.1900 Max Planck präsentiert sein Strahlungsgesetz

19.10.1879 T. Edison entwickelt die erste Glühbirne

Ökologie

26.10.1861 J. Reis präsentiert das erste Telefon

21.10.1907 Fund eines Unterkiefers des Homo heidelbergensis

18.10.

Medizin

Auch isolierte Prionen stecken an

BSE, auch Rinderwahnsinn genannt, ist die bekannteste Prionenerkrankung. © SXC

Prionen können schwere Gehirnerkrankungen verursachen, wenn sie eine bestimmte dreidimensionale Struktur einnehmen. Zudem können sie gesunde Prionproteine dazu bringen, sich ebenfalls in die krankmachende Form zu falten. Beispiele für solche durch Prionen verursachten Erkrankungen sind BSE und die Demenzerkrankung Creutzfeld-Jacob. Entgegen bisherigen Annahmen, nach der eine direkte Ansteckung durch isolierte Prionen nicht möglich sein soll, funktioniert diese Form der Übertragung offenbar doch. Ein Forscherteam hat falsch gefaltete Prionproteine erzeugt, die sich im Versuch als ebenso ansteckend erwiesen wie aus erkrankten Gehirnen gewonnene Prionen. Beide Varianten lösten bei gesunden Mäusen Prionerkrankungen aus, wenn sie ihnen gespritzt wurden. (PNAS)

28.10.1636 Dimitri Mendelejew veröffentlicht das Periodensystem der Elemente

31.10.1953 Zündung der ersten Wasserstoffbombe

30.10.1786 Luigi Galvani entdeckt den Induktionsstrom

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CHRONIK

24.10.

Oktober 2006 Bionik

Haftung wie am Käferfuß

Das von Insektenfußsohlen inspirierte Material (grün) haftet an Glas (blau). © Max Planck-Institut für Metallforschung

Mikrohärchen mit Pilzkopf sind das Geheimnis eines neuen Superklebers, den Wissenschaftler des Max-PlanckInstituts für Metallforschung entwickelt haben. Die Fußsohlen mehrerer Käferarten inspirierten die Forscher zu der speziellen Oberflächenstruktur des neuen Materials. Dieses haftet nicht nur an glatten Wänden, es hält auch hunderte von Anwendungen nacheinander durch, hinterlässt keine sichtbaren Spuren und wird wieder komplett schmutzfrei, wenn man es mit Seife wäscht. Die potenzielle Anwendungen des neuen Klebers reichen von einem wiederverwendbarem Klebeband bis hin zu Schuhsohlen für Kletterroboter. (Journal of the Royal Society Interface)

25.10.

Biotechnologie

Nanosonden aus der Wüste Antikörper sind heute Schlüsselreagenzien zum Nachweis biologischer Moleküle und Strukturen. Die Y-förmigen Moleküle bestehen aus vier Bestandteilen: zwei identischen so genannten schweren Ketten und

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zwei identischen leichten. Für den Einsatz in lebenden Zellen aber sind solche konventionellen Antikörper zu groß und instabil. Münchener Forscher haben nun erstmals sehr viel kleinere Nachweismoleküle erzeugt. Als Vorlage dienten dabei die einzelkettigen Antikörper von Kamelen und den nahe verwandten Alpakas. Durch die Fusion einer Untereinheit der Kamelantikörper mit fluoreszierenden Proteinen enstanden extrem kleine „Chromobodies“, mit denen erstmals Antigene und deren Dynamik in lebenden Zellen verfolgt werden können. (Nature Methods)

26.10.

Zoologie

Honigbiene „tickt” wie Säugetier Die biologische Uhr der Honigbienen ähnelt mehr der des Menschen und anderer Säugetiere als der der Insekten. Das fanden Wissenschaftler heraus, als sie das Genom der Bienen entschlüsselten. Eine Arbeitsgruppe befasste sich dabei gezielt mit den Schlüsselgenen des internen Taktgebers der Bienen. Diese innere Uhr besteht aus Zellen im Gehirn, deren Genaktivität unter anderem den Tag-Nacht-Rhythmus kontrolliert. Warum die molekularen Prozesse der Bienenuhr der der Säugetiere so gleichen, ist noch völlig unklar. Möglicherweise hängt dies mit dem komplexen Verhalten der sozialen Insekten zusammen. (Nature)

26.10.

regelmäßig durch Passivrauch belastet werden. Diesen erschreckenden Zusammenhang deckte eine Analyse von 26 wissenschaftlichen Studien auf. Der US-Bundesstaat Kalifornien reagierte daraufhin prompt und deklarierte Zigarettenrauch zum „toxischen Luftschadstoff “. In Deutschland heizte dieses Ergebnis die Debatte um Rauchverbote in der Gastronomie weiter an. (Deutsche Krebshilfe)

27.10.

Astronomie

Galaktischer „Maschinenraum“ erforscht Die Radiogalaxie M87, 50 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt, sendet Gamma-Strahlung aus, die eine Billion Mal energiereicher ist als das sichtbare Licht. Besonders überraschend dabei: Die Intensität dieser Strahlung kann sich innerhalb von nur wenigen Tagen drastisch ändern. Als Quelle für die Strahlung kommt eigentlich nur das supermassive Schwarze Loch im Zentrum von M87 in Frage. Das Erstaunliche daran ist jedoch, dass die Quellregion nach den mithilfe des H.E.S.S.-Experiments ermittelten Daten nur etwa so groß sein kann, wie unser Sonnensystem. Dann aber müsste die gesamte Strah-

Medizin

Passivrauchen verdoppelt Brustkrebs-Risiko Bei Frauen unter 50 Jahren verdoppelt sich das Brustkrebs-Risiko, wenn sie

Radiogalaxie M87 im sichtbaren Licht betrachtet. © NASA/STScI

Die Themen des Jahres

lenmenge innerhalb des Ereignishorizonts des Schwarzen Lochs freigesetzt werden – und damit aus einer Zone stammen, aus der nach landläufigem Verständnis nichts entweichen kann. Die Physik dieser Emissionsprozesse ist daher noch unklar. Klar ist aber, dass die Radiogalaxie M87 ein einzigartiges Labor zur Untersuchung des Kerns einer aktiven Galaxie darstellt. (Science)

27.10.

Computertechnik

Baumstruktur kühlt Chips Die Kühlung ist bei vielen Computerchips ein Schwachpunkt. Eine Verbesserung haben nun Forscher aus dem IBM Labor in Zürich vorgestellt. Unter Einsatz moderner Mikrotechnologie entwickelten sie eine Chipabdeckung, die ein Netz von baumähnlich verzweigten Kanälen auf ihrer Oberfläche trägt. Dies ermöglicht einen bis zu zehnfach besseren Hitzetransport als bei bisherigen Verfahren. Das Design für ihre Kühlung schauten die Forscher der Natur ab. Hier finden sich solche Systeme hierarchisch gegliederter Kanäle beispielsweise bei Blättern, Wurzeln oder im menschlichen Blutkreislauf. (IBM)

30.10.

die gleichmäßige Aufteilung der Chromosomen sorgen, nicht nur an der Ansatzstelle der zellulären Zugstränge am Chromosom aktiv, sondern tragen auch dazu bei, dass diese Zugstränge an ihrer anderen Seite korrekt aufgebaut werden. Spannend ist diese Erkenntnis vor allem deshalb, weil eine Falschverteilung der Chromosomen zu Fehlbildungen und Krankheiten wie Krebs führen kann. (Science)

Zellbiologie

Rätsel um Chromosomenverteilung gelöst Bei der Teilung von Zellen sorgen Kontrollmechanismen dafür, dass die Chromosomen ohne Fehler auf die aus der Mutterzelle entstehenden beiden Tochterzellen verteilt werden. Berliner Forscher haben jetzt die molekularen Grundlagen dieser Vorgänge aufgeklärt. Danach sind die Enzyme, die für

Chromosomen des Menschen – paarweise sortiert. © NHGRI

30.10.

Zoologie

Berggorillas als Höhlenbewohner? Eine große Überraschung erlebte ein Wissenschaftler der Zoologischen Gesellschaft Frankfurt im Kongo: In einer Höhle in den Virunga-Bergen entdeckte er eine Berggorillla-Familie, die es sich dort gemütlich gemacht hatte. Für Menschen nichts Ungewöhnliches, ist dies für Menschenaffen eine Sensation. Denn noch niemals zuvor sind Vertreter dieser Tiergruppe dabei beobachtet worden, Unterschlupf in Höhlen zu suchen. Ob die Berggorillas Schutz vor Wilderern suchten oder aber nur die salzigen Mineralien der Höhlenwände als „Leckerli“ nutzten, ist noch unklar. (Zoologische Gesellschaft Frankfurt)

31.10.

Meeresforschung

„Whirlpool“ am Boden der Nordsee entdeckt Am Nordseeboden, dort, wo vor 17 Jahren ein missglückter Ölbohrversuch ein Gasfeld angestochen hatte, sprudelt bis heute Methangas aus einem 20 Meter tiefen Krater. Mit dem bemannten Tauchboot JAGO gelang es Wissenschaftlern erstmals, bis zum Boden des Kraters hinabzutauchen. Dort tat sich ein atemberaubendes Szenario auf: Aus drei Hauptquellen und zahlreichen Nebenquellen schoss das Gas mit hohem Druck aus dem Boden und formte bizarre Blasenwirbel. Daneben gab es zehn weitere Quellen unterschiedlicher Stärke, umgeben von weißen schwefeloxidierenden Bakterienmatten. Die Erkundung zeigt auch neue Perspektiven für die Langzeitbeobachtung von Gasaustritten in der Nordsee auf. (IFM-GEOMAR)

31.10.

Genetik

Der Genregulation auf der Spur Genetiker können jetzt gezielter nach Strukturen im Genom des Menschen fahnden, die an der Entstehung von Krankheiten beteiligt sind. Um die individuellen Genvariationen aufzuspüren, nutzten Forscher so genannte micro-RNAs, kleine Ketten eines Biomoleküls, die an unterschiedliche Zielsequenzen der DNA andocken und deren Aktivität regulieren. Durch dieses Verfahren lassen sich nun Aussagen über die Genregulation treffen und solche Variationen im Genom ausfindig machen, die die Ursache für Erkrankungen sein können. (Nature Genetics)

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November 2006

CHRONIK

03.11.

Geologie

Regen lässt die Erde beben Regenwasser kann eine wichtige Rolle als Auslöser von Erdbeben spielen: Denn die in den Boden eindringende Flüssigkeit verändert den Porendruck im Gestein. Ist die Erdkruste an dieser Stelle ohnehin nahe am kritischen Punkt der seismischen Instabilität, genügen selbst geringe Veränderungen des Drucks, um Erdbeben in mehreren Kilometern Tiefe zu verursachen. Vermutet wurde ein solcher indirekter Zusammenhang schon länger, aber erst die Untersuchungen deutscher Forscher am Hochstaufen, einem Berg nahe Bad Reichenhall im Südosten des Landes, brachten den Beweis. (Geophysical Research Letters) 6

06.11.

Ökologie

History

Dramatisches Artensterben in den Ozeanen Den Kollaps aller wirtschaftlich genutzten Fischbestände bis 2048 sagen kanadische Forscher voraus, wenn die Menschen die Ozeane weiter wie bisher schädigen. Basis dieser Prognose ist die bislang umfassendste globale Erhebung zum Artensterben in den Meeren. Als Gründe nannten die Wissenschaftler Überfischung, Verschmutzung, Zerstörung der Lebensräume und den Klimawandel. Die Studie zeigt zudem auf, dass der Verlust der Artenvielfalt die Stabi-

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01.11.1952 Erste Wasserstoffbombe gezündet

lität des Ökosystems Meer gefährdet. In wirksam geschützten Gebieten hingegen erhole sich das Ökosystem relativ schnell. (Science)

Durch Überfischung der Ozeane nehmen sich die Fischer selbst ihre Existenzgrundlage. © NOAA

06.11.

Biotechnologie

Stammzellen vom Fließband? Ein kleines Molekül macht Stammzellen vermehrungs- und wandlungsfähig: Die einfach gebaute Substanz namens SC1 blockiert gleich zwei für die Differenzierung wichtige Enzyme und wirkt damit anders als bisher bekannte „Jungbrunnen“ für Stammzellen. Das entdeckte ein internationales Forscherteam nach Tests mit mehr als 50.000 Substanzen. Die Zellen im Stadium von „Alleskönnern“ zu halten, war im Labor bisher nur mithilfe tierischer Zellen möglich, die allerdings gleichzeitig damit die Zellkultur verunreinigten. Das neuentdeckte Molekül dagegen birgt diese Gefahr nicht. (PNAS)

04.11.1922 Das Grab von Tutanchamun wird entdeckt

03.11.1957 Hund „Laika“ ist das erste Lebewesen im All

07.11.

06.11.1880 Entdeckung des Malariaerregers

04.11.2003 Größte jemals beobachtete Sonneneruption

Chemie

Mikrokapseln mögen‘s heiß Wie bringe ich ein Medikament an seinen Wirkort, ohne dass es zerstört wird oder vorher schon in anderen Organen unerwünschte Wirkungen entfaltet? Eine Lösung könnten die Mikrokapseln sein, die Potsdamer Max-Planck-Forscher entwickelt haben. Die Wände der nur wenige Mikrometer großen Kapseln bestehen aus Schichten von abwechselnd positiv und negativ geladenen Polymermolekülen. Der Clou dabei: Dichte und Dicke der Kapselwand und damit ihre Durchlässigkeit lässt sich bereits durch Änderung der Temperatur und des Salzgehaltes kontrollieren. Neben dem Einsatz als Arzneistofftransporter sind die Kapseln auch als Bestandteil sich selbst reparierender Autolackierungen denkbar. (Physical Review Letters)

08.11.

Astronomie

Milchstraße ist aus anderem Stoff gestrickt Unsere Milchstraße ist von kleinen, sehr lichtschwachen Zwerggalaxien umgeben. Sie galten bisher als mögliche Bausteine unserer und anderer größerer Galaxien. Doch jetzt hat eine nähere Untersuchung von 2.000 Sternen in vier der Zwerggalaxien diese Theorie widerlegt: Die Chemie stimmt einfach nicht. Es gibt

08.11.1895 W. C. Röntgen entdeckt die Röntgenstrahlung

07.11.1801 A. Volta präsentiert die erste Batterie

13.11.1971 Mariner 8 erreicht als erste Raumsonde einen fremden Planeten

09.11.1991 Die erste kontrollierte Kernfusion auf der Erde gelingt für zwei Sekunden

Die Themen des Jahres

fundamentale Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung der Sterne aus den Zwerggalaxien und der Sterne in der Halo der Milchstraße. Auch wenn die durchschnittlichen Elementgehalte vergleichbar sind, ist dies für die Astronomen ein entscheidendes Indiz für grundsätzliche Unterschiede und Ursprünge. (Astrophysical J.)

cher“ auslösen. Das entdeckten britische Forscher, als sie die Auswirkungen des Vulkanausbruchs des Hekla auf Island im Jahr 2000 untersuchten. Ursache für den Ozonabbau sind Schwefelpartikel, die in der Stratosphäre die Ozon zerstörenden Reaktionen verstärken. (Geophysical Res. Letters)

13.11. 09.11.

Klima

Klimaschaukel verbindet Arktis und Antarktis Die Klimabedingungen von Arktis und Antarktis beeinflussen sich stark gegenseitig – zumindest während der Eiszeiten. Darauf deuten neue Untersuchungen an einem Eiskern aus der Südpolregion hin. Die Antarktis erwärmte sich immer dann, wenn der Norden kalt war und umgekehrt. Selbst kürzere und schwächere Temperaturschwankungen im Süden waren damals durch die Änderungen der atlantischen Meeresströmungen direkt mit Temperatursprüngen im Norden assoziiert. (Nature)

09.11.

Geophysik

Mini-Ozonlöcher durch Vulkanausbrüche Vulkanausbrüche schleudern nicht nur Staub und Asche weit in die Atmosphäre, sie greifen auch die Ozonschicht an. Selbst kleinere Eruptionen können dabei bereits „Mini-Ozonlö-

14.11.1901 K. Landsteiner entdeckt die drei Blutgruppen 13.11.1990 Veröffentlichung der ersten Internetseite

17.11.1869 Eröffnung des Suez-Kanals

einsperren kann, ist schon seit Längerem bekannt. Nun haben aber Physiker ein Kuriosum entdeckt: Unter den richtgen Bedingungen ordnen sich zufällig aufgedampfte Kobaltatome innerhalb eines runden Atomgatters von selbst in regelmäßigen Strukturen an – so, als würden sich

Anthropologie

Rätsel um „Lucys“ ausgestorbenen Nachfahren Er lebte vor mehr als einer Million Jahren Seite an Seite mit unseren Vorfahren in Afrika: Paranthropus, ein aufrecht gehender Hominide. Dann aber starb er aus. Bisher hielt man einen Klimawandel und sein enges, nicht daran angepasstes Nahrungsspektrum für die Ursache, doch der Fund und die Analyse von vier Zähnen widerlegen dies. Paranthropus war offenbar keineswegs die auf harte, energiearme Pflanzenkost spezialisierte „Kaumaschine“, sondern hat seine Ernährung über Monate und Jahre hinweg sogar mehrfach dramatisch geändert. Aus Hunger ausgestorben ist er jedenfalls nicht. Das Ende des Paranthropus bleibt daher weiter rätselhaft. (Science)

Musterbildung bei Kobalt-Atomen. © Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik

Schafe von selbst in Kreisen aufstellen. Voraussetzung ist allerdings, dass die Gatter die richtige Form besitzen und Unterlage, Temperatur und andere Parameter passend darauf abgestimmt sind. Physiker hoffen, mithilfe solcher maßgeschneiderter „Pferche“ das Wachstum und die Eigenschaften dünner Materialfilme gezielt beeinflussen zu können. (Physical Review Letters)

15.11. 15.11.

Physik

Strom ohne Kabel Das Aufladen des Notebooks, Handys oder anderer elektronischer Geräte könnte eines Tages auch kabellos

Atome als Schafherde Dass man Elektronen oder Atome innerhalb von Atomstrukturen

23.11.1969 Erste Isolierung eines einzelnen Gens

21.11.1953 Der „Piltdown-Mensch“ wird als Betrug entlarvt

Technik

27.11.1895 Alfred Nobel stiftet den Nobelpreis

24.11.1859 Charles Darwin veröffentlicht „Die Entstehung der Arten“

30.11.1974 Der aufrecht gehende Vormensch „Lucy“ wird in Äthiopien entdeckt

29.12.1912 Erste Überfliegung des Südpols

25

CHRONIK

November 2006

geschehen. Eine neue Technologie nutzt dabei das Prinzip der Induktion, der berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie durch elektromagnetische Felder. Dabei erzeugt ein in einer Spule fließender elektrischer Strom über magnetische Felder einen korrespondierenden Stromfluss in einer Nachbarspule – ohne dass beide sich berühren. Ein solcher Stromtransmitter produziert zudem keinen Elektrosmog. Stattdessen nutzt er ein „nicht-radiatives“ Feld, wahrnehmbar und nutzbar nur von den Geräten, die in Resonanz mit diesem Feld stehen. Eine praktische Demonstration der Technologie haben die Wissenschaftler bereits in Arbeit. (American Institute of Physics)

24.11.

Bionik

„Sekundenkleber“ aus Spinnenbeinen Vogelspinnen gehören nach landläufiger Meinung nicht zu den Netzspinnen, sie nutzen als Kletterhilfen kein Gespinst, sondern feine Härchen. Doch auch sie können eine Form von Haftseide herstellen und zur Fortbewegung nutzen, wie zufällig entdeckt wurde. Forscher hatten eine Videokamera im Labor vergessen auszu-

schalten und so bannte diese das Geheimnis der Vogelspinnen auf Band: Aus zuvor unentdeckten Drüsen produzieren sie einen extrem dünnen, aber dafür stark klebrigen Faden, der ihnen auch auf glatten Oberflächen einen guten Halt erlaubt. Was dieser Seide ihre hohe Klebekraft verleiht, ist allerdings noch offen. (Nature)

27.11.

Die Vogelspinne Aphonopelma seemanni produziert Haftseide. © Senta Niederegger

26

(ESA)

Neurobiologie

Fingerfertigkeit in Modulbauweise Eine Beethoven-Sonate auf dem Klavier spielen; einen scharf geschossenen Ball fangen; einen Faden durch ein Nadelöhr lenken: Solche komplexen Fingerbewegungen gehören zu den virtuosesten im gesamten Tierreich. Wie unser Denkorgan dieses Bewegungsrepertoire organisiert, haben Wissenschaftler nun herausgefunden. Sie regten einzelne Gehirnbereiche durch Magnetfelder an und zeichneten die dadurch ausgelösten Bewegungen über einen Datenhandschuh auf. Das überraschende Ergebnis der Auswertungen: Die schier unendliche Zahl von Finger- und Handbewegungen lässt sich auf relativ wenige Grundmuster zurückführen, die jeweils in Modulbauweise miteinander kombiniert werden. (Neuron)

27.11.

sitzt. In ihm sinkt Luft aus den oberen Atmosphärenschichten spiralförmig herab und erzeugt dabei den Vortex. Venus und Saturn haben dabei eine Besonderheit: Bei ihnen bilden diese Wirbel eine Doppelspirale. Warum dies so ist, ist allerdings noch nicht geklärt.

Astronomie

Saturn und Venus im „Vortex-Club” Aufnahmen der Raumsonde Cassini enthüllten einen gewaltigen Wirbel an den Polen des Saturn. Ein solcher polarer Vortex ist auch von der Venus bekannt. Die Wirbel entstehen durch ein Tiefdruckgebiet, das genau über der Rotationsachse eines Planeten

Vortex mit zwei Zentren (rot) am Südpol der Venus. © ESA/VIRTIS/INAF-IASF

27.11.

Nanotechnologie

Kleinste Klaviersaite der Welt gestimmt Die kleinste Klaviersaite der Welt schwingt im niederländischen Delft. Dafür kombinierten Forscher Kohlenstoffnanoröhrchen zu einer zwei Nanometer dicken Saite und befestigten sie zwischen zwei Elektroden auf einer Siliziumplatte. Anschließend ätzten sie unter der Saite eine Senke frei. Der frei hängende Nanodraht konnte nun bis zu acht Nanometer ausgelenkt werden. Sogar „stimmen“ lässt sich die Saite – indem die Wissenschaftler die Stärke und Frequenz der angelegten elektrischen Spannung variieren. Interessant ist dies vor allem deshalb, weil die schwingenden Röhrchen zukünftig in konkreten Anwendungen, zum Beispiel als Massensensor, eingesetzt werden könnten. (Nano Letters)

Die Themen des Jahres

28.11.

Physiologie

Blaulicht stoppt Putzfimmel bei Fliegen Der Botenstoff cAMP ist ein wichtiges Signalmolekül: es steuert grundlegende biologische Prozesse und ist vermutlich auch mitverantwortlich für Intelligenz und Gedächtnis. Eine internationale Forschergruppe hat jetzt eine neue Methode entwickelt, um diesen Botenstoff durch kurze Lichtblitze direkt in lebenden Zellen und Tieren zu erzeugen. Bei Fruchtfliegen lassen sich damit sogar Verhaltensänderungen an- und wieder abschalten. Wurden gentechnisch veränderte Tiere mit Blaulicht bestrahlt, erstarrten sie beim sich Putzen quasi mitten in der Bewegung. Das neue, zeitlich sehr hochaufgelöste Verfahren ermöglicht es, die Rolle des Signalmoleküls im Gehirn verschiedenster Lebewesen besser zu verstehen. (Nature)

Eine mit Puder bestäubte Drosophila in blauem Licht. © Martin Schwärzel

29.11.

Verhalten

Risikofreudigkeit liegt in der Familie Ob man als Draufgänger durchs Leben geht oder Wagnisse eher scheut, hat viel mit dem eigenen Stammbaum zu tun. Das zeigt die Auswertung einer Befragung von 3.600 Eltern und ihren

Kindern. Demnach haben risikofreudige Eltern im Durchschnitt risikobereitere Kinder und geben auch die Bereitschaft, ihren Mitmenschen zu vertrauen, an ihren Nachwuchs weiter. Eine alte Binsenweisheit entlarvten die Forscher dagegen als Mythos – zumindest in Bezug auf diese Charakterzüge: Gegensätze scheinen sich in der Partnerschaft nicht anzuziehen. Offenbar prägen Eltern den Charakter ihrer Sprösslinge, die wiederum bevorzugt einen Lebenspartner wählen, der ihnen ähnelt. (Universität Bonn)

29.11.

Mathematik

Stürmische Zeiten für Korallenriffe Der Klimawandel lässt Stürme häufiger und stärker werden – mit fatalen Folgen auch für Korallenriffe im flachen Wasser. Wie groß die Schäden werden könnten und welche Riffe besonders anfällig sind, zeigt ein von amerikanischen Forschern entwickeltes mathematisches Modell. Es übersetzt die Bewegungen des Sturms in mechanischen Stress und seine Wirkung auf Korallen verschiedener Riffteile und Kolonieformen. Mit Hilfe des Modells können nun auch Schutzmaßnahmen noch gezielter geplant werden. (Nature)

30.11.

Hindernis dafür hat ein internationales Forscherteam nun überwunden. Denn ihm gelang es, das normalerweise nicht leitende Molekül zu einem Stromleiter zu machen. Ihr Trick: Sie ersetzten die Basenpaare durch Metallionen. Da Metalle nicht nur elektrischen Strom leiten, sondern auch interessante magnetische Eigenschaften besitzen, entstehen so neuartige Nanomaterialien. (Nature Nanotechnology)

30.11.

Vulkanismus

Unterseeischer Ausbruch hautnah Eine Kombination von Glück und der Präsenz zur rechten Zeit am rechten Ort hat Forscher zum allerersten Mal zu Augenzeugen eines unterseeischen Vulkanausbruchs gemacht. Es gelang ihnen, den Ablauf einer Eruption am Ostpazifischen Rücken, rund 650 Kilometer westlich von Mexiko, mithilfe von Kameras und Messinstrumenten an Bord eines Tauchschiffs hautnah und in Echtzeit zu verfolgen. Besonders spannend daran: Die Forscher konnten direkt beobachten und messen, was geologisch, biologisch und physikalisch geschieht, wenn an einem mittelozeanischen Rücken neuer Ozeanboden entsteht. (Science)

Nanotechnologie

Gencode aus Metallionen Die Erbsubstanz DNA gilt in der Nanotechnologie als „Silizium der Nanowelt“. Denn seine Fähigkeit, identische Kopien seiner selbst zu produzieren und Informationen zu kodieren, könnte das Biomolekül auch zu einem optimalen Baustein für Nanokonstrukte machen. Ein entscheidendes

Diese so genannte „Pillow-Lava“ entsteht, wenn Magma unterseeisch emporquillt und erstarrt. © NOAA

27

Dezember 2006

CHRONIK

01.12.

Genetik

Kein „Entweder-Oder“ bei Sex-Genen Ähnlich wie beim Menschen unterscheiden sich auch bei Fruchtfliegen Mänchen und Weibchen in bestimmten körperlichen Merkmalen voneinander. Verantwortlich dafür ist das Gen „doublesex“. Biologen der amerikanischen Brown Universität stellten in Versuchen mit gentechnisch modifizierten Fliegen nun fest, dass „doublesex“ auch das Verhalten der Tiere beeinflusst. Wurde das Gen teilweise deaktivert, reagierten die Weibchen wie Männchen und umgekehrt. Das Spannende daran: Zum ersten Mal identifizierten Wissenschaftler damit ein Gen, dass sowohl die körperliche als auch die psychische Geschlechtsidentität beeinflusst. (Nature Genetics)

03.12.

Astronomie

History

Wie Schwarze Löcher ihren Hunger stillen Materie, die um ein Schwarzes Loch kreist, kann von diesem nicht einfach aufgesaugt werden. Nur wenn die Materieteilchen abgebremst werden, stürzen sie hinein. Denn dann reicht die Fliehkraft nicht mehr aus, um sie auf ihren Kreisbahnen zu halten. Diesen grundlegenden Effekt, Magneto-Rotations-Instabilität genannt, haben Wissenschaftler nun erstmals in einem Laborexperiment

28

01.11.1952 Erste Wasserstoffbombe gezündet

nachgewiesen. Da er nicht nur bei Schwarzen Löchern, sondern auch bei der Entstehung ganz normaler Sterne und Planeten auftritt, ist er von fundamentaler Bedeutung für die kosmische Strukturbildung. (Physical Review Letters)

05.12.

Forscher lassen Mäuse länger leben Bei jeder Zellteilung verkürzen sich die Endstücke der Chromosomen, die Telomeren. Nach etwa 50 bis 70 Teilungen sind sie „verbraucht“. Nun senden die kurzen Rest-Stücke den Botenstoff p21 an die Zellen mit dem Befehl, die Zellteilung einzustellen – der Alterungsprozess beginnt. In Versuchen mit Mäusen konnten Forscher diesen Botenstoff ausschalten und damit die Lebensspanne der Versuchstiere verlängern, ohne dass sich vermehrt Tumore bildeten. (Nature Genetics)

06.12.

Gehirnforschung

3D-Atlas zeigt Gehirn-Gene in Aktion Welche Gene braucht unser Gehirn? Für Mäuse gibt es auf diese Fragen jetzt eine Antwort: Ein internationales Projekt hat den „Allen Brain Atlas“ (ABA), eine dreidimensionale Karte der räumlichen Expression von Genen im Gehirn, vorgestellt. Der weltweit über das Internet zugängliche „ABA“

04.11.1922 Das Grab von Tutanchamun wird entdeckt

03.11.1957 Hund „Laika“ ist das erste Lebewesen im All

Zellbiologie

06.11.1880 Entdeckung des Malariaerregers

04.11.2003 Größte jemals beobachtete Sonneneruption

zeigt erstmals im Überblick, welche genetische Information wo abgelesen wird. Er umfasst jedoch nicht nur rund 20.000 Expressionsmuster, sondern zeigt diese Information auch auf aneinander gereihten Schnitten durch das Gehirn. Der Atlas gilt als ähnlich bedeutsam wie die Entschlüsselung des menschlichen Genoms. (Nature)

Expression des Tyrosin-Hydroxylase-Gens in den Neuronen der Substantia Nigra. © Allen Brain Atlas

08.12.

Paläontologie

Vormensch „Little Foot“ aus dem Rennen? Als „Little Foot” 1997 in einer Höhle in Sterkfontein in Südafrika entdeckt wurde, sorgte er für großes Aufsehen. Es handelte sich um eines der besterhaltensten fossilen Skelette eines Australopithecus – einer unserer Vorfahren. Man glaubte, einen wichtigen „Missing link“ der menschlichen Vorgeschichte entdeckt zu haben. Doch jetzt ergaben neue Datierungen, dass das Skelett „nur“ rund 2,2 Millionen Jahre alt und damit eine

08.11.1895 W. C. Röntgen entdeckt die Röntgenstrahlung

07.11.1801 A. Volta präsentiert die erste Batterie

13.11.1971 Mariner 8 erreicht als erste Raumsonde einen fremden Planeten

09.11.1991 Die erste kontrollierte Kernfusion auf der Erde gelingt für zwei Sekunden

Die Themen des Jahres

halbe Million Jahre zu jung ist, um in unserer Ahnenlinie eine Rolle gespielt zu haben. Denn zu dieser Zeit lebte in dieser Region Afrikas bereits der weiter entwickelte Homo habilis, der als direkter Vorfahre des modernen Menschen gilt. (Science)

11.12.

Robotik

Roboter mit Selbst-Bewusstsein Normalerweise sind Roboter mit einem relativ starren Bild ihrer selbst und ihrer Umgebung programmiert. Ist der Roboter beschädigt oder ändert sich die Umgebung, kann er sich nicht anpassen. Nicht so ein neuer Roboter am Cornell Computational Synthesis Lab in den USA. Er erarbeitet sich die Beherrschung seiner Bewegungen selbst mithilfe einer quasi wissenschaftlichen Methode: Er entwickelt ein Modell, testet es durch Experimentieren und verbessert es daraufhin. Diese „Selbstmodellierung“ ermöglicht es ihm auch, sich flexibel an Verletzungen und Behinderungen anzupassen. (Science)

13.12.

Obere Atmosphäre von der Internationalen Raumstation aus gesehen. © NASA/JSC

Research (NCAR) der USA haben herausgefunden, dass bis zum Jahr 2017 die Dichte der äußeren Atmosphärenschicht um rund drei Prozent abnehmen wird. Im Computermodell zeigte sich dieser durch eine Abkühlung in großer Höhe bewirkte Trend so stark, dass eine Erwärmung durch starke Sonnenaktivität ihn nicht ausgleichen konnte. Konsequenzen hat die Ausdünnung vor allem für die Raumfahrt, denn die Kurskorrekturen der Satelliten in den niedrigen Umlaufbahnen müssen zukünftig an diese Dichteänderungen angepasst werden. (Geophysical Research Letters)

Klimaforschung

Klimawandel macht obere Atmosphäre dünner Die steigenden Kohlendioxidkonzentrationen heizen nicht nur das Klima der Erde an, sie dünnen auch die Atmosphäre aus: Forscher des National Center for Atmospheric

14.11.1901 K. Landsteiner entdeckt die drei Blutgruppen 13.11.1990 Veröffentlichung der ersten Internetseite

17.11.1869 Eröffnung des Suez-Kanals

14.12.

Genetik

Fliegen-Gen erklärt Diabetes Ein Gen, das eine wichtige Rolle bei der Entstehung der Zuckerkrankheit spielen könnte, haben Bonner Wissenschaftler entdeckt. Die Erbanlage enthält die Bauanleitung für das

23.11.1969 Erste Isolierung eines einzelnen Gens

21.11.1953 Der „Piltdown-Mensch“ wird als Betrug entlarvt

Eiweiß Cytohesin. Über eine komplizierte Signalkette sorgt dieses Protein dafür, dass Muskeln und Organe Blutzucker aufnehmen. Die so genannte Insulin-Kaskade entscheidet auch über Größe und Zahl der Körperzellen während des Wachstums. Fliegen, bei denen diese Erbanlage defekt ist, sind daher erheblich kleiner als ihre Artgenossen. Interessanterweise leben sie jedoch deutlich länger. Das „Steppke“ getaufte Gen scheint eine so zentrale Bedeutung zu haben, dass es sich seit einer knappen Milliarde Jahren kaum verändert hat: Es kommt in Fliegen, in ähnlicher Form aber auch in Mäusen und im Menschen vor. (Nature)

15.12.

Kosmische „Mischmaschine“ schuf Planeten Eine gewaltige kosmische Turbulenz könnte am Beginn unseres Sonnensystems gestanden haben: Kometen, und damit möglicherweise auch die Planeten, wurden offenbar aus Materialien ganz unterschiedlicher Herkunft gebildet und sind damit weitaus heterogener als zuvor angenommen. Forscher schließen dies aus den Analysen der Staubpartikel, die die NASA-Raumsonde Stardust im Januar 2006 von ihrer Reise zum Kometen Wild-2 zur Erde brachte. Die unerwartet vielfältige Zusammensetzung der Proben spiegelt die Turbulenzen im Urnebnel wieder. (Science)

27.11.1895 Alfred Nobel stiftet den Nobelpreis

24.11.1859 Charles Darwin veröffentlicht „Die Entstehung der Arten“

Astronomie

30.11.1974 Der aufrechtgehende Vormensch „Lucy“ wird in Äthiopien entdeckt

29.12.1912 Erste Überfliegung des Südpols

29

CHRONIK

15.12.

Dezember 2006 Paläontologie

Ältestes „Bernstein-Archiv“ entdeckt In tausenden winziger Tropfen Bernstein, die nahe der Stadt Cortina d` Ampezzo in den italienischen Dolomiten gefunden wurden, haben Wissenschaftler eine uralte Lebensgemeinschaft aus Bakterien, Pilzen, Algen, Wimperntierchen und Amöben entdeckt. Die Mikroorganismen sind 220 Millionen Jahre alt und damit die ältesten bekannten Bernsteininklusen der Welt. Die außergewöhnlich gut erhaltenen Mikroben erlauben erstmals einen direkten Vergleich mit heute lebenden Arten. Das überraschende Resultat: Sie können von heutigen Gattungen, manche sogar von heutigen Arten, nicht unterschieden werden. (Nature)

Nicht nur Mikroorganismen, auch ganze Insekten finden sich im Bernstein eingeschlossen. © SXC

18.12.

Klimaforschung

Steigt der Meeresspiegel schneller? Der Meeresspiegel könnte in den kommenden Jahrzehnten noch schneller steigen als bislang erwartet. Dies hat eine Studie des PotsdamInstituts für Klimafolgenforschung (PIK) ergeben. Die Forscher kommen auf einen möglichen Anstieg von bis

30

zu 140 Zentimeter bis Ende dieses Jahrhunderts – im Gegensatz zu dem vom Weltklimarat prognostizierten Anstieg von bis zu 88 Zentimetern.Die Studie beruht auf Beobachtungen des Zusammenhangs zwischen Lufttemperaturen und Meeresspiegelveränderungen im 20. Jahrhundert. (Science)

die Amplitude des Resonators. Die Bedeutung dieses Experiments liegt darin, dass mit solchen Verfahren in Zukunft auch Objekte oberhalb des atomaren Maßstabs in einen Quantenzustand versetzt werden könnten. Mit herkömmlichen Techniken ist so etwas noch nicht möglich. (Physical Review Letters)

19.12.

Neurobiologie

Auch Ratten träumen in Bildern Kann man im Schlaf lernen? Möglicherweise ja: Eine Studie an Ratten hat gezeigt, dass diese im Schlaf die Erinnerung an die Labyrinth-Tests wieder abspielten, die sie während des Tages absolviert hatten. Die gemessenen Hirnströme deuteten darauf hin, dass das Gehirn dabei tatsächlich erinnerte Ereignisse in zwei Regionen gleichzeitig rekapitulierte, denn es wurden Signale sowohl im Hippocampus wie auch in der Seerinde registriert – genau den Bereichen, die auch tagsüber beim Erlernen des Labyrinthwegs aktiv waren. Gleichzeitig deutet die nächtliche Gehirnaktivität in der Sehrinde darauf hin, dass auch Ratten in Bildern träumen – ähnlich wie der Mensch. (Nature Neuroscience)

20.12.

Physik

Laserlicht kühlt mechanische Schwingungen Wissenschaftler haben erstmals Lichtwellen genutzt, um ein mechanisches Schwingungssystem, einen Resonator, von Raumtemperatur bis auf minus 260 Grad Celsius herunterzukühlen. Unter dem Einfluss des Laserlichts verringerte sich die Amplitude der mechanischen Schwingungen – der Druck der Lichtteilchen dämpfte

21.12.

Planetenforschung

Merkur: Weiche Schale dämpft harten Kern Ein rätselhafter Planet beugt sich der Theorie: Wissenschaftler können nun erklären, warum Merkurs Magnetfeld viel geringer ist als vorhergesagt. Normalerweise entstehen die planetaren Magnetfelder durch Strömungen im elektrisch leitenden, flüssigen Kern – wie Strom in einem Dynamo. Beim Merkur jedoch existieren äußere Schichten im flüssigen Eisenkern, die nicht an diesen Strömungen teilnehmen. Dadurch schirmen sie das im Inneren entstehende Magnetfeld teilweise ab und schwächen es so. (Nature)

22.12.

Atmosphäre

„Transportbarriere“ erzeugt Ozonloch Atmosphärenforscher haben mithilfe von Daten aus einem japanischen Satellitenexperiment ein Phänomen entdeckt, das wesentlich zur frühen Entstehung des Ozonlochs beiträgt: Im Polarwirbel – dort bildet sich in jedem Winter das Ozonloch über der Antarktis – baut sich eine doppelte Transportbarriere auf. Sie verhindert den Luftaustausch zwischen der ozonreichen Umgebungsluft und der ozon-

Die Themen des Jahres

armen Schicht im Inneren des Wirbels, wo der Abbau quasi unverdünnt weiter abläuft. (Journal of Geophysical Research)

22.12.

Medizin

Tuberkulose: Versteck in Fettzellen Die Tuberkulose gehört noch immer zu den großen und unbesiegten Seuchen der Menschheit. Auch nach einer Behandlung kann ein Teil der Bakterien in einem Ruhezustand im Körper bleiben und jederzeit wieder aktiviert werden. Den Überlebenstrick der Tuberkulosebakterien haben Wissenschaftler nun aufgedeckt: Die Krankheitserreger verstecken sich in den Fettzellen des Patienten und sind so vor dem menschlichen Immunsystem und Antibiotikawirkungen geschützt. Diese Erkenntnis eröffnet neue Ansätze für die Therapie der Krankheit, da nun gezielt darauf geachtet werden kann, dass Wirkstoffe auch die Schutzhülle der Fettzellen passieren können. (PLoS ONE)

22.12.

Polarforschung

Gezeiten wirken auch auf Gletscher Die Gletscher und Eisströme der Antarktis fließen längst nicht so gleichmäßig wie gedacht. Stattdessen werden sie auch von den Gezeiten beeinflusst – und das noch mehrere hundert Kilometer landeinwärts. Als sie die Fließgeschwindigkeit des 150 Kilometer langen Rutford Eisstroms bestimmten, stellten Forscher des British Antarctic Survey (BAS) zu ihrer großen Überraschung eine Übereinstimmung zwischen den Geschwindigkeitsschwankungen des Eisstroms und dem Zyklus der Spring- und Nipp-

tiden fest. Bisherige Annahmen über die Wechselwirkungen von antarktischem Eisschild und externen Einflüssen werden damit entkräftet. Diese Erkenntnis fliesst nun in die Computermodelle zur zukünftigen Eisentwicklung und des Meeresspiegelanstiegs ein. (Nature)

entdeckt. Wie erste Genanalysen zeigen, gehören die Einzeller der Gruppe Telonemia zu einem Zweig der Organismen, der sich vor rund einer Milliarde Jahre von den ersten Eukaryoten, den Vorfahren der höheren Lebewesen, abgetrennt hat. Zum Erstaunen der Forscher besitzt die neue Gruppe nicht nur mehr Gene als der Mensch, sondern auch eine größere genetische Vielfalt als alle bekannten höheren Tiere. (Proceedings of The Royal Society)

29.12.

Der Rutford-Eisstrom in der Antarktis. © USGS

22.12.

Astronomie

Kosmische Explosion sprengt Theorie Gammastrahlenausbrüche gehören zu den gewaltigsten Ereignissen im Universum. Nach geltender Theorie entstehen alle Ausbrüche, die länger als zwei Sekunden anhalten, durch die Explosion eines massereichen Sterns in Form einer Supernova. Doch zwei neu entdeckte Gammastrahlenausbrüche passten nicht in diese Theorie: Die bei der Explosion zu erwartende Supernova blieb aus. Ob es sich dabei um Sonderfälle handelt oder aber einen ganz eigenen Typ, müssen nun weitere Forschungen klären. (Nature)

27.12.

Verhaltensbiologie

Singen gegen Raubfeinde Dass Tiere Gesang als Lockruf und Werbung einsetzen, ist nichts Neues. Doch zur großen Überraschung der Forscher nutzen Gibbonaffen ihre Rufe noch ganz anders – um Raubtiere abzuschrecken und Artgenossen zu warnen. Die Abwehrgesänge unterscheiden sich dabei schon in den ersten Noten deutlich von den anderen sozialen Gesängen und sind auch über weite Entfernungen hörbar. Das Besondere dabei: Offenbar vermitteln die Gibbons über die Zusammensetzung der „Strophen“ auch, von welchen Fressfeinden die Gefahr ausgeht. (PLOS One)

Biologie

Neuer „Ast“ am Baum des Lebens Eine völlig neue Gruppe von Lebensformen haben Wissenschaftler eines internationalen Teams im Meer

Sehr kommunikativ: Weißhandgibbon. © SXC

31

Januar 2007

CHRONIK

02.01.

Paläontologie

04.01.

„Wandelnde Blätter“ viel älter als gedacht In der Grube Messel haben Paläontologen ein 47 Millionen Jahre altes, hervorragend erhaltenes „Wandelndes Blatt“ gefunden. Diese Insekten imitieren täuschend echt die Blätter von Blütenpflanzen und tarnen sich so vor Feinden. Das fossile Wandelnde Blatt sieht heute lebenden Männchen dieser Gruppe verblüffend ähnlich

Das Wandelnde Blatt (Phyllium sp.) kommt heute nur in Südostasien vor. © Denis Barthel / GFDL

History

und zeigt, dass das Imitieren von Laubblättern eine überraschend alte Evolutionsstrategie ist, die offenbar schon seit vielen Millionen Jahren erfolgreich praktiziert wird. Außerdem belegt die Entdeckung, dass das frühere Verbreitungsgebiet dieser Tiergruppe deutlich größer war als heute, denn von den heutigen Wandelnden Blättern sind nur 37 Arten aus Südostasien und angrenzenden Gebieten bekannt. (PNAS)

32

01.01.1867 Alfred Nobel erfindet das Dynamit

Östrogen als Appetitzügler Das weibliche Geschlechtshormon Östrogen beeinflusst nicht nur den Zyklus und andere geschlechtsspezifische Funktionen, es wirkt auch auf unseren Appetit. Das entdeckten Wissenschaftler der Yale Universität, als sie die Regulation des Körpergewichts bei Mäusen mit Mutationen im Leptin- oder Östrogen-Signalweg untersuchten. Es zeigte sich, dass Östrogen auf Nervenzellen im Hypothalamus, dem Sitz des Hungergefühls, wirkt. Dabei nutzt es den gleichen Stoffwechselweg wie das Fettstoffwechselhormon Leptin. Letzteres gilt bereits seit längerem als potenzielles „Schlankheitshormon“. Gerade für die häufige Gewichtszunahme von Frauen nach den Wechseljahren könnte diese Erkenntnis Ansatzpunkte für eine Therapie liefern. (Nature Medicine)

04.01.

Neurobiologie

Blick ins Gehirn enthüllt, warum wir kaufen Was passiert in unserem Gehirn, wenn wir uns für oder gegen den Kauf eines Produkts entscheiden? Die Antwort liefert eine Studie amerikanischer Wissenschaftler, die die Gehirnaktivität von Probanden während dieser Entscheidung untersuchten. Betrachteten diese ein Produkt, wurde eine Gehirnregion aktiviert, die unter

01.01.1801 Entdeckung des ersten Kleinplaneten, Ceres

01.01.1970 Die Unix-Zeitrechnung „Epoch“ beginnt

Physiologie

04.01.1634 Geburt des Physikers Isaac Newton

07.01.1894 Patentierung der ersten Filmkamera

anderem als Sitz von Vorfreude und positiver Erwartung gilt, der Nucleus accumbens. Waren die Produkte aber mit überhöhten Preisen ausgezeichnet, reagierten gleich zwei Gehirnbereiche: Die so genannte Insula wurde aktiv und der mittlere präfrontale Kortex – zuständig für das Abwägen von Gewinnen und Verlusten – wurde deaktiviert. Verhaltensbestimmend ist dabei offenbar vor allem der präfrontale Kortex: War er gehemmt, entschieden sich die Probanden immer gegen einen Kauf. (Neuron)

05.01.

Physik

Material bricht Licht linksherum Zum ersten Mal ist es Wissenschaftlern gelungen, ein künstliches Material herzustellen, das Licht um den Faktor minus 0,6 „nach links“ bricht – und damit in einem negativen Winkel. Normale Materialien brechen Licht zwar in jeweils unterschiedlichen Winkeln, immer aber nach rechts. Das neue „Metamaterial“ besteht aus einem auf Silber beruhenden feinen Nanonetz und erreicht bei dieser „Linksbrechung“ erstmals eine so kleine Wellenlänge. Die Entdeckung markiert einen wichtigen Schritt im rapide wachsenden Feld der Metamaterialien, neuen Werkstoffen, die eines Tages zu hochauflösenden Aufnahmeverfahren und letztlich sogar zu „Tarnkappen“ führen könnten. (Nature)

10.01.1946 Erste Generalversammlung der UNO

07.01.1610 Galileo Galilei entdeckt mehrere Monde des Jupiter

14.01.2005 Raumsonde Huygens landet auf dem Saturnmond Titan

11.01.1922 Erste Behandlung eines Diabetes-Patienten mit Insulin

Die Themen des Jahres

08.01.

Klima

Vulkanischer Fallout hilft Klimamodellen Welchen Einfluss hatten und haben Vulkanausbrüche auf das globale Klima? Ein Schritt hin zu einer Antwort auf diese Frage ist jetzt einem Team von amerikanischen und französischen Wissenschaftlern gelungen. Sie entwickelten eine Methode, mit der sie anhand des „chemischen Fingerabdrucks“ vergangener Ausbrüche bestimmen können, wie hoch die vulkanischen Schwebstoffe in die Atmosphäre geschleudert wurden und welche chemischen Reaktionen sich dort ereigneten. Wichtig ist dies vor allem für die Bewertung der entstehenden Aerosolmengen, da diese je nach Typ und Verteilung auch die Klimaprognosen der Modelle stark beeinflussen. (Science)

09.01.

Astronomie

Gasriesen entstehen gleich oder nie Große Gasplaneten wie Jupiter oder Saturn entstehen offenbar sehr kurz nachdem ihre Muttersterne zu leuchten beginnen – oder aber gar nicht. Das haben Beobachtungen von jungen Sternen mit einer umgebenden Gasscheibe gezeigt. Wann und welche Planeten sich aus diesem „Urnebel“ bilden können, schlossen die Astronomen der Universität von Arizona aus der Dichte und Tempe-

19.01.1915 Der Physiker Georges Claude erhält das Patent auf die Neonröhre 15.01.1971 Einweihung des Assuan Staudammes

ratur des Gases. Es zeigte sich, dass alle Sterne der Studie von erstaunlich wenig Gas umgeben waren – weniger als zehn Prozent der Masse des Jupiter. Wenn in diesen Systemen bis dahin also noch kein Gasriese existierte, würde er aus Materialmangel auch nicht mehr entstehen können, so die Forscher. (Astrophysical Journal)

11.01.

Immunologie

Immunsystem: Selbstmord fürs Gemeinwohl Sie sind die zahlenmäßig größte Gruppe weißer Blutzellen: die Neutrophilen Granulozyten. Sie fangen und töten Mikroorganismen durch eine Art „Fangnetz“ aus Nukleinsäure und aggressiven Enzymen. Ein deutsches Wissenschaftlerteam hat jetzt herausgefunden, dass die Zellen derartige Netze im Rahmen eines Selbstmordprogramms bilden: Während sie sterben, schleudern sie ihren Zellkern heraus. Die darin enthaltene Nuklein-

säure ist mit antibakteriellen Enzymen vermischt und bildet ein für Mikroorganismen tödliches Netz. In den Körper eingedrungene Bakterien und pathogene Pilze verfangen sich und werden abgetötet. (Journal of Cell Biology)

12.01.

Anthropologie

Homo sapiens kam rund 40.000 Jahre später Bisherige Theorien gingen davon aus, dass sich der Homo sapiens, der moderne Mensch, vor 100.000 Jahren aus Afrika heraus ausbreitete. Neue Daten jedoch deuten darauf hin, dass diese Wanderungsbewegung erst deutlich später, vor 50.000 bis 60.000 Jahren, stattfand. Die Erkenntnisse basieren auf paläontologischen Auswertungen und Analysen der mitochondrialen DNA von menschlichen Knochenfunden – darunter einem 1952 gefundenen Schädel aus Hofmeyer in Südafrika. Offenbar entwickelte sich der moderne Mensch zwar schon vor 100.000 Jahren, begann aber erst viel später mit seiner Wanderung als bisher gedacht. (Science)

16.01.

In Granulozyten-Netz gefangene ShigellaBakterien. © Dr. Volker Brinkmann, MPI für Infektionsbiologie

25.01.1755 Gründung der LomonossowUniversität in Moskau

23.01.1960 Tauchboot „Trieste“ taucht in den Marianengraben

Nanotechnologie

Ionenstrahlen lassen Nano-Drähte wachsen 2.000-mal dünner als ein menschliches Haar ist ein Draht, den Dresdener Physiker hergestellt haben. Das Beson-

29.01.1991 Erster Einsatz von gentechnisch veränderten Körperzellen gegen Krebs

27.01.1967 Unterzeichnung des Vertrags zur friedlichen Nutzung des Weltraums

29.01.1886 Carl Benz lässt das Benzin-Auto patentieren 29.01.1938 P. Schlack entdeckt die Basis für die Kunstfaser Perlon

33

CHRONIK

Januar 2007

dere an diesem Nano-Draht: Er wächst nicht als „Haarknäuel“ ungeordnet auf einer Materialoberfläche, sondern kann direkt durch einen Schuss mit schnellen, geladenen Atomen in ein beliebiges Material, wie beispielsweise Silizium, implantiert werden. Die Atome sind dabei gleichzeitig das Werkzeug und der Stoff, aus dem der Draht wächst. (Applied Physics Letters)

16.01.

Biologie

Warum werden Eisbären nicht so groß wie Elefanten? Die meisten räuberisch lebenden Säugetiere waren und sind ziemlich klein, verglichen mit den riesigen, mehrere Tonnen schweren Pflanzenfressern. Gerade einmal eine halbe Tonne wiegt der größte heute lebende Fleischfresser, der Eisbär – sein ausgestorbener Urahn brachte es immerhin noch auf eine Tonne. Der Grund für diese Größenbegrenzung liegt im Energiebedarf, wie Forscher der Zoologischen Gesellschaft London herausfanden: Raubtiere dieser Größe jagen meist gleichgroße Beute und verbrauchen dabei im Verhältnis sehr viel Energie. Modellrechnungen der Energiebilanzen von Räubern verschie-

dener Größen ergaben zudem, dass räuberische Säugetiere aus diesem Grund wohl nicht schwerer werden können als eine Tonne. Tyrannosaurus rex und andere Kollegen aus dem Dinoreich hatten es da leichter, denn für Kaltblüter gilt diese Regel nicht. (PLOS Biology)

17.01.

Balken“ im Gehirn lässt uns Sprache verstehen Frage oder Antwort, Haupt- oder Nebensatz – nicht nur die Wörter, sondern auch die Betonung bestimmen die Bedeutung eines Satzes. Wie sich die beiden Hirnhälften austauschen, um die Grammatik und die Prosodie, die Sprachmelodie, in Beziehung zu setzen, haben nun Wissenschaftler herausgefunden. Eine entscheidene Rolle spielt dabei das hintere Drittel des Balkens, einem Faserbündel zwischen den Gehirnhälften, der als Vermittlungsstelle fungiert. Bei Patienten mit Schäden in diesem Bereich, war auch das Zusammenspiel zwischen grammatischer und prosodischer Information gestört. (Neuron)

18.01.

Der Eisbär lebt in den nördlichen Polarregionen und ist eng mit dem Braunbären verwandt. © Ansgar Walk/CC 2.5

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Neurobiologie

Meeresforschung

Überraschender Fund im ozeanischen „Wellensalat“ Die langsamen, aber großen Strömungen in den Weltozeanen sind für die Stabilität unseres Klimasystems von zentraler Bedeutung. Jetzt sorgt ein vor kurzem neu entdecktes Strömungssystem für Überraschung. Denn bisher galten vor allem die Süd-NordTransporte als entscheidend für diese subtropischen Regionen. Doch Satel-

litendaten enthüllten nun eine bisher unbekannte, nach Osten gerichtete Meeresströmung im Süden des Indischen Ozeans. Sie transportiert etwa zehn Millionen Kubikmeter Wasser pro Sekunde und überquert mehr als den halben Ozean. Diese neuen Erkenntnisse liefern einen neuen Mosaikstein zum Verständnis der globalen Ozeanzirkulation. (Journal of Geophysical Research)

19.01.

Astronomie

Asteroiden-Kollision prägte Erdaltertum

Kollision zweier Asteroiden. © NASA/JPL

Eine der der größten Kollisionen im Sonnensystem ereignete sich vor 470 Millionen Jahren im Asteroidengürtel. Sie zerriss einen hunderte Kilometer großen Kleinplaneten und schleuderte die Bruchstücke in Richtung Erde. Als Folge davon schlugen im Laufe einiger Millionen Jahre ungewöhnlich häufig Meteoriten ein – mit globalen Folgen für das Klima der Erde. Einige bis heute erhaltene Relikte dieser Meteoriten ermöglichten nun Wissenschaftlern die genaue Datierung der Katastrophe. Möglicherweise spielten die Einschläge sogar eine Rolle bei der explosionsartigen Zunahme der Artenvielfalt im Erdaltertum. (Meteoritics and Planetary Science)

Die Themen des Jahres

22.01.

Physik

Bild gespeichert auf nur einem einzigen Photon Erstmals ist es Forschern gelungen, die Daten eines Bildes auf nur einem Photon zu speichern. Um das Bild, bestehend aus den Buchstaben „UR”, zu erzeugen, richteten sie einen Strahl aus einzelnen Photonen auf eine Schablone mit den ausgesparten Buchstaben. Nach den Regeln der Quantenphysik kann das Photon in seiner Welleneigenschaft alle Teile der Schablone auf einmal berühren und so den „Schatten“ der Schablone mit sich tragen. Der resultierende Lichtpuls wurde in heißem Cäsiumgas verlustfrei verlangsamt und komprimiert – eine entscheidende Bedingung, um optische Daten beispielsweise in elektrische Signale umzuwandeln. (Physical Review Letters)

Dieses Bild übertrugen die Forscher mit einem Photon. © University of Rochester

22.01.

bestimmtes Gen, das Dihydrofolate Reductase Gen (DHFR), das über ein Enzym die Synthese der Aminosäure Thymin kontrolliert. Das Besondere: Die RNA wird durch DNA-Abschnitte erzeugt, die lange Zeit für funktionslos gehalten wurden. Forscher vermuten, dass in dieser so genannten „Junk-DNA“ noch zahlreiche weitere Kontroll-RNAs kodiert sind. (Nature) Drosophila. © GFDL

25.01.

Nanotechnologie

Nano-Rad lernt rollen In den letzten Jahren haben Wissenschaftler durch Manipulation mit Rastertunnelmikroskopen bereits einzelne Atome und Moleküle auf Oberflächen bewegt und sogar zu Sprüngen animiert. Nun ist es Forschern erstmals gelungen, ein molekulares Rad von nur 0,8 Nanometer Durchmesser auf einer Kupferoberfläche gezielt hin- und herrollen zu lassen. Um die Bewegung auszulösen, führten die Wissenschaftler die dünne Spitze eines Rastertunnelmikroskops in einem Abstand von wenigen Atomdurchmessern über ein einzelnes Molekül und bewirkten so einen Tunnelstrom, der das Rad in Bewegung setzte. Wichtig ist diese Entdeckung zukünftig unter anderem für die Kontrolle von komplexen Nanomaschinen. (Nature Nanotechnology)

Genetik

Stille Revolution im Reich der RNA Das Biomolekül RNA kann weit mehr als nur bei der Proteinsynthese assistieren. Forscher haben eine RNAForm entdeckt, die eine kritische Rolle bei der Zellteilung und vor allem auch bei der Regulation der Tumorentstehung spielt. Sie reguliert ein

29.01.

Biologie

Fruchtfliegen: Manche mögen’s heiß Werden Fruchtfliegen für kürzere Zeit großer Hitze ausgesetzt, hat dies normalerweise negative Auswirkungen. Jetzt haben Forscher festgestellt, dass dieser Hitzeschock unter bestimmten Bedingungen einen

Vorteil darstellten kann: Fliegen, die im Labor einer Hitze-Abhärtung unterzogen wurden, tauchten nach ihrer Freilassung immer dann besonders häufig wieder an Köderfallen auf, wenn die Tage heiß waren. Kühlere Tage schienen ihnen dagegen weniger gut zu bekommen als ihren nicht abgehärteten Artgenossen. Angesichts der globalen Klimaerwärmung könnte sich diese Form der Anpassung durchaus als Vorteil erweisen. (University of Chicago)

30.01.

Genetik

Parasit hat mehr Gene als der Mensch Der Einzeller Trichomonas vaginalis ist für eine der häufigsten Geschlechtskrankheiten weltweit verantwortlich. 170 Millionen Neuansteckungen pro Jahr gehen auf sein Konto. Ein internationales Forscherteam hat nun das Erbgut des Erregers entschlüsselt und dabei eine Überraschung erlebt: Das 160 Millionen Basenpaare umfassende Genom enthält dreimal so viele Gene wie das Erbgut des Menschen. Die genauere Kenntnis der Funktionen dieser Gene könnte helfen, die Resistenz des Erregers gegen viele Therapien zu durchbrechen. (Science)

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Februar 2007

CHRONIK

01.02.

Physik

Herzschlag verrät Schlafphase Im Schlaf durchleben wir verschiedene Phasen, die unter anderem an unseren Hirnströmen und den Bewegungen der Augen erkennbar sind. Doch auch Herzschlag und Atmung unterscheiden sich bei Tiefschlaf oder Traumschlafphasen, wie Forscher bei Experimenten im Schlaflabor herausfanden. Sie nutzten einen auf der theoretischen Physik beruhenden Algorithmus, der die Synchronisationsphasen objektiv erkennen konnte. Mit einer solchen automatischen Überwachung von Puls und Atmung könnten zukünftig Patienten mit Schlafproblemen untersucht werden, ohne dass sie in ein Schlaflabor müssen. (Physical Review Letters)

01.02.

Nanotechnologie

History

Nanodrähte erkennen T-Zellen Mithilfe eines neuen Ansatzes haben Forscher erstmals Nanodrähte direkt in mikroelektronische Schaltkreise integriert. Der Trick dabei: Die Drähte werden mittels einer Maske, einem photosensiblen Überzug und einer Belichtung direkt auf eine Siliziumplatte aufgetragen. Mit dieser Methode könnten Nanodrähte auch als hochsensible Detektoren für Biomoleküle eingesetzt werden. In ersten Tests registrierten die integrierten Drähte schon nach zehn

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03.02.1966 Erste unbemannte Mondlandung durch „Luna 9“ 04.02.1985 K. von Klitzing entdeckt den QuantenHall-Effekt

Sekunden die Anwesenheit von aktivierten T-Zellen, wichtigen Agenten des Immunsystems. Damit reagieren sie wesentlich schneller als bisherige Sensoren. (Nature)

02.02.

Klima

Treibhauseffekt stärkt Kaltwasserpumpe Ozean und Klima stehen in einem sensiblen Wechselspiel. Die Meere dienen unter anderem als Kohlendioxidspeicher und Klimapuffer. Als Folge des Klimawandels erwärmt sich die Meeresoberfläche inzwischen fast überall – aber es gibt Ausnahmen. Bremer Meeresforscher entdeckten vor Nordwestafrika, dass der Treibhauseffekt das Aufquellen kalter Wassermassen in jüngster Zeit deutlich intensiviert hat. Je stärker der Treibhauseffekt, desto stärker arbeitet die Kaltwasserpumpe und desto mehr kühlt das Meerwasser ab. Dies könnte auch negative Auswirkungen auf die Fischerei in diesen Regionen haben. (Science)

02.02.

Mikrobiologie

Bakterium verantwortlich für Meeresgeruch Der Geruch des Meeres ist unverwechselbar. Aber warum? Das haben englische Forscher herausgefunden – und den Duft der Meeresbrise erfolgreich kopiert. Sie analysierten die DNA

06.02.1886 Das Element Germanium wird entdeckt

einer in den Salzmarschen von Norfolk neu entdeckten Mikrobe und stießen dabei auf ein Gen, das für die Produktion von Dimethyl-Sulfid Gas verantwortlich ist. Dieses Gas erzeugt nicht nur den Meeresgeruch, es spielt auch eine wichtige Rolle bei der Bildung der Wolkendecke über den Ozeanen und damit auch für das Klima. (Science)

Meeresbrandung vor der Nordseeinsel Juist. © Harald Frater

02.02.

DNA mit „Sonnenbrand“ Zum ersten Mal haben Forscher in Echtzeit beobachtet, wie UV-Licht das Erbmolekül DNA schädigt. Dabei zeigte sich, dass die Schlüsselreaktion für diesen Prozess unglaublich schnell abläuft: Innerhalb von noch nicht einmal einer Picosekunde – das ist weniger als eine Billionstel Sekunde. Entscheidend für das Ausmaß der Schäden scheint dabei die Position des DNA-Moleküls im Moment der Bestrahlung zu sein. Sind zwei Basen so ausgerichtet, dass das Licht die Entstehung von chemischen

11.02.2006 Erster Nachweis des Vogelgrippe-Virus H5N1in der EU

08.02.1865 Gregor Mendel veröffentlicht seine Vererbungsregeln

Genetik

12.02.1941 Erste PenicillinBehandlung

15.02.1897 Erstes Experiment mit der Braun‘schen Röhre

18.02.1913 Prägung des Begriffs „Isotop“

17.02.1923 H. Carter öffnet das Grab des ägyptischen Pharao Tutanchamun

Die Themen des Jahres

Bindungen zwischen ihnen auslösen kann, kommt der zelleigene Reparaturmechanismus nicht hinterher. (Science)

05.02.

Materialforschung

Steifer als Diamant Der Diamant galt bisher als steifster Werkstoff in der Natur und oberste Grenze auch für künstliche Werkstoffe. Doch Wissenschaftler der Universität Bochum erzeugten im Labor einen Stoff, der den Diamant an Stabilität und Steife übertrifft. Ihr Trick dabei: Sie betteten feine Bariumtitanat-Partikel in eine Matrix aus Zinn ein. Die Folge: Bei einer bestimmten Temperatur machte das Bariumtitanat eine Phasenumwandlung durch, verbunden mit einer Umschichtung der atomaren Gitterstruktur. Dabei erreichte die Steifigkeit des Gesamtmaterials höhere Werte als die des Diamants. Materialien, die „auf Knopfdruck“ extrem steif werden, könnten zukünftig in Autos oder Werkzeugen eingesetzt werden. (Science)

05.02.

Astronomie

Erster Blick auf titanische Wolke Eine gewaltige Wolke aus Kohlenwasserstoffen überdeckt den Nordpol des Saturnmonds Titan. Sie reicht bis hinab zum 62. Breitengrad und könnte auch für das Auffüllen der auf der Oberfläche entdeckten Methan-

21.02.1947 Die erste PolaroidKamera wird vorgestellt 19.02.1986 Start der russischen Raumstation Mir

seen verantwortlich sein. Die NASASonde Cassini übermittelte genauere Bilder dieser Wolke, deren Dimensionen selbst die Planetenforscher in Erstaunen versetzt. Daten weiterer Messungen zeigen, dass das Wolkensystem des Titan jahreszeitlichen Veränderungen unterworfen ist. Basierend auf globalen Zirkulationsmodellen haben die Wissenschaftler berechnet, dass eine solche Wolke rund 25 Jahre bestehen bleibt, dann vier bis fünf Jahre fast verschwindet, bevor sie anschließend erneut für 25 Jahre den Pol überdeckt. (ESA)

Wolkensystem über dem Nordpol des Titan. © NASA/JPL/University of Arizona

06.02.

Meeresforschung

Tiefsee-Geysire singen Schwarze Raucher, die Geysire der Tiefsee, speien bis zu 400°C heißes Wasser. Fische, die aus Versehen in dieses Wasser hinein schwimmen, würden bei lebendigem Leibe gekocht. Doch offenbar erkennen sie die Gefahr rechtzeitig – trotz Dauerdunkel. Aber woran? Aufnahmen mit

23.02.1893 R. Diesel erhält das Patent für seinen Dieselmotor

22.02.1997 Erster Bericht über Klonschaf Dolly erscheint

Unterwassermikrophonen zeigen, dass die Schwarzen Raucher nicht nur grummelnde Geräusche von sich geben, sondern sogar individuell unterschiedlich „singen“. Der genaue Entstehungsmechanismus dieser relativ reinen Töne ist allerdings noch ungeklärt. (Universität Washington)

07.02.

Buntbarsche lieben lieber in Inzucht In fast allen menschlichen Kulturen ist Inzucht tabu. Nicht so bei manchen Buntbarschen: Lässt man ihnen die Wahl, paaren sie sich weit häufiger mit Bruder oder Schwester als mit einem nicht-verwandten Artgenossen. Interessanterweise führt diese Geschwisterliebe offenbar nicht zu genetischen Komplikationen beim Nachwuchs. Stattdessen arbeiten verwandte Eltern bei der Aufzucht der Kinder besser zusammen. Die von deutschen Forschern erstmals experimentell belegte Präferenz für einen eng verwandten Partner könnte ihrer Ansicht nach auch für andere Arten zutreffen. (Current Biology)

08.02.

Astronomie

Todestanz in die Supernova Weitaus mehr Supernovae als bisher angenommen sind die Folge eines fatalen „Todestanzes“ zweier Sterne. In der Milchstraße machen solche Sternenexposionen unter Beteili-

26.02.1966 Erster Flug einer unbemannten Apollo-Kapsel

24.02.1896 H. Becquerel berichtet über die radioaktive Strahlung von Uran

Biologie

28.2.1958 W. Heisenberg präsentiert die „Einheitliche Theorie der Elementarteilchen“ 27.02.1932 J. Chadwick entdeckt das Neutron

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CHRONIK

Februar 2007

gung zweier Sterne gerade einmal 15 Prozent aus. Ihr Anteil im restlichen Weltall ist jedoch deutlich höher, wie jetzt die Untersuchung von 22 Galaxienclustern mithilfe des ESA-Röntgenteleskops XMM Newton ergeben hat. In den aus hunderten von Sternen bestehenden Haufen ging rund die Hälfte aller Supernovae auf die Wechselwirkung zwischen zwei Sternen zurück. Modelle der Supernovahäufigkeit müssen daher nun korrigiert werden. (ESA)

09.02.

Mikrobiologie

„Out of Africa“ – auch für Bakterien Als sich der Mensch vor rund 60.000 Jahren von Afrika aus aufmachte, um die Welt zu besiedeln, war er nicht allein: Das Bakterium Helicobacter pylori, das heute bei vielen Menschen Magenschleimhautentzündungen auslöst, begleitete ihn. Ein internationales Wissenschaftlerteam stellte fest, dass sich im Erbgut der damals getrennten Bakterienpopulationen im Laufe der Zeit genauso Unterschiede entwickelten wie in den verschiedenen menschlichen Völkern. Daraus können die Forscher neue Erkenntnisse gewinnen, welche Wege die Völker auf der Erde einschlugen. (Nature)

09.02.

Astronomie

Saturnmond als kosmischer Graffitikünstler Enceladus, der sechsgrößte Mond des Saturn, ist ein kosmischer Graffiti-Sprayer: Die aktiven Eisgeysire an seiner Oberfläche sprühen ihre Fontänen so weit ins All hinaus, dass sie die Oberfläche von mindestens elf

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anderen Monden mit Eis bedecken. Diese nun entdeckten eisigen „Graffiti“ sind auch die lange gesuchte Erklärung dafür, warum diese Monde so leuchtend hell erscheinen. Auch der ERing, der Saturnring in dem Enceladus und seine Nachbarmonde kreisen, speist sich aus den Eispartikeln der Enceladus-Geysire. (Science)

am spezifischen Muster der Gehirnaktivität ihrer Probanden ab, für welche von zwei möglichen Handlungen diese sich entschieden hatten. Zum ersten Mal belegten sie damit auch, dass der Entscheidungsprozess im Stirnlappen der Großhirnrinde abläuft. (Current Biology)

13.02. 12.02.

Genetik

Pferdegenom entschlüsselt Genetiker haben die rund 2,7 Milliarden Basenpaare des Pferdegenoms entschlüsselt. Im Rahmen eines internationalen, 2006 gestarteten Gemeinschaftsprojekts zerlegten die Forscher das Genom der Vollblutstute „Twilight“ in 300.000 Stücke und sequenzierten diese jeweils von den Enden her. Zusätzlich erstellten sie eine Karte mit DNA-Varianten von sieben verschiedenen Pferderassen, darunter Araber, Isländer, englisches Vollblut und amerikanisches Quarterhorse. Sie zeigt Unterschiede im Aufbau der DNA und stellt ein wertvolles Werkzeug für die Erforschung von Krankheiten, Verhaltens- und Leistungseigenschaften bei Pferden dar. (NHGRI)

13.02.

Paläontologie

Schimpansen nutzten schon in der Steinzeit Nussknacker Schimpansen haben schon Nüsse mit Steinwerkzeugen geknackt, bevor der Mensch sesshaft wurde und mit der Landwirtschaft begann. Diese überraschende Entdeckung ist einem internationalen Forscherteam in Westafrika in der bisher einzigen bekannten Ausgrabungsstätte einer prähistorischen Schimpansenwerkstatt gelungen. Die ausgegrabenen Steine zeigen deutliche Abnutzungsspuren und zum Teil noch Nussreste in Form von Stärkekörnern. Die Forscher vermuten, dass diese Art des Werkzeuggebrauchs ihren Ursprung beim gemeinsamen Vorfahren von Mensch und Schimpanse hat, anstatt unabhängig von den Schimpansen entwickelt worden zu sein. (PNAS)

Neurobiologie

Hirnaktivität sagt geheime Absichten voraus Was wir uns insgeheim vornehmen, bleibt anderen Menschen verborgen – so glauben wir zumindest. Einem internationalen Forscherteam ist es jedoch gelungen, die Absichten ihrer Versuchspersonen schon vor ihrer Ausführung zu entschlüsseln. Mit Hilfe der Magnetresonanz-Tomographie und hoch entwickelten Analysemethoden lasen die Wissenschaftler

Ein typischer von den Schimpansen im TaiWald verwendeter Steinhammer mit starken Abnutzungserscheinungen. © Max-PlanckInstitut für evolutionäre Anthropologie

Die Themen des Jahres

13.02.

Klima

Grönlands Eisriesen foppen Klimaforscher Die Reaktion von Gletschern auf die globale Erwärmung ist weitaus komplexer als bisher angenommen. Zwei der größten Eisströme Grönlands, Kangerdlugssuaq und Helheim, sind zwar zwischen 2004 und 2005 extrem schnell abgetaut, haben aber inzwischen ihre Schmelzgeschwindigkeit wieder normalisiert. Nach Ansicht von amerikanischen Gletscherforschern sind solche schnellen Pulse von Vorrücken und Schmelzen möglicherweise sogar zukünftig typischer für die Auswirkungen des Klimawandels in den Polarregionen als ein langsamer und stetiger Rückgang. (Science)

16.02.

Mikrobiologie

Bakterien mit Hybridmotor Was sich in der Automobilbranche mit dem Hybridmotor erst langsam durchsetzt, hat sich in der Natur bereits seit Jahrmillionen bewährt – der Mix von verschiedenen Energiequellen. Auch Meeresbakterien können offenbar ihren Energiebedarf durch wechselnde Strategien decken: Fehlen ihnen Nährstoffe wie Proteine oder Zucker, so können sie auf Photovoltaik umschalten und so ihre Nährstoffe selbst aus dem Sonnenlicht erzeugen. Hierauf deutet die Entschlüsselung des Genoms eines vor der Küste Helgolands entdeckten Bakteriums hin. Zunächst als heterotroph eingestuft, enthielt Congregibacter litoralis KT71 die Gene für den kompletten bakteriellen Photosyntheseprozess und konnte, wie Laborversuche zeigten, auch tatsächlich mithilfe des

Sonnenlichts einen Energiemangel ausgleichen. (PNAS)

20.02.

Meeresforschung

Vulkanasche düngt Meere Was haben Vulkanausbrüche an Land mit dem Wachstum von Algen im Meer zu tun? Möglicherweise mehr als bisher angenommen, wie jetzt Kieler Forscher herausfanden. In Laborexperimenten wiesen sie nach, dass Vulkanasche beim Kontakt mit Meerwasser zügig eine Reihe von Nährstoffen freigibt, darunter Eisen, Phosphat, Ammonium, Kieselsäure, Kupfer und Zink. Genau wie für Pflanzen an Land sind diese Nährstoffe auch für die Algen wichtige Bausteine und oft limitierende Faktoren für ihre Vermehrung. Spannend sind diese neuen Erkenntnisse auch deshalb, weil ein erhöhtes Wachstum von Phytoplankton im Ozean die Aufnahme von CO2 aus der Atmosphäre beschleunigen und damit den vom Menschen verursachten Treibhauseffekt mindern würde. (Geophysical Research Letters)

23.02.

Chemie

Erdnüsse im Nanoreich Winzige Teilchen, die paarweise zu Mini-Erdnüssen verschmelzen – klingt wie aus einem Comic, ist aber Nanotechnologie: Japanischen Forschern ist es gelungen, erdnussförmige Nanopartikel herzustellen, die aus zwei verschiedenen schwefelhaltigen Substanzen zusammengesetzt sind. Ein Ende der Erdnüsse bestand aus Kobaltsulfid, das andere aus Palladiumsulfid. Nützlich ist dies, weil sich so zukünftig zwei Eigenschaften, zum Beispiel Lumineszenz und Magne-

Die neuen Molekülkonstrukte ähneln in ihrer Form solchen Erdnüssen. © USDA

tismus, in einem maßgeschneiderten Partikel zusammenfassen lassen. Bisherige Synthesewege für ein derartiges Konstrukt ergaben entweder ein zufälliges, ungeordnetes Gemisch oder eine Kern-Schale-Verteilung. (Angewandte Chemie)

23.02.

Astronomie

Chemischer „Fingerabdruck” eines extrasolaren Planeten Bisher konnten extrasolare Planeten meist nur indirekt nachgewiesen werden. Deshalb existieren heute nur wenig Informationen über ihre Eigenschaften. Astronomen haben nun erstmals einen molekularen „Fingerabdruck” eines planetaren Gasriesen gewonnen, der auf seiner Umlaufbahn von uns aus betrachtet genau vor seinem Zentralstern vorüber zieht. Sie analysierten die Spektrallinien des Sterns jeweils vor und während einer solchen Passage und konnten aus den Unterschieden ermitteln, welche Elemente in der Atmosphäre des Planeten vorhanden sind. Es zeigte sich deutlich die Signatur von siliziumreichen Staubwolken – jedoch keine Spur von atmosphärischem Wasserdampf. (Nature)

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März 2007

CHRONIK

02.03.

Genetik

Symmetriebruch schaltet X-Chromosom ab Bei allen Frauen darf nur eines ihrer beiden X-Chromosomen aktiv sein, das andere muss ausgeschaltet werden. Aber wie? Eine Erklärung fanden Forscher der Universität von Neapel in einem statistisch-mechanischen Modell. Es zeigt, dass die Zellen dafür einen Proteinkomplex bilden, der sich spontan an ein „Selbstmord-Gen“ in einem der beiden Geschlechts-Chromosomen bindet. Dadurch wird das Gen blockiert und kann dieses Chromosom nicht mehr deaktivieren. Im Gegensatz dazu bleibt das Gen im anderen aktiv und schaltet „sein“ Chromosom aus.. Das System funktioniert auf gleiche Weise bei Männern. Hier wird das einzige X-Chromosom durch das Protein geschützt, das Y ist ohnehin vor Deaktivierung gefeit. (Physical Review Letters)

02.03.

History

03.03.1995 Erster Nachweis des Elementarteilchens „Top-Quark“ 03.03.1910 Erstes Medikament gegen Syphilis zugelassen

Wissenschaftler haben einen Mechanismus entdeckt, der dies erklären könnte. Sie fanden heraus, dass ein relativ seltener Typ von Nervenzellen, die so genannten Martinotti-Zellen, offensichtlich als eine Art Sicherung dient. Wenn eine dieser Zellen Signale oberhalb einer bestimmten Frequenz empfängt, reagiert sie, indem sie ihrerseits hemmende Signale aussendet. Als Folge wird die Aktivität der eigentlichen Zielneuronen gedämpft. (Nature)

(Geophysical Research Letters)

05.03.

Abweichungen von der durchschnittlichen Tagestemperatur (in Grad Kelvin) im Wochenverlauf. © Forschungszentrum Karlsruhe

Meteorologie

Warum ist am Wochenende immer das Wetter schlecht? Am Wochenende regnet es häufiger als an den Werktagen. Das klingt wie eine subjektive Wahrnehmung, ist aber eine meteorologische Tatsache, wie Meteorologen des Forschungszentrums Karlsruhe herausfanden. Sie werteten etwa 6,3 Millionen Messwerte von zwölf Stationen im Zeit-

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raum von 1991 bis 2005 aus und entdeckten Überraschendes: Dienstag ist Spitzenreiter bei den Sonnenstunden, der Mittwoch ist im Mittel um 0,2 Grad Celsius wärmer als der Samstag. Auslöser der tagespezifischen Wettertrends sind nach Ansicht der Meteorologen Aerosole. Die wochentags von Verkehr und Industrie ausgestoßenen Schwebstoffe reichern sich bis zum Wochenende an und sorgen dann für Regen.

05.02.

Gehirnforschung

„Sicherung” verhindert Übererregung In unserem Gehirn existieren weit mehr erregende Synapsen als hemmende – trotzdem kommt es fast nie zu einer Übererregung, einem Amoklauf der Nervensignale, wie er beispielsweise für einen epileptischen Anfall typisch ist. Schwedische

04.03.1769 C.Messier entdeckt den Orion-Nebel 06.03.1869 D. Mendelejew stellt sein Periodensystem der Elemente vor

09.03.1931 E. Ruska präsentiertdas erste Elektronenmikroskop

Chemie

Modell hilft letzte Wasser-Rätsel zu lösen Es ist essenziell für alles Leben auf der Erde und doch birgt es noch immer viele Geheimnisse: das Wasser. Forscher haben nun mithilfe eines physikalischen Modells eine Möglichkeit gefunden, die noch verborgenen Eigenschaften des H2O-Moleküls aufzudecken – und dies ohne aufwändige Laborversuche. Sie erstellten ein theoretisches Gerüst auf der Basis von quantenphysikalischen Gesetzmäßigkeiten, das es erlaubte, das Verhalten der Wassermoleküle Atom für Atom zu „sezieren“. Ganze Cluster von Hochleistungsrechnern waren dafür nötig. Das Resultat ist ein Modell, das erstmals akkurat sowohl die Eigenschaften eines Paares einzelner Wassermoleküle vorhersagen kann als auch die Eigenschaften von flüssigem Wasser als Ganzem. (Science)

10.03.1876 Das erste Telefongespräch

10.03.1814 J. Fraunhofer entdeckt die ersten Spektrallinien

13.03.1781 Entdeckung des Planeten Uranus

12.03.1933 Erste Synthese des Kunststoffs Polyethylen

Die Themen des Jahres

06.03.

Mikrobiologie

Darmbakterie nutzt zelleigene Substanz als Helfershelfer Clostridium difficile ist ein Darmbakterium, dessen Giftstoffe Durchfälle und sogar schwerwiegende Dickdarmentzündungen insbesondere nach Antibiotika-Einnahme hervorrufen können. Wie diese Giftstoffe ihre zellschädigende Wirkung entfalten, haben Mainzer Wissenschaftler nun erstmals aufgeklärt. Zelleigene Verbindungen, so genannte Inositolphosphate, sind dabei die entscheidenden Akteure im Geschehen. Erst sie lösen die Abspaltung eines giftigen Bruchstücks der Bakterientoxine in der befallenen Zelle aus. Überraschend ist dies vor allem deshalb, da dies der erste Mechanismus dieser Art ist, bei dem nicht ein Enzym, sondern eine niedermolekulare Verbindung ein Bakteriengift aktiviert. (Nature)

06.03.

Geologie

Element Titan verrät Ursache für Supervulkan-Ausbruch Der Ausbruch eines Supervulkans im kalifornischen Long-Valley vor rund 76.000 Jahren begrub fast die gesamte Westhälfte Nordamerikas unter einer Aschenschicht. Die Ursache war wahrscheinlich eine nachträgliche Injektion von frischem, heißem Magma aus dem Erdinnern in die Magmenkammer des Vulkans. Auf diese Erklä-

17.03.1950 Erste Herstellung eines Transurans 14.03.1879 Geburt des Physikers Albert Einstein

rung stießen Geologen, als sie die Verteilung des Spurenelements Titan in den Quarzkristallen der Aschenablagerungen analysierten. Sie deutet auf eine zweite Hitzewelle in der Kristallisationsphase der Quarzkristalle hin, erklärbar durch ein „Nachladen“ der Magmenkammer aus dem Untergrund. (Rensselaer Polytechnic Institute)

09.03.

Astronomie

Gammastrahlenausbruch sprengt Theorie Neue Daten des NASA-Satelliten Swift widerlegen einige der grundlegenden Theorien der Astronomen über die Natur von Gammastrahlenausbrüchen. Diese Explosionen markieren den Tod von sehr massereichen Sternen und setzen in sehr kurzer Zeit große Energiemengen frei. Eine vier Monate lange Beobachtungsreihe des Satelliten entdeckte das Nachglühen eines solchen Ausbruchs über 125 Tage hinweg – weitaus länger und stärker als nach der gängigen Lehrmeinung möglich ist. Nach Ansicht von Astronomen kann dieses Glühen nur durch einen kontinuierlichen Energienachschub im Zentrum der Eruption aufrechterhalten worden sein. Einen Kandidat für einen solchen Motor sehen die Forscher in einem Neutronenstern mit einem extrem starken Magnetfeld. Ein solcher wäre in der Lage über längere Zeit Energie abzugeben. (Astrophysical Journal)

23.03.1916 A. Einstein beschreibt die Gravitation als Phänomen der Raum-Zeit

17.03.1957 Vaguard 1 startet als erster US-Satellit ins All

12.03.

Vormensch: Kurze Beine als Kampfhilfe? Die Australopithecinen, die ersten aufrecht gehenden Vorfahren des Menschen, hatten im Verhältnis zu ihrer Köpergröße relativ kurze Beine. Aber warum? Ein Evolutionsbiologe hat dazu eine ungewöhnliche Hypothese aufgestellt: Seiner Ansicht nach diente diese Anpassung nicht nur dem besseren Klettern, sondern sollte vor allem den Männchen einen festeren Stand bei den Rangkämpfen verleihen. Basis dieser These ist eine von ihm aufgedeckte Korrelation zwischen Beinlänge und innerartlicher Aggression bei acht verschiedenen Primatenarten. Tatsächlich zeigte sich, dass Männchen von Arten mit ausgeprägten Rangkämpfen im Durchschnitt kürzere Beine haben als diejenigen verwandter aber friedlicherer Arten. (Evolution)

Flachland-Gorillas haben relativ kurze Beine – war dies auch bei unseren Vorfahren ein Anzeichen für ausgeprägte Rangkämpfe?

24.03.1882 Robert Koch entdeckt den Tuberkelbazillus

23.03.2001 Geplanter Absturz der russischen Raumstation Mir

Anthropologie

30.03.1843 C.W. Long nutzt Äther als Betäubungsmittel bei einer OP 26.03.1968 Einführung eines Numerus Clausus an deutschen Universitäten

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CHRONIK

12.03.

März 2007 Botanik

Mal riechen, wie‘s dem Nachbarn geht Dass Pflanzen miteinander kommunizieren, ist schon seit langem bekannt. Woraus die Botschaften bestehen, haben jetzt deutsche und mexikanische Biologen anhand einer pflanzlichen Abwehrreaktion entdeckt: Wenn ein Teil einer Pflanze angegriffen wird, erzeugt sie einen Duftstoff, der auch in ihren unverletzten Blättern und Blüten die Nektarproduktion anregt. Dieser wiederum lockt die Feinde ihrer Feinde an und trägt damit zur Beseitigung der Gefahr bei. Analysen dieses Verhaltens ergaben, dass der Duftstoff keineswegs nur innerhalb der Pflanze wirkt, sondern auch benachbarten Pflanzen als Warnsignal dient. Dieses Prinzip könnte zukünftig auch für die biologische Schädlingsbekämpfung ausgenutzt werden. (PNAS)

13.03.

Quantenphysik

Lichtquanten auf Knopfdruck Für das Rechnen mit Quanten ist es wichtig, einzelne, maßgeschneiderte Photonen erzeugen zu können. Bisher hapert es damit allerdings. Doch Forschern des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik ist es nun gelungen, neutrale Rubidiumatome einzeln zu speichern und zu einem EinzelPhotonen-Server umzufunktionieren. Verglichen mit anderen Methoden der Photonenerzeugung liefert dieses Verfahren Lichtquanten sehr einheitlicher Energie. Auch können damit die Eigenschaften der Photonen gesteuert werden – eine Voraussetzung, um sie für Rechnungen in Quantencomputern zu verwenden. (Nature Physics)

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15.03.

Astronomie

Riesen-See auf Saturnmond Titan Die NASA-Sonde Cassini hat im hohen Norden des Saturnmonds Titan mehrere riesige, möglicherweise mit flüssigem Methan oder Ethan gefüllte Seen entdeckt – einer davon umfasst mindestens 60.000 Quadratkilometer. Damit sind zum ersten Mal auch größere Strukturen dieser Art nachgewiesen worden. Obwohl es noch keinen definitiven Nachweis dafür gibt, ob diese Seen flüssig sind, könnte es sich nach Ansicht der Astronomen durchaus um eine Kombination von flüssigem Methan und Ethan handeln. Die Präsenz dieser Seen bestätigt die bisherigen Annahmen, dass die Oberfläche des Titan für Nachschub an Methan in der Atmosphäre sorgt. (NASA)

16.03.

Klima

„Sonnenschirm” der Erde wird dünner Klimaforscher der NASA haben entdeckt, dass ein wichtiger „Sonnenschirm“ der Erde immer dünner wird – die Aerosole. Die Analyse der Aerosoldaten für die untere Atmosphäre bis zurück in das Jahr 1978 zeigt, dass sich die Menge der Aerosole seit Ende der 1980er Jahre um insgesamt 20 Prozent reduziert hat. Dieser dünner werdende Aerosolschirm könnte auch dafür verantwortlich sein, dass seit 1990 die Sonneneinstrahlung wieder ansteigt, das so genannte „global Dimming“ wird geringer. Da sowohl die Aerosole als auch das Dimming sich eher kühlend auf das Klima auswirken, könnte diese Entwicklung die Klimaerwärmung noch verstärken.

Ob sich allerdings der gegenwärtige Trend zur Abnahme der Aerosole fortsetzt, ist bisher offen. (Science)

16.03.

Physik

Magnetisches Schalten in Rekordzeit

Umkehr eines magnetischen Wirbel-Kerns. © Forschungszentrum Jülich

Wissenschaftler haben eine Methode entdeckt, winzige scheibchenförmige Magneten in Rekordgeschwindigkeit durch einen äußeren Magnetfeldpuls umzupolen. Schon ein Puls von nur fünf Milliardstel Millisekunden Dauer reicht aus, um die Richtung des Kerns in einem solchen magnetischen Mini-Wirbel umzukehren – das ist fast 100 Mal schneller als der schnellste Computer-Prozessor. Der Puls verzerrt die magnetische Struktur so stark, dass ein zusätzliches WirbelPaar entsteht. Dieses Paar besteht aus einem neuen Wirbel und seinem Gegenstück, dem so genannten AntiWirbel. Anschließend löschen sich der ursprüngliche Wirbel und der neue Anti-Wirbel aus, so dass nur noch der neue Wirbel übrig bleibt. Dessen Kern zeigt nach unten, wenn die ursprüngliche Magnetisierung nach oben zeigte, und umgekehrt. Eine mögliche Anwendung wären äußerst schnelle Datenspeicher. (Physical Review Letters)

Die Themen des Jahres

21.03.

Neurobiologie

Zwei Drittel sind „rechtsäugig“ Der Mensch ist weitaus weniger symmetrisch als es scheint: Es gibt nicht nur Rechtshänder und Linkshänder, auch beim Sehen bevorzugen wir eines der beiden Augen. Russische Forscher haben festgestellt, dass rund zwei Drittel aller Menschen „rechtsäugig“ sind. Interessanterweise scheint bei linksäugigen Rechtshändern das Hauptauge mehr Information zur gleichen Zeit aufnehmen zu können als das andere. Gleichzeitig führt es weniger Sakkaden, schnelle Rücksprünge, beim Lesen eines Textes durch. Warum das so ist, ist noch unklar, möglicherweise aber liegt es daran, dass bei Rechtshändern, die rechtsäugig sind, die zuständige Gehirnhälfte mehr zu tun hat als bei Rechtshändern, die linksäugig sind. (Informnauka)

22.03.

Medizin

Pest wird multi-resistent Ein kleines Stück DNA trägt normalerweise dazu bei, Keime auf Lebensmitteln resistent gegenüber einigen gängigen Antibiotika zu machen. Jetzt allerdings ist genau dieses Stück Erbsubstanz, ein so genanntes Plasmid, auch im Genom des Pestbakteriums Yersinia pestis gefunden worden – zur großen Besorgnis von Medizinern. Die auf Madagaskar entdeckten Erreger tragen sogar ein Plasmid mit einer Gensequenz für eine Multiwirkstoffresistenz in sich. Da dieses Plasmid sehr leicht zwischen verschiedenen Bakterienarten ausgetauscht werden kann, befürchten Experten nun das Überspringen der

Pest-Resistenz auch auf andere Regionen der Welt. Bisher waren normale Antibiotika gegen die Erreger des „Schwarzen Todes“ sehr wirksam. Resistente Bakterienstämme könnten dies aber schnell ändern. (PLOS Medicine)

26.03.

Paläoklimatologie

Aus für “Schneeball Erde”? Gab es eine Zeit, zu der die gesamte Erde von Eis bedeckt war? Nach der bisher gängigen Theorie des “Schneeball Erde” war dies vor rund 850 bis 544 Millionen Jahren der Fall. Jetzt haben chemische und mineralische Analysen von Sedimentgesteinen aus dieser Epoche enthüllt, dass es selbst in dieser langen Kaltzeit wärmere Abschnitte gegeben haben muss. Grund für diese Annahme ist eine zeitweise starke chemische Verwitterung der untersuchten Gesteine. Möglicherweise existierte damals in einigen Gebieten sogar offener, nicht gefrorener Ozean. Er könnte auch erklären, warum die Erde damals nicht unwiederbringlich im Eis versank. Denn eine vollständige Vereisung hätte die Sonnenstrahlen nahezu komplett wieder ins All reflektiert, ein Wiederaufwärmen wäre so nicht möglich gewesen. (Geology)

26.03.

hinterher die artenärmsten waren. Allerdings stieg die gesamte Produktivität dieser Gebiete stark an. Nach Ansicht der an der Studie beteiligten Wissenschaftler macht der Überfluss das Ökosystem homogener und reduziert so die Anzahl der ökologischen Nischen. Für die Arten bedeutet dies: Mehr Konkurrenz und letztlich die Dominanz einiger weniger Arten. (Nature)

30.03.

Paläontologie

Säugerboom ohne Dinosterben Bislang glaubte man, dass der Siegeszug der Säugetiere erst durch das Aussterben ihrer größten Konkurrenten, der Dinosaurier, beflügelt wurde. Doch die Studie eines internationalen Forscherteams hält nun ein überraschendes Ergebnis bereit: Die beiden größten Entwicklungsschübe in der Evolution der Säugetiere ereigneten sich vor und nach dem Ende der Dinos vor 65 Millionen Jahren. Die Kombination von genetischen Vergleichen und Stammbaumpositionen ergab, dass sich der Säugerboom vor 100 bis 85 Millionen sowie vor 40 bis 35 Millionen Jahren abspielte. Warum es allerdings zwei solcher Schübe gegeben hat und was sie auslöste, ist bisher noch unklar. (Nature)

Ökologie

Überfluss senkt Artenvielfalt Zu viel von allem kann manchmal auch kontraproduktiv sein: Dann nämlich, wenn es um die größtmögliche Artenvielfalt geht. Eine Feldstudie an Gräsern im kalifornischen Santa Ynez Valley ergab, dass diejenigen Versuchsgebiete, die Nährstoffe und Wasser im Überschuss erhielten,

Modell eines Triceratops. © Cas Liber

43

April 2007

CHRONIK

02.04.

05.04.

Zellbiologie

Defekt in Zellkraftwerken macht dick Mitochondrien sind die „Kraftwerke“ der Zelle: Sie wandeln die mit der Nahrung aufgenommenen Zucker und Fette in Energie für den Zellstoffwechsel um. Ein deutsches Forscherteam hat herausgefunden, dass eine künstlich ausgelöste Unterfunktion dieses Zellkraftwerks bei Mäusen zu Übergewicht führte – allerdings nur, wenn diese eine ungesunde, kalorienreiche Nahrung erhielten. Mäuse mit gesunder Ernährung blieben dagegen trotz initiierter Unterfunktion schlank. Die Ergebnisse könnten die mit dem Alter zunehmende Neigung zu Übergewicht erklären. (PNAS)

02.04.

Neurobiologie

History

Dreck macht glücklich Eine ungewöhnliche Kur gegen schlechte Stimmung haben britische Wissenschaftler in Experimenten an Mäusen entdeckt: Wurden diese mit harmlosen Bodenbakterien der Art Mycobacterium vaccae in Berührung gebracht, veränderte sich ihr Verhalten so, als wenn sie ein Antidepressivum verabreicht bekommen hätten. Die Mikroben aktivierten offenbar eine Gruppe von Neuronen im Gehirn der Tiere, die für die Ausschüttung des „Glückshormons“ Serotonin verantwortlich sind. (Neuroscience)

44

01.04.1748 Ausgrabung der Ruinen von Pompeji beginnt

01.04.1867 Eröffnung der Weltausstellung in Paris

Planetenforschung

Gibt es Höhlen auf dem Mars? Neue Aufnahmen der NASA-Sonde Mars Odyssey zeigen sieben Fußballfeld-große schwarze Flecken in der Nähe des marsianischen Vulkans Arsia Mons – einer für ihre geologische Aktivität bekannten Region. Nach Ansicht von NASA-Wissenschaftlern handelt es sich bei den Flecken jedoch nicht um Krater, da ihnen erhabene Ränder oder Spuren von ausgeschleuderter Materie fehlen. Stattdessen könnte es sich um „Skylights“ handeln: Bereiche, in denen die Oberfläche eingebrochen und Öffnungen zu unterirdischen Höhlen geöffnet hat. In solchen Kavernen könnte sich beispielsweise altes Eis erhalten haben, in dem Spuren vergangenen Lebens konserviert sind. (NASA)

05.04.

Anthropologie

Ältester moderner Mensch Chinas unabhängig entstanden Das Skelett eines in der Nähe der Stadt Peking gefundenen Frühmenschen scheint die „Out of Africa“-Theorie der Menschheitsentwicklung – zumindest für Asien – ins Wanken zu bringen. Die auf ein Alter von 42.000 bis 38.500 Jahren datierten Knochenreste gleichen denen des modernen Menschen, weisen aber vor allem in Zähnen und Handknochen einige archaische Charakteristiken auf. Dieses könnte

05.04.1951 Erste Operation am offenen Herzen

nach Ansicht amerikanischer und chinesischer Forscher auf eine unabhängige Entwicklung des modernen Menschen aus einem Vormenschen hindeuten. In jedem Falle gehören die Knochen zu den ältesten Relikten des modernen Menschen in China und ganz Eurasien. (PNAS)

Unterkiefer des Vormenschen-Skeletts. © Erik Trinkaus /Washington University

04.04.

Platin macht DNA zum Nanodraht Die DNA ist ein Musterbeispiel für ein selbstorganisierendes Makromolekül, wie sie für die Nanotechnologie gesucht werden. Leider jedoch leitet sie keinen Strom. Forscher der TU Dresden haben nun eine neue Methode entwickelt, um das Molekül leitend zu machen. Sie lagerten Partikel aus Platinsalzen an die DNA an, die sich zu regelmäßigen Platinketten verbanden. In Computersimulationen ist es den Wissenschaftlern sogar gelungen, nanoelektronische Schaltkreise aus solchen metallisierten Ketten zu erzeugen. (TU Dresden)

07.04.1795 Frankreich bestimmt das Urmeter als Referenz für Längeneinheiten

06.04.1909 R. Peary erreicht als erster Mensch den Nordpol

Nanotechnologie

09.04.1865 L. Pasteur identifziert Mikroben als Krankheitserreger

12.04.1961 J. Gagarin umrundet als erster Mensch die Erde

13.04.1955 Zulassung des ersten Polio-Impfstoffs

Die Themen des Jahres

04.04.

Genetik

Chromosomenroulette im Fischgehirn In den Gehirnzellen des Messerfisches Apteronotus leptorhynchus herrscht ein genetisches Chaos: Nur rund ein Fünftel der Neuronen enthält die korrekte, für diese Tierart typische Anzahl von Chromosomen. Den Restlichen fehlen dagegen mehrere Chromosomen oder aber sie besitzen bis zu zwölf zusätzliche. Erstaunlicherweise bleibt dies ohne krankmachende Folgen. Im Gegenteil: Forscher der Jacobs University Bremen vermuten, dass in den Neuronen mit überzähligem Erbmaterial mehr Proteine produziert werden – in diesem Fall zum Vorteil des Fisches.

elegans eingeschleust und bildeten dort entsprechende Strukturen aus. Durch Bestrahlung mit blauem Licht öffnete sich der Ionenkanal und löste damit ein Aktionspotenzial aus – die Nervenzelle war aktiviert. Fehlte der Lichtpuls, blieb der Kanal geschlossen. Diese Methodik erlaubt genauere Untersuchungen des Nervensystems sowohl in Zellkulturen als auch am lebenden Organismus. (Nature)

(Developmental Neurobiology)

05.04.

Der Fadenwurm Caenorhabditits elegans ist ein beliebtes Versuchstier der Genetiker. © NIH

Neurobiologie

Licht schaltet Nervenzellen an Ein Werkzeug, mit dem sich Nervenzellen in lebendem Gewebe innerhalb von Millisekunden an- und wieder abschalten lassen, hat ein internationales Wissenschaftlerteam entwickelt. Als Schalter fungieren dabei ein aus einer Alge stammender lichtaktivierbarer Ionenkanal sowie eine aus einem Archaebakterium isolierte, durch Licht gesteuerte Ionenpumpe. Die Gene dieser beiden Strukturen wurden mithilfe von Viren in Nervenzellen des Fadenwurms Caenorhabditis

16.04.1982 Geburt des ersten deutschen Retortenbabys 16.04.1943 Die psychoaktive Wirkung des LSD wird entdeckt

05.04.

Zoologie

Rinder stammen aus dem Nahen Osten Alle heutigen europäischen Rinderrassen stammen ursprünglich aus dem Nahen Osten. Anstatt den vor 400 Jahren ausgestorbenen Auerochsen zu domestizieren, müssen die steinzeitlichen Bauern vor rund 8.500 Jahren eine domestizierte Rinderrasse über den Bosporus nach Europa importiert und getrennt vom wildlebenden Auerochsen gehalten haben.

21.04.1994 Entdeckung des ersten extrasolaren Planetensystems 20.04.1902 M. und P. Curie isolieren das radioaktive Element Radium

Wie ein internationales Wissenschaftlerteam bei der molekulargenetischen Analyse der DNA aus Skeletten des Auerochsen und prähistorischen Hausrindern herausfand, gibt es auch keinerlei Hinweise auf Kreuzungen zwischen beiden Rinderformen. (Proceedings of the Royal Society)

11.04.

Klima

„Wasserfälle“ im Meer stabiler als gedacht Im Nordatlantik befindet sich eine der wichtigsten Umwälzpumpen der globalen Meeresströmungen. Hier stürzt das warme, salzhaltige Wasser des Golfstroms in die Tiefsee hinab. Versiegt dieser „Wasserfall“, hat dies katastrophale Auswirkungen, vor allem für das Klima in Europa. Wie ein internationales Forscherteam nun herausfand, ist die Nordatlantik-Pumpe entgegen bisheriger Annahmen in der letzten Eiszeit stabil geblieben. Dies erlaubt Rückschlüsse auf ihr Verhalten angesichts des Klimawandels und trägt zur Verbesserung von Klimamodellen bei. (Science)

11.04.

Astronomie

Rätsel galaktischer „Geisterarme“ gelöst Astronomen haben jetzt ein 45 Jahre altes Rätsel um „Geisterarme“ in der Spiralgalaxie M106 gelöst. Im Röntgen- und Radiobereich

24.04.1990 Weltraum-Teleskop „Hubble“ startet in die Erdumlaufbahn 24.04.1923 Sigmund Freuds Werk „Das Ich und das Es“ erscheint

30.04.1904 Ein Vorläufer des Radars wird patentiert 26.04.1986 Unfall im weißrussischen Kernkraftwerk Tschernobyl

45

CHRONIK

April 2007

erscheinen in der 23,5 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie nicht nur zwei Seitenarme mit jungen Sternen, sondern auch noch zwei weitere, sehr helle Arme. Astronomen nutzten jetzt die vereinten Abbildungsmöglichkeiten gleich dreier Observatorien, des XMM-Newton Röntgenobservatoriums, des Röntgenteleskops Chandra und des Spitzer-Weltraumteleskops, um die Ursache dieser Arme zu ergründen. Das Ergebnis: Die Geisterarme sind gewissermaßen der gasförmige, strahlende Schatten von zwei aus dem Schwarzen Loch im Galaxienkern herausschießenden Teilchenströmen. (Astrophysical Journal)

Geisterarme (blau, violett) der Spiralgalaxie NGC 4258. © NASA/NRAO/CXC/VLA

12.04.

Krebsforschung

Genvermehrung schuld an Brustkrebs Schon seit langem ist bekannt, dass krankhafte Vermehrungen von Genen, so genannte Gen-Amplifikationen, bei der Entstehung von Brustkrebs eine Rolle spielen. Welche Gene dies sind, war jedoch bisher unklar, In Gewebeproben von mehr als 2.000 Patientinnen mit Mammakarzinom entdeckten Forscher nun, dass in über 20 Prozent der Fälle das Gen ESR1 vervielfältigt war. ESR1 beinhaltet die Bauanleitung für den

46

Östrogen-Rezeptor. Eine übermäßige Bildung dieses Rezeptors ist eine der wichtigsten bekannten Ursachen für die Entstehung von Brustkrebs. Mit der Untersuchung wurde erstmals ein Zusammenhang zwischen dem Rezeptor und der krankhaften Genvermehrung hergestellt. (Nature Genetics)

13.04.

Paläontologie

Proteine aus TyrannosaurusKnochen Jurassic Park lässt grüßen: Amerikanischen Forschern ist es gelungen, aus einem 68 Millionen Jahre alten Beinknochen eines Tyrannosaurus rex organisches Gewebe zu gewinnen und darin sogar das Protein Kollagen nachzuweisen. Bisher nahm man an, dass in fossilen Knochen diesen Alters organische Gewebereste längst zersetzt sein müssten. Mithilfe verschiedener mikroskopischer, biotechnischer und massenspektrometrischer Untersuchungen belegten die Wissenschaftler nun das Gegenteil. Gleichzeitig konnten sie Ähnlichkeiten zwischen der gefundenen Aminossäuresequenz mit der heute lebender Hühner, Frösche und Molche aufzeigen. (Science)

13.04.

Genetik

Zappelphilipp-Gen aufgespürt Die Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörung (ADHS) hat genetische Wurzeln: Drei Veränderungen in dem für den Transporter des Botenstoffs Dopamin zuständigen Gen sind an der Entwicklung des „Zappelphilipp-Syndroms“ beteiligt. Dies haben Wissenschaftler des Nationalen Genomforschungsnetzes (NGFN) herausgefunden, als sie das Erbgut von 329

Familien untersuchten. Bei diesen war jeweils mindestens ein Kind von der ADHS betroffen. Damit das Syndrom ausgebildet wird, müssen allerdings noch mehr Gen-Veränderungen als nur die jetzt identifzierten zusammen kommen, so die Forscher. (Molecular Psychiatry)

16.04.

Physik

Mini-Tropfen gefrieren anders als große Normale Tropfen gefrieren entweder an einem Kristallisationskeim oder aber von innen nach außen. Tropfen im Nanomaßstab jedoch verhalten sich genau umgekehrt: Sie bilden Oberflächenfacetten, flache, ebene Bereiche auf der ansonsten kugeligen Struktur. Die Facetten tanzen solange auf der Oberfläche umher bis sie schließlich erstarren. Das Innere des Tropfens bleibt dabei jedoch zunächst flüssig. Das beobachteten Forscher des Brookhaven National Laboratory unter dem Elektronenmikroskop, als sie mithilfe einer Minipipette Tropfen einer Gold- und Germanium-Legierung von nur wenigen Zeptolitern – einem Trilliardstel Liter – erzeugten und diese dann abkühlten. (Nature Materials)

Auf die Größe des Tropfens kommt es an. © SXC

Die Themen des Jahres

18.04.

Astronomie

Roter Riese als Dampfkochtopf Rote Riesensterne verlieren mehr als die Hälfte ihrer Masse, bevor sie ihr Leben als Supernova beenden. Neue Beobachtungen zeigen nun, dass dies nicht sanft und allmählich verläuft, sondern dass dabei heiße, dichte Wasserdampfwolken wie aus einem Dampfventil ins All hinausschießen. Innerhalb von wenigen Jahren wird so ein Großteil der stellaren Masse ins All katapultiert. Die von Wissenschaftlern mehrerer Observatorien ausgewerteten Strahlungsemissionen derartiger Dampfwolken deuten darauf hin, dass deren Lebensdauer lediglich wenige Jahrzehnte umfasst. (Royal Astronomical Society)

19.04.

Physik

Spin-„Unordnung“ Grundlage für Datenspeicher Er wirkt in jedem Magnetspeicher und im Lesekopf einer Computerfestplatte: Der so genannte „Exchange Bias Effect“. Er stabilisiert die unterschiedlich magnetisierten Schichten. Wie ein Ventil lässt er nur Elektronen mit einer bestimmten Spin-Ausrichtung durch. Der Spin ist eine dem Drehimpuls ähnliche Eigenschaft der Elektronen. Erstmals haben nun Experimente die Theorien zum „Exchange Bias Effect“ bestätigt. Sie zeigten, dass die Grenze zwischen den Magnetschichten tatsächlich aus einer Art „Spin-Glas“ aus durcheinander liegenden Elektronen verschiedener Spinrichtungen besteht. Oberhalb und unterhalb der Grenze sind die Elektronen jedoch streng nach Spinrichtung sortiert. (Journal of Physics: Condensed Matter)

26.04.

Biomechanik

Flugkunst dank Flügel-„Morphing“ Mauersegler fressen im Flug, legen im Laufe ihres Lebens bis zu 4,5 Millionen Kilometer zurück und können sogar im Fliegen schlafen. Möglich wird dies, weil sie dabei die Form ihrer Flügel an das jeweilige Flugverhalten anpassen: Im Schlaf und auf Langstrecken sind sie maximal ausgestreckt, beim Schnellflug und in Kurven dagegen angewinkelt. Dieses Morphing erhöht Flugleistung und Energieausnutzung um das bis zu Dreifache gegenüber unangepassten Fliegern. Diese von niederländischen und schwedischen Forschern im Windkanal aufgedeckte Strategie ist besonders für den Flugzeugbau interessant. Ein erstes Miniflugzeug mit verstellbaren und Vogelflügel-ähnlichen Tragflächen gibt es bereits, den Mauersegler„Trick“ wollen die Forscher ihm nun als nächstes beibringen. (Nature)

27.04.

Geologie

Vulkanausbruch heizte Klima auf Ein gewaltiger Vulkanausbruch vor 55 Millionen Jahren hat nicht nur Grönland und Europa auseinander gedrückt, sondern auch das globale Klima nachhaltig verändert. Die unterseeischen Eruptionen im Nordteil des Mittelatlantischen Rückens haben so viel Methan und Kohlendioxid freigesetzt, dass die Meerestemperatur innerhalb kurzer Zeit um fünf bis sechs Grad Celsius anstieg. Dänische und amerikanische Forscher konnten die im Untergrund Ostgrönlands und den Faröerinseln abgelagerten Lava- und Ascheschichten erstmals durch neue Techniken präzise datieren und so

der Phase einer plötzlichen globalen Erwärmung zuordnen, die Geologen bereits seit längerem bekannt ist. Die neuen Ergebnisse geben Forschern einen tieferen Einblick in die Wechselwirkungen zwischen Untergrund, Meer und Atmosphäre. (Science)

Untersee-Vulkan. © NOAA

30.04.

Informatik

Navigation wird schneller Wenn ein Fahrzeug den vom Navigationssystem ermittelten Weg verlässt oder ein Stau ihn blockiert, muss die Route neu berechnet werden. Deutsche Forscher haben dafür ein neues Verfahren entwickelt, das nicht nur hundert Mal schneller ist als herkömmliche Algorithmen, sondern auch immer die beste Strecke liefert – was bei bisherigen Navigationssystemen nicht immer der Fall ist. Grundlage dafür ist eine hierarchische Gliederung der Verbindungspunkte im Straßennetz in Transitknoten und in weniger wichtige Knoten. Bei Neuberechnungen im Fernverkehr greift das Navigationssystem jetzt nur noch auf die Transitknoten zu und entnimmt die Entfernung zwischen zwei Knoten aus einer fertigen Tabelle. Von den insgesamt rund 20 Millionen Knotenpunkten im Straßennetz Westeuropas sind nur gut 11.000 als Transitknoten definiert. (Science)

47

Mai 2007

CHRONIK

02.05.

Botanik

Pflanzen: Es geht auch (fast) ohne Männchen Blütenpflanzen haben einen komplizierten Befruchtungsmechanismus. Bei diesem entstehen aus jeweils zwei männlichen und zwei weiblichen Keimzellen auch zwei Produkte: der Embryo und ein Nährgewebe, das Endosperm. Jetzt haben Wissenschaftler herausgefunden, dass es auch ohne diese doppelte Befruchtung geht. In einem Experiment erzeugten sie durch einfache Befruchtung mit einem Nährgewebe rein mütterlichen Ursprungs einen lebensfähigen Pflanzenembryo. Damit bestätigten die Forscher eine Hypothese, nach der die doppelte Befruchtung das Wachstum des Endosperms nur verbessert, nicht aber auslöst. (Nature)

03.05.

Neurobiologie

History

Verkannte „Lichtsammler“ im Auge Kaum einer kennt sie, doch ohne sie wären wir fast blind: Die Müllerzellen im menschlichen Auge. Bisher galten sie als bloße Stützzellen und wurden in vielen Abbildungen sogar weg gelassen. Die trichterförmigen Zellen sorgen jedoch dafür, dass das Licht die Sehzellen unserer Netzhaut überhaupt erreicht und ein scharfes Bild entstehen kann. Diese Entdeckung machten Forscher der Universität Leipzig. Die „Lichtsammler“ können

48

02.05.1856 Fund des ersten Neandertalers in einer Höhle bei Mettmann 02.05.1800 Entdeckung der Elektrolyse

die Strahlen sogar um die Ecke führen: Verbiegt man die Zelle, folgt auch das Licht dieser Krümmung. Die neuen Informationen über die Müllerzellen könnten nun sogar ein Umschreiben der Lehrbücher erfordern. (PNAS)

Vorhersagen der Quantenelektrodynamik, welche die Wechselwirkungen zwischen elektrisch geladenen Teilchen beschreibt, genau zu überprüfen. (Physical Review Letters)

03.05. 03.05.

Astrophysik

Röntgenblick ins Sternenfeuer Die Materie eines Sterns mit einem Laser zu röntgen – das ist Wissenschaftlern am Max-Planck-Institut für Kernphysik gelungen. Sie studierten das leuchtende Plasma allerdings nicht im All sondern im Labor: Bei Temperaturen von rund einer Million Grad Celsius erzeugten sie hochgeladene Eisenionen, wie sie unter anderem auch in der Korona der Sonne vorkommen. Mithilfe des neuen Röntgenlasers FLASH in Hamburg regten sie erstmals eine Spektrallinie dieser Ionen zum Leuchten an und konnten sie präzise vermessen. Die Ergebnisse erlauben es, theoretische

„Charakter-Gen“ macht Meisen neugierig Der eine ist ängstlich, der andere mutig – solche Unterschiede in der Persönlichkeit können auch eine Frage der Gene sein. Ein internationales Forscherteam hat bei Kohlmeisen ein „Neugier-Gen“ nachgewiesen: Das Gen (Drd4) trägt die Bauanleitung für einen Rezeptor, der im Gehirn Andockstelle für den Botenstoff Dopamin ist. Bei Vögeln mit einer bestimmten Variante dieses Gens beobachteten die Wissenschaftler ein deutlich ausgeprägteres Erkundungsverhalten als bei ihren Artgenossen. Beim Menschen allerdings kann bisher nicht festgestellt werden, ob und inwieweit „Charakter-Gene“ das Verhalten beeinflussen. (Proceedings of the Royal Society B)

04.05.

Das leuchtende Plasma der Sonne untersuchten Forscher im Labor. © NASA/ESA/ SOHO

04.05.2002 NASA-Forschungssatellit Aqua startet in die Umlaufbahn 07.05.1911 E.Rutherford veröffentlicht sein Atommodell

Genetik

Astronomie

Merkur innen flüssig Der Merkur, sonnennächster Planet unseres Sonnensystems, besitzt einen flüssigen Kern aus Eisen gemischt mit Schwefel. Das haben Astronomen mithilfe einer neuen Radartechnik aus verhältnismäßig starken Schwan-

09.05.1960 Die „Pille“ wird zur Empfängnisverhütung zugelassen 10.05.1954 Präsentation des ersten SIlizium-Transistors

11.05.1997 Der Computer Deep Blue besiegt Schachweltmeister G. Kasparow 12.05.1941 K. Zuse nimmt den ersten Computer, Z3, in Betrieb

Die Themen des Jahres

kungen in der Rotationsgeschwindigkeit des Planeten geschlossen. Solche Schwankungen entstehen, wenn der Kern eines Planeten flüssig ist und sich deshalb nicht oder nur teilweise mit der Planetenbewegung mitdreht. Da ein reiner Eisenkern bei einem so kleinen Planeten längst erstarrt wäre, muss er nach Ansicht der Astronomen mit Schwefel vermischt sein. (Science)

Der flüssige Kern des Merkur besitzt einen großen Radius. © NSF/Nicole Fuller

08.05.

Physiologie

Verhungern trotz Fettpolster Um Fettreserven zu speichern und zu mobilisieren, wirken bei der Taufliege Drosophila zwei Mechanismen in feiner Balance. Wird dieses Gleichgewicht gestört, hat dies schwerwiegende Folgen, wie deutsche Forscher in Experimenten beobachteten. Sie deaktivierten bei den Tieren die beiden Mechanismen jeweils einzeln oder gleichzeitig. Dabei stellte sich heraus, dass eine doppelte Störung nicht nur extrem fettleibig machte,

14.05.1796 E. Jenner führt die erste Pocken-Impfung durch 14.05.1973 Das Weltraumlabor Skylab startet in den Orbit

sondern auch die Fähigkeit des Körpers aufhob, in Notzeiten auf Energiereserven zuzugreifen: die Tiere verhungerten trotz ihrer Fettpolster. (PLoS Biology)

08.05.

Immunologie

Immunzelle bestimmt Abwehrmaßnahme mit dem „Mund“ Ein neu entdeckter „Sortiermechanismus“ des Immunsystems hat Erstaunen selbst unter den Immunologen ausgelöst. Denn erstmals enthüllte er nicht nur, dass die so genannten Dendritischen Zellen die Schlüsselrolle dabei spielen, sondern auch, dass diese zwei „Zellmünder“ besitzen. Je nachdem, welcher Zellmund einen Erreger oder ein anderes Antigen aufgenommen hat, schickt die Dendritische Zelle entweder TKillerzellen aus oder veranlasst die Bildung von Antikörpern. Zukünftig könnten Impfstoffe daher effektiver gemacht werden, indem sie gezielt für einen bestimmten Zellmund „gewürzt“ werden. (Science)

11.05.

Geochemie

Wiege des Lebens am Meeresgrund? Wie und wo entstand das erste Leben auf der Erde? Eine mögliche Antwort darauf könnte ein internationales Forscherteam nun am Meeresgrund gefunden haben: In den ausge-

19.05.1910 Die Erde durchquert den Schweif des Halleyschen Kometen 17.05.1861 J.C. Maxwell präsentiert das erste Farbfoto

dehnten Porensystemen hydrothermaler Schlote („Black Smoker“) finden sich lokal sehr hohe Konzentrationen von größeren Biomolekülen. Temperaturunterschiede zwischen den Schloten und ihrer Umgebung fördern deren Bildung und Anreicherung in den nur wenige hundert Mikrometer kleinen Hohlräumen. Erstmals wurde damit ein Ort auf der Erde gefunden, in dem die „Vorfahren“ der DNA genügend hoch konzentriert gewesen sein könnten, um sich zu vervielfältigen und weiter zu entwickeln. (PNAS)

11.05.

Fledermäuse sorgen für Wirbel Fledermäuse können schwierigste Flugmanöver ausführen, indem sie unter anderem die Krümmung und Form ihrer Flügelmembran verändern. Die Aerodynamik ihres Fluges ist dabei viel komplexer als bei vergleichbar kleinen Vögeln. Das fand ein internationales Forscherteam heraus, als sie die charakteristischen Wirbelschleppen der Blütenfledermaus Glossophaga soricina analysierten. Bei jedem Flügelschlag bildeten sich an jedem Flügel zwei Wirbel, die jeweils unterschiedliche Eigenschaften aufwiesen. Beim Aufschlag erzeugte dies einen Auftrieb nahe am Körper und einen Abtrieb an den Flügelspitzen. Die neuen Details der Fledermaus-Aerodynamik liefern auch dem Flugzeugbau wertvolle Anregungen. (Science)

24.05.1844 Das erste Telegramm wird verschickt

20.05.1875 Die Meterkonvention etabliert das metrische System

Biomechanik

30.05.1873 H. Schliemann entdeckt die Überreste von Troja

26.05.1960 T. Maiman entwickelt den ersten Laser

49

CHRONIK

11.05.

Mai 2007 Botanik

Weizen als Bohrmaschine Weizenkörner sind erheblich beweglicher als gedacht: Sie schieben sich wie ein Schwimmer mithilfe ihrer beiden Grannen aktiv in den Boden. Wie deutsche Forscher herausgefunden haben, wird das Korn dabei durch den Wechsel der Luftfeuchtigkeit angetrieben: In der trockenen Luft des Tages biegen sich diese Borsten nach außen. Nachts, vom Tau angefeuchtet, strecken sie sich dagegen. Feine, widerhakenartige Silicahärchen auf der Außenseite der Grannen verhindern, dass das Korn zurückrutscht. Angeregt durch diese Erkenntnis haben die Wissenschaftler bereits einfache Maschinen und Muskeln gebaut, die Veränderungen der Luftfeuchtigkeit in Bewegung umsetzen. (Science)

Weizenkörner bohren sich förmlich in die Erde. © GFDL

15.05.

Anthropologie

Menschenahnin mit kleinem Hirn Der Fund eines gut erhaltenen, 29 Millionen Jahre alten Schädels enthüllt Überraschendes über Aegyptopithecus zeuxis, einen der frühesten Vorfahren von Mensch und Affe. Denn der neue Schädel ist weniger

50

als halb so groß wie ein 1966 gefundenes Exemplar der gleichen Art. Die Forscher schließen daraus, dass Aegyptopithecus ein erheblich kleineres Gehirn besaß als zuvor angenommen und dass es sehr große Unterschiede zwischen den Geschlechtern gab. Vermutlich stammt der erste Schädel von einem Männchen, der neue Fund dagegen von einem Weibchen. Solche Größendifferenzen sind typisch für ein Leben in größeren sozialen Gruppen und finden sich noch heute beispielsweise bei den Gorillas. (PNAS)

16.05.

Nanotechnologie

Nanodraht spürt Chipfehler auf Um die Qualität von Mikrochips zu überprüfen, kommen optische Methoden wie die Ramanspektroskopie zum Einsatz. Hierbei tastet ein durch eine Metallspitze fokussierter Laserstrahl die Chipoberfläche ab. Die bisher sehr unebene, stumpfe Spitze limitierte bisher jedoch die Auflösung dieser Methode. Nanoforscher haben nun Silizium-Nanodrähte aus einer Siliziumplatte gezüchtet, die – als Spitzen eingesetzt – die Auflösung der Ramanspektroskopie um das Hundertfache erhöhen können. Die in einer glatten Goldkappe endenden neuen Nano-Spitzen können selbst einzelne Moleküle nachweisen und so auch feinste Materialfehler entdecken. (Empa)

18.05.

Neurobiologie

Spontanität schon bei Taufliegen Tiere, insbesondere Insekten gelten gemeinhin als komplexe Roboter, die eigentlich nur auf Umweltreize reagieren, bestenfalls noch zufällige

Verhaltensvarianten zeigen. Doch ein internationales Forscherteam hat diese Annahme in einer Kombination von automatisierter Verhaltensmessung und neusten mathematischen Analyse-Methoden widerlegt. Ihre Ergebnisse belegen, dass sich unterschiedliche Reaktionen der Tiere nicht auf Zufallsereignisse zurückführen lassen, sondern spontan vom Gehirn erzeugt werden. Nach Ansicht der Forscher könnte diese Gehirnfunktion sogar die Grundlage auch unseres freien Willens darstellen. (PLoS One)

21.05.

Klimaforschung

„Satte“ Ozeane verschärfen Klimawandel Die Ozeane nehmen das Treibhausgas Kohlendioxid auf, und sind damit wichtige Klimapuffer. Nach dem Prinzip des chemischen Gleichgewichts müsste diese Pufferwirkung in den letzten Jahren zugenommen haben, da auch die CO2-Konzentration der Atmosphäre gestiegen ist. Doch wie Forscher des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie bei der Auswertung von 42 weltweit verteilten Messstationen herausfanden, ist dem nicht so. Stattdessen stagnierte die CO2Aufnahme der Meere auf der Südhalbkugel in den letzten 25 Jahren. Ursache ist eine positive Rückkopplung: Der Klimawandel verändert die Luft- und damit auch die Meeresströmungen. Diese wiederum führen dazu, dass das wärmere, bereits mit CO2 gesättigte Meerwasser an der Oberfläche bleibt und daher kein weiteres Gas mehr aufnehmen kann. (Science)

Die Themen des Jahres

21.05.

Geologie

Magmaeinschlüsse doch veränderlich

Winzige Einschlüsse in der Lava dienen Geologen als Analyse-Werkzeug. © USGS

Geowissenschaftler haben einen herben Schlag erlitten, denn eines ihrer wichtigsten Werkzeuge, die Analyse von Mineralien-Einschlüssen, ist weniger aussagekräftig als gedacht. Beim Wachsen von Olivin-Kristallen, der häufigsten im ErdmantelMagma enthaltenen Silikat-Form, wird ein winziges Schmelztröpfchen in das Kristallgitter eingeschlossen und an die Oberfläche transportiert. Entgegen bisheriger Annahmen bleibt es dabei aber nicht hermetisch abgeschlossen, sondern verändert sich sogar innerhalb von Tagen. Dadurch liefert es zwar Daten über die chemischen Prozesse in bis zu 20 Kilometern Tiefe, erlaubt aber keinerlei Rückschlüsse aus Tiefen bis zu 200 Kilometern, wie bisher angenommen. (Nature)

sehend gemacht. Die Erkrankung zerstört die Zäpfchen in der Netzhaut. Ein harmloses Virus diente als „Fähre“, um Reparaturgene in die Zäpfchen der Netzhaut einzuschleusen. Das Ergebnis: 18 von 21 ehemals blinden Mäusen konnten nach der Gentherapie wieder normal sehen. Dieser Erfolg hat besondere Bedeutung für mögliche Therapien auch anderer häufiger Fälle von Erblindungen. Denn viele von ihnen, wie beispielsweise die Makula-Degeneration, werden ebenfalls durch Schäden an den Zäpfchen hervorgerufen. (Nature Medicine)

(PLoS ONE)

25.05.

Physik

Silizium leuchtet zweifarbig Silizium ist das wichtigste Ausgangsmaterial für Chips und viele andere Anwendungen. Es hat allerdings einen großen Nachteil: Als so genannter indirekter Halbleiter leuchtet es kaum. Forschern ist es nun jedoch gelungen, Silizium sogar im Wechsel Blau und Rot leuchten zu lassen. Ihr Trick: Sie beschichteten das Silizium mit einer nur 100 Nanometer dicken Schicht aus Siliziumoxid und schossen mithilfe eines Ionenstrahls gezielt Störstellen aus Europium-Atomen hinein. Wurde ein Strom angelegt, regten diese Stellen je nach Stromstärke und Lage das Silizium zu blauem oder rotem Leuchten an. (Applied Physics Letters)

22.05.

Biotechnologie

Gentherapie macht blinde Mäuse sehend Mithilfe einer Gentherapie haben amerikanische Forscher Mäuse mit einem speziellen Typ der erblichen Blindheit, der Achromatopsie, wieder

setzten drei genetisch unterschiedliche hefeähnliche Pilzformen einer Strahlung aus, die dem 500-fachen der natürlichen Hintergrundstrahlung entsprach. Zwei der Arten überlebten diese tödliche Bestrahlung nicht nur, sie wuchsen sogar deutlich schneller als ohne Radioaktivität. Eine Schlüsselrolle dafür spielt wahrscheinlich der in diesen Pilzarten vorhandene Farbstoff Melanin. Er absorbiert die radioaktive Strahlung und wandelt sie in energiereiche Verbindungen um – ähnlich wie der grüne Blattfarbstoff der Pflanzen, das Chlorophyll, bei Sonnenlicht.

25.05.

Mikrobiologie

Pilze als Strahlungsfresser Wissenschaftler haben einen Pilz entdeckt, der Radioaktivität nicht nur überlebt, sondern sogar als Energiequelle für sein Wachstum nutzt. Sie

29.05.

Physik

„Synchronspringen“ im Laserblitz Wenn zwei Elektronen von intensiven Lichtblitzen gleichzeitig aus einem Atom katapultiert werden, scheint es, als hätten sie sich abgesprochen. Denn sie rasen dabei mit etwa gleich viel Schwung und in genau entgegen gesetzte Richtungen auseinander, während der Atomkern in Ruhe verbleibt. Erstmals haben deutsche Wissenschaftler diesen Prozess im Röntgenlaser FLASH direkt beobachtet. Sie „belauschten“ die Elektronen bei ihrer Absprache, indem sie den Rückstoß des Atomkerns nach der zweifachen Ionisation eines NeonAtoms maßen. Bei diesem Prozess zerplatzt das Atom in negativ geladene Elektronen und ein positiv geladenes Ion. Sie stellten dabei fest, dass der Atomkern völlig ruhig liegen blieb. Die beiden freigesetzten Elektronen jedoch absorbierten gleichzeitig je ein Photon und interagierten während dieses Prozesses tatsächlich miteinander. (Physical Review Letters)

51

Juni 2007

CHRONIK

01.06.

Klima

05.06.

Schmelzende Polkappen machen Afrika nass Klimaveränderungen an den Polen wirken sich über die Atmosphäre direkt auf Temperatur und Niederschlag in den Tropen aus: Wenn es im Norden wärmer wird, wird es in den Tropen innerhalb kürzester Zeit feuchter. Umgekehrt trocknet Afrika rapide aus, wenn die Temperatur am Nordpol stark abfällt. Das haben Kieler Forscher nachgewiesen, indem sie den Wasserkreislauf des westafrikanischen Monsuns der letzten 155.000 Jahre rekonstruierten. Als Grundlage dienten die Kalkschalen fossiler Einzeller in einem 37 Meter langen Bohrkern, der 2003 aus dem Ozeanboden des Golfs von Guinea entnommen wurde. Die Ergebnisse zeigen, dass die Monsunniederschläge sensibel auch auf kurzfristige Entwicklungen der Eisschilde in den Polargebieten reagieren. (Science)

History

Die polare Eisschmelze beeinflusst das Klima auch in Afrika. © NOAA

52

01.06.1831 J.C. Ross entdeckt den magnetischen Nordpol

02.06.1992 Erster experimenteller Nachweis von Neutrinos

Biologie

Heuschrecken orientieren sich an Himmelsfarbe Wissenschaftler haben Nervenzellen im Gehirn von Wanderheuschrecken identifiziert, die nicht nur die Polarisationsrichtung des blauen Himmelslichts verarbeiten sondern auch die Farbe des Himmels registrieren. Da die Himmelshälfte, in der die Sonne steht, einen größeren Anteil an grünwelligem Licht aufweist, die entgegengesetzte Hälfte hingegen einen größeren Ultraviolettanteil, ermöglicht die Himmelsfarbe einen Rückschluss auf den Sonnenstand. Diese Information ist für die Navigation der Tiere entscheidend, denn erst mithilfe der Kombination von Schwingungsrichtung des Lichts und Sonnenstand können sie auf ihren Wanderungen hunderte von Kilometern in gerader Linie zurücklegen. (Current Biology)

06.06.

Archäologie

Antike: Peitschenhiebe statt Roter Karte Eine mehr als 1.800 Jahre alte Marmorplatte mit Spielregeln zur Durchführung von sportlichen Wettbewerben haben Wissenschaftler in der WestTürkei entdeckt und entschlüsselt. Die Marmorplatte enthält detaillierte Anweisungen des römischen Kaisers Hadrian an die Städte des Imperiums zum korrekten Ablauf von Wett-

03.06.1492 M. Behaim stellt den ersten realistischen Weltglobus vor 05.06.1981 AIDS wird als Immunschwäche-Krankheit erkannt

kämpfen, darunter auch der Olympischen Spiele. Undiszipliniertes Verhalten der Sportler und Musiker sollte demnach mit Peitschenschlägen geahndet werden. Auch den Ausrichtern der Spiele drohten Sanktionen, wenn sie Siegergelder veruntreuten oder eigenen Zwecken zuführten. (Universität Münster)

11.06.

Neurobiologie

Gehirnaktivität spiegelt subjektives Schmerzempfinden wider Wie stark wir einen bestimmten Schmerzreiz erleben, hängt von vielen Faktoren ab. Forscher der TU München haben nun nachgewiesen, dass sich diese subjektiven Unterschiede in der Schmerzwahrnehmung im Muster der Gehirnaktivität widerspiegeln. Obwohl Probanden einen objektiv gleichen Schmerzreiz erhielten, reagierten ihre Hirnströme jeweils mit unterschiedlich starken Ausschlägen. Die Ausprägung dieser so genannten Gamma-Oszillationen entsprach der von den Versuchspersonen angegebenen subjektiv wahrgenommenen Schmerzstärke. (PloS Biology)

11.06.

Astronomie

Schwarze Löcher mit Rückstoß Bei der Kollision zweier Schwarzer Löcher werden enorme Energiemengen frei, die Raum und Zeit in Schwingungen versetzen. Unter

05.06.1995 Erste Herstellung eines Bose-Einstein-Kondensats 08.06.1783 Katastrophaler Ausbruch des Vulkans Laki auf Island

16.06.1963 Valentina Tereshkova ist die erste Frau im Weltall

19.06.1969 Erste Lebertransplantation in Deutschland

Die Themen des Jahres

bestimmten Umständen können diese Gravitationswellen wie ein Düsenantrieb für das aus der Verschmelzung hervorgehende neue Schwarze Loch wirken. Dieser „Kick“ kann sogar Geschwindigkeiten von 2.500 Kilometer pro Sekunde erreichen – ausreichend, um ein Schwarzes Loch aus einer Galaxie heraus zu katapultieren. Diese neue Erkenntnis erhielt ein internationales Forscherteam bei der Simulation einer solchen Kollision. (Physical Review Letters)

Wenn Schwarze Löcher kollidieren, geben sie dem neuen Gebilde Schub. © NASA/CXC/ M.Weiss

11.06.

Ökologie

Blattlausspeichel sabotiert pflanzliche Abwehr Blattläuse produzieren einen Speichel, der die übliche Reaktion der befallenen Pflanze gegen Verwundung außer Kraft setzt. Dies hat jetzt ein internationales Wissenschaftlerteam nachgewiesen. Normalerweise setzen die Pflanzen Calcium frei, wenn ihre Siebröhren angestochen werden.

22.06.1633 Galilei widerruft sein heliozentrisches Weltbild

22.06.1675 Charles II. gründet das Observatorium von Greenwich

Dadurch blasen sich bestimmte Proteinmoleküle auf und wirken als Verschluss. Der Speichel enthält spezielle Proteine, die Calcium binden und damit auch den Verschlussmechanismus blockieren. (PNAS)

12.06.

Chronobiologie

Neues Zahnrad für die innere Uhr Die innere Uhr von Säugetieren hat nicht nur einen, sondern gleich zwei Mechanismen, die sie mit dem Tagesrhythmus synchronisieren. Der klassische Mechanismus reguliert den Biorhythmus über die gezielte Umsetzung von Genen in bestimmte Proteine. In dem nun von Göttinger Chronobiologen entdeckten zweiten Mechanismus beeinflusst ein Enzym quasi nachträglich diese Proteine. Wenn die Netzhaut Licht wahrnimmt, sendet sie einen Nervenimpuls an die Schaltstelle der Bio-Uhr. Dort verbindet sich das Enzym Kinase C Alpha (PKCA) vorübergehend an ein Uhrenprotein und verlangsamt dessen Abbau. Als Folge verschiebt sich der Biorhythmus und beispielsweise ein Jetlag wird ausgeglichen. (Neuron)

12.06.

Medizin

Eine einzige Krebsstammzelle reicht Die Basis vieler, wenn nicht sogar aller Tumore bildet eine Handvoll entarteter Stammzellen. Bisher konnten diese Krebsstammzellen jedoch

27.06.1954 Inbetriebnahme des ersten Kernkraftwerks

26.06.1886 H. Moissan erzeugt erstmals reines Fluor

nicht isoliert und untersucht werden. Forscher des Salk Institute in Kalifornien haben nun erstmals eine Zelllinie von Brustkrebszellen kultiviert, die sich in vieler Hinsicht wie die seltenen Krebsstammzellen verhält. Schon die Injektion einer einzigen dieser so genannten LA7-Zellen reichte aus, um bei weiblichen Mäusen ein neues Mammakarzinom auszulösen. Dieses Modellsystem ermöglicht es den Wissenschaftlern zukünftig, Gene und Proteine zu identifizieren, die typisch für Brustkrebsstammzellen sind und so dabei helfen, diese gefährlichen Zellen bei Krebspatienten gezielt aufzuspüren. (PNAS)

14.06.

Botanik

Pflanzen erkennen ihre Verwandten Unsere Gartenpflanzen sind nicht ganz so passiv und unsensibel, wie wir denken: Wie Wissenschaftler herausgefunden haben, kann der Meersenf zwischen verwandten und nicht verwandten Individuen der gleichen Art unterscheiden. Unter Fremden herrscht starker Wettbewerb im Beet, die Pflanzen bilden vermehrt Wurzeln, um möglichst viel Wasser und Nährstoffe zu ergattern. Stammt der Nachbar jedoch aus Samen der gleichen Mutterpflanze, unterbleibt dieser Wurzelwettstreit. Woran die Pflanzen ihre Verwandtschaft erkennen, ist allerdings noch völlig ungeklärt. (Biology Letters)

28.06.1939 Start des ersten transatlantischen Linienflugs

28.06.1935 Beschaffenheit des Tabakmosaikvirus entdeckt

30.06.1908 Nahe Tunguska explodiert ein Meteorit in der Atmosphäre 29.06.1990 Internationales FCKWVerbot ab dem Jahr 2000 beschlossen

53

CHRONIK

15.06.

Juni 2007 Nanotechnologie

Nanodiamanten als Elektronenlieferanten Ein amerikanisch-deutsches Forscherteam hat erstmals speziell präparierte Nanodiamanten dicht gepackt auf einer Goldunterlage so angeordnet, dass eine neue Oberfläche mit ganz besonderen elektronischen Eigenschaften entstand. Die geordneten Schichten lieferten bei Bestrahlung eine große Ausbeute an Elektronen mit nahezu gleicher Energie. Die Nutzung dieses Effektes könnte die Konstruktion von Elektronenquellen für Elektronenmikroskope oder Flachbildschirme erheblich beeinflussen. (Science)

18.06.

Astrophysik

Stringtheoretiker erklären den Urknall Die Gesetze der Allgemeinen Relativitätstheorie sind beim Urknall außer Kraft gesetzt, daher gibt es bisher kein theoretisches Modell, das die „Geburtswehen“ unseres Universums exakt beschreibt. Jetzt haben Forscher des Max-Planck-Instituts für Physik mithilfe der Stringtheorie erstmals ein solches Modell entwickelt. Dafür überzogen sie die Raumzeit gedanklich mit einem Netz unendlich vieler Einspannpunkte, den so genannten D-Branen, die untereinander über offene Strings verbunden sind. Nur in den ersten Sekundenbruchteilen waren einige Positionen der D-Branen im Netz unbestimmt – die Raumzeit war noch „unscharf“. Das neue Modell könnte erklären, weshalb die Astronomen auf Bildern des Weltraumteleskops Hubble bisher vergeblich nach „Verwi-

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schungen“ gefahndet haben: Diese quantenmechanischen Effekte waren zwar vorhanden, zeigten sich aber nur Sekundenbruchteile nach dem Urknall – und kein Teleskop vermochte bisher in diese Epoche vorzudringen.

Herzschlag blieb langsamer. Eine rein verbale Unterstützung zeigte dagegen kaum Wirkung. (Universität Zürich)

(Physical Review Letters)

Ältestes Eiszeit-Mammut aus Elfenbein entdeckt Tübinger Archäologen haben in der Vogelherdhöhle im Lonetal in Südwestdeutschland fünf neue Figuren aus der Eiszeit entdeckt. Sie

18.06.

Biologie

Algen: Formwandel schützt vor Fressfeind Einen besonderen Trick gegen das Gefressenwerden hat die einzellige Meeresalge Phaeocystis globosa entwickelt: Wie Forscher des Georgia Institute of Technology entdeckten, verändert sie je nach gerade anwesendem Fressfeind ihre äußere Form. Wird sie von Wimperntierchen angegriffen, die kleine Beute bevorzugt, schließt sie sich zu großen Kolonien zusammen. Signalisieren dagegen Nachbaralgen einen Angriff durch Ruderfußkrebse, der am liebsten ganze Kolonien vertilgt, bleiben die Algen einzeln. Diese Strategie ist nach Ansicht der Wissenschaftler wahrscheinlich kein Einzelfall unter Einzellern. (PNAS)

19.06.

Psychologie

Berührungen schützen Frauen vor Stress Eine Massage hilft mehr als tausend Worte – so lässt sich das Ergebnis einer Studie von Schweizer Wissenschaftlern zusammenfassen. Sie stellten fest, dass bei Frauen die Berührung durch den Partner vor einem stressreichen Ereignis den Stress reduzierte. Sie hatten niedrigere Konzentrationen des Stresshormons Cortisol im Blut und auch ihr

21.06.

Archäologie

Eiszeitliche Mammut-Figur. © Jensen/ Lingnau, Universität Tübingen

sind aus Mammutelfenbein geschnitzt und stammen aus der Zeit vor rund 35.000 Jahren. Besonders eindrucksvoll: die erste vollständig erhaltene Skulptur eines Mammuts. Damit gehören die Figuren zu den ältesten und beeindruckendsten Beispielen figürlicher Kunst der Eiszeit. Die neuen Funde bekräftigen die Beobachtung, dass die Kultur der Eiszeitmenschen bereits hoch entwickelt und keineswegs primitiv war. (Universität Tübingen)

21.06.

Geologie

Arktisches Meer und Atlantik seit langem verbunden Bisher glaubte man, dass das arktische Meeresbecken bis vor zehn Millionen Jahren vom Atlantik abgeschnitten war. Nun jedoch hat ein

Die Themen des Jahres

internationales Wissenschaftlerteam herausgefunden, dass sich die Framstraße zwischen Grönland und Svalbard bereits vor 17,5 Millionen Jahren öffnete. Diese frühe Kopplung führte vermutlich zu einer Änderung der Tiefenwasserzirkulation im Atlantischen Ozean, was sich wiederum auf das Klima im gesamten nordatlantischen Raum auswirkte. Die Ergebnisse beruhen unter anderem auf Daten aus Sedimentbohrkernen des Lomonosov-Rückens, einem unterseeischen Gebirgszug nahe dem Nordpol. (Nature)

22.06.

Physik

Atomuhren werden noch genauer Bisher dachte man, die Genauigkeit der derzeit besten Atomuhren könne nicht mehr wesentlich gesteigert werden. Das stimmt nicht mehr. Mit einer Reihe von Experimenten haben Wissenschaftler einen bisher unbekannten Effekt entdeckt, der erklärt, warum die durch Mikrowellen angeregten Cäsium-Atome bisher immer zusammenstießen und dadurch eine winzige Ungenauigkeit erzeugten. Durch eine leichte Anpassung der Mikrowellenstärke lässt sich nun diese Stoßverschiebung auf Null reduzieren. (PTB)

22.06.

Geologie

Geschmolzenes Gestein unter dem amerikanischen Südwesten Eine kilometerdicke Schicht geschmolzenen Gesteins nur 410 Kilometer unter der Erdoberfläche haben amerikanische Wissenschaftler unter dem Südwesten der USA entdeckt. Diese Schicht könnte eine bereits zuvor registrierte seismische Anomalität in dieser Tiefe erklären. Zudem bestätigt sie die 2003 aufgestellte Hypothese, nach der in dieser Tiefe aufsteigendes Mantelgestein das in seiner Kristallstruktur gebundene Wasser verliert und schmilzt. (Nature)

25.06.

Klima

Wälder des Nordens unerwartet schlechte CO2-Senken Wälder gelten als effektive Kohlendioxid-Senken und damit als wichtige Hilfen gegen den Klimawandel. Eine Studie des National Center for Atmospheric Research in Colorado belegt jedoch, dass die Wälder der höheren und gemäßigten Breiten eine weitaus geringere Rolle spielen als bisher angenommen. Die Wälder des Nordens nehmen nur 1,5 Milliarden Tonnen CO2 pro Jahr auf – und damit fast eine Milliarde Tonnen weniger als von den bisherigen Modellen kalkuliert. Die bisherigen Klimamodelle müssen nun nachgebessert werden. (Science)

27.06.

Es gibt sogar Atomuhren in Chip-Größe. © NIST

Zoologie

Affen handeln selbstlos Nicht nur Menschen sondern auch Primaten können selbstlos handeln. In Versuchen am Leipziger Max-PlanckInstitut für evolutionäre Anthropo-

logie platzierten Wissenschaftler Futter hinter einer versperrten Tür. Ein Affe befand sich im Nachbarkäfig ohne Zugang zum Futter, er konnte aber einem Artgenossen die Tür zum Futter öffnen. Tatsächlich halfen knapp 80 Prozent der Tiere einander uneigennützig, ohne selbst eine Belohnung zu erhalten. Die Ergebnisse zeigen, dass die Eigenschaft zum selbstlosen Handeln bereits viel früher in der Menschheitsgeschichte angelegt worden ist als bisher angenommen und nicht erst durch Sozialisation entwickelt wurde. (PloS Biology)

29.06.

Medizin

„Schere“ befreit Zellen vom HI-Virus

HI-Viren (grün) an menschlichen Zellen. © Roche

Das Aids-Virus baut sein Erbgut in die DNA von körpereigenen Zellen ein und ist damit irreversibel in der Zelle verankert. Doch deutschen Forschern gelang es, das HIV-Erbmaterial wieder aus dem menschlichen Erbgut herauszuschneiden. Dazu wurde mit Hilfe der Gentechnik eine spezielle Rekombinase hergestellt, ein Enzym, das wie eine molekulare Schere arbeitet. Der neue Ansatz liefert die technische Grundlage, um zukünftig HIV-positive Patienten vom Virus befreien zu können. (Science)

55

Juli 2007

CHRONIK

01.07.

Physik

Aus für HERA Fünfzehn Jahre lang prallten im Teilchenbeschleuniger HERA des Forschungszentrums DESY in Hamburg Elektronen und Protonen aufeinander. Jetzt ist damit Schluss: Der 6,3 km lange Elektron-ProtonSpeicherring HERA wurde am 30. Juni 2007 abgeschaltet und in „Pension“ geschickt. Die Auswertung der gemessenen Daten aber wird noch weit bis ins nächste Jahrzehnt andauern, einige Ergebnisse haben schon jetzt Einzug in die Lehrbücher gehalten. Die HERA-Messungen bestätigten erstmals das Verhalten der starken Kraft, wie es vor 20 Jahren von Physikern vorhergesagt wurde. Die Teilchenphysik-Experimente an HERA haben zudem ein einmalig detailliertes Bild des Protons und der in ihm wirkenden Kräfte gezeichnet. (DESY)

02.07.

Klima

History

Ausfall der „Fernheizung Europas“ droht Die so genannte Thermohaline Zirkulation (THC) transportiert große Mengen warmen Meerwassers in den Nordatlantik und trägt damit maßgeblich zum relativ milden europäischen Klima bei. Doch diese „Fernheizung Europas“ könnte noch in diesem Jahrhundert unwiderruflich auf „Aus“ programmiert werden, wenn

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01.07.1957 Beginn des Internationalen Geophysikalischen Jahres

die globalen Temperaturen um zwei Grad ansteigen. Das ergab die Befragung führender Klimaforscher durch deutsche und amerikanische Wissenschaftler. Eine derart dramatische globale Strömungsänderung würde unser gesamtes Klimasystem durcheinander bringen, so die Forscher.

03.06.

(Climatic Change)

Auch der Golfstrom beeinflusst die Thermohaline Zirkulation im Atlantik. © NASA

02.07.

Quantenphysik

Urknall nur ein Zwischenspiel? Unser Universum entstand möglicherweise nicht aus dem Nichts, sondern durch den Kollaps eines anderen, früheren Universums. Mithilfe einer neuen physikalischen Theorie, der Schleifenquantengravitation, haben amerikanische Physiker erstmals eine mathematische Beschreibung nicht nur des Urknalls sondern auch der Zeit davor geliefert. Demnach kehrte sich die Schwerkraft eines zuvor kollabierten Universums plötzlich um und bewirkte eine explosive Ausdehnung – den Urknall. Die Berech-

04.07.1913 F. Klatte erhält ein Patent für den Kunststoff PVC

03.07.1880 T. Edison gründet das Fachmagazin „Science“

nungen enthüllen auch die Existenz einer „kosmischen Vergesslichkeit“, die dafür sorgt, dass bestimmte Parameter der alten Universen diesen Übergang nicht überstehen und damit für immer verloren sind. (Nature Physics)

Antibiotikum durchkreuzt Tumorzellen-„Trick“ Zentrosomen sorgen bei der Zellteilung dafür, das sich die Chromosomen gleichmäßig auf die beiden Tochterzellen verteilen. Bei Tumorzellen gibt es von diesen Körperchen häufig mehr als zwei. Dadurch enthalten die Tochterzellen nicht die korrekte Chromosomenzahl und sind dann nicht lebensfähig. Die Krebszellen haben einen Trick entwickelt, um das zu verhindern: Sie fassen alle Zentrosomen zu zwei Gruppen zusammen. Genau diese Zusammenlagerung diente Forschern als Ansatzpunkt für die Tumorbekämpfung. Sie wiesen nach, dass ein gebräuchliches Antibiotikum, Griseofulvin, diese Aggregatbildung verhindert. Als Folge entstanden missgebildete Zellen, die vom zelleigenen Selbstmordprogramm eliminiert wurden. (Deutsches Krebsforschungszentrum)

04.07.

Polarforschung

Arktische Seen verschwinden Es gab sie seit Tausenden von Jahren, doch jetzt sind sie verschwunden: die

05.07.1996 Geburt von Klonschaf Dolly

04.07.1999 Fund der Himmelsscheibe von Nebra

Medizin

06.07.1885 L. Pasteur testet seinen Impfstoff gegen Tollwut

11.07.1979 Absturz der ersten amerikanischen Raumstation „Skylab“

13.07.1956 J. McCarthy prägt den Begriff „artificial intelligence“

Die Themen des Jahres

flachen ausgedehnten Süßwasserseen der sommerlichen Arktis. Schon in den letzten Jahren hatten kanadische Geowissenschaftler besorgniserregende Veränderungen festgestellt: Die Wasserspiegel sanken und chemische Veränderungen wiesen auf eine erhöhte Verdunstung und wärmere Temperaturen hin. Im Juli 2006 schließlich trockneten mehrere Seen komplett aus. Die ökologischen Folgen dieser Veränderungen sind nach Ansicht der Forscher beträchtlich, denn die Seen gelten als „Hotspots“ der Artenvielfalt und Produktivität. (PNAS)

05.07.

Ökologie

Menschheit verbraucht ein Viertel der irdischen Biomasse Der Mensch allein verbraucht 24 Prozent der gesamten jährlichen Biomasseproduktion der Erde – Tendenz steigend. Das ermittelten Wissenschaftler der Universität Klagenfurt. Sie analysierten Daten zu Landnutzung und Ernte aus 161 Ländern und erfassten so damit 97 Prozent der Erdoberfläche. Die Produktion von Nahrungsmitteln, Holz und Bioenergie durch Land- und Forstwirtschaft spielt dabei die größte Rolle. Aber auch die Flächenversiegelung durch Siedlungs- und Infrastrukturentwicklung führt zu immer stärkeren Eingriffen in die Ökosysteme. (PNAS)

18.07.1796 A. Senefelder erfindet die Lithografie 15.07.1799 P. Bouchard entdeckt den Stein von Rosetta

05.07.

Genetik

Neues Asthma-Gen entdeckt In einer groß angelegten Studie an 2.643 Kindern haben internationale Forscher eine Genvariante entdeckt, die zu einem stark erhöhten Asthmarisiko im Kindesalter beiträgt. Durch Vergleiche des Genoms der gesunden und asthma-kranken Kinder waren sie auf eine Sequenz auf Chromosom 17q21 aufmerksam geworden. Diese enthält die Bauanleitung für eine Proteingruppe, deren genaue Funktion jedoch noch völlig unbekannt ist. Klar ist bisher nur, dass die Proteine auf dem endoplasmatischen Retikulum, einem membranartigen Zellbestandteil, produziert werden. (Nature)

rate der Ameisen. Zwar ist der Wirkmechanismus noch nicht bekannt, die Wissenschaftler vermuten aber, dass auch andere soziale Insekten die medizinischen Eigenschaften des Harzes nutzen. (Proceedings of the Royal Society B)

Ameisenarbeiterin mit Harzklumpen (weiß). © Universität Lausanne/SNF

09.07. 06.07.

Zoologie

Ameisen nutzen Harz als Antibiotikum Waldameisen der Art Formica paralugubris sammeln mit ihren Mundwerkzeugen Fichtenharzklümpchen ein und verteilen sie im Ameisenhaufen. Warum, das enthüllten nun Laborversuche Schweizer Forscher: Sie testeten die Wirkung des Harzes auf zwei Krankheitserreger – ein Bakterium und einen Pilz – und auf die Ameisen und stellten eine quasi antibiotische Wirkung fest: Die vom Harz abgegebenen flüchtigen Stoffe hemmten die Vermehrung der Erreger und verdoppelten die Überlebens-

20.07.1969 Erste bemannte Mondlandung durch Apollo 11 18.07.1877 Erste Tonaufnahme mit dem Phonograph von T. Edison

Klimaschwankungen auch ohne Sonnen-Einfluss Das europäische Eiskern-Bohrprojekt EPICA hat die bisher längste zusammenhängende Klimageschichte aus einem Eisbohrkern rekonstruiert. Der 3.260 Meter lange Bohrkern reicht 800.000 Jahre in die Klimavergangenheit der Antarktis zurück. Er zeigt unter anderem, dass das Erdklima vor 400.000 Jahren von einem 40.000jährigen Zyklus zu Schwankungen im 100.000-Jahres-Rhythmus wechselte. Die natürlichen, nicht vom Menschen verursachten Klimavariationen wurden vor allem durch astronomische Faktoren wie der Neigung der

25.07.1909 L. Blériot überfliegt als erster Mensch den Ärmelkanal 24.07.1911 H. BIngham entdeckt die Inkastadt Machu Picchu

Klima

29.07.1925 W. Heisenberg reicht seine bahnbrechende Arbeit zur Quantenmechanik ein 25.07.1986 Geburt von Louise Brown, dem ersten Retortenbaby der Welt

57

CHRONIK

Juli 2007

Erdachse bestimmt. Andere Einflüsse, wie etwa Vulkanismus und Veränderungen der Leuchtkraft der Sonne, spielten hingegen eine untergeordnete Rolle. (Science)

09.07.

Zellbiologie

Zellen: „Selbst-Verzehr“ sichert Überleben Zellen müssen mit dem haushalten, was sie an Energie und Bausteinen besitzen. Daher verfügen sie über eine besondere Möglichkeit des Recyclings – die so genannte Autophagie. Dieser von deutschen und italienischen Wissenschaftlern entdeckte Prozess sichert den Schutz und das Überleben der Zelle in Notzeiten und ist ein wichtiger zusätzlicher Regelkreis bei der frühen Entwicklung des Nervensystems. Fehlt dieser Prozess, vermehren sich die Zellen zu stark und es kommt zu unkontrollierten Zellauswüchsen und Lücken im Gewebe. Möglicherweise spielt die Autophagie auch bei der Spina bifida, dem offenen Rücken eine Rolle. (Nature)

13.07.

Computertechnik

Kreuzung aus Festplatte und Arbeitsspeicher Alle Daten im elektrischen Arbeitsspeicher eines Computers gehen beim Herunterfahren verloren und müssen beim nächsten Start erneut vom Magnetspeicher der Festplatte geladen werden. Physiker der Universität Göttingen haben jedoch ein neuartiges Speicherelement entwickelt, das diesen Transfer der Informationen vom magnetischen zum elektrischen Speicher unnötig macht. Kern des Systems sind feinste Streifen

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eines so genannten ferromagnetischen Halbleiters aus Gallium-Arsenid. Er kann Informationen durch seine Magnetisierungsrichtung speichern; gleichzeitig lässt er sich aber auch direkt als Arbeitsspeicher in einen Chip integrieren. Einen Haken gibt es allerdings noch: Bisher funktioniert das System nur bei Temperaturen von minus 270 Grad Celsius. (Nature Physics)

16.07.

Astronomie

Kosmischer „Staubsauger” in flagranti ertappt Zum ersten Mal haben Astronomen einen direkten Blick in die Details einer Supernova des Typs 1a geworfen. Mithilfe von mehreren boden- und weltraumgestützten Teleskopen beobachteten sie SN 2006X, eine 70 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernte Supernova, über vier Monate hinweg. Sie identifizierten Material, das der explodierte Weiße Zwerg zuvor von seinem Begleitstern abgesaugt hatte und schließen daraus, dass es sich bei diesem um einen Roten Riesenstern gehandelt haben müsse. Mit einzigartiger Detailtiefe konnten sie verfolgen, wie sich im Zuge der Sternenexplosion auch das Material des Begleitsterns veränderte. (Science)

Ein Weißer Zwerg saugt Material von einem Roten Riesenstern ab. © ESO

17.07.

Genetik

Gallenstein-Gen entdeckt Bei der gezielten Suche nach Krankheitsgenen ist ein internationales Forscherteam auf eine Genvariante gestoßen, die das Risiko für die Bildung von Gallensteinen deutlich erhöht. Bei den Menschen, die diese Erbanlage tragen, bilden sich im Laufe des Lebens zwei- bis siebenmal häufiger Gallensteine als in der übrigen Bevölkerung. Damit birgt die entdeckte Genvariante ein für Volkskrankheiten ungewöhnlich hohes Risiko. Entdeckt wurde sie mithilfe so genannter „Genchips“. Mit ihnen lässt sich das gesamte Erbmaterial in einem einzigen Experiment an mehr als einer Million Gen-Positionen auf Unterschiede zwischen kranken und gesunden Menschen prüfen. (Nature Genetics)

17.07.

Astronomie

Charon als kosmische Eismaschine Das hell leuchtende Eis auf der Oberfläche des Pluto-Monds Charon stammt nicht aus der Frühzeit des Sonnensystems, sondern wird immer wieder frisch erzeugt. Als Quelle dafür entlarvten Wissenschaftler am Gemini Observatorium auf Hawaii einen aktiven Eisvulkanismus. Gespeist von Wasser aus dem Inneren Charons speien die Geysire kilometerhohe Fontänen eines Wasser-AmmoniakGemischs, das sofort gefriert. Die dabei anfallende Eismenge ist so groß, dass sie den Mond innerhalb von 100.000 Jahren mit einem neuen Eisüberzug von einem Millimeter Dicke bedeckt. (Astrophysical Journal)

Die Themen des Jahres

23.07.

Biologie

Bienen: Promiskuität für das Wohl des Volkes Die europäische Honigbiene paart sich mit bis zu 20 Partnern, die Asiatische Riesenhonigbiene sogar mit rekordverdächtigen 102 Männchen. Den Sinn dieser extremen Promiskuität deckten Wissenschaftler der amerikanischen Cornell Universität auf: Der dadurch genetisch uneinheitliche Nachwuchs ist besonders robust und produktiv. Im Freilandversuch hatten Kolonien promiskuitiver Königinnen schon zwei Wochen nach Nestgründung 30 Prozent mehr Waben gebaut, 39 Prozent mehr Nahrung gelagert und eine 27 bis 78 Prozent höhere Sammelaktivität als die künstlich nur mit dem Samen eines Männchens befruchteten Königinnen. (Science)

25.07.

Botanik

Umwelt verändert Pflanzengene Die Gene von Pflanzen der gleichen Art, die in verschiedenen Klimazonen und Umwelten wachsen, unterscheiden sich erheblich stärker, als Pflanzengenetiker erwartet haben. Das zeigte sich, als Forscherteams aus Deutschland und den USA das Erbgut von 19 wildlebenden Populationen mit dem Genom eines Laborstamms der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) verglichen. Fast jedes zehnte Gen war in mindestens einer der Gruppen so stark verändert, dass es seine ursprüngliche Funktion nicht mehr erfüllte. Besonders häufig betroffen waren dabei Gene, die für die Interaktion der Pflanze mit ihrer biologischen Umwelt verantwortlich

sind. Damit scheint die genetische Variabilität tatsächlich die Anpassung an regionale Wachstumsbedingungen widerzuspiegeln. (Science)

26.07.

Neurobiologie

Schmerzen stören beim Denken Schmerz stört die Konzentration und Lernfähigkeit – subjektiv hat das fast jeder Mensch schon einmal empfunden. Doch welche Mechanismen dahinter stehen, haben Neurowissenschaftler des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf erst jetzt nachgewiesen. Sie beobachteten die Gehirnaktivität von Probanden, während diese sich Bildfolgen merken mussten – einmal mit gleichzeitigen Schmerzen, einmal ohne. Es zeigte sich, dass bei Schmerz tatsächlich die Verarbeitung von visuellen Reizen in der Sehrinde des Gehirns gehemmt wird. Folge: Die Probanden erinnerten sich schlechter an die gezeigten Bilder. Ausgangspunkt der Störwirkung war ein bestimmtes Areal des Schmerzsystems im Gehirn, das so genannte vordere Cingulum. (Neuron)

27.07.

Physiologie

Kälte-Kick statt Doping Dortmunder Wissenschaftler entdeckten eine ungewöhnliche Möglichkeit, um Leistungssportler auf die wahrscheinlich sehr hohen Temperaturen bei den olympischen Spielen in Peking vorzubereiten: eisige Kälte. Sie setzten Testpersonen für zweieinhalb Minuten minus 120 Grad Kälte aus und ließen sie anschließend einen Dauerlauf bei 90 Prozent der Maximalleistung absolvieren. Dieses Kältetraining wurde regelmäßig wieder-

holt. Schon nach sechs Monaten verbesserte sich dadurch die sportliche Leistung der Probanden auch bei Hitze erheblich. Das viel gepriesene Aufwärmen erwies sich dagegen als kontraproduktiv, denn schon bei Außentemperaturen ab 15°C kann der Körper eine Überhitzung durch Schwitzen allein nicht mehr ausgleichen. (Universität Dortmund)

27.07.

Archäologie

Himmlischer Körper mit irdischem Antlitz

Der erstaunlich realistische Kopf der Statue. © Institut für Archäologie, Universität Bern

Auf eine lebensgroße Statue eines römischen Patriziers aus dem ersten oder zweiten Jahrhundert n. Chr. ist ein Schweizer Archäologenteam bei einer Grabung in Mittelitalien gestoßen. Überraschend an dem Fund: Der Körper stellt einen idealisierten göttlichen Jüngling dar, vermutlich Perseus oder einen der göttlichen Zwillingsbrüder Kastor und Pollux, der Kopf aber trägt die individuellen Züge eines älteren Mannes. Eine solche Vermischung von himmlischen Eigenschaften und Privatportrait sind zwar aus dieser Zeit bekannt, aber extrem selten. (Universität Bern)

59

August 2007

CHRONIK

02.08.

Klima

„Braune Wolken“ verstärken Erwärmung in Asien Ein großer Teil Asiens ist von Schadstoffwolken aus Ruß, Treibhausgasen und anderen Emissionen überdeckt. Diese „Braunen Wolken“ galten bisher als eher kühlend, da sie die Sonneneinstrahlung „abdimmen“. Doch neue Analysen von Messdaten aus unterschiedlichen Atmosphärenschichten enthüllten nun eine gegenteilige Wirkung: Über Südund Ostasien verstärken die Rußpartikel in den Wolken den Erwärmungstrend der Atmosphäre sogar um bis zu 50 Prozent. Am stärksten wirkt dieser Effekt genau auf der Höhe, in der die meisten Gletscher des Himalaja liegen. (Nature)

03.08.

Medizin

History

Wie Krebszellen unsterblich werden Eine Behandlung mit BumerangEffekt: Vier bis sechs Wochen lang tötet der Chemotherapie-Wirkstoff Bortezomib Blutkrebszellen des Multiplen Myeloms effektiv ab. Er hemmt die Proteinschneide-Enzyme der Zellen. Doch dann schlagen die Krebszellen zurück, wie Forscher des Universitätsklinikums Heidelberg feststellten. Im Laborversuch vermehrten sich die überlebenden Krebszellen explosionsartig. Weder hochwirksame Zellgifte noch eine Bestrah-

60

03.08.1787 Eine Vermessung etabliert den Mont Blanc als höchsten Berg Europas

03.08.1858 J. Speke erreicht als erster Europäer den Viktoriasee

lung konnten ihnen etwas anhaben. Ursache ist ein bislang unbekannter Rückkopplungs-Mechanismus, der die Proteinschneide-Enzyme, die Proteasome, wieder vermehrt und noch effektiver macht. (J. of Cellular Biochemistry)

Krebszellen in Zellkultur. © NCI

03.08.

Physik

Magneten: aus hart mach’ weich Bisher galt die Devise: Ein Magnet ist entweder „hart“ und permanent magnetisch, oder aber seine magnetischen Feldgrenzen sind veränderbar, „weich“ und damit unter anderem leicht umzupolen. Doch das starre „Entweder-oder-Schema“ kann durchbrochen werden, wie britische Forscher nachgewiesen haben. Sie nutzten ein zweites, senkrecht auf dem ersten stehendes magnetisches Feld, um die Magneteigenschaften eines Materials von hart in weich und wieder zurück zu verändern. Damit eröffnen sie neue Wege, um elektromagnetische Geräte und Bauteile gezielt zu beeinflussen. (Nature)

07.08.1912 V. Hess entdeckt die kosmische Strahlung

10.08.1897 F. Hoffmann stellt erstmals Aspirin her

08.08.1900 D.Hilbert präsentiert seine Liste ungelöster mathematischer Probleme

Botanik

06.08.

Pflanzen: Teamwork macht fruchtbar Bei der Befruchtung einer Blütenpflanze keimt der Pollen aus und bildet einen Pollenschlauch. Für sein Andocken am Embryosack und die Freisetzung der Spermien sind jedoch zwei Zellen des weiblichen Geschlechtsapparates verantwortlich. Diese Synergid-Zellen funktionieren ähnlich wie ein Türschloss, wie ein Schweizer Forscherteam herausfand. Über Enzyme, so genannte Kinasen, kommunizieren sie mit dem Pollenschlauch und ermitteln, ob er „passt“. Die Blütenpflanzen schützen sich mit diesem Schloss-und-Schlüssel-Prinzip vor der Befruchtung mit artfremdem Pollen. (Science)

Astronomie

07.08.

Saturn-Ring mit eigenem „Vorratslager“ Die meisten Ringe des Saturn erhalten ihren Staub- und Eisnachschub von den Monden, die in ihnen kreisen. Nicht so der mondlose G-Ring. Neue Daten der Saturnsonde Cassini identifizierten nun eine Region am inneren Rand dieses Rings, die wahrscheinlich als Material-Reservoir dient: In diesem „G-Ring arc“ befinden sich wesentlich mehr und größere Eispartikel als im Rest des Ringes. Astronomen vermuten, dass diese erbsen- bis fels-

12.08.1981 Der erste PC, IBM 5150, kommt auf den Markt

12.08.1865 Das letzte Quagga stirbt in einem Pariser Zoo

15.08.1914 Eröffnung des Panamakanals

Die Themen des Jahres

brockengroßen Eisteilchen den G-Ring kontinuierlich mit Nachschub beliefern. (Science)

08.08.

Paläontologie

Knochenfisch-Urahnen mit Ersatzzähnen Neues über die frühe Evolution der Knochenfische – und damit auch der Vorfahren aller landlebenden Wirbeltiere – fanden Paläontologen der Berliner Humboldt-Universität heraus. Untersuchungen von zwei bezahnten Kieferknochen der Gattungen Lophosteus und Andreolepis enthüllten, dass diese mehrere Zahnreihen besaßen. Auf der Innenseite der Kiefer wuchsen jeweils neue Zähne nach, noch während die alten in Gebrauch waren. Da die zu den Knorpelfischen gehörenden Haie ein sehr ähnliches Zahnwechselschema besitzen, schließen die Wissenschaftler daraus auf ein gleiches Grundmuster bei beiden Fischgruppen. Gleichzeitig belegt dies den bisher umstrittenen Status der beiden untersuchten Gattungen als sehr alte und primitive Vertreter ihrer Klasse. (Nature)

09.08.

Astronomie

Galaxien-Kollision der Superlative In fünf Milliarden Lichtjahren Entfernung von der Erde entdeckten Astronomen mithilfe des Spitzer-Weltraumteleskops erstmals eine Galaxien-Kolli-

17.08.2002 „Jahrhundertflut“ an der Elbe 16.08.1809 Gründung der HumboldtUniversität in Berlin

sion der Superlative: Gleich vier große, elliptische Galaxien verschmelzen hier zu einer einzigen Riesengalaxie, zehnfach größer als unsere Milchstraße. Die Galaxienkerne bleiben dabei unbeschadet erhalten, während Milliarden von älteren Sternen aus den Galaxien herausgeschleudert werden. Die Beobachtungen enthüllten zudem, dass solche großen Kollisionen offenbar meist relativ gasarm sind und daher nur wenige neue Sterne dabei entstehen. (Astrophysical Journal Letters)

10.08.

Meeresforschung

Tiefseeschluchten als gigantische Mischanlage Mehr als 1.500 Meter unter der Oberfläche des atlantischen Ozeans, auf halbem Weg zwischen New York und Portugal, existiert eine gigantische Mischanlage: Gewaltige Wassermassen stürzen hier zwischen den engen Schluchten des Mittelatlantischen Rückens hindurch und bilden die stärksten jemals in der Tiefsee entdeckten Turbulenzen. Diese Verwirbelungen mischen das kalte Wasser nahe dem Meeresboden mit dem wärmeren Wasser in Oberflächennähe. Dadurch beeinflussen sie den gesamten Wärmehaushalt des Ozeans und damit auch die Meeresströmungen. Da diese wiederum für den globalen Wärmetransport wichtig sind, wirkt sich das auch auf das globale Klima aus. (Nature)

19.08.1839 L. Daguerre stellt die Daguerrotypie der Öffentlichkeit vor

18.08.1868 P. Janssen entdeckt das Element Helium

13.08.

Riesen-Insekten würden heute ersticken Vor rund 300 Millionen Jahren bevölkerten noch Insekten von fast einem Meter Flügelspannbreite die Erde. Heute jedoch wären sie nicht lebensfähig, denn der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre ist zu gering und ihr Atmungssystem zu ineffektiv. Denn sie transportieren den Sauerstoff nicht mithilfe des Blutes, sondern über teilweise flüssigkeitsgefüllte Röhrchen, die Tracheen, ins Körperinnere. Wie amerikanische Forscher herausfanden, sind Durchmesser und Länge der Tracheen der limitierende Faktor für die Insektengröße: Sinkt der Sauer-

Die größten heutigen Insekten im Vergleich mit ihrem riesenhaften Vorfahren. © ANL

stoffgehalt der Luft, müssen die Tracheen größer werden. Ab einer bestimmten Körpergröße passen die entsprechend angepassten Tracheen jedoch nicht mehr durch die Gelenke zwischen Rumpf und Beinen – die maximale Größe ist erreicht. (PNAS)

24.08.2006 Dem Himmelskörper Pluto wird der Planetenstatus aberkannt 20.08.1741 V. Bering entdeckt als erster Europäer Alaska

Paläontologie

27.08.1976 Herstellung der ersten künstlichen Genkopie

29.08.1831 M. Faraday entdeckt die elektromagnetische Induktion

61

CHRONIK

14.08.

August 2007 Immunologie

Zucker als Schlüssel für Autoimmunkrankheiten Antikörper schützen uns normalerweise gegen Krankheitserreger. Bei einigen Menschen greifen sie jedoch körpereigenes Gewebe an und lösen Autoimmun-Erkrankungen wie Multiple Sklerose oder Arthritis aus. Forscher der Universität ErlangenNürnberg entdeckten nun einen Schlüsselfaktor für diese Reaktion – das Zuckermolekül Sialin. Fehlt den Seitenketten der Antikörper dieses Zuckermolekühl, binden sie vermehrt an so genannte Fc-Rezeptoren auf der Oberfläche der Körperzellen und lösen so Entzündungen und letztlich Gewebezerstörungen aus. Erste Versuche an Mäusen zeigten, dass eine Anreicherung von herkömmlichen Präparaten gegen Autiommun-Erkrankungen mit Sialinsäure-reichen IgG-Antikörpern eine zehn bis zwanzigfach verbesserte Wirkung des Mittels zur Folge hatte. (Science)

16.08.

Medizin

HIV: Doppelschlag fürs Gehirn Das Aids-Virus greift nicht nur die Zellen des Immunsystems an, es schädigt auch Stammzellen im Gehirn und verhindert so die Bildung neuer Nervenzellen. Schuld daran ist das Virus-Oberflächenprotein gp120, wie Wissenschaftler der Universität von Kalifornien in San Diego herausfanden. Das Protein hindert die Stammzellen an der Teilung. Gleichzeitig jedoch greift es auch in einen bestimmten Stoffwechselweg von adulten Zellen ein und tötet sie ab. Damit gleicht die Vireninfektion

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24.08.

Das Aids-Virus verhindert, dass sich neue Nervenzellen im Gehirn bilden. © Roche

einem Doppelschlag für das Gehirn: Sie vernichtet Neuronen und verhindert gleichzeitig ihren Ersatz. Besonders stark entfaltet das Virenprotein seine zerstörerische Wirkung im Hippocampus, einer für Lernen und Gedächtnis entscheidenden Gehirnregion. Dies erklärt erstmals, warum und wie eine HIV-Infektion zu kognitiven Ausfällen und sogar Demenz führt. (Cell)

22.08.

Zoologie

Hamster im Winterschlaf ticken nicht richtig Die innere Uhr von Feldhamstern steht während des Winterschlafes still. Zu diesem Schluss kam ein Forscherteam, nachdem es die Aktivität mehrerer Uhren-Gene in den so genannten Suprachiasmatischen Nuklei (SCN) analysierte. Diese Zellansammlungen im Gehirn fungieren bei allen Säugetieren als Taktgeber und zentrale Uhr. Beim schlafenden Hamster waren alle Uhren-Gene dauerhaft aktiviert oder gehemmt, einen tageszeitlichen Rhythmus gab es nicht mehr. Das ist überraschend, weil der Winterschlaf ein zeitlich sehr präzise regulierter Prozess ist. Was ihn reguliert, ist nun erneut völlig ungeklärt. (PNAS)

Astronomie

Loch im Universum entdeckt Astronomen der Universität von Minnesota haben ein riesiges Loch im Universum entdeckt. In diesem Bereich von mehr als einer Milliarde Lichtjahren Durchmesser existiert weder normale Materie noch dunkle Materie, er scheint einfach leer zu sein. Zwar wurden schon zuvor kleinere leere Stellen beobachtet, niemals jedoch so gewaltige. Die Lage des „Lochs“ – südwestlich des Orion in der Konstellation Eridanus – stimmt mit einem schon länger bekannten „kalten“ Fleck in der Mikrowellenkarte des Kosmos überein. Erst jetzt scheint klar, warum in diesem Bereich kaum Strahlung registriert wird. Die Ursache des Lochs allerdings ist auch den Astronomen ein Rätsel. Denn es entspricht weder den bisherigen Beobachtungen noch den Computermodellen der Evolution des Universums. (Astrophysical Journal)

27.08.

Astronomie

Jupiter als Januskopf Der Jupiter ist nicht nur der größte Planet des Sonnensystems, er galt bisher auch als ein Schutzschild des inneren Sonnensystems gegen Aste-

Wie stark schützt uns Jupiter vor dem kosmischen Bombardement? © ESA

Die Themen des Jahres

roiden und Kometen. Um diese Annahme zu testen, entwickelten Wissenschaftler der Open University (OU) in Großbritannien ein Computermodell, das die Flugbahnen von mehr als 100.000 zwischen Jupiter und Neptun kreisenden Objekten in den letzten zehn Millionen Jahren erfasst und daraus die Einschlagsrisiken für die Erde ermittelt. Sie spielten das Modell in Sonnensystemen mit unterschiedlich großen „Jupitern“, aber auch ganz ohne den Planeten durch. Das Ergebnis: Die Einschlagsrate war mit und ohne Jupiter gleich. Interessanterweise wirkten sich jedoch kleinere „Jupiter“ deutlich negativer aus als die beiden Extreme: In solchen Systemen stieg die Einschlagsrate auf der Erde an.

28.08.

Zellbiologie

Zellskelett schnürt Bündel Ohne ihr Stützskelett wären Zellen weder stabil noch zur Fortbewegung fähig. Eine Bewegung wird zum Beispiel dann nötig, wenn sich bei einem Embryo Organe entwickeln oder Zellen bei der Wundheilung an vorbestimmte Orte wandern. Jetzt haben Forscher herausgefunden,

(European Planetary Science Congress)

28.08.

Mikrobiologie

Methusalem-Bakterium entdeckt Unter dem Permafrost Kanadas, Sibiriens und der Antarktis entdeckte ein internationales Wissenschaftlerteam Bakterien, die eine halbe Millionen Jahre alt sind und trotzdem noch aktive und lebende DNA enthalten. Die Zellen sind damit die bisher ältesten noch lebenden Organismen überhaupt. Ihre Erforschung könnte zu einem besseren Verständnis der Prozesse bei der Zellalterung führen. Das Aufspüren der „MethusalemBakterien“ gelang den Forschern mithilfe einer neu entwickelten Methode, die gezielt nach Spuren von DNA aus Zellen sucht, die noch leben und noch einen Stoffwechsel besitzen. Mit ihr könnten Sonden zukünftig auch nach Lebensspuren unter der Oberfläche des Mars suchen. (PNAS)

Aktinfasern (rot) sind für die Zellbewegung wichtig, Mikrotubuli (grün) dienen der Stabilität. © NIH

was physikalisch dabei im Zytoskelett geschieht. Ein Modell aus Biopolymeren enthüllte, dass dabei sowohl die zelleigenen Aktinfasern als auch der Protein-„Klebstoff “ Fascin eine entscheidende Rolle spielen. Solange die Konzentration des Fascins unter einer bestimmten Schwelle liegt, bleiben die Aktinfasern einzeln und die Zelle ist gut verformbar. Wird der Schwellenwert aber überschritten, bilden sich Aktinbündel, die die Zelle beim Wandern gegen den Druck des umliegenden Gewebes stabilisieren. Diese Einsicht in das elastische Verhalten solcher zellulären Fasernetzwerke ist nicht nur für die Medizin interessant, sie eröffnet auch Möglichkeiten zur Herstellung neuer, von der Natur „abgeschauter“ Werkstoffe. (Physical Review Letters)

30.08.

Genetik

Rauchen verändert Gene – dauerhaft Ein kanadisches Forscherteam hat die Genaktivität von Rauchern, Nichtrauchern und Ex-Rauchern verglichen und Überraschendes festgestellt: Offenbar verändert das Rauchen die Aktivität gleich mehrerer Gene. Während einige davon bei den ExRauchern wieder in ihren ursprünglichen Zustand zurückkehren, bleiben andere dauerhaft verändert. So werden einige Gene, die die Reparaturmechanismen der DNA steuern, irreversibel geschädigt. Andere, darunter ein Gen, das mit der Entstehung von Gehirntumoren in Verbindung steht, werden permanent angeschaltet. Diese Befunde könnten auch erklären, warum Ex-Raucher trotz Rauchstopp noch immer ein erhöhtes Risiko für Lungenkrebs besitzen. (BioMedCentral)

31.08.

Quantenphysik

Atome gehen synchron durch die Wand In der Quantenphysik können Atome auch durch Wände gehen. Dass dieses so genannte „Tunneln“ aber auch dann geschieht, wenn auf beiden Seiten der Wand zwei sich abstoßende Teilchen sitzen, das haben Physiker der Universität Mainz nun erstmals im Experiment bewiesen. Sie zeigten, dass die Atome sich trotz ihrer Abstoßung nicht trennen und sogar nur gemeinsam die Barriere durchlaufen. Dieses Phänomen tauften die Forscher „repulsively bound pair“ – ein Paar, das durch Abstoßung zusammengehalten wird. (Nature)

63

September 2007

CHRONIK

03.09.

Genetik

Erstes „Größen-Gen“ identifiziert Dass große Eltern mit hoher Wahrscheinlichkeit auch große Kinder bekommen, ist nichts Neues. Welche Gene aber für diese Körpergröße verantwortlich sind, war bisher unbekannt. Ein Forscherteam hat nun im September 2007 ein erstes Gen, HMGA2, identifiziert, das dabei eine wichtige Rolle spielt. Wie die Wissenschaftler feststellten, besitzen immerhin 25 Prozent aller Europäer zwei „Groß“-Versionen dieses Gens und werden damit rund einen Zentimeter größer als Menschen mit zwei „Klein“-Allelen. Die Ergebnisse erklären aber noch nicht, warum eine Person 1,90 und eine andere nur 1,50 groß ist, denn die Körpergröße wird von vielen Genen bestimmt. Auch die genaue Funktion von HMGA2 für das Wachstum ist bisher unbekannt. Forscher vermuten, dass es eine verstärkte Zellproduktion bewirkt. (Nature Genetics)

03.09.

Geologie

History

Sintflut vor der Sintflut entdeckt Das Schwarze Meer gilt als ein möglicher Schauplatz der biblischen Sintflut: Vor etwa 8.000 Jahren ergossen sich dabei mächtige, aus dem Mittelmeer kommende Salzwasserfluten in das tiefer gelegene Binnengewässer. Doch diese Sintflut war vermutlich

64

01.09.1818 Erster Versuch einer Bluttransfusion, der Patient stirbt jedoch

03.09.1928 A. Fleming entdeckt den Schimmelpilz Penicillin

nicht die erste: Ein Team von Wissenschaftlern hat gezeigt, dass es dort bereits vor rund 130.000 Jahren zu einem vergleichbaren Phänomen gekommen sein könnte. In neuen Bohrkernen ist jedenfalls damals ein heftiger Salzwassereinfluss in den eher homogenen grau-braunen Süßwasser-Ablagerungen deutlich zu erkennen. Unklar ist noch, ob dieser mit sintflutartigen Überschwemmungen einherging oder sich vielleicht langsam über mehrere tausend Jahre erstreckte.

Botanik

Gefährliche Liebschaften unter Pflanzen Auch unter Pflanzen gibt es „fatale Paarungen“: Wissenschaftler fanden bei Experimenten an der Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana heraus, dass genetische Unverträglichkeiten dazu führen können, dass aus bestimmten Kreuzungen innerhalb einer Art „Kümmerlinge“ entstehen. Bei diesen löst eine veränderte Genaktivität eine Autoimmunreaktion aus, die ein gehemmtes Wachstum und manchmal auch das Eingehen der Jungpflanze bewirkt. Solche Störungen im pflanzlichen Immunsystem wirken sich aber langfristig nicht nur negativ aus, sie könnten auch einen ersten Schritt zur Artbildung darstellen. (PLoS Biology)

04.09.1802 G. Grotefend entschlüsselt die altpersische Keilschrift

Röntgenbild des Weltalls veröffentlicht

Astrophysiker haben in mehr als sechs Jahren Arbeit den bisher größten Katalog mit Aufnahmen von Röntgenquellen im Weltraum erstellt. Der neue ESA-Atlas 2XMM deckt zwar nur etwa ein Prozent der Himmelsfläche ab, er listet aber bereits 247.000 Röntgenquellen auf. Das energiereiche Licht, das von Sternen, der Umgebung von schwarzen Löchern oder Galaxienhaufen stammt, hat das Weltraumobservatorium XMM-Newton eingefangen. Den Wissenschaftlern dient 2XMM zukünftig als Orientierungskarte, mit der sie gezielt Objekte im Weltraum identifizieren und untersuchen können. So wollen sie neue Einblicke in ungeklärte Phänomene des Universums wie Schwarze Löcher oder absorbierte aktive Galaxien bekommen. (ESA/MPG)

08.09.1907 Papst Pius X. erlässt eine die moderne Wissenschaft verurteilende Enzyklika

04.09.1837 S. Morse stellt seinen elektromagnetischen Schreibtelegrafen vor

Astronomie

Röntgen-Teleskop XMM-Newton im Orbit. © ESA

(MPI für marine Mikrobiologie)

05.09.

10.09.

08.09.1522 Ende der ersten Weltumsegelung

13.09.1956 IBM stellt die erste Festplatte vor

12.09.1940 Entdeckung der Höhle von Lascaux

Die Themen des Jahres

10.09.

Neurobiologie

Autistische Mäuse schlauer als Artgenossen Mäuse, denen ein am Autismus beteiligtes Gen eingepflanzt wurde, entwickelten sich erwartungsgemäß zu „Sozialmuffeln”, erwiesen sich dafür aber überraschenderweise als erheblich intelligenter und lernfähiger als ihre normalen Artgenossen. So konnten die Versuchsmäuse deutlich besser eine unter Wasser verborgene Plattform finden. Auch das Umlernen, wenn die Position der Plattform nachträglich verändert wurde, fiel ihnen weitaus leichter. In Bezug auf die Koordination, motorische Fähigkeiten und Ängstlichkeit zeigten die Mäuse dagegen durchweg normales Verhalten. Dies belegt nach Ansicht der amerikanischen Forscher, dass die Genmanipulation tatsächlich ganz spezifische Veränderungen in der Gehirnaktivität ausgelöst hat. (Science)

12.09.

Nanotechnologie

Nano-Stäbchen wandern langsamer Eine neue Methode um stäbchenförmige Nanopartikel aus einer Mixtur ganz verschieden geformter Teilchen auszusondern, haben deutsche Wissenschaftler entwickelt. Sie wandelten dazu ein Verfahren aus der Molekularbiologie, das beispielsweise für DNA-Tests verwendet wird, für ihre Zwecke ab. Die mit Hilfe

15.09.1994 D. Queloz entdeckt den ersten extrasolaren Planeten 14.09.1990 Erste erfolgreiche Gentherapie bei Erbkrankheit

der so genannten Gel-Elektrophorese gewonnenen Stäbchen sind vor allem für Anwendungen in der medizinischen Diagnostik und Therapie, aber auch in der Sensorik interessant.

Hören viel früher in der Evolution der Landwirbeltiere entstanden ist als bisher gedacht. (PLoS One)

17.09.

Paläontologie

(Nature)

14.09.

Evolution

Ur-Reptilien hörten besser als gedacht

Versteinerter Kopf einer Brückenechse aus dem Plattenkalk von Solnhofen. © GFDL

Deutsche Wissenschaftler haben bei mehr als 260 Millionen Jahre alten fossilen Überresten der Art Bashkyroleter die ältesten bisher bekannten Reptilienohren entdeckt. Diese zeigen überraschenderweise bereits alle Eigenschaften eines modernen Gehörs: die Schläfe war offenbar von einem breiten Trommelfell bedeckt und eine den menschlichen Gehörknöchelchen vergleichbare Knochenstruktur verband es mit dem Innenohr und dem Gehirn. Die Forscher schließen daraus, dass das moderne

23.09.1846 J.G. Galle entdeckt den Planeten Neptun

19.09.1991 Entdeckung der Eismumie „Ötzi“

Klima unschuldig an NeanderthalerAussterben? Warum starben die Neanderthaler aus? Dazu hatte die Wissenschaft bisher zwei konkurrierende Theorien: Entweder waren die Eiszeitmenschen der Konkurrenz mit dem modernen Menschen nicht gewachsen oder aber sie konnten sich nicht schnell genug an einen plötzlichen Klimaumschwung anpassen. Eine Studie von Forschern der Universität von Leeds verglich nun drei unterschiedliche Datierungen für die Fossilien eines der letzten, aus einer Höhle auf Gibraltar stammenden Neanderthaler-Skelette mit den Klimadaten für die drei Zeitperioden. Das Ergebnis: Nur die ohnehin umstrittene Datierung auf 24.000 Jahre trifft mit einem größeren Umschwung der Umweltbedingungen zusammen – allerdings nicht auf Gibraltar, sondern im Norden Europas. Die Klima-Theorie scheint damit widerlegt. (Nature)

17.09.

Nordwestpassage nahezu eisfrei Die Eisbedeckung der Arktis hat einen neuen Rekordtiefstand erreicht: Dies belegten im September 2007 Satel-

24.09.2006 A.M. Ampére entdeckt die Kraftwirkung zwischen zwei stromdurchflossenen Leitern 24.09.1968 Vorstellung der ersten endoskopischen OPKamera

Klima

28.09.2003 Start der ersten Raumsonde mit Ionenantrieb 26.09.1905 A. Einstein veröffentlicht die spezielle Relativitätstheorie

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CHRONIK

September 2007

litenbilder der ESA. Danach ist das Sommereis im Nordpolargebiet auf nur noch drei Millionen Quadratkilometer geschrumpft – so wenig wie noch nie seit Beginn der Satellitenmessungen. Sogar die vorherigen Minima in den Jahren 2005 und 2006 wurden damit um eine Million Quadratkilometer unterschritten. Die ESA-Aufnahmen zeigten zudem, dass auch die Nordwestpassage, eine historisch als unpassierbar geltende Meeresverbindung im Norden Kanadas, unter diesen Bedingungen wieder befahrbar wäre. (ESA)

McClure Straße: Eisfreier Teil der Nordwestpassage. © ESA

18.09.

Physik

Neutron als „Ladungs-Sandwich“ Neutronen, die elektrisch neutralen Bestandteile der Atomkerne, sind offenbar doch nicht ganz so einfach gestrickt, wie bisher angenommen. Neue Daten enthüllen, dass sie in ihrem Kern eine negative Ladung tragen, darüber eine positive und ganz außen wieder eine negative. Diese Entdeckung widerlegt die seit Jahrzehnten vorherrschende Theorie und verändert das wissenschaftliche Verständnis darüber, wie Neutronen mit negativ geladenen Elektronen und positiv geladenen Protonen interagieren. Nach Ansicht des internatio-

66

nalen Forscherteams liefern die neuen Erkenntnisse aber auch einen Einblick darin, wie die starke Wechselwirkung, die Kraft, die die Atomkerne zusammenhält, arbeitet. (Physical Review Letters)

19.09.

Medizin

Fett repariert Knorpelschäden Auch Körperfett hat etwas Positives: Fettgewebe, das etwa beim Absaugen überflüssiger Pölsterchen entnommen wird, könnte in Zukunft zur Heilung von Knorpelschäden benutzt werden. Denn Heidelberger Wissenschaftler haben in einer Studie neue Möglichkeiten entdeckt, aus Fettgewebe Stammzellen zu isolieren und zugleich einen Wachstumsfaktor identifiziert, der die Umwandlung dieser Stammzellen in Knorpelzellen fördert. In einem nächsten Schritt wollen die Forscher die Stammzellen so heranreifen lassen, dass sie den Knorpel dauerhaft stabilisieren und kein Risiko besteht, dass sie nach einer gewissen Zeit durch Knochenzellen ersetzt werden. (Journal of Cellular Physiology)

19.09.

Astronomie

Der Südpol ist „heiß“ – auf dem Neptun Der Neptun umkreist die Sonne in einer rund 30 Mal größeren Entfernung als die Erde. Entsprechend niedrig ist die Intensität der Sonnenstrahlen, die auf dem Planeten noch ankommt. Doch selbst diese geringe Menge reicht schon aus, um extreme Temperaturunterschiede auf der Planetenoberfläche zu erzeugen, wie eine neue Temperaturkarte der untersten Atmosphärenschicht des Planeten zeigt. Die Astronomen

stießen darin auf einen heißen Fleck, der genau mit der Lage des neptunischen Südpols übereinstimmte. Während die durchschnittliche Temperatur auf dem Planeten bei minus 200 Grad Celsius liegt, ist sie am Südpol um zehn Grad höher. (Astronomy & Astrophysics)

20.09.

Anthropologie

Erste Europäer liefen schon wie wir Die Dmanisi-Menschen aus Georgien gelten als die frühesten Vertreter unserer Gattung außerhalb Afrikas. Anhand neuer fossiler Knochenfunde konnten Paläontologen erstmals ein Gesamtbild des Skelettes der rund 1,8 Millionen Jahre alten Hominiden rekonstruieren. Es offenbarte, dass dieser Homo erectus bereits die gleichen Körperproportionen wie der moderne Menschen besaß: die Beine sind bedeutend länger als die Arme, die Wirbelsäule zeigt ebenfalls die Form eines S, und das Fußgewölbe ist gut ausgebildet. Nach Ansicht der Forscher besaßen die Dmanisi daher bereits einen federnden zweibeinigen Gang, der es erlaubte, weite Strecken gehend, laufend oder rennend zurückzulegen. (Nature)

25.09.

Genetik

Partnerwahl: „Gesunde“ Gene sind Trumpf Bei der Partnerwahl von vielen Tieren spielen Gene eine wichtige Rolle. Dies ist offenbar auch bei freilebenden Primaten aus der Gruppe der Lemuren so, wie deutsche Wissenschaftler erstmals in einer Studie festgestellt haben. Die Maki-Weibchen auf Madagaskar wählen demnach bevorzugt solche

Die Themen des Jahres

Männchen als Lebenspartner aus, deren genetische Ausstattung stark unterschiedlich von der eigenen und gleichzeitig möglichst „heterozygot“ und damit „gut“ ist. Bei den häufig vorkommenden Seitensprüngen der Affendamen dagegen spielt vor allem die Verschiedenheit des Erbgutes der Männchen die entscheidende Rolle. Die Forscher vermuten, dass die Lemuren mit dieser Strategie das Erbgut ihrer Nachkommen optimieren und eine zu hohe genetische Ähnlichkeit zwischen den Lebenspartnern korrigieren. (Evolutionary Ecology)

25.09.

Geologie

Meteorit schuld am Tod der Mammuts? Was ließ die eiszeitlichen Mammuts aussterben und brachte die Steinzeitmenschen Nordamerikas vor 13.000 Jahren an den Rand des Untergangs? Diese Frage ist noch immer ungeklärt. Eine ungewöhnliche Antwort darauf haben amerikanische Forscher gefunden: Sie entdeckten Hinweise dafür, dass damals ein Komet oder ein anderes Objekt geringer Dichte Kurs auf die Erde nahm und in der oberen Atmosphäre explodierte. Diese Explosion muss nach Ansicht der Forscher einen „Pfad der Zerstörung“ durch

die Lebensräume der damaligen Zeit gezogen haben, davon zeugt die ungewöhnliche Fossilienarmut in einer „schwarzen Schicht“ im Gestein. Die Großsäuger und frühen Menschen wurden entweder direkt bei der Detonation durch die Schockwelle getötet oder sie erlagen später dem so genannten Impakt-Winter, einer durch den Einschlag ausgelösten Abkühlung des Klimas. (PNAS)

26.09.

Deutscher Umweltpreis für Klimapioniere Der Deutsche Umweltpreis stand im Jahr 2007 ganz im Zeichen des Klimaschutzes: Die mit 500.000 Euro dotierte Auszeichnung erhielten Hans Joachim Schellnhuber vom Potsdam Institut für Klimafolgenforschung, Carl H. Schmitt und Jürgen Köhler von der Firma Konvekta, sowie die langjährige Oberbürgermeisterin Heidelbergs, Beate Weber. Schellnhuber wurde geehrt, weil er die internationale Diskussion zur Lösung des Klimaproblems entscheidend geprägt hat. Köhler und Schmitt bekamen den Preis für ihren Beitrag, Kohlendioxid als Ersatz für chemische Klimakiller-Kältemittel in Auto-Klimaanlagen marktreif zu machen. Weber dagegen habe Heidelberg im Klimaund Umweltschutz zu einer führenden Großstadt in Deutschland gestaltet, so die Jury. (Deutsche Bundesstiftung Umwelt)

27.09.

Meteoriteneinschlag. © NASA

Umwelt

Chemie

Natrium lässt Forscher staunen Als Chlorid ist Natrium allgegenwärtig: in unserem Kochsalz. Doch als Alkalimetall hat es jetzt kalifor-

nische Wissenschaftler überrascht. Denn wenn es unter hohem Druck geschmolzen wird, sinken seine Schmelztemperatur und Leitfähigkeit ganz plötzlich dramatisch ab. Grund: Die Natriumatome ordnen sich nicht nur in der Flüssigkeit um, sondern die Elektronen erleben auch eine Transformation. Dabei verändern sich die Elektronenwolken und die Elektronen werden manchmal sogar in den Leerstellen des Kristallgitters „gefangen“. Außerdem nehmen die Bindungen zwischen den Atomen bestimmte Richtungen ein. (Nature)

28.09.

Chronobiologie

Schabe. © SXC

nun amerikanischen Biologen neue erstaunliche Erkenntnisse über den Einfluss der Inneren Uhr auf das Lernvermögen ermöglicht. Denn dieses schwankte bei den Insekten dramatisch in Abhängigkeit von der Tageszeit. Schaben, die abends oder nachts ihre Lektionen erhalten hatten, erinnerten sich mehrere Tage lang an das „Gepaukte“. Ganz anders dagegen die Morgens-Lerner: Sie waren völlig unfähig, sich neue Dinge zu merken, konnten aber immerhin das zu anderen Zeiten Gelernte abrufen. (PNAS)

67

PREISE

Auch in der Wissenschaft gibt es „Stars“ und „Sternchen“... © NASA, ESA und H. Bond (STScI)

Ausgezeichnete Wissenschaft Neugierde und Forschergeist sind sicherlich die treibenden Kräfte der Wissenschaft. Die Begeisterung am Forschungsobjekt, die Freude daran, Unbekanntes zu ergründen. Preise sind da gewissermaßen das Sahnehäubchen: Sie zeichnen außergewöhnliche Leistungen aus, motivieren zum Weitermachen und helfen auch mit so mancher Geldspritze, dass es mit neuem Schwung weitergehen kann. Ein Höhepunkt des wissenschaftlichen Jahres sind in dieser Hinsicht die Nobelpreise: Jedes Jahr Anfang Oktober halten die nominierten Forscher auf der ganzen Welt den Atem an und warten auf den sagen-

umwobenen Anruf des schwedischen Nobelpreiskomitees. Im Dezember dann erfolgt die feierliche Übergabe der prestigeträchtigen und hochdotierten Preise. Doch auch in Deutschland warten alljährlich zahlreiche anerkannte Auszeichnungen auf ihre Preisträger. Einer der bekanntesten und renommiertesten ist der Deutsche Zukunftspreis, mit dem Wissenschaftler ausgezeichnet werden, die besonders innovative Ansätze verfolgen. Aber auch der Gottfried Wilhelm Leibnizpreis, verliehen an besonders hochkarätige Forscher, gehört in die erste Reihe der Wissenschaftspreise.

PREISE

Der Schutz des Weltklimas – das ist das große Thema unserer Zeit und jetzt auch das des Friedensnobelpreises. © NASA/GSFC

Der Friedensnobelpreis geht in diesem Jahr nicht an Menschenrechtler oder Friedensaktivisten, sondern ist dem Thema dieses Jahres gewidmet: dem Klimaschutz. Das norwegische Nobelpreiskomitee hat den Preis dem Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) gemeinsam mit dem amerikanischen Politiker Albert Arnold (Al) Gore zugesprochen. Ausgezeichnet werden sie für ihre Bemühungen, das Wissen über den menschengemachten Klimawandel zu erweitern und zu verbreiten. Damit haben sie, so die Begründung weiter, das Fundament für weltweite Klimaschutzmaßnahmen gelegt. Der Preis ist nicht nur eine Würdigung der Verdienste des IPCC und Al Gores, sondern kann im Prinzip auch als klares Signal der Nobelpreiskomitees verstanden werden: Denn mit dem Nobelpreis werden einerseits die Klimaschutzbemühungen offiziell „geadelt“, andererseits all diejenigen unterschwellig kritisiert, die sich diesen Maßnahmen verweigern. In ihrer Begründung schreiben die Juroren: „Es geht darum, zu einem schärferen Fokus auf die Prozesse und Entscheidungen beizutragen, die für den Schutz des zukünftigen Klimas der Erde nötig erscheinen. Handeln ist jetzt notwendig, bevor der Klimawandel außer Kontrolle gerät.“

70

Nobelpreis für den Klimaschutz

IPCC: länderübergreifendes Klimawissen

Die Preisträger

Der Vorsitzendes des IPCC, R.K. Pachauri, erklärte angesichts der Nobelpreisverleihung: „Ich möchte vor allem der wissenschaftlichen Gemeinschaft Tribut zollen. Sie sind die Gewinner des Preises. Die Experten und Forscher bilden das Rückgrat des IPCC und sie sind es, die das Wissen liefern, das den Erfolg der IPCC ausmacht.“ Das IPCC hat sich im Laufe der vergangenen beiden Jahrzehnte unter anderem durch seine Weltklimaberichte als das Expertengremium zum Klimawandel etabliert. Seine Berichte und Studien geben die entscheidenden Impulse und Empfehlungen für die internationale und nationale Klimapolitik. Und diese gehen in den letzten Jahren in der Regel alle in eine Richtung: Sie konstatieren, dass es wärmer wird auf der Erde, dass der Mensch durch seine Emissionen von Treibhausgasen höchstwahrscheinlich eine entscheidende Rolle dabei spielt und dass Klimaschutzmaßnahmen dringend nötig sind, um eine weitere Erwärmung zu verhindern. Das IPCC wurde 1989 von der Meteorologischen Weltorganisation (WMO) und dem Umweltprogramm der Vereinten Nationen (UNEP) ins Leben gerufen. Ausgehend von der Erkenntnis, dass ein potentieller Klimawandel erhebliche globale wirtschaftliche und politische Folgen nach sich ziehen könnte, sollte dieses Gremium alle wissenschaftlichen, technischen und sozio-ökonomischen Informationen sammeln und auswerten, die für die Einschätzung des Risikos nötig sei. Aktiv für das IPCC tätig sind zeitweise mehrere hundert bis 2.500 renommierte Klimaforscher weltweit. Sie führen dabei im Auftrag des IPCC keine zusätzlichen Forschungen durch oder überwachen klimatische Parameter, sondern werten in erster Linie die in der wissenschaftlichen Fachpresse erscheinenden Veröffentlichungen aus. Die im Abstand von einigen Jahren veröffentlichten „Assessment Reports“ des IPCC fassen die neuesten Erkenntnisse und Prognosen zum Klimawandel zusammen und diskutieren dabei durchaus auch abweichende Modelle und Studien. Sie geben nicht nur den jeweils aktuellen Stand der Wissenschaft wieder, sondern sind gleichzeitig auch eine Art Trendbarometer in Sachen Klimaforschung.

Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) gegründet von der World Meteorological Organization (WMO) und dem Umweltprogramm der UN (UNEP) Sitz in Genf, Schweiz Albert Arnold (Al) Gore ehem. Vizepräsident der USA, Autor des Films „An inconvenient Truth“ und Initator der „Live Earth“-Konzerte.

Al Gore, aufgenommen während seiner Zeit als US-Vizepräsident. © US DOD

Al Gore: Weltreisender in Sachen Klimaschutz Der Politiker Al Gore, Vizepräsident unter Bill Clinton, ist seit längerem einer der bekanntesten amerikanischen Umweltaktivisten. Nach seiner Amtszeit verstärkte sich sein Engagement besonders im Bereich des Klimaschutzes noch weiter. Durch seinen Film „Eine unbequeme Wahrheit“ und die damit verbundenen Vortragsreisen in alle Welt hat er entscheidend dazu beigetragen, das Phänomen Klimawandel und seine Folgen massentauglich aufzubereiten und entsprechend stark zu verbreiten. Laut Laudatio des Nobelpreiskomitees ist er „wahrscheinlich die Einzelperson, die am meisten zu einem größeren weltweiten Verständnis der Maßnahmen beigetragen hat, die ergriffen werden müssen.“

71

PREISE

Nobelpreis für Medizin/Physiologie:

Erfinder der „Knockout“-Mäuse Knockout-Mäuse entstehen durch Einschleusen von genetisch manipulierten Stammzellen in einen Mäusembryo und Kreuzungen der aus ihm heranwachsenden Tiere. © GFDL

Mit dem Medizin-Nobelpreis 2007 werden drei Genforscher, die US-Amerikaner Mario Capecchi und Oliver Smithies sowie der Brite Martin J. Evans ausgezeichnet. Sie entwickelten eine Technik, mit der bei Mäusen gezielt einzelne Gene ausgeschaltet werden können und so deren Funktion untersucht werden kann. Die als „Gene targeting” bezeichnete Methode zählt heute zu einem der wichtigsten Werkzeuge der modernen Biotechnologie. Sie wird sowohl in der Grundlagenforschung als auch bei der gezielten Suche nach neuen Wirkstoffen eingesetzt. Mehr als zehntausend Gene, und damit nahezu die Hälfte des gesamten Säugetiergenoms, konnten damit bereits „ausgeschaltet“ und ihre Funktionen untersucht werden.

Ansatzpunkt: Genaustausch zwischen Chromosomen Basis des gezielten Gen-Ausschaltens ist die Tatsache, dass fast alle Gene in unseren Zellen immer in zwei Kopien vorliegen, auf jedem Chromosom eines Chromosomen-Paares eine. Der Austausch von DNA-Sequenzen zwischen den beiden Chromosomen, die so genannte homologe Rekombination, trägt zur genetischen Variation in einer Population bei.

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Nobelpreis für Medizin/Physiologie 2007

Die Wissenschaftler Mario Capecchi und Oliver Smithies kamen nun beide auf die Idee, diese homologe Rekombination zu nutzen, um gezielt Gene von Säugetieren zu beeinflussen. Capecchi demonstrierte in Versuchen, dass diese Form der Rekombination auch zwischen einer künstlich in das Genom eingeschleusten DNA-Sequenz und den Chromosomen funktioniert und zeigte, dass auf diese Weise sogar defekte Gene gezielt ersetzt werden können. Smithies ging von Versuchen aus, mutierte Zellen im menschlichen Knochenmark zu reparieren. Dabei belegte er, dass der Genaustausch durch homologe Rekombination unabhängig vom Aktivitätszustand der Gene stattfindet. Er funktioniert sowohl bei aktiven als auch bei ruhenden Genen.

Entdeckung der embryonalen Stammzellen

Die Preisträger Mario R. Capecchi Universität von Utah und Howard Hughes Medical Institute Salt Lake City, USA Oliver Smithies Universität von North Carolina in Chapel Hill Chapel Hill, USA Sir Martin J. Evans Cardiff Universität Cardiff, Großbritannien

Mit ihren Entdeckungen hatten Capecchi und Smithies zwar einen Weg geebnet, um Gene gezielt auszutauschen. Was ihnen aber noch fehlte, war eine Möglichkeit, ganze Organismen zu züchten, die diese veränderten Gene in allen ihren Zellen und Geweben besaßen. Und hier kam der Dritte im Bunde, Martin Evans ins Spiel. Er hatte mit an Krebsstammzellen aus Mäuseembryonen gearbeitet. Diese stammen zwar aus Tumoren, können aber, wie andere embryonale Stammzellen auch, prinzipiell noch alle Zelltypen erzeugen. Evans schwebte vor, diese Zellen als Vehikel zu nutzen, um genetisches Material in die Keimbahn von Mäusen einzuschleusen und damit die künstlich erzeugten Genveränderungen an die nächste Generation weiterzugeben. Doch zunächst scheiterte er, da die Chromosomen der Krebsstammzellen Anomalitäten enthielten, die die Entstehung gesunder Keimzellen verhinderten. Daraufhin entdeckte er, dass es in den frühen Stadien von Mäuseembryonen Zellen gab, die normale Chromosomen besaßen, nicht aus Tumoren stammten und trotzdem noch alle Zelltypen bilden konnten – die embryonalen Stammzellen. Aber konnte er mit ihrer Hilfe die Keimbahn der Mäuse genetisch verändern? Um dies zu testen, injizierte er Embryos eines Mäusestamms embryonale Stammzellen eines anderen Stamms. Es entstanden so genannte „Mosaik-Embryos“, die Zellen beider Stämme enthielten. Die entstehenden Mäuse kreuzte Evans miteinander und untersuchte, ob sich die Gene aus den künstlich eingeschleusten Genen auch noch in deren Nachwuchs fanden. Als dies tatsächlich der Fall war, hatte Evans damit bewiesen, dass er mithilfe der injizierten Stammzellen fremde Gene in die Keimbahn und damit dauerhaft in ihre Erbinformation eingebracht hatte.

Die erste Knockout-Maus 1986 waren alle Voraussetzungen für das „gene targeting“ erfüllt: Capecchi und Smithies konnten gezielt Gene mithilfe der homologen Rekombination ansteuern und Evans wusste, wie man Erbinformationen in die Keimbahn eines Organismus einschleust. Beide Methoden kombiniert führten 1989 schließlich zur ersten „Knockout-Maus“, einem Mäusestamm, bei dem ein bestimmtes Gen dauerhaft ausgeschaltet war. Seither ist die Anzahl solcher Stämme exponentiell gestiegen und heute sind sie aus der Forschung nicht mehr wegzudenken.

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PREISE

Nobelpreis für Chemie:

Pionier der Oberflächenchemie Atome einer Kupferoberfläche (links), kreisförmig auf einer Kupferoberfläche angeordnete Kobaltatome (rechts). © NIST

Der deutsche Chemiker Gerhard Ertl vom Fritz-Haber-Institut der MaxPlanck-Gesellschaft in Berlin ist der Preisträger des Nobelpreises für Chemie 2007. Ihm ist es in seiner wissenschaftlichen Laufbahn gelungen, den Ablauf mehrerer wichtiger chemischer Reaktionen auf Oberflächen im Detail zu beschreiben. Damit schuf er die Grundlagen für die moderne Oberflächenchemie.

Die Entdeckung der Oberfläche als Reaktionsgebiet Chemiker gelten oft als Personen, die mit einem Reagenzglas in der Hand in einem Labor stehen. Doch um chemische Reaktionen zu verstehen, ist häufig viel mehr erforderlich, viele der wichtigsten Reaktionen erfolgen nicht einmal in einer Lösung, sondern in einem völlig anderen Zustand. Ein besonderer Zweig der Chemie befasst sich heute mit Reaktionen auf festen Oberflächen – und das ganz ohne Reagenzglas. Stattdessen ist ein Zugang zu modernster technischer Ausstattung wie Vakuumkammer, Elektronenmikroskop und Reinraum, kombiniert mit einer gut entwickelten und genauen Methodik gefragt. Wenn ein kleines Molekül eines Gases eine feste Oberfläche trifft – was geschieht dann? Theoretisch wären mehrere mögliche Reaktionen denkbar: Das Molekül kann entweder einfach abprallen oder aber vom Feststoff absorbiert

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Nobelpreis für Chemie 2007

werden. Und dann? Die Interaktion des Moleküls mit den Atomen der Oberfläche kann so stark sein, dass es in einzelne Gruppen oder Atome zerfällt. Oder aber es reagiert mit der Oberfläche und verändert deren chemische Eigenschaften. Eine dritte Möglichkeit ist eine Reaktion des Moleküls mit einem bereits früher von der Oberfläche absorbierten anderen Molekül. In diesem Falle wirkt die Oberfläche als Katalysator.

Der Preisträger Gerhard Ertl Fritz-Haber-Institut der Max-PlanckGesellschaft Berlin, Deutschland

Suche nach den passenden experimentellen Techniken Die Wissenschaft über diese Art von Oberflächenchemie entstand in den 1960er Jahren in Folge der insbesondere in der Halbleiterindustrie entwickelten neuen Vakuumtechniken. Gerhard Ertl war einer der ersten, der das Potential der neuen Techniken erkannte. Er entwickelte schrittweise eine Methodik für die Oberflächenchemie, indem er aufzeigte, wie verschiedene experimentelle Techniken verwendet werden können, um ein vollständiges Bild einer Oberflächenreaktion zu erhalten. Diese Wissenschaft erfordert eine ausgereifte technische Ausstattung für Hochvakuum, da man beobachten möchte, wie sich einzelne Schichten von Atomen und Molekülen auf einer extrem reinen Oberfläche aus beispielsweise Metall verhalten. Dazu muss man exakt kontrollieren können, welche Stoffe in das System hineingelassen werden. Eine Verunreinigung riskiert die gesamte Messung zu zerstören. Um ein vollständiges Bild einer Reaktion zu erhalten, ist deshalb Genauigkeit wie auch eine Kombination von vielen verschiedenen experimentellen Techniken gefordert. Ertls Arbeit machte schnell Schule, da er aufzeigte, wie man zuverlässige Ergebnisse auf diesem schwierigen Forschungsgebiet erzielen kann. Seine Einsichten haben den wissenschaftlichen Grund für die moderne Oberflächenchemie gelegt; seine Methodik findet Anwendung sowohl in der akademischen Forschung wie auch in der Entwicklung von Verfahren in der chemischen Industrie. Der von Ertl entwickelte Ansatz basiert nicht zuletzt auf seinen Studien des Haber-Bosch-Verfahrens, bei dem Luftstickstoff für die Herstellung von Kunstdünger gefangen wird. Diese Reaktion, die mit einer Eisenoberfläche als Katalysator erfolgt, hat erhebliche finanzielle Auswirkungen, da gerade der Stickstoffzugang häufig begrenzend für das Wachstum ist. Ertl hat auch untersucht, wie Kohlenmonoxid auf Platin oxidiert – eine Reaktion, die zur Abgasreinigung in Autokatalysatoren erfolgt.

Anwendungen: vom Katalysator bis zur Ozonschicht Die Oberflächenchemie ist wichtig für die chemische Industrie und hilft uns beim Verständnis so unterschiedlicher Vorgänge wie das Rosten von Eisen, das Funktionieren von Brennstoffzellen und die Wirkung eines Katalysators im Auto. Oberflächenchemische Katalysatoren sind in vielen industriellen Verfahren ausschlaggebend, unter anderem bei der Herstellung von Kunstdünger. Mit der Oberflächenchemie lässt sich sogar der Abbau der Ozonschicht erklären, da entscheidende Schritte in der Reaktion ausgerechnet auf der Oberfläche kleiner Eiskristalle in der Stratosphäre erfolgen.

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PREISE

Nobelpreis für Physik:

Minitechnik dank Rieseneffekt Einer der beiden Nobelpreisträger, der deutsche Festkörperphysiker Peter Grünberg mit einem Festplatten-Lesekopf im Hintergrund. © Forschungszentrum Jülich

Der Nobelpreis für Physik 2007 ging an den Franzosen Albert Fert und den Deutschen Peter Grünberg. Sie erhielten ihn für ihre Entdeckung des so genannten Riesenmagnetowiderstands. Anwendungen dieses Phänomens haben unter anderem die Technik revolutioniert, mit der die Informationen von Computer-Festplatten ausgelesen werden. Aber auch für verschiedene magnetische Sensoren und für die Entwicklung einer ganz neuen Generation der Elektronik, der so genannten „Spintronik“, spielt der Effekt eine wichtige Rolle. Dass Computer und Elektronikbauteile immer kleiner und leistungsfähiger werden, erscheint uns heute fast selbstverständlich. Auf der Festplatte liegt die Information in Form von mikroskopisch kleinen Feldern mit verschiedenen Magnetisierungsrichtungen gespeichert vor. Die Information wird abgerufen, indem ein Lesekopf die Festplatte abtastet und magnetische Veränderungen registriert. Je kleiner und dichter mit Information gepackt die Festplatte ist, desto kleiner und schwächer werden auch die einzelnen magnetischen Felder. Umso empfindlicher muss damit auch der benötigte Lesekopf sein. Aber wie? Der Franzose Albert Fert und der Deutsche Peter Grünberg entdeckten 1988, jeder für sich und unabhängig voneinander, den so genannten Riesenmagneto-

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Nobelpreis für Physik 2007

widerstand – auf englisch „giant magnetoresistance“, kurz GMR. Er eröffnete unter anderem einen Weg, wie sich die Leseköpfe weiter optimieren ließen.

Das Prinzip des Riesenmagnetowiderstands Der elektrische Widerstand in einem Leiter entsteht dadurch, dass Elektronen an Verunreinigungen im Material gestreut werden und damit an ihrem Vorwärtskommen gehindert werden. Elektronen besitzen zudem einen so genannten Spin. Diese quantenmechanische Eigenschaft kann in zwei entgegengesetzte Richtungen weisen. In einem magnetischen Leiter haben die meisten Elektronen einen Spin, der parallel zum Magnetfeld gerichtet ist, nur bei einer Minderheit von ihnen ist der Spin entgegengesetzt. In der Regel werden die Elektronen am stärksten gestreut, deren Spin dem Magnetfeld entgegengesetzt ist. Ein Beispiel für das einfachste System des Riesenmagnetowiderstands besteht aus einer Schicht nicht-magnetischen Metalls zwischen zwei Schichten eines magnetischen Metalls. Im Innern des magnetischen Materials und vor allem in der Grenzschicht zwischen dem magnetischen und dem nicht-magnetischen Material werden Elektronen mit unterschiedlichem Spin unterschiedlich stark gestreut. Wenn die Richtung des Magnetfeldes in beiden magnetischen Schichten die gleiche ist, können Elektronen mit parallelem Spin durch das ganze System flitzen ohne besonders viel gestreut zu werden. Elektronen mit antiparallelem Spin werden dagegen stark gestreut. Da sie aber weniger häufig sind, bleibt der Widerstand insgesamt trotzdem gering. Die Elektronen können passieren, es fließt ein Strom. Wenn aber die Feldrichtungen in den beiden magnetischen Schichten jedoch gegeneinander stehen, haben alle Elektronen einen antiparallelen Spin in entweder der einen oder der anderen Schicht. Damit werden sie alle stark gestreut. Das führt dazu, dass der Widerstand insgesamt hoch wird, die Elektronen werden behindert, es fließt kein oder kaum Strom.

Die Preisträger Albert Fert Université Paris-Sud; Unité Mixte de Physique CNRS/THALES Orsay, Frankreich Peter Grünberg Forschungszentrum Jülich Jülich, Deutschland

Die meisten modernen Leseköpfe nutzen das Phänomen des GMR. Erst dadurch ist die fortschreitende Miniaturisierung und Sensibilisierung der Köpfe möglich. © CC 2.0

…und des GMR-Lesekopfs Bei einem Festplattenlesekopf liegt die Magnetisierung in einer der beiden Magnetschichten fest, während die Richtung in der anderen Schicht von magnetischen Feldern beeinflusst wird, über die der Lesekopf fährt. Dadurch wechselt fortwährend der Widerstand und damit auch der Strom im Lesekopf. Dieser Strom wiederum ist das Ausgangssignal des Lesekopfs – hoher Strom kann eine Eins darstellen, niedriger Strom eine Null. Ein Lesekopf mit GMR-Effekt kann daher die sehr kleinen magnetischen Veränderungen in genügend messbare Unterschiede beim elektrischen Widerstand umwandeln, und damit in Schwankungen bei dem Strom, der vom Lesekopf ausgesendet wird. Nach der Entdeckung des GMR gingen Wissenschaftler und Techniker sehr schnell daran, den neuen Effekt für einen Lesekopf auszunützen. Bereits 1997 wurde der erste auf dem GMR-Effekt fußende Lesekopf vorgestellt. Dank dieser Technik konnten die Festplatten in den letzten Jahren so erheblich verkleinert und zugleich mit wesentlich größerer Speicherkapazität angeboten werden.

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PREISE

Der Deutsche Zukunftspreis 2007:

Ein Mikroskop sprengt Grenzen Preisträger 2007: Stefan W. Hell vom Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie in Göttingen. © Deutscher Zukunftspreis/ Ansgar Pudenz

Der 10. Deutsche Zukunftspreis für Technik und Innovation geht an Stefan W. Hell vom Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie in Göttingen. Ausgezeichnet wird der Physiker für seine Entwicklung eines Mikroskops, dass die Lichtmikroskopie weit über die Grenzen ihrer bisherigen maximalen Auflösung hinaus verbessert. Wie kaum ein anderes Instrument führte das Lichtmikroskop zu zahlreichen wissenschaftlichen Erkenntnissen. Doch es hat Grenzen: Licht besitzt sowohl Eigenschaften von Teilchen als auch von Wellen – und genau hier liegt das Problem. Denn ein Lichtmikroskop kann dadurch nur Details auflösen, die mindestens eine halbe Wellenlänge (200 Nanometer) voneinander entfernt sind. 1873 von Ernst Abbe entdeckt und in einer Formel festgehalten, erschien dieses Gesetz bisher unüberwindbar. Um feinere Strukturen untersuchen zu können, wurden deshalb die Elektronen- und die Rastersondenmikroskope erfunden, die mit ihrer höheren Auflösung maßgeblich zum Fortschritt des 20. Jahrhunderts beigetragen haben. Dennoch: Intakte oder sogar lebende Zellen können diese Verfahren nicht abbilden, da sie auf Oberflächen begrenzt sind oder sogar ein Vakuum erfordern. Eine Zelle zerstörungsfrei abbilden kann daher noch immer nur das fokussierte Licht der Licht- und Fluoreszenzmikroskopie.

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Deutscher Zukunftspreis 2007

Stefan Hell hat als Erster unerwartet doch einen Weg gefunden, die Abbesche Grenze im Fluoreszenzmikroskop zu überwinden. Der Trick dabei: Während bei der normalen Fluoreszenzmikroskopie ein fokussierter Laserstrahl nur eingesetzt wird, um bestimmte markierte Teile der Probe anzuregen und sie damit zum Leuchten zu bringen, nutzt die STED-Mikroskopie Laser auch, um Teile dieses leuchtenden Flecks wieder „auszuschalten“. Dadurch verfeinert und schärft sich der zuvor verschwommen leuchtende Fleck erheblich und ermöglicht eine bessere Auflösung der Strukturen. Mithilfe der STED-Mikroskopie können so beispielsweise Proteinverteilungen bis zu zehnmal schärfer als bisher dargestellt werden. Dies hat bereits zu wichtigen Erkenntnissen geführt. So konnten Neurowissenschaftler erstmals einzelne Bläschen mit Nervenbotenstoffen (synaptische Vesikel) abbilden und so eine grundlegende Frage der Neurobiologie lösen. Das Neue an diesem Verfahren ist, dass seine Schärfe nicht mehr durch die Lichtwellenlänge begrenzt ist. Die erreichbare Auflösung ist nur noch eine Frage der Umsetzung. So erreichten Hell und seine Mitarbeiter bereits Auflösungen von 20 Nanometern, also die zehnfache Überschreitung des Abbeschen Grenzwerts. Da Proteinkomplexe im Bereich von zehn bis 200 Nanometern liegen, hat dieses Mikroskop das Potenzial, in die molekulare Skala des Lebens vorzudringen und Krankheiten besser auf die Spur zu kommen. Mehr noch: Hell konnte eine ganze Familie von beugungs-unbegrenzten Lichtmikroskopen definieren. Mit geeigneten schaltbaren Molekülen lässt sich das von Hell entdeckte Prinzip auch umkehren und dann sogar zum Herstellen von Nanostrukturen verwenden. Zwar wäre dieses Verfahren wahrscheinlich nicht für Massenspeicher geeignet, könnte aber prinzipiell beliebig kleine Strukturen erzeugen.

Links: Der Deutsche Zukunftspreis. Mitte: Filamente in einer menschlichen Nervenzelle oben mit herkömmlichem Konfokalmikroskop, unten mit STED-Mikroskop. Rechts: Probe im Mikroskop. © Deutscher Zukunftspreis/ Ansgar Pudenz (l.,r.), MPI für Biophysikalische Chemie (m.)

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PREISE

Der Leibniz-Preis 2007 Die Leibniz-Preisträger 2007: Vordere Reihe (von links): DFG-Präsident Matthias Kleiner; Oliver Primavesi; Magdalena Götz; Annette Schavan, Bundesministerin für Bildung und Forschung; Guinevere Kauffmann; Patrick Bruno; Bernhard Jussen; Jürgen Zöllner, Senator für Bildung, Wissenschaft und Forschung in Berlin; hintere Reihe: Peter Gumbsch; Gerald Haug; Jens Claus Brüning; Detlef Weigel; Falko Langenhorst. © DFG/ Jürgen Querbach

Zwei Wissenschaftlerinnen und acht Wissenschaftler erhielten den höchstdotierten deutschen Förderpreis, den Gottfried-Wilhelm-Leibniz-Preis 2007. Aus 129 Vorschlägen wurden folgende Preisträger ausgewählt:

Jens Claus Brüning: Diabetes, Insulin und Fettstoffwechsel Mit seinen Forschungsarbeiten zur genetischen Manipulation von Mäusen hat Prof. Dr. Jens Claus Brüning vom Institut für Genetik der Universität Köln unter anderem gezeigt, wie der Insulinrezeptor an der Kontrolle des Körpergewichts und an der Entstehung einer Fettstoffwechselstörung beteiligt ist.

Patrick Bruno: Ferromagnetismus und Quantenforschung Prof. Dr. Patrick Bruno vom Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle/Saale entwickelte unter anderem eine mikroskopische Erklärung spezieller Wechselwirkungen in Schichtsystemen aus Ferromagneten.

Magdalena Götz: Zellentwicklung im Gehirn Prof. Dr. Magdalena Götz vom GSF-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit entdeckte unter anderem, dass Gliazellen des Gehirns als Stammzellen fungieren und aus ihnen Nervenzellen hervorgehen können.

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Leibnitzpreis 2007

Peter Gumbsch: Den Geheimnissen des Brechens auf der Spur

Der Leibnizpreis

Prof. Dr. Peter Gumbsch vom Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik (IWM) arbeitet auf dem Grenzgebiet zwischen Physik und Ingenieurwissenschaften im Bereich der Werkstoffwissenschaften. Neben der Verformung von dünnen Schichten beschäftigt er sich unter anderem mit den Elementarmechanismen des Bruchs.

Das Leibniz-Programm wurde 1985 eingerichtet mit dem Ziel, die Arbeitsbedingungen herausragender Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zu verbessern, ihre Forschungsmöglichkeiten zu erweitern, sie von administrativem Arbeitsaufwand zu entlasten und ihnen die Beschäftigung besonders qualifizierter Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftler zu erleichtern. Für den mit jeweils 2,5 Millionen Euro dotierten Preis können Forscherinnen und Forscher aus allen Fachgebieten nominiert werden.

Gerald Haug: Einblicke in das Klima der Vergangenheit Der Paläoklimaforscher Prof. Dr. Gerald Haug vom GeoForschungsZentrum (GFZ) Potsdam erforscht die Entwicklung des Klimas während der letzten Jahrtausende bis Jahrmillionen. Er lieferte unter anderem eine Erklärung für eines der ältesten Rätsel der Paläoklimaforschung – die Entstehung der großen Eiszeiten auf der Nordhalbkugel vor gut 2,7 Millionen Jahren.

Bernhard Jussen: Zwischen Kultur, Kunst und Geschichte des Mittelalters Bernhard Jussen, Professor für Mittelalterliche Geschichte an der Universität Bielefeld beleuchtete in interdisziplinär und international angelegten Projekten die Zusammenhänge von Macht und Ordnung, Sinnstiftung und „Zeitgeist“ vor allem auch als semantisches Problem.

Guinevere Kauffmann: Schwarze Löcher und Galaxienwachstum Die Astrophysikerin Prof. Dr. Guinevere Kauffmann vom Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching untersucht die Entwicklung von Galaxien. Als Erste entdeckte sie einen Zusammenhang zwischen dem Anwachsen von Galaxien und dem von Schwarzen Löchern und erarbeitete entsprechende Entwicklungsmodelle.

Falko Langenhorst: Himmlische Einschläge als Forschungsobjekt Der Mineraloge und Petrologe Prof. Dr. Falko Langenhorst vom Institut für Geowissenschaften der Universität Jena beschäftigt sich mit Einschlägen von Himmelskörpern auf der Erde oder anderen Planeten und deren Auswirkung auf die Biosphäre.

Oliver Primavesi: Griechische Philosophie für die moderne Welt Prof. Dr. Oliver Primavesi vom Institut für Klassische Philologie der Universität München ist ein breit arbeitender Gräzist, der wichtige Interpretationen der Werke Homers vorgelegt und anhand von Aristoteles-Zitaten im Werk anderer Autoren die Rekonstruktion der verschollenen aristotelischen Schrift über die Pythagoreer vorbereitet hat.

Detlef Weigel: Blühende Geheimnisse der Pflanzen Prof. Dr. Detlef Weigel vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen forscht zur Blütenentwicklung, zur Regulation des Blühzeitpunktes und zur Evolution adaptiver Merkmale von Pflanzen.

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BILDER

Magnetischen Feldlinien von Nickel-Nanopartikeln. Die genaue Kenntnis der magnetischen und elektrischen Eigenschaften von Nanooberflächen und -teilchen ist von entscheidener Bedeutung, den letztlich bestimmen sie, wofür sich ein entsprechendes Teilchen eignet – und wofür nicht. © Brookhaven National Laboratory

Faszinierende Bilder aus der Wissenschaft Die Wissenschaft lebt von Bildern: Ob zur Visualisierung komplexer Zusammenhänge, als atomgenaues Mikroskopbild kleinster Strukturen oder als hochaufgelöste Aufnahme eines Weltraumteleskops – ohne solche Abbildungen der Wirklichkeit wären wir heute um einige Erkenntnisse ärmer. Sie geben uns Einblick in unbekannte Welten, verraten uns, wie Sterne geboren werden oder wie unser Gehirn funktioniert. Sie enthüllen, wie Pflanzen und Tiere aus einem Zellklumpen zum vollstän-

digen Organismus werden, aber auch, warum eine Fliege an der Wand „klebt“. Modelle und Simulationen widerum helfen uns dabei, Prozesse und Wechselwirkungen zu verstehen, die wir als „Augentiere“ in ihrer ganzen Komplexität sonst kaum erfassen könnten. Eines jedoch ist all diesen Aufnahmen und Visualisierungen gemeinsam: Sie ermöglichen uns einen faszinierenden und schönen Einblick auf die Welt und ihre Phänomene.

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BILDER

Wie ein feuriger Wasserfall

erscheint dieser Kristall aus Harnstoff, Natriumchlorid und dem Eiweiß Albumin unter polarisiertem Licht. Albumin bindet in den Geweben und Blutgefäßen des menschlichen Körpers Wasser an sich und erhält damit den Blut- und Gewebedruck aufrecht. Auch Harnstoff wirkt Wasser bindend und wird daher unter anderem auch in Feuchtigkeitscremes eingesetzt. © Roche

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Dünnschliff einer Thioharnstoff-Verbindung Thioharnstoff, auch Thiourea genannt, ist ein organisches Molekül aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Schwefel. In einem Dünnschliff werden feinste Scheiben von weniger als 30 Mikrometern Dicke unter polarisiertem Licht im Mikroskop betrachtet. Durch die unterschiedliche Lichtbrechung und –streuung schillern die Bereiche in verschiedenen Farben. © Roche

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BILDER

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Neuronen Inmitten eines Netzwerks aus Blutgefäßen und sternförmigen Stützzellen tauschen die Nervenzellen des Gehirns Signale aus. Die farbigen „Nebel“ deuten den Austausch von Molekülen wie Glukose und Sauerstoff an. Dieser Ausschnitt stammt aus einer von Kim Hager an der Universität von Kailfornien erstellten Animation, die neurophysiologische Prozesse visualisieren und dadurch verständlicher machen soll. © Biobeat / Kim Hager, Neal Prakash / UCLA

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BILDER

Struktur aus Nanoringen Die weißen Erhebungen bestehen aus Oxidmolekülen auf der Oberfläche einer Gallium-Aluminium-Arsenid (GaAlAs)-Heterostruktur. Jede Linie ist durchschnittlich 15 Nanometer hoch und reicht ebenso tief in das Material hinein. Dort bildet sie eine Barriere für frei im Material fließende Elektronen. Der Ring misst einen Mikrometer im Durchmesser. © Dr Andreas Fuhrer, ETH Zürich / SPMage2007

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Rote Blutkörperchen nach Behandlung mit dem Antibiotikum Phyllomelittin. Die Rastersondenaufnahme zeigt duetlich, dass der Wirkstoff die Zelloberfläche der Blutkörperchen beschädigt hat. Die gelb gefärbten Erhebungen markieren die Regionen mit deutlichen Membranveränderungen. © Dr Luciano Paulino Silva, EMBRAPA Recursos Genéticos e biotecnología Brasilia / SPMage2007

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BILDER

Virenpartikel des Ebolaerregers Das Virus ruft beim Menschen ein meist tödlich endendes hämorrhagisches Fieber hervor, ein Fieber, das mit starken Blutungen aller Gewebe verbunden ist. Benannt ist es nach einem Fluss in der Republik Kongo, in dessen Nähe die Krankheit erstmals bekannt wurde. © CDC

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Stechmücke der Art Anopheles gambiae Deutlich sind die großen Augen und Antennen zu erkennen, vor allem aber die fedrig nach vorne ragenden Maxillarpalpen – Sinnesorgane, die Temperatur und chemische Veränderungen in der Umwelt wahrnehmen und mit deren Hilfe die Mücke ihren Wirt findet. Sie gilt als der Hauptüberträger der Malaria in Afrika. © CDC / Podbregar

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BILDER

Stern am Ende seines Lebens Die Aufnahme des Weltraumteleskops Hubble vom Februar 2007 zeigt das farbenfrohe letzte „aufbäumen“ eines sonnenähnlichen Sterns am Ende seines Lebens. NGC 2440 hat seine äußeren Gasschichten bereits abgeworfen, sie bilden eine Art Kokon um den Kern des sterbenden Sterns, hier als weilicher Fleck sichtbar. Die von diesem Weißen Zwerg ausgehende ultraviolette Strahlung bringt das Material zum Glühen. © NASA, ESA, and K. Noll (STScI)

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Hellste Sternenexplosion Vor genau 20 Jahren, ab Februar 1987, strahlte eine der hellsten Sternenexplosionen der letzten 400 Jahremehrere Monate lang mit der Energie von 100 Millionen Sonnen. Diese neue Aufnahme des Relikts von SN 1987A zeigt den typischen Ring leuchtenden Gases, aufgeheizt durch eine Schockwelle hochbeschleunigten Materials. Der Gasring wurde vermutlich schon rund 20.000 Jahre vor dem abrupten Ende des Sterns von ihm ausgeschleudert. © NASA, ESA, P. Challis and R. Kirshner (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)

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HIGHLIGHTS

Um Laserlicht, aber auch um andere erleuchtende Erkenntnisse geht es in diesem Kapitel. © Harald Frater

Highlights aus der Wissenschaft Ob Weltraumforschung, Medizin oder die Welt der kleinsten Teilchen – eines ist allen Fachgebieten der Wissenschaft auf jeden Fall gemeinsam: Die Aufsehen erregenden Entdeckungen und Erkenntnisse gäbe es nicht ohne eine jahrelange Phase des mühevollen Forschens und Suchens. Beim Experimentieren und Analysieren im Labor, bei Beobachtungen und Probenentnahmen im Freiland und beim Austausch unter Kollegen findet die eigentliche Arbeit der Wissenschaftler statt. Mit ihrem Pionierund Forschergeist legen sie das Fundament für neue Erkenntnisse. Klappt alles wie geplant und kommt dann noch das entscheidende Quäntchen Glück hinzu, dürfen wir wieder einen Glanzpunkt der Wissenschaft erleben. Jede Menge überraschende Ergeb-

nisse, spektakuläre Einblicke aber auch neue, ungelöste Fragen erbrachte die Forschung auch in diesem Jahr. Eine Auswahl dieser „Highlights“ stellen die nächsten Seiten vor.

KOSMOS ERDE, WETTER, KLIMA KÖRPER, GEIST, GEHIRN QUANTEN, LASER, ZAHLENSPIELE SCHICHTEN, STOFFE, NANORÖHRCHEN ZELLEN, GENE, DNA PFLANZEN, TIERE, LEBENSWELTEN MENSCH UND GESELLSCHAFT SCHÄTZE, KNOCHEN, ERDZEITALTER KURIOSES

HIGHLIGHTS

Kosmos

Und es fließt doch (noch): Wasser auf dem Mars Die Entstehungsursachen des marsianischen Tals Ophir Chasma sind noch immer ungeklärt. © ESA/DLR/FU Berlin (G. Neukum)

Wo es Wasser gibt, könnte es Leben geben – und das auch auf anderen Planeten als der Erde. Lange Zeit galt der Mars, unser nächster Nachbar in dieser Hinsicht als vielverprechender Kandidat, doch alle bisherigen Daten zeigten nur öde, trockene und lebensfeindliche Landschaften. Doch in diesem Jahr sorgte der Rote Planet gleich für zwei Überraschungen: Es gibt auf ihm weitaus mehr Wassereis als bisher angenommen und möglicherweise verbirgt sich sogar flüssiges Wasser auf dem Planeten. Im Dezember 2006 sorgten neue Aufnahmen der NASA-Sonde Mars Global Surveyor für eine echte Sensation: Denn zum ersten Mal enthüllten sie Hinweise darauf, dass es auf dem Roten Planeten auch heute noch Wasser in flüssiger Form geben könnte. Entscheidendes Indiz dafür: Frische, erst in den letzen sieben Jahren entstandene Sediment-Formationen in einer Kraterwand. Solche Ablagerungen in Form von Rinnen an den Innenflächen von Kratern und anderen Senken sind auf dem Mars keineswegs selten. Oberhalb des 30. Breitengrads finden sich Zehntausende von ihnen. Sie stehen zwar schon seit Jahren im Visier der Planetenforscher, doch bisher hielten diese immer kleine Sandrutsche für die Verursacher der Rinnen. Die neuen Aufnahmen der NASA-Sonde sind die ersten, die darauf hindeuten, dass nicht Sand, sondern eine Flüssigkeit diese Rinnen in die

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Wasser auf dem Mars

Kraterwand grub – und das offenbar innerhalb von sehr kurzer Zeit. „Die Formen dieser Ablagerungen sind genau die, die man erwarten würde, wenn Material durch fließendes Wasser transportiert wird“, erklärt Michael Malin, dessen Firma Malin Space Science Systems für die Kameratechnik der Sonde verantwortlich ist. „Sie haben hangabwärts fingerähnliche Verzweigungen und werden durch kleinere Hindernisse abgelenkt.“ Gleich an zwei Stellen, in Kratern der Terra Sirenum und der Centauri Montes Region, zeigten die Daten im Vergleich zu früheren Aufnahmen der gleichen Regionen frische Einsenkungen und Ablagerungen. „Diese Beobachtungen sind der stärkste Beweis bisher, dass Wasser noch immer zeitweise auf der Marsoberfläche fließt“, erklärt Michael Meyer, Leitender Wissenschaftler des Marserkundungsprogramms der NASA.

Eisbildung spricht gegen Sand als Verursacher Die beiden frischen Ablagerungen sind jeweils mehrere hundert Meter lang und hell gefärbt. Genau dies ist nach Ansicht der Wissenschaftler ein weiterer Hinweis auf flüssiges Wasser: Würde es sich hier nur um Abrutschungen von trockenem Staub handeln, wären die Ablagerungen vermutlich eher dunkel – ähnlich wie der durch Staubstürme oder die beiden Marsfahrzeuge aufgewühlte Untergrund. Die helle Färbung dagegen weist auf Eisbildung hin. Eis, das möglicherweise sogar immer wieder durch nachströmendes Wasser ergänzt wird. Denn die Atmosphäre des Mars ist so dünn und kalt, dass flüssiges Wasser an der Oberfläche nicht lange überdauern kann. Es verdampft entweder sofort oder gefriert. Die NASA-Wissenschaftler vermuten nun jedoch, dass das Wasser in flüssiger Form zumindest lange genug „überlebt“, um Geröll und Sediment hangabwärts zu transportieren und dabei solche Rinnen wie die beiden jetzt entdeckten entstehen zu lassen.

Die Sonde Mars Express Die seit Dezember 2003 den Mars umkreisende Sonde der europäischen Weltraumbehörde ESA gilt schon heute als eine der erfolgreichsten Marsmissionen überhaupt. Mithilfe ihrer hochauflösenden HRSC-Kamera und dem Radarinstrument MARSIS hat sie bereits weitaus mehr Daten und Informationen über den Roten Planeten und seine Geologie geliefert als ursprünglich erwartet. Nach mehr als 3.800 Marsumrundungen hat die Bordkamera unter anderem eine Fläche größer als Nord- und Südamerika zusammen kartiert – in hoher Auflösung, in Farbe und 3D.

Flüssige Reservoire unter der Oberfläche? „Die frischen Ablagerungen deuten darauf hin, dass an einigen Stellen und zu bestimmten Zeiten auf dem heutigen Mars flüssiges Wasser aus dem Untergrund nach oben dringt und kurzzeitig Hänge hinunter fließt“, so Malin. „Die Möglichkeit weckt natürlich Fragen darüber, wie das Wasser im Untergrund flüssig bleiben

Kraterwand in der Centauri Montes Region 1999 (li.) und 2005 (re.) mit neu entstandener Rinne. © NASA/JPL/Malin Space Science Systems

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HIGHLIGHTS

Kosmos

kann, wie ausgedehnt diese Reservoirs sein mögen und ob es ein feuchtes Habitat unter der Oberfläche gibt, das Leben ermöglichen könnte. Zukünftige Missionen könnten die Antworten zu diesen Fragen liefern.“

Wassereis in Hülle und Fülle

Die Rippen und Grate der Candor Chasma Region könnte auf Erosion durch Wasser oder Eis hindeuten. © NASA/JPL/Univ. of Arizona

Eine andere Form des marsianischen Wassers verbirgt sich nicht unter der Oberfläche, sondern liegt offen zutage – und dies sogar in rauen Mengen: Allein das Eis am Südpol des Mars enthält so viel Wasser, dass es in flüssiger Form den gesamten Planeten mit einer elf Meter dicken Schicht bedecken könnte. Das ist das Ergebnis einer im März 2007 in „Science“ veröffentlichten Radarmessung. Die geschichteten Eisdecken an den Polen des Mars bilden eine hellweiße Kappe aus einer Mischung von Kohlendioxid- und Wassereis vermengt mit Staubschichten. Wie groß der Anteil des Wassereises an dieser Kappe ist, haben erstmals neue Messungen des Instruments „Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionospheric Sounding“ (MARSIS) an Bord der ESA-Sonde Mars-Express gezeigt. In mehr als 300 Einzelschnitten und bis zu einer Tiefe von 3,7 Kilometern durchleuchtete die Sonde dafür die polare Eiskappe. „MARSIS liefert uns nicht nur die ersten Einblicke in den Untergrund des Mars in diesen Tiefen, die Details, die wir erkennen, sind auch absolut erstaunlich“, erklärt Giovanni Picardi von der Universität Rom, Forschungsleiter für die Radarmessung.

Wassereisflächen so groß wie Europa Das Echo, das der Radar vom steinigen Untergrund unter der geschichteten Eisdecke empfing, deutet darauf hin, dass mindestens 90 Prozent des dortigen Eises aus gefrorenem Wasser bestehen. „Die geschichteten Ablagerungen am Südpol des Mars bedecken ein Gebiet fast so groß wie Europa”, erklärt Jeffrey Plaut vom Jet Propulsion Laboratory, einer der an der Mission beteiligten Forscher. „Die Menge des dort enthaltenen Wassers wurde zwar schon zuvor geschätzt, aber noch nie mit der jetzt durch die Radarmessungen erreichten Verlässlichkeit. Im Juli 2007, schon wenige Monate nach diesen Ergebnissen, legte die Marssonde mit weiteren Messergebnissen nach. Sie ermöglichten den Wissenschaftlern einen tieferen Einblick in die Mechanismen, die für die erstaunliche, geschichtete Ablagerung des Eises am Mars-Südpol verantwortlich waren. Und Chronik der Mars-Missionen 1962: Mars 1 (UDSSR) Kontakt reisst ab

1963: Mariner 3 (USA) Vom Kurs abgekommen 1964: Mariner 4 (USA) Erfolgreiche Mission

1971: Mars 3 (UDSSR) Erstes Wrack auf dem Mars 1971: Mariner 9 (NASA) Erfolgreiche Mission. Erste Sonde in der Umlaufbahn

1969: Mariner 6 und 7 (USA) Überflüge liefern 200 Bilder

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1988: Phobos 1 und 2 (UDSSR) Ausfall vor Erreichen des Mars 1975: Mars 5 (UDSSR) Nur neun Tage aktiv

1973: Mars 7 (UDSSR) Verfehlt den Marsorbit

1996: Mars 96 (Russland) Absturz im Pazifik

1975: Viking 1 und 2 (USA) Erfolgreiche Mission. Erste Mars-Landungen

Wasser auf dem Mars

sie erklärten auch die bisher offene Frage, warum es überhaupt reines Wassereis auf dem Mars gibt und warum es sich über so lange Zeiträume hinweg erhalten hat. Bei der Auswertung der Daten stießen Franck Montmessin vom Service d‘Aéronomie du CNRS/IPSL in Frankreich und seine Kollegen auf einen verblüffenden Zusammenhang: Offenbar folgten die Phasen der Eisablagerungen einem zeitlichen Muster, das mit Veränderungen der Rotationsachse des Roten Planeten in Verbindung stand. Diese so genannte Präzession eines Planeten lässt sich am ehesten als eine Art „Taumeln“ der Rotationsachse beschreiben, ähnlich dem Taumeln eines Kreisels.

Eiskappe am Mars-Südpol, links das Radarbild mit Angabe der Eisdicke in Kilometern, rechts eine Real-Aufnahme. © NASA/JPL/ASI/ESA/Univ. of Rome/ MOLA Science Team/USGS

Taumelnde Achse verteilte Poleis Diesen Zusammenhang entdeckten die Wissenschaftler, als sie die Daten der Sonde in ein Klimamodell des Mars integrierten. Mit dieser „Klimazeitmaschine“ reisten die Forscher zunächst 21.000 Jahre zurück. Zu dieser Zeit war der Mars so geneigt, dass er der Sonne seine Nordhalbkugel zuwendete – genau umgekehrt zu seiner heutigen Stellung. Das Wasser am Mars-Nordpol verdunstete in dieser Periode leicht, verteilte sich in der Atmosphäre und setzte sich dann am sonnenabgewandten Südpol als Eis wieder ab. Bis zu einem Millimeter Wassereis wurde auf diese Weise jedes Jahr am Südpol abgelagert. Nach rund 10.000 Jahren erreichte die Eisschicht immerhin sechs Meter Dicke. Dann jedoch änderte sich

1996/97: Mars Global Surveyor und Mars 1998: Mars Climate Orbiter (USA) Pathfinder (USA) Nach Ersterfolgen reisst Kontakt ab Erfolgreiche Mission. Erstes Roboterfahrzeug auf dem 1999: Mars Polar Lander (USA) Mars Seit Landeanflug verschollen 1998: Nozomi (Japan) Verpasst die Umlaufbahn

2003: Mars Express / Beagle-2 Lander (ESA) und Mars Exploration Rover Spirit und Opportunity (USA) Mars Express und die Rover sind bis heute aktiv, Beagle-2 scheitert

2001: Mars Odyssey (USA) Erfolgreich. Weiterhin aktiv

2007: Mars Phoenix Lander (USA) Gestartet am 4. August

2005: Mars Reconnaissance Orbiter (USA) Kartiert die Marsoberfläche. Weiterhin aktiv

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HIGHLIGHTS

Kosmos

die die Präzession und die Rotationsachse des Roten Planeten begann langsam, in Richtung auf ihre heutige Position zu wandern. Als Folge begann das Wassereis am Südpol langsam instabil zu werden und zu verdunsten. Der Prozess kehrte sich um und der Nordpol sammelte immer mehr Eis an. Doch vor rund 1.000 Jahren wurde dieser Prozess plötzlich durchbrochen – wodurch genau, wissen die Astronomen allerdings noch nicht. Dabei bildete sich eine Schicht von Kohlendioxideis auf den Südpolablagerungen und verhinderte eine weitere Abnahme des Wassereises. „Wir glauben, dass die Wassereis-Ablagerungen zwischen Nord- und Südpol des Mars hin- und herspringen“, erklärt Montmessin das Verhalten des Wassereises. „Sie bilden Zyklen von jeweils 51.000 Jahren, einer Zeitspanne, die derjenigen der Präzession des Mars entspricht.“

Gibt es Reservoire flüssigen Wassers unter der Marsoberfläche? Wenn ja, könnten sie so aussehen. © ESA/Medialab

Mit seiner Schaufel kann der Phoenix-Lander Bodenproben nehmen und zu den bordeigenen Analysegeräten führen. © NASA/JPL

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Was sonst noch geschah: Phoenix: Mit Schaufel und Kamera auf der Suche nach Wasser Am 4. August 2007 ist erneut eine NASA-Sonde zum Roten Planeten gestartet. Die Mission „Phoenix“ soll in erster Linie die polaren Gegenden des Mars erforschen und hier nach Wasser suchen. Zielgebiet ist ein Areal bei etwa 69 Grad nördlicher Breite, hier erwarten die Wissenschaftler eine 80-prozentige Wahrscheinlichkeit von Wassereis in nur 30 Zentimetern Tiefe. Der Lander wird nach etwa neun Monaten Flugzeit am 25. Mai 2008 auf dem Mars landen. Er besitzt unter anderem einen Roboterarm, der insgesamt 2,35 Meter lang ist. Dieser besitzt mehrere Gelenke und endet in einer Schaufel. In vier Freiheitsgraden beweglich, kann er damit Bodenproben von der Oberfläche und von oberflächennahen Schichten entnehmen. Der Lander ist zudem gespickt mit verschiedenen Kameras und Analysegeräten, mit denen die Umgebung, aber auch die Bodenproben untersucht werden können. (08/2007, NASA)

Wasser auf dem Mars

Leben: Versteck unter der Oberfläche? Nach wie vor schließen Wissenschaftler nicht aus, dass es sogar heute noch Leben auf dem Mars geben könnte – die Frage ist nur, wo sich dieses verbirgt. Nach Ansicht einiger Forscher könnte sich ein solches Refugium tief unter der Oberfläche, außerhalb der Reichweite der zurzeit eingesetzten Probebohrer befinden. Denn erst in mehreren Metern Tiefe ist die kosmische Strahlung so weit abgedämpft, dass Mikroorganismen überhaupt längere Zeit überleben könnten. Die kalkulierten Überlebenszeiten solcher Mikroben lagen bei nur wenigen Millionen Jahren. Das klingt lang, ist aber angesichts der Zeit, die seit der „feuchten“ Periode des Mars vergangen ist, sehr kurz – zu kurz für Leben. Die Chance, lebendes Material in den in unmittelbarer Zukunft entnommenen Proben zu finden, ist daher mehr als dürftig. Einer der Orte auf dem Mars, an denen noch am ehesten Zellen überlebt haben könnten, ist nach Ansicht der Wissenschaftler das Wassereis des Elysium Gebiets. Denn dieses fünf Millionen Jahre alte gefrorene Meer ist geologisch gesehen sehr jung und war daher nur kurze Zeit der Strahlung ausgesetzt. Zudem wirkt die Eisschicht als Schutz. Allerdings müsste selbst hier weitaus tiefer gebohrt werden als bisher technisch möglich. (03/2007, Geophysical Research Letters) Flüssige Wasserschicht als Radar-„Fata-Morgana“ Eine Region der Eiskappe am marsianischen Südpol verblüffte die Forscher bei den Radarmessungen des Mars-Express besonders: Denn die hier gemessenen starken Reflektionen ähnelten denen, die normalerweise durch eine dünne Schicht flüssigen Wassers hervorgerufen werden. Aber die Bedingungen am Südpol sind so kalt, dass die Existenz von Schmelzwasser hier wiederum extrem unwahrscheinlich ist. Was diese Reflexionen tatsächlich auslöst, sollen nun weitere Untersuchungen zeigen. (03/2007, Science)

Das Grabensystem von Kasei Valles gibt in seiner Terrassierung Hinweise auf früheres Wasser. © ESA/DLR/FU Berlin (G. Neukum)

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HIGHLIGHTS

Kosmos

INTERVIEW Prof. Dr. Gerhard Neukum ist Leiter der Fachrichtung Planetologie an der FU Berlin und wiss. Leiter des High Resolution Stereo Camera (HRSC)-Experiments an Bord von Mars Express. © Neukum/FU Berlin

Wissen hoch 12: Die ESA-Sonde Mars-Express sorgt nach wie vor für Aufsehen erregende Einblicke in die Geologie und Physik des Roten Planeten. Was waren/sind ihrer Ansicht nach die „Highlights“ der Marsforschung in diesem Jahr? Ein Highlight aus 2007: Das tiefensondierende Radar hat Ende 2006/ Anfang 2007 Aufnahmen von den Polkappen gemacht und die Schichtdicken von Wassereis gemessen – diese betragen mehrere Kilometer. Diese Ergebnisse bestätigen die bisherige Interpretation, die bisher nur aus der sichtbaren Topographie abgeleitet wurde. Gleichzeitig konnte das tiefensondierende Radar einzelne abgrenzbare Eisschichten zwischen Oberfläche und Eisuntergrenze differenzieren; die Bildung der Wassereisvorkommen erfolgte also schichtweise. Darüber hinaus wurden in 2006 und 2007 weitere Messungen durchgeführt, die bestätigen, dass der Mars relativ früh trocken gefallen ist. Auf Grundlage der Vikingdaten und der frühen Mars Observer Kameradaten hat man bisher angenommen, das es einen Ozean auf dem Mars gegeben hat. Diese Interpretation wird aber

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mehr und mehr mit Fragezeichen versehen. Sollte es den Ozean tatsächlich gegeben haben, dann hat er nur bis vor etwas mehr als 3,8 Milliarden Jahren existiert; danach nicht mehr. Auch mag es ihn vielleicht nicht ganz so tief, nicht ganz so ausgedehnt gegeben haben, wie bisher angenommen. Weiterhin ist in 2006 und 2007 immer mehr klar geworden, dass der pH-Wert der Gewässer auf dem Mars im Zeitraum von vor 3,8 Mrd. bis vor 3,3 Mrd. Jahren vom anfänglich mehr basischen Milieu zum sauren umgeschlagen ist. Vor mehr als 3,8 Mrd. Jahren konnten im mehr basischen Bereich Tonmineralablagerungen in Verbindung mit flüssigem Wasser auf der Oberfläche zustande kommen. Solche Ablagerungen wurden durch das OMEGA Experiment spektral nachgewiesen. Später, im sauren Milieu, kam es nur noch zu teilweise massiven Sulfatabscheidungen. Die bisher prominenteste Sulfatablagerung befindet sich in Juventae Chasma. Das Alter dieses so genannten Gipsberges wurde Ende 2006 auf 3,3 Mrd. Jahre bestimmt.

Eines der großen Themen war und ist das Wasser auf dem Mars. Daten der ESA-Sonde haben neue Erkenntnisse über die Wassereisvorkommen am Südpol gebracht – was ist hier das Besondere? Wasser ist ein großes Thema, es gibt eine Menge Wasser an Nord- und Südpol. Diese Beobachtung wird auch durch die aktuellen spektralen Messungen und die Messungen durch das tiefensondierende Radar bestätigt. Die größere Menge Wassereis liegt jedoch am Nordpol, nicht am Südpol.

Volumenmäßig ist die Menge Wassereis am Nordpol etwa mit der auf Grönland vergleichbar. Im Untergrund muss das Wassereis relativ nah unter der Oberfläche liegen, das ist durch Messungen in der letzten Zeit – nicht nur durch Mars Express, sondern auch durch Instrumente der amerikanischen Missionen, zum Beispiel durch das Gamma Neutronen Spektrometer – klar geworden. Diese Beobachtung gilt für Breiten ab etwa 30 bis 40 Grad nördlich bzw. südlich und jenseits dieser Breiten in Richtung der Pole. Das bedeutet, dass man, wenn man dort landen würde, gar kein Problem hätte, an Wasser in Form von Eis heranzukommen. Dies wird dann auch im nächsten Jahr durch das Landegerät der amerikanischen Phoenix Mission polnah sehr genau untersucht werden. An der Landestelle müsste das Eis nur wenige Zentimeter unter der Oberfläche nachzuweisen sein.

Was ist mit dem Nordpol? Gibt es dort auch Wassereis? Es hat sich in den letzten Jahren herauskristallisiert, dass Wassereis und CO2-Eis an beiden Polen vorliegen. Am Nordpol verschwindet das CO2-Eis im nordpolaren Sommer. Am Südpol bleibt das CO2-Eis als dünne Schicht noch liegen, jedoch mit großen Löchern, den so genannten „SwissCheese-Löchern“. Dazwischen behält das CO2-Eis eine Mächtigkeit von einigen Dezimetern; darunter liegt Wassereis. Das Eis ist bereits genauer untersucht worden, spektral von OMEGA und vom tiefensondierenden Radar.

Wasser auf dem Mars

Die NASA-Sonde Global Surveyor hat Rinnen in Kraterwänden entdeckt, die auf die Existenz von flüssigem Wasser auch heute noch hindeuten könnten. Ist damit bewiesen, dass es flüssiges Wasser auf dem Mars gibt? Natürlich können diese Rinnen durch flüssiges Wasser verursacht worden sein, das ist auch für mich die beste und wahrscheinlichste Erklärung. Wie viel Wasser es auf dem Mars gibt, ist schwer zu sagen, jedenfalls in großen Mengen in Form von Eis. Alleine angesichts der Fläche der gesamten nördlichen Breiten, welche durch Permafrost gekennzeichnet sind, können wir von sehr viel Eis im Untergrund ausgehen. Wie viel äquatornah vorkommt, ist schwer zu sagen, und wie viel davon in den angesprochenen Rinnen pro Zeit und Fläche freigesetzt werden kann, ist auch schwer zu sagen. Denn solche Rinnen sind ja nicht in aktivem Zustand vermessen worden. Ebenfalls unklar ist, wie alt sie sind. Es sieht aber so aus, als ob sie rezent (aktuell) wären. Dann könnte es sogar heute passieren, dass sie aktiviert werden, beispielsweise durch Prozesse der Aufheizung im Untergrund oder durch Erschütterungen. Dabei wird Wasser aus Aquiferen, wasserführenden Horizonten, freigesetzt. Dieses scheint auch häufig möglich zu sein. Und wir haben in den letzten paar Millionen Jahren offensichtlich Wasseraustritte in großen Mengen gehabt, denn es gibt Talsysteme, die in dieser Zeit durch große Mengen fließenden Wassers überprägt worden sind.

Glauben Sie, dass es Leben auf dem Mars gegeben hat oder sogar heute noch gibt? Vielleicht tief unter der Oberfläche? Also glauben tue ich erst mal gar nichts. Es gibt natürlich die Möglichkeit, dass Leben im Untergrund überlebt, auch außerhalb der Reichweite unserer Bohrer, das weiß man alles nicht. Man wird trotzdem versuchen, die obersten ein, zwei Meter mittels Bohrkernanalysen zu untersuchen – in Missionen wie zum Beispiel der geplanten ESA ExoMars Mission mit dem Rover Pasteur, dessen Ergebnisse wir 2015 dann spätestens haben werden. Aber auch Phoenix könnte uns bereits gewisse Antworten liefern, unter anderem wie tief unter der Oberfläche Wasser in Form von Eis zu finden ist. Vielleicht findet Phoenix auch Hinweise auf mikrobielles Leben. Aber ob Leben auf dem Mars entstanden ist und wenn, ob es bis heute existiert, sind beides völlig offene Fragen. Deren Beantwortung erwarte ich nicht in den nächsten Wochen oder Monaten, eher wird es meines Erachtens noch viele Jahre dauern bis wir einigermaßen gesicherte Erkenntnisse haben. Sollten wir in zukünftigen Missionen mit viel Glück Spuren von Leben auf dem Mars finden, dann wäre das ein eindeutiges Ergebnis. Umgekehrt bedarf es für den Ausschluss von Leben sehr vieler verschiedener Untersuchungen, die mehrere Jahrzehnte in Anspruch nehmen. Ich persönlich denke, dass, wenn wir nicht durch Glück bereits bei den robotischen Missionen auf Spuren

von Leben stoßen, die Frage nach dem Leben auf dem Mars erst dann schlüssig beantwortet wird, wenn Menschen auf dem Mars sein werden und detaillierte Untersuchungen vor Ort durchführen können.

Was sind die nächsten Schritte in der Marsforschung? Was erwarten Sie vom nächsten Jahr? Wir haben den Phoenix Lander, der sicherlich einige Überraschungen bringen wird. Im Rahmen der Mars Express Mission werden wir die Abdeckung weiter voran bringen. Aktuell liegen wir mit der HRSC Kamera bei rund 40 Prozent Abdeckung in einer Bodenauflösung von zehn bis 20 Metern pro Bildpunkt und in Farbe. Ich hoffe, dass wir bis Ende 2008 mindestens 60 Prozent der Marsoberfläche in dieser höchstmöglichen Datenqualität kartiert haben werden. Dabei sind wir sehr stark von den Bedingungen in der Marsatmosphäre abhängig; zurzeit verhindert beispielsweise ein großer Staubsturm die Aufnahme qualitativ hochwertiger Daten. Darüber hinaus wollen wir einige wissenschaftlich besonders interessante Gebiete in Kombination mit anderen Experimenten der Mars Express Mission aufnehmen und so die Zusammenarbeit mit den anderen Experimentteams intensivieren. In diesem Zusammenhang erwarte ich auch für das nächste Jahr noch einige Überraschungen, interessante Ergebnisse und weitere Einblicke in die Entwicklungsgeschichte des Mars.

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HIGHLIGHTS

Kosmos

Auf der Suche nach einer zweiten Erde Der neu entdeckte erdähnliche Planet Gliese 581c und sein Zentralstern. © NASA

Immerhin rund 250 Planeten außerhalb unseres Sonnensystems kennen die Astronomen bisher bereits – und es werden kontinuierlich mehr. Allmählich gewinnen die Planetenjäger auch immer weitreichendere Erkenntnisse über die Beschaffenheit dieser fernen Welten. Die große Frage dabei: Gibt es dort Wasser? Herrschen auf einem von ihnen vielleicht sogar Bedingungen, die Leben ermöglichen? Die meisten bisher entdeckten extrasolaren Planeten sind Gasriesen – Planeten von der Größe des Jupiter oder noch größer. Sie bestehen nicht aus festem Gestein wie die Erde, sondern fast vollständig aus heißen, wirbelnden Gasen. Meistens umkreisen sie ihre Sterne so nah, dass auf ihnen alles andere als lebensfreundliche Temperaturen herrschen. Erdähnliche Gesteinsplaneten dagegen scheinen in den Weiten des Alls bisher eher Mangelware. Nach Ansicht der Astronomen bedeutet dies aber keineswegs, dass es sie kaum gibt, sondern nur, dass unsere Teleskope und Messmethoden nicht genau genug sind, um kleinere Planeten auszumachen. Aber es gibt Ausnahmen: Im April 2007 sorgte ein 20 Lichtjahre von der Erde entfernter roter Zwergstern für die Sensation: Denn in der Umlaufbahn um Gliese 581 entdeckten die Astronomen den ersten „Erdzwilling“ – einen Planeten, der nur

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Exoplaneten

eineinhalb mal so groß und fünfmal so schwer ist wie die Erde. „Modellen zufolge sollte dieser Planet entweder felsig sein wie die Erde – oder von Ozeanen bedeckt“, erklärte Stéphane Udry, einer der Entdecker des Planeten vom Observatorium in Genf. Aber bedeutet das auch, dass Gliese 581c erdähnliche, lebensfreundliche Bedingungen bietet? Zunächst schien es so: Denn der Planet umkreist seinen Zentralstern zwar 14-mal näher als unsere Erde die Sonne, dafür aber leuchtet dieser erheblich schwächer und ist damit weniger heiß. Udry und seine Kollegen vermuteten daher zunächst, dass auf der Oberfläche des „Erdzwillings“ angenehme Temperaturen von Null bis 40 Grad Celsius herrschen könnten.

Wo liegt die Zone des Lebens? Doch wenige Monate später, im Juni 2007, mussten sie sich eines Besseren belehren lassen. Wissenschaftler vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) ermittelten neue Werte, nach denen die Zone des Lebens im Gliese 581 Planetensystem weiter außen lag als zuvor angenommen. Dieser Bereich, in dem die Temperaturen flüssiges Wasser und Leben ermöglichen, liegt damit aber auch jenseits des Planeten Gliese 581c – seine Oberfläche ist daher vermutlich für die Entwicklung von Leben doch zu heiß. Als weitaus vielversprechender entpuppt sich dagegen der in der Zwischenzeit entdeckte, weiter außen kreisende Nachbarplanet, Gliese 581d. Er liegt genau in der Zone des Lebens und könnte daher die Entwicklung primitiver Lebensformen ermöglicht haben oder noch ermöglichen. Höhere Oganismen allerdings haben wahrscheinlich nur geringe Chancen, da der Planet – im Gegensatz zur Erde – seinem Stern immer die gleiche Seite zuwendet. Auf der Tagseite ist es daher kontinuierlich warm, auf der Nachtseite herrscht dagegen permanente Eiseskälte. Und der Unbilden nicht genug, sorgen diese starken Temperaturunterschiede vermutlich auch noch für heftige Stürme. Eine echte „zweite Erde“ sind demnach weder Planet c noch d – wohl aber ein Hinweis darauf, dass im Weltall noch weitaus mehr erdähnliche Planeten auf ihre Entdeckung warten…

So könnten der neu entdeckte neptungroße Planet um den Roten Zwerg Gliese 436 (oben) und der neu entdeckte erdähnliche Planet im System Gliese 876 (unten) aussehen. © NASA,NSF/G. Bacon

Wasserdampf auf heißem Gasriesen Doch auch die Gasriesen, die großen Geschwister der „Erdzwillinge“, waren in diesem Jahr für einige Überraschungen gut: Im Juli 2007 entdeckten Astronomen zum ersten Mal eindeutige Belege für die Existenz von Wasserdampf in der Atmosphäre eines solchen Riesenplaneten. Vermutet wurde dieses zwar schon lange, aber niemand konnte zuvor den entscheidenden Beweis liefern – bis die Wissenschaftler des Astrophysikalischen Instituts in Paris den 63 Lichtjahre von der Erde entfernten Exoplaneten HD189733b näher untersuchten. Dieser Gasriese ist 15 Prozent größer als der Jupiter, umkreist seinen Zentralstern aber mehr als 30 Mal näher als die Erde die Sonne und ist daher extrem heiß. Wie heiß, das enthüllten spektrometrische Messungen mithilfe des Spitzer-Weltraumteleskops. Weil der Planet genau vor seinem Zentralstern vorbeiwandert, können die Astronomen feststellen, welche Wellenlängen des Sternenlichts die Planetenatmosphäre absorbiert – und daraus schließen, welche Elemente und Bedingungen auf dem Planeten existieren.

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Kosmos

HIGHLIGHTS

Die Zone des Lebens

Erster Schritt zum „Heiligen Gral“

Als Zone des Lebens („habitable zone“) bezeichnen Astronomen den Bereich eines Planetensystems, in dem die Temperaturen so gemäßigt sind, dass flüssiges Wasser an der Oberfläche eines Planeten existieren kann und damit auch die Entstehung und Erhaltung von Leben möglich ist. Wo in einem System diese Zone liegt und wie breit sie ist, hängt unter anderem von der Leuchtkraft und der Masse des Zentralsterns ab.

Die in „Nature“ veröffentlichten Daten enthüllten nicht nur, dass und wie viel Wasserdampf der Gasriese enthält, sondern auch, dass Teile der Atmosphäre bis zu 2.000°C heiß sind. Obwohl der Planet damit alles andere als bewohnbar ist und eher eine lebensfeindliche Umwelt bietet, deutet diese Entdeckung darauf hin, dass Wasser auch auf anderen extrasolaren Planeten durchaus häufig sein könnte. Die Forscher rechnen damit, die Methode künftig auch bei erdähnlicheren Planeten einsetzen zu können und so eines Tages auch lebensfreundlichere Bedingungen zu finden. „Der Heilige Gral für einen Planetenjäger ist es, einen erdähnlichen Planeten zu entdecken, der zudem noch Wasser in der Atmosphäre enthält”, erklärt die Astronomin Giovanna Tinetti. „Diese Entdeckung, wenn sie stattfindet, wird den Beleg dafür liefern, dass Planeten außerhalb unseres Sonnensystems Leben beherbergen könnten. Unser Nachweis von Wasser auf einem Gasriesen ist ein erster entscheidender Schritt auf dem Weg zu einer solchen Entdeckung.“ Doch nicht nur Wasserdampf, auch eine andere, exotischere Wasserform entdeckten Wissenschaftler in diesem Jahr auf einem Exoplaneten: eine Art „heißes Eis“. „Wasser hat mehr als ein Dutzend fester Aggregatzustände, von denen wir nur mit einem vertraut sind, dem Eis“, erklärt Frédéric Pont von der Universität von Genf. „Unter sehr hohem Druck nimmt Wasser jedoch noch andere feste Zustände ein, die sehr viel dichter sind als Eis oder flüssiges Wasser – ähnlich wie Kohlenstoff sich unter hohem Druck in Diamant verwandelt.“ Physiker bezeichnen diese exotischen Zustände als „Eis VII“ oder „Eis X“. Wenn die Ozeane der Erde deutlich tiefer wären, könnten theoretisch auch an ihrem Grund solche Formen festen Wassers erreicht werden. Genau solche Eisformen gibt es höchstwahrscheinlich auf einem Planeten im System von Gliese 436, 30 Lichtjahre von der Sonne entfernt. Im Inneren dieses rund Neptun-großen Gasriesen ist dieses seltsame Eis allerdings vermutlich nicht kalt, sondern auf mehrere hundert Grad Celsius aufgeheizt. Die Entdeckung einer solchen Welt aus „heißem Eis” belegt zum ersten Mal, dass Neptun- und Uranus-ähnliche 38 Planeten nicht nur als kalte Eiswelten 34 in den Außenbereichen ihrer Planeten32 systeme, sondern auch nahe an ihrem 29 28 Zentralstern existieren können. Mögli26 cherweise bestehen auch andere bereits entdeckte extrasolare Planeten 19 vorwiegend aus Wasser – einige aus Eis, andere vielleicht sogar mit einer 12 Oberfläche aus flüssigem Wasser.

In den letzen Jahren hat sich die Zahl der Entdeckungen von extrasolaren Planeten deutlich erhöht. Der Grund dafür sind vor allem Fortschritte in der Teleskoptechnik. © exoplanet.eu

Entdeckte Exoplaneten seit 1989

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1989 1992 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

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Dunkle Materie – Gerüst des Universums Die rätselhafte dunkle Materie ist es, die dem Universum seine Struktur gibt. Wie viel es davon gibt und wie sie verteilt ist, ist allerdings nach wie vor weitestgehend unbekannt. Im Januar 2007 jedoch gelang es einem internationalen Wissenschaftlerteam, eine dreidimensionale Karte dieser rätselhaften Materieform zu erstellen. Das in „Nature“ veröffentlichte Modell zeigte in einem Ausschnitt von rund 500.000 Galaxien sowohl die Verteilung der dunklen, als auch der „normalen“ Materie.

Aus der Kombination verschiedener Messungen entstand dieses dreidimensionale Bild der Verteilung der dunklen Materie. Von links nach rechts nimmt die Entfernung von der Erde zu und damit auch das Alter der Verteilung. © NASA/ESA/ California Institute of Technology (R. Massey)

Schon seit langem vermuten Astronomen die Existenz einer unsichtbaren Substanz im Kosmos. Sie könnte unter anderem erklären, warum Galaxiencluster nicht auseinander fliegen, sondern trotz der scheinbar unzureichenden Anziehungskraft ihrer sichtbaren Sterne verbunden bleiben. Zwar ist bisher nicht bekannt, aus was die dunkle Materie, dieser unsichtbare „Kitt“, bestehen könnte, aber Hypothesen gehen von einem bisher unbekannten Typ von Elementarteilchen aus. Nach gängiger Lehrmeinung bestehen wahrscheinlich sogar 80 Prozent der kosmischen Materie aus diesem „dunklen“ Anteil, die sichtbaren Sterne und Planeten machen dagegen nur wenige Prozent der Gesamtmasse aus. Da die dunkle Materie weder elektromagnetische Strahlung wie sichtbares Licht oder Röntgenstrahlung aussendet, und auch kein Licht von anderen

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HIGHLIGHTS

Kosmos

Was ist die dunkle Materie?

Die dunkle Materie ist eine Masse im Weltall, die keine sichtbare oder andere elektromagnetische Strahlung aussendet und deshalb nicht direkt beobachtbar ist. Ihre Existenz ist nur indirekt belegt: Ohne sie wäre die Rotation von Galaxien, die Bewegung von Kugelsternhaufen und das Zusammenhalten von Galaxienhaufen nicht erklärbar. (Bild: NASA/STScI/ESA)

Betrachtet man unterschiedlich alte Ausschnitte des Universums, unterscheidet sich auch die Verteilung der dunklen Materie. © NASA, ESA/R. Massey (California Institute of Technology)

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Objekten reflektiert, ist sie extrem schwer nachzuweisen. Die einzige Art der Wechselwirkung mit der „normalen“ Materie scheint die Schwerkraft zu sein. Und genau diese Eigenschaft hilft den Astronomen, die dunkle Materie mithilfe eines Tricks, den so genannten Gravitationslinsen, zumindest indirekt nachzuweisen. Dabei nutzen sie aus, dass Licht durch die Schwerkraft großer Massen angezogen wird. Die Forscher messen nun, wie stark Licht entfernter Sterne beispielsweise durch einen im Vordergrund vorbeiziehenden Galaxiencluster abgelenkt wird. Die Masse der sichtbaren Himmelskörper in diesem Cluster und damit auch ihre Wirkung auf das Licht ist bekannt, reicht aber nicht aus, um die beobachtete Ablenkung zu erklären. Aus der Differenz zwischen bekannter und zusätzlicher Schwerkraftwirkung können die Astronomen daher auf den nicht sichtbaren Anteil der dunklen Materie schließen.

Muster auf der Milchglasscheibe Doch die Gravitationslinse verrät sogar noch mehr: Denn das Muster des abgelenkten Lichts gibt zusätzlich Aufschluss darüber, wie die dunkle Materie in dem als Linse dienenden Galaxienhaufen verteilt ist. Der Effekt lässt sich durch eine einfache Analogie erklären: Wenn Licht durch eine Milchglasscheibe, wie zum Beispiel bei einem Badezimmerfenster, fällt, wirft es ein charakteristisches Muster an die Wand. Dieses Muster gibt Aufschluss darüber, wie die Oberfläche des Glases strukturiert ist. Mithilfe der Gravitationslinsen-Methode erstellten die Astrophysiker der NASA, der ESA und des California Institute of Technology eine dreidimensionale Verteilungskarte der dunklen Materie für einen Himmelsausschnitt so groß wie die achtfache Fläche des Vollmonds. Die Daten für die Karte stammen vom Weltraumteleskop Hubble und wurden im Rahmen des Cosmic Evolution Survey (COSMOS) ermittelt. Aus ihnen entstand der bisher größte auf diese Weise vermessene Ausschnitt des Weltalls. Gleichzeitig steht nun eine umfangreiche Sammlung von sehr detaillierten Bildern einer halben Million Galaxien zur Verfügung, die zukünftig noch weitere Erkenntnisse liefern könnten. Die jetzt erstellte Karte zeigt ein über das Universum verteiltes Netz dunkler Materie. An manchen Orten ist diese sehr dicht – und genau an diesen Stellen befinden sich die Galaxien und das heiße Gas der normalen Materie. Diese Verteilung der Materie bestätigt auch die Standardtheorie, nach der die dunkle Materie als Gerüst des Universums dient. Denn nach dieser war die dunkle Materie in der Anfangszeit des Universums gleichmäßig verteilt, später verdichtete sie sich in einigen Bereichen. Diese Stellen wiederum zogen durch ihre stärkere Gravitation die sichtbare Materie an, so dass sich diese zusammenballte und Sterne, Galaxien und ganze Galaxienhaufen entstanden.

Dunkle Materie

Was sonst noch geschah: Ring aus dunkler Materie Einen geisterhaften Ring aus dunkler Materie haben Astronomen der Johns Hopkins Universität mithilfe des Weltraumteleskops Hubble entdeckt. Er gilt als das bisher stärkste Indiz für die Existenz der dunklen Materie. Die Forscher hielten die bei der Analyse des Galaxienclusters Cl 0024+17 zutage tretende Struktur von rund 2,6 Lichtjahren Durchmesser zunächst sogar für einen Messfehler. „Ich war richtig verärgert, als ich den Ring sah, weil ich dachte, es handele sich um ein Artefakt, das auf einen Fehler in unserer Datenverarbeitung zurückgeht“, erklärt James Jee. „Ich konnte meinem Ergebnis kaum glauben. Aber je mehr ich versuchte, den Ring zu beseitigen, desto deutlicher wurde er. Es dauerte mehr als ein Jahr bis ich mich selbst davon überzeugt hatte, dass der Ring real ist. Ich habe schon einige Cluster gesehen, aber noch niemals so etwas.“ Zum ersten Mal haben Astronomen damit der dunklen Materie eine eindeutige Struktur zuordnen können, die sich sowohl von der des Gases als auch von der der Galaxien im Cluster unterscheidet. Wie aber ist dieser Ring zustande gekommen? Die Astronomen vermuten, dass eine Kollision dieses Clusters vor einer bis zwei Milliarden Jahren dafür verantwortlich sein könnte. Die bereits 2002 entdeckten Spuren einer solchen Kollision und Computersimulationen zeigen, dass bei dem Zusammenprallen zweier Galaxiencluster die dunkle Materie zunächst in die Mitte des Clusterkomplexes strömt, dann aber wieder nach außen zurückschwappt. Während dieser Auswärtsbewegung wird die Front der dunklen Materie durch Schwerkraftwirkungen abgebremst. Als Folge staut sie sich auf und ein Ring entsteht. (05/2007, Astrophysical Journal) „Tête-à-Tête“ macht Galaxien dunkel In der Nachbarschaft der Milchstraße kreisen zahlreiche kleine Satellitengalaxien, die einen weitaus höheren Anteil an dunkler Materie enthalten als die tausendfach größeren normalen Galaxien. Wie eine astrophysikalische Simulation jetzt enthüllte, bestanden auch die kleinen Galaxien ursprünglich aus relativ normalen Anteilen an dunkler und an gewöhnlicher Materie. „Wenn aber eine kleine Galaxie vor zehn Milliarden Jahren in die Nähe einer massiven Galaxie geriet, wurde sie durch deren Gezeitenkraft erfasst, gedehnt und beim Eindringen in den gasförmigen Halo der größeren Galaxie einer Art Wind ausgesetzt“, erklärt der Physiker Lucio Mayer von der Universität Zürich. Dieser wehte im Laufe der Zeit vor allem die normale Materie davon, konnte der dunklen Materie aber nichts anhaben. Übrig blieb nur eine winzige leuchtende Galaxie, die nach wie vor von einer großen Hülle dunkler Materie umgeben war. Die Forscher gehen davon aus, dass in den Weiten des Alls noch sehr viele bisher unentdeckte dunkle Galaxien verborgen sind. (02/2007, Nature)

Das Weltraumteleskop Hubble entdeckte diesen Ring aus dunkler Materie im Galaxiencluster ZwCl0024. © NASA/ESA/M. Jee, H. Ford (Johns Hopkins University)

Woraus besteht dunkle Materie? Die Grundbausteine der dunklen Materie sind wahrscheinlich nicht im Teilchen-Katalog unseres physikalischen Standardmodells enthalten. Unklar ist, welche Elementarteilchen es stattdessen sein könnten. Die dunkle Materie kann normale Materie unbemerkt durchdringen, das macht ihren Nachweis schwierig. Neue leistungsfähigere Teilchenbeschleuniger und Detektoren könnten die Rätselteilchen aber zukünftig vielleicht nachweisen – so die Hoffnung der Astrophysiker.

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HIGHLIGHTS

Erde, Wetter, Klima

Orkane, Brände, Fluten – schwere Naturkatastrophen weltweit

Großbritannien Deutschland und andere Länder Mitteleuropas

Griechenland Juni und Juli 2007: Hochwasser Die ergiebigsten Regenfälle seit Beginn der Wetteraufzeichnungen vor rund 250 Jahren sorgten zunächst in Nordengland und Wales und wenige Wochen später in Mittel- und Südengland für schwere Hochwasserkatastrophen an den Flüssen, darunter auch Themse und Severn. Folgen: Sechs Todesopfer, 4,5 Milliarden Euro Gesamtschäden bei beiden Überschwemmungskatastrophen; zahlreiche überflutete Städte, Gemeinden und landwirtschaftliche Flächen. Mehrere Orte waren von der Umwelt abgeschnitten, in den Regionen um Tewkesbury und Gloucester waren 350.000 Menschen wochenlang ohne fließendes Wasser.

04.09.2007 bis 05.09.2007: Hurrikan Felix Ein Hurrikan der Kategorie fünf zog mit Windgeschwindigkeiten von bis zu 300 Kilometern pro Stunde über Nicaragua, Honduras und andere Teile Mittelamerikas hinweg. Felix knickte Strommasten um, deckte Dächer ab und entwurzelte Bäume. Heftige Regenfälle sorgten zudem vielerorts für schwere Überschwemmungen. Folgen: über 100 Tote und mehrere Hundert Verletzte, Gesamtschäden in Milliardenhöhe; mindestens 16.600 eingestürzte oder beschädigte Häuser, 50.000 Menschen wurden obdachlos.

15.08.2007: Erdbeben Ein Seebeben der Stärke 8,0 erschütterte vor allem die Städte Ica, Chincha und Cañete an der Pazifikküste. Eine zunächst herausgegebene TsunamiWarnung wurde einige Stunden später wieder aufgehoben. Folgen: 540 Tote und mehrere tausend Verletzte; 40.000 Häuser wurden stark beschädigt oder zerstört. Der Wiederaufbau der Städte, Verkehrswege und Infrastruktureinrichtungen wird rund 400 Millionen US-Dollar kosten.

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Mittelamerika, vor allem Nicaragua West-, Ost- und Zentralafrika

Peru

August und September 2007: Überschwemmungen Schwere Unwetter mit heftigen Niederschlägen führten zu großflächigen Überschwemmungen in zwölf Ländern West-, Ost- und Zentralafrikas (darunter Sudan, Uganda, Äthiopien, Ghana, Burkina Faso und Nigeria. Hunderte von Dörfern waren komplett von der Außenwelt abgeschnitten oder wurden vollständig Opfer der Fluten. Folgen: Mehrere Hundert Tote und Verletzte; Millionen Menschen wurden obdachlos und mussten sich vor den Wassermassen in Sicherheit bringen. Die Fluten vernichteten viele Ernten.

Schwere Naturkatastrophen weltweit

18.01 2007 bis 19.01.2007: Orkan Kyrill Mit Windgeschwindigkeiten von zum Teil über 200 Kilometern pro Stunde zog Orkantief Kyrill über Mitteleuropa hinweg; am schwersten betroffen war Deutschland. Aber auch in Großbritannien, in den Benelux-Staaten, Österreich, Polen und Tschechien deckte der Wintersturm unzählige Häuser ab, knickte Strommasten und ganze Waldbereiche um; erstmals in der Geschichte Deutschlands wurde der Zugverkehr komplett eingestellt. Folgen: Mindestens 49 Todesopfer, über 4,7 Milliarden Euro Gesamtschäden allein in Deutschland.

20.07.2007 bis 05.09.2007: Waldbrände Mehr als hundert, zum Teil von Brandstiftern gelegte Feuer wüteten in mehreren Regionen Griechenlands. Am schlimmsten betroffen waren die Insel Euböa und vor allem die Halbinsel Peleponnes. Erst durch massive internationale Hilfe konnten die Flammen unter Kontrolle gebracht werden. Folgen: 65 Tote, zahlreiche Verletzte, Gesamtschäden fünf Milliarden Euro; 200.000 Hektar Land verbrannten, mehr als 2.000 Häuser wurden zerstört.

02.08.2007 bis 27.08.2007: Überschwemmungen Unwetter mit tagelang anhaltenden Regenfällen führten in Nordkorea zu schweren Überschwemmungen. Vor allem zwei Provinzen an der Grenze zu Südkorea sowie eine Provinz im Osten Nordkoreas wurden von der Naturkatastrophe besonders stark verwüstet.

Nordkorea

Folgen: 600 Todesopfer; 30.000 Häuser und elf Prozent der Anbauflächen für Reis und Mais wurden vernichtet, bis zu 300.000 Menschen waren obdachlos. Die Wassermassen beschädigten auch wichtige Eisenbahnstrecken, Straßen und Brücken.

Indien, Nepal und Bangladesch

Vietnam und Philippinen

Malaysia, Indonesien, Singapur

30.11. 2007 bis 05.12.2006: Taifun Durian (Reming) Der tropische Wirbelsturm Durian fegte mit Windgeschwindigkeiten von fast 200 Kilometern pro Stunde über die Philippinen und Vietnam hinweg. Starkregenfälle sorgten für zahlreiche Erdrutsche, die Dutzende von Dörfern unter sich begruben. Insgesamt waren mindestens 1,5 Millionen Menschen von Durian betroffen, 80.000 mussten evakuiert werden. Folgen: 813 Todesopfer, 1.485 Milliarden US-Dollar Schäden; mehr als 200.000 Häuser wurden beschädigt oder zerstört; 800 Fischerboote sanken als Folge des tropischen Wirbelsturms.

Juli bis September 2007: Überschwemmungen Ungewöhnlich heftige Monsunniederschläge ließen die Flusspegel in Indien, Nepal und Bangladesch ansteigen. In der Folge kam es zu schweren, großflächigen Überschwemmungen in der Region. Folgen: Bis zu 3.000 Todesopfer, Schäden in Milliardenhöhe; 25 bis 30 Millionen Menschen waren zumindest zeitweise obdachlos, mehr als 2.000 Dörfer wurden überschwemmt oder mussten nach Behördenangaben komplett evakuiert werden.

Dezember 2006 bis Januar 2007: Erdrutsche und Überschwemmungen Langanhaltende, sintflutartige Regenfälle sorgten in vielen Regionen für Hochwasser, Erdrutsche und Schlammlawinen. Folgen: 211 Tote, fast 700 Millionen US-Dollar Gesamtschäden; zehntausende Häuser wurden vernichtet; große Verluste auch in der Landwirtschaft und bei Infrastruktureinrichtungen; rund 700.000 Menschen mussten evakuiert werden.

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HIGHLIGHTS

Erde, Wetter, Klima

Immer häufiger? – Extreme Wetterereignisse in Europa Firefighter im Einsatz. © FEMA/ Bob McMillan

Verheerende Unwetter, Hitzewellen, Waldbrände und Jahrhunderthochwasser hat es schon immer gegeben – auch in Europa. Durch den Klimawandel werden solche extremen Wetterereignisse nach Ansicht der Klimaforscher in Zukunft aber immer häufiger auftreten. Einen Vorgeschmack auf das, was uns künftig erwartet, hat bereits das Jahr 2007 gebracht. Es war ein Sturm der Superlative. Einer, wie er normalerweise höchstens alle zehn bis zwanzig Jahre vorkommt: In der Nacht vom 18. auf den 19. Januar 2007 zog das Orkantief Kyrill von den britischen Inseln kommend mit Windgeschwindigkeiten von mehr als 150 Kilometern pro Stunde (km/h) über Deutschland und weite Teile Mitteleuropas hinweg. Die stärkste Windböe hierzulande wurde am Wendelstein mit offiziell 202 km/h gemessen, dicht gefolgt vom Brocken mit 198 km/h. Stellenweise herrschte länger als 24 Stunden am Stück Wind in Sturmstärke. Fliegende Dachziegel, umstürzende Bäume und herumfliegende Schilder sorgten für chaotische Zustände auf den Straßen und Angst und Schrecken bei den Menschen. Kyrill wütete so heftig, dass erstmals in der Geschichte der Bundesrepublik Deutschland sogar der Zugverkehr nahezu komplett eingestellt werden musste. Tausende Reisende harrten in den Bahnhöfen aus und wurden zum

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Wetterereignisse in Europa

Teil in Notquartieren untergebracht. Auch viele Flüge fielen dem unaufhörlich wehenden Wind zum Opfer. In verschiedenen Regionen waren die Menschen zudem ohne Strom und Telefon.

Viele Todesopfer und Schäden in Milliardenhöhe Erst am nächsten Tag, als das große Aufräumen begann, wurde das ganze Ausmaß der Katastrophe sichtbar: Gewaltige Strommasten waren umgeknickt, Dächer gleich reihenweise abgedeckt, Straßen und Bahnlinien unpassierbar, überall lagen demolierte Gebäudeteile herum. Am schlimmsten betroffen von Kyrill war neben Deutschland vor allem Großbritannien. Aber auch in den Benelux-Staaten, Österreich, Polen, Tschechien, der Schweiz oder Teilen Frankreichs sah es kaum besser aus. Europaweit hatte der Sturm mindestens 49 Menschenleben gekostet, die Sachschäden beliefen sich auf mehr als 13 Milliarden US-Dollar. Schon mitten in der Sturmnacht waren tausende Rettungskräfte von Feuerwehr und Technischem Hilfswerk im Einsatz gewesen, um die gröbsten Schäden zu beseitigen. Alle Bahnstrecken und Flughäfen wieder einsatzbereit und alle Straßen frei zu machen, dauerte aber Tage. Nur die Schüler konnten sich freuen: In vielen Regionen wurde der Unterricht vorsichtshalber erst einmal ganz oder teilweise abgesagt. „Kyrill hat erneut das hohe Schadenpotenzial durch Winterstürme in Europa aufgezeigt. Die Sturmschäden lagen im Erwartungsbereich unserer Risikomodelle. Die Versicherungswirtschaft muss das steigende Risiko durch Winterstürme im Zuge des Klimawandels in den Kalkulationen prospektiv berücksichtigen.“, kommentierte Torsten Jeworrek, Vorstandsmitglied der Münchener Rück, Kyrill und seine Folgen. Die Münchener Rück gehört zu den größten Versicherungsgesellschaften weltweit und übernimmt dabei Teile des Risikos anderer Versicherungen.

Ein etwa 80 cm dicker Baum auf dem Bückeberg bei Stadthagen, der vom Sturm Kyrill abgebrochen wurde. © Kai-Martin Knaak/ GFDL

Zerstörte Wälder und Landschaften Die Aufräumarbeiten in den Wäldern und die Reparaturen an den Strommasten und Häuserdächern zogen sich noch über Wochen und Monate hin. „Der Orkan Kyrill war der bisher schwerste Sturm, der jemals in unseren Wäldern gewütet hat. Er hat nach aktuellen Schätzungen mehr als zwölf Millionen Kubikmeter Holz zu Boden gefegt. Etwa 25 Millionen Bäume wurden regelrecht rasiert. Damit entfällt fast die Hälfte des Gesamtschadens allein auf unser Bundesland“, so Eckhard Uhlenberg, Umweltminister des Landes Nordrhein-Westfalen am 25. Januar 2007 vor dem Landtag in Düsseldorf. Und weiter: „Diese Zahlen können das wahre Ausmaß der Verwüstung allerdings kaum beschreiben…

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HIGHLIGHTS

Erde, Wetter, Klima

Hier wurden in wenigen Stunden natürliche Lebensräume und Landschaftsbilder radikal verändert, die in Jahrhunderten gewachsen und die auch für die touristische Anziehungskraft dieser Region von großer Bedeutung waren.“

Note „sehr gut“ für Katastrophenschutz in Deutschland? Das es nicht noch mehr Todesopfer und Sachschäden zu beklagen gab, lag nach Ansicht von Bundesinnenminister Wolfgang Schäuble auch am deutschen Katastrophen-Management im Vorfeld und während des Orkans. So hatten das Bundesamt für Bevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe und der Deutsche Wetterdienst die Bevölkerung schon lange vor dem Eintreffen von Kyrill über das drohende Sturmtief und mögliche Selbstschutzmaßnahmen informiert. „Der Einsatz infolge des Orkans ‚Kyrill‘ zeigt deutlich, dass der Katastrophenschutz in Deutschland gut aufgestellt ist“, zog Schäuble bereits am 19. Januar 2007 in Berlin ein Fazit. „In Verbindung mit den exakten Wetterprognosen hat das deutsche Notfallsystem seine Leistungsfähigkeit unter Beweis gestellt.“

Flammendes Inferno in Südeuropa

Kyrill wirft 25 Millionen Bäume um – allein in NRW. © Preller/Wald und Holz NRW

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Kyrill war jedoch nicht die einzige Naturkatastrophe, die 2007 in Europa für Aufregung sorgte. Einige Monate nach dem Orkantief, Mitte Juni 2007, rückte Südeuropa in den Mittelpunkt des Geschehens. Wochenlange extreme Temperaturen von 40 Grad Celsius und mehr, Regenmangel und frischer Wind, hatten die Wälder dort zu tickenden Zeitbomben gemacht. Fast überall stieg die Waldbrandgefahr kontinuierlich an. Kurze Zeit später war es dann soweit. Meterhohe Flammen auf Sardinien und Sizilien, wie Fackeln brennende Bäume in Montenegro oder Kroatien, verheerende Feuersbrünste auf dem Peleponnes – nahezu gleichzeitig brachen in vielen Ländern rund um das Mittelmeer hunderte von Waldbränden aus. Sie sorgten für Rauchschwaden, die man noch aus dem All erkennen konnte. Laut dem Europäischen Waldbrand-Informationssystem EFFIS, das Feuerwarnungen ausspricht, aber auch Schäden ermittelt, war der Juli 2007 sogar der schlimmste Waldbrandmonat aller Zeiten. Berechnungen von EFFIS hatten ergeben, dass schon zu diesem frühen Zeitpunkt des Jahres 3.376 Quadratkilometer Land vernichtet worden waren – so viel wie noch nie zuvor seit Beginn der Datenerfassung. Betroffen von den Flammen waren auch zahlreiche Touristenzentren in Griechenland, Italien oder auf den Kanarischen Inseln: Campingplätze brannten nieder, Hotelkomplexe wurden von den Flammen umzingelt und tausende von verschreckten Urlaubern mussten von Helfern in Sicherheit gebracht werden. Löschflugzeuge versuchten derweil aus der Luft, die immer wieder auflodernden Feuer unter Kontrolle zu bringen. Mobile Einsatzkommandos der Feuerwehr und Hilfsorganisationen unterstützten sie dabei vom Boden aus. Trotz aller Bemühungen kamen allein in Italien 13 Menschen durch die

Wetterereignisse in Europa

Waldbrände um, viele Menschen mussten zudem mit Vergiftungserscheinungen in Krankenhäusern behandelt werden. Die Sachschäden erreichten Milliardenhöhe.

Ausnahmezustand in Griechenland So schlimm die Folgen dieser Waldbrände auch waren, dies war erst der Anfang – zumindest in Griechenland, denn dort wüteten die Flammen auch im August noch ohne Unterlass weiter. Besonders betroffen waren die Halbinsel Peleponnes und die Insel Euböa, wo zeitweise allein 100 großflächige Brände gemeldet wurden. Dutzende von Dörfern waren von den Flammen vollständig eingeschlossen und warteten zum Teil vergeblich auf Hilfe. Sogar die antike Stätte von Olympia, wo vor mehr als zweitausend Jahren die ersten Olympischen Spiele stattfanden, drohte von den Waldbränden vernichtet zu werden. Die Regierung rief zwar den Notstand aus, war aber mit den Lösch- und Rettungsarbeiten ansonsten völlig überfordert. Erst mit einem massiven Aufgebot an internationaler Hilfe konnte man der Waldbrände schließlich Anfang September Herr werden. Bilanz der verheerenden Naturkatastrophe: 64 Tote, zahlreiche Verletzte sowie Gesamtschäden in Höhe von rund fünf Milliarden Euro. Insgesamt hatten die Flammen 200.000 Hektar Land verbrannt und mehr als 2.000 Häuser zerstört.

Brandstiftung statt Blitzschlag Doch waren allein die enorme Hitze und die Trockenheit verantwortlich für die Waldbrände in Südeuropa? Nein, meint zumindest die Umweltschutzorganisation World Wide Fund For Nature (WWF) und viele Versicherungsexperten und Wissenschaftler unterstützen diese Ansicht. Nach einer neuen Studie des WWF ist sogar fast immer der Mensch für solche Naturkatastrophen verantwortlich. Danach werden heute nur vier Prozent aller Brände auf natürlichem Weg ausgelöst, durch einen Blitzschlag zum Beispiel. Der Rest geht auf das Konto von bewusster Brandstiftung oder nachlässigen Touristen und Einheimischen. Denn manchmal reicht schon eine weggeworfene Zigarette oder ein nicht richtig gelöschter Grill, um das Inferno auszulösen. Auch zu künstlich angelegte Wälder mit Monokulturen und gebietsfremden Bäumen können die Waldbrandgefahr weiter erhöhen. „Es ist jedes Jahr das Gleiche“, sagt dazu Nina Griesshammer, Waldexpertin des WWF. „Im Mittelmeerraum kann man schon die Uhr danach stellen, wann es wieder brennen wird.“ Nach den Ergebnissen der Umweltschützer hat sich die durchschnittliche jährliche Waldbrandfläche dort seit den 1960er Jahren vervierfacht. Professor Johann Goldammer von der Arbeitsgruppe Feuerökologie am Max-Planck-Institut für Chemie sieht auch noch andere Gründe für die Brände – zum Beispiel die Landflucht oder das Abbrennen von Stoppelfeldern. Viele junge Menschen

Von Bränden vernichtete Waldflächen in Griechenland (Stand 29. August 2007). © MODIS/NASA/GSF

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Erde, Wetter, Klima

Brandland kein Bauland „Wir wissen, dass ein großer Teil der Waldbrände auf Brandstiftung zurückgeht. Kaum ist ein Wald abgebrannt, interessieren sich auffallend oft Grundstücksspekulanten für das Gebiet, das sie nie hätten kaufen können, als der Wald dort noch stand.“ Nina Griesshammer, Waldexpertin des WWF. Die Umweltschutzorganisation hat deshalb im Juli 2007 ein EUGesetz gefordert, das es verbietet, auf abgebrannten Waldflächen zu bauen.

in Südeuropa ziehe es mit Macht in die Städte. „Das Land liegt dadurch brach und wächst zu – es verbuscht“, sagt Goldammer. Zudem gibt es mehr brennbares Material in den nicht bewirtschafteten Wäldern, Feuer brechen daher leichter aus und lodern dann auch heißer. Und er weist noch auf einen anderen Aspekt der Busch- und Waldbrände in Südeuropa hin: Weniger Wälder nehmen auch weniger vom Treibhausgas CO2 auf. „Wenn wir diese Wälder verlieren, ist dies ein Nettobeitrag zum Treibhauseffekt.“, so Goldammer.

Die Gefahr lauert auch in Deutschland Seiner Meinung nach könnte es auch in Deutschland zu einer ähnlichen Katastrophe wie im Mittelmeerraum kommen – wenn die Wetterbedingungen stimmen: lang anhaltende hohe Temperaturen, Trockenheit und starke Winde: „Eine solch gefährliche Situation hatten wir im April. Der deutsche Feuerindex war dunkelrot“, so Goldammer. „Nur hat es bei uns nicht so schlimm gebrannt wie derzeit in Griechenland. Wir sind mit einem blauen Auge davon gekommen.“

Land unter in Großbritannien

Im Juli 2007 setzten schwere Überschwemmungen, wie im britischen Abingdon, ganze Ortschaften unter Wasser. © Peter Cooper /CC 2.0

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Während in Südeuropa die Menschen wochenlang mit den Flammen kämpften, meldeten viele Regionen in Mitteleuropa nahezu zur gleichen Zeit „Land unter“. Ganz besonders mit Hochwasser zu kämpfen hatte Mitte des Jahres 2007 Großbritannien. Zunächst wurden im Juni der Norden Englands sowie Wales von massiven Überschwemmungen heimgesucht, nicht einmal vier Wochen später überfluteten die Themse und ihre Nebenflüsse wie der Severn dann große Bereiche in Mittel- und Südengland. Besonders schlimm betroffen waren bei der zweiten Hochwasserwelle unter anderem die Regionen Gloucestershire, Herefordshire, Lincolnshire, Oxfordshire und Berkshire. Viele Bewohner mussten mithilfe von Hubschraubern aus ihren Häusern gerettet werden. Einige andere Orte waren dort sogar komplett von der Außenwelt abgeschnitten. Sogar bis in den historischen Stadtkern der alten Universitätsstadt Oxford drangen die Fluten vor. Ursache für die beiden schweren Überschwemmungen: Ungewöhnlich ergiebige Niederschläge, die die Flüsse anschwellen und über die Ufer treten ließen. Nach den Ergebnissen der Meteorologen fiel von Mai bis Juli 2007 in Großbritannien mehr Regen als jemals seit Beginn der Wetteraufzeichnungen vor rund 250 Jahren registriert. Entsprechend groß waren die Sachschäden. Nach Berechnungen der britischen Regierung belaufen sich die Kosten für die beiden Hochwasserkatastrophen auf rund 4,5 Milliarden Euro, mindestens sechs Menschen kamen in den Fluten um. In den Regionen um Tewkesbury und Gloucester mussten zudem 350.000 Menschen nach einem Flut-bedingten Ausfall eines Wasserwerks mehrere Wochen lang ohne fließendes Wasser auskommen. Fazit: Allein diese Naturkatastrophen sorgten für mehr als 200 Todesopfer und Gesamtschäden von über 20 Milliarden Euro. Stimmen die Prognosen der Klimaschützer, könnten solche extremen Wettereignisse schon bald vom Einzelzum Regelfall werden und damit Mensch und Natur, aber auch Versicherungen und die Wirtschaft vor immense Probleme stellen.

Weltklima

Weltklima – Das Update

Der Klimawandel ist längst da und der Mensch ist schuld – so lässt sich das Ergebnis des 4. Weltklimaberichts zusammenfassen, dessen erster Teil im Februar 2007 in Paris der Öffentlichkeit präsentiert wurde. Im April und Mai 2007 legten die mehr als hundert Wissenschaftler des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) zwei weitere Teilberichte vor, in denen sie die zu erwartenden ökologischen Folgen des Wandels konkretisierten und Klimaschutzmaßnahmen auf ihre Wirksamkeit hin untersuchten.

Australien gehört zu den immer stärker von Dürren bedrohten Regionen. Hier das Gelände einer Farm nach drei Jahren Trockenheit. © SXC/Adrian Lynch

Die Erde hat sich in den letzten Jahrzehnten bereits um mehr als 0,7 Grad Celsius (°C) erwärmt. Elf der letzten zwölf Jahre waren die wärmsten seit Beginn der Aufzeichnungen. Wenn nicht gegengesteuert wird, so die IPCC-Experten, könnte sich das Klima in den nächsten Jahrzehnten um 0,2°C pro Dekade weiter erwärmen. Ein Temperaturanstieg um bis zu 6,4°C droht damit bereits bis zum Ende dieses Jahrhunderts. Die größte Erwärmung wird dabei laut IPCC-Bericht vor allem in den hohen nördlichen Breiten stattfinden. Und selbst bei einem sofortigen Ende aller Treibhausgas-Emissionen würde durch die Trägheit des Klimasystems ein weiterer Temperaturanstieg um bis zu circa 0,6°C erfolgen. Hinsichtlich des Meeresspiegelanstiegs sind die Projektionen bis 2100 ebenfalls eindeutig: 19 bis 37 Zentimeter sind es im niedrigsten und 26 bis 58 Zentimeter im höchsten

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HIGHLIGHTS

Erde, Wetter, Klima

Wer steckt hinter dem IPCC? Das Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) wurde 1989 von der Meteorologischen Weltorganisation (WMO) und dem Umweltprogramm der Vereinten Nationen (UNEP) ins Leben gerufen. Das Gremium soll alle wissenschaftlichen, technischen und sozio-ökonomischen Informationen sammeln und auswerten, die für die Einschätzung des Klimawandels und seiner Folgen nötig ist. Aktiv für das IPCC tätig sind mehrere hundert bis 2.500 renommierte Klimaforscher weltweit. Sie führen dabei im Auftrag des IPCC keine zusätzlichen Forschungen durch oder überwachen klimatische Parameter, sondern werten in erster Linie die in der wissenschaftlichen Fachpresse erscheinenden Veröffentlichungen aus.

Prognosen für die Temperaturentwicklung bis 2100. © IPCC

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Szenario. Auch nach vollständigem Ende der Emissionen wird der Meeresspiegel über viele Jahrhunderte ansteigen, bedingt durch eine weitere Erwärmung des tiefen Ozeans. In Bezug auf das Eis im Inneren Grönlands und der Antarktis bestehen zurzeit noch große Unsicherheiten in der Prognose. Im Gegensatz zu den Küstengletschern scheinen diese Eisdecken bisher nur wenig gefährdet, doch nach Ansicht der Wissenschaftler kann ein stärkerer Beitrag zum zukünftigen Meeresspiegelanstieg nicht ausgeschlossen werden. Zum ersten Mal in seiner Geschichte hat das IPCC in diesem Bericht den Menschen als Verantwortlichen für die globale Erwärmung benannt. „Mit dem nun vorliegenden Bericht sollten letzte Zweifel ausgeräumt sein, dass wir Menschen es sind, die die Klimaschraube überdrehen. Folglich liegt es auch in unserer Hand, diese gefährliche Fehlentwicklung entschlossen durch Reduktion der Treibhausgasemissionen zu korrigieren“, so Hans Joachim Schellnhuber, Direktor des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) und Chefberater der Bundesregierung in Klimafragen.

Die Klimafolgen Der zweite Teil des IPCC-Berichts zeigt, dass Auswirkungen des Klimawandels auf Natur und Mensch schon jetzt spürbar oder zumindest messbar sind. Zahlreiche natürliche Systeme haben bereits auf regionale Klimaänderungen reagiert. Mehr als 89 Prozent von über 29.000 untersuchten Datensätzen verschiedener Standorte verändern sich dabei genau in die Richtung, die die Forscher als Klimafolge erwarten. Für die Zukunft bedeutet das nichts Gutes: Trockene Länder der niedrigen und mittleren Breiten werden an Wasserknappheit leiden, flache Küstenregionen unter Sturmfluten und Überschwemmungen. Auch die Landwirtschaft sowie die menschliche Gesundheit sind vom Klimawandel besonders betroffen. Dabei werden die Auswirkungen in einigen Regionen besonders spürbar sein, zum Beispiel in der Arktis, in Afrika – vor allem im südlichen Teil -, auf kleinen Inseln und in den ausgedehnten asiatischen Mündungsgebieten wie etwa des GangesBrahmaputra und des Zhujiang. „Die armen Menschen sind die anfälligsten, und sie werden am stärksten von den Auswirkungen des Klimawandels getroffen“, erklärte der Vorsitzende der IPCC-Arbeitsgruppe Rajendra Pachauri. „Daraus entsteht eine weltweite Verantwortung.“ Am dramatischsten sind die Auswirkungen für Afrika, wo bis 2020 vermutlich bis zu 250 Millionen Menschen unter Wassermangel zu leiden haben. In einigen Ländern werden die Ernten um die Hälfte zurückgehen. Nicht nur viele menschliche Gesellschaften, auch die Natur wird in einigen Bereichen mit der raschen Erwärmung nicht Schritt halten können. Schon jetzt hat sich der Rhythmus einiger natürlicher Phänomene verändert: Typische Frühlingsereignisse, wie beispielsweise die Entfaltung der Blätter, der Vogelzug oder die Eiablage verschiedener Tiere, treten heute bereits früher ein als noch vor einigen Jahrzehnten. Noch in diesem Jahrhundert könnten solche und andere Veränderungen Ökosysteme wie die Tundra, boreale Wälder, alpine und mediterrane Ökosysteme, sowie Mangroven und Korallenriffe gefährden. Insgesamt

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werden sich die Verbreitungsgebiete von Pflanzen- und Tierarten verschieben: Sie wandern polwärts und erobern in den Gebirgen größere Höhen als bisher. Die ursprüngliche Lebenswelt von polaren und alpinen Gebieten gerät dadurch stärker unter Druck. Tiere und Pflanzen, die sich an die klimatischen und ökologischen Veränderungen nicht schnell genug anpassen können, bleiben dabei auf der Strecke. Nach Schätzungen der IPCC-Experten könnten rund 20 bis 30 Prozent der Tier- und Pflanzenarten weltweit aussterben, wenn die Temperatur um mehr als 1,5 bis 2,5 Grad ansteigt – ein Wert, der möglicherweise noch in diesem Jahrhundert erreicht und höchstwahrscheinlich noch übertroffen wird.

Das Handeln: (noch) möglich Es wird eng für den Klimaschutz: Werden nicht innerhalb der nächsten 15 Jahre effiziente Klimaschutztechnologien und deutliche Maßnahmen ergriffen, ist eine unumkehrbare Klimakatastrophe nicht mehr zu verhindern. Das ist das Fazit des im Mai 2007 in Bangkok veröffentlichten dritten Teils des IPCC-Weltklimaberichts. Im Mittelpunkt stehen hier die Maßnahmen, die ergriffen werden müssen, um die globale Erwärmung einzuschränken. Der Bericht differenziert dabei zwischen Maßnahmen bis 2030 und Maßnahmen im Zeitraum danach. Zurzeit liegt die Konzentration der Treibhausgase in der Atmosphäre bei rund 383 ppm (Teilchen pro einer Million Luftmoleküle), jedes Jahr steigt sie um weitere rund 2,5 ppm. Um den Klimawandel zumindest abzubremsen, müsste die Konzentration bei maximal 420 ppm eingefroren werden – ein Ziel, dass nur mit baldigen und drastischen Maßnahmen überhaupt noch zu erreichen ist. Die Wissenschaftler zitieren mehrere Studien, nach denen bis 2015, zum Teil auch bis 2012, der Treibhausgas-Ausstoß um 48 bis 86 Prozent gegenüber dem Jahr 2000 verringert werden muss. Nur eine solche „Vollbremsung“ könne die Menschheit noch vor einem Klimakollaps retten.

IPCC-Prognosen für drei unterschiedliche Szenarien: B1: schnelle weltweite Einführung klimaschonender Technologien, globale Bemühungen um Nachhaltigkeit. A1B: schnelles Wirtschaftswachstum, wachsende Globalisierung, Energiegewinnung sowohl aus erneuerbaren wie aus fossilen Quellen. A2: wachsende Bevölkerung, heterogene Entwicklung, kein globaler Klimaschutz. © IPCC

Technologien: Alle für eines Für die nähere Zukunft kommen die Forscher zu dem Schluss, dass nicht eine einzige Technologie oder Strategie den Klimawandel aufhalten kann, sondern alle Sektoren zum Klimaschutzziel beitragen müssen. Als Schlüsselfaktoren sieht das IPCC dabei den Ausbau erneuerbarer Energien und die Erhöhung der Energieeffizienz. Explizit benannt werden dabei die Abscheidung und Speicherung

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HIGHLIGHTS

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von CO2 für Anlagen mit fossilen Brennstoffen, der Ausbau von Solarkraft, Wellenund Wasserkraft, aber auch die umstrittene Atomkraft. Im Verkehrsbereich sollen alternative Kraftstoffe, Hybridfahrzeuge und effektivere Antriebe für Flugzeuge die Emissionen einschränken helfen. Die Emissionseinsparungen können dabei durchaus mithilfe existierender oder in den nächsten Jahren entwickelter Technologien erreicht werden – allerdings nur, wenn entsprechende Anreize auch von politischer Seite geschaffen werden. Bis 2030 sollten nach Ansicht der IPCC mindestens 16 Billionen Dollar in CO2arme Technologien investiert werden. Dabei sind allerdings nicht nur die Industrieländer, sondern auch die Schwellenländer gefragt. Denn auch sie haben einen immer stärkeren Anteil an der Emission der Treibhausgase. Insgesamt entsprechen die Kosten für konzertierte Maßnahmen im Jahr 2030 in etwa einer Absenkung des globalen Bruttoinlandsprodukts um maximal drei Prozent. Die Staaten hätten damit eine Einbuße in ihren durchschnittlichen jährlichen Wachstumsraten von 0,12 Prozent. Das Ausmaß der Kosten allerdings kann von Land zu Land stark schwanken.

Was sonst noch geschah: Der Klimawandel bringt neben der globalen Erwärmung eine ganze Reihe weiterer, regional unterschiedlicher Folgen. Hier eine Auswahl, beruhend auf Daten des IPCC

Spanien: Wald- und Buschbrände nehmen zu, Extremtemperaturen im Sommer fordern Todesopfer, Wasserknappheit wird zur Regel. Die Stromproduktion durch Wasserkraft sinkt um mehr als 25 Prozent. (2070)

Meeresspiegelanstieg schneller als gedacht Eine zeitgleich zum IPCC-Bericht veröffentlichte Studie unter Federführung von Stefan Rahmstorf vom Potsdam Institut für Klimafolgenforschung (PIK) belegt, dass der beobachtete Anstieg der Temperaturen von 1990 bis 2006 im

Nordseeküsten: Überschwemmungen nehmen zu. Starkregen bringen Sturzfluten mit sich. Die Sturmflutstärke und -häufigkeit steigt. Die Erosion durch Wasser und Wind nimmt überall zu.

Nordeuropa: Verminderter Heizbedarf, steigende Ernteerträge und ein verstärktes Waldwachstum durch mildere Temperaturen. Hochwässer im Winter nehmen zu, die Böden werden instabiler, Erdrutsche und Erosion werden häufiger.

Mitteleuropa: Heißere und trockenere Sommer bringen Wassermangel und Hitzewellen. Die Wälder wachsen langsamer und werden krankheitsanfälliger, die Waldbrandgefahr steigt. Bangladesh: Die jährlich überschwemmten Gebiete wachsen um mindestens ein Viertel, wenn die globalen Temperaturen um 2°C ansteigen.

Nordkalifornien: Die Wassermenge der Flüsse nimmt so stark ab, dass der Wasserbedarf nicht mehr gedeckt werden kann. (2020)

Indischer Ozean: Bei einem Meeresspiegelanstieg von zehn Zentimetern verringern die Grundwasserreservoire kleiner Inseln ihre Dicke von 25 Meter auf nur noch einen Meter. (2040-2080) Brasilien: Die Grundwasser-Erneuerung sinkt durch anhaltende Trockenheit um mehr als 70 Prozent. (2050)

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Mozambique: Die immer häufiger werdenden starken Regenfälle erhöhen das Seuchenrisiko in den Gegenden mit Mangel an sauberem Trinkwasser und mangelhafter Infrastruktur.

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oberen Bereich dessen lag, was im letzten IPCC-Bericht prognostiziert worden war. Beunruhigt ist der Klimaexperte aber vor allem über den unerwartet raschen Anstieg des Meeresspiegels. „Satellitendaten belegen, dass der globale Meeresspiegel seit 1993 um mehr als vier Zentimeter angewachsen ist, schneller als in den Berechnungen der Klimamodelle.” Rahmstorf warnte allerdings vor zu schnellen Schlussfolgerungen: „Ob sich dieser beobachtete Trend zukünftig weiter fortsetzt, kann man auf Grundlage der neuen Messdaten noch nicht abschätzen.“ (02/2007, Science) Klimawandel kostet Deutschland 3.000 Milliarden Euro Werden nicht schnellstens wirksame Maßnahmen zum Klimaschutz ergriffen, könnten allein in Deutschland bis zum Jahr 2100 fast 3.000 Milliarden Euro Kosten entstehen. Schon die Kosten für die reinen Klimaschäden betragen nach Angaben des Deutschen Instituts für Wirtschaftsforschung (DIW) rund 330 Milliarden Euro. Hinzu kommen noch weitere Kosten für die Anpassung an den Klimawandel, zusätzliche Kosten im Gesundheitssektor, der Land- und Forstwirtschaft sowie dem Tourismus. Auch die Energiewirtschaft ist vermutlich von den Folgen des Klimawandels massiv betroffen: Denn aufgrund von heißen Sommern und Trockenperioden führen die Flüsse nicht genügend Wasser für die Kühlung der Kraftwerke. Als Folge wird der Strom knapp und damit teurer. Stürme oder extreme Eislasten können zudem die Energieinfrastruktur und die Ölförderung beeinträchtigen. (03/

Auch die Intensität und Häufigkeit von Wirbelstürmen nimmt im Zuge des Klimawandels zu. Hurrikan Katrina entstand ungewöhnlich spät in der Saison und ließ 2005 New Orleans in den Fluten versinken. © NASA, NOAA

2007, DIW)

Massenflucht durch Wüstenwachstum Ein Drittel der gesamten Menschheit ist bereits jetzt von der Ausbreitung der Wüsten betroffen. Ohne Gegenmaßnahmen macht die Desertifikation jedoch schon in den nächsten zehn Jahren mehr als 50 Millionen Menschen heimatlos und zu Umweltflüchtlingen. Das ist das Ergebnis einer Studie von Wissenschaftlern der Vereinten Nationen. Die Anzahl der Flüchtlinge überträfe die gesamte Bevölkerung von Südafrika oder Südkorea – und sie wären erst der Beginn. Die Wissenschaftler, gestützt auf die Daten von mehr als 200 Experten aus 25 Ländern, fordern die Regierungen dazu auf, eine breitere, übergeordnete Sicht der Problematik anzunehmen und vermehrt koordinierte und integrierte Maßnahmen zu ergreifen. Gefragt sei jetzt eine Strategie, die sowohl den Kampf gegen die Wüstenbildung als auch gegen den Klimawandel und die Armut umfasst. (06/2007, UN)

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HIGHLIGHTS

Erde, Wetter, Klima

INTERVIEW Prof. Stefan Rahmstorf vom Potsdam Institut für Klimafolgenforschung ist einer der Leitautoren des 4.IPCC-Berichts und einer der renommiertesten Klimaforscher Deutschlands. © Stefan Rahmstorf

Die Wetterextreme häufen sich. Sind das nur Einzelereignisse oder doch schon konkrete Symptome des Klimawandels? Die globale Durchschnittstemperatur ist in den letzten 100 Jahren um 0,8 ºC angestiegen. In vielen kontinentalen Gebieten, auch bei uns in Mitteleuropa, liegt die gemessene Erwärmung noch deutlich höher. Es ist logisch, dass im Zuge dieser Erwärmung auch immer wieder Wärmerekorde gebrochen werden. Elf der letzten zwölf Jahre gehören zu den zwölf wärmsten seit 1850. Aber die globale Datenübersicht im neuen IPCC-Bericht zeigt, dass beispielsweise auch die Extremniederschläge weltweit zugenommen haben. Das liegt daran, dass wärmere Luft mehr Wasser enthalten kann. Andererseits hat sich dievon Dürre betroffene Landfläche seit den 1970er Jahren mehr als verdoppelt. Ein Beispiel ist der Mittelmeerraum, wo die wachsende Trockenheit immer wieder zu verheerenden Waldbränden führt.

Was ist am diesjährigen IPCCBericht neu gegenüber dem vorherigen von 2001?

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Die Grundaussagen sind eigentlich fast die gleichen wie schon im ersten Bericht von 1990, der damals ja durch den Erdgipfel in Rio 1992 zur Klimarahmenkonvention geführt hat. Die traditionell sehr vorsichtigen Aussagen der Wissenschaft haben sich aber im Laufe der Jahre immer mehr bestätigt und erhärtet, das kann man an den vier bisherigen IPCC-Berichten schön verfolgen. 2001 war der Konsens unter den mehreren hundert Autoren noch, dass es „wahrscheinlich“ ist, dass der Mensch die globale Erwärmung überwiegend verursacht (das bedeutet im IPCC-Jargon eine Wahrscheinlichkeit von mehr als 66%). Im aktuellen Bericht nennen die Forscher dies „sehr wahrscheinlich“, d.h. sie sind mindestens zu 90% sicher.

Das IPCC betont, dass möglichst innerhalb der nächsten zehn Jahre gehandelt werden muss. Wie könnte ein solches schnelles Handeln ihrer Ansicht nach aussehen? Leitlinie sollte sein, die globale Erwärmung bei maximal 2 ºC über dem vorindustriellen Temperaturniveau zu stoppen. Dies ist auch das Ziel der EU-Politik und der Bundesregierung. Um das zu erreichen, müssen die weltweiten Emissionen von Treibhausgasen bis Mitte des Jahrhunderts etwa halbiert werden, bezogen auf das Niveau von 1990. Das ist durch höhere Energieeffizienz, weniger Energieverschwendung und eine Dekarbonisierung des Energiesystems (zum Beispiel durch massiven Ausbau der erneuerbaren Energien) erreichbar. Die Kosten sind laut Stern-Report und anderen Studien wesentlich geringer als die

Kosten, die auf uns zu kommen, wenn wir nichts tun.

Was können wir, die Einzelnen tun? Bringt es denn überhaupt etwas, wenn wir Strom sparen oder 3-LiterAutos kaufen? Jeder von uns ist Herr über die eigenen privaten Emissionen. Alle, die noch nicht sehr emissionsarm leben, dürften problemlos schon innerhalb von wenigen Jahren ihre Emissionen mindestens halbieren können und damit das globale Ziel vorwegehmen. Man muss dazu nur die sparsamsten Geräte auf dem Markt nutzen, von Energiesparlampen bis zur Waschmaschine und dem Auto. Noch besser ist ein Nullemissionsfahrzeug, also ein Fahrrad, was ich selbst mit viel Freude täglich nutze. Wer ein Haus hat, sollte es gut dämmen. Auf Fernflüge kann man möglichst verzichten, sie reißen ein riesiges Loch in die CO2-Bilanz.

Werden wir die zwei Grad-Grenze halten können? Was schätzen Sie? Politische Prognosen sind nicht mein Gebiet. Ich kann nur sagen, dass es möglich ist.

Was passiert, wenn es nicht gelingt? Gehen wir deutlich über 2 °C hinaus, werden die Folgen zunehmend unabsehbar und gefährlich. Meeresspiegelanstieg, Dürren, Extremereignisse, Artenschwund – die Dinge, die wir heute schon in Ansätzen beobachten, dürften ein Mehrfaches schlimmer werden.

Neues vom Blauen Planeten

Erde 2.0 Neues vom Blauen Planeten „Und sie dreht sich doch“ (um die Sonne) – diese Theorie des italienischen Astronomen Galileo Galilei aus dem 17. Jahrhundert hat sich längst bestätigt. Viele andere Phänomene und Prozesse, die im Inneren der Erde oder an ihrer Oberfläche ablaufen, sind dagegen noch immer nicht richtig verstanden. Aber Geowissenschaftler weltweit setzen alles daran, dies zu ändern. Im Jahr 2007 haben sie wieder viele Mosaiksteinchen für unser Bild des Blauen Planeten zusammengetragen…

Die Erde ist kleiner als zuvor angenommen, wie neue Messungen enthüllten. © NASA/JPL

Erde ist kleiner als angenommen So ist die Erde offenbar kleiner als bislang angenommen: Dies hat jedenfalls eine neue Vermessung Bonner Geodäten im Juli 2007 ergeben. Die Abweichung beträgt zwar nur einige Millimeter, die neuen Ergebnisse sind aber wichtig, um beispielsweise einen klimabedingten Anstieg des Meeresspiegels nachweisen zu können. Das von den Wissenschaftlern dabei verwendete „Maßband“ ist unsichtbar: Es besteht aus Radiowellen, die von punktförmigen Quellen im All ausgesandt werden, den so genannten Quasaren. Ein Netz von mehr als 70 Radioteleskopen weltweit fängt diese Wellen auf. Weil die Messstationen so weit voneinander entfernt sind, empfangen sie die Radiosignale mit einem geringen zeitlichen Abstand. Aus dieser Differenz wird dann der Abstand zwischen den

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HIGHLIGHTS

Erde, Wetter, Klima

Hawaii und Hotspots Die Vulkaninseln Hawaiis sind in den letzten 70 bis 80 Millionen Jahren entstanden. Von Nordwesten nach Südosten werden die Feuerberge immer jünger. Ein Hotspot, ein gigantischer „Schweißbrenner“ tief unter der Erde, erzeugt dort unaufhörlich Magma, das sich durch die Erdkruste frisst und Vulkane bildet. Die Pazifische Platte, auf der auch Hawaii liegt, driftet mit einem Tempo von jährlich acht bis zehn Zentimetern von Südost nach Nordwest über den Hotspot hinweg. Dieser brennt dabei immer neue Löcher in die Erdkruste. Mit der Zeit bildet sich so eine ganze Kette von Vulkaninseln. Mittlerweile konnten Wissenschaftler zeigen, dass der Hot Spot, der für die Entstehung Hawaiis verantwortlich ist, nicht wie bisher gedacht ortsstabil ist. Im Laufe der Erdgeschichte hat er seine Lage mehrfach dramatisch verändert.

Radioteleskopen berechnet – und das bis zu einer Genauigkeit von zwei Millimetern pro 1.000 Kilometer. Das Verfahren nennt sich VLBI – das steht für „Very Long Baseline Interferometry“. Damit lässt sich beispielsweise nachweisen, dass sich Europa und Nordamerika voneinander entfernen: Der Abstand wächst jährlich um 18 Millimeter. Über den Abstand der Stationen voneinander können die Forscher aber auch die Größe der Erde bestimmen. (06/2007, Journal of Geodesy) Hawaii unter Druck 20 Jahre hat er Pause gemacht, jetzt droht der schlafende hawaiianische Vulkan Mauna Loa wieder aktiv zu werden. Denn ein internationales Geowissenschaftlerteam hat festgestellt, dass der Druck in einem gangförmigen Magmakörper in rund drei bis fünf Kilometern Tiefe unter dem Feuerberg stetig ansteigt. Im Wissenschaftsmagazin „Science“ kommen die Forscher zu dem Schluss, dass sich unter dem größten Vulkan der Welt jährlich etwa 20 Millionen Kubikmeter Magma neu ansammeln. Thomas Walter, der vom GFZ Potsdam an dieser Studie beteiligt ist, erklärt dazu: „Wir haben seit Mai 2002 mit Satelliten-Radar die Deformation der Oberfläche detailgenau vermessen. Aus diesen Daten lassen sich Rückschlüsse über Volumen und Geometrie des Magmakörpers gewinnen. Mit Computermodellierungen konnten wir diese mit der Spannungsverteilung in der Erdkruste vergleichen. Demnach erzeugten Erdbeben und Eruptionen seit den frühen 1980erJahren eine Verlagerung der Spannungen, die nun durch die Platznahme des Magmakörpers abgebaut werden.“ Die derzeitige Magmabewegung kann erneut die Spannungen verlagern und sogar weitere Erdbeben nach sich ziehen, so dass das Wechselspiel von Vulkanismus und Erdbeben am Mauna Loa weiterhin seinen Lauf nehmen wird. Die Wissenschaftler hoffen, mit derartigen Studien das Auftreten von Eruptionen und Erdstößen an Vulkanen besser zu verstehen und vielleicht sogar vorauszusehen. (05/2007, Science) Hotspots: Und sie bewegen sich doch… Seit fast 30 Jahren debattieren Geowissenschaftler darüber, ob Vulkaninseln wie Hawaii oder Island wirklich durch Hotspots oder Plumes, konzentrierte Aufströmungen von besonders heißem Material aus dem Erdmantel, entstanden sind oder ob sie auch unabhängig davon existieren können. Im Dezember 2006 hat ein internationales Forscherteam aktuelle Analysen von Uranisotopen veröffentlicht, die neue Belege dafür liefern, dass es solche Plumes tatsächlich gibt – zumindest unterhalb der acht untersuchten vulkanischen Inseln. Die Studie stärkt nicht nur die Plume-Theorie, sie lieferte auch quantitative Daten, die getestet werden konnten. Danach liegen die Temperaturdifferenzen zwischen Plume und „normalem“ Mantel bei 50 bis 200 Grad Celsius. Noch höher sind sie in Gebieten mit stärkeren Plumes wie Hawaii und den Galapagos-Inseln. Unter der Prämisse einer symmetrischen Plumeform konnten die Forscher auch erste Werte zum Durchmesser der heißen Aufströmungen abgeben. Diese passten genau zu den aus seismischen Daten gewonnenen Schätzungen. (12/2006, Nature)

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Neues vom Blauen Planeten

Magnetfeld schützte schon frühe Erde Entgegen bisherigen Annahmen war das Magnetfeld der Erde auch vor 3,2 Milliarden Jahren bereits so stark wie jetzt. Das zeigten amerikanische Geophysiker im April 2007. Ein intaktes, starkes Magnetfeld ist wichtig, weil es gegen die schädlichen und erodierenden kosmischen Strahlen des Sonnenwinds schützt. Treffen diese nahezu ungebremst auf einen Planeten, zersetzen sie nicht nur die Atmosphäre, sondern töten auch alles ab, was sich auf der Oberfläche befindet. Bislang war jedoch unklar, wann genau sich der feste innere Erdkern bildete und damit den Magnetdynamo in Gang setzte. Daten aus sehr alten Gesteinen gaben zwar Hinweise auf die Existenz eines Magnetfelds, schienen aber eher auf ein sehr schwaches, nur etwa ein Zehntel so starkes Feld wie heute hinzudeuten. Die Forscher haben nun mithilfe einer neuen Methode erstmals die Magnetmessungen, die bisher nur 2,5 Milliarden Jahre zurückreichten, bis über die drei Milliarden-Jahre-Marke verschoben. „Die Intensität des vorzeitlichen Magnetfelds war der des heutigen sehr ähnlich”, beschreibt John Tarduno von der Universität von Rochester die Ergebnisse. „Die Werte deuten darauf hin, dass das Feld überraschend stark und robust war. Das ist deshalb interessant, weil es bedeuten könnte, dass die Erde schon vor 3,2 Milliarden Jahren einen festen inneren Kern besaß – eine Entstehungszeit, die sich ganz an der Grenze der bisherigen Modelle bewegt.“ (04/2007, Nature)

Die Feldlinien des Erdmagnetfeldes simuliert mit einem geodynamischen Modell. © G. Glatzmaier (Univ of California, Santa Cruz)/P. Roberts (Univ of California, Los Angeles)

Rätsel des antarktischen Gebirges gelöst Es ist 3.000 Kilometer lang und eine der spektakulärsten Landschaftsformen der Südpolregion – das Transantarktische Gebirge. Doch wann und wie diese Bergkette entstanden ist, war bisher nicht bekannt. Doch jetzt haben Wissenschaftler des Lamont-Doherty Earth Observatory von der Universität von Columbia revolutionäre neue Daten über die Geologie der Antarktis gewonnen, die unter anderem auch den Ursprung des Gebirges erklären. Danach scheinen die Berge das Relikt eines ehemals gigantischen Hochplateaus zu sein, das vor rund 105 Millionen Jahren begann, sich auszudehnen und dabei ausdünnte. Die Gipfel an den Rändern des Plateaus blieben erhalten und bildeten das Transantarktische Gebirge. Die der Witterung verstärkt ausgesetzten isolierten Berggipfel wurden anschließend durch Gletscher und andere Umweltfaktoren erodiert und erhielten letztlich so ihre heutige Form. (07/2007, Geology) Erdkern heißer und jünger als gedacht Die Erde ist nicht statisch, sondern in ständiger Bewegung: Kontinente wandern, neue Erdkruste entsteht. Der Motor für das Ganze sind Wärmeströmungen tief im Inneren des Planeten. Bisher war aber noch unbekannt, wie viel

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HIGHLIGHTS

Erde, Wetter, Klima

Hitze eigentlich vom Erdkern in den Erdmantel abgegeben wird. Jetzt konnte ein internationales Forscherteam zum ersten Mal die Temperaturen in dieser Region mithilfe von aufwändigen Computersimulationen und Laborexperimenten genauer bestimmen. Sie mittelten dabei einen Wärmestrom von rund 80 Millionen Watt pro Quadratmeter – eine gewaltige Hitzemenge. Dies liegt weit über dem, was zurzeit in den gängigen Lehrbüchern steht. Denn bisher wurde die Wärmemenge auf nur rund ein Drittel der jetzt gemessenen Summe geschätzt. „Dies ist das erste Mal, dass wir ein ‚Thermometer’ haben, dass uns die Temperatur auf halbem Wege zum Mittelpunkt der Erde verrät“, so der Geo- und Planetenwissenschaftler Thorne Lay von der Universität von Kalifornien in Santa Cruz. „Wärmeströmungen sind der heilige Gral, denn sie verraten uns, wie viel Energie den Geodynamo antreibt und wie stark der Mantel dabei aufgeheizt wird.“ (11/2006, Science)

„Rohrsystem” schaff t Schwarze Raucher Ein vulkanisches Rohrsystem nährt die unterseeischen Schlote der Schwarzen Raucher. © NOAA/NURP

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Schwarze Raucher, die Geysire der Tiefsee, existieren vor allem dort, wo sich die Platten der Erdkruste auseinander bewegen, wie beispielsweise an den mittelozeanischen Rücken und wo gleichzeitig Magma an die Oberfläche quillt. Dass dieses Zusammentreffen entscheidend ist, haben jetzt amerikanische Forscher bei geologischen Untersuchungen des Meeresbodens im Ostpazifik herausgefunden. Sie entdeckten am so genannten Ostpazifischen Rücken ein spezielles vulkanisches „Rohrsystem“, das erklärt, warum an einem Vulkan Schwarze Raucher existieren, an anderen dagegen nicht. Bisher gingen Wissenschaftler davon aus, dass allein die Magmaproduktion als Antrieb für die hydrothermalen Schlote entscheidend ist. „Unsere Studie dagegen zeigt, dass es eher das Leitungssystem ist, als die Menge des verfügbaren Magmas, das die Eruptionen kontrolliert. Mit anderen Worten: Wie sich das Magma entwickelt während es durch das Leitungssystem fließt, entscheidet darüber, ob es an die Oberfläche austritt oder nicht.“, erläutert Douglas R. Toomey von der Universität von Oregon, der zusammen mit Kollegen von vier weiteren Forschungseinrichtungen die Studie durchgeführt hat. Nur dort, wo Magmaausstrom und Plattengrenze zusammentreffen, dringt regelmäßig Magma durch die Kruste nach oben vor. Passt das Leitungssystem zwischen Mantel und Kruste nicht zusammen, kühlt sich das Magma ab und bewegt sich eher seitwärts. Der größte Teil verbleibt dann unter dem Meeresboden. (03/2007, Nature)

Neues vom Blauen Planeten

Wissen hoch 12: Der Vulkan Mauna Loa auf Hawaii scheint nach mehr als 20 Jahren Pause wieder zum Leben zu erwachen. Wie wurde man auf die neue geologische Aktivität aufmerksam?

Lavaströme zu erwarten die in etwa in Schrittgeschwindigkeit der Topographie folgend hangabwärts fließen werden. Damit hat man schon viel Erfahrung – insbesondere auf Hawaii – und ist gut vorbereitet.

Mauna Loa und Kilauea sind die beiden aktiven Vulkansysteme Hawaiis und gehören zu den aktivsten Vulkanen weltweit, daher sind wir hier schon seit längerer Zeit an etwaigen Veränderungen interessiert. Bei der letzten Eruption des Mauna Loa wurde eine Magmakammer so weit entleert, dass sich die Gipfelregion deutlich absenkte. Bis in die 90er Jahre hob sich die Gipfelregion dann erneut. Diese Hebungsund Senkungsbewegung an Vulkanen ist an sich nicht außergewöhnlich, und wird mit langsam nachströmenden Magmen oder Gasen in einer Magmakammer erklärt. Hellhörig wurden wir als vom Amerikanischen Geologischen Dienst installierte GPS Geräte im Frühjahr 2002 eine deutliche Beschleunigung der Hebungsraten zeigten. Dies war der Startschuss für unsere detaillierten Satellitenmessungen.

Welche Fortschritte wurden in den letzten Jahren bei der Vorhersage und bei der Frühwarnung vor Vulkanausbrüchen erzielt?

Droht in absehbarer Zeit ein heftiger Ausbruch, der vielleicht sogar für die Menschen auf der Insel gefährlich werden könnte? Wir messen die Verformung des Mauna Loa und sehen derzeit die Effekte von Magma-Intrusionen in zwei bis drei Kilometern Tiefe, was durchaus auch zur Oberfläche durchdringen und zu einer Eruption führen kann. Ein Ausbruch auf Hawaii ist aber für gewöhnlich nicht explosiv und daher keine echte Bedrohung. Falls es zu einer Eruption kommt sind flüssige

In den letzten Jahren wurden gewaltige Fortschritte in der Datenerhebung, Messgenauigkeit und insbesondere der Computersimulation vulkanischer Prozesse erzielt. Dabei hat sich gezeigt, dass sehr gute Vorhersagen möglich sind, wenn parallel verschiedene Parameter wie Deformationsmessungen, Schwerefeldänderungen, Seismizität oder Geochemie beobachtet werden. Bleibt die Frage, warum es aber immer noch Vulkaneruptionen ohne Vorwarnung gibt? Die große Anzahl der Vulkane ist das Problem. Jedes Jahr ereignen sich circa 50 neue Vulkaneruptionen, zumeist in Entwicklungsländern. Wir kennen mehr als 1.500 aktive Vulkane, von denen nur ein kleiner Teil mit detaillierten Feldmessungen beobachtet werden kann. Auch wenn der technologische Fortschritt rasant ist, die Selektion der zu untersuchenden Vulkane ist derzeit unumgänglich und bleibt schwierig.

Seit Jahren streiten Wissenschaftler darüber, ob Hotspots tatsächlich für die Entstehung von Vulkaninseln wie Hawaii verantwortlich sind. Wie stehen Sie zur Plumetheorie?

INTERVIEW Dr. Thomas R. Walter ist Vulkanologe und arbeitet in der Sektion Naturkatastrophen des GeoForschungsZentrums Potsdam © Thomas R. Walter

Literatur zumeist anerkannt. Diskutiert werden derzeit aber beispielsweise Tiefe, Ursprung und Ortsfestigkeit derartiger Hotspots. Eine Vorstellung ist jene der Mantel-Plumes, bei der eine Art tropfenartiger Diapir von der Grenzschicht zwischen Erdkern und Erdmantel infolge eines Dichtekontrastes aufsteigt. Es gibt berechtigte Zweifel daran, dass diese Diapire ortsfest sind und alle Hotspots in der gleichen Tiefenregion wurzeln. Dies ist aber weniger ein Streit unter Wissenschaftlern als vielmehr eine normale und wichtige Diskussion, und auch ich bin auf deren weitere Entwicklung sehr gespannt.

Welche Projekte stehen am Mauna Loa als Nächstes an? Einer unserer Projektpartner aus Italien ist in diesen Tagen auf Hawaii und bestimmt gemeinsam mit unseren hawaiianischen Kollegen Veränderungen im Schwerefeld. Damit erhoffen wir verbesserte Informationen bezüglich des Volumens des Magmenkörpers zu erzielen.

Dass Hotspots verantwortlich für die hawaiianischen Vulkane sind, ist in der

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HIGHLIGHTS

Körper, Geist , Gehirn

Vogelgrippe – auch in diesem Jahr Vogelgrippe-Viren des Typs H5N1 (gelblich eingefärbt). © CDC

Vogelgrippe Die Vogelgrippe wird von Viren des Typs H5N1 übertragen und befällt neben Wildvögeln, wie Schwänen und Wildenten, auch Hausgeflügel (Hühner, Puten, Enten). Für 80 bis 100 Prozent der erkrankten Tiere endet die Infektion tödlich. Weitergegeben wird die meldepflichtige Seuche von Tier zu Tier, über den Kot oder durch die Luft. Sie kann aber auch durch Tierärzte oder landwirtschaftliche Mitarbeiter in Mastbetriebe eingeschleppt werden. Die Zeit von der Ansteckung bis zum Ausbruch der Krankheit beträgt meist drei bis 14 Tage. Das Risiko für Menschen, an einer H5N1-Infektion zu erkranken, wird von den Experten weltweit als äußerst gering eingeschätzt. Das Risiko, an einer humanen Influenza zu erkranken und zu sterben, ist um ein Vielfaches höher.

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Bilder von toten Vögeln, abgeriegelte Fundorte, Stallpflicht für Hausgeflügel - all das ist noch in guter Erinnerung aus dem Jahr 2006, als die Vogelgrippe nach Deutschland kam. Doch nach einem letzten Fall Anfang August 2006 wurde es still um die Seuche. Neue Fälle blieben aus. Wissenschaftler des Friedrich-Loeffler-Instituts (FLI) warnten im April 2007 jedoch vor verfrühtem Optimismus: „Wir können trotzdem nicht ausschließen, dass das Virus bei Wildvögeln noch auf niedrigem Niveau vorhanden ist“, so Thomas C. Mettenleiter, Präsident des FLI. Mettenleiter sollte Recht behalten. Denn am 24. Juni 2007 musste das FLI neue Fälle von Vogelgrippe bestätigen: Fünf tot aufgefundene Höckerschwäne und eine Kanadagans waren in Nürnberg an dem auch auf Menschen übertragbaren Virenstamm H5N1 gestorben. „Bei den jetzt positiv getesteten Tieren fanden wir ähnliche Virusmengen wie bei den Schwänen im letzten Frühjahr auf Rügen“, sagte der Leiter des zuständigen Untersuchungslabors Timm Harder, Dass der neue Ausbruch gerade im Sommer stattfand, kam für viele unerwartet, denn der Vogelzug - und damit die Zeit der größten Einschleppungsgefahr - war längst vorbei. „Wie es nach Nürnberg kam, kann derzeit noch niemand erklären. Fest steht: Das Virus ist nicht verschwunden, sondern in der Umwelt immer noch präsent.“, konstatierte Bundeslandwirtschaftsminister Horst Seehofer. Die Funde an zwei Nürnberger Seen blieben keine Ausnahme. Sie waren viel mehr der Anfang einer Serie von neuen Fällen, die neben Bayern auch Sachsen, Sachsen-Anhalt und Thüringen betrafen. Ein Vergleich von Teilen des Erbgutes der in Sachsen, Bayern und der Tschechischen Republik isolierten Virenstämme

Vogelgrippe

deutete darauf hin, dass alle drei Ausbrüche auf einen gemeinsamen Ursprung zurückgehen. Eine besonders große Ähnlichkeit wiesen die entschlüsselten Gensequenzen zu den Viren des Typs H5N1 Asia auf, die im mittleren Osten zirkulierten. Ob dort aber tatsächlich die Quelle für die jüngste Ausbreitung lag, blieb unklar.

Virus greift auf Zuchtgeflügel über Aber nicht nur Wildtiere infizierten sich mit dem Virus, ihm gelang am 6. Juli 2007 auch der Sprung in einen kleinen Nutzflügelbestand im thüringischen Bad Langensalza. Nach der Bestätigung durch das FLI musste das komplette Hausgeflügel in einem Umkreis von drei Kilometern – insgesamt circa 1.200 Tiere – sicherheitshalber getötet werden Doch damit nicht genug. Am 25. August 2007 erreichte die Vogelgrippe hierzulande sogar eine neue Dimension. In einem Geflügelmastbetrieb im bayrischen Wachenroth nahe Erlangen verendeten 4.000 Zuchtenten an der Seuche. Unmittelbar nachdem sich der Verdacht auf eine Infektion bestätigt hatte, begann die größte jemals in Deutschland durchgeführte vorsorgliche Tötung: Alle 169.857 Tiere auf dem Geflügelhof wurden gekeult, um jegliche Gefahr zu bannen. Mit Erfolg: Es traten keine weiteren Fälle auf. Doch woher kam das Virus? Zwar galt das Gebiet um Erlangen schon seit 2006 als Hochrisikogebiet für Vogelgrippe. Die infizierten Tiere stammten aber nicht aus der Umgebung, sondern aus einem Geflügelzuchtbetrieb in Niedersachsen. Von dort aus waren sie als Küken an den Mastbetrieb in Franken geliefert worden. Seltsamerweise fanden Seuchenexperten bei Untersuchungen auf dem Geflügelhof keinerlei Hinweise auf das Virus. Bis heute ist nicht endgültig geklärt, wie das Virus in den Stall von Wachenroth gelangte. Auch wenn nach diesem Fall wieder Ruhe einkehrte – das Virus ist weiterhin in Deutschland aktiv. Bis zum nächsten Ausbruch der Vogelgrippe, ist es deshalb vermutlich nur eine Frage der Zeit.

Karte der Vogelgrippe-Fälle in Deutschland (Stand: 27.09.2007). © Friedrich-Loeffler-Institut (FLI)

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HIGHLIGHTS

Körper, Geist, Gehirn

Kampf gegen den Hirnschwund Normales Gehirn (links) und durch Alzheimer geschrumpftes Gehirn (rechts). © NIA/NIH

Die Menschen werden immer älter – und damit nehmen auch typische Alterskrankheiten immer weiter zu. Besonders Alzheimer, Parkinson und andere mit einem Abbau der Gehirnfunktionen einhergehenden Erkrankungen sind auf dem Vormarsch. Ein Heilmittel gibt es bisher für keine von ihnen. Zwar können die Mediziner das Fortschreiten der Krankheit meist verlangsamen, aufhalten aber lassen sich die zerstörerischen Prozesse (noch) nicht. Das Jahr 2007 brachte aber immerhin wichtige Einblicke und Fortschritte, die einen Weg zur ersehnten Therapie ebnen könnten.

2030: Doppelt so häufig Parkinson Parkinson ist bereits heute eine der häufigsten neurologischen Erkrankungen weltweit. Allein in Deutschland sind davon zwischen 200.000 und 250.000 Menschen betroffen. Doch schon innerhalb der nächsten Generation wird sich die Zahl der Erkrankten sogar noch verdoppeln. Das ergab eine im Januar 2007 in der Fachzeitschrift Neurology erschienene Studie. Wissenschaftler der Universität von Rochester analysierten darin die Bevölkerungsentwicklung und die Krankheitshäufigkeiten in fünf großen europäischen Ländern und den zehn bevölkerungsreichsten Ländern weltweit. Das Ergebnis: Die Zahl der an Parkinson erkrankten Menschen wird von heute 4,1 Millionen auf 8,7 Millionen im Jahr 2030 ansteigen.

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Kampf dem Gehirnschwund

Die Zunahme der Parkinson-Fälle geht dabei in erster Linie auf eine immer höhere Lebenserwartung zurück. Schlüsselfaktor ist, das zeigte die Studie, nicht das generelle Bevölkerungswachstum, sondern die Anzahl der Menschen über 65 Jahren. Den größten Zuwachs stellten die Wissenschaftler dabei in den Ländern Asiens fest. Doch gerade die Entwicklungsländer sind auf diese Entwicklung nur schlecht vorbereitet. „Die Mehrheit des Zuwachses der Parkinsonkrankheit wird sich in den nächsten 25 Jahren nicht in Europa und den USA ereignen, sondern in Ländern wie China, wo Parkinson bisher nicht als größeres Gesundheitsproblem angesehen wurde“, erklärt der Neurologe Ray Dorsey. „Zudem wird sich dieser Anstieg in Gesellschaften ereignen, in denen es nur eine sehr begrenzte Infrastruktur für die Diagnose von Erkrankten gibt, ganz zu schweigen von einer Abdeckung ihrer medizinischen Bedürfnisse oder den gesellschaftlichen Auswirkungen.“

Parkinson Zu den typischen Parkinson-Symptomen gehören versteifte Muskeln, gestörte oder verlangsamte Bewegungen und das charakteristische Zittern. Ursache der Symptome sind nach und nach absterbende Nervenzellen in der Substantia Nigra. Diese Gehirnregion ist der wichtigste Produktionsort des Botenstoffs Dopamin. Gehen hier Nervenzellen zu Grunde, kommt es zum Dopaminmangel im gesamten Gehirn und damit zu schwerwiegenden Störungen der Gehirnfunktion.

2050: Alzheimer vervierfacht Aber nicht nur Parkinson nimmt mit dem steigenden Lebensalter zu, das gleiche gilt auch für Alzheimer. Weltweit leiden heute bereits 26,6 Millionen Menschen an der Demenz. Die meisten von ihnen sind älter als 60 Jahre. Nach einer im Juli 2007 erschienenen Studie könnte sich diese Anzahl bis zum Jahr 2050 jedoch sogar vervierfachen – einer von 85 Menschen wäre dann weltweit an Alzheimer erkrankt. 43 Prozent von ihnen so schwer, dass sie rund um die Uhr betreut werden müssten. Einen kleinen Hoffnungsschimmer gibt es allerdings: Die Wissenschaftler um Ron Brookmeyer von der Johns Hopkins Universität in Baltimore berechneten, dass eine Verzögerung des Krankheitsbeginns um ein Jahr oder ein Verlangsamen des Fortschreitens um ein Jahr ausreichen würde, um die Zahl der Erkrankten 2050 um immerhin 9,2 Millionen zu reduzieren.

Die Menschen werden immer älter, damit nehmen auch Erkrankungen wie Alzheimer oder Parkinson immer weiter zu. © SXC

Den Auslösern auf der Spur Angesichts dieser Zahlen suchen Forscher weltweit nach Möglichkeiten, das Fortschreiten dieser Krankheiten dauerhaft aufzuhalten. Wo aber ansetzen? Weder bei Alzheimer noch bei Parkinson ist bisher der Auslöser bekannt. Klar ist, dass beide Krankheiten mit einer schleichenden Zerstörung von Gehirnzellen verbunden sind. Bei Parkinson sind dies die Zellen der Substantia nigra, einer Gehirnregion die den wichtigen Hirnbotenstoff Dopamin produziert. Die Symptome der Alzheimer-Erkrankung werden durch einen Mangel des Botenstoffes Acetylcholin und ein Absterben von Gehirnzellen in den Hirnregionen, die

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HIGHLIGHTS

Körper, Geist, Gehirn

für Denkvermögen, Sprache und Gedächtnis verantwortlich sind, hervorgerufen. Eine entscheidende Rolle spielen dabei spezielle Eiweißablagerungen, die so genannten Amyloid-Plaques. Warum die Gehirnzellen bei diesen Krankheiten plötzlich abzusterben beginnen, ist nach wie vor unklar. Wie sie es jedoch tun und was dabei in Inneren der Zellen vor sich geht, dass haben in diesem Jahr mehrere Studien näher beleuchtet. Eine Gemeinsamkeit könnte sich dabei bei Parkinson und Alzheimer herauskristallisieren: Bei beiden Krankheiten sterben die Gehirnzellen letztlich, weil sie irrtümlich meinen, sich teilen zu müssen.

Parkinson: Teilen führt zum Zelltod

Beta-Amyloid-Plaques entstehen, wenn das AmyloidVorgänger-Protein (APP) durch bestimmte Enzyme zerschnitten wird. Die Bruchstücke lagern sich dann zu den Beta-Amyloid-Proteinkomplexen zusammen, die letzlich am Tod von Gehirnzellen beteiligt sind. © NIA/ NIH

Wissenschaftler der Universität Marburg deckten im Februar 2007 auf, dass bei Parkinson Gehirnzellen sterben, weil sie sozusagen mehr wollen als vorgesehen: „Obwohl sich die Nervenzellen des Gehirns nicht durch Zellteilung vermehren können, schalten erkrankte Zellen die gesamte molekulare Maschinerie an, die für die Zellteilung nötig ist und gehen schließlich daran zugrunde“, erklärt Günter U. Höglinger vom Fachbereich Medizin der Universität. „Im Gehirngewebe verstorbener Patienten wiesen wir nach, dass sich der DNA-Strang bereits verdoppelt hatte und dass verschiedene molekulare Schalter aktiviert waren, die normalerweise zu einer Zellteilung führen.“ Im Reagenzglas sowie in Tiermodellen konnten die Forscher belegen, dass es bei diesen scheinbar kurz vor einer Teilung stehenden Zellen zu einem Konflikt von Signalen kommt. Dieser führt schließlich dazu, dass sie sich selbst umbringen. In experimentellen Parkinson-Modellen konnten die Forscher bereits die detaillierte Abfolge der zellulären Signale entschlüsseln, die letztlich zu diesem „irrtümlichen“ Zelltod führen. „Besonders interessant ist, dass wir diese Signale bereits beeinflussen können“, so Höglinger. „Im Tierversuch haben wir durch gentechnische Manipulation erreicht, dass die molekularen Schalter für die Zellteilung nicht mehr ‚umgelegt‘ werden und dass infolgedessen auch der Zelltod ausbleibt.“ Das Forscherteam erhofft sich nun, dass ihre Erkenntnisse zur Entwicklung neuroprotektiver, also die gefährdeten Zellen schützender Strategien führen.

Alzheimer: „Doppelgenom“ als Todesurteil Auch bei der Alzheimer-Krankheit scheint ein „irrtümliches“ Teilen eine der Wurzeln des Übels zu sein: In einer im Juli 2007 erschienen Studie stellten Wissenschaftler des

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Kampf dem Gehirnschwund

Paul-Flechsig-Instituts für Hirnforschung der Universität Leipzig fest, dass befallene Nervenzellen unter bestimmten Bedingungen ihr genetisches Erbmaterial verdoppelten, obwohl sich diese bereits erwachsenen Zellen eigentlich nicht teilen. Diese Verdopplung ähnelt dem Verhalten von Tumorzellen, führt aber langfristig zum Tod der betroffenen Neuronen. Zwar wurden auch im gesunden Gehirn Zellen mit doppelter DNA entdeckt, diese waren jedoch inaktiv und ihr Anteil lag nur bei einem Prozent aller Zellen. Bei Alzheimer-Patienten dagegen weisen rund 20 Prozent der Zellen diese Veränderung auf. Wann und wodurch die steigende Zahl von Chromosomenverdopplung eintritt, ist aber noch nicht bekannt. Ließe sich der Beginn dieser krankhaften Aktivität frühzeitig nachweisen, könnte nach Ansicht der Forscher eines Tages eine Gentherapie dafür sorgen, dass solche Genfehler gar nicht erst auftreten und damit die Krankheit nicht ausbricht. Noch allerdings sind solche Pläne eher Zukunftsmusik…

Alzheimer Die für die Alzheimer-Krankheit verantwortlichen Veränderungen im Gehirn beginnen schon lange bevor es zu den ersten äußeren Anzeichen kommt. Typischerweise bilden sich amyloide Plaques, Eiweißablagerungen zwischen den Gehirnzellen. Gleichzeitig kommt es zu Veränderungen von Proteinen in den Neuronen, die den Stofftransport stören. Damit verbunden sinkt auch die Produktion des wichtigen Botenstoffs Acetylcholin. Letztlich sterben immer mehr Gehirnzellen ab und Denkvermögen, Sprache und Gedächtnis sind zunehmend gestört.

Was sonst noch geschah: Hirn-Jogging gegen Alzheimer Wissenschaftler haben stark vergesslichen Alzheimer-Mäusen mit „Hirnjogging“ und mit chemischen Substanzen, so genannten HDAC-Inhibitoren, zu neuer Lernfähigkeit und zur Erinnerung an bereits Vergessenes verholfen. Es gelang, trotz gleichbleibend geringer Hirnmasse das räumliche Orientierungsvermögen und die Fähigkeit geistige Verknüpfungen herzustellen bei den LernMäusen deutlich zu steigern. Nach Ansicht der Wissenschaftler ist dies dadurch zu erklären, dass Erinnerungen im Verlauf der Erkrankung nicht notwendigerweise für immer verloren gehen. Stattdessen gehen oft lediglich die Nervenverbindungen zu den Speicherorten unter. Biochemische Untersuchungen zeigten tatsächlich, dass nach dem Training im Gehirn der intellektuell geförderten Mäuse mehr Nervenfortsätze und Kontaktstellen zwischen Nerven in den betroffenen Hirnregionen vorhanden waren. (04/3007, Nature)

Proteinplaque in der Großhirnrinde einer Maus, bei der durch Genmanipulation Alzheimer ausgelöst wurde (links). Dopamin-produzierende Nervenzelle in der Substantia Nigra, der bei Parkinson betroffenen Hirnregion (rechts). © Roche (li); Günter U. Höglinger (re)

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HIGHLIGHTS

Körper, Geist, Gehirn

INTERVIEW Prof. Dr. Günter U. Höglinger leitet seit 2004 die Arbeitsgruppe für Experimentelle Neurologie im Biomedizinischen Forschungszentrum der Philipps-Universität Marburg. © Günter U. Höglinger

Ursache für die Parkinson-Krankheit ist das scheinbar aus heiterem Himmel kommende Absterben von Gehirnzellen in der Substantia nigra, dem Gehirnbereich, in dem der wichtige Botenstoff Dopamin pro-duziert wird. Warum können diese Zellen nicht nachwachsen? Es gibt im Gehirn erwachsener Säugetiere nur zwei Regionen, in denen kontinuierlich unter physiologischen Bedingungen neue Nervenzellen gebildet werden. Das ist zum einen die Subventrikuläre Zone unterhalb der Seitenventrikel und zum anderen die Subgranuläre Zone im Hippocampus. Neurale Stammzellen mit der Fähigkeit, neue Nervenzellen zu bilden, residieren aber auch in vielen anderen Regionen des Gehirns, ohne dass diese ihr neurogenes Potential unter physiologischen Bedingungen realisieren würden. In Tierexperimenten konnte aber gezeigt werden, dass bestimmte Schädigungen des Gehirns dann doch die Neubildung von Nervenzellen aus den dort vorhandenen Stammzellen aktivieren. Es wurde von unabhängigen Arbeitsgruppen gezeigt, dass auch in der Substantia nigra neurale Stamm-

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zellen residieren. Ein Absterben der dopaminproduzierenden Neurone in Tiermodellen der Parkinson Krankheit reicht aber nach unseren ausführlichen Untersuchungen nicht aus, diese Stammzellen in der Substantia nigra im lebenden Tier zum Ersatz der absterbenden Zellen durch neugeborene Zellen zu stimulieren. Die derzeit vorherrschende Meinung besagt, dass es in der Substantia nigra inhibitorische Faktoren gibt, welche die Stammzellen davon abhalten, ihr Potential in vivo zu entfalten.

Sie haben herausgefunden, dass ein fataler „Irrtum“ den Tod dieser Zellen einläutet. Was genau geschieht dabei? Nun, wir haben im Hirngewebe verstorbener Parkinson-Patienten Hinweise gefunden, die nahe legen, dass die dopaminergen Nervenzellen in der Substantia nigra die molekulare Signalkaskade aktivieren, welche normalerweise eine teilungsfähige Zelle zur Zellteilung führt. Zum Beispiel wurde die DNA verdoppelt. Wir konnten diesen molekularen Mechanismus auch in Tiermodellen und Zellkulturmodellen der Parkinson Krankheit rekapitulieren. Während der Vorbereitungsphase einer mitotischen Zellzeilung werden in jeder Körperzelle immer auch gleichzeitig die molekularen Messer geschärft, welche die Zelle in den apoptotischen Suizid schicken können, für den Fall, dass bei Zellteilung ein Fehler auftritt. Für den Gesamtorganismus ist dies sinnvoll, da er eher auf eine Zelle verzichten kann, als das Risiko einzugehen, dass diese durch eine Entartung ein Krebsgeschwür

bildet. Bei den betroffenen Nervenzellen ist es offensichtlich so, dass sie allesamt zugrunde gehen, wenn sie fälschlicherweise eine mitotische Zellteilung einleiten.

Warum teilen sich die Zellen nicht einfach, wenn ohnehin schon die DNA verdoppelt und die entsprechenden Signale eingeschaltet wurden? Nervenzellen beim Säugetier gelten allgemein als postmitotisch, das heißt sie können sich eben nicht teilen. Das macht ja auch Sinn. Jede Nervenzelle im erwachsenen Gehirn hat mehrere tausend synaptische Kontakte mit anderen Nervenzellen, zur Aufnahme, Verarbeitung und Weiterleitung von Informationen. Wenn diese Zellen sich teilen würden, würde ein buntes Informationschaos ausbrechen. Daher hat die Natur offensichtlich einen Not-AusSchalter in die Nervenzellen eingebaut und schickt Nervenzellen, die sich zur Teilung vorbereiten, lieber in den Suizid. Wie effektiv diese Schutzvorrichtung funktioniert, kann man auch daran erkennen, dass es im Gehirn so gut wie keine Tumore gibt, die von Nervenzellen ausgehen. Fast alle Tumore des Gehirns gehen von teilungsfähigen Gliazellen aus. Den Verlust einzelner Nervenzellen kann das Gehirn ganz gut tolerieren. Aber irgendwann kann der Verlust von Nervenzellen nicht mehr kompensiert werden. Bei der Parkinson Krankheit treten zum Beispiel die ersten klinischen Symptome auf, wenn schon ca. 70 Prozent der betroffenen Nervenzellen abgestorben sind.

Kampf dem Gehirnschwund

Was löst diesen „Irrtum“ der Gehirnzellen aus? Haben Sie da bereits Anhaltspunkte? Das wissen wir erst in Ansätzen. Wir arbeiten daran.

Gäbe es Möglichkeiten, dieses irrtümliche Teilen zu unterbinden und damit den Zelltod zu verhindern? Wir haben bereits experimentell an einer zentralen Schaltstelle dieser fehlgeleiteten molekularen Signalkaskade interveniert. Durch Unterdrückung der Aktivierung eines einzigen Schlüsselmoleküls konnten wir das Fortschreiten des Zelltodes reduzieren, und zwar sowohl in Zellkultur als auch im lebenden Organismus.

Werden wir eines Tages Parkinson heilen können? Welchen Ansatzpunkt halten Sie da für am vielversprechendsten? Derzeit ersetzen unsere Medikamente zur Therapie von Parkinson nur die Funktion des fehlenden Botenstoffes Dopamin. Sie wirken symptomatisch, ohne das Fortschreiten der Krankheit in klinisch relevanter Weise zu verlangsamen. Heilen werden wir Parkinson nur dann können, wenn wir die Ursache identifizieren und beseitigen können. Vermutlich führen aber unterschiedliche Ursachen zum selben klinischen und neuropathologischen Bild, welches wir als Parkinson Krankheit diagnostizieren. Selten sind Muta-

tionen in einzelnen Genen ursächlich; verschiedene Umweltfaktoren scheinen eine Rolle zu spielen; meist resultiert die Parkinson Krankheit aber wohl aus einer synergistischen Interaktion von genetischen prädisponierenden Faktoren und Umweltfaktoren. Das bedeutet mit anderen Worten, dass es bei einem gegebenen Patienten in der Regel auch in Zukunft nicht möglich sein wird, ein einzelnes kausales Agens als Krankheitsursache zu identifizieren. Daher müssen wir versuchen, den Punkt zu finden, an dem die unterschiedlichen Pathogenitätsfaktoren konvergieren, um dort pharmakologisch oder gentechnologisch einzugreifen. Ob die nächste Generation von alten Menschen bereits von den wachsenden Erkenntnissen über Alzheimer und Parkinson profitieren kann? © SXC

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HIGHLIGHTS

Körper, Geist, Gehirn

Neurobiologische Wurzeln unseres Verhaltens Unser Verhalten hat nicht nur etwas mit Psychologie zu tun, sondern wird auch von der Neurobiologie entscheidend beeinflusst. © SXC

Unser Gehirn ist in vieler Hinsicht eine „Black Box“: Was sich in seinem Inneren abspielt, wie das Gehirn unsere Aktionen und Reaktionen steuert, ist uns größtenteils verborgen. Doch in den letzten Jahren haben die Neurowissenschaftler nach und nach Licht in einige der Mechanismen dieser „Black Box“ gebracht. Auch 2007 brachte sie den physiologischen und molekularen Wurzeln unseres Bewusstseins und unseres Verhaltens wieder ein Stück näher. Molekül speichert die Angst Einer von acht aus dem Irak zurückkehrenden Soldaten leidet an Symptomen des post-traumatischen Stresses. Sie äußern sich in Depressionen, psychosomatischen Störungen aber auch Angstzuständen. Doch auch in der normalen Bevölkerung treten diese Syndrome auf. Die durch ein traumatisches Erlebnis ausgelöste Angst ist jedoch kein rein psychologischer Prozess: Neurowissenschaftler am Massachussetts Institute of Technology (MIT) unter Leitung von Li-Huei Tsai haben ein Molekül ausfindig gemacht, das diese Form der Angst beeinflusst und reguliert. Wie sie im Juli 2007 berichteten, gelang es ihnen sogar, bei Mäusen die Produktion dieses Moleküls zu verhindern und damit deren angelernte Ängste gewissermaßen zu löschen. Die Substanz Cdk5 hilft normalerweise bei der Bildung neuer

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Gehirn und Verhalten

Gehirnzellen und kontrolliert während der frühen Gehirnentwicklung ihre Wanderung zur jeweils korrekten Position. An Mäusen untersuchten die Forscher die Fähigkeit dieses Moleküls, angstbesetzte Erinnerungen zu formen und zu löschen. Damit die Tiere zunächst eine angelernte Angst entwickelten, wurden sie regelmäßig in eine bestimmte Umgebung gesetzt, in der sie leichte Elektroschocks an den Füßen erhielten. Hatten die Mäuse gelernt, vor dieser Umgebung Angst zu empfinden, wurden sie später wiederholt der gleichen Umgebung ausgesetzt – diesmal aber ohne die Elektroschocks. Die Forscher beobachteten dabei das Verhalten der Tiere. Das Besondere daran: Ein Teil der Mäuse war gentechnisch so verändert, dass die Aktivität des Enzyms Cdk5 bei ihnen gehemmt war. Es zeigte sich, dass sich die normalen Mäuse auch nach längerer Zeit ohne Schock extrem ängstlich verhielten. Die Mäuse dagegen, bei denen die Kinase ausgeschaltet war, „verlernten“ ihre Angst schnell und gewöhnten sich an die zuvor gefürchtete Umgebung. „Die Daten eröffnen einen vielversprechenden Weg zur Behandlung von emotionalen Störungen und geben auch Patienten mit posttraumatischem Syndrom neue Hoffnung“, erklärt Tsai. Ob es allerdings jemals eine solche „Anti-Angstpille“ für den Menschen geben wird, ist im Moment noch fraglich. Zum einen sind solche Ergebnisse längst nicht immer von der Maus auf den Menschen übertragbar. Zum anderen aber wirft ein solches verhaltensbeeinflussendes Medikament auch ethische Fragen auf. (07/2007, Nature Neuroscience) Wie schlau macht Mozart wirklich? Wer viel Mozart hört, dem fällt im Leben so manches leichter. So oder ähnlich lautet die gängige Meinung über die wundersamen Zusammenhänge zwischen dem Genuss klassischer Musik und dem intellektuellen Leistungsvermögen. Aber stimmt das auch? Leider nur zum Teil: Eine Studie hat ergeben, dass es einen großen Unterschied macht, ob ein Kind selbst zum Instrument greift oder lediglich Musik hört. Das eigene Musizieren steigert nach den Erkenntnissen der Forscher die Intelligenz – wenn auch nur leicht. Der Konsum von Musik dagegen macht nicht schlauer. Ein indirekter Effekt kann allerdings dennoch bei den Hausaufgaben helfen: Der Musikgenuss hebt die Stimmung und damit auch, zumindest kurzfristig, die Leistungsbereitschaft. Doch muss es eigentlich immer Mozart sein? Können nicht auch Bach, Vivaldi oder gar Schönberg geistig trimmen? Die Antwort der Forscher lautet: Ja, wenn‘s denn gefällt. Musik, die Freude macht, fördert die Leistungsbereitschaft; Klänge, die weniger Spaß bereiten, sollte man beim Lernen lieber meiden. (04/2007, BMBF)

Mozart hören allein bewirkt nur wenig, Mozart spielen dagegen schon mehr. © SXC

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Körper, Geist, Gehirn

Affen knobeln besser

Kleinkinder, Schimpansen und Orang-Utans mussten in den Versuchen der Max-Planck-Forscher verschiedene Aufgaben lösen. Während die Affen in räumlichen Studien besser abschnitten, lernten die Kinder schneller, neue Probleme zu lösen. © SXC

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Der Mensch ist klüger als der Affe – aber nicht in allem. Leipziger Evolutionsbiologen haben herausgefunden, dass wir den Affen in sozialen Fähigkeiten überlegen sind. Wenn es hingegen um reines Knobeln geht, dann liegen die Menschenaffen vorne. Da der Mensch ein größeres Gehirn habe, verhalte er sich auch klüger – so die Theorie der generellen Intelligenz. Diese Annahme haben Forscher vom Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie im September 2007 widerlegt. Anhand neuer Untersuchungen konnten die Wissenschaftler nachweisen, dass erst die sozialen Fähigkeiten das Rüstzeug für unseren Verstand sind. „Weil wir von anderen lernen, Verhalten abschauen und es imitieren, können wir so schnell so viel klüger sein als Affen“, erklärt Projektleiter Michael Tomasello. Zusammen mit anderen Wissenschaftlern hat er die Fähigkeiten von Menschen und Affen erstmals in einheitlichen Tests verglichen, die physische und soziale Aspekte in einer Vergleichsstudie kombinieren und die Menschen und Affen gleichermaßen verstehen und lösen können. Als menschliche Probanden wählten sie 105 Kleinkinder im Alter von zwei Jahren. „Wir haben bewusst so junge Versuchsteilnehmer gewählt, damit sie mit den Affen auf einem Level sind“, so Tomasello. Als Vergleich dienten 106 Schimpansen und 32 Orang-Utans aus Schimpansenwaisen-Stationen in Uganda und der Republik Kongo sowie einer Orang-Utanwaisen-Station in Borneo. Um die Testsituation auch wirklich komplett identisch zu gestalten, waren die Kleinkinder durch eine Plexiglasscheibe von den Versuchsleitern getrennt - genauso wie ihre haarigen Verwandten. Jedes Individuum musste über fünf Stunden lang und über mehrere Tage verteilt die unterschiedlichen Aufgaben lösen. Die Studien auf der physischen Ebene sollten zeigen, wie die drei Gruppen ohne Hilfe räumliche Probleme lösen können. Die Wissenschaftler versteckten dabei Futter unter einem Becher, bewegten diese wie bei einem „Hütchenspiel“ hin und her. Die Kleinkinder und die Affen sollten herausfinden, wo sich die Leckereien befinden. Überraschenderweise waren dabei die Schimpansen teilweise besser als die Kinder. „Sie haben verstecktes Futter schneller gefunden, kleine Summen besser addiert und Werkzeuge öfters benutzt. Affen besitzen eine Knobelnatur“, so Esther Herrmann. Ähnlich sah das Ergebnis auch bei weiteren, ähnlichen Versuchen aus. „Das widerlegt die Theorie von der generellen Intelligenz“, so Tomasello. „Da die Kinder bei solch vermeintlich einfachen Aufgaben schlechter abschneiden als die Schimpansen, können sie nicht generell intelligenter sein.“ Die besondere Intelligenz des Menschen zeigte sich erst in der sozialen Interaktion, die in der zweiten Phase der Studie erprobt wurde. Hier mussten die Probanden lernen, Hinweise zu deuten und mit dem Studienleiter zu kommunizieren, um an eine Belohnung zu kommen. Die Forscher machten die Aufgaben vor oder zeigten mit Gesten, unter welchem Becher die Belohnung zu finden war. Dabei zeigte sich, dass die Kinder die Handlungen exakt wiederholten und Hinweise besser deuteten als die Affen. Die Menschenaffen versuchten hingegen, immer ihren eigenen Weg zu finden. “Dieser Unterschied zeigt, dass Menschen

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auf sozialer Ebene viel besser lernen und leichter ans Ziel kommen“, erklärt Herrmann. „Durch das soziale Lernen können sich die Kleinkinder viel einfacher neue Fähigkeiten aneignen, indem sie angeleitet werden und imitieren. Ohne diese Fähigkeiten würden sie sich nicht viel weiter entwickeln als die Affen.“ Diese dem Menschen angeborenen sozialen Fähigkeiten sind der entscheidende Schlüssel, um im kulturellen Umfeld zu lernen und geistig zu wachsen. Geistiger Fortschritt ist also immer eine Gruppenleistung: „Nicht ein Mensch hat den Computer erfunden“, so Herrmann: „Einer hatte am Anfang die Idee, andere haben daran angeknüpft und diese weiterentwickelt.“ Warum und wann der Mensch allerdings dieses besondere soziale Rüstzeug entwickelt hat, ist noch völlig unklar. Die Forscher wollen in Zukunft mit dem Test-Design auch weitere Verwandte des Menschen untersuchen. So wollen sie herausfinden, wann sich in der Evolution bestimmte Fähigkeiten entwickelt haben und wo es Unterschiede auf der sozialen Ebene gibt. (09/2007, Science)

Kinder erwerben viele Fähigkeiten durch soziales Lernen, beispielsweise beim Spiel mit Altersgenossen. © SXC

Gehirne von lesbischen Frauen sind anders Was bestimmt unsere sexuelle Orientierung? Ist sie in bestimmten Gehirnstrukturen verankert? Schon seit Jahrzehnten suchen Wissenschaftler nach den biologischen Ursprüngen der Homosexualität – bisher allerdings nur mit sehr umstrittenen Ergebnissen. So fanden Neurologen Ende der 1990er Jahre bei schwulen Männern einen bestimmten Zellhaufen im Gehirn vergrößert, nicht jedoch bei lesbischen Frauen. Im September 2007 hat eine interdisziplinäre Arbeitsgruppe des Universitätsklinikums Schleswig-Holstein und des University College London erneut Erkenntnisse über Zusammenhänge zwischen sexueller Orientierung und Hirnanatomie beim Menschen gefunden. Die Forscher untersuchten die Gehirnstruktur von heterosexuellen und homosexuellen Frauen und Männern im Kernspintomographen. Während sich zwischen heterosexuellen und homosexuellen Männern keine Unterschiede fanden, wiesen homosexuelle Frauen in einer Hirnregion ein Muster auf, welches eher dem von heterosexuellen Männern als dem von heterosexuellen Frauen entsprach. Es handelt sich um den Teil des Gehirns, der für Geruchsverarbeitung, aber auch für die Verarbeitung sexueller und sozialer Reize verantwortlich ist. Die Forscher interpretieren diese Befunde als weiteren Beleg für den prägenden Einfluss vorgeburtlich wirkender Hormone auf die Gehirndifferenzierung und die Entwicklung der sexuellen Orientierung bei Frauen. Bei Männern scheint dagegen die sexuelle Orien-

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Körper, Geist, Gehirn

tierung stärker durch andere Faktoren bestimmt zu werden. In welchem Kontext diese Ergebnisse zu den in früheren Studien gefundenen Unterschieden zwischen homosexuellen und heterosexuellen Männern steht, ist allerdings noch unklar. (09/ 2007, PloS ONE)

Blockiertes Sinnesorgan macht Mäuseweibchen zu „Mackern“

Bei Mäusen spielt der Pheromonsensor einen entscheidende Rolle für das geschlechtstypische Verhalten. © GFDL

Warum sind Männer oft Draufgänger und Frauen „typisch weiblich“? Nach den Wurzeln solchen geschlechtsspezifischen Verhaltens suchen Biologen schon seit langem. Im August 2007 schließlich entdeckten sie eine heiße Spur: Eine Studie an Mäusen zeigte, dass weibliche Mäuse plötzlich anfingen, sich „typisch männlich“ zu verhalten, wenn ein bestimmtes Sinnesorgan, ein Pheromonsensor, bei ihnen ausgeschaltet war. Dieses so genannte vomeronasale Organ sitzt in der Nase der Tiere und dient der Wahrnehmung von Pheromonen, artspezifischen Duftstoffen, die bestimmte Verhaltensreaktionen auslösen. Nicht bekannt war bisher allerdings, welche Rolle es für das geschlechtsspezifische Verhalten spielt. Das Forscherteam um Catherine Dulac und Tali Kimchi vom Howard Hughes Medical Institute (HHMI) deaktivierte mittels gentechnischer Manipulation nun gezielt den Pheromonsensor von Mäusen beiderlei Geschlechts. Die Ergebnisse waren verblüffend: Denn die weiblichen Mäuse mit „ausgeschaltetem“ Sensor verwandelten sich in „Macker“: Sie bestiegen Artgenossinnen, führten Beckenstöße aus, warben um Weibchen und stießen die komplexen Ultraschalllaute aus, die sonst nur Männchen nutzen. Typisch weibliche Verhaltensweisen wie Brutpflege oder Verteidigung des Nachwuchses waren dagegen deutlich vermindert. Nach Ansicht der Forscher deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass das männliche Geschlechtsverhalten auch im weiblichen Gehirn fest „verdrahtet“ ist. Erst die Aktivierung durch chemische Reize, wie in diesem Falle durch Pheromone, entscheidet, welches Verhalten gezeigt wird. „Die Weibchen verhielten sich genau wie Männchen“, erklärt Dulac. „Das weist darauf hin, dass die Weibchen einen absolut funktionsfähigen männlichen Regelkreis in ihrem Gehirn haben.“ Der durch die Pheromone aktivierte Schalter, der diesen Regelkreis in Gang setzt, ist allerdings bei beiden Geschlechtern wahrscheinlich unterschiedlich. Die Studie gibt einen neuen Einblick in die Mechanismen, die geschlechtsspezifisches Verhalten steuern. Denn sie bezieht erstmals auch die Sinneswahrnehmungen und ihre Rolle für das Verhalten mit ein. Welche das allerdings sind, unterscheidet sich wahrscheinlich deutlich bei verschiedenen Tierarten. Denn Mäuse sind extrem stark von Pheromonen beeinflusst, Menschen und viele andere Tiere dagegen eher durch visuelle Reize bestimmt. Dennoch zeigt die Studie, dass es sich lohnen kann, in Zukunft die „Verkabelung“ von Sinnesorganen und Verhalten näher zu untersuchen. (08/2007, Nature) „Dreck“ macht glücklich Eine sehr ungewöhnliche Kur gegen Depression und schlechte Stimmung haben britische Wissenschaftler in Experimenten an Mäusen entdeckt: Wurden sie mit harmlosen Bodenbakterien in Berührung gebracht, veränderte sich ihr Verhalten so, als wenn sie ein gängiges Antidepressivum verabreicht bekommen

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hätten. Wie die Forscher von der Universität von Bristol berichten, aktivierten die Bakterien offenbar eine Gruppe von Neuronen im Gehirn der Tiere, die für die Ausschüttung des Botenstoffs Serotonin verantwortlich sind. Ist die Konzentration dieses Hormons zu niedrig, können Depressionen die Folge sein. Die Ergebnisse deuten damit auf einen Zusammenhang zwischen dem Zustand des Immunsystems und Störungen im seelischen Gleichgewicht hin. „Diese Studien helfen uns dabei zu verstehen, wie der Körper mit dem Gehirn kommuniziert und warum ein gesundes Immunsystem wichtig ist auch für die Aufrechterhaltung der geistigen Gesundheit“, erklärt der Bristoler Neurowissenschaftler Chris Lowry. „Sie lassen uns auch wundern, ob wir nicht alle mehr Zeit damit verbringen sollten im Dreck zu spielen.” Noch allerdings werden weitere Untersuchungen nötig sein, um festzustellen, wie genau die Bakterien auf die Serotonin-produzierenden Zellen wirken und wie sich diese Wirkung gezielt für Antidepressiva nutzen lässt. (04/12007, Neuroscience)

Harmlose Bodenbakterien beeinflussen die Ausschüttung des „Glückshormons“ Serotonin. © SXC

„Flaschenhals“ im Gehirn bremst uns am frühen Morgen Nicht nur Langschläfern fallen manche Dinge morgens ganz besonders schwer, auch Frühaufsteher werden dann manchmal ausgebremst – von ihrem eigenen Gehirn. Wissenschaftler entdeckten im Mai 2007, dass die neuronale Informationsverarbeitung tatsächlich am frühen Morgen einen „Flaschenhals“ aufweist. Er macht uns immer dann langsamer, wenn wir zwei oder mehrere Dinge zur gleichen Zeit tun oder entscheiden müssen. Forscher von der Universität Tübingen und der Humboldt-Universität Berlin wollten genauer wissen, an welcher Stelle die Informationsverarbeitung beim Lösen von Aufgaben stockt und zu welcher Tageszeit sich dies am stärksten auswirkt. Sechs männliche Freiwillige nahmen dafür an einem Experiment teil, bei dem sie 28 Stunden lang wach bleiben mussten. Sie hatten während der Versuche keinen Anhaltspunkt, wie spät es war, sondern verbrachten die Zeit im Labor unter konstanten Lichtbedingungen. Der Tagesrhythmus der Versuchspersonen wurde regelmäßig über die Melatoninkonzentration im Speichel, die Körpertemperatur und die subjektive Schläfrigkeit gemessen. Alle zwei Stunden testeten die Wissenschaftler die Reaktionsschnelligkeit und Aufnahmefähigkeit der Probanden in einem Versuch. Dabei sollten diese jeweils zwei Aufgaben, die sich zeitlich überlappten, so schnell wie möglich ausführen: Ein entweder hoher oder tiefer Ton musste mit der linken Hand durch das Drücken einer linken oder aber rechten

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Am frühen Morgen ist der „Flaschenhals“ im Gehirn am engsten. © SXC

Taste gekennzeichnet werden. Gleichzeitig aber erschien auf einem Bildschirm als zweite Aufgabe bereits ein „X“ oder „O“, die ebenfalls, diesmal mit der rechten Hand, durch Klicken der richtigen Taste markiert werden sollten. Das alles spielte sich jeweils in nur Sekundenbruchteilen ab. Indem die Forscher die Zeitspanne zwischen der ersten und zweiten Aufgabe variierten und die Verzögerung maßen, konnten sie feststellen, wann die „Bremse“ am stärksten wirkte. Es zeigte sich, dass die Versuchspersonen gegen 23 Uhr am schnellsten reagierten, danach wurden die Reaktionszeiten immer länger. Gegen sieben Uhr morgens war der Tiefpunkt erreicht. Aber wo befindet sich die im Laufe der Nacht zunehmende „Bremse“ für das Ausführen von zwei Aufgaben nacheinander? Auch das fanden die Forscher heraus. Der entscheidende Flaschenhals liegt offenbar in der zentralen Verarbeitungsphase – der mittleren Phase der insgesamt aus drei Phasen bestehenden Informationsverarbeitung. Offenbar stauen sich an dieser Engstelle kurzzeitig die beiden Aufgaben, bevor sie vom Gehirn weiter verarbeitet werden. Die beiden anderen Phasen, Wahrnehmung und motorische Ausführung, sind dagegen von keiner Engstelle gehemmt. Nach Ansicht der Wissenschaftler haben ihre Ergebnisse auch ganz praktische Auswirkungen. Denn auch viele Alltagsaufgaben beinhalten die Koordination mehrerer Unteraufgaben und sind daher von dem „Flaschenhals“ in der zentralen Informationsverarbeitung betroffen. Wenn beispielsweise am frühen Morgen die Reaktionen von Auto- oder Lastwagenfahrern ohnehin verlangsamt sind und große Müdigkeit hinzukommt, müsse man, so meinen die Wissenschaftler, von einem höheren Risiko für Verkehrsunfälle ausgehen. (05/2007, Psychological Science) Warum Frieren weh tut Wenn die Finger steifgefroren sind, werden sie zwar für viele Reize taub, tun aber trotzdem noch weh. Warum das so ist, zeigte eine genauere Untersuchung der Vorgänge in den für die Schmerzwahrnehmung zuständigen Rezeptoren der Haut. Um ordentlich zu funktionieren, müssen die hier liegenden Nervenenden explosionsartig kleine elektrische Ströme ausbilden können, um den Nervenimpuls auszulösen. Das geschieht, indem sich winzige Kanäle in der Zellmembran der Nervenzellen innerhalb von Sekundenbruchteilen öffnen und schließen und dabei Natriumionen hindurchschleusen. Dadurch entstehen Ladungsunterschiede zwischen dem Zellinneren und dem Außenbereich und damit auch der elektrische Impuls. Soweit der Normalfall. Bei Kälte jedoch öffnen und schließen sich diese Kanäle immer langsamer, bis sie schließlich buchstäblich „einfrieren“. Nur ein ganz spezieller Typ von Natriumkanal, der so genannte NaV1.8, hat sich als verblüffend kälteresistent herausgestellt. Er wird zwar auch träger, blockiert aber nicht und kann auch bei zehn Grad Hauttemperatur noch Nervenimpulse auslösen. Kanal NaV1.8 findet sich allerdings nicht in allen Nervenzellen, sondern ausschließlich in den Nervenendigungen, die Schmerzsignale an das Gehirn senden. Sie besitzen damit eine frostfeste Zündvorrichtung für Nervenimpulse. (06/2007, Nature)

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Gehirn und Verhalten

Leseschwäche: Gehirn verpasst Spezialisierung Am Anfang des Lesenlernens muss sich das Gehirn auf die Erkennung von Schrift spezialisieren – und dies möglichst schnell. Bleibt dies aus, ist eine Dyslexie, eine Leseschwäche, die Folge. Unklar war bisher, ob die verminderte Spezialisierung eine Folge der langjährigen Leseschwäche ist, oder ob sie schon beim Entstehen der Dyslexie in der Schule eine Rolle spielt. Um dies herauszufinden, testeten Urs Maurer und Professor Daniel Brandeis vom Zentrum für Kinder- und Jugendpsychiatrie der Universität Zürich mit ihrem Team, wie sich diese Spezialisierung vom Kindergarten bis zur 2. Klasse entwickelt, und wie Kinder mit Dyslexie dabei abweichen. Um die Spezialisierung auf Schrift zu messen, führten sie Hirnstrommessungen (EEG) durch, während die Kinder Wörter und unvertraute Symbole sahen. Als Aufgabe sollten die Kinder unmittelbare Wiederholungen erkennen, was auch schon vor dem Lesenlernen klappt. Die Forscher konnten zeigen, dass die Spezialisierung auf Schrift im Sehhirn von Kindern, die normal lesen lernten, im Kindergarten noch nicht vorhanden war. Sie entwickelte sich aber mit dem normalen Lesenlernen bis in die 2. Klasse stark. Bei Kindern, die eine Dyslexie entwickelten, blieb diese Spezialisierung hingegen schwach. Je flüssiger ein Kind lesen konnte, desto besser war sein Gehirn in der 2. Klasse an die Schrifterkennung angepasst. Die Ergebnisse zeigen, dass bei einer Dyslexie eine verminderte Spezialisierung auf Schrift bereits am Anfang des Lesenlernens eine wichtige Rolle spielt. Die Spezialisierung des Gehirns entsteht also nicht erst durch Üben beim Lesenlernen und durch jahrelange Leseerfahrung. Mit weiterer Forschung wollen Brandeis und sein Team nun zeigen, ob gezielte frühe Trainingsprogramme für Dyslexie diese Spezialisierung beeinflussen können. (09/2007, Brain)

Spezialisiert sich das Gehirn nicht rechtzeitig auf die Erkennung von Schrift, ist eine Leseschwäche die Folge. © SXC

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Quanten, Laser, Zahlenspiele

Auf dem Weg zum Quantencomputer Leiterbahnen auf einem herkömmlichen Computerchip – noch weit vom Atommaßstab entfernt. © SXC

Quantencomputer gelten als die Rechner der Zukunft. Denn sie sind nicht nur um ein Vielfaches leistungsfähiger als herkömmliche Computer, sie wären auch winzig klein. Doch genau das beinhaltet auch eine ganze Reihe von Problemen, die die Wissenschaftler noch lösen müssen, bevor die ersten Quantenrechner loslegen können. Das Jahr 2007 brachte aber auch hier einige wichtige Durchbrüche. In der Welt der „normalen“, siliziumbasierten Computer herrscht Dualität: Null oder Eins, wahr oder falsch, an oder aus. Ganz anders jedoch bei einem Quantencomputer: Denn er rechnet nicht mehr mit Transistoren, sondern mit Quantenbits, kurz Qubits: Diese Atome, Moleküle oder Photonen gehorchen den ganz eigenen Gesetzen der Quantenwelt. Sie haben nicht nur die Wahl zwischen Null und Eins, sondern können gleichzeitig beide oder alle Zustände dazwischen einnehmen. Das Gute daran: Während ein normaler Computer eine Rechenoperation nach der anderen abarbeiten muss, kann ein Quantencomputer schon mit einem einzigen Quantenbit alle möglichen Ergebnisse einer Aufgabe auf einmal berechnen. Denn das Quantenbit nimmt einfach alle möglichen Zustände gleichzeitig ein. Diese „Unschärfe“ entsteht dadurch, dass der Zustand eines Objekts in der Quantenwelt nur über Wahrscheinlichkeiten geschätzt werden kann. Will man ihn messen,

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Quantencomputer

verändert man ihn und macht damit die Messung wertlos. Und noch ein seltsames Phänomen gibt es in der Quantenwelt: die Verschränkung. Sie bewirkt, dass der Zustand eines Quantenbits automatisch den eines anderen beeinflusst – und dies scheinbar ohne physikalische Verbindung und über große Entfernungen hinweg. Dadurch können zwei verschränkte Photonen sogar zwei Nullen und zwei Einsen auf einmal kodieren – und in diesen beiden Kanälen auch rechnen. Ein System aus tausend Qubits könnte also tausend Rechnungen parallel ausführen. Doch auch für diese Verschränkung gilt das Unschärfe-Prinzip: Sobald ein Physiker die Ausrichtung der beiden verschränkten Photonen misst, müssen sich diese auf links oder rechts festlegen – und die Ergebnisse der jeweils anderen Rechenkanäle gehen verloren.

Das Auslesen ist das Problem Und genau das ist auch das Problem bei der Entwicklung der Quantencomputer: Denn erste einfache Quantensysteme aus zwei, drei oder fünf Quantenbits gibt es inzwischen bereits. Dummerweise jedoch können die Ergebnisse ihrer Berechnungen nicht ausgelesen werden, ohne das System zu zerstören und damit einen Teil der Information gleich mit. Doch inzwischen gibt es hier Fortschritte: Im Juni 2007 berichteten niederländische Wissenschaftler im Magazin „Nature“ über eine Rechenoperation mit zwei Quantenbits, die einen Rückschluss auf die verloren gegangene Information erlaubt. Diese „kontrollierte-NICHT“-Kalkulation (CNOT gate) ändert den Zustand eines Quantenbits von Eins zu Null und umgekehrt, wenn ein zweites Kontroll-Quantenbit auf Eins steht. Steht dieses dagegen auf Null, ändert sich auch das erste Quantenbit nicht. Der Vorteil dieser auf den ersten Blick trivial erscheinenden Operation: Aus dem Zustand des ersten Quantenbits kann auf das zweite geschlossen werden, ohne es direkt messen zu müssen und damit seinen Quantenzustand zu stören. „Man braucht etwas wie ein CNOT-gate um jeden beliebigen Quantenalgorithmus durchführen zu können“, erklärt Hans Mooij von der TU Delft. Als nächsten Schritt wollen die Forscher ihr System nun auf mehrere Quantenbits ausdehnen – keine ganz leichte Aufgabe. „Man muss um jeden Schritt kämpfen, aber es bewegt sich“, so Mooijs Einschätzung der Entwicklung.

Quantenbit

Das Quantenbit oder Qubit ist das Analog zum klassischen Bit bei herkömmlichen Computern: Es dient als kleinstmögliche Speichereinheit und definiert gleichzeitig ein Maß für die Information. Konkret kann es aus Atomen, Elektronen, Molekülen oder Photonen bestehen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Bits können Qubits nicht nur zwei Zustände annehmen, sondern auch beide Zustände quantenphysikalisch überlagern.

Laser spielen in der Entwicklung von Quantencomputern eine wichtige Rolle, denn mit ihrer Hilfe werden gezielt Lichtquanten, Photonen, erzeugt.© SXC

Schnittstelle durch Photonen-„Trick“ Mit der Erweiterung der Quantensysteme auf mehrere Quantenbits beschäftigt sich auch eine Arbeitsgruppe am Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching. Ihnen ist es – ebenfalls im Juni 2007 – erstmals gelungen, zwischen einem stationären Quantenspeicher, dem Atom, und einem mobilen Medium, dem Photon, eine Schnittstelle herzustellen. Damit schufen sie eine wichtige Voraussetzung, um auch größere Quantencomputer aus einem Netz beliebig vieler kleiner Quantenspeicher zu konstruieren. „Die bisherigen Systeme sind von ihrer Struktur her nicht skalierbar, lassen sich also nicht auf viele Qubits erweitern“, erklärt Gerhard Rempe, Direktor des Garchinger Instituts. Ein solcher skalierbarer Quantenrechner könnte beispielsweise aus einem Netz von Qubits, etwa einzelnen Atomen, bestehen, die über Photonen miteinander kommunizieren.

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HIGHLIGHTS

Quanten, Laser, Zahlenspiele

Basis des Garchinger Systems bildet ein Rubidium-Atom, dessen interner Zustand in Form des Spins die Quanteninformation darstellt. Durch Laserpulse regten die Forscher das Atom dazu an, Photonen auszusenden. Theoretisch können diese eine von zwei möglichen Schwingungsrichtungen, die so genannte Polarisation, einnehmen. Wie es jedoch für Quantensysteme typisch ist, entscheiden sich weder das Atom noch das ausgesendete Photon für eine der beiden Möglichkeiten. „Sie schlagen vielmehr beide Wege gleichzeitig ein und befinden sich dann in einem Zustand, in dem sich jeweils beide Möglichkeiten überlagern“, erklärt Tatjane Wilk, eine der beteiligten Wissenschaftlerinnen. Auf eine bestimmte Möglichkeit legen sie sich erst fest, wenn entweder der Polarisationszustand des Photons oder der Spin des Atoms gemessen würde. Dann aber stünde gleich für beide die entsprechende Eigenschaft augenblicklich fest, da sich die beiden Teilchen in einer quantenmechanischen Verschränkung befinden.

Zweites Photon als Informationsträger

Auch wenn es nicht so aussieht: Thomas Volz, Niels Syassen und Gerhard Rempe (v. l.) stehen vor einem optischen Eierkarton, den sie in der stählernen Kammer aus Laserstrahlen formen. In diesem optischen Gitter (links) gehen Rubidiumatome (rot) eine Bindung ein und trennen sich wieder, je nach dem, wie die Forscher am Magnetfeld drehen. © MPI für Quantenoptik/Felix Brandl

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Jetzt jedoch gelang den Wissenschaftlern, den Quantenzustand des Atoms auf ein zweites, ebenfalls vom Atom ausgesendetes Photon zu übertragen. Dadurch sind nicht mehr das Atom und das erste Photon verschränkt, sondern die beiden nacheinander emittierten Photonen. „Auf diese Weise lässt sich die in einem Atom gespeicherte Information wieder herauslesen“, so Rempe. Messungen der Polarisationszustände beider Photonen zeigen, dass beide Photonen tatsächlich miteinander verschränkt sind. Dies bedeutet, dass sowohl die Atom-Photon Verschränkung bei der ersten Aussendung zuverlässig funktioniert, als auch die vollständige Übertragung der Information auf das zweite Photon. „Mit den einzelnen Atomen und einzelnen Photonen steht nun erstmals eine Schnittstelle zwischen einem digitalen Speicher und einem digitalen Überträger von Quanteninformationen zur Verfügung“, erklärt Rempe. „In einem nächsten Schritt planen wir, Photonen

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aus zwei Atom-Resonator-Systemen zur Überlagerung zu bringen und dadurch zwei entfernte Quantenspeicher miteinander zu verschränken. Damit erhielten wir ein erstes, wenn auch noch kleines Quantennetzwerk.“

Was sonst noch geschah: Quantencomputer aus Diamant Der Diamant ist nicht nur ein kostbarer Edelstein, er könnte auch ein Baustein für zukünftige Quantencomputer werden. Forscher haben durch das gezielte Einschleusen von Stickstoffatomen winzige Defekte in der Kristallstruktur von Diamanten erzeugt, die sich optimal dazu eignen, einzelne Quantenbits aufzunehmen. Die durch die Stickstoffatome produzierten violettfarbenen Zentren isolieren die Quantenbits während ihrer Rechenoperationen voneinander und bieten so eine der wichtigen Voraussetzungen für funktionierende Quantenrechner. Diese Diamantlösung ist zurzeit der einzige Weg, einen Quantenprozessor zu konstruieren, der auch bei Raumtemperatur funktioniert. (06/2007, Science)

Hätten Sie‘s gewusst? Das erste Quantenbyte, also eine Einheit von acht Quantenbits, gelang Forschern der Universität Innsbruck erstmals im Jahr 2005. Die Verschränkung aller acht Qubits musste dabei durch 650.000 Messungen nachgewiesen werden und dauerte zehn Stunden.

Mikrochipfalle für Quantencomputer Eine Mikrochipfalle für Experimente auf dem Weg zum skalierbaren Quantencomputer haben jetzt Wissenschaftler der Universität Ulm entwickelt. Sie speichert einzelne Calcium-Ionen angeordnet wie Perlen auf einer Kette. Jedes einzelne Ion stellt dabei ein Quantenbit dar, analog zu den Bits eines herkömmlichen Computers. Für die Operationen des Quantencomputers werden einzelne Ionen mit Laserpulsen manipuliert und das Rechenergebnis optisch ausgelesen. Das an der Universität Ulm entwickelte Quantensystem gilt als das Referenzdesign für die von der EU geförderte Entwicklung von skalierbaren Ionen-Quantencomputern. (04/2007, Universität Ulm)

Die Mikrochipfalle besteht aus 64 einzeln ansteuerbaren Elektroden und könnte ein Modell für zukünftige Ionen-Quantencomputer sein. © Universität Ulm

Atom oder Molekül? Beides! Forschern ist es erstmals gelungen, einen Überlagerungszustand aus Atom und Molekül in reiner Form zu beobachten. In dem Experiment konnten sich Paare aus je zwei Rubidiumatomen nicht entscheiden, ob sie miteinander eine Molekülbindung eingehen oder im atomaren Zustand verharren sollten. Stattdessen schwangen die Pärchen zwischen beiden Zuständen hin und her und nahmen einen Zustand ein, in dem sie Molekül und Atom zugleich waren. Solche Überlagerungszustände gelten als Voraussetzung für Quantencomputer. (07/2007, Physical Review Letters)

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INTERVIEW Prof. Dr. Gerhard Rempe leitet die Arbeitsgruppe für Quantendynamik am Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching. © Gerhard Rempe

Quantencomputer gelten als die Computer der Zukunft. Was aber kann ein Quantencomputer, was ein herkömmlicher Rechner nicht kann? Bei dieser Frage will ich vielleicht doch erstmal einen Schritt zurückgehen, denn da gibt es mehrere Entwicklungen auf diesem Gebiet. Eine ist die eines Quantencomputers, der universell funktioniert, wie auch unser klassischer Computer, den wir alle auf dem Schreibtisch stehen haben. In dem Sinne, dass man eigentlich alles mit ihm berechnen kann. Ein universeller Quantencomputer erlaubt es, Dinge zu rechnen, die man mit dem klassischen Computer nicht rechnen kann. Das liegt daran, dass der Quantencomputer parallel rechnet. Er kann so in einem sehr kleinen System viel mehr Zahlen abspeichern als ein klassischer Computer. Er ist jedoch aus technischen Gründen und zum Teil auch aus physikalischen Gründen sehr schwer zu realisieren. Es gibt aber andere Entwicklungen, wie zum Beispiel Quantensimulationen. Dabei handelt es sich um einen Computer, der nur für ganz spezielle Zwecke entwickelt wird. Deswegen

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sind die Anforderungen an ihn auch nicht ganz so hoch wie an einen „richtigen“ Quantencomputer. Er ist nicht ganz so kompliziert wie dieser, er bietet besseren Zugang zu den Beobachtungswerten. Man kann zum Beispiel die einzelnen Quanten besser auslesen.

Genau richtig. Die große Frage ist: Wie bekomme ich die Information, die in so einem Atom gespeichert ist, auf ein Photon und umgekehrt? Dazu muss ich eine Schnittstelle entwickeln zwischen einem ruhenden Quantenspeicher und den fliegenden Quantenboten.

Das Experiment, das Sie jetzt durchgeführt haben, ist das eher ein Beispiel für einen Quantensimulator oder für einen universellen Quantencomputer?

Erschwerend kommt aber doch auch hinzu, dass ich die Information in dem Moment, in dem ich sie ablesen will, verändere?

Weder noch, es ist eigentlich für beide Zwecke geeignet. Grundsätzlich geht es auch um die Frage, auf welchen Systemen man einmal arbeiten wird. Momentan ist noch nicht ganz klar, was am Ende gewinnen wird. Es gibt Ionensysteme, Atomsysteme, Photonensysteme. Wo wir aktiv sind, und das ist das Experiment, auf das Sie sich beziehen, ist, einen großen, verteilten Quantencomputer, eine Art Quantennetzwerk zu etablieren. Wenn man so will ein „Quanteninternet“, in dem man über große Distanzen Quanteninformationen transportieren kann. Und wenn man etwas über große Distanzen transportieren will, dann macht man das am sinnvollsten mit Licht. Licht kann man durch Glasfasern schicken. Das Dumme ist nur, dass sich solche Lichtquanten mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, man kann sie nicht einfach anhalten. Und man braucht auch Speicherelemente. Dafür eignen sich Atome sehr gut. Denn die sind in Ruhe, die kann ich festhalten.

Das heißt, ihr Experiment schlägt die Brücke zwischen dem flüchtigen Licht und dem Atomspeicher?

Genau. Ich will die Information ja unverändert auf das Photon übertragen. Im Prinzip geht das, die Quantenphysik erlaubt das – ich darf nur nicht hingucken. In dem Moment wo ich hingucke, habe ich ein Problem. Das ist die große Herausforderung bei jedem Quantencomputer, auch beim Quantensimulator: Hingucken darf man erst ganz am Ende. Wenn ich von München nach Düsseldorf eine Quanteninformation schicken will, die in meinem Atom drinsitzt, dann muss ich diese erst auf mein Photon übertragen und das Photon muss ungestört nach Düsseldorf fliegen. Da darf keiner zwischendurch mal nachgucken. Sie müssen das erst in ihr Atom hineinlesen und dann können Sie nachgucken.

In Ihrem Experiment haben Sie erst ein Atom-Photon-Paar erzeugt, dann daraus ein Photon-Photon Paar gemacht. Warum? Wir haben erstmal ein Atom in einen wohldefinierten Anfangszustand gebracht: nicht verschränkt, nicht überlagert – praktisch ein klassisches Bit. Wir wissen, dass es Eins

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oder Null ist. Und dann haben wir ein Photon aus diesem Atom herausgeholt, was auch schon schwierig ist. Und das Pfiffige dabei: Dieses Photon ist jetzt tatsächlich auch mit unserem Atom verschränkt. Das heißt, zu Ihnen fliegt jetzt ein Photon, das mit meinem Atom verschränkt ist. Wenn Sie jetzt das Photon empfangen und in ihr Atom einlesen, dann hätten wir zwei verschränkte Atome – eins in München, eins in Düsseldorf. Das wäre schon mal genial, denn das wäre ein erster Schritt zu einem Quantencomputer, der zwischen München und Düsseldorf funktioniert. Wir hätten eine Atomverschränkung über eine große Distanz hinweg.

Und warum brauche ich dann noch ein zusätzliches Photonenpaar? Das besondere an der Quantenwelt ist ja, dass mein Atom oder Photon nicht nur den Zustand eines definierten Bits annehmen kann, Null oder Eins, sondern auch einen Überlagerungszustand zwischen beiden. Deshalb können wir nicht nur unser klassisches Bit auf ein Photon übertragen und so ein verschränktes Atom-Photon-Paar erzeugen, sondern wir können auch den Überlagerungszustand übertragen. Und diesen lesen wir auf ein zweites Photon aus. Damit haben wir im Grunde gezeigt, dass wir jede Art von Zuständen aus dem Atom übertragen können. Gleichzeitig entstehen dadurch zwei verschränkte Photonen. Und das ist auch eine ganz witzige Sache. Denn von diesen beiden Photonen könnte ich eines zu ihnen schicken und eins in ihre Nachbarstadt Köln. Dann könnte jeder der beiden Empfänger die Information aus dem

jeweiligen Photon auf sein Atom überschreiben und als Ergebnis hätten wir dann zwei miteinander verschränkte Atome in Köln und Düsseldorf.

Und mit solchen Verfahren wären dann sehr viel mehr Verbindungen möglich als mit nur einem AtomPhoton-Paar? Genau. Damit steht uns quasi die Welt der Netze offen. Ich kann meine Photonen irgendwo hinschicken und habe dabei trotzdem noch meinen Quantenzustand.

Aber wie sieht es denn konkret mit den Anwendungen aus? Wann wird es die ersten Computer auf Quantenbasis geben? Bei den universellen Quantencomputern bin ich nicht so optimistisch, dass es in naher Zukunft, in den nächsten paar Jahren, ein sinnvolles System geben wird, das tatsächlich mit den klassischen Computern konkurrieren kann. Denn wir reden hier ja von einem universellen System, das Aufgaben lösen kann, die ich hier auf meinem PC nicht lösen kann. Immerhin steht ja hinter der herkömmlichen Technologie eine lange Entwicklungszeit, das darf man auch nicht vergessen. Wir müssen fairerweise jetzt auch dem Quantencomputer die Chance geben, eine Entwicklung durchzumachen. Erste Gatter, erste Rechnungen sind ja schon gezeigt worden, aber das sind ja noch sehr rudimentäre Dinge, das bewegt sich quasi noch im kleinen Einmaleins. Auf der anderen Seite ist es so, dass es irgendwann einmal zwangsläufig so sein wird, dass wir in die Welt der

Quanten hineinrutschen. Wenn die Miniaturisierung so weitergeht, dann sind wir in gut zehn Jahren bei einem Elektron, einem Atom oder einem Photon. Wo ich sehr viel optimistischer bin, sind die Quantensimulatoren. Da werden wir in den nächsten Jahren schon die ersten Systeme haben. Einfach deshalb, weil man dafür nicht so viele Teilchen braucht. Schon 30 Teilchen reichen aus, um ein Problem zu lösen, dass selbst der größte Rechner nicht lösen kann, auch nicht, wenn man alle Großrechner der Welt zusammenknüpft. Das liegt einfach daran, dass man in den 30 Teilchen so viele Informationen abspeichern kann, wie auf keinem anderen Computer. Eine Anwendung wären beispielsweise bisher ungeklärte Fragen im Magnetismus. Eine große Zukunft liegt auch in Molekülrechnungen. Wenn Chemiker ihre Molekülorbitale oder Reaktionen rechnen, belegen sie damit heute ganze Großrechner. Aber das wären dann Simulatoren für ganz spezifische Zwecke, kein Gerät, mit dem man alles kann. Kein Computer mit Tastatur, für den man einen Programmcode schreibt. Meine Sichtweise ist auch, dass man wohl nicht erwarten kann, dass der Quantencomputer den klassischen Computer ablöst. So wie auch das Flugzeug nicht die Eisenbahn abgelöst hat.

Der Quantencomputer für den häuslichen Schreibtisch ist also eine Utopie? Genau, an den glaube ich erstmal nicht. Der Quantencomputer wird neue Möglichkeiten eröffnen und wird dann darin seine Anwendung finden.

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HIGHLIGHTS

Quanten, Laser, Zahlenspiele

Verschlüsselung durch „spukhafte Fernwirkung“ Die Quantenphysik könnte das liefern, wovon Kryptografen schon lange träumen: die spionagesichere Verschlüsselung. © Harald Frater

Die Welt der Quantenphysik beschert uns nicht nur Computer, die eines Tages mit Atomen und Lichtteilchen rechnen, sie läutet auch eine neue Ära der Kryptografie ein – die absolut abhörsichere Verschlüsselung. Inzwischen ist sogar eine solche Informationsübertragung ohne Glasfaser- oder anderes Kabel gelungen – allein durch die quantenphysikalische Verschränkung von Photonen. Die Verschlüsselung von Nachrichten folgt immer dem gleichen Prinzip: Der Sender macht die sensiblen Daten nach einem bestimmten System, dem Schlüssel, unleserlich. Der Empfänger braucht denselben Schlüssel, um die Daten wieder zu dechiffrieren und muss ihn daher auf irgendeinem Wege vom Sender erhalten. Und genau dieser Austausch macht herkömmliche Verschlüsselungssysteme anfällig: Wer sich die Schlüssel verschafft, kann alles mitlesen - unbemerkt. Doch in der Quantenkryptografie hätte ein heimlicher Spion keine Chance, denn bereits der Versuch, mitzuhören, verändert den Zustand der Nachricht und verrät ihn dadurch. Erste quantenkryptografische Geräte sind bereits seit April 2004 im Einsatz. Damals nutzte eine Wiener Bank zum ersten Mal eine Quantenkryptografie mittels Photonen, um eine Geldüberweisung zu sichern. Übertragen wurde die sensible Information über ein 1.500 Meter langes Glasfaserkabel. Bank

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Quantenkryptografie

und Empfänger, in diesem Fall das Wiener Rathaus, mussten sich parallel zu den gesendeten Daten darüber austauschen, welche Filter beim Senden beziehungsweise Empfangen der Botschaft benutzt wurden. Erst diese Information ergab zusammen mit dem Schwingungszustand der gesendeten Photonen den Schlüssel für die Dechiffrierung. Doch es geht auch anders: Dann nämlich, wenn Information und Verschlüsselung nicht mehr über die jeweils variierte Schwingungsrichtung voneinander unabhängiger Photonen erfolgt, sondern über eine direkte Verschränkung der Lichtteilchen. Erzeugt werden kann ein solches Pärchen beispielsweise mithilfe eines Kristalls, der aus einem energiereichen Photon zwei energieärmere Lichtteilchen erzeugt. Wenn die beiden verschränkten Photonen entstehen, steht ihre individuelle Polarisation noch nicht fest, sondern erst nach deren Messung am einzelnen Photon. Dies ist eine Besonderheit der Quantenwelt. Sobald aber die Polarisation des einen Photons fest steht, ist auch unmittelbar die Polarisation des mit ihm verschränkten Partners bekannt, da ihre Eigenschaften voneinander abhängig sind. Die Messung an einem Lichtteilchen beeinflusst somit das Messergebnis an dem anderen – und dies auch dann, wenn sie Lichtjahre voneinander entfernt sind. Albert Einstein bezeichnete dieses damals nur theoretisch ermittelte quantenphysikalische Phänomen als „spukhafte Fernwirkung“ und lehnte diese Vorstellung ab. Inzwischen jedoch ist es bereits einige Male gelungen, eine solche Verschränkung über geringe Distanzen zu erzeugen.

Kryptografie Als Kryptografie bezeichnet man die Anwendung und Erforschung von Verfahren, die einen Klartext durch Verschlüsselung in einen für Unbefugte nicht lesbaren „Geheimtext“ verwandeln. Der rechtmäßige Empfänger jedoch kann den Text dank eines „Schlüssels“ wieder zurück in den Klartext verwandeln.

Codierung nach Ping-Pong-Prinzip Im März 2007 gelang es Kim Boström und Martin Ostermeyer von der Universität Potsdam, das Logo der Universität mithilfe eines auf verschränkten Photonen basierenden Codes über das Internet zu verschicken. Dabei nutzten sie das von ihnen entwickelte „Ping-Pong-Protokoll“. Bei diesem entsteht der Schlüssel des Codes, indem der Empfänger einen Teil des Informationsträgers zum Sender der Nachricht schickt („Ping“) und der Sender ihn nach einer Modifizierung wieder an den Empfänger zurücksendet („Pong“). Weil immer nur ein Teil des Informationsträgers übertragen wird, können Dritte ihn nicht zur Informationsextraktion nutzen, selbst wenn sie ihn abfangen könnten. Das Verfahren ist damit bei gleicher Datenübertragungsrate sicherer als alle bisherigen herkömmlichen oder auf Quanten beruhenden Verschlüsselungsmethoden. Im Fall des Logo-Experiments erzeugte einer der Potsdamer Forscher, der „Empfänger“, zunächst für jeden Bildpunkt des Logos zwei verschränkte Photonen. Eines der beiden schickte er an den Sender der Information. Der Sender veränderte nun nach dem Zufallsprinzip die Verschränkung zwischen den Photonen durch Manipulation „seines“ Lichtteilchens oder aber ließ es unberührt. Anschließend schickte

Laserlicht spielt auch bei der Versendung quantenverschlüsselter Nachrichten eine entscheidende Rolle, da meist Photonen als Informationsträger genutzt werden. © SXC

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HIGHLIGHTS

Quanten, Laser, Zahlenspiele

Hätten Sie‘s gewusst? Schon die Ägypter nutzten 1900 v. Chr. kryptografische Methoden, indem sie unübliche Hieroglyphen in Geheimtexte einstreuten. Hebräische Schriftgelehrte setzten um 500 v. Chr. bereits systematisch das Verfahren des Buchstabenaustauschens zur Verschlüsselung ein.

er das Teilchen wieder zum Empfänger zurück. Das bei diesem gebliebene zweite Photon wurde hier wieder mit seinem Partner zusammengeführt und die dabei auftretenden Phänomene gemessen. Physiker sprechen dabei von Interferenz. Je nachdem, ob die Verschränkung vom Sender der Nachricht verändert wurde, liefert die Messung zwei mögliche Ergebnisse – entsprechend Null und Eins eines binären Schlüssels. Für die komplette Übertragung des Logos wurde jeder einzelne Bildpunkt nach diesem Prinzip verschlüsselt und dann über das Internet übertragen. Zur Decodierung entfernte der Empfänger mit einem mathematischen Verfahren schließlich den Code wieder von der Information.

Von Las Palmas nach Teneriffa

Noch steckt die Quantenkryptografie erst in den Kinderschuhen. Eine Nutzung für jedermann ist daher sehr weit entfernt. © Harald Frater

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Die „abhörsichere“ Übertragung von Informationen durch verschränkte Photonen funktioniert jedoch nicht nur über Glasfaserkabel und Internet, sondern auch drahtlos und über große Entfernungen hinweg, beispielsweise über eine Art Laserstrahl. Das allerdings ist eine gewaltige technische Herausforderung. Denn auf ihrem Weg durch die Atmosphäre wechselwirken die Lichtteilchen mit Atomen und Molekülen. Obendrein lenkt Luftunruhe den Lichtstrahl ab, ähnlich dem Flirren über heißem Asphalt. Im Juni 2007 jedoch gelang einem internationalen Forscherteam zum ersten Mal eine „spukhafte Fernwirkung“ über eine Distanz von 144 Kilometern – zehnmal weiter als je zuvor gemessen. Damit könnten diese Quantenverschränkungen problemlos zur Erzeugung eines geheimen Schlüssels und damit zur abhörsicheren Nachrichtenübertragung sogar zwischen Satelliten und der Erdoberfläche verwendet werden. In dem für die Europäische Raumfahrtagentur ESA durchgeführten Experiment untersuchten die Wissenschaftler was passiert, wenn eines von zwei verschränkten Photonen weit entfernt vom anderen gemessen wird. Dafür erzeugten sie die verschränkten Photonen am Roque de los Muchachos Obser-

Quantenkryptografie

vatorium auf der Kanarischen Insel Las Palmas und schickten dann eines der Photonen über ein Teleskop auf seine 144 Kilometer lange Reise durch die Luft zur Nachbarinsel Teneriffa. Hier diente das OGS, ein für die Satellitenkommunikation gebautes Teleskop der ESA, als Empfänger. Messungen zeigten, dass beide Photonen, wenn sie aus ihrem unbestimmten Quantenzustand herausgerissen wurden, sich mit hoher Wahrscheinlichkeit in La Palma wie auf Teneriffa für die gleiche Polarisation „entschieden“. Dieses Ergebnis machte deutlich: Die Verschränkung war tatsächlich über diese große Entfernung erhalten geblieben – die Existenz der „spukhaften Fernwirkung“ war bewiesen. Angeregt durch den Erfolg des Experiments plant die ESA bereits weitere Schritte hin zu einer globalen Verteilung von Quantenzuständen. Realisiert werden soll dies entweder mit Satelliten oder durch ein Quantenkommunikationsmodul, installiert am europäischen Weltraumlabor Columbus der Internationalen Raumstation ISS. Damit soll es möglich sein, die bisherige Entfernungsbegrenzung der Quantenkryptografie zu überwinden und Quantenkommunikation auf globalem Niveau zu verwirklichen.

Im Experiment wurde ein Photon eines verschränkten Photonenpaares von Las Palmas (2. von rechts) nach Teneriffa (ganz rechts) verschickt. © NASA/GSFC

Was sonst noch geschah: Verlustfrei im Quantennetz Um Quanteninformationen in einem Netzwerk von A nach B zu übertragen, müssen Sender und Empfänger, in der Netzsprache als Knoten bezeichnet, quantenmechanisch miteinander verschränkt sein. Ihre Eigenschaften sind damit perfekt korreliert und voneinander abhängig. Wie aber lässt sich eine solche Verschränkung auch über große Entfernungen hinweg und über eine Vielzahl von „Zwischenknoten“ verlustfrei übertragen? In klassischen Netzwerken wie dem Internet werden dafür „Repeater“ eingesetzt, ein Art „Zwischenverstärker“, die das exponentielle Abklingen des Signals in Abhängigkeit von der Zahl der durchlaufenen Knoten verhindern sollen. Physiker eines internationalen Forscherteams haben nun „Quantenrepeater“ entwickelt, die zumindest in einer Knotenkette eine verlustfreie Übertragung erreichen. Das Besondere dabei: Unterhalb eines bestimmten Schwellenwertes für den Verschränkungsgrad ist die Übertragung von A nach B gleich Null. Oberhalb dieses Wertes jedoch bekommt der „Durchfluss“ der Photonen einen bestimmten festen Wert, der unabhängig von der Entfernung der Knoten ist. Solche Quanten-Repeater ermöglichen damit Quantenkommunikation auch über weite Distanzen hinweg. (02/2007, Nature Physics)

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HIGHLIGHTS

Quanten, Laser, Zahlenspiele

Neues mit Licht und Laser Das sichtbare Licht ist nur ein kleiner Ausschnitt aus dem Spektrum der elektromagnetischen Strahlung. © SXC

Das Licht und mit ihm das gesamte Spektrum der elektromagnetischen Strahlung erweist sich mehr und mehr als vielseitiges und vielversprechendes Werkzeug nicht nur der Forschung, sondern auch zahlreicher zukünftiger Anwendungen. Der Laser ist schon jetzt aus vielen Laboren kaum mehr wegzudenken. Mit ihm erzeugen Wissenschaftler Lichtteilchen für die Quantenphysik, experimentieren mit optischen Halbleitern oder bohren winzige Löcher in Biomaterialien. Eine Sonderform dieses besonders „geordneten“ Lichtstrahls, der Röntgenlaser, verspricht bahnbrechende Enthüllungen im Mikrokosmos und hat bereits jetzt eine neue Ära in der Strukturforschung eröffnet. Licht als universelles „Werkzeug“? Die Größe eines Werkzeugs oder Messinstruments bestimmt oft, welche Strukturen damit bearbeitet oder gemessen werden können. So kann beispielsweise ein Bohrer kein Loch bohren, das kleiner ist als sein Durchmesser und mit einen Lichtmikroskop lassen sich nur Details abbilden, die größer sind als die Wellenlänge des Lichts. Ein neues Nanolicht-Werkzeug überwindet jedoch inzwischen dieses Dilemma und erschließt damit weitere Möglichkeiten, Licht als universelles „Werkzeug“ einzusetzen. Forschern der TU Kaiserslautern gelang

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Licht und Laser

es, ultrakurze Laserlichtblitze so zu formen, dass sie noch Nanostrukturen weit unterhalb ihrer ursprünglichen Wellenlänge selektiv beleuchten konnten. Sie erreichten dies durch Interferenzen, die gezielte Überlagerung der Lichtwellen. Praktisch angewendet werden kann dieses Lichtwerkzeug etwa bei der Steuerung chemischer Reaktionen, der Materialbearbeitung oder in der Optoelektronik. (03/2007, Nature)

Laserblitz bringt Licht in die Nanowelt Ein einziger, extrem intensiver und kurzer Laserblitz reichte aus - dann hatten die Wissenschaftler, was sie brauchten: ein Beugungsbild eines winzigen, nichtkristallinen Nanoteilchens. Mithilfe des Freie-Elektronen-Lasers für weiche Röntgenstrahlung (FLASH) am DESY in Hamburg könnte dieses Abbildungsverfahren den Beginn einer neuen Ära in der Strukturforschung eröffnen. In ihrem FLASHExperiment schickte ein internationales Forscherteam einen sehr intensiven Lichtblitz von 32 Nanometern Wellenlänge und nur 25 Femtosekunden – billiardstel Sekunden – Dauer auf eine Testprobe. Sie bestand aus einer dünnen Membran, in die ein drei Mikrometer breites Muster geritzt worden war. Die Energie des Laserpulses heizte die Probe auf etwa 60.000 Grad Celsius auf, so dass sie sofort verdampfte. Im buchstäblich allerletzten Sekundenbruchteil vor der Zerstörung jedoch machten die Forscher eine Aufnahme des Beugungsmusters des Lichts und erstellten daraus mit speziellen Rechenmethoden ein Bild. Auf diese Weise könnte es schon in naher Zukunft mit Hilfe eines einzigen ultrakurzen, extrem intensiven Laserpulses möglich werden, sogar Bilder von einzelnen Makromolekülen – Viren oder Zellen – aufzunehmen. Gerade in der Medizin oder Bioforschung war das bisher kaum möglich, da die Strahlung die sensiblen Proben zerstörte. „Jetzt gibt es jedoch einen Weg, dieses Problem zu umschiffen“, erklärt Janos Hajdu von der Universität Uppsala. „Wir müssen das Bild eben schneller aufnehmen als die Probe von der Strahlung zerstört werden kann.“ Da das neue „single-shot“-Abbildungsverfahren ohne Linsen auskommt, könnte die Methode sogar bis zu atomarer Auflösung weiter entwickelt werden. Dann müsste statt des „weichen“ Laserpulses allerdings ein harter Röntgenlaser mit noch kürzerer Wellenlänge eingesetzt werden. (11/2006, Nature Physics)

Links: Der genaue Fokus des FLASH-Lasers entsteht, wenn der Photonenstrahl auf einen fluoreszierenden Kristall fällt. Mitte: Beugungsbild einer Nanostruktur-Probe, aufgenommen durch einen ultrakurzen, extrem intensiven Laserpuls. Rechts: Beugungsbild nach der Zerstörung der Probe durch den Laserstrahl © DESY/ H. N. Chapman, J. Hajdu et al.

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HIGHLIGHTS

Quanten, Laser, Zahlenspiele

Startschuss für Europas „Superlampe“

Messstation in der Experimentierhalle des FreieElektronen-Laser FLASH in Hamburg. Er gilt als der kleine Vorläufer des europäischen X-FEL. © DESY, Hamburg

Europa erhält ein neues Forschungswerkzeug der Superlative: Wenn XFEL, der „Freie-Elektronen-Röntgenlaser“ (X-ray free-electron laser) ab 2013 nahe Hamburg seine Arbeit aufnimmt, werden Experimente und Untersuchungen möglich sein, von denen die Forscher heute nur träumen können. Am 6. Juni 2007 gab Bundesforschungsministerin Annette Schavan den Startschuss für das ambitionierte Projekt, 2008 soll der Bau beginnen. Einmal fertig gestellt, wird die Anlage die längste künstliche Lichtquelle und die hellste Röntgenlichtquelle der Welt beherbergen. Der erste Teil eines Freie-Elektronen-Lasers (FEL) besteht aus einem Teilchenbeschleuniger, in dem Elektronen auf Fast-Lichtgeschwindigkeit gebracht werden. Im zweiten Teil des Lasers werden die Elektronen dann in speziellen Magnetfeldanordnungen auf einen Slalomkurs gebracht und geben dabei Strahlung in Form von hochintensiven und gleichzeitig ultrakurzen Röntgenpulsen ab. Das Besondere daran: Diese weniger als 100 Billiardstel Sekunden dauernden Blitze bewegen sich zwar im Röntgenbereich, besitzen aber gleichzeitig die Eigenschaften eines Laserstrahls. Denn in den Blitzen liegen Wellenberge und Wellentäler immer genau übereinander – die Strahlung bewegt sich quasi im Gleichtakt. Mit diesen XFEL-Röntgenlaserpulsen lassen sich beispielsweise chemische Reaktionen in Echtzeit „filmen“. Die extrem geringen Belichtungszeiten sorgen dafür, dass nichts verwackelt und dass auch die unglaublich schnellen atomaren Veränderungen und Umlagerungen noch eingefangen werden können. Damit wollen die Forscher zukünftig Biomolekülen bei der Arbeit zuschauen oder im Detail untersuchen, wie sich Atome und Moleküle zu Werkstoffen formen. Untersucht werden können aber auch die Reaktionen, die in Brennstoff- oder Solarzellen ablaufen. Unter anderem deshalb sind am Bau des europäischen Röntgenlasers XFEL nicht nur Wissenschaftler aus Physik, Biologie und Chemie interessiert, sondern auch die Industrie, die sich Hilfe bei der Entwicklung neuartiger Hightech-Materialien verspricht. (06/2007, BMBF)

Laserfernsehen fast marktreif? Das normale Fernsehen könnte bald überholt sein: Denn längst arbeiten Wissenschaftler an Strategien, um Laserlicht so zu manipulieren, dass es in nicht allzu ferner Zukunft den Sprung in unsere Wohnzimmer schafft: Schon in zwei Jahren sollen erste Laserfernseher auf den Markt kommen, die in Schärfe und Farbenpracht alle heute erhältlichen Geräte weit übertreffen. Die auf dem Bildschirm sichtbaren Farben werden dann von winzigen Halbleiterlasern,

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Licht und Laser

beispielsweise aus Lithiumniobat erzeugt. Versuche dazu laufen unter anderem an der Universität Bonn, aber auch längst bei den großen Elektronikfirmen. Mit einem roten, einem grünen und einem blauen Laser dieser Art lassen sich dann prinzipiell alle Farben herstellen, die unser Auge sehen kann. „Ein normales TVGerät bekommt das nicht hin; das schafft nur 50 Prozent aller Farben“, betont der Physiker Karsten Buse, Professor an der Universität Bonn. „Neben einem Laserdisplay wirken herkömmliche Bildschirme einfach flau.“ (02/2007, Universität Bonn) Neue Art von elektromagnetischen Wellen entdeckt Elektromagnetische Wellen prägen die Welt um uns herum: Ohne sie gäbe es weder Licht, noch Farbe, noch Wärme- oder Röntgenstrahlung. Und auch unsere Handys und Radios blieben stumm. Im Juli 2007 erhielt das elektromagnetische Spektrum überraschenden Zuwachs: Forscher belegten die Existenz eines bisher unbekannten Wellentyps, der nur an metallischen Oberflächen vorkommt, die so genannten akustischen Oberflächenplasmons. Wellen dieses Typs wurden zwar bereits theoretisch vorhergesagt, doch ihre Existenz war bisher extrem schwer experimentell nachzuweisen. 2006 hatte eine Forschergruppe deshalb sogar postuliert, dass es diese Wellen gar nicht geben könne. Doch jetzt konnten die Wissenschaftler der Universität von New Hampshire die Zweifler eines Besseren belehren: In ihrem Experiment, bei dem sie langsame Elektronen auf einen speziell vorbereiteten Berylliumkristall schossen, wiesen sie eindeutig die ungewöhnlichen Oberflächenwellen nach. Denn als die Elektronen von dem „Elektronensee“ an der Oberfläche des Kristalls reflektiert wurden, verloren einige von ihnen eine geringe Energiemenge, die genau der Anregungsenergie der akustischen Oberflächenplasmon-Welle entspricht. Nach Schätzungen der Forscher breiten sich die neuen Wellen mehrere Nanometer weit aus, sterben aber bereits nach wenigen Femtosekunden ab. Mit diesen extrem kurzen Wellenpulsen könnten daher extrem schnelle chemische Prozesse beobachtet und nachgewiesen werden, für die die bisherigen elektromagnetischen Wellenarten zu langsam waren. Aber auch zur Übertragung optischer Signale entlang von nur Nanometer-großen Leitern und zur Erforschung der Supraleitfähigkeit könnten sich die Wellen eignen. (07/2007, Nature)

Ohne Licht gäbe es keine Farben. SeineWellenlänge bestimmt, ob wir etwas als rot, grün oder gelb wahrnehmen. © SXC

Laser als Nano-Skalpell Mit einem neu entwickelten Laser-Nano-Skalpell können jetzt sogar einzelne Bestandteile menschlicher DNA oder von Tumorzellen gezielt zerstört werden – und das, obwohl der Laser eigentlich viel zu grob für solche Feinarbeit ist. Der Trick an dem Skalpell ist das Zusammenwirken von Laserlicht und Nanopartikeln. Der eher grobe Lichtkegel fällt auf ein zuvor gezielt an die Zielstelle gebrachtes Teilchen. Dieses fängt das Licht auf, erwärmt sich und brennt ein nur Nanometer großes Loch exakt in diese Stelle. „Optical knock-out“ nennen das die Wissenschaftler. Mit einer Größe von 40 Nanometern ist den Forschern der Universität des Saarlandes damit bereits die weltweit kleinste optische Nano-Bohrung in ein einzelnes Chromosom gelungen. Die umliegenden Teile des Chromosoms blieben dabei völlig unbeschadet. (05/2007, Nature Nanotechnology)

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HIGHLIGHTS

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Quanten, Laser, Zahlenspiele

Licht und Laser

Laserblitz erzeugt atomaren Regenbogen Licht ist eine Welle, in der das schwingende elektromagnetische Feld seine Richtung und Stärke mit verblüffender Schnelligkeit ändert. Im Fall von sichtbarem Licht treten diese Änderungen einige 100 Billionen Mal in der Sekunde auf. Eine volle Schwingung dauert gerade einmal einige Trilliardstel Sekunden. Sie allerdings ist auch schon die absolute Grenze, wenn es darum geht, einen einzelnen, möglichst kurzen Lichtblitz zu erzeugen: Denn kürzer als eine volle Schwingung geht nichts. Ein deutsches Wissenschaftlerteam ist in diesem Jahr dieser magischen Grenze zumindest sehr nahe gekommen: Denn sie schafften es zum ersten Mal, Blitze von intensivem Laserlicht zu erzeugen, die mehr als die Hälfte ihrer Energie innerhalb eines einzigen gut kontrollierten Wellenzyklus abgeben. Atome, die diesem extremem Lichtpuls ausgesetzt sind, senden einen Attosekunden-Röntgenpuls aus - einen Blitz von nur einer Trillionstel Sekunde Dauer. Das Spektrum dieses Attosekundenpulses umfasst, würde man es auf niedrigere Frequenzen übertragen, beinahe ebenso viele Farben wie sichtbares Licht, angefangen bei Blau über Grün und Gelb bis hin zum Rot. Der aus der Mischung dieser Welleneigenschaften resultierende „weiße“ Puls hat eine Dauer von etwa 100 Attosekunden und enthält mehr als eine Million Röntgenphotonen. Die Forscher arbeiten nun an der Entwicklung von Spiegeln, die Röntgenstrahlen aus diesem Frequenzbereich reflektieren und fokussieren können. Mit solchen Spiegeln lässt sich wahrscheinlich die erste Lichtquelle der Welt verwirklichen, die leistungsstarke laserartige Röntgen-Blitze mit einer Dauer von weniger als hundert Attosekunden erzeugt. Solche Röntgenpulse werden es den Forschern erstmals erlauben, von der Bewegung der Elektronen in Molekülen gewissermaßen „Standbild“-Schnappschüsse zu machen. Sie könnten damit einen Echtzeit-Einblick in die Mechanismen des biologischen Informationstransfers und die mikroskopischen Ursprünge der Funktionen und Fehlfunktionen biologischer Makromoleküle geben. Solche Schnappschüsse könnten aber auch zeigen, wo die ultimativen Grenzen für die Geschwindigkeit und die Struktur in elektronischen Bauelementen liegen. (07/2007, New Journal of Physics)

Hätten Sie‘s gewusst? Nahezu jeder von uns hat einen Laser zuhause: im CD- oder DVD-Player. Auf der CD oder DVD befinden sich Reihen unterschiedlich langer, weniger als einen Mikrometer hoher Erhebungen. Ihre Abfolge kodiert die Information. Trifft der Abtast-Laser auf eine Erhebung, wird er von ihr in einem anderen Winkel reflektiert als von der unberührten Oberfläche. Die Ablenkung oder Nicht-Ablenkung der Reflexion löst ein digitales Null- oder Eins-Signal aus, dass dann in analoge Schallwellen „übersetzt“ wird.

Nano-Spiegel macht Licht „flott“ Licht ist schneller als Strom – genau deshalb werden für die Breitbandverbindungen der Datenübertragung meist optische Signale in Glasfaserkabeln verwendet. Eine Haken haben diese „Autobahnen“ allerdings: Die Glasfasern lassen sich nicht weiter als bis auf einen Mikrometer verkleinern – und kommen daher für Leitungen in Mikrobauteilen nicht in Frage. Physiker der Universität Graz haben 2007 wichtige Voraussetzungen geschaffen, um Licht zukünftig direkt entlang hauchdünner Drähte von nur wenigen Nanometern Durchmesser weiterzuleiten. Dafür allerdings muss der normalerweise dreidimensionale Lichtstrahl in eine flache Form, ein so genanntes Oberflächenplasmon umgewandelt werden. Die Forscher erreichten dies, indem sie das Licht mithilfe eines Nano-Spiegels durch einen 160 Nanometer breiten Spalt in einem Goldfilm schickten. Durch eine spezielle Strukturierung auf einer Seite des Spalts konnten sie den eingefangenen Lichtstrahl gezielt ausrichten. (04/2007, Nature Physics)

Linke Seite: Laser gibt es in allen Größen: kleiner als eine Nadelspitze, wie hier ein Diodenlaser, oder aber ganze Hallen füllend, wie der Forschungslaser NOVA am Lawrence Livermore National Laboratory. © NASA/JPL, LLNL

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Quanten, Laser, Zahlenspiele

INTERVIEW Prof. Dr. Albrecht Wagner ist Vorsitzender des DESYDirektoriums und des International Committee for Future Accelerators (ICFA). Teilchenphysik ist sein Metier. © DESY, Hamburg

Röntgenlaser sind eine relativ neue Entwicklung. Seit wann gibt es sie? Und existieren überhaupt schon Anlagen, die in Betrieb sind? Freie-Elektronen-Röntgenlaser sind in der Tat eine brandneue Entwicklung in der Vielfalt von Strahlungsquellen, wobei die Betonung auf „Röntgen“ liegt. Die erste und bis 2009 weltweit einzige Anlage dieser Art ist FLASH, an der seit Mitte 2005 ein reger Forschungsbetrieb herrscht. FLASH steht für Freie-ElektronenLaser in Hamburg und erzeugt Strahlung im weichen Röntgenwellenlängenbereich, das heißt, bis hinunter zu 6 Nanometern. FLASH ist somit auch Prototyp für die drei großen Röntgenlaser der Zukunft, bei denen es um Wellenlängen von einem Zehntel Nanometer geht und damit um die Möglichkeit, auf die atomare Ebene vorzudringen.

Was hat so ein Röntgenlaser mit einem normalen Laser gemeinsam – und was unterscheidet ihn? Zu den charakteristischen Eigenschaften von Laserlicht gehört, dass es einfarbig und kohärent ist. Das

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heißt, Laser erzeugen Strahlung quasi einer einzigen Wellenlänge, und deren Wellenzüge schwingen im Gleichtakt. Die Kohärenz macht es möglich, dass wir mit Laserlicht dreidimensionale, holografische Aufnahmen machen können. Solche Bilder kennen wir beispielsweise von unseren Scheckkarten. Außerdem ist Laserstrahlung scharf gebündelt und höchst intensiv, was sie inzwischen zu einem wichtigen Werkzeug in der Medizin gemacht hat. Auch in der Forschung sind Laser nicht mehr wegzudenken. Die Wissenschaftler nutzen sie für das weite Feld der Strukturuntersuchungen, in dem Aufbau und Eigenschaften von Materialien und Molekülen entschlüsselt werden. Im Unterschied zu einem herkömmlichen Laser arbeitet ein Freie-Elektronen-Laser mit einer neuen Technik. Sein aktives Medium, das für die Erzeugung der Laserstrahlung verantwortlich ist, ist ein Strahl aus freien Elektronen, also aus Elektronen, die nicht in einem Atom gebunden sind, wie es bei einem normalen Laser der Fall ist. Durch einen besonderen „Trick“ verstärkt sich die erzeugte FEL-Strahlung auch noch auf ihrem Weg durch das Magnetfeld. Die Wellenlänge der FEL-Strahlung hängt von der Energie des Elektronenstrahls ab und ist somit in gewissen Grenzen frei einstellbar. Dies ist der größte Unterschied zum normalen Laser, bei dem als Medium nur einige Atomsorten in Frage kommen, die die Farbe des Lasers festlegen. Herkömmliche Laser für den Röntgenbereich können aus technischen Gründen gar nicht hergestellt werden. Für die Wissenschaft sind die Röntgenwellenlängen aber gerade das Inte-

ressante, da sie Bilder mit atomarer Auflösung ermöglichen. Der zweite enorme Vorteil von FELs ist, dass die Strahlung in ganz kurzen Pulsen abgegeben wird, wobei ein Puls von nur zehn Femtosekunden Dauer so viele Photonen enthält, wie in den besten heutigen Röntgenquellen in einer Sekunde erzeugt werden.

Ab 2008 wird in Hamburg und Schleswig-Holstein der über drei Kilometer lange europäische Röntgenlaser XFEL gebaut werden. Auch in Japan und den USA werden leistungsstarke Röntgenlaser gebaut. Was ist das besondere am XFEL? Was kann er, das die anderen nicht können? Zuerst einmal möchte ich betonen, dass wir zwar auf der einen Seite wissenschaftliche Konkurrenten sind. Auf der anderen Seite tauschen wir uns aus und arbeiten intensiv zusammen, wobei jeder von dem anderen lernen kann. Zurzeit haben die Amerikaner und Japaner die Chance, die bei FLASH gemachten Erfahrungen für den Bau und Betrieb ihrer Anlagen zu nutzen, die vor dem europäischen XFEL fertig sind. Dies gilt dann später umgekehrt für die Europäer. Nun zu den Besonderheiten des europäischen XFEL. Alle drei Anlagen erzeugen FEL-Strahlung mit Wellenlängen bis hinunter zu einem Zehntel Nanometer und arbeiten dabei nach demselben Prinzip: Ein aus in winzigen „Päckchen“ bestehender Elektronenstrahl wird beschleunigt, bis er eine bestimmte Energie erreicht hat und die gewünschte gepulste laserartige Strahlung erzeugt. Der amerikanische LCLS und der japanische SCSS verwenden

Licht und Laser

zur Beschleunigung konventionelle normal leitende Resonatoren. Beim europäischen XFEL kommen hingegen supraleitende Beschleunigerelemente zum Einsatz. Als Ergebnis erzeugt der XFEL jede Sekunde 30.000 Röntgenblitze, 120 sind es in den USA und 60 in Japan. Damit liefert der europäische Laser pro Sekunde sehr viel mehr Licht. Es gibt nun Experimente, die genau deshalb nur in Europa durchgeführt werden können. Und es gibt Experimente, die hier dann weitaus schneller zu Ergebnissen führen werden. Dies ist der Hauptvorteil des europäischen XFEL gegenüber den beiden anderen, die früher an den Start gehen können. Es gibt aber noch einige andere Pluspunkte. So bietet die XFELExperimentierhalle nicht nur Platz für die doppelte Anzahl von Messplätzen, diese lassen sich zudem in stärkerem Maße gleichzeitig mit Röntgenblitzen bedienen. Auch dies liegt an den besseren Eigenschaften des Elektronenstrahls.

Der Freie-Elektronen-Laser FLASH ist ja gewissermaßen der kleine Bruder des XFEL. Mit ihm ist es kürzlich gelungen, ultrakurze „Schnappschüsse“ von winzigen Proben zu gewinnen. Was ist daran so sensationell und welche Möglichkeiten wird der XFEL für die Wissenschaft eröffnen?

vorher zu größeren Proben kristallisiert werden müssen. Genau das ist das Sensationelle an diesen ersten Ergebnissen. Denn die Kristallisation ist speziell bei Biomolekülen ein schwieriges und zeitaufwändiges Verfahren, das sich sogar bei einigen wichtigen Molekülsorten gar nicht anwenden lässt. Jetzt können wir davon ausgehen, dass wir mit dem großen XFEL einzelne Atome und deren Dynamik innerhalb von Molekülstrukturen beobachten werden.

Am 5. Juni 2007 ist beschlossen worden, zunächst eine reduzierte Form des ursprünglich geplanten XFEL zu bauen. Besteht die Gefahr, dass es aus Kostengründen bei dieser „Startversion“ bleibt? Nein. Zuerst einmal sind wir froh, dass wir am 5. Juni das „Go“ für den europäischen XFEL bekommen haben, denn jetzt können wir loslegen. Der daran gekoppelte Zweistufenplan sieht vor, dass zwar erst einmal nur sechs der geplanten zehn Experimentierstationen realisiert werden. Aber es

werden schon alle geplanten unterirdischen Bauwerke fertig gestellt, so dass die restlichen vier Experimentierstationen jederzeit nachgerüstet werden können. Schon das erste XFEL-Nutzertreffen, das Anfang 2006 bei DESY in Hamburg stattfand, zeigte das enorme Interesse der künftigen Nutzerinnen und Nutzer, die aus allen naturwissenschaftlichen Disziplinen kommen. Wir gehen deshalb fest davon aus, dass es nicht bei der jetzt beschlossenen Startversion bleibt.

Bliebe es doch bei der Startversion, welche Folgen hätte dies dann für die geplanten Forschungen? Das Potenzial des europäischen XFEL wäre nur zu 60 Prozent ausgenutzt. Damit könnten pro Jahr weniger interessante Fragestellungen beispielsweise aus den Lebenswissenschaften oder der Materialforschung untersucht und beantwortet werden. Aber, wie gesagt, damit rechnen wir nicht. Elektromagnetische Felder beschleunigen die Elektronen in einem supraleitenden Resonator – auch beim XFEL. © DESY, Hamburg

Hier geht es um eine aufregende neue Experimentiermethode, die vor allem die Molekularbiologen mit Spannung erwarten und die bei FLASH kürzlich mit Bravour erste Tests bestanden hat. Sie erlaubt es, die räumliche Struktur einzelner hochsensibler Biomoleküle zu entschlüsseln, ohne dass diese

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HIGHLIGHTS

Schichten, Stoffe, Nanoröhrchen

Neues aus der Nanowelt Nanostrukturen auf diesem Lotusblatt lassen die Wassertropfen abperlen. © William Thielicke / GFDL

Sie gilt als die Zukunftstechnologie schlechthin – die Nanotechnologie. Wissenschaftler dringen immer weiter in die Welt der Atome und Moleküle vor, basteln mit nur nanometergroßen Bausteinen an neuen Materialien oder konstruieren molekulare Motoren aus einzelnen Atomen. Auch das Jahr 2007 hat zahlreiche neue Erkenntnisse und Anwendungen gebracht. Eine kleine Auswahl davon stellen wir hier vor. Altes Schwert mit modernen Nanoröhren In einem alten Damaszener-Schwert aus dem 17. Jahrhundert sind völlig überraschend Nanoröhren aus Kohlenstoffatomen entdeckt worden. Die Wissenschaftler rätseln nun wie diese „modernen“ Strukturen damals im Stahl entstanden sind. Bereits 1924 war der Säbel aus Damaszener Stahl, der im Berner Historischen Museum aufbewahrt wird, metallographisch untersucht worden. Doch erst jetzt ist es den Forschern der Technischen Universität Dresden gelungen, in einem zwei Zentimeter langen Stück aus der Klinge des Säbels mithilfe der Elektronenmikroskopie Kohlenstoff-Nanoröhren nachzuweisen. Diese erreichen bis zu 50 Nanometer Länge und zehn bis 20 Nanometer Durchmesser und sind teilweise mit Zementit gefüllt, einer Verbindung aus Eisen und Kohlenstoff. Ersten Vermutungen zufolge könnten sich die Nanoröhrchen beim Schmieden der Klingen

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Neues aus der Nanowelt

gebildet haben. Die Handwerker setzten damals dem Metall dabei häufig Holz und Blätter zu, sowie bestimmte Eisenerze aus Indien, die als Katalysatoren für die Nanoröhrchenbildung gewirkt haben könnten. Dieser Prozess könnte auch die besonderen Eigenschaften der Damaszener Klingen erklären. Denn sie zeichnen sich durch eine feine, kunstvolle Musterung – den Damast – und eine besonders scharfe und stabile Schneide aus. Welchem Herstellungsverfahren sie dies genau verdanken, ist jedoch nicht überliefert. Mithilfe der neuen Erkenntnisse über die Nanoröhrchen können die Forscher aber nicht nur die besonderen Eigenschaften der legendären Klingen besser verstehen, sondern auch Schlussfolgerungen für die Entwicklung neuer Stähle ziehen. (11/2006, Technische Universität Dresden)

Viren als Nano-Gußform Eine ungewöhnliche Methode, um extrem dünne und lange Nanodrähte herzustellen, präsentierten deutsche Wissenschaftler im Juli 2007: Sie nutzten die filigrane Röhrchenstruktur von Tabakmosaikviren als Gussform. Die gefürchteten Pflanzenschädlinge wurden dabei so mit Edelmetall- und anschließend mit Kobalt- oder Nickelsalzen behandelt, dass sich entweder die Virenaußenhülle oder das Innere der Röhre mit einer feinen Metallschicht überzog. Die so entstehenden Kobalt- und Nickeldrähte sind nur rund zehn Atome breit, aber bis zu 0,5 Mikrometer lang. Ähnlich lang gestreckte und gleichförmige Kleinstobjekte sind in der Natur äußerst selten und auch technisch nur mit hohem Aufwand herstellbar. Anwendungen in der Mikrochiptechnik und Nanotechnologie gäbe es viele: Die mittels der Viren auf einfachem Wege erzeugten Nanostrukturen könnten sich beispielsweise zur Verdrahtung von Mikrochips einsetzen lassen. Derzeit arbeiten die Wissenschaftler an Prüfverfahren, mit denen verschiedene „Virusdraht“-Typen auf Leitfähigkeit und Magnetismus getestet werden können, um erste Anwendungen in der Nanoelektronik zu erproben. Voraussetzung ist jedoch dabei, dass die winzigen Drähte mit anderen Bauteilen verbunden werden können. Zur Herstellung solcher Kontakte gelang den Forschern kürzlich ein entscheidender Schritt: Sie erzeugten aus den Virusstäbchen Nanohanteln, indem sie Goldkörner an beide Enden banden und diese durch Metallabscheidung vergrößerten. Damit standen ausreichend große Kontaktflächen zur Verfügung um Messgeräte anzuschließen. (07/2007, Universität Stuttgart)

Oben: In einem Tabakmosaikvirus gezogener Nanodraht. Darunter: Dieses aus mit Nanoröhrchen bedruckter Zellulose bestehende Papier kann Strom speichern wie eine Batterie. © Universität Stuttgart/ Biologisches Institut, Rensselaer/Victor Pushparaj

Papier als Batterie Sie sieht aus wie ein einfaches Stück schwarzes Papier: Die neuartige Batterie, die Forscher des Rensselaer Polytechnic Instituts im August 2007 präsentierten, ist dünn und beweglich und kann auch bedruckt werden. Gleichzeitig aber liefert sie Strom und kann sogar als Kondensator wirken. Die Ähnlichkeit des neuen elektronischen Geräts zu herkömmlichem Papier ist kein Zufall: Immerhin besteht es zu 90 Prozent aus Zellulose, dem Grundstoff von Zeitungspapier, Pappe und Ähnlichem. Bedruckt ist diese Zellulose allerdings mit Kohlenstoffnanoröhrchen, die so ausgerichtet sind, dass sie als Stromleiter fungieren können. Gleichzeitig geben sie der Papierbatterie ihre schwarze Farbe.

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HIGHLIGHTS

Schichten, Stoffe, Nanoröhrchen

Wie klein ist Nano? Ein Nanometer ist der milliardste Teil eines Meters – und damit nahezu unvorstellbar klein. Er entspricht gerade einmal zehn Wasserstoffatomen in einer Reihe nebeneinander gelegt. Ein Bakterium, immerhin eines der kleinsten Lebewesen auf der Erde, ist bereits tausendmal größer. Und eine Nadelspitze ist im Vergleich geradezu gigantisch groß: Sie umfasst bereits eine Million Nanometer.

Als Elektrolyt dient eine ionische Flüssigkeit, im Prinzip ein flüssiges Salz. Da dieses kein Wasser enthält, ist die Papierbatterie unempfindlich gegenüber Frost oder Austrocknung. Sie funktioniert bei Temperaturen von 73 Grad unter Null bis zu 150 Grad Hitze ohne Probleme. Das Gerät vereint gleich zwei Funktionen in sich: Einerseits kann es – wie ein herkömmlicher Akku – über lange Zeit einen gleichmäßigen Strom erzeugen, andererseits aber produziert es auf Wunsch auch den kurzen, aber starken Stromstoß wie für einen Kondensator typisch. Das Ganze kann zudem gerollt, verdreht oder in eine beliebige Form geschnitten werden, ohne dass seine Funktion leidet. Wie Papier können auch mehrere Batterieblätter gestapelt werden, um die Leistung zu bündeln und zu erhöhen. Ihr geringes Gewicht prädestiniert die Papierbatterie für die Nutzung in Fahrzeugen, Booten oder Flugzeugen. Dort könnte sie zu verschiedenen Bauteilen geformt werden, beispielsweise als Belag auf der Autotür. Doch nicht nur im technischen Bereich, auch in der Medizin sehen die Wissenschaftler sinnvolle Anwendungsmöglichkeiten für ihre Papierbatterie. Denn das Gerät läuft auch dann, wenn das Papier statt mit der ionischen Flüssigkeit mit Blut oder Schweiß als Elektrolyt getränkt ist. Der nächste Schritt für die Forscher ist die Entwicklung einer Methode zur Massenproduktion der Papierbatterie. Die benötigten Rohstoffe sind nicht teuer, noch aber ist die Herstellung zu kompliziert, um als Serienfertigung lohnend zu sein. Ziel ist es daher, eine Methode zu entwickeln, bei der die Papierbatterien in einer Art Druckmaschinen vergleichbar dem Zeitungsdruck produziert werden. (08/2007, Proceedings of the National Academy of Sciences)

Nanoinseln als Datenspeicher Nicht nur Nanoröhrchen, auch flache Kohlenstoffnetze, wie hier ein HeptagonNetz, können als Bausteine für nanotechnologische Anwendungen dienen. © Chis Ewels

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Ein völlig neues Verfahren zur magnetischen Speicherung von digitalen Informationen haben Wissenschaftler des Kompetenzzentrums Nanoanalytik in Hamburg im September 2007 vorgestellt. Es verzichtet komplett auf magneti-

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sche Felder und ermöglicht damit extrem hohe Speicherdichten. Der Clou dabei: Sie nutzten die an der Spitze eines Tastersondenmikroskops entstehenden Spinströme, um damit die Magnetisierung von Nanoinseln aus gerade einmal 100 Atomen in die eine oder andere Richtung zu schalten. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass damit zukünftig auch extrem kleine Speichereinheiten konstruiert werden könnten. denn in konventionellen Festplatten wird das Schreiben von Informationen über magnetische Felder realisiert. Wird die Datendichte jedoch zu hoch, wie es bei der fortschreitenden Miniaturisierung irgendwann der Fall wäre, beeinflusst das Magnetfeld beim Schreiben eines Bits auch benachbarte Bits. Das jedoch führt unweigerlich zum Datenverlust. Ein solches „strominduziertes Schalten der Magnetisierung“ könnte nach Ansicht der Forscher in absehbarer Zukunft sogar das Speichern und Auslesen von Informationen mithilfe einzelner magnetischer Atome ermöglichen. Daraus könnten neue Technologien entwickelt werden, deren Speicherdichte bis zu zehntausendfach höher ist als die heutiger Festplatten. (09/2007, Science) Unsichtbare Stromleiter dank Plastik-Nanofasern Winzige, unsichtbare Plastikfasern könnten der Schlüssel zu transparenter Elektronik, selbstreinigenden Fensterscheiben und DNA-manipulierenden biomedizinischen Instrumenten sein. Wie das konkret bewerkstelligt werden könnte, zeigten Wissenschaftler der Ohio State Universität im Juni 2007: Sie erzeugten Oberflächen, die glatt und durchsichtig sind wie Glas, aber mit Unmengen von Nanofasern besetzt sind. Der Clou der neuen Technologie liegt dabei darin, die winzigen Polymerfasern auf der Oberfläche wachsen zu lassen und dabei durch chemische Parameter gezielt deren Länge und Eigenschaften zu manipulieren. In dem Zweiphasenverfahren sorgt ein erster chemischer Prozess dafür, dass sich Fasern aus winzigen „Polymersamen“ auf der Oberfläche bilden. Der andere lässt diese dagegen vertikal in die Höhe wachsen. Die Fähigkeit, die Eigenschaften der Oberfläche so gezielt zu steuern, eröffnet nach Ansicht der Forscher zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten: Öl und Wasser abweisende Fasern könnten beispielsweise als Beschichtung für Fensterscheiben eingesetzt werden, diese bleiben dann länger sauber. Oder anziehende Fasern werden als „Anti-Nebel-Beschichtung“ genutzt und regen die winzigen Nebeltröpfchen dazu an, sich auf den beschichteten Oberflächen abzusetzen. Doch die Minifasern können noch mehr: Denn ihre anziehende Variante wirkt auch auf DNA-Stränge. Damit lassen sich die Fasern als Plattform für Untersuchungen der Interaktionen von DNA mit anderen Substanzen nutzen, aber auch als Konstruktionsplattformen für DNA-basierte Nanostrukturen. (06/2007, Nature Nanotechnology)

Ein Wassertropfen balanciert auf der transparenten nanostrukturierten Oberfläche. Die Anordnung der Mikrofasern (unten) soegt dafür, dass sie wasserabweisend wirkt. © Ohio State University/Jo McCulty

Vulka Ätna als Nanoröhrchen-Produzent Der italienische Vulkan Ätna speit nicht nur Lava und Rauch, er könnte auch dabei helfen, schnell und einfach die begehrten Kohlenstoffnanoröhrchen zu erzeugen. Wie, das erklärten Forscher des Fritz-Haber-Instituts der MaxPlanck-Gesellschaft im Februar 2007. Ausgangsstoff dafür ist das, was bei einem Vulkanausbruch in rauen Mengen anfällt: Lava. Das Lavagestein ist extrem porös

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HIGHLIGHTS

Schichten, Stoffe, Nanoröhrchen

und enthält einen relativ großen Anteil von fein verteilten Eisenoxiden – für die Synthese der winzigen Kohlenstoffgebilde eine wichtige Voraussetzung. Die Forscher pulverisierten das Gestein und erhitzten es bei 700 Grad Celsius unter Wasserstoffatmosphäre. Die in der Lava enthaltenen Eisenoxidpartikel werden dadurch zu elementarem Eisen reduziert. Wird nun eine Mischung aus den Gasen Wasserstoff und Ethylen über das Pulver geleitet, wirken die Eisenpartikel wie ein Katalysator und lösen die Zersetzung von Ethylen zu elementarem Kohlenstoff aus. In Form von winzigen Röhrchen und Fasern scheidet sich dieser an dem Lavagestein ab. Vorteil der neuen Methode: Das Lavagestein ist Katalysator und Träger in einem und kommt in großen Mengen in der Natur vor – und das ganz umsonst. (02/2007, Angewandte Chemie)

Diese aus mit Nanoröhrchen bedruckter Zellulose bestehende Papier kann Strom speichern wie eine Batterie. © Rensselaer/ Victor Pushparaj

Nanoröhrchen werden unter anderem durch die chemische Zersetzung von Kohlenwasserstoffen mithilfe von Katalysatoren hergestellt. Dazu dienen solche so genannten „Chemical Deposition Chambers“ . © DOE

Moleküle als Nano-Hubschrauber Wissenschaftlern der Universität Heidelberg ist es gelungen, aus eigens hergestellten molekularen Bausteinen größere Einheiten zu entwickeln, die sich ähnlich wie winzige Nano-Hubschrauber drehen können. Die Rotoren bestehen aus rund einem Nanometer großen Porphyrinmolekülen, die in die offenen Waben einer netzartigen Oberfläche eingelassen sind. Weil die Forscher für die Platzierung der Rotoren das Prinzip der Selbstorganisation nutzten, können sie theoretisch Millionen solcher Drehschalter auf einer Oberfläche anordnen und mit dem Rastertunnelmikroskop einzeln abtasten, verlangsamen oder anregen. Zudem kann die Architektur der Netzwerke flexibel variiert werden: Genau wie Bienenwaben je nach Füllung verschiedene Funktionen übernehmen, lassen sich auch auf den Nano-Oberflächen ganz neue und je nach eingefügtem Molekül charakteristische Eigenschaften erzeugen. Auf diese Weise können die Wissenschaftler neue Datenspeicher, aber auch Schaltelemente auf Oberflächen herstellen. (03/2007, Chemical Communications)

Keramik als Nano-„Werkbank“

Hätten Sie‘s gewusst? Auch in die Welt der Lebensmittel hat die Nanotechnologie längst Einzug gehalten. Nanopartikel sollen dafür sorgen, dass das Essen intensiver schmeckt, eine besonders cremige Konsistenz besitzt oder je nach Temperatur seine Farbe ändert. Weltweit sind inzwischen bereits 150 verschiedene Nano-Food-Lebensmittel im Handel, in Deutschland nach offiziellen Angaben bislang allerdings noch keine.

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Die Anwendung der Nanotechnologie hängt sehr stark davon ab, wie gut es den Forschern gelingt, einfache Methoden zu finden, mit denen sich Atome und Moleküle gezielt zu den gewünschten Strukturen zusammensetzen lassen. Ingenieure der Universität von Pennsylvania haben nun ein Material entdeckt, das sich ideal als Basis dafür eignet. Die leitfähige Keramik, ein so genanntes Perovskit, zeigt unter dem Elektronenmikroskop ein auffälliges, aus zwei Phasen bestehendes Muster an seiner Oberfläche: Ein Schachbrett im Nanomaßstab wechselt sich mit einer diamantförmigen Struktur ab. Dieses Muster deutet darauf hin, dass sich die Keramik spontan in zwei strukturell verschiedene Phasen teilen kann. Lithium-reiche Quadrate wechseln so mit Lithium-armen Streifen ab. Indem die Wissenschaftler den Lithium- und Neodymium-Gehalt des Materials veränderten, konnten sie die Länge und die Abstände der beiden Phasen beeinflussen und so der „Werkbank“ gezielt die Eigenschaften verleihen, die für die Konstruktion verschiedener Nanostrukturen benötigt werden. Die Keramik ist damit optimal als verstellbare „Schablone“ für Nano-Oberflächen oder andere Konstrukte geeignet und zudem einfach und billig herzustellen. (07/2007, Nature Materials)

Neues aus der Nanowelt

Meilensteine der Nanotechnologie 1959 Der Physiker Richard Feynman hält seine wegweisende Rede: „There‘s Plenty of Room at the Bottom“. 1981 Am IBM-Forschungslaboratorium in Zürich entwickeln Gerd Binnig und Heinrich Rohrer das Rastertunnelmikroskop. Mit seiner Hilfe können erstmals Atome abgebildet und sogar bewegt werden. 1985 Richard Smalley von der amerikanischen Rice Universität entdeckt eine völlig neue Form des Kohlenstoffs: Ein fußballförmiges Molekül aus 60 Kohlenstoffatomen, das BuckminsterFulleren. 1986 Gerd Binnig und Heinrich Rohrer erhalten den Nobelpreis für ihre Entwicklung des Rastertunnelmikroskops. 1987 Die Forscher Theodore Fulton and Gerald Dolan von den Bell Laboratories konstruieren den ersten Ein-Elektron-Transistor. An der amerikanischen Stanford Universität wird zum ersten Mal ein Nanotechnologiekurs angeboten. 1989 IBM-Forscher schreiben mithilfe des Rastertunnelmikroskops aus 35 Xenonatomen das Logo ihres Unternehmens auf eine Atomoberfläche. Die erste internationale Nanotechnologie-Konferenz findet in Palo Alto statt. 1991 Der japanische Forscher Sumio Iijima entdeckt die „Nanotubes“, wenige Nanometer kleine Röhrchen aus Kohlenstoff mit ungewöhnlichen Eigenschaften. 1992 Das renommierte Wissenschaftsmagazin Nature veranstaltet in Tokio ihre erste internationale Nanotechnologie-Konferenz. 1996 Richard Smalley erhält den Nobelpreis für seine Entdeckung des Buckminster-Fullerens. 1997 Nadrian Seeman von der New York Universität konstruiert ein DNA-basiertes Nano-Bauteil und demonstriert damit die Eignung der DNA für nanotechnologische Anwendungen.

1998 Forscher des IBM Nanotechnologie-Programms konstruieren den ersten Nanotube-Transistor. Ein einzelnes Nanoröhrchen wurde dafür auf einen Silizium-basierten Feldeffekttransistor appliziert. 1999 Mark Reed und James Tour von der Yale Universität entwickeln einen elektronischen Schalter aus nur einem organischen Molekül. In Deutschland werden unter Förderung des BMBF fünf neue Kompetenzzentren für Nanotechnologie eingerichtet. Ihre Forschungsschwerpunkte umfassen unter anderem Nanoanalytik, Nanostrukturen für die Optoelektronik, ultradünne funktionelle Schichten und Nanochemie. 2000 Forscher der Cornell Universität erschaffen einen funktionierenden Nanopropeller durch Kombination eines Enzyms mit winzigen Nickelpropellern. Der amerikanische Computerexperte Bill Joy warnt im Magazin „Wired“ vor den Risiken der Zukunftstechnologien und beschwört Visionen von amoklaufenden „Nanobots“ herauf. 2001 Forscher von IBM und der Universität von Delft konstruieren die ersten logischen Gatter, die komplett aus Nanoröhrchen bestehen. 2002 Forscher der Cornell Universität entwickeln einen Transistor aus nur einem speziell entworfenen und konstruierten Molekül zwischen zwei Goldelektroden. 2005 Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Festkörperforschung in Stuttgart entwickeln einen All-Carbon-Transistor. Forscher des gleichen Instituts bauen in Zusammenarbeit mit dem Chiphersteller Infineon mehrwändige Nanoröhrchen in Siliziumchips so ein, dass sie senkrecht aus diesen herausragen und so als chipinterne Leiter fungieren können. 2006 Das Bundesforschungsministerium beschließt den Nanotechnologie-Aktionsplan 2010. Ziel ist es unter anderem, die Umsetzung nanotechnologischer Forschungsergebnisse in innovative Anwendungen zu beschleunigen. Schwerpunktbereiche sind Automobiltechnik, Energie, Biotechnologie und Gesundheit.

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HIGHLIGHTS

Schichten, Stoffe, Nanoröhrchen

INTERVIEW Dr. Christina Wege vom Biologischen Institut der Universität Stuttgart nutzt natürliche Vorlagen, um Bausteine für die Nanotechnologie zu erzeugen. © Christina Wege

Sie haben Tabakmosaikviren als „Schablonen“ für Nanodrähte genutzt. Wie sind Sie überhaupt auf die Idee gekommen, eine biologische Vorlage einzusetzen? Hier muss ich etwas ausholen, denn wie so viele wissenschaftliche Neuentwicklungen ist die Idee nicht etwa zielgerichtet, sondern eher spielerischevolutionär bei uns Biologen herangewachsen. Wenn man in einem ruhigen Moment die faszinierend regelmäßige, röhrchenförmige Struktur dieser Pflanzenviren einmal ganz zweckfrei betrachtet, stellen sich schon von ganz allein Gedanken an nanodimensionierte Drähte und Präzisionswerkzeuge ein. Im Rahmen studentischer Praktika demonstrieren wir an unserem Institut auch biologische und chemisch-physikalische Eigenschaften des Tabakmosaikvirus (TMV). Seit Jahren richte ich gemeinsam mit Prof. Holger Jeske die Virologiekurse aus. Irgendwann fing er dabei in einer Kaffeepause an zu grübeln, ob die viralen Protein-RNARöhren eigentlich elektrisch leitfähig wären. Aus einer lebhaften Diskussion ging schnell eine Vielzahl an teilweise recht verwegenen Ideen hervor, wie man TMV chemisch oder physikalisch

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zu winzigen technischen Bausteinen modifizieren und in Miniatur-Geräte einsetzen könnte. Dennoch weiß ich nicht, wann es tatsächlich zum ersten praktischen Schritt in diese Richtung gekommen wäre, wenn nicht zufällig fast zeitgleich am MPI für Festkörperforschung das TMV eine ähnlich inspirierende Wirkung gehabt hätte. Hier waren Ende der 1990er Jahre Dr. Patrick Martin die geometrischen Analogien von Virushüllen und großen, im Vakuum erzeugten Metallclustern – seinen eigentlichen Untersuchungsobjekten – ins Auge gesprungen. Daher rief er in unserer Virologie-Abteilung an und bat um eine kleine Portion TMV für vergleichende massenspektrometrische Studien. Dieses Telefonat war der Kristallisationskeim für alle in der Folgezeit daraus entstandenen Kooperationen zwischen den Stuttgarter Max-PlanckInstituten, den physikalischen Universitäts-Instituten und der Biologie, unter anderem im Rahmen des landesweiten Kompetenznetzes „Funktionelle Nanostrukturen“. Martin bekam Spaß daran, neben den geplanten Messungen weitere physikalische Analysetechniken mit TMV zu testen und steckte mit seiner Begeisterung schnell Dr. Alexander Bittner, einen damals gerade zu seiner Nachbarabteilung hinzugestoßenen Chemiker an. Dieser war überzeugt davon, dass eine Synthese metallischer Drähte im Inneren unserer „Bionanoröhrchen“ gelingen könnte – und wir waren entschlossen, die Eigenschaften der viralen „Gussformen“ gentechnisch weiter zu verbessern, um beste Erfolgschancen zu haben. Realisiert und optimiert wurde dann alles durch

gemeinsam betreute, sehr engagierte studentische Mitarbeiter und Doktoranden, die nun seit bald zehn Jahren oft per Fahrrad zwischen unseren Labors hin- und herpendeln.

Wie genau funktioniert der „Guss“ eines solchen Nanodrahts? Wenn man die Handhabung erst einmal heraushat, ist es recht einfach – wobei es sich im chemischen Sinne nicht um ein Gussverfahren, sondern um eine stromlose Metall-Abscheidung handelt: Gereinigte Viruspartikel werden in wässriger Lösung unter kontrollierten Bedingungen zwei aufeinander folgenden Reaktionen unterzogen. Zunächst werden sie katalytisch wirkenden PalladiumIonen ausgesetzt. Überschüssige Ionen werden dann über salzdurchlässige Membranen entfernt, bevor den Suspensionen derart „aktivierter“ Viren Elektronen-liefernde Reduktionsmittel und andere Metallsalze zugesetzt werden. Kurze Zeit später kommt es zur Abscheidung des gewünschten elementaren Metalls im Innenkanal von TMV. Dabei gelingt es erst seit kurzem, mithilfe einer gentechnisch erzeugten, stabileren Virus-Variante regelmäßig gute Ausbeuten an langen Nanodrähten zu erzielen.

Welche besonderen Eigenschaften hat der Draht? Wozu eignet er sich – und wozu nicht? Da es anfangs große Schwierigkeiten damit gab, die unter fünf Nanometer dicken Drähte mit technischen Hilfsmitteln zu kontaktieren, steht ihre Charakterisierung noch in den Anfängen. Dank der neuen, verbes-

Neues aus der Nanowelt

serten Biotemplat-Variante sind jetzt aber erste Strom-SpannungsMessungen gelungen – seither ist klar, dass der Draht elektrisch leitfähig ist. Atomar auflösende Elektronenmikroskopie hat gezeigt, dass tatsächlich kristallines Metall im Viruskanal entsteht, so dass wir – auch auf Basis der ersten elektrischen Messungen – hoffen, mit den Virusdrähten elektronische oder magnetische Schalter für die extreme Nanoskala, also zum Beispiel für Einzelmoleküle, bauen zu können. Für eine Verdrahtung mit heutigen elektronischen Bausteinen sind die Drähtchen zu fein und vermutlich auch nicht stabil genug. Schließlich wollen wir auch testen, ob sich virusbasierte Metall-Nanostäbchen als kleine Molekül-Sensoren und zur Mikrowellen-vermittelten thermischen Tumor-Therapie eignen.

Wäre der Nano-Draht sofort einsetzbar oder müssen erst noch andere Vorarbeiten gemacht werden? Für elektronische Anwendungen muss nach Synthese des Drahtes die Virushülle entfernt werden. Dafür konnten wir jetzt eine gute Methode entwickeln. Zur vereinfachten Herstellung von Kontakten mit dem Draht wäre es von Vorteil, Verdickungen der Drahtenden zu erzeugen. Unsere kürzlich vorgestellten „Gold-Virus-Gold“Hanteln könnten ein wichtiger Schritt auf dem Weg dorthin sein. Um Nanodrähtchen längerfristig zu stabilisieren, könnte es wichtig werden, sie nach ihrem Einbau in Schalt- oder andere Elektronik-Bausteine in inerte Materialien einzuschließen. Für Anwendungen in der Sensorik muss die StäbchenOberfläche mit bestimmten chemi-

schen Funktionen ausgerüstet werden, was bei der nichtmetallisierten Virusröhre durch genetische Veränderung bereits gelingt.

Könnten Sie mit diesem Verfahren auch Drähte mit anderen, möglicherweise sogar maßgeschneiderten Eigenschaften herstellen? Die Experimente im „chemischen Kochstudio“ unserer Kooperationspartner deuten darauf hin, dass auch Legierungen hergestellt werden können – und somit im Prinzip „maßgeschneiderte Metalle“. Bei nichtmetallischen Verbindungen sind wir allerdings noch nicht so weit. Eine wesentliche Rolle wird in Zukunft die Anpassung der biologischen Templatstruktur an anwendungsbezogene Wünsche spielen. Wir sind gerade dabei, Systeme zu entwickeln, mit denen sich die Länge der Biotemplate und damit also auch der Drähte kontrollieren lässt. Dafür werden im Labor erzeugte RNAStränge definierter Länge mit TMVProteinen aus Pflanzen oder auch aus Hefe-Flüssigkulturen verbunden – wir haben es dann mit „künstlichen“, nichtinfektiösen Viren zu tun, an denen noch viele Weiterentwicklungen denkbar sind. Außerdem gibt es in unserem Labor inzwischen mehrere in der Oberflächenladung veränderte TMV-Varianten, die vor allem zu neuen Synthesemöglichkeiten auf der Röhrchenoberfläche führen. So können in Zukunft auch Nanohülsen oder dicke Stäbchen erzeugt werden.

Welches sind ihre nächsten Projekte? Das Thema „Pflanzenviren für die Nanotechnik“ ist mein zweites Standbein neben Forschungsprojekten zum Transport anderer Virustypen durch die Pflanzengewebe. Daher machen nur wenige Mitarbeiter die ganze Arbeit, so dass wir die erfolgversprechendsten Experimentalstrategien gut auswählen müssen. Derzeit fokussiert sich meine Doktorandin darauf, virale Template auf interessanten Oberflächen, also direkt am künftigen Ort der Verwendung, durch gesteuerte Assemblierung zu stehenden RöhrchenArrays heranwachsen zu lassen. So sollen längerfristig Sensor- und Schaltmodule vorbereitet werden - und zwar mit Röhrchen unterschiedlicher Längen. Generell könnten dreidimensionale Nanoröhrchen-Anordnungen aus verschiedenen TMV-Protein-Typen, mit oder ohne RNA, vielseitige Gerüstsysteme für eine technische Nanowelt sein. Für deren Weiterverarbeitung wären auch neue Syntheseverfahren, zum Beispiel für Halbleiterschichten auf oder in diesen Nanotemplaten, sehr reizvoll – erste Tests laufen gerade. Sehr wichtig sind uns zudem Aspekte der Grundlagenforschung: Wie diffundieren verschiedene Ionen in den Zentralkanal des Virus – durch die Proteinhülle hindurch oder aber durch Befüllen der Nanoröhre von den Enden her? TMV könnte hier ein hervorragendes Modellsystem für die Nanofluidik sein, wo es kaum ähnlich kleine geeignete Systeme mit variierbarer Oberflächenladung gibt.

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HIGHLIGHTS

Schichten, Stoffe, Nanoröhrchen

Farben ohne „Farbe“ für die Technologie der Zukunft Die irisierenden Flügelflecken des Tagpfauenauges gehen auf die Mikrostrukturen seiner Flügelschuppen zurück. Hier REMAufnahmen der Schuppen in zwei Vergrößerungsstufen. © GFDL

Leuchtend blaue Schmetterlingsflügel, das grün schillernde Pfauenrad, vielfarbig glitzernde Edelsteine – all diesen Farbenspielen ist eines gemeinsam: sie kommen ganz ohne Pigmente aus. Stattdessen nutzt die Natur unsichtbare Hilfsmittel aus der Trickkiste der Physik. Der Schlüssel dazu sind Strukturen im Nanometermaßstab: Winzigste Rippen, Näpfchen oder Gitter brechen, beugen oder überlagern die Wellen des Lichts und erzeugen so die Illusion der Farbigkeit. Für die Wissenschaft sind diese Strukturen eine wahre Fundgrube: Denn in Telekommunikation und Computertechnik werden Materialien, die maßgeschneidert das Licht genau so manipulieren, wie gerade gewünscht, dringend gesucht.

Weißer als weiß Der Käfer Cyphochilus leuchtet schon von weitem: Sein Panzer ist strahlend weiß und hat damit eine für ein Tier äußerst ungewöhnliche Färbung. Für den in Südostasien beheimateten Käfer ist diese scheinbar so auffällige Farbe eine gute Tarnung, denn er lebt auf Pilzen, die ähnlich weiß erstrahlen. Für die Wissenschaft jedoch war sie zunächst ein Rätsel. Bekannt war nur, dass ein Weiß, im Gegensatz zu allen anderen Farben, auf chaotischen, zufällig angeordneten Strukturen beruhen muss. Dieses „Chaos“ sorgt dafür, dass das Licht in alle Richtungen

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Farben ohne Farbe

gestreut wird und so der Eindruck einer farblosen hellen Fläche entsteht. Doch der „Weißheitsgrad“ des Käfers übertrifft alles Bekannte bei weitem: Oberfläche. „Diese Art von brillantem Weiß einer so dünnen Probe ist Natur extrem selten”, erklärt der Physiker Pete Vukusic. „Sobald ich den gesehen hatte, wusste ich, dass er etwas ganz Besonderes ist.“ Mithilfe des E tronenmikroskops machte sich der Forscher daran, Körper, Kopf und Beine des Tieres genau zu untersuchen. Schnell zeigte sich, dass die Körperoberfläche über und über mit extrem flachen Schuppen bedeckt war. Mit einer Dicke von gerade einmal einem 200stel Millimeter waren sie noch zehnmal dünner als ein menschliches Haar. Doch der eigentliche „Weiß-Trick“ verbarg sich im Inneren dieser Schuppen: dreidimensionale, völlig zufällig verteilte Strukturen. Sie waren der Schlüssel zu der starken und effektiven Lichtstreuung – und damit auch der außerordentlichen Weiße. Um genauso weiß und deckend zu sein, müssten künstliche Lacke und Überzüge, wie beispielsweise auf edlem Papier oder Kunststoff, mehr als doppelt so dick sein. Materialforscher hoffen deshalb, sich das Käferprinzip für neuartige Farben abgucken zu können. „In Zukunft könnten das Papier, auf dem wir schreiben, die Farbe unserer Zähne oder sogar die Effizienz von weißen Lichtquellen deutlich verbessert werden, wenn wir die Strukturen dieses Käferpanzers aufgreifen und in Materialien umsetzen“, erklärt Vukusic Anfang 2007 im Magazin „Science“.

Der Käfer Cyphochilus crataceus ist ungewöhnlich weiß. Das Geheimnis hinter seiner Farbe fanden Forscher erst kürzlich heraus. © National Taiwan University Insect Museum

Ein grün schimmerndes Geheimnis Für den britischen Physiker ist das keineswegs die erste farbige Entdeckung. Bereits 2005 sorgte er für Schlagzeilen, als er herausfand, dass die afrikanische Schwalbenschwanzart Princeps nireus schon seit Jahrmillionen eine Art nat Leuchtdioden auf ihren Flügeln trägt. Das Besondere an mernden „Schmetterlings-LEDs“ ist die Effi violette Strahlung absorbieren und diese Licht wieder abstrahlen. Damit hat die Nat in überlegener Form genau das entwicke seit Jahren sucht: Optische Materialien, di frei in genau der Form leiten und veränder Anwendung gebraucht wird. Denn in der Te sche Speichermedien, Datenleiter und ähnlic teilchen beruhende Anwendungen als die Te gien der Zukunft. Mit ihrer Hilfe lassen sich sehr kleinere, aber auch effektivere Geräte, Compute oder Leitungen realisieren. Entsprechend intensiv wird im Bereich der Nano-Optik geforscht. Kernstück sind dabei photonische Kristalle, eine Art Halbleiter für Lichtteilchen. Ähnlich wie die konve Computerchip oder einer Solarzelle den Fluss von einflussen und regulieren, beeinflusst die spezielle Nanostruktur eines photonischen

Diese Schwalbenschwanzart hat mikrostrukturierte Schuppen, die das fluoreszierende Blau ihrer Flügel hervorrufen. © SXC

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HIGHLIGHTS

Schichten, Stoffe, Nanoröhrchen

Farb-LEDs könnten mithilfe der „Tricks“ der Natur verbessert werden. © GFDL

Kristalls den Fluss und die Eigenschaften der Photonen. In der Natur sind solche Strukturen gewissermaßen ein alter Hut, denn es gibt sie schon seit Jahrmillionen, in der Technik dagegen stehen die Wissenschaftler gerade erst am Anfang einer Entwicklung. Um so mehr hoffen Forscher wie Vukusic, sich etwas von natürlichen Vorbildern, wie beispielsweise den Flügelschuppen der Schmetterlinge, abgucken zu können. Im Falle des Schmetterlings Princeps hat Vukusic die Strukturen bereits genau unter die Lupe genommen. Das Ergebnis: Er nutzt eine Kombination aus Pigmenten und Strukturen, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Die Pigmente absorbieren das Licht, wandeln es um und strahlen es als Fluoreszenz wieder ab. Winzige Spiegel unter den Pigmenten und Poren in der Deckschicht darüber sorgen für die gewünschte Ausrichtung und Fokussierung des Lichtes. Das resultierende Leuchten ist so stark und effektiv, dass es die Leistung herkömmlicher Leuchtdioden bei weitem übertrifft. Und noch einen enormen Vorteil hat das System „Marke Natur“: „Im Gegensatz zur Diode braucht der Schmetterling keine Halbleiter für sein Leuchten und muss nicht seine eigene Strahlungsenergie erzeugen“, erklärt Vukusic. „Aber trotzdem ist die Art, wie das Licht durch die Flügel extrahiert wird, mehr als nur eine Analogie zur Diode – denn es ist in seinem Aufbau nahezu identisch.“ Und genau das macht die Erforschung dieses natürlichen photonischen Kristalls so spannend für den Forscher: Denn wenn es gelänge, dieses Prinzip für technische Anwendungen zu übernehmen, könnten nicht nur sehr viel bessere und effektivere LEDs hergestellt werden, auch die Entwicklung von optischen Speichermedien wäre einen großen Schritt weiter.

Was sonst noch geschah: Die Farben dieser Flüssigkeiten verändern sich chamäleonartig, sobal sie unter den Einfluss eines Magnetfelds geraten. © University of California, Riverside/Yadong Yin

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Nano-Flüssigkeit als Chamäleon Eine Flüssigkeit, die auf Knopfdruck ihr Aussehen ändert, und ganz nach Wunsch jede Regenbogenfarbe annehmen kann – unmöglich? Keineswegs: Ein Forscherteam der Universität von Kalifornien hat jetzt ein solch wundersames

Farben ohne Farbe

„Gebräu“ entwickelt. Nano-Partikel aus magnetischen Kriställchen, beschichtet mit einer Kunststoffhülle, organisieren sich dabei in der Lösung zu so genannten photonischen Kristallen – einer Art Halbleiter für Licht. Wird ein Magnetfeld angelegt, ändern sich die optischen Eigenschaften der Kristalle, ihre Farbe lässt sich über die Stärke des Feldes sehr präzise justieren. Bei den Kristallen handelt es sich nicht um „konventionelle“ Kristallgitter aus Ionen oder Molekülen, wie wir sie zum Beispiel als Salzkristalle kennen. Stattdessen bestehen diese so genannten kolloidalen Kristalle aus regelmäßigen Strukturen, die sich von selbst aus gleichgroßen, feinst in einer Flüssigkeit verteilten Feststoffteilchen aufbauen. Solche kolloidalen Kristalle lassen sich zu geringen Kosten und in großem Maßstab herstellen – und eignen sich besonders gut als schaltbare optische Halbleiter beispielsweise für die Telekommunikation, Displays und Sensoren. (07/2007, Angewandte Chemie) Die zukünftige Solarzelle trägt Pink

Herkömmliche Solarzellen erscheinen bläulich schimmernd, da sie mit einer antireflektiven Schicht überzogen sind. Diese Schicht verstärkt zudem die Absorption des besonders großen grünen Anteils des Sonnenlichts. © GFDL

Pink könnte die Farbe der neuen „grünen Ene jedenfalls wenn es nach Forschern der Ohio State geht. Denn sie haben eine neue Art von Solarzellen e die eine Mischung aus rotem Pigment und weißem xidpulver nutzt, um Sonnenenergie einzufangen und wandeln. Die Farbmoleküle absorbieren die Lichte und setzen dabei Elektronen frei, die Metalloxidpa fungieren als Leiter und transportieren die Elektrone einem elektrischen Schaltkreis. Statt eines einfachen Metalloxids setzten die Wisse schaftler allerdings die komplexere Verbindung Zin stannat ein. Der Vorteil: Zinkstannat lässt sich in seinen Eigenschaften leicht verändern und ermöglicht so die Produktion maßgeschneiderter Solarzellen. Um das für bisherige Pigmentsolarzellen typische Versickern der Elektronen zwischen Zinkstannat und Schaltkreis zu verhindern, wollen die Forscher nächsten Schritt winzige, verzweigte Nanodrähte aus die Elektronen „in der Spur“ zu halten. (07/2007, Journal of the American Chemical Society)

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HIGHLIGHTS

Zellen, Gene, DNA

Mehr als nur die Gene... Isolierung der menschlichen DNA im Labor: In diesem unscheinbaren weißlichen Faden steckt die gesamte Erbinformation. © Harald Frater

Die Sequenzierung des menschlichen Genoms im Jahr 2001 war ein echter Meilenstein. Große Hoffnungen knüpften sich an diese Entschlüsselung der „Buchstaben des Lebens“. Doch die Anfangseuphorie hielt nicht lange an. Schnell wurde klar, dass es längst nicht ausreicht, nur die DNA-Sequenz zu kennen, um das Wirken unseres Erbguts zu verstehen. Im Jahr 2007 hat sich gleich auf mehrfache Weise herausgestellt, dass unsere genetische Ausrüstung aus sehr viel mehr besteht als nur aus unseren Genen.

Nichts geht ohne „Junk-DNA“ Die menschliche DNA besteht aus 3,3 Milliarden Basenbuchstaben – eine unvorstellbar große Zahl. Der gängigen Lehrmeinung nach benötigen wir jedoch gerade mal 1,5 Prozent davon, die Gene: Sequenzen, die als Blaupause für Proteine dienen, die Grundbausteine der Zellen und des Zellstoffwechsels. Der Rest des Genoms – bestehend aus immerhin noch 3,25 Milliarden Basenbuchstaben – galt bisher als genetischer Müll ohne nennenswerte Funktion. Doch seit Juni 2007 müssen einige Kapitel der Lehrbücher wohl umgeschrieben werden: Denn wie ein internationales Forscherteam entdeckte, werden auch die als nichtkodierende Gene oder „Junk-DNA“ bezeichneten Abschnitte des Erbguts nahezu vollständig

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Mehr als nur die Gene...

in RNA übersetzt. Und diese haben sehr wohl eine Funktion: Die „Müll-RNAs“ regulieren die Gene, nach deren Bauplan die Proteine zusammengesetzt werden. Geht hier etwas schief, produziert der Körper deshalb zu viel oder zu wenig Proteine, dann gerät die Körperzelle aus dem Gleichgewicht – Krankheiten entstehen.

„Gen-Müll“ mit überraschenden Funktionen Diese Erkenntnis ist das Ergebnis einer Analyse von bisher 30 Millionen Basenbuchstaben des menschlichen Genoms im Rahmen des internationalen Projekts „Encyclopedia of DNA Elements ENCODE“, das im Jahr 2003 vom National Human Genome Research Institute im amerikanischen Bethesda, Maryland, ins Leben gerufen wurde. „Unsere Ergebnisse eröffnen viele neue Möglichkeiten für die Krankheitsdiagnostik und werden künftig sicher auch für die Therapie interessant - etwa bei Krebs oder Herzinfarkten“, erklärt Jörg Hackermüller vom Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie (IZI). „Bisher hat man sich bei der Suche nach krebsrelevanten Genen auf die kodierenden Bereiche beschränkt, also auf knapp zwei Prozent des Erbguts. Nun können wir die Gen-Diagnose auf das gesamte Genom ausweiten.“ Der Vorteil einer solchen Gen-Diagnose und -Krankheitsbehandlung: Genetische Defekte stehen ganz am Anfang einer Krankheit. Über sie könnten die Ärzte diese künftig sehr früh diagnostizieren und behandeln – und würden so wertvolle Zeit gewinnen. Für einige Krankheiten ist der Zusammenhang mit den „MüllRNAs“ inzwischen sogar bereits geklärt: So wird etwa beim Prostatakrebs eine dieser RNAs falsch reguliert. „Beim Prostatakrebs ist man bereits heute so weit, dass man diese Methode prinzipiell zur Diagnose einsetzen kann“, so Professor Peter Stadler von der Universität Leipzig. „Insgesamt lernen wir jedoch erst, mit solchen Fragestellungen umzugehen, da die Forschung sich bisher nur auf die Bereiche konzentriert hat, die den Bauplan für die Proteine liefern.“ (06/2007, Nature)

Genanalysen werden heute von automatisierten Schnell-Durchsatz-Sequenzierern durchgeführt. Ihnen verdankt die Genetik bereits einige entscheidende Entdeckungen. © Merck

DNA alleine reicht nicht Deutsche Wissenschaftler haben im Juni 2007 erstmals eine „Landkarte des menschlichen Erbguts“ vorgestellt, die nicht nur die reinen DNA-Sequenzen, sondern auch wichtige Informationen zur funktionsentscheidenden „Verpackung“ der DNA enthält. Mithilfe dieser Karte können Forscher gezielt wichtige Veränderungen in Krebszellen identifizieren und analysieren, statt die sprichwörtliche Nadel im Heuhaufen zu suchen. Derartige Genkarten könnten in Zukunft eine zentrale Rolle bei der Identifizierung von krankmachenden Genen und der Suche nach neuen Medikamenten spielen. Wie in einem Computer, bei dem die Hardware erst durch die entsprechende Software zum Leben erweckt wird, kennen wir mit unserer DNA-Sequenz nur den Bauplan

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HIGHLIGHTS

Zellen, Gene, DNA

Entgegen bisheriger Annahmen steckt die Information nicht nur in der DNA selbst, hier ein Blick in ein DNA-Labor, sondern auch in ihrer „Verpackung“. © Harald Frater

des Lebens, nicht aber seine konkrete Umsetzung. Denn die Gene alleine können nicht erklären, warum es trotz gleicher DNA bei einigen Zellen zu Krebswucherungen kommt, bei anderen aber nicht. Oder aber, warum es selbst bei eineiigen Zwillingen sehr wohl sichtbare Unterschiede gibt. Kern dieses Rätsels ist die so genannte Epigenetik. Sie umfasst die Strukturen, die selbst keine Gene sind, aber die Umsetzung der Gene steuern. So können beispielsweise Schäden in der Verpackung der DNA und fehlerhafte Einstellungen bestimmter epigenetischer Schalter dazu führen, dass wichtige Gene deaktiviert und gefährliche Gene fälschlicherweise aktiviert werden – die Zellen spielen dann plötzlich verrückt und wuchern unkontrolliert in gesundes Gewebe hinein. Solche Schalter können aus Proteinen, RNA oder bestimmten Veränderungen der Hüllstruktur der DNA bestehen.

„Software“ der Zelle gesucht Christoph Bock vom Max-Planck-Institut für Informatik ist es nun erstmals gelungen, epigenetisch kontrollierte und Krebs-relevante Regionen im gesamten Erbgut zu kartieren und ihre Funktion zu klassifizieren. Seine Grundidee: Jede Region im menschlichen Erbgut besitzt einen „natürlichen“ Packungszustand, eine durch die DNA-Sequenz vorbestimmte Anordnung von Hüllproteinen und anderen angelagerten Strukturen. Jede Veränderung dieser Verpackung – sei es krankhaft oder auch gutartig – stellt damit eine Abweichungen von diesem Grundzustand dar. „Wenn wir die Epigenetik als Software und die DNA-Sequenz als die Hardware des menschlichen Erbgutes betrachten, dann scheint die Hardware ein epigenetisches Standard-Programm zu definieren“, erklärt der Bioinformatiker Bock. „Dieses

Meilensteine der Genetik 1865 Gregor Mendel entdeckt die Gesetzmäßigkeiten der Vererbung 1913 Erste lineare Genkarte

1953 Francis Crick und James Watson präsentieren die Doppelhelix-Struktur der DNA 1944 Die DNA wird als das Erbmaterial identifiziert

1972 Entwicklung erster rekombinanter Techniken

1966 Das Prinzip des genetischen Codes wird erkannt

1982 Die erste Gendatenbank wird eingerichtet

1972 Allan Maxam, Walter Gilbertund Frederick Sanger entwickeln erste DNA-Sequenzierungsmethoden

1985 Kary Mulis entwickelt die PCR als Methode der DNA-Vervielfältigung.

1983 Als erstes Krankheitsgen wird das Gen für die Huntingtonsche Chorea entschlüsselt

Mehr als nur die Gene...

Programm wird so lange ausgefü bis die epigenetische Software gez aktiviert wird und individuelle Ver derungen herbeiführt.“ Durch ein bioinformatischen Trick konnte Forscher den ursprünglichen, v der DNA vorgegebenen Packungs stand des Erbgutes ermitteln. Die ist in reiner Form in fast keiner Z mehr erhalten, da er normalerwe durch individuelle Veränderungen „Software“ variiert wurde. Für se Karte kombinierte der Forscher n den Urzustand mit Daten von sieb verschiedenen epigenetischen V anten bei verschiedenen Zelltypen und verarbeitete das Ganze zusätzlich mithilfe eines komplexen Modells. Die epigenetische Verpackung der DNA gibt den Chromosomen ihre charakteristische Form, sie beeinflusst aber auch das Ablesen der Erbinformation. © NIH

Schachtel Strohhalme statt Nadel im Heuhaufen Wie eine Landkarte die Navigation in unbekanntem Gelände erleichtert, können solche bioinformatischen Landkarten helfen, sich im Datendschungel des menschlichen Erbgutes zurechtzufinden. „Für zukünftige Ansätze einer Krebstherapie eignen sich möglicherweise jene Genregionen, die in Krebszellen nur leicht von ihrem Normalzustand abweichen und die sich durch eine moderate und nebenwirkungsarme Therapie wieder in ihren ursprünglichen Zustand zurücksetzen lassen“, erklärt Jörn Walter, der Genetiker im Team. Derartige Landkarten lassen sich prinzipiell nicht nur für Krebs-spezifische epigenetische Veränderungen erstellen, sondern auch für andere biologische Effekte und Krankheiten. Daher könnten sie eine wichtige Rolle spielen, wenn es darum geht unser Erbgut zu analysieren und neue Therapiemöglichkeiten zu entwickeln. „Die Suche nach der Nadel im Heuhaufen reduziert sich somit auf die Suche in einer Schachtel Strohhalme“, resümiert Bock. (06/2007, PLoS Computational Biology)

1986 Erster automatischer Sequenzierapparat

1997 Vollständige Sequenzierung der Gene des Darmbakteriums Escherischia coli

1995 Entschlüsselung des ersten Bakteriengenoms

1990 Beginn des Human Genome Project (HGP)

1996 Erste Genkarte des menschlichen Erbguts

1999 Sequenzierung des ersten menschlichen Chromosoms (22) abgeschlossen

1998 Erbgut des Fadenwurms Caenorhabditis elegans entschlüsselt

2001 Die vorläufige Version der menschlichen Gensequenz wird parallel vom HGP und von Unternehmer Craig Venter veröffentlicht.

2000 Erbgut der Fruchtfliege Drosophila melanogaster entschlüsselt

2003 Offizielles Ende des Human Genome Project und vollständige Entschlüsselung der menschlichen DNASequenz.

2000 Eine grobe Version sowohl des Ratten- als auch des Mäusegenoms wird fertig gestellt.

HIGHLIGHTS

Zellen, Gene, DNA

Epigenom

Was sonst noch geschah:

Als Epigenom bezeichnet man die Faktoren, die selbst keine Gene sind, die aber bestimmen, welche Gene jeweils in einer Zelle aktiviert oder deaktiviert werden. Erst sie ermöglichen die Existenz so vieler unterschiedlicher Zell- und Gewebetypen in einem Körper. Eine Hautzelle und eine Leberzelle beispielsweise enthalten zwar dieselbe DNA-Sequenz, sehen aber völlig unterschiedlich aus und haben ganz andere Funktionen, weil in ihnen jeweils andere Gene ausgelesen und umgesetzt werden. Als epigenetische Faktoren können Proteine, RNA oder Hüllstrukturen der DNA wirken.

Wir sind unterschiedlicher als gedacht 99,9 Prozent unserer Gene sind mit denen unserer Mitmenschen identisch – so jedenfalls dachte man bisher. Stattdessen jedoch unterscheiden sich mindestens zehn Prozent der menschlichen Gene in der Anzahl der in ihnen enthaltenen Kopien von DNA-Sequenzen. Diese Entdeckung könnte einige bisherige Annahmen über Erbkrankheiten und die menschliche Evolution entscheidend verändern. Wissenschaftler vom Howard Hughes Medical Institute (HHMI) verglichen für ihre Studie die DNA von 270 Menschen mit asiatischen, afrikanischen und europäischen Vorfahren. Das Team suchte dabei gezielt nach duplizierten oder verloren gegangenen Genbruchstücken, so genannten „copy number variations“ (CNVs). Insgesamt kamen die Forscher auf 1.447 verschiedene Kopiervarianten, die zusammen immerhin rund zwölf Prozent des menschlichen Genoms ausmachen – weitaus mehr als bisher angenommen. (11/2006, Nature) Attraktivität: Gen-Vielfalt ist Trumpf Wenn sich im Laufe der Evolution immer die „guten Gene” in einer Population durchsetzen, warum sind dann nicht alle mit solchen Genen gesegnet? Die Antwort liefert ein Mechanismus, der die sexuelle Selektion durch einen genetischen Faktor ausgleicht, der die Vielfalt erhält. Der Vorteil: In bestimmten Genbereichen, zum Beispiel dort, wo die Abwehrfunktionen des Immunsystems kodiert sind, kann die Erhaltung vieler paralleler Genvarianten vorteilhaft sein. Denn sie können dazu beitragen, dass auch neue, bisher unbekannte Erreger abgewehrt werden. Interessanterweise scheint sich eine höhere genetische Vielfalt auch äußerlich zu zeigen. Fotos von Männern mit dieser genetischen Eigenschaft wurden von Probandinnen relativ einhellig als attraktiv eingestuft. (03/2007, Heredity)

Beuteltier-Genom entschlüsselt Forscher der amerikanischen Gesundheitsbehörde NIH haben das Erbgut eines Beuteltiers, des grauen Kurzschwanz-Opossums, entschlüsselt und dabei zwei entscheidende Erkenntnisse gewonnen: Zum einen liegt die große Mehrheit der genetischen Unterschiede zwischen Beuteltieren und Plazentatieren – der Säugetiergruppe, zu der auch wir Menschen gehören – nicht in den proteinkodierenden Genen, sondern in bisher als funktionslos geltenden Regionen des Erbguts, der so genannten „Junk-DNA“. Die meisten dieser Sequenzen beruhen auf Transposons, sehr mobilen Abschnitten des Genoms. Zum anderen zeigte sich, dass das Opossumgenom zwar aus weniger Chromosomen besteht als das des Menschen – neun statt 23 Paare – es aber dafür insgesamt länger ist: Während die menschliche DNA rund drei Milliarden Basenpaare umfasst, erreicht das Opossumgenom sogar 3,4 Milliarden Paare. (05/2007, Nature)

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Mehr als nur die Gene...

Die Protein-kodierenden Gene machen nach heutiger Kenntnis gerade einmal 1,5 Prozent des gesamten Genoms aus. Woraus besteht der Rest? Aus Abschnitten, die für die Regulation der Übersetzung in RNA von umliegenden oder entfernten genomischen Bereichen wichtig sind. Außerdem aus regulatorischen Elementen, beispielsweise bedeutend für die räumliche Organisation des Genoms. Vor allem aber aus Regionen, die in RNA übersetzt werden und somit vermutlich funktionelle RNA-Gene darstellen. Dies alles steht in starkem Kontrast zur bisherigen Ansicht, dass der Großteil des Genoms aus weitgehend funktionslosem genetischem Ballast besteht. Aktuelle Studien, wie das ENCODE Projekt, zeigen, dass für keine der bisher untersuchten Regionen des Genoms das Attribut „funktionslos“ angebracht ist. Dieser Befund ist mit großer Wahrscheinlichkeit für das gesamte Genom gültig.

Warum hielt man die so genannte „Junk-DNA“ bisher für überflüssig bzw. funktionslos? Im Lauf der Zeit hat sich in der Molekularbiologie eine sehr rigide Vorstellung über die Arbeitsteilung innerhalb der Zellen eines Organismus entwickelt. Das so genannte zentrale Dogma sieht die DNA in der Rolle des unveränderlichen Informationsspeichers, der vor allem die Information trägt, wie Proteine gebaut werden, während Proteine die „Arbeitstiere“ der Zelle darstellen. Der RNA wurde im großen und ganzen nur die Rolle eines Informationsvermittlers, eigentlich eines

Zwischenprodukts zwischen DNA und Protein, zugestanden. Daher wurden Bereiche, die nicht als Bauplan für ein Protein erkennbar waren im Wesentlichen für uninteressant gehalten. Ein weiterer Grund ist das sehr unterschiedliche evolutionäre Verhalten von Protein-kodierenden und nicht kodierenden Bereichen im Genom. Viele funktionell wichtige Bausteine einer Zelle sind alte „Erfindungen“ und kommen daher beispielsweise nicht nur im Menschen, sondern auch in allen anderen Wirbeltieren vor. Diese Bausteine nennt man evolutionär konserviert. Konservierte Proteinkodierende Gene erhalten zwischen unterschiedlichen Spezies die Sequenz, also die Abfolge genetischer Buchstaben weitgehend. Dadurch sind solche konservierten Bereiche einfach zu identifizieren. Daraus ist die Vorstellung entstanden, dass vor allem Regionen, die zwischen unterschiedlichen Lebewesen mit sehr ähnlicher Sequenz erhalten werden, eine Funktion haben. Nicht-kodierende RNA Gene sind ebenfalls in vielen Fällen konserviert, aber für ihre Funktion ist oft die Struktur wichtiger als die unmittelbare Sequenz. Sucht man nur nach Konservierung auf Sequenzebene, übersieht man daher RNA-Gene oft. Darüber hinaus scheinen viele funktionelle RNA Gene auch späte Entwicklungen zu sein, die daher nicht konserviert sind.

Nach neuesten Erkenntnissen haben die vermeintlich sinnlosen DNAAbschnitte doch eine Funktion. Wie ist man darauf gekommen? Ausgehend von der Annahme, dass Proteine die wesentlichen Bauteile

INTERVIEW Dr. Jörg Hackermüller leitet die “Rnomics”Arbeitsgruppe am Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie (IZI). © Jörg Hackermüller

für die Funktion einer Zelle sind, hatte man vor der Sequenzierung des menschlichen Genoms Erwartungen hinsichtlich der zu findenden Anzahl an Protein-kodierenden Genen. Tatsächlich kennen wir heute statt den erwarteten über 100.000 nur ca. 23.000 Protein-kodierende Gene. Überraschend war auch der Vergleich unterschiedlicher Genome. Obwohl eine Fruchtfliege oder ein Wurm wesentlich einfachere Organismen darstellen als der Mensch, enthalten ihre Genome dennoch fast eine gleich große Anzahl an Protein-kodierenden Genen wie der Mensch. Allerdings zeigen diese Genome in der Größe des nicht kodierenden Anteils wesentliche Unterschiede. Wir konnten daher davon ausgehen, dass der augenscheinliche Komplexitätsunterschied zwischen Mensch und Wurm zumindest teilweise vom nicht kodierenden Teil des Genoms verursacht wird. Andere Hinweise zur Relevanz der nicht Protein-kodierenden Bereiche kamen aus bioinformatischen Studien die von den Gruppen von Prof. Peter F. Stadler an der Universität Leipzig und um Prof. Ivo Hofacker an der Universität Wien vorangetrieben wurden, die beide ebenfalls am ENCODE Projekt

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HIGHLIGHTS

Zellen, Gene, DNA

beteiligt waren. Beim Vergleich von Wirbeltiergenomen stießen sie auf zahlreiche nicht Protein-kodierende Regionen, die stabile, konservierte RNA Sekundärstrukturen aufwiesen. Dies gilt als starkes Anzeichen für eine funktionelle Rolle der RNA Struktur. Die weitreichendsten Hinweise, dass der Großteil des Genoms funktionell ist, indem er Baupläne für RNA darstellt, wurden durch eine äußerst dynamische Entwicklung molekularbiologischer Techniken zur Lokalisierung und Messung der Aktivität der Übersetzung des Genoms in RNA ermöglicht. Seit kurzem sind diese Techniken so hochauflösend, dass auch die Übersetzung sehr kurzer RNAs verlässlich gemessen werden kann und somit Aktivitätskarten für die Produktion kurzer und langer RNAs im Genom erstellt werden können. Solche Karten, wie sie im ENCODE Projekt und ähnlichen Projekten erstellt wurden, legen nahe, dass ein Großteil des Genoms in RNA übersetzt wird. Die Übersetzung der nicht-kodierenden Bereiche ist dabei keineswegs zufällig, sondern ist sehr genau reguliert und sehr stark abhängig vom Typ und Zustand der Zelle, was für eine Funktion dieser Bereiche spricht.

Es zeigte sich, dass auch Teile der Junk-DNA in RNA umgesetzt werden. Was genau tut diese RNA und wie? Nicht Protein-kodierende RNA stellt eine sehr heterogene Gruppe von Molekülen dar, die sich in vielen Eigenschaften und daher vermutlich auch in ihren funktionellen Rollen in der Zelle stark unterscheiden. Die bekannten Funktionen dieser RNAs reichen von

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der Kontrolle der Übersetzungsaktivität genomischer Regionen in RNA, über die Modulation der Lebensdauer anderer RNAs, bis zu Zusammenhängen mit dem Abbau von Proteinen. Dadurch haben nicht Proteinkodierende RNAs Einfluss auf viele zelluläre Prozesse, unter ihnen auch ganz zentrale, wie die Regulation der Vermehrung von Zellen und deren kontrolliertes Sterben. Obwohl unser Wissen über die Funktion dieser RNAs ständig zunimmt, sind viele Bereiche noch nicht untersucht.

Warum ist diese Entdeckung gerade für die Erforschung von Krankheiten wie Krebs so relevant? Die Übersetzung nicht Protein-kodierender Bereiche in RNA scheint – im Vergleich zu Protein-kodierenden Bereichen – sehr genau reguliert zu sein. Dadurch treten diese RNAs sehr spezifisch in bestimmten Zelltypen oder zellulären Zuständen auf, was sie zu ausgezeichneten Kandidaten für so genannte Biomarker macht. Biomarker sind Moleküle, deren Spiegel beispielsweise im Gewebe oder Blut als Indikator für einen bestimmten Zustand, etwa einer Krankheit, dienen können. Aus dem großen Pool an spezifisch regulierten nicht Protein-kodierenden RNAs hoffen wir bessere Diagnostika entwickeln zu können, beispielsweise für die Früherkennung von Krebs oder auch die genauere Klassifizierung von Krankheiten in Subtypen, die eine individuellere Behandlung ermöglichen. Dass dies nicht nur Zukunftsmusik ist, zeigt die Anwendung der nicht Protein-kodierenden RNA PCA3 in der Diagnostik von Prostatakrebs. Der Spiegel dieser RNA ist wesentlich spezi-

fischer mit dem Auftreten der Tumorerkrankung verknüpft als der irgendeiner anderen RNA, weshalb Diagnostika auf Basis dieser RNA mittlerweile klinisch eingesetzt werden. Nicht Protein-kodierende RNAs taugen aber nicht nur als Indikatoren für Erkrankungen, sie sind oft auch ursächlich mit der Entstehung von Krankheiten verknüpft und könnten daher auch eine Rolle in der Therapie spielen. Da diese RNAs Prozesse wie das Leben oder Sterben einer Zelle kontrollieren, sind sie für Krebserkrankungen besonders relevant, spielen aber auch in entzündlichen und neurologischen Erkrankungen eine wichtige Rolle. Wir arbeiten beispielsweise mit der Gruppe von Prof. Friedemann Horn an der Universität Leipzig an einer mikro RNA, die dafür verantwortlich zu sein scheint, dass Zellen bei der Entstehung eines Blutzelltumors das kontrollierte Sterben verlernen.

Könnte es noch mehr Funktionen der Junk-DNA geben, die man noch nicht kennt? Welche Überraschungen erwarten uns da noch? Wir stehen mit der Erforschung dieser genomischen Regionen erst am Anfang. Bisher wurde nur ein sehr kleiner Teil davon detailliert untersucht und es ist daher zu erwarten, dass wir auf weitere Funktionen stoßen. Ich denke, die meisten Überraschungen werden von den aus diesen Regionen übersetzten RNAs und ihrer Rolle in zellulären Prozessen ausgehen. Hier sind wir auf eine unglaubliche Vielfalt gestoßen, die wir bislang kaum verstehen, die aber umso faszinierender ist.

Gene und Krebs

Ist Krebs unser genetisches Schicksal? Werden wir irgendwann einmal den Krebs vollständig besiegen können? Möglicherweise nein. Ein norwegischer Forscher hat im April 2007 die provokante These aufgestellt, dass Krebs eine natürliche Folge unserer genetischen „Machart“ sein könnte – und daher wahrscheinlich niemals endgültig ausgerottet werden kann.

Kann der Krebs, hier eine Brustkrebszelle, jemals besiegt werden? © NCI

Wozu sind unsere Gene da? Um uns ein glückliches und langes Leben zu ermöglichen? Keineswegs. Das Ziel unserer Gene ist ein ganz anderes: Sie sind dafür optimiert, sich selbst in die nächste Generation zu kopieren – unabhängig von unseren persönlichen Wünschen und Befindlichkeiten. Und genau hier liegt nach Ansicht von Jarle Breivik, Professor für Medizin an der Universität Oslo, auch die Antwort auf die Frage, warum Krebs zumindest ab einem bestimmten Lebensalter zur Menschheit gehört wie Falten, Haarausfall und andere Dinge. „Krebs ist eine fundamentale Konsequenz der Art, wie wir gemacht sind”, erklärt der Forscher. “Wir sind temporäre Kolonien, die unsere Gene erzeugt haben, um sich selbst in die nächste Generation fortzupflanzen. Eine ultimative Lösung gegen den Krebs gäbe es nur, wenn wir unsere gesamte Reproduktion umstellen würden.“ Den Anstoß für Breiviks These gab seine Erforschung der Verbindung zwischen den Reparaturmechanismen der DNA und der Krebsentstehung. Es

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HIGHLIGHTS

Zellen, Gene, DNA

Krebsgene Krebsgene oder Onkogene entstehen meist durch eine Veränderung bestimmter, bereits existierender Gene, der so genannten Proto-Onkogene. Sie kontrollieren normalerweise Wachstum, Teilung und Differenzierung der Zelle. Eine Mutation eines Gens in diesen Schlüsselfunktionen kann die normalen Kontrollmechanismen außer Kraft setzen und so die krebstypische Zellwucherung auslösen.

zeigte sich dabei, dass die Korrektur fehlerhaft kopierter Erbsubstanz vom Körper zwar normalerweise durchgeführt wird, in einigen Fällen aber unterbleibt – und dies erstaunlicherweise oft in den Körperregionen, die schädlichen Umwelteinflüssen und damit auch Mutationen am stärksten ausgesetzt sind. Breivik vergleicht diese scheinbar paradoxe Reaktion des Körpers mit einem Autorennen: „Die Entscheidung, wann es sinnvoll ist, für Reparaturen anzuhalten und wann man lieber weiterfährt, ist eine Herausforderung”, so der Forscher. „Die Reparaturen stellen zwar ein optimiertes Fahrzeug sicher, sie fressen aber auch Zeit und Ressourcen. Auf den ersten Blick scheint es offensichtlich, dass ein schädlicheres Umfeld auch mehr Reparaturen bedingt. Aber paradoxerweise könnte der Effekt auch genau entgegengesetzt sein: Wenn Sie sich vorstellen, durch einen Kugelhagel zu fahren, könnte das Anhalten für Reparaturen eine fatale Strategie sein. Dann ist es besser weiterzufahren, selbst mit platten Reifen und einem rauchenden Motor.“

Reparaturmechanismen nur da, wo es sich „lohnt“

Ein Enzymkomplex bei der Reparatur einer fehlerhaften Stelle der DNA. © National Institute of General Medical Science (NIGMS)

Diese Allegorie erklärt möglicherweise, warum instabile Krebszellen in eher destruktiven Umgebungen wie beispielsweise einer Raucherlunge erfolgreicher sind. Sie wachsen einfach weiter, egal was um sie herum geschieht. „Zellen, die Karzinogenen ausgesetzt sind, sterben, weil sie einen entsprechenden Kontrollmechanismus haben“, erklärt Breivik. „Die genetisch veränderten Krebszellen aber wachsen.“ Aber warum setzt der Körper nicht alles daran, immer alle Mutationen zu beseitigen? Nach Ansicht von Breivik hängt dies damit zusammen, dass unser Körper nichts weiter ist als eine Hülle oder ein Transportobjekt für viele einzelne Gene – und damit aus deren Sicht eher entbehrlich, sobald sie ihren Fortbestand in der nächsten Generation gesichert haben. Das bedeutet im Klartext, dass die Kontroll- und Reparaturmechanismen besonders in der ersten Lebenshälfte effektiv arbeiten und uns gegen Krebs schützen, dann aber, in höherem Lebensalter, heruntergefahren werden. „Wir sehen, dass die Reparaturgene instabile DNA enthalten, die die Wahrscheinlichkeit für ihr Versagen im Laufe der Zeit erhöhen. Diese Sequenzen sind quasi Zeitbomben in unserem Organismus. Das erscheint paradox, wenn wir von dem ausgehen, was das Beste für unseren Organismus ist“, so Breivik. „Wenn wir aber die Perspektive der Gene einnehmen, ist das Phänomen sehr logisch.”

Keine Chance auf eine endgültige Lösung? Trotz einiger Fortschritte in der Krebstherapie zeigt die statistische Kurve der Krebsfälle nach wie vor nach oben. „Je besser wir in der Behandlung des Krebses werden, desto älter werden wir und desto mehr Krebs wird es in der Population geben“, so Breivik. „Gleichzeitig bewirken bessere Therapien für Kinder und junge Leute, dass mehr Krebsgene an die nächste Generation weitergegeben werden können. Von dem, was wir über die Dynamik der Evolution wissen, halte ich es für möglich, dass wir nie eine endgültige therapeutische Lösung gegen Krebs finden werden. (04/2007, Universität Oslo)

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Stammzellen

Der Käfer Cyphochilus crataceus ist ungewöhnlich weiß. Das Geheimnis hinter seiner Farbe fanden Forscher erst kürzlich heraus. © National

Stammzellen aus der Haut

Embryonale Stammzellen galten bisher als einzigartig in ihrer Fähigkeit, alle Zell- und Gewebetypen unseres Körpers zu bilden. 2007 aber ist es Forschern erstmals gelungen, adulte Stammzellen zu produzieren, die in ihren Eigenschaften mit embryonalen Stammzellen identisch sind. Mit dieser Methode wäre zukünftig die Erzeugung solcher Zellen ohne den umstrittenen „Verbrauch“ von Embryonen möglich. Embryonale Stammzellen sind die „Alleskönner“ unter den Zellen: Sie besitzen noch das Potenzial, sich in alle Zelltypen des Körpers zu entwickeln und so zerstörte oder falsch funktionierende Gewebe und Zellen zu ersetzen. Doch ihre Gewinnung aus unbefruchteten Eizellen ist ethisch bedenklich. Unter anderem deshalb war und ist das große Thema der Stammzellforschung auch in diesem Jahr die Reprogrammierung: der Versuch, ausgewachsene Körperzellen so umzuprogrammieren, dass sie wieder alle Fähigkeiten einer embryonalen Stammzelle besitzen. Lange Zeit schien es so, als wenn dies nicht oder zumindest noch lange nicht machbar wäre, doch in diesem Jahr gab es auf diesem Gebiet gleich mehrere Durchbrüche. Wie die Fachzeitschrift „Nature“ im Juni 2007 berichtete, gelang es drei Forschergruppen unabhängig voneinander, Hautzellen von Mäusen mithilfe des gleichen Verfahrens erfolgreich zu reprogrammieren. Das

Eine Kolonie menschlicher embryonaler Stammzellen aus einer der für die Forschung zugelassenen Zelllinien. © rechtefrei

Reprogrammierung Als „Reprogrammierung“ bezeichnet man den Versuch, aus normalen, erwachsenen Körperzellen wieder Stammzellen zu machen. Dafür müssen die Gene und auch der Zellstoffwechsel so beeinflusst werden, dass die Funktionen und die Innere Uhr der Zelle quasi wieder „auf Anfang“ gestellt werden.

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HIGHLIGHTS

Zellen, Gene, DNA

Embryonale Stammzellen Sie können noch nahezu alle Zelltypen hervorbringen. Embryonale Stammzellen bilden die innere Zellmasse

Zurzeit wird jedoch diskutiert, den Stichtag auf den 1.1.2007 zu verschieben, da die „alten“ Linien Degenerati-

in Deutschland nur Stammzelllinien, die vor dem 1.1.2002 erzeugt wurden.

Grundprinzip dabei: Mithilfe von künstlichen Viren aktivierten die Wissenschaftler vier spezielle Gene, so genannte Transkriptionsfaktoren, in den Hautzellen der Maus. Diese Gene steuern ein ganzes Netzwerk weiterer Gene und sind für das Ablesen und Kopieren der genetischen Informationen wichtig. Alle vier Gene sind normalerweise im Embryonalstadium eines Organismus aktiv. Zwei davon aber stellen ihre Arbeit ein, sobald der Embryo eine bestimmte Zellzahl, das Stadium der Blastozyste, erreicht hat. Gerade sie aber sind für die Fähigkeit einer Zelle, alle Zelltypen bilden zu können, entscheidend.

Erfolgsquote: Eine von tausend Zellen

Aus reprogrammierten Hautzellen erzeugten Forscher Stammzellen, aus denen sie wiederum gesunde Mäuse züchteten. © NHGRI

Durch das neue Verfahren konnten die Forscher diese entscheidenden Gene nun auch in erwachsenen Zellen wieder aktivieren und damit eine Voraussetzung für die Pluripotenz daraus entstehender Zellen schaffen. Allerdings funktionierte diese Methode nur bei einigen wenigen aller getesteten Zellen. „Wir haben mit zehntausenden von Zellen gearbeitet und mussten eine Methode entwickeln, um herauszufinden, bei welchen davon die Reprogrammierung funktioniert hat“, erklärt Marius Wernig vom Whitehead Institute. „Im Durchschnitt funktioniert es nur in einer von rund tausend Zellen.“ Diese wenigen Zellen jedoch sind dann genauso pluripotent wie embryonale Stammzellen. „Die reprogrammierten Zellen sind nach allen prüfbaren Kriterien, von embryonalen Stammzellen ununterscheidbar“, so Rudolf Jaenisch, Hauptautor der Studie des Whitehead Institute. Die neuen Haut-Stammzellen können nicht nur jede Art von Gewebe erzeugen und an folgende Generationen weitergegeben, aus ihnen könnte theoretisch auch ein kompletter Organismus gezüchtet werden. „Die Weitergabe über die Keimbahn ist der endgültige Beweis, dass diese Zellen alles können, was auch eine traditionell produzierte embryonale Stammzelle kann“, so der Forscher.

Anwendung auch für menschliche Stammzellen? Während die neuen Publikationen für enormes Aufsehen unter den Stammzellforschern sorgten, warnen die an den Studien beteiligten Wissenschaftler davor, vorschnell Hoffnungen zu wecken. Die Versuche seien allesamt nur an Mäusen und Mäusezellen durchgeführt worden, niemand wisse bisher jedoch, ob dieses Verfahren überhaupt auf menschliche Zellen übertragbar sei. „Man kann die Uhr

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Stammzellen

von erwachsenen zu embryonalen Zellen zurückstellen“, erklärt Konrad Hochedlinger vom Harvard Stem Cell Institute. „Aber die Grenzen bestehen darin, dass wir nicht wissen, ob die Reprogrammierung auch beim Menschen funktioniert und wenn es funktioniert, ob es durch die gleichen Faktoren ausgelöst wird. Ein Erfolg beim Menschen wird sehr viel schwieriger zu erreichen sein als bei Mäusen.“ (06/ 2007, Nature, Cell)

Was sonst noch geschah: Klonen: Befruchtete Eizellen als Empfängerzellen Bisher werden beim therapeutischen Klonen nur unbefruchtete Eizellen als Empfänger für die Spenderzellkerne eingesetzt. Mit diesem „somatischen Zelltransfer“ könnten zukünftig maßgeschneiderte Zellen oder Gewebe für individuelle Patienten erzeugt werden. Doch Forscher des Harvard Stem Cell Institute bewiesen nun an Mäusen, dass auch beim Klonen mit bereits befruchteten Eizellen komplette Organismen entstehen. Damit könnten die Wissenschaftler in Zukunft sogar Eizellen verwenden, die einen doppelten Chromosomensatz besitzen und bei der künstlichen Befruchtung normalerweise aussortiert und vernichtet werden. Eine Übertragbarkeit auf menschliche Zellen ist zwar bisher nicht getestet, dennoch sind die Forscher optimistisch: „Wir glauben, dass es eines Tages auch bei menschlichen Zellen funktioniert.“ (06/2007, Nature) Fruchtwasser liefert Stammzellen Wissenschaftler haben eine neue Quelle von Stammzellen entdeckt: das Fruchtwasser. Die den Embryo umgebende Flüssigkeit enthält rund ein Prozent Stammzellen, die eine ähnliche Fähigkeit zur Differenzierung aufweisen wie embryonale Stammzellen. In ersten Tests ist es bereits gelungen, die Zellen aus dem Fruchtwasser im Labor zu Muskel-, Knochen-, Fett-, Blutgefäßund Nervenzellen werden zu lassen. Mäusen eingepflanzt, übernahmen die neu gezüchteten Zellen ohne Probleme die jeweiligen Aufgaben ihres Gewebetyps. Die FruchtwasserStammzellen sind leicht zu gewinnen und können in großen Mengen im Labor vermehrt werden, da sie sich typischerweise alle 36 Stunden teilen.

Die Haltung und Vermehrung von Stammzellen im Labor ist alles andere als problemlos. Unter anderem daher suchen Forscher fieberhaft nach ethisch unbedenklichen und damit weniger stark reglementierten StammzellQuellen. © Harald Frater

(01/2007, Nature Biotechnology)

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HIGHLIGHTS

Pflanzen, Tiere, Lebenswelten

Affen, Algen, Tausendfüßer – neuen Arten auf der Spur Das Artensterben ist in vollem Gange. Dies belegen die aktuellen Zahlen, die während der Weltartenschutzkonferenz 2007 CITES in Den Haag vorgestellt wurden. Doch während schon bald viele Tiere und Pflanzen von der Erde verschwunden sein könnten, sind heute noch immer nicht alle Spezies bekannt, die auf unserem Planeten leben. Vor allem im Reich der Insekten entdecken Forscher noch immer regelmäßig neue Arten. Im vergangenen Jahr spürten sie aber auch bei Fischen, Affen, Algen oder Fröschen zahlreiche bisher unbekannte Spielarten des Lebens auf.

1 Neue Algengruppe Wissenschaftlicher Name: Picobiliphyta Domäne: Eukaryonten (Lebewesen mit Zellkern und Zellmembran) und dort zu den Algen Größe: wenige tausendstel Millimeter Ernährung: betreiben Photosynthese Besonderheiten: Sie besitzen eine Pigmentgruppe, die so genannten Phycobiliproteine und haben deshalb auch den Namen Picobiliphyta erhalten. Die Photosynthese betreibenden Organismen sind in den Meeren weit verbreitet.

4 Sandfloh in der Papageiennase Wissenschaftlicher Name: Hectopsylla narium sp. Stamm: Gliederfüßer Klasse: Insekten Ordnung: Flöhe Familie: Sandflöhe Gattung: Hectopsylla Größe: Männchen kleiner als ein Millimeter, Weibchen bis zu fünf oder sechs Millimeter groß Ernährung: Parasit, ernährt sich von Blut Besonderheiten: Lebt in den Nasenhöhlen und unter der Zunge eines Papageis, des Kleinen Felsensittichs, der beispielsweise an der patagonischen Steilküste Argentiniens zu Hause ist.

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2 Meeres-Einzeller Wissenschaftlicher Name: Uvigerina celtica Domäne: Eukaryonten (Lebewesen mit Zellkern und Zellmembran) Klasse: Foraminiferen Größe: kleiner als ein Millimeter Ernährung: organisches Material, aber auch kleine Organismen wie Bakterien oder Diatomeen Besonderheiten: Das Kleinstlebewesen Uvigerina celtica ist am europäischen und nordafrikanischen Kontinentalhang weit verbreitet und kommt in 70 bis 700 Meter Wassertiefe vor.

5 Neuer Mini-Fisch frisst Ameisen Wissenschaftlicher Name: Fundulopanchax kamdemi Stamm: Wirbeltiere Klasse: Strahlenflosser/Echte Knochenfische Ordnung: Zahnkärpflinge Familie: Nothobranchiidae Gattung: Fundulopanchax Größe: bis zu sieben Zentimeter Ernährung: Räuber; frisst vor allem Ameisen, die auf die Wasseroberfläche fallen Besonderheiten: Lebt vermutlich ausschließlich im Korup-Nationalpark in Kamerun. Der Laich der Fische kann Entwicklungspausen von mehreren Wochen oder Monaten einlegen und überdauert Trockenphasen einfach im Boden, ohne Schaden zu nehmen.

3 Leuchtfrosch Wissenschaftlicher Name: Atelopus sp. Stamm: Wirbeltiere Klasse: Amphibien Ordnung: Froschlurche Familie: Stummelfußfrösche Gattung: Atelopus Größe: meist vier bis fünf Zentimeter Ernährung: kleine Insekten Besonderheiten: Der Stummelfußfrosch Atelopus sp. ist auffällig gemustert und leuchtet in der Dunkelheit. Seine Zehen sind stark zurückgebildet.

6 Neue Fledermausart Wissenschaftlicher Name: Rhinolophus genus Stamm: Wirbeltiere Klasse: Säugetiere Ordnung: Fledertiere Familie: Hufeisennasen Gattung: Rhinolophus Größe: etwa 60 bis 90 Millimeter Ernährung: vor allem Insekten und Spinnen Besonderheiten: Gleich sechs neue Tierarten haben Wissenschaftler in einem Wald in der Republik Kongo entdeckt. Neben der Fledermaus gehören dazu ein Nager, zwei Spitzmausarten und zwei Froschspezies.

Neue Arten

2 Kontinentalhang

1 Nordatlantik

3 Surinam 5 Kamerun

9 Borneo

6 Kongo

7 8 Madagaskar

4 Argentinien

7 Tausendfüßerschwemme Wissenschaftlicher Name: Aphistogoniulus sp. Stamm: Gliederfüßer Klasse: Doppelfüßer Ordnung: Spirobolida Familie: Pachybolidae Gattung: Aphistogoniulus Größe: 15 Zentimeter lang Ernährung: totes Laub und Holz Besonderheiten: Gleich 43 neue Arten von Tausendfüßern und Insekten haben Forscher im Südosten von Madagaskar entdeckt. So genannte Feuertausendfüßer wie Aphistogoniulus sp. werden etwa 15 Zentimeter lang und besitzen eine auffällige Warnfärbung, denn sie sind giftig.

8 Drei neue Affen-Arten Wissenschaftlicher Name: Microcebus bongolavensis, Microcebus danfossi und Microcebus lokobensis Stamm: Wirbeltiere Klasse: Säugetiere Ordnung: Primaten Familie: Lemuren Gattung: Mausmakis Größe: Körper rund zehn Zentimeter lang, dazu ein mehr als zwölf Zentimeter langer Schwanz Ernährung: Allesfresser. Vor allem jedoch Früchte, Insekten, Spinnen, aber auch Blüten oder Blätter Besonderheiten: Die nachtaktiven Lemuren leben in schwer zugänglichen Waldteilen im Norden und Nordwesten von Madagaskar. Tagsüber schlafen sie in Blätternestern oder Baumhöhlen.

9 Zweitkleinstes Wirbeltier der Welt Wissenschaftlicher Name: Paedocypris progenetica Stamm: Wirbeltiere Klasse: Echte Knochenfische: Ordnung: Karpfenartige Familie: Karpfenfische Gattung: Paedocypris Größe: kleiner als ein Zentimeter Ernährung: Plankton (zum Beispiel Rädertierchen) Besonderheiten: Der Fisch Paedocypris progenetica lebt in den extrem sauren Torfmoor-Gewässern der Insel.

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HIGHLIGHTS

Pflanzen, Tiere, Lebenswelten

Orientieren, helfen, bestrafen – Fähigkeiten im Tierreich Tiere überraschen selbst die Wissenschaftler immer wieder. Die Weibchen des Blauen Pfaus investieren mehr in ihren Nachwuchs, wenn die Männchen attraktiv sind. © Dr. Dirk Schmeller/UFZ

Hühner, Fledermäuse, Spinnen, Garnelen, Ratten, Fische und Wespen: Alle diese Tiere sind uns nicht nur gut bekannt, sondern auch bestens erforscht – sollte man zumindest meinen. Doch die Wirklichkeit sieht anders aus. Jahr für Jahr gibt es immer wieder neue Erkenntnisse über die außergewöhnlichen, faszinierenden und manchmal auch skurrilen Fähigkeiten, die diese und andere Tierarten zu bieten haben. 2007 war da keine Ausnahme. Ratten als Samariter Hilfst Du mir, helf ich dir – dieses Motto gilt offenbar nicht nur in der menschlichen Gesellschaft, sondern auch unter Ratten. Wissenschaftler haben festgestellt, dass diese nicht gerade beliebten Tiere sogar unbekannten Artgenossen helfen – aber nur dann, wenn sie zuvor die Erfahrung einer für sie positiven Kooperation gemacht hatten. Michael Taborsky und Claudia Rutte vom Zoologischen Institut der Universität Bern trainierten in ihren Experimenten einzelne Rattenweibchen darauf, in einem Käfig durch das Ziehen eines Stäbchens Futter im benachbarten Käfig freizugeben. Dann konnte dort eine Artgenossin fressen. Die Tiere, denen durch die trainierten Ratten so zu Futter verholfen wurde, erwiesen danach anderen Weibchen denselben Dienst. Ratten hingegen, die untrainierte Artgenossinnen als Nachbarn hatten und folglich keine Unterstützung erhielten, zeigten

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Fähigkeiten im Tierreich

sich später weniger kooperativ gegenüber anderen. Das Samariter-Verhalten ist umso erstaunlicher, weil die getesteten Ratten für ihre Hilfe keinerlei Belohnung erhielten. Das Futter kam jeweils nur der anderen Ratte zugute. Das Verhalten war demnach nicht konditioniert und beschränkte sich auch nicht auf einen bloßen mechanischen Reflex. Denn das Stäbchen wurde am häufigsten dann betätigt, wenn der benachbarte Käfig nicht leer war, sondern sich eine Artgenossin darin befand. „Es handelt sich hier klar um ein soziales Verhalten, das von sozialer Vorerfahrung beeinflusst wird“, betont Rutte. „Unsere Studie zeigt erstmals, dass anonyme soziale Erfahrung einen Einfluss auf die Kooperationsbereitschaft hat – nicht nur bei Menschen, sondern auch bei Ratten.“ Die neue Erkenntnis ist von großer Bedeutung für die weitere Forschung an der Entstehung und Aufrechterhaltung sozialer Systeme. (07/2007, Public Library of Science – Biology) Spinnen: Keuschheitsgürtel gegen „Kuckuckskinder“ Weibliche Wespenspinnen haben zahlreiche Sexualkontakte. Das können auch ihre männlichen Artgenossen nicht verhindern. Wohl aber, dass aus diesen Tête-à-têtes mit den Rivalen Kinder hervorgehen: Wissenschaftler der Universität Bonn entdeckten, dass die Spinnenmänner ihrer Partnerin bei der Begattung einfach einen Keuschheitsgürtel anlegen. Und das geht so: Beim Liebesspiel setzt das Weibchen dem Zusammensein meist schon nach einigen Sekunden ein Ende: Sie attackiert ihren Liebhaber und tötet ihn, wenn er nicht rechtzeitig verschwindet. Bei der Flucht bricht jedoch meist die Spitze seines Genitals ab. Sie sitzt dann wie ein Korken fest in der Geschlechtsöffnung des Weibchens und verstopft diese. Der Grund für diese Genitalblockade war bisher unklar. Die abgebrochene Tasterspitze könnte wie ein Keuschheitsgürtel einen nachfolgenden Geschlechtsverkehr verhindern. Das erste Männchen würde so sicherstellen, dass alle Eizellen von ihm befruchtet werden und nicht von einem möglichen Konkurrenten. Das Verkorken könnte aber den Spinnenmännern auch dabei helfen, dem mordlustigen Weibchen zu entkommen. Ein Test brachte schließlich Aufschluss: Ob die Tasterspitze abbrach oder nicht, hatte keine signifikante Auswirkung auf die Überlebenschance des Männchens – sehr wohl aber auf die Dauer einer nachfolgenden Paarung der Spinnenfrau mit einem anderen Partner: Bei blockierter Geschlechtsöffnung war schon nach acht Sekunden Schluss; ansonsten kopulieren Spinnen doppelt so lang. (03/2007, Behavioral Ecology)

Pfauweibchen: Größere Eier bei attraktiven Partnern Auch Tiere können sich entsprechend den Grundregeln der Ökonomie verhalten und in einen erwarteten Erfolg investieren. Verhaltensbiologen haben gezeigt, dass Weibchen des Blauen Pfaus, die sich mit attraktiven Männchen paarten, mehr Ressourcen in ihre Eier investierten als solche, die sich mit unattraktiven Partnern zufrieden gaben. Die angehenden Mütter legten größere Eier und erhöhten zudem den Testosterongehalt im Eigelb. Dadurch stiegen die Entwicklungschancen ihres Nachwuchses, da so präparierte Eier den Bruterfolg, das Kükenwachstum, die Mobilität, die Überlebensrate, aber auch den späteren

Schweizer Forscher führen Verhaltensexperimente mit Wildtyp-Wanderratten durch, um den Einfluss sozialer Erfahrung auf aggressives und kooperatives Verhalten zu untersuchen. © Universität Bern/Res Scmid

Soziale Ordnung im Tierreich „Die Meergrundeln haben neues Licht darauf geworfen, wie soziale Ordnung im Tierreich erhalten wird. Es ist zwar nicht legitim, eine direkte Verbindung zwischen Fischverhalten und beispielsweise menschlichem Verhalten zu sehen, es ist aber klar, dass es allgemeine Verhaltensmuster gibt, die auch auf viele höhere Lebensformen zutreffen, uns eingeschlossen. Daher hilft uns das zu verstehen, warum wir einige Dinge tun, die wir tun.“ (Marian Wong vom ARC Centre of Excellence for Coral Reef Studies der australischen James Cook Universität)

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HIGHLIGHTS

Pflanzen, Tiere, Lebenswelten

sozialen Rang und die Attraktivität positiv beeinflussen. Doch wenn die Verteilung der Ressourcen auf die Eier von so großer Bedeutung für den Nachwuchs ist, warum investieren die Mütter dann nicht immer das Maximum in jedes ihrer Eier? „Die gesamte Energie, die ein Weibchen in ihrem Leben geben kann, ist begrenzt“, erklärt Adeline Loyau vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) in Leipzig. „Deshalb muss sie sparsam sein, bis sie einen großen Nutzen von ihrem Aufwand erwarten kann. In einem vorausgegangenen Experiment zeigten wir, dass attraktive Männchen auch über eine bessere Gesundheit und ein besseres Immunsystem verfügen. Deshalb versprechen sich die Weibchen von solchen Männchen attraktiven Nachwuchs mit hohen Überlebenschancen.” (07/2007, Behavioral Ecology and Sociobiology)

Wespenspinnen-Weibchen erhalten von Spinnenmännern einen „Keuschheitsgürtel“. © Universität Bonn/ Frank Luerweg

Symbiose Im Gegensatz zum Parasitismus, bei dem ein Organismus einen Vorteil und der andere einen Nachteil hat, profitieren bei einer Symbiose beide Partner von der Beziehung. Neben fakultativen Symbiosen, bei denen beide Partner auch alleine überleben können, gibt es auch obligate Lebensgemeinschaften, bei der beide Arten getrennt voneinander zugrunde gehen. Symbiosen sind keine skurrilen Einzelfälle, sondern sehr wichtig für viele Lebewesen. Eine besondere Form der Symbiose gibt es bei Termiten, denn sie führen dabei keine Zweier- sondern sogar eine DreierBeziehung. Im Darm der Termiten leben Einzeller, die zerkleinerte Holzpartikel aufnehmen. Die Spaltung der Cellulose übernehmen jedoch Bakterien, die wiederum innerhalb dieser Einzeller leben.

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Fische: „Vordrängler“ werden bestraft Wer vordrängelt wird bestraft – auch bei Fischen. Die in den Korallenriffen Australiens lebenden Meergrundeln schließen Artgenossen aus, die bei der Paarung nicht die übliche Reihenfolge einhalten – ältere und größere Weibchen zuerst – sondern „außer der Reihe“ balzen. Diese erstmals bei Fischen entdeckte Methode der Stabilisierung einer sozialen Ordnung erlaubt auch Rückschlüsse auf das Verhalten anderer Tierarten. Spanische und australische Forscher untersuchten bei ihren Experimenten das Fischverhalten in einem Riff des Great Barrier Reef vor der australischen Küste. Bei den Meergrundeln paaren sich nur das ranghöchste Weibchen und Männchen – alle anderen Weibchen bilden quasi eine streng hierarchisch nach der Körpergröße geordnete „Schlange“. In diesem Zusammenhang entdeckten die Forscher Überraschendes: Wich ein Tier von dieser Ordnung ab, indem es eine bestimmte Mindestdifferenz in der Größe unterschritt, reagierte das nächsthöhere Fischweibchen indem es versuchte, die „Vordränglerin“ aus dem Verband zu verbannen. Doch damit nicht genug: Offenbar gab es bei den Fischen eine Art „vorauseilenden“ Gehorsam, der dafür sorgte, dass ein solcher Fall gar nicht erst eintrat: Wenn die rangniedrigeren Fische zu groß zu werden drohten, hielten sie von sich aus eine Art „Diät“ ein, um ihren Größenbereich und damit die Position in der Rangfolge einzuhalten und einer möglichen Bestrafung zu entgehen. (06/2007, Proceedings of the Royal Society of London Series B) Garnelen-WG entdeckt Eine Wohngemeinschaft aus Naturschwämmen und Garnelen – unmöglich? Keineswegs. Denn auf der indonesischen Insel Sulawesi sind deutsche Forscher im Towuti-See genau auf dieses Phänomen gestoßen. Die Wissenschaftler des Museums für Naturkunde in Berlin fanden einen Schwamm, der eine Reihe kleiner und auffallend hübsch gefärbter Garnelen beherbergte. Dabei handelt es sich vermutlich um eine Zweckehe, wie sie noch nie in einem reinen Süßwassersee beobachtet worden ist. Der Badeschwamm bietet der winzigen Garnele Caridina spongicola dabei Schutz vor Feinden und reichlich Nahrung. Welche Vorteile die Symbiose für den Schwamm hat, wissen die Forscher noch nicht. Das wollen sie nun in einem nächsten Schritt klären. Da diese Lebensgemeinschaft durch den Einfluss des Menschen aber stark gefährdet ist, könnte die ungewöhnliche WG

Fähigkeiten im Tierreich

bereits verschwunden sein, bevor man sie genauer untersuchen und hinter ihr wahres Geheimnis kommen kann. (06/2007, Biology Letters) Hyänen: Frauen sagen, wo‘s lang geht Hyänenweibchen vermeiden Inzucht, indem sie einfache Regeln bei der Partnerwahl anwenden. Das hat ein internationales Forscherteam in einer neuen Studie nachgewiesen. Offenbar besitzen die weiblichen Tiere klare Vorstellungen davon, welche Männchen sie als Paarungspartner akzeptieren. Mehr noch: Jene Männchen, die sich an den Vorlieben der Weibchen orientierten, hatten den höchsten Paarungserfolg. „Tüpfelhyänenweibchen wählen zur Fortpflanzung bevorzugt Männchen, die nach ihnen in der eigenen Gruppe geboren wurden oder die erst nach ihrer Geburt in die Gruppe eingewandert sind“, erläutert Oliver Höner vom Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung in Berlin, der zusammen mit einem Kollegen der Universität Sheffield die Studie durchgeführt hat. Durch diese einfache Partnerwahl-Regel verhindern die Weibchen Inzucht sowohl mit ihren eigenen Vätern als auch mit älteren Brüdern, die nicht abgewandert sind. Darüber hinaus wählen ältere Weibchen besonders gerne Männchen, die schon lange Gruppenmitglieder sind, vorausgesetzt sie erfüllen die obige Grundregel und haben sich ihnen gegenüber freundlich verhalten. (08/2007, Nature)

Süßwasser-Garnele Caridina spongicola. © Biology Letters

Wespen sind schlechte Verlierer Wespen besitzen nicht nur einen Stachel, um sich zu wehren, sie tragen auch die Insektenversion eines Pfeffersprays mit sich. Zum ersten Mal haben nun Forscher beobachtet, wie Weibchen der Wespenart Goniozus legneri diese Waffe in Kämpfen gegen Artgenossen einsetzen. Sie analysierten in ihren Experimenten, was chemisch geschieht, wenn sich die wehrhaften Wespenfrauen um den Besitz von Larven streiten. Diese Larven dienen der parasitischen Art als „Aufzuchtstation“ für den eigenen Nachwuchs: Sie werden dazu durch einen Stich paralysiert und das Weibchen legt ihre Eier darauf ab. Anschließend ernähren sich dann die schlüpfenden Wespenlarven von dem Wirtstier. Die Verhaltensforscher der Universität von Nottingham setzten jeweils zwei Wespenweibchen zusammen mit einer Beutelarve in eine transparente Versuchskammer. Eine der Wespen hatte diese Larve 24 Stunden zuvor gelähmt und betrachtete sie daher als „ihre“. Mithilfe eines chemischen Analyseverfahrens untersuchten die Wissenschaftler die von den Tieren beim Streit um die Larve freigesetzten chemischen Substanzen in Echtzeit, gleichzeitig wurden alle Bewegungen per Video aufgezeichnet. Es zeigte sich, dass die Wespenweibchen sich nicht schonten: Ihre Kampftechniken umfassten beißen, stechen und eine Art Ringen. Chemische Waffen kamen meist dann zum Einsatz, wenn ein besonders aggressiver Kampf zu Ende ging: Das unterlegene Weibchen setzte dann eine flüchtige chemische Substanz frei, die ähnlich wirkt wie Pfefferspray. Die neuen Erkenntnisse könnten einen Weg aufzeigen, wie diese Wespen als Schutz gegen Schädlinge eingesetzt werden könnten. (11/2006, Proceedings of the Royal Society)

Unterlegene Wespen-Weibchen setzen “Pfefferspray” gegen Artgenossinnen ein. © Sonia Dourlot

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HIGHLIGHTS

Pflanzen, Tiere, lebenswelten

INTERVIEW Dr. Claudia Rutte forscht an der Abteilung Verhaltensökologie des Zoologischen Instituts an der Universität Bern unter anderem an Ratten. © Claudia Rutte

Frau Rutte, Sie haben zusammen mit Michael Taborsky im Jahr 2007 nachgewiesen, dass Ratten zu Altruismus, zu selbstlosem Handeln fähig sind. Wie weit verbreitet ist dieses Samariter-Verhalten im Tierreich? Unser Anliegen war es nicht, Altruismus im Tierreich nachzuweisen. Altruismus im strengen Sinne gibt es nicht. Wenn ein Tier einem anderen hilft, so geschieht dies aus einer Kosten-/Nutzenrechnung, die am Ende auch positiv für den Helfer ausfällt. Kurzfristig mag es anders erscheinen, aber über eine gewisse Zeitspanne betrachtet ist dies immer der Fall. Die Evolution hat verschiedene Mechanismen hervorgebracht, die es Individuen ermöglichen, zu kooperieren, ohne dabei selbstlos zu handeln und ohne jedesmal eine Kosten-/ Nutzenrechnung anstellen zu müssen. Reziprozität ist ein solcher Mechanismus: Erhaltene Hilfe wird in einer zukünftigen Interaktion zurückgezahlt. Unser Beitrag im Bereich der Kooperationsforschung ist, dass wir bei Ratten einen Mechanismus gefunden haben, der genereller ist als „wie Du mir, so ich Dir“. Erfährt ein Tier Hilfe, so gibt

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es diese auch an einen anderen Artgenossen weiter. Diese generalisierte Reziprozität wurde bisher noch bei keiner anderen Tierart untersucht – nur bei Menschen ist sie bekannt – wir nehmen aber an, dass dieser Mechanismus weit verbreitet ist, nicht nur bei Primaten, sondern auch bei weniger intelligenten Tieren.

Ratten gelten ähnlich wie Schimpansen gemeinhin als äußerst intelligente Wesen. Gibt es einen Zusammenhang zwischen den geistigen Fähigkeiten und der Hilfsbereitschaft der Ratten? Dies können wir nicht sagen. Vor allem auch deshalb, weil generalisierte Reziprozität keine kognitive Leistung erfordert. Alles was dazu benötigt wird, ist ein physiologischer Mechanismus, der soziale Erfahrung speichert, was zum Beispiel hormonell geschehen könnte. Generell ist Kooperation ein Phänomen im Tierreich, das immer dann auftritt, wenn es sich für Individuen der entsprechenden Art lohnt, zusammenzuarbeiten oder sich zu helfen. Intelligenz ist keine notwendige Voraussetzung für Kooperation, wie beispielsweise die Verwandtenselektion zeigt. Dies ist ein Mechanismus, der rein auf Verwandtschaftserkennung und –hilfe beruht. Ameisen und andere Hymenopteren wie Termiten und Wespen kooperieren mithilfe von Verwandtenselektion und sind so zu erstaunlichen Leistungen fähig. Kognitive Fähigkeiten ermöglichen natürlich zusätzliche Mechanismen, wie das vorhin erwähnte „Wie Du mir, so ich Dir“-Beispiel, was individuelle Erkennung und Erinnerungsvermögen von spezifischen Interaktionen erfordert.

Warum haben Sie sich gerade Ratten als Forschungsobjekte ausgesucht? Ratten sind sozial, intelligent und neugierig. Dies waren Voraussetzungen, um das Experiment, wie wir es planten durchführen zu können. Unsere Ratten mussten ja erst ein kooperatives Verhalten lernen, das wir dann im Experiment relativ einfach untersuchen konnten. Da Ratten gerne mit ihrem Maul an Dingen ziehen, kam uns die Idee mit dem Stäbchen, das sie ziehen konnten, um eine Plattform in den Käfig zu bringen. Ähnliche Experimente wurden mit Primaten durchgeführt und wir passten sie unseren Ratten an.

Wie schwierig war die Arbeit mit den Ratten? Sind die Tiere gute „Versuchskaninchen“? Unsere Ratten sind Wildtyp-Ratten, was heisst, dass ich lieber mit dicken Lederhandschuhen gearbeitet habe. Auch wollte ich die Tiere nicht zu sehr an mich gewöhnen und zu Laborratten machen, die kaum mehr ihr natürliches Verhalten zeigen. Ratten sind tolle Tiere und es macht viel Spaß mit diesen neugierigen und lebendigen Tieren zu arbeiten und zu sehen, welch komplexes Verhalten sie zeigen. Es ist fast eine Schande, dass wir so gut wie alles über die Neurologie, Physiologie oder Pathologie von Laborratten wissen, aber so gut wie nichts über das natürliche Verhalten von Rattus norvegicus, einer Art, die fast alle Lebensräume unseres Planeten bewohnt.

Biologische Einwanderer

Gekommen, um zu bleiben – biologische Einwanderer Aga-Kröten aus Venezuela überschwemmen Australien, die tropische Killeralge Caulerpa taxifolia macht sich im Mittelmeer breit, die Argentinische Ameise bevölkert europäische Küstenregionen von Italien bis Portugal: Immer mehr biologische Einwanderer erobern neue Lebensräume und sagen den ortsansässigen Tieren und Pflanzen den Kampf an. Schuld an dieser Entwicklung sind unter anderem der ständig wachsende Flug- und Schiffsverkehr, der die notwendigen Transportvehikel für die Exoten bereitstellt. Die globale Erwärmung und Eingriffe des Menschen in die Natur sorgen ebenfalls dafür, dass Wesen aus einer fremden Welt eine neue Heimat finden – auch in Deutschland. Mehr als 200 gebietsfremde Tierarten (Neozoen) und über 380 nichtheimische Pflanzen (Neophyten) leben nach Angaben des Bundesamts für Naturschutz mittlerweile dauerhaft in Deutschland. Hinzu kommen jeweils einige hundert unbeständige oder selten vorkommende Spezies. Besonders betroffen von der Exotenschwemme sind bei uns die Küstengewässer. In Nord- und Ostsee wird seit Ende des 19. Jahrhunderts durchschnittlich alle sieben Monate eine neue Art gemeldet. Der Anteil der Einwanderer im Wattenmeer liegt nach Angaben von Wissenschaftlern vom Institut für Meereskunde bereits mindestens bei

Auch der Waschbär hat sich in Deutschland längst einen neuen Lebensraum erobert. © Sander van der Molen/GFDL

Gefahr für die Artenvielfalt? Nach Ansicht von Naturschutzorganisationen wie „The World Conservation Union“ (IUCN) sind Invasoren mittlerweile so häufig und gefährlich, dass sie nach der Zerstörung von Lebensräumen die größte Bedrohung der Artenvielfalt auf der Erde darstellen.

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HIGHLIGHTS

Pflanzen, Tiere, Lebenswelten

Tierische und pflanzliche Einwanderer Als tierische und pflanzliche Einwanderer gelten dabei nach gängiger Definition alle die Lebewesen, die seit der Entdeckung Amerikas im Jahr 1492 durch Kolumbus in einem neuen Lebensraum aufgetaucht sind und sich dort über eine längere Zeit natürlich fortpflanzen und vermehren.

fünf bis zehn Prozent. Und die Zahl der Neuankömmlinge, daran lassen Von 100 Neuankömmlingen schaffen es nach Erkenntnissen der Forscher Forscher keinen Zweifel, steigt nicht durchschnittlich zehn, sich in der neuen nur an den Küsten weiter rapide an. Umgebung zu etablieren. Nur eine Transport im Gefieder von Vögeln, auf einzige Spezies breitet sich in großem dem Buckel von Walen, oder durch Maßstab aus und hat damit das PotenMeeresströmungen: Zwar gibt es noch zial, einheimische Arten zu verdrängen oder für schwere Verluste zu sorgen. immer viele „natürliche“ Gründe für das Auftauchen von Exoten in neuen Lebensräumen, die wichtigste Triebfeder für die Einwanderung oder Verschleppung von Exoten ist heute aber die Globalisierung. Moderne Verkehrsmittel lassen die Welt immer enger zusammenrücken und sorgen so nicht nur für den Austausch von Technik- und Konsumgütern, sondern dienen häufig auch als Sprungbrett in eine neue Heimat für Neozoen und Neophyten. So wandern 3.000 Tierarten täglich allein im Ballastwasser von Frachtern oder Luxuslinern von Kontinent zu Kontinent. Oder sie heften sich, wie vor Jahren Keulenpolyp, Wollhandkrabbe und Schlickkrebs, an Schiffsrümpfe und gelangen so in neue Gefilde. Vogelspinnen, Schlangen, aber auch Parasiten machen sich dagegen in Transportkisten für Bananen oder anderen landwirtschaftlichen Produkten auf in ein neues Domizil. Die Verflechtung von Flüssen, vor allem in Europa und Nordamerika durch ein spinnennetzartiges System von Kanälen, erleichtert zudem tierischen und pflanzlichen Auswanderern heute den Weg in eine neue Heimat. Via Flugzeug gelingt es sogar immer wieder der Anopheles-Mücke aus den tropischen Gefilden Afrikas, Asiens und Südamerikas bis nach New York oder Frankfurt Flughafen zu gelangen und von dort aus in die freie Natur zu flüchten.

Klimawandel Dieser Schneehase und weitere alpine und polare Tierarten sind von der globalen Erwärmug bedroht. © FWS

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Eine entscheidende Rolle beim Zustrom von Exoten spielt seit einiger Zeit aber auch der Klimawandel. Durch die steigenden Temperaturen und die milderen Winter schaffen immer mehr wärmeliebende Pflanzen und Tiere den „Sprung“ in neue Lebensräume, die bisher für sie nicht geeignet waren. Auch bei uns tauchen regelmäßig Lebewesen auf, die normalerweise viel weiter südlich zuhause sind. So hat beispielsweise die Gelbbindige Furchenbiene – eine eigentlich aus dem Mittelmeerraum stammende Art – bei uns seit einigen Jahren eine neue Heimat gefunden. Doch der Klimawandel hat nicht nur Gewinner, sondern auch viele Verlierer. Vor allem die Arten, die eher kühlere Temperaturen lieben, werden in Zukunft von Deutschland aus in kältere Regionen abwandern – oder aussterben. Zu den Ökoystemen, die sich durch den Klimawandel besonders gravierend verändern werden, gehören die Alpen. Hier sind die Temperaturen in den letzten Jahrzehnten bereits um bis zu 1,8 Grad Celsius gestiegen. „Die Urlauber spüren den Klima-Stress der Alpen noch nicht, aber das ändert sich spätestens, wenn Fichtenwälder verschwinden, weil es ihnen zu heiß wird“, sagt der Artenschutzexperte Stefan Ziegler vom World Wide Fund For Nature (WWF). Doch nicht nur Nadelbäume wie die Fichten sind dort bedroht, sondern auch Äschen, Barsche und Bachforellen, Birkhühner und Schneehasen, Auwälder und viele Alpenpflanzen.

Biologische Einwanderer

Allergiker-Schreck erobert Deutschland Sie ist bis zu 1,20 Meter groß, stark behaart und gefährlich: Die aus den warmen Gebieten Nordamerikas stammende Beifuß-Ambrosie gilt als AllergikerAlptraum und hat mittlerweile große Teile Europas erobert. Auch in Deutschland droht sich die Pflanze mit den unangenehmen Pollen immer weiter auszubreiten. Darauf haben Wissenschaftler im Dezember 2006 auf einem Workshop der Biologischen Bundesanstalt für Land- und Forstwirtschaft (BBA) hingewiesen. „Noch ist eine Bekämpfung möglich und auch relativ kostengünstig“, erklärte BBA-Forscher Uwe Starfinger von der Abteilung für nationale und internationale Angelegenheiten der Pflanzengesundheit der BBA. Bislang findet man die Beifuß-Ambrosie vor allem in Süddeutschland (Baden-Württemberg, Bayern, Südhessen), aber auch in Berlin oder Magdeburg sind bereits Bestände mit mehr als 100 Pflanzen aufgetaucht. Die auf der Tagung vorgestellten medizinischen Untersuchungen deuten darauf hin, dass Ambrosia artemisiifolia in Deutschland zu einem ernstzunehmenden gesundheitlichen Problem werden kann. Was sie so gefährlich macht ist, dass die Pollen hochallergen sind. Menschen, die darauf sensibel reagieren zeigen schon bei wenigen Pollen pro Kubikmeter Luft typische Symptome. Der in Australien auch als „asthma plant“ bekannte Korbblütler führt doppelt so häufig zu allergischem Asthma wie andere Pollenallergene. Hat die Beifuß-Ambrosie mit ihrer Invasion Erfolg, verlängert sich zudem die Leidenszeit der Allergiker hierzulande erheblich – die Pflanze blüht erst von August bis September. Nach einer Studie des Umweltbundesamtes belastet die Behandlung von Ambrosia-Allergien das deutsche Gesundheitswesen schon jetzt mit jährlich 20 bis 50 Millionen Euro. Meist sind es menschliche Aktivitäten, die zu einer Vermehrung der Pflanze in freier Natur führen. So wird sie mit verunreinigtem Vogelfutter eingeschleppt und manchmal auch unwissentlich im Garten kultiviert. Auf kargen Böden neben Autostraßen, Baugeländen und Brachen etabliert sich die Beifuß-Ambrosie rasch. Mildes Herbstwetter und spät einsetzender Frost führen dazu, dass die einjährige Pflanze viele Samen ausbildet, die kilometerweit verschleppt werden können. (12/2006, Biologische Bundesanstalt für Land- und Forstwirtschaft)

Geliebte Fremdlinge Viele der im Laufe der Jahrhunderte eingewanderten oder eingeschleppten Organismen sind aus dem Landschaftsbild und aus Wirtschaftszweigen wie der Landwirtschaft längst nicht mehr wegzudenken. Nutzpflanzen wie Kartoffeln, Mais und Tomaten oder Tiere wie Truthahn, Feldlerche, Kaninchen oder Feldhase sind uns so vertraut, dass sie kaum mehr als Fremdlinge wahrgenommen werden. Auch die Robinie ist als Straßenbaum nahezu überall zu finden, die Regenbogenforelle hat sich zu einem beliebten Speisefisch entwickelt und der Fasan erfreut sich schon seit Jahrzehnten außerordentlicher Beliebtheit – nicht nur bei Jägern.

Die fingerförmigen Blütenstände der Beifuß-Ambrosie haben unscheinbare gelbe Köpfchen. © BBA/Uwe Starfinger

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HIGHLIGHTS

Pflanzen, Tiere, Lebenswelten

Die Rippenqualle Mnemiopsis leidyi erobert die Ostsee. © IFMGEOMAR/Jamileh Javid M.Pour

Anabaena bergii: Eine der drei tropischen Cyanobakterien-Arten, die in den Seen Nordost-Deutschlands gefunden wurden. © IGB

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Amerikanische Rippenqualle in der Ostsee Quallen sind in der Ostsee keine Seltenheit. So mancher Schwimmer hat dort schon schmerzhafte Erfahrungen mit den „Glibberwesen“ und ihren gefährlichen Nesselzellen gemacht. Seit neuestem jedoch hat eine Qualle die Ostsee erobert, die dort dramatische Störungen im Ökosystem verursachen könnte: die Rippenqualle Mnemiopsis leidyi. Ursprünglich an der amerikanischen Ostküste beheimatet, wurde die Qualle in den 1980er-Jahren vermutlich mit dem Ballastwasser von Schiffen in das Schwarze Meer verschleppt, von wo aus sie weiter in das Asovsche Meer, das Marmarameer, das Mittelmeer und schließlich in das Kaspische Meer vordrang. Ihr massenhaftes Auftreten war dort stets mit einem drastischen Rückgang der Fischbestände verbunden. Schuld an dieser alarmierenden Entwicklung sind vermutlich die Ernährungsgewohnheiten der Rippenqualle: Sie frisst in erster Linie Zooplankton, mikroskopisch kleine Lebewesen im Ozean. Damit ist der ungebetene Gast einerseits Konkurrent der Fische, andererseits ernährt sich die Rippenqualle auch von den Fischlarven und -eiern und trägt so zur Dezimierung der Bestände bei. In der Ostsee entdeckt haben Mnemiopsis leidyi Wissenschaftler am Leibniz-Institut für Meereswissenschaften (IFMGEOMAR). Sie identifizierten die ersten Individuen der Rippenqualle in Proben aus der Kieler Förde am 17. Oktober 2006. Während die Forscher zunächst rund 30 Individuen pro Kubikmeter Wasser zählten, nimmt die Dichte von Mnemiopsis seitdem stetig zu. Sollte sich die Qualle auch in Zukunft so explosiv weiter vermehren und ausbreiten, stellt sie eine große Gefahr für die Fischbestände der Ostsee dar. (11/2006, Leibniz-Institut für Meereswissenschaften) Tropische Blaualgen in Norddeutschland Der Klimawandel macht sich bereits deutlich in den heimischen Gewässern bemerkbar: Einen Beweis dafür haben Wissenschaftler in den Seen Norddeutschlands und Berlins entdeckt. Sie fanden dort mehrere bisher unbekannte tropische Blaualgenarten, darunter Cylindrospermopsis raciborskii. Ursache für die erfolgreiche Einbürgerung der Organismen ist nach Ansicht der Forscher der Klimawandel und die damit verbundenen steigenden Wassertemperaturen. „Wir rechnen mit weit reichenden Veränderungen der planktischen Lebensgemeinschaften unserer Gewässer durch diese Invasion tropischer Arten“, so Claudia Wiedner vom Berliner Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB). Doch wie sind die Blaualgen nach Deutschland gekommen? Das ist auch für die Forscher noch ein Rätsel. Eine Rolle bei der Einwanderung gespielt haben könnten aber Zugvögel, Touristen oder die Fischzucht. (4/2007, Forschungsverbund Berlin)

Biologische Einwanderer

Klimawandel treibt Palmen nach Norden Die globale Klimaerwärmung lässt Palmen mittlerweile in Regionen gedeihen, wo dies früher aufgrund von zu kalten Winterbedingungen nicht möglich war. Das gilt auch für Teile Mitteleuropas, wo neuerdings die weltweit nördlichste freiwachsende Palmenpopulation zu finden ist. Das hat ein internationales Wissenschaftlerteam im Juni 2007 entdeckt. Die vom Klimawandel besonders profitierende Palmenart Trachycarpus fortunei stammt eigentlich aus Südostasien. Lange Zeit konnte sie nach ihrer Einführung in den Gärten und Parks unter der Obhut des Menschen überleben, es gelang ihr aber nicht, sich erfolgreich in der Natur in Konkurrenz zu den einheimischen Arten anzusiedeln. Erst die milderen Winter der jüngsten Vergangenheit erlaubten es der Chinesischen Hanfpalme schließlich doch zu verwildern und in den Wäldern Fuß zu fassen. Mittlerweile wurde sie von Forschern der Universität Bayreuth um den Pflanzenökologen Gian-Reto Walther bereits an verschiedenen Stellen des Alpensüdfußes im Grenzgebiet der Schweiz und Norditaliens nachgewiesen. Aber nicht nur auf der Alpensüdseite, auch nördlich des Gebirges ist der Klimawandel spürbar. In Gärten gepflanzte Palmen brauchen im Winter immer weniger Schutz oder überleben wie in Westdeutschland sogar ohne Hilfe im Freien. Ältere Exemplare tragen dort mittlerweile bereits Blüten- und Fruchtstände und in manchen Regionen finden sich unter ausgewachsenen Palmen sogar Sämlinge. Steigen die Temperaturen in Zukunft wie prognostiziert weiter, dürfte eine weitere Ausbreitung von Trachycarpus fortunei nur noch eine Frage der Zeit sein, so die Wissenschaftler des europäischen Forschungsprojekts ALARM (Assessing LArge scale Risks for biodiversity with tested Methods). (06/2007, Universität Bayreuth)

…gehasste Exoten Doch längst nicht alle tierischen und pflanzlichen Einwanderer erfreuen sich großer Beliebtheit in Deutschland. So ist beispielsweise der eigentlich aus Amerika stammende Kartoffelkäfer schon seit 1877 als Schädling in der Landwirtschaft gefürchtet. Sogar für den Menschen gefährlich ist hingegen der Riesen-Bärenklau. Im Pflanzensaft befinden sich giftige Furanocumarine wie Bergapten, Xanthotoxin und Pimpinellin, die bei Hautkontakt zu Juckreiz, Rötungen, Schwellungen und Blasenbildung führen können. Die bis zu fünf Meter hohe Pflanze aus dem Kaukasus wurde Ende des 19. Jahrhunderts in die hiesigen Gärten eingeführt und trat von dort aus ihren Siegeszug in der freien Natur an.

Pilz dezimiert Mosel-Reben Sie äußert sich sowohl in chronischen als auch akuten Symptomen und führt schließlich zum Tod der Weinstöcke. In deutschen Weinbaugebieten hat sich die Esca-Krankheit oder Weißfäule in letzter Zeit immer weiter ausgebreitet. Wissenschaftler und Winzer standen vor einem Rätsel – bis jetzt. Denn im Mai 2007 identifizierten Forscher der Biologischen Bundesanstalt in Rebstöcken des Moselgebiets Pilze als die Hauptschuldigen. Im Holz stießen sie auf zwei verschiedene Erreger, von denen einer vermutlich mit dem Klimawandel aus südlichen Gefilden eingewandert ist. Zudem stellten sie fest, dass bereits junge Reben von einer weiteren Pilzart besiedelt werden, die den Boden für die anderen bereitet. „Die Ergebnisse unserer Untersuchungen des Pilzspektrums von Bohrkernen aus vier Parzellen haben uns überrascht. Neben dem erwarteten Mittelmeer-Feuerschwamm, Fomitiporia mediterranea, haben wir in Esca-kranken Pflanzen auch Fomitiporia punctata gefunden“, berichtet Katja Schulze von der Biologischen Bundesanstalt für Land- und Forstwirtschaft (BBA). „F. punctata war bisher an Rebstöcken nicht in Erscheinung getreten, sondern hauptsächlich an Gehölzen wie Holunder oder Hasel beschrieben worden.“ Die Fomitiporia-Vertreter springen aber lediglich auf einen Krankheitszug auf, der offenbar von dem Pilz Phaeomoniella chlamydospora angeführt wird: Eine schleichende Infektion der Reben mit ihm bereitet dann den Boden für die beiden Weißfäule-Erreger. (05/2007, BBA)

Äußere Symptome der EscaKrankheit an einem Weinblatt. © BBA/Katja Schulze

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HIGHLIGHTS

Pflanzen, Tiere, Lebenswelten

Gott oder Darwin? Streit um den Kreationismus Für Michelangelo Buonarotti war es klar: Gott schuf Adam. Aber hat das etwas mit unserem naturwissenschaftlichen Weltbild zu tun? © Historisches Fresko

Kreationismus Unter diesem Begriff werden verschiedene Formen von evolutionskritischen Strömungen zusammengefasst. Das Spektrum reicht dabei sehr weit. Es umfasst Kurzzeitkreationisten, die die Schöpfungsgeschichte der Bibel wörtlich nehmen und das Alter der Erde und des Universums auf maximal 10.000 Jahre setzen. Als Kreationisten bezeichnen sich aber auch Vertreter der theistischen Evolution, die zwar eine allmähliche Entwicklung und Veränderung der Arten akzeptieren, dabei aber klar einen göttlichen Einfluss zu erkennen glauben.

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Nicht der Urknall schuf unser Universum, sondern ein übernatürlicher „Schöpfer“ – das jedenfalls behaupten die Anhänger des Kreationismus. Auch das Leben auf der Erde, eingeschlossen der Mensch, ist ihrer Ansicht nach das Ergebnis eines intelligenten Schöpfungsakts, des so genannten „Intelligent Design“. Für Kreationisten ist die biblische Schöpfungsgeschichte daher nicht nur eine rein religiöse Angelegenheit, sondern die Basis ihrer biologischen Weltsicht. Obwohl von Evolutionsforschern und anderen Naturwissenschaftlern einhellig als haltlos eingestuft, finden die Ideen des Kreationismus in jüngster Zeit wieder verstärkt Zulauf. Die Schöpfungsgeschichte im Biologieunterricht, Lehrbücher, die das Intelligent Design gleichsam als Alternativversion zur Evolutionstheorie anbieten – das gibt es längst nicht mehr nur im berühmt-berüchtigten „Bible-Belt“ der USA. Inzwischen hat die Welle des wieder erstarkten Schöpfungsglaubens auch Europa erreicht. In Deutschland sorgte Hessens Kultusministerin Karin Wolff (CDU) Ende Juni 2007 für einen Eklat, als sie dafür plädierte, im Biologieunterricht auch die Schöpfungslehre der Bibel zu behandeln. Den Anstoß für diese Äußerung gab ein Bericht über die Duldung des Kreationismus an einigen hessischen Schulen. In einer evangelischen Privatschule und in einem staatlichen Gymnasium in Gießen

Kreationismus

hatten christlich-evangelikal geprägte Lehrer ungehindert die Schöpfungslehre im Biologieunterricht behandelt. Sie vermittelten ihren Schülern unter anderem, dass die heutigen Menschen von den drei Söhnen Noahs abstammen und dass die Sintflut ausgelöst wurde, um die Menschheit zu bestrafen. Für Wolff kein Problem: Sie sieht hierin nach wie vor eine Chance für „eine neue Gemeinsamkeit von Naturwissenschaft und Religion.“ Unterstützung erhielt Wolff kurz darauf vom katholischen Bischof von Augsburg, Walter Mixa. Er betonte, es gebe keinen Absolutheitsanspruch der Evolutionstheorie. Sich so allein auf diese festzulegen „ist etwas Totalitäres und ist auch und gerade aus der Sicht der Wissenschaft unvernünftig“, so Mixa gegenüber der Leipziger Volkszeitung. Die Naturwissenschaften hätten zwar großartige Entdeckungen gemacht, stünden aber in der Gefahr, diese Erkenntnisse über die materielle Welt absolut zu setzen und dabei die Vernunft zu verlieren. Trotz starker Kritik an diesen Äußerungen stehen Mixa und Wolff mit ihren Ansichten beileibe nicht allein da. Auch in anderen europäischen Ländern sieht es inzwischen nicht viel anders aus. So sprachen sich die Bildungsminister in Italien, Polen, Serbien und der Niederlande inzwischen ebenfalls für eine Öffnung der Schulen für den Kreationismus aus. Und auch in der breiten Öffentlichkeit gewinnt die Skepsis gegenüber der Evolutionstheorie immer mehr an Boden: Dies belegt eine im Auftrag der Forschungsgruppe Weltanschauungen in Deutschland (fowid) Ende 2005 durchgeführte repräsentative Umfrage zur Entstehung des Lebens auf der Erde. Sie ergab, dass etwa 13 Prozent der Befragten an die christlich-biblische Lehre von der Entstehung der Welt glauben. 25 Prozent waren der Auffassung, dass ein höheres Wesen das Leben erschaffen habe und dieses sich unter dessen Kontrolle entwickelte. Weniger als zwei Drittel der Befragten stimmten dagegen der wissenschaftlichen Theorie der Evolution zu.

Darwin-Karikatur aus dem „London Sketchbook“ von 1874. © Historisch

Darwin verliert im Europarat Ende Juni 2007 sah sich unter anderem deshalb sogar der Kulturausschuss des Europarats zu einem Appell an seine Mitgliedsländer genötigt. In seinem Bericht über „Die Gefahren des Kreationismus in der Bildung” warben die Ausschussmitglieder in dringlichem Ton dafür, die Schöpfungslehre nur im Religionsunterricht zu diskutieren, nicht aber als gleichberechtigte Wissenschaftsdisziplin neben der Evolutionstheorie. Wie berechtigt dieser Appell war, zeigte sich spätestens bei der Abstimmung im Europarat: Als es darum ging, eine Resolution gegen die Schöpfungslehre im Biologieunterricht zu verabschieden, stimmte nur eine Minderheit dafür. Die knappe Mehrheit, bestehend vor allem aus Vertretern der christlichdemokratischen Parteien, weigerte sich, eine so eindeutige Stellung zu beziehen. Guy Lengagne, ein langjähriges Mitglied des Kultur-Ausschusses erklärte anschließend gegenüber der Süddeutschen Zeitung, die Entscheidung zeige, „dass wir in Europa an der Schwelle eines neuen Mittelalters stehen und dass viele Mitglieder des Rats sich dessen nicht bewusst sind.“

Jeder achte Biologie-Studienanfänger skeptisch Dass diese Mahnungen nicht aus der Luft gegriffen sind, untermauert eine im April 2007 durchgeführte Umfrage unter Studienanfängern der Universität Dort-

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Pflanzen, Tiere, Lebenswelten

mund. Die 1.228 befragten Lehramtsstudenten, darunter 148 angehende Biologielehrer, sollten zu insgesamt 108 Aussagen pro und kontra Evolution Stellung nehmen. Das Ergebnis: Immerhin jeder achte Studienanfänger zweifelte daran, dass überhaupt eine Evolution der Arten stattgefunden hat und konnte sich nicht vorstellen, einen gemeinsamen Vorfahren mit den Schimpansen zu teilen. Unter den Lehramtsstudenten waren es immerhin noch 5,5 Prozent, die Darwin und Co. nicht so recht Glauben schenken wollten. Stattdessen stimmten einige der Aussage zu, dass „ein höheres Wesen den Menschen im Wesentlichen in seinem jetzigen Aussehen geschaffen“ habe. Dittmar Graf, Professor für Didaktik der Biologie und Leiter der Umfrage wundert dieses Ergebnis nicht. Denn seiner Ansicht nach ist schon bei den Schülern vielfach das Wissen über die Schöpfungslehre ausgeprägter als das über die Evolutionstheorie. „Wenn Schüler zum ersten Mal mit dem Thema Evolution konfrontiert werden, haben sie bereits eine Vielzahl eigener Konzepte generiert, die oft stark mit religiösen Ansichten durchdrungen sind“, so der Forscher. Unterrichtet wird die Evolutionstheorie an den meisten Schulen erst ab der neunten, in vielen sogar erst in der elften Klasse, vorher wird die Thematik allenfalls gestreift. Mit der Folge, dass die nach der zehnten Klasse abgehenden Schüler ihre Schullaufbahn schlimmstenfalls „evolutionsfrei“ beenden. Zumindest aber für die angehenden Lehrer sieht Graf die Chance, das Unwissen spätestens im Studium zu beheben: „Ich hoffe, dass sich diese Einstellung besonders bei den Biologie-Studenten während des Studiums noch ändern wird“, so Graf. Schließlich sei „die Evolution die wichtigste biologische Theorie überhaupt“. Seine Hoffnung ist es, durch eine fundierte evolutionsbiologische Lehrerausbildung auch den Einfluss der Kreationisten an den Schulen eindämmen zu können.

Kampf um die Schüler

Charles Darwin Der britische Naturforscher gilt als der Vater der Evolutionstheorie. Im Rahmen seiner Expeditionen auf dem Forschungsschiff HMS Beagle fielen ihm die Ähnlichkeiten zwischen den zahlreichen verschiedenen Finkenarten auf den Galapagosinseln auf. Diese und andere Beobachtungen führten letztlich dazu, dass er einen gemeinsamen Ursprung für diese Arten annahm.1859 veröffentlichte Darwin dann sein berühmtes Werk: „The Origin of Species“ (Der Ursprung der Arten).

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Unterdessen geht der Kampf an den Schulen unvermindert weiter. In den USA längst Realität, versuchen die Kreationisten auch hierzulande immer stärker, mit ihren Ideen Eingang in die Schulbücher zu bekommen – oder produzieren gleich selbst welche. Eines davon, „Evolution – ein kritisches Lehrbuch“, erschienen im Weyel Verlag, ist inzwischen bereits in der sechsten Auflage erhältlich. In ihm vermitteln die Autoren Reinhard Junker und Siegfried Scherer die Thesen des „Intelligent Design“, nach dem die Lebewesen der Erde so komplex aufgebaut sind, dass sie nur ein intelligenter Designer entwerfen konnte. Im Gewand eines wissenschaftlichen Duktus übt das „Lehrbuch“ Kritik an der Evolutionstheorie und postuliert unter anderem, dass Fossilien als Übergangsformen nahezu alle umstritten seien und dass der Rückschluss von heutigen Organismen auf ihre Vorfahren unmöglich oder zumindest doch unseriös sei. Noch sind solche Bücher offiziell nicht als Schulbuch zugelassen, den Lehrern steht es allerdings frei, diese und andere kreationistische Schriften als „ergänzende Materialien“ im Unterricht zu nutzen. Und die Zeit spielt für die Kreationisten: Denn das Inkrafttreten des GATSAbkommen (General Agreement on Trade in Services) der Welthandelsorganisation sieht eine weitreichende Liberalisierung der öffentlichen Dienstleistungen

Kreationismus

vor – möglicherweise auch im schulischen Bereich. Im Klartext heißt das, dass die in Deutschland noch relativ strengen Bestimmungen für Unterricht und Schulbücher gelockert werden könnten und damit jeder einzelne Lehrer in größerem Maße selbst bestimmen kann, wie er seinen Unterricht gestaltet. Und schon jetzt lassen sich viele Eltern aus evangelikalen Kreisen von den bürokratischen Hürden längst nicht mehr abschrecken. Sie weigern sich einfach, ihre Kinder in staatliche Schulen zu schicken, selbst wenn sie damit gegen die Schulpflicht verstoßen. Über 500 Kinder, so die aktuellen Schätzungen werden in Deutschland bereits aus religiösen Gründen zuhause oder in christlich-fundamentalistischen Privatschulen unterrichtet – Tendenz weiter steigend.

Intelligent Design Nach Ansicht dieser Lehre sind die Entstehung des Universums und des Lebens sowie die Evolution nicht das Produkt von zufälligen Mutationen und Selektion, sondern wurden durch eine verborgene Intelligenz, einen „Designer“, gelenkt. Gott wird dabei nicht explizit als dieser Designer benannt. Die Anhänger dieser Strömung nehmen für sich in Anspruch, eine wissenschaftliche Theorie zu vertreten.

Russland: Evolutionstheorie als Sowjetideologie Der Vormarsch der Kreationisten ist jedoch inzwischen längst keine Domäne der westlichen Gesellschaften mehr: Auch in Russland mehren sich die evolutionskritischen Stimmen. Im November 2006 veranlasst diese Entwicklung Forscher der Universität Jena sogar dazu, einen besorgten Artikel im angesehenen Wissenschaftsmagazin „Nature“ zu veröffentlichen. Anlass war die Klage einer 15jährigen Schülerin und ihrer Familie gegen das russische Bildungsministerium. Das Mädchen fühle sich durch „Darwins kontroverse Hypothese“, mit der sie sich im Biologieunterricht auseinandersetzen musste, in ihren religiösen Gefühlen verletzt, so der Vorwurf. Dass es sich dabei nicht um einen Einzelfall handelt, weiß Georgy S. Levit, Erstautor des „Nature“ Beitrags. „Hinter der Klage stehen einflussreiche religiöse und politische Kreise“, erklärt der aus St. Petersburg stammende Wissenschaftshistoriker. So werde die aktuelle Anklage beispielsweise durch Teile der mächtigen

Portrait aus dem Jahr 1890 von Charles Darwin mit seinen Büchern „Die Entstehung der Arten” und „Die Entstehung des Menschen”. © Turin Museum of Human Anatomy

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Pflanzen, Tiere, Lebenswelten

Evolutionstheorie Diese ursprünglich von Charles Darwin aufgestellte Theorie geht davon aus, dass sich die Vielfalt der Arten im Wesentlichen auf eine allmähliche Entwicklung und Veränderung zurückführen lässt. Treibende Faktoren der Evolution sind durch Mutationen ausgelöste Variation, die Selektion sowie eine Reihe anderer Evolutionsfaktoren. Die Anpassung der Organismen an ihren jeweiligen Lebensraum spielt dabei als Selektionsfaktor eine wichtige Rolle.

Schädel von Mensch, OrangUtan, Schimpanse und Makake im Vergleich – unterschiedlich, aber verwandt. © Christopher Walsh, Harvard Medical School (CC 2.5)

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orthodoxen Kirche unterstützt. „Diese Kräfte wollen sich eine Entwicklung in Russland zu Nutze machen, die man bereits seit dem Zusammenbruch der Sowjetunion beobachten kann“, erklärt der Jenaer Biologiedidaktiker und Wissenschaftshistoriker Uwe Hoßfeld. „Nach dem Wegfall des staatlich verordneten Atheismus wandten sich viele Russen verstärkt der Religion zu.“ Derzeit sind fast 22.000 religiöse Vereinigungen in Russland aktiv. Eine ganze Reihe davon unterstützt den Kreationismus und stellt die Lehre Darwins eher als Bestandteil der Sowjetideologie denn als fundierte Naturwissenschaft dar. Die Jenaer Wissenschaftler, darunter auch Professor Lennart Olsson, sehen in dem Gerichtsverfahren vor allem einen Versuch, das säkulare Schulsystem in Russland, das Religionsunterricht in staatlichen Schulen verbietet, aufzuweichen. „Bereits seit diesem Jahr wird an einigen Schulen das Fach ,Grundlagen der orthodoxen Kultur‘ als Pflichtfach gelehrt“, so Levit. Er mahnte, den Prozessverlauf genau zu beobachten: „Es ist ein wichtiger Test, wie fest das universelle Gut der wissenschaftlichen Freiheit im heutigen Russland verankert ist.“ Im Februar 2007 schließlich fällte das Gericht der Stadt St. Petersburg das mit Spannung erwartete Urteil und wies die Klage ab. Begründung: Der Lehrplan in Biologie beruhe auf der von Charles Darwin begründeten Evolutionstheorie, die im Gegensatz zum Kreationismus wissenschaftlich bewiesen sei. Die Schülerin und ihre Vertreter kündigten bereits Widerspruch gegen das Urteil an.

Kreationismus

Glauben Sie, dass der Kreationismus auch in Deutschland weiter Fuß fassen wird? Halten Sie die jüngsten Entwicklungen in Hessen für bedrohlich? Die Verbreitung kreationistischer Glaubensvorstellungen wird in Amerika vor allem von evangelikalen Christen vorangetrieben. Um trotz der durch die Verfassung der USA vollzogenen Trennung von Staat und Religion in allgemeinbildenden Schulen der USA kreationistische Unterrichtsinhalte durchzusetzen, wird entsprechenden Glaubenssätzen ein (pseudo-)wissenschaftlicher Anstrich gegeben. Die amerikanischen Gerichte haben diesem Ansinnen bisher regelmäßig einen Riegel vorgeschoben. In Deutschland ist der Kreationismus in evangelikalen Kreisen ebenfalls weit verbreitet. Da bei uns das Verhältnis von Staat und Kirche jedoch gemäß dem Grundgesetz partnerschaftlich ist, dürfte es schwierig sein, die Behandlung kreationistischer Unterrichtsinhalte im Biologieunterricht gerichtlich verbieten zu lassen. Aus diesem Grund dürfte der Kreationismus in Deutschland, auch in deutschen Schulen weiter Fuß fassen. Dazu kommt, dass eine weit verbreitete Fehlvorstellung von der Evolution kreationistischem Gedankengut Vorschub leistet: Viele biologische Laien, also auch Schülerinnen und Schüler, interpretieren die Evolution teleologisch, sie nahmen also an, die Evolution sei auf ein Ziel hin ausgerichtet. Ihnen ist nicht klar, dass Variationen zufällig auftreten und sich in der Evolution diejenigen Formen zwangsläufig durchsetzen, die unter gegebenen Umweltbedingungen den höchsten

Fortpflanzungserfolg aufweisen. Im Gegensatz dazu betrachten sie die Evolution als linearen historischen Prozess, der zur „Verbesserung“ der Lebewesen führt. Diese teleologische Fehlvorstellung von der Zielgerichtetheit der Evolution behindert die Einsicht in das Wechselspiel von Zufall und Notwendigkeit (zufällige Variation, notwendige Selektion) in der Evolution. Nun wird auch im Rahmen der christlichen Schöpfungslehre der Schöpfer als Sinn und Ziel des Lebens aufgefasst. Diese Art Zielorientierung schließt zwar überhaupt keine naturwissenschaftliche Aussage ein und führt daher nicht zu Widersprüchen mit der Evolutionstheorie. Sie findet aber eine Parallele in der vermeintlichen Zielgerichtetheit der Evolution als Inhalt der erwähnten teleologischen Fehlvorstellung. Sofern nun – wie im Kreationismus – nicht streng zwischen naturwissenschaftlichen und theologischen Aussagen unterschieden wird, kann diese Fehlvorstellung die Akzeptanz des Kreationismus erleichtern. Was nun speziell Hessen betrifft, so erfolgt die unkritische Vermittlung kreationistischer Vorstellungen bisher nur in wenigen Schulen. In ihrer überwiegenden Zahl durchschauen die hessischen Biologielehrer den pseudowissenschaftlichen Charakter des Kreationismus. Daher sehe ich die Situation im Schulbereich dieses Bundeslandes zur Zeit nicht als bedrohlich an.

Für wie gravierend halten Sie das Erscheinen von evolutionskritischen Lehr- und Schulbüchern wie „Evolution – ein kritisches Lehrbuch“. Besteht die Gefahr, dass diese künftig parallel zu lehrplangemäßen

INTERVIEW Prof. Dr. Horst Bayrhuber, Institut für Pädagogik in den Naturwissenschaften (IPN), ist Herausgeber des Linder-Biologielehrbuchs für die Oberstufe.

Schulbüchern im Unterricht eingesetzt werden? Normalerweise müssen Schulbücher von den Bildungsministerien genehmigt werden, bevor sie im Unterricht eingesetzt werden können. Da das erwähnte Buch den Lehrplanvorgaben nicht entspricht, kann es meines Erachtens nach diese Genehmigung nicht erhalten. Es ist allerdings zu bedenken, dass in manchen Bundesländern für Schulbücher der Oberstufe eine solche Genehmigung nicht erforderlich ist, so dass der Einsatz von evolutionskritischen Büchern prinzipiell möglich ist. In diesem Zusammenhang soll nochmals klar gestellt werden, dass das Verlangen von Vertretern des Intelligent Design, einer Spielart des Kreationismus, ihre Auffassungen sollten gleichberechtigt neben der Evolutionstheorie im Biologieunterricht behandelt werden, den Zielen dieses Faches und anderer betroffener Fächer wie Geographie und Physik widerspricht. Sie beanspruchen nicht weniger als bestimmte Glaubensaussagen, die naturwissenschaftlich nicht beweisbar bzw. widerlegbar sind, im Sinne von wissenschaftlichen Aussagen vermitteln zu lassen. Das würde bedeuten,

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Pflanzen, Tiere, Lebenswelten

diese Fächer als Trojanische Pferde zum Zwecke evangelikaler religiöser Verkündigung zu instrumentalisieren. Es ist daher nicht unfair, die Forderung nach Gleichbehandlung von Evolutionstheorie und Intelligent Design zurückzuweisen. Aus diesen inhaltlichen Gründen kommt das erwähnte „kritische Lehrbuch“ als Schulbuch nicht in Frage.

Eine Umfrage der Universität Dortmund ergab, dass immerhin 5,5 Prozent der Biologie-Lehramtsstudenten nicht an die Evolutionstheorie glaubten. Haben Sie eine Erklärung dafür? Wie kann darauf reagiert werden? Ich gehe davon aus, dass es sich bei der genannten Gruppe vor allem um Gläubige handelt. Sie dürften Evolutionstheorie mit Atheismus sowie Kreationismus mit Theismus gleichsetzen. Diese Art Gleichsetzungen wird nicht nur von Kreationisten sondern auch von vielen Biologen propagiert. Das kann zur Folge haben, dass gläubige Menschen annehmen, sie gingen des Sinnes des Lebens verlustig, wenn sie die Ergebnisse der Evolutionsforschung akzeptierten. Diese Gleichsetzungen entbehren jedoch jeder vernünftigen Grundlage, ihnen stehen sowohl wissenschaftstheoretische als auch theologische Argumente entgegen. Dies deutlich zu machen, halte ich angesichts der genannten Umfrageergebnisse für dringend erforderlich. So ist die Aussage, Gott könne nicht Bestandteil einer naturwissenschaftlichen Hypothese sein, keineswegs identisch mit der Aussage, es gebe Gott nicht. Sie ergibt sich vielmehr aus der methodi-

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schen Beschränkung der Naturwissenschaften auf empirisch Nachprüfbares (methodischer Naturalismus; „etsi deus non daretur“, als ob es Gott nicht gäbe). Aus dieser zwingenden methodischen Eingrenzung der Problemstellungen folgt jedoch nicht, dass nicht Nachprüfbares nicht existiert. Daher sind Vertreter der Evolutionstheorie auch nicht zwangsläufig Atheisten. In diesem Zusammenhang ist weiterhin zu beachten, dass die Aussage „Gott hat die Welt nicht erschaffen“ entsprechend den obigen Ausführungen ebenfalls weder bewiesen noch widerlegt werden kann. Auch aus diesem Grund kann aus den Erkenntnissen der Evolutionsbiologie nicht gefolgert werden, dass Gott nicht existiert.

Was müsste ihrer Ansicht nach getan werden, um dem Ausbreiten des Kreationismus Einhalt zu gebieten? In erster Linie muss verhindert werden, dass kreationistische Themenstellungen zu Lehrplaninhalten der Schule werden. In den betroffenen Fächern, vor allem in der Biologie, aber auch in der Geographie und der Physik, wird, wie bisher schon, solides Wissen über die Entwicklung des Weltalls, speziell der Erde und des Lebens auf der Erde erarbeitet und von teleologischen Fehlvorstellungen von der Evolution abgegrenzt werden. Solches Wissen über Ergebnisse auf diesen Fachgebieten ist zwar eine notwendige Voraussetzung für die Auseinandersetzung mit dem Kreationismus in der Schule, es reicht aber keineswegs aus. Im Hinblick auf die wissenschaftstheoretischen Schwächen des Kreatio-

nismus ist im Unterricht zusätzlich die Förderung der Kompetenz der Erkenntnisgewinnung von besonderer Bedeutung, deren Vermittlung übrigens allgemein von den KMK Bildungsstandards gefordert wird. Und aufgrund der theologischen Schwächen des Kreationismus ist die fachübergreifende Kommunikation besonders wichtig. Biologie- und andere Fachlehrer sollten gemeinsam mit dem Religionslehrer deutlich machen, dass Glauben und Wissen nicht zwangsläufig im Widerspruch stehen, und im Unterricht Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen Wissensbereichen herstellen, die aufgrund verschiedener Arten der Welterschließung entstanden sind. Auf diese Weise soll eine tragfähige Grundlage für die Teilhabe an der gesellschaftlichen Kommunikation über Evolution und Kreationismus vermittelt und damit auch dem Allgemeinbildungsanspruch der Schule Rechnung getragen werden. Für die Kommunikation mit der breiten Öffentlichkeit sollte in Deutschland ein Science Center errichtet werden, in dem die Grundlagen der Abstammungslehre und der Evolutionstheorie und die für die Auseinandersetzung mit dem Kreationismus erforderlichen weiteren Informationen anschaulich und verständlich dargeboten werden und die Besucher neue Kenntnisse in Eigentätigkeit erarbeiten können. Ein solches Science Center könnte auf wissenschaftlicher Basis der Missionstätigkeit der Kreationisten entgegenwirken, die über kurz oder lang auch in Deutschland erheblich verstärkt werden dürfte.

Kreationismus

Wir haben folgende drei Wissenschaftler befragt: Prof. Reinhold Leinfelder (Generaldirektor des Berliner Museums für Naturkunde), Dr. Michael Gudo (Paläontologische Gesellschaft und MorphistoEvolutionsforschung und Anwendung GmbH) und Dr. Holger Granz (Morphisto-Evolutionsforschung und Anwendung GmbH).

Welchen Zweck verfolgen die Anhänger des Kreationismus? Gudo: Kreationismus und Intelligent Design sind fundamentalchristliche Weltanschauungen, die als langfristig geplanter Angriff gegen die europäisch abendländische Gesellschaftsstruktur gerichtet sind. Sie haben zum Ziel, bildungs- und machtpolitischen Einfluss zu gewinnen, vermutlich mit der Absicht einen religiös motivierten Irrationalismus in unserer Gesellschaft einzuführen. Die Infiltration verläuft über die Schule, das Internet, Fernsehen, DVD’s und den Buchhandel. Lange Zeit unbemerkt – und vielleicht auch nur unbeachtet – arbeiten und lehren solchen pseudowissenschaftlichen Weltanschauungen zugeneigte oder diese propagierende Personen sogar an namhaften Universitäten.

Was ist Ihrer Meinung nach zu tun? Leinfelder: Vor dem Hintergrund dieser kulturfeindlichen Auffassung ist es angeraten, eine Gegenposition auf mehreren Ebenen zu beziehen: auf der naturwissenschaftlich-sachlichen Ebene, auf der methodologischen, wissenschaftstheoretischen Ebene und auf der theologisch-geistlichen Ebene. Es kann und sollte aller-

dings nicht darum gehen, eine atheistische Perspektive gegen eine christliche auszuspielen, sondern vielmehr ist zu zeigen, dass Evolutionstheorie und christlicher Glaube nicht in einem Widerspruch stehen. Vielmehr können sie in Form eines Dualismus nebeneinander bestehen – und aus kulturellen Gründen müssen sie dies auch. Granz: Es kann und sollte nicht Ziel sein, einen überzeugten Kreationisten oder ID-Anhänger vom Gegenteil zu überzeugen, sondern viel wichtiger erscheint es, auf breiter Front, das heißt auf allen drei Ebenen diesen Ideologien zu begegnen und in politischen, gesellschaftlichen, kulturellen und religiösen Bereichen vorbeugend tätig zu werden. Dem Kreationismus kann leicht nachgewiesen werden, dass er von einem völlig falschen Verständnis von Wissenschaftlichkeit ausgeht, und dass es daher nicht legitim ist, ein „Schöpfungsparadigma“ einem „Evolutionsparadigma“ entgegenzustellen. Der Kreationismus hat eine falsche Auffassung davon, was wissenschaftliche Theorien sind, er sieht Fakten als „nackte Tatsachen“, die beliebig interpretiert werden können. So versteht er den Entropiebegriff und den Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik nicht im Gesamtkontext des Zeitflusses im Universum und wertet zudem fehlende Fossilfunde fälschlicherweise als „Beweise“ gegen die Evolutionsbiologie. Diese Fehler sind aufzuzeigen und vor allem gegenüber denjenigen Personen zu verdeutlichen, die potentiell von Kreationisten beeinflusst werden können.

Und wie sieht es mit dem „Intelligent Design“ aus?

INTERVIEW Wie schätzen Paläontologen die Gefahr des Kreationismus ein? Wir haben drei Paläontologen dazu befragt. Als Fossilienforscher gehen sie ja quasi täglich mit den sichtbaren Indizien für die Evolution um.

Leinfelder: Das „Intelligent Design“ lässt sich ebenfalls relativ leicht ad absurdum führen, indem man zeigt, dass das ID nichts weiter ist als eine postmoderne Variante der Physikotheologie, eine Naturbetrachtung, die zu Anfang der Neuzeit Gott in der Natur gesucht und vermeintlich gefunden hat. Während der Aufklärung spielte sie noch eine Vermittlerrolle zwischen Religion und Wissenschaft, aber spätestens seit Widerlegung des physikotheologischen Gottesbeweises durch Immanuel Kant ist sie ad acta gelegt. In der Nachfolge Kants wird die Dringlichkeit einer Trennung von Theologie und Naturwissenschaften besonders deutlich.

Was ist ihr Fazit? Gudo: Das europäisch-abendländische Weltbild, unsere Kultur und Gesellschaftsstruktur, unser Bildungssystem und unser Wissen über die Welt und über uns bildet ein hohes Gut, das keinen fundamentalistischen Ideologien preisgegeben werden darf. Nur in einer naturwissenschaftlich-christlich-humanistischen Allianz kann es gelingen, dieses Kulturgut zu erhalten und weiter zu entwickeln.

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HIGHLIGHTS

Mensch und Gesellschaft

Spitzensport als Spritzensport? Tour de France – sauberer Sport oder rollende Apotheke? © GFDL

Die Leichtathletin Jolanda Ceplak, die Schwimmerin Anastassia Iwanenko, der Football-Spieler Rodney Harrison, der Skilangläufer Sergej Schirjajew, ja sogar der Golfer Alessandro Pissili und der Fechter Marco Ciari haben eines gemeinsam: Sie wurden im Jahr 2007 bei Dopingkontrollen erwischt. So vielfältig, wie die Sportarten aus denen die Athleten stammen, so unterschiedlich sind auch die illegalen Substanzen und Mittelchen, die sie eingenommen, gespritzt, geraucht oder per Transfusion erhalten haben. Neben dem Blutdopingmittel Erythropoietin, kurz EPO, gehörten dazu auch Testosteron, Wachstumshormone, Finasterid, ein Arzneistoff gegen Haarausfall, sowie Diuretika und andere Wirkstoffe zur Verschleierung von Dopingpräparaten – und nicht zuletzt Cannabis. Ins Visier der Dopingfahnder geriet im September 2007 auch der brasilianische Fußballstar Ronaldo. Ihm wurde vorgeworfen, in seinem Heimatland einen Blutaustausch vorgenommen zu haben, um eine Verletzung schneller in den Griff zu bekommen – eine Methode, die in Italien, wo er beim AC Mailand unter Vertrag steht, streng verboten ist. Doch trotz dieser vielen, zum Teil spektakulären Fälle: Im Mittelpunkt der Dopingschlagzeilen stand in 2007 weder die Leichtathletik noch der Fußball, sondern der Profiradsport – wieder einmal. Schon in den letzten Jahren hatte

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Doping

es dort des öfteren Manipulationen und positive Kontrollen gegeben. Im Jahr 2007 jedoch erreichte das Doping im Radsport eine neue Dimension. Und es traf ausgerechnet den deutschen Vorzeigerennstall, der sich eigentlich als Vorreiter im Kampf gegen das Doping profilieren wollte, besonders hart - das Team T-Mobile (früher Team Telekom). Nach der Tour 2006 hatte es nicht nur den in Dopingverdacht geratenen Jan Ullrich und den damaligen sportlichen Leiter Olaf Ludwig entlassen, sondern auch effektive teaminterne Maßnahmen im Kampf gegen den unsauberen Sport angekündigt. Doch schon im April 2007 gab es erste Flecken auf der angeblich so blütenweißen Weste des Rennstalls. In Gang brachte den Skandal der ehemalige Masseur der Mannschaft Jef D‘hont. In seinem Buch „Erinnerungen eines Radfahrer-Pflegers“ beschuldigte er das Team des systematischen, flächendeckenden und organisierten Dopings – zumindest bis zu seinem Ausscheiden 1996. Verwickelt waren laut D‘hont jedoch nicht nur die Fahrer selbst, sondern in großem Maßstab auch Trainer, Betreuer und Teamärzte. Was zunächst nach einer konstruierten Enthüllungsgeschichte aussah, entpuppte sich schon bald als bittere Wahrheit. Denn auf massives Nachfragen der Medien und auf Druck der Öffentlichkeit bestätigte ein Fahrer nach dem anderen die Kernaussagen des belgischen Teambetreuers.

Das Wort „Doping“ „Do(o)p“, das südafrikanische Wort für ein stimulierendes, hochprozentiges alkoholisches Getränk, soll der Namensgeber für das heutige Wort Doping gewesen sein. Der aus einem Lokaldialekt stammende Begriff wurde vermutlich von Engländern während der Kolonialzeit aufgeschnappt, nach Europa „importiert“ und dort für Manipulationen im Sport verwendet.

Dietz war der Erste Den Anfang machte der ehemalige Team Telekom-Profi Bert Dietz mit seinem Dopinggeständnis, innerhalb weniger Tage folgten dann weitere Fahrer wie Christian Henn, Udo Bölts, Rolf Aldag, Erik Zabel, Brian Holm, Bjarne Riis und schließlich Jörg Jaksche. Sie alle gaben zu, unerlaubte Substanzen wie EPO, Cortison oder Wachstumshormone benutzt zu haben und belasteten zum Teil auch die Teamärzte Andreas Schmid und Lothar Heinrich schwer. Sie sollten die Mittel wie EPO zum Teil nicht nur besorgt, sondern diese auch den Fahrern gespritzt haben. Die Beweislage war so erdrückend, dass die beiden Mediziner schließlich gestanden und anschließend sowohl von TMobile als auch ihrem eigentlichen Arbeitgeber, der Universität Freiburg, entlassen wurden. Doch damit war der Höhepunkt der Radsportkrise noch längst nicht erreicht. Diesen sollte schließlich die Tour de France 2007 bringen. Zwar waren schon im Mai beim Giro d’Italia einige positive Dopingproben von Spitzenfahrern bekannt geworden, aber bei der FrankreichRundfahrt ging es dann Schlag auf Schlag. Und wieder stand das runderneuerte und mit jungen, scheinbar unbelasteten Fahrern bestückte Team T-Mobile im Mittelpunkt: Am 18. Juli 2007 wurde während der zehnten Etappe der Dopingfall Patrick Sinkewitz publik. Eine durch die Nationale Doping-Agentur (NADA) veranlasste Trainingskontrolle aus dem Juni wies einen stark erhöhten Testosteronwert auf. Die deutsche Öffentlichkeit zeigte sich geschockt und ARD und ZDF brachen aufgrund des neuerlichen Dopingfalles

Urinproben von Sportlern warten auf die Untersuchung – haben sie gedopt? © Deutsche Sporthochschule Köln/ Wilhelm Schänzer

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HIGHLIGHTS

Mensch und Gesellschaft

Doping – eine Definition Der Anti-Doping-Regelwerk der Nationalen Anti-DopingAgentur (NADA) definiert Doping als das Vorliegen eines oder mehrerer Verstöße gegen die AntiDoping-Bestimmungen. Dazu gehören u.a.: • Das Vorhandensein eines verbotenen Wirkstoffes, seiner Metaboliten oder Marker in den Körpergewebe- oder Körperflüssigkeitsproben eines Athleten. • Der Gebrauch oder der versuchte Gebrauch eines

sogar die Berichterstattung von der Tour ab. Wenige Tage später erwischte es dann auch den Kasachen Alexander verbotenen Wirkstoffs oder einer verbotenen Methode. Winokurow. Er war nach seinem Sieg beim Einzelzeitfahren • Die Verweigerung einer mit Fremdblutdoping aufgefallen. Winokurow stritt jedoch Dopingprobe oder das vehement alles ab und hatte sogar eine Erklärung parat: Ein Versäumen einer solchen Sturz in der ersten Tour-Woche sei schuld an der entdeckten ohne zwingenden Grund. Blutanomalie. Dazu Professor Rüdiger Scharf von der Univer• Der Besitz von verbotenen sität Düsseldorf in der Rheinischen Post: „Absoluter BlödWirkstoffen und verbotenen Methoden oder der sinn. Als ich das gehört habe, dachte ich nur, dümmer geht’s Handel damit. nicht.“ Am Ende musste auch noch der bis dahin Führende • Der Verstoß gegen die des Gesamtklassements, der Däne Michael Rasmussen, Vorschriften des NADAvon der Tour ausgeschlossen werden. Er hatte mehrfach Code oder andere anwendversäumt, den Dopingkontrolleuren seinen Trainingsort bare Vorschriften zur Verfügbarkeit des Athleten anzugeben und in einem Fall dabei nachweislich falsche für Trainingskontrollen. Angaben gemacht. Sieger der Tour 2007 wurde schließlich der ebenfalls unter Dopingverdacht stehende Spanier Alberto Contador. Während die Medien von einer „Witzveranstaltung“ sprachen und über den drohenden „Tod des Radsports“ berichteten, blieben die finanziellen Folgen für die meisten Teams marginal. So beschloss T-Mobile im August, das RadsportSponsoring auch in Zukunft fortzusetzen. Begründung: „Wir wollen den Radsport weiter begleiten und ihn beim Kampf für einen sauberen Sport unterstützen“, so Hamid Akhavan, Vorstandsvorsitzender von T-Mobile International und Vorstandsmitglied der Deutschen Telekom AG.

Radsport – die rollende Apotheke Radsport und Doping, das legen diese Ereignisse nahe, sind scheinbar untrennbar miteinander verbunden. Doch warum ist das so? „Der Radsport bietet sich deshalb an, weil er eine extrem technische Disziplin ist. Wenn es erlaubt ist, die Maschinen ständig weiter und bis ins Letzte zu optimieren, warum sollte das nicht auch für den Menschen gelten?“, erklärt Doping-Experte Michael Krüger vom Arbeitsbereich Sportpädagogik und Sportgeschichte an der Universität Münster. Er wertet mit seinem Team die gängigen Sport- und Tageszeitungen sowie medizinische Zeitschriften aus, um Daten über Doping zu sammeln. Dabei zeigte sich: Gerade im Radsport, seit Ende des 19. Jahrhunderts von Profis betrieben, stand Doping schon immer auf der Tagesordnung. In der Frühzeit waren es vor allem Drogen wie Koffein, Kokain und Strychnin, die die Sportler zu höherer Leistung antreiben sollten. Die Bestellliste eines Fahrers beim Berliner Sechstagerennen von 1912 weist beispielsweise neben Pflastern und Olivenöl auch Bay-Rum, Chloroform-Öl und Opium aus. „Jeder hat gedopt, das gehörte einfach dazu und niemand hat groß darüber diskutiert“, betont Krüger. Der Radsport mit seinen extremen Torturen wie der Tour de France setzt die Sportler nach Ansicht von Krüger Belastungen aus, die ohne Hilfsmittel nicht zu bewältigen sind. Nächtens werden die Fahrer an den Tropf gehängt, um ihnen Substitutionsmittel mit Mineralien, Hormonen und Kalorien zuzuführen, die der

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Doping

Körper sonst nicht aufnehmen könnte. Die Grenzen zwischen erlaubter Unterstützung und unerlaubter Leistungssteigerung sind offenbar fließend. Für Krüger bildet die „betrügerische Absicht“ jedoch das wichtigste Kriterium. Zum einen gebe es einen ewigen Wettlauf zwischen Entwicklern und Dopingfahndern, zum anderen zähle eben die Absicht, die Konkurrenten mit Mitteln zu übertreffen, die denen nicht zur Verfügung stünden. „Doping lässt sich nicht immer objektivieren, aber jeder, der dopt, weiß, dass er es tut“, so der Experte.

Das Doping-Netzwerk Trotz oder gerade wegen der vielen Dopingskandale plädieren Verbandsund Teamfunktionäre im Radsport zurzeit vehement für einen effektiven Kampf gegen die Einnahme unerlaubter leistungssteigernder Mittel. Für Frank Tolsdorf, Wirtschaftswissenschaftler und Sportökonom an der Universität Witten/Herdecke sind dies reine Lippenbekenntnisse: „Von einem sauberen Neuanfang im Profiradsport kann schon deshalb keine Rede sein, weil allein neun der 20 Pro-Tour-Teams ehemalige Dopingsünder in ihrem Management haben“, so Tolsdorf bereits im Februar 2007. In seiner Dissertation erforscht er das Thema „Doping als Wettkampfphänomen“. Spitzenreiter bei der Beschäftigung ehemaliger aktiver Doper war damals das Radsportteam Gerolsteiner. Drei der sechs sportlichen Leiter hätten in der Vergangenheit selbst Dopingmittel benutzt. Zu den übrigen Teams, die nach den Recherchen des Wittener Sportökonomen ebenfalls überführte Doper im Management beschäftigen, gehörten das Team CSC, das Team Rabobank und das Discovery Channel Pro Cycling Team. Selbst in der Führungsetage des Weltradsportverbandes UCI befänden sich ehemalige Dopingsünder in höchsten Positionen. Tolsdorf sieht diese Beschäftigungspraxis als klares Indiz dafür, dass es zu keiner Selbstbereinigung des Radsportes kommen wird: „Wenn junge Fahrer sehen, dass ehemalige Dopingsünder jetzt im Topmanagement von Radsportteams und sogar des Weltverbandes tätig sind, verfehlt dies seine Wirkung nicht. Natürlich gehen diese Sportler dann davon aus, dass ihnen auch in Folge eines möglichen positiven Tests noch berufliche Optionen im Radsport offen stehen.“ In seinen bisherigen Dopingstudien kam der Forscher zu dem

Alberto Contador auf der 19. Etappe der Tour de France 2007. Dem späteren Sieger der Tour wird eine Verbindung zum Dopingarzt Eufemiano Fuentes nachgesagt. © Nicolas Ridoin/CC 2.5

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HIGHLIGHTS

Mensch und Gesellschaft

Was ist EPO?

Erythropoietin ist ein in der Niere produziertes körpereigenes Hormon, das die Bildung roter Blutzellen – Erythrozyten – im Knochenmark anregt. Diese binden in der Lunge Sauerstoff und transportieren ihn zur Versorgung der Zellen in die verschiedenen Körperorgane wie beispielsweise die Muskulatur. Die Stimulation der Erythrozytenbildung wird verstärkt durch verschiedene andere Hormone, wie zum Beispiel Androgene, Thyroxin und das Wachstumshormon. Seit 1983 ist es möglich, EPO gentechnisch herzustellen.

Ergebnis, dass Doping nicht Ausdruck des Fehlverhaltens einzelner Sportler ist, sondern im System des Leistungssports selbst begründet liegt. Seine Analyse von knapp 200 Dopingfällen in der Leichtathletik zeigt, dass umso eher gedopt wird, je höher die Leistungsdichte der Spitzensportler ist und je mehr die Leistung durch Dopingmittel ansteigt. Auch laxe Kontrollen, niedrige Strafen, geringe Gesundheitsfolgen durch das Doping und ein nahes Karriereende fördern seinen Ergebnissen zufolge deutlich die Bereitschaft zu manipulieren. Ungewollte Unterstützung erhielt Tolsdorf im Juni 2007 von Radprofi Jörg Jaksche: „Es ist pervers, aber das Doping-System ist gerecht, weil alle dopen. Radsport ohne Doping ist nur gerecht, wenn wirklich niemand mehr dopt“, sagte der geständige Dopingsünder im Interview mit dem Spiegel.

Was sonst noch geschah: Gendoping im Visier Dopingfahnder befürchten bereits seit geraumer Zeit, dass im Spitzensport auch gentechnisch manipuliert wird. Beim so genannten Gen-Doping werden leistungsrelevante Gene in die Erbsubstanz der Körperzellen von Sportlern eingeschleust. Die in der betroffenen Zelle vorhandene Maschinerie zur Herstellung von Proteinen produziert anschließend mehr körpereigene leistungssteigernde Substanzen. Möglich wird das beispielsweise durch die Verwendung geeigneter Viren als Genfähren, die in der Lage sind, transgene DNA entweder ins menschliche Genom einzubauen oder im Zellplasma einzulagern. Das resultierende Genprodukt ist mit der natürlichen Substanz identisch und kann bei Verwendung neuester Gentransfer-Technologie sogar gezielt nur bei Bedarf oder nur in bestimmten Zellen des Körpers produziert werden. Deshalb lässt sich mit den bisherigen Methoden Gen-Doping nicht nachweisen. Tübinger Forscher wollen dies nun ändern. Sie entwickeln einen Gendoping-Test, der die Lücke in der Doping-Überwachung schließen soll. Die Welt Anti-Doping Agentur (WADA) unterstützt das Projekt mit 500.000 US-Dollar. (06/2007, Universitätsklinikum Tübingen)

EPO hilft gegen Schizophrenie Das als unerlaubtes Dopingmittel bekannte Hormon Erythropoietin, kurz EPO, hat eine positive Wirkung bei Menschen, die an einer chronischen Schizophrenie erkrankt sind. Die kognitiven Leistungen der Patienten verbesserten sich in einer Studie deutscher Wissenschaftler erheblich, nachdem sie über drei Monate einmal wöchentlich mit EPO behandelt worden waren. Alle anderen für Schizophrenie typischen Symptome veränderten sich durch das EPO nicht. „Statt gesunde Sportler grundlos zu immer besseren Leistungen zu treiben, sollte man EPO lieber als potenzielles „Hirn-Doping“ testen, das den Menschen hilft, die es tatsächlich brauchen“, resümierte Hannelore Ehrenreich vom Max Planck Institut für Experimentelle Medizin und CMPB die neuen Erkenntnisse. (10/2006, Molecular Psychiatry)

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Doping

Doping: Von der Antike bis heute Etwa 700 v. Chr. bis 390 n. Chr. Schon den Olympioniken in der Antike sind Mittel zur künstlichen Leistungssteigerung nicht fremd. Bevorzugte Nahrungsmittel vor Wettkämpfen sind deshalb bei vielen Athleten Stierhoden um die Leistungskraft zu stärken. Um 1500 Auch die Inkas in Südamerika nutzen stimulierende Mittel wie das Kauen von Cocablättern, um Höchstleistungen zu vollbringen. Sie sollen so die Strecke von Cuzco nach Quito (1.750 Kilometer) in fünf Tagen bewältigt haben. 1896 Der erste Dopingtote im Radsport, Arthur Linton, beim Rennen Bordeaux - Paris. Ursache: Überdosis Trimethyl. 1960 Der erste olympische Dopingtote: Der Däne Knut Enemark Jensen fällt nach Einnahme einer Dosis von Amphetaminen vom Fahrrad und stirbt. 1967 Der englische Radprofi Tom Simpson stirbt während der Tour de France am Mont Ventoux nach Einnahme von Aufputschmitteln. 1972 Das IOC präsentiert die erste größere Dopingliste. 1987 Die deutsche Siebenkämpferin Birgit Dressel stirbt an einem „allergischen Schock“. Über mehrere Jahre war sie mit insgesamt 101 verschiedenen Präparaten behandelt worden. 1988 Bei den olympischen Spielen in Seoul wird der kanadische Sprinter Ben Johnson nach einem spektakulären Weltrekord im 100-Meter-Lauf des Anabolikadopings (Stanozolol) überführt und disqualifiziert. 1992 Die deutsche Doppelweltmeisterin im Sprint Katrin Krabbe wird zusammen mit anderen Läuferinnen aus ihrer Trainingsgruppe wegen Manipulation der Urinproben angeklagt, zunächst aber freigesprochen. Später sperrt sie der DLV dennoch für ein Jahr, da die Anwendung des Mittels Clenbuterol, zum damaligen Zeitpunkt nicht auf der Dopingliste, als nichttherapeutisch und damit

als unerlaubte Leistungssteigerung eingestuft wurde. 1994 Der Argentinier Diego Maradonna wird bei der Fußball-Weltmeisterschaft des Dopings überführt. In seinem Urin finden sich fünf verschiedene Substanzen, die auf der Dopingliste stehen. Er wird von der WM ausgeschlossen. 1999 Die 1. Antidoping-Weltkonferenz in Lausanne beschließt die Gründung der Anti-Doping-Weltagentur (WADA). Sie nimmt ihre Arbeit zu Beginn des Jahres 2000 auf. 1999 Marco Pantani, Toursieger von 1998, wird beim Giro d‘Italia 1999 wegen eines stark erhöhten Hämatokritwertes (Verdacht auf EPODoping) ausgeschlossen. 1999 Im November gerät Dieter Baumann unter Doping-Verdacht. Die Analysen von zwei Proben ergeben jeweils einen weit über dem erlaubten Grenzwert liegenden Nandrolon-Anteil im Urin des Athleten. Baumann beteuert seine Unschuld und sieht sich als Opfer eines Unbekannten, der eine Tube mit Zahnpasta im Hause Baumann mit Nandrolon „verseucht“ haben soll. 2002 Der für Spanien startende dreifache Olympiasieger Johann Mühlegg wird während der Olympischen Spiele des Blutdopings überführt, disqualifiziert und von den weiteren Skilanglauf-Wettkämpfen ausgeschlossen. 2003 Die 2. Antidoping-Weltkonferenz in Kopenhagen beschließt einen weltweiten Antidoping-Code, der einheitliche Tests während des Trainings und der Wettkämpfe sowie Sanktionen beinhaltet. 2006 Eklat bei der Tour de France 2006. Kurz vor Beginn der Rundfahrt werden viele Spitzenfahrer, darunter auch der Deutsche Jan Ullrich und der Italiener Ivan Basso – beides Favoriten für den Gesamtsieg – von der Teilnahme ausgeschlossen. Sie sollten in die Machenschaften des spanischen Dopingarztes Eufemiano Fuentes verwickelt sein. Der Gewinner der Tour de France 2006, der Amerikaner Floyd Landis, wird schließlich positiv auf Testosteron getestet.

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INTERVIEW Prof. Dr. Wilhelm Schänzer vom Institut für Biochemie der Deutschen Sporthochschule Köln gilt als der Doping-Experte in Deutschland. © Willhelm Schänzer

Betrachtet man die Statistiken der Welt-Antidoping-Agentur, scheint Doping im Spitzensport trotz einiger Skandale nicht sonderlich häufig zu sein. Wie sehen Sie das? Bei durchschnittlich 1,5 bis zwei Prozent positiver Befunde ist das Ausmaß im unteren Prozent-Bereich schon alarmierend. Dazu käme dann noch eine Dunkelziffer, so dass von einem gravierenden Dopingproblem im Spitzensport gesprochen werden kann.

Im Zusammenhang mit der Tour de France und anderen Profiradrennen gab es im Jahr 2007 zahlreiche positive Befunde, in den meisten anderen Sportarten dagegen nicht. Hat der Radsport ein ganz besonders gravierendes Dopingproblem? Oder wurden die anderen einfach nicht erwischt? Positive Befunde hat es auch in anderen Sportarten gegeben. Der Radsport hat aber ein ganz besonderes Problem, gerade dann, wenn bisher als Ausnahmeathleten gefeierte Helden wie Jan Ullrich, in Dopingmachenschaften verstrickt sind.

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Haben die in den letzten Jahren verstärkt eingeführten Trainingsk o nt r o l l e n e t w a s g eb r a cht i m Kampf gegen Doping? Trainingskontrollen im Training, also in der Phase außerhalb des Wettkampfes, haben in vielen Sportarten dazu geführt, dass die unentdeckte Anwendung von anabolen Steroidhormonen (Anabolika) schwieriger wurde. So sind zum Beispiel die Spitzenleistungen in Schnellkraftdisziplinen, vor allem bei Frauen, nach 1989 rückgängig. Viele Weltrekorde in der Leichtathletik stammen noch aus der Zeit, wo keine „Trainingskontrollen“ vorgenommen wurden.

Mit welchen Problemen haben die Dopingfahnder heute am meisten zu kämpfen? Die größten Probleme liegen vor beim Nachweis von Dopingsubstanzen, die auch der menschliche Körper produziert. Dieses sind zum Beispiel Testosteron, Insulin und Wachstumshormone. Hier muss eindeutig zwischen einer endogenen Produktion, also das was der Organismus selber synthetisiert und einer exogenen Zufuhr unterschieden werden. Auch Eigenblutdoping bereitet den Analytikern hinsichtlich einer missbräuchlichen Anwendung große Schwierigkeiten, denn schließlich ist es das eigene Blut, das dem Organismus wieder zugeführt wird.

Erst gab es die Aufputschmittel, dann Anabolika, zuletzt EPO und Wachstumshormone. Was könnten die Dopingmittel der Zukunft sein?

Dopingmittel der Zukunft sind sicherlich Substanzen, die eine hohe Effektivität haben, in äußerst geringen Konzentrationen wirken und eine sehr kurze Halbwertszeit haben. Ob dieses ganz neue Wirkstoffklassen sind oder Substanzen, die der menschliche Körper selber produziert, möglicherweise über Methoden, die eine Manipulation der Gene voraussetzt, wird sich zeigen. Aus der Sicht der Analytiker werden es neue interessante Herausforderungen sein.

Kann man das Dopingproblem im Leistungssport jemals endgültig in den Griff bekommen? Doping wird man 100-prozentig nie eindämmen können. Es wird aber möglich sein, eine hohe Abschreckung durch Dopingkontrollen zu erreichen. Dabei ist aber Voraussetzung, dass die Kontrollen weltweit effektiv durchgeführt werden, dass Athleten jederzeit kontrolliert werden können und dass die Doping-Analytik und Anti-DopingForschung optimal gefördert werden.

G8-Gipfel

G8: Die Tage von Heiligendamm

Drei Tage lang, vom 6. bis zum 8. Juni 2007 hatten sich die Oberhäupter der G8-Staaten im mondänen Badeort Heiligendamm an der Ostsee versammelt. Ziel war es, sich in „entspannter Atmosphäre“ über die Lage der Welt im Allgemeinen und den Klimaschutz im Besonderen auszutauschen. Wenig entspannt war dagegen Lage jenseits des Zauns. Dort protestierten Globalisierungsgegner, Umweltschutz- und andere Nicht-Regierungsorganisationen schon im Vorfeld gegen „Augenwischerei“ und Ungerechtigkeiten im Handeln der „großen Acht“.

Die G8 Staats- und Regierungschefs in einem Strandkorb: Shinzo Abe (Japan), Stephen Harper (Kanada), Nicolas Sarkozy (Frankreich), Wladimir Putin (Russland), Angela Merkel, George W. Bush (USA), Tony Blair (Großbritannien), Romano Prodi (Italien) und EUKommissionspräsident José Manuel Barroso. © White House/Eric Draper

Zur illustren G8-Runde in Heiligendamm gehörten die Repräsentanten Deutschlands, Frankreichs, Italiens, Japans, Kanadas, Russlands, Großbritanniens und der Vereinigten Staaten. Gemeinsam repräsentierten Bush, Putin, Merkel und Co. immerhin die geballte Wirtschaftsmacht von zwei Dritteln des Welthandels und des globalen Bruttoinlandseinkommens. Die Vertreter der EU sowie einiger Schwellen- und Entwicklungsländer waren zwar auch geladen, viel zu sagen hatten sie allerdings nicht. Immerhin aber durften sie an der hermetisch abgeschirmten Ostseeidylle teilhaben. Denn für alle anderen galt schon Wochen vorher: „Wir müssen draußenbleiben.“ Das gesamte Gebiet um Heiligendamm war von einem zwölf Kilo-

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meter langen und zweieinhalb Meter hohen Stacheldrahtzaun umgeben. Bewegungsmelder, Kameraüberwachung und Sicherheitsschleusen an den Ein- und Ausgängen sowie ein Riesenaufgebot an Polizei, Militär und Sicherheitsdiensten sorgten dafür, dass kein Unbefugter in die „Zone II“ eindringen konnte. Während hier immerhin noch Anwohner und Lieferanten zugelassen wurden, galt für „Zone I“, den Bereich unmittelbar um das Tagungshotel, quasi der Ausnahmezustand. Hier hatte nur Zutritt, wer akkreditiert war oder selbst zum Sicherheitspersonal gehörte. Während des Gipfels waren auch das Seegebiet vor der Küste Heiligendamms sowie der Luftraum darüber gesperrt. Sogar der Flughafen RostockLaage musste für den kommerziellen Flugbetrieb schließen. Die Kosten für diese Maßnahmen waren gigantisch: Allein der Zaun verschlang stolze 12,5 Millionen, die Gesamtkosten des Gipfels allerdings lagen bei mindestens 92 Millionen Euro – einigen Quellen zufolge sogar noch höher. Einen Großteil davon musste das Bundesland Mecklenburg-Vorpommern zahlen.

Jenseits des Zauns…

Links: Angela Merkel fungierte als Gastgeberin des Gipfels, hier mit George W. Bush. Mitte: Das Kurhaus von Heiligendamm:. Rechts: Großmächte unter sich: George W. Bush und Vladimir Putin in Heiligendamm. © White House/Eric Draper (l., r.), GFDL (m.)

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Während die G8-Vertreter bei strahlendem Sonnenschein und in heiterster Laune parlierten, tobte jenseits des Zauns der Volkszorn – wenn auch weitaus friedlicher als zuvor erwartet. Schon in den Wochen vorher hatten Polizeibeamte 42 Privatwohnungen und Treffpunkte von linken und globalisierungskritischen Organisationen in ganz Deutschland durchsucht – offiziell wegen des „Verdachts auf Bildung einer terroristischen Vereinigung“. Gefunden wurde dabei, außer ein paar „sichergestellten“ Feuerwerkskörpern, Weckern, Drähten und gefälschten Ausweisen allerdings nichts schwer Belastendes. In die Diskussion auch zwischen den Parteien gerieten einige Maßnahmen im Vorfeld, etwa als Ermittlungsbeamte so genannte „Körpergeruchsproben“ von einigen Verdächtigen nahmen. Diese sollten, so die offizielle Erklärung, während des G8-Gipfels dazu dienen, potenzielle Gewalttäter besser identifizieren zu können. Politiker von SPD, Grünen

G8-Gipfel

und der FDP kritisierten das Abnehmen von Geruchsproben jedoch als „Polizeistaats-“ und „Stasi-Methoden“. Der CDU-Abgeordnete Wolfgang Bosbach sprach sogar von einer „kuriosen Veranstaltung“. Selbst die Bundesanwaltschaft räumte ein, dass solche Proben keinen Beweiswert im klassischen Sinn hätten. Letztlich erbrachten die vorbeugenden Polizeiaktionen nicht nur kaum sinnvolle Ergebnisse, sie erwiesen sich sogar als eine Art Eigentor. Denn das Medienecho und die öffentliche Kritik an den Maßnahmen trugen eher dazu bei, die linke Szene und die Globalisierungskritiker zu mobilisieren, als den Enthusiasmus zu dämpfen. In mehreren Städten kam es schon vor Gipfelbeginn zu größeren Protestkundgebungen. Hauptkritikpunkte der Gipfelgegner waren zum einen der ungenügende Einsatz der G8 gegen die Armut, die negativen Folgen der Globalisierung und den Klimawandel. Zum anderen aber der elitäre Anspruch der G8, als undemokratisches und einseitig die reichsten Länder repräsentierendes Gremium Einfluss auf das Weltgeschehen nehmen zu wollen. Für solche Fragen sei, so die relativ einhellige Meinung auch von kirchlicher Seite und von Parteien wie den Grünen oder den Linken, schließlich die UNO zuständig. Wie eine globale Entwicklung alternativ zur G8-Strategie aussehen könnte, darüber wurde unter anderem auf einem von verschiedenen Verbänden, Parteien und Nicht-Regierungsorganisationen organisierten Alternativgipfel in mehr als 100 Workshops und Podiumsdiskussionen debattiert. Unmittelbar vor und während des Gipfels erreichten die Gegendemonstrationen und Proteste ihren Höhepunkt – nicht nur in Deutschland, sondern auch in anderen Ländern der Erde. Vor Ort, in Rostock, leitete eine internationale Großdemonstration am 2. Juni die Aktionen ein, schätzungsweise 50.000 Menschen nahmen daran teil. Die Hauptkundgebung verlief zwar friedlich, am Rande und nach Ende der Demonstration kam es allerdings zu schweren Auseinandersetzungen zwischen Polizei und gewalttätigen Autonomen. In den folgenden Tagen konzentrierte sich der Protest vorwiegend auf Blockaden und Blockadeversuche und kleinere Einzelaktionen. Während die Polizei sich im Nachhinein durchaus zufrieden über ihre Einsätze rund um den G8-Gipfel äußerte, warfen Anwälte, Grundrechtebeobachter und die Menschenrechtsorganisation amnesty international den Behörden dagegen eskalierendes Verhalten vor. Bei den Protesten sei die Polizei immer wieder unnötig tief in die Menschenmengen eingedrungen und habe so die Teilnehmer provoziert. Auch die demonstrative Präsenz von fünf Wasserwerfern zu Beginn der offi-

Am Rande der friedlichen Proteste gab es auch Ausschreitungen, die Polizei setzte Wasserwerfer ein. © Rechtefrei

G8 1975 noch als G6 gegründet, gehören der „Gruppe der Acht“ (G8) seit 1998 Deutschland, Frankreich, Italien, Japan, die USA, Großbritannien, Kanada und Russland an. Die G8 bezeichnet sich selbst als ein „Abstimmungsforum“, das konstruktiv Fragen bezüglich der Weltpolitik in gemeinsamer Verantwortung und Konsens bearbeitet. Die Europäische Union besitzt offiziell Beobachterstatus in diesem Gremium.

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Vor allem globalisierungskritische Organisationen, aber auch Umweltschutzverbände, hatten zu Protesten gegen den G8-Gipfel aufgerufen. Hier Mitglieder von Attac während der Demonstration am 02. Juni. © GFDL

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ziellen Kundgebung habe nicht gerade zu einer Deeskalation beigetragen. Den – bedeutend friedlicheren – Abschluss der Aktionen bildete am 7. Juni das Abschlusskonzert unter dem Motto „Deine Stimme gegen Armut“ in Rostock. 70.000 Menschen, 17 Bands aus aller Welt und Redner aus acht Entwicklungsländern – demonstrativ „P8“ (Poor 8) getauft – forderten ein stärkeres Engagement der reichen Länder für die Entwicklungsländer und appellierten an die Gipfelteilnehmer, die Vereinbarungen des G8-Gipfels von Gleneagles im Jahr 2005 einzuhalten. Damals hatten die G8-Staaten einen umfassenden Aktionsplan für Afrika beschlossen. Dieser sah nicht nur eine Verdoppelung der Entwicklungshilfe auf 50 Milliarden US-Dollar bis 2010 vor, sondern auch einen Schuldenerlass für die ärmsten Länder der Welt. Umgesetzt war bis zur G8-Gipfel-Neuauflage 2007 allerdings so gut wie nichts.

Keine hohen Erwartungen Trotz der Appelle und Aktionen hielten sich auch für Heiligendamm Erwartungen sowohl von Teilnehmern als auch von Kritikern eher in Grenzen. Skepsis dominierte schon im Vorfeld: So glaubte gerade einmal rund ein Drittel aller Deutschen daran, dass auf dem G8-Gipfel in Heiligendamm ein Durchbruch beim Klimaschutz erreicht werden könne. Dies ergab eine Befragung von 2.000 Menschen durch das Meinungsforschungsinstitut TNS Infratest Anfang Mai 2007. Eine überwältigende Mehrheit sprach zwar Deutschland – und auch Bundeskanzlerin Angela Merkel – durchaus eine Vorreiterrolle im Klima- und Umweltschutz zu. Doch mehr als die Hälfte der Befragten zweifelte grundsätzlich daran, dass es der Menschheit gelingen wird, sich bis zum Jahr 2020 auf wirksame Maßnahmen gegen den fortschreitenden Klimawandel zu einigen. Demgegenüber waren die Ziele der deutschen Gipfelteilnehmer durchaus hoch gesteckt. Bundeskanzlerin Angela Merkel musste, wollte sie auch innenpolitisch punkten, hier wenigstens einen Teil ihrer Absichtserklärungen zum Klimaschutz umsetzen. Tatsächlich errang sie immerhin einen Teilerfolg: Die Gipfelteilnehmer einigten sich am Ende darüber, die weltweiten CO2-Emissionen bis 2050 um 50 Prozent zu senken – oder besser gesagt, dies „ernsthaft in Betracht zu ziehen“. Solche Absichtserklärungen sind zwar in keiner Weise bindend, aber für Bush und die Riege der Kyoto-Protokoll-Verweigerer war das schon viel. Immerhin akzeptierten sie auf dem Gipfel auch den jüngsten Weltklimabericht des IPCC und erkannten die Vereinten Nationen als Handlungsplattform für den Klimaprozess an. Die Bundesregierung bewertete dieses Ergebnis dann auch durchaus positiv und sah es vor allem als Verhandlungserfolg von Bundeskanzlerin Merkel. „Die G8 haben vereinbart, zusammen mit anderen Hauptverschmutzern bis Ende 2008 einen konkreten Beitrag für den UN-Prozess zu erarbeiten. Sie übernehmen damit eine Führungsrolle“, kommentierte Bundesumweltminister Sigmar Gabriel das Ergebnis. Allerdings warnte auch er vor allzu großem Optimismus: „Die große

G8-Gipfel

Herausforderung ist es nun, diese Vereinbarungen mit konkreten, anspruchsvollen Maßnahmen zu unterlegen. Bali wird die Nagelprobe auf die Ernsthaftigkeit der Vereinbarungen in Heiligendamm.“

Außer Spesen nichts gewesen? Der Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland (BUND) zeigte sich dagegen mit dem Klimaschutz-Ergebnis des G8-Gipfels nur teilweise zufrieden. Das Fehlen konkreter Klimaschutzziele werde mit „pseudoharmonischer Tünche und schwammigen Versprechungen“ überdeckt. „Am Klimaproblem gemessen ist das Ergebnis überaus mager“, erklärte Gerhard Timm, BUND-Geschäftsführer. „Die Absichtserklärung zur Halbierung der Treibhausgase bis 2050 begrüßen wir jedoch. Jetzt müssen völkerrechtlich verbindliche Ziele her. “ Eine weitaus kritischere Bilanz zog der NABU: „Angesichts der mageren Ergebnisse kann man nur konstatieren: außer Spesen fast nichts gewesen!“, so NABUPräsident Olaf Tschimpke. Alle notwendigen Entscheidungen zum Klimawandel seien verschoben worden, die angekündigte Hilfe für Afrika nicht über schon mehrfach gebrochene Versprechen hinausgekommen. „Wenn man bedenkt, welche Kosten dieser G8-Gipfel den Steuerzahlern aufbürdet, fällt die KostenNutzen-Bilanz äußerst mager aus.“ Immerhin beschlossen die G8-Vertreter ein Hilfsprogramm von 45 Milliarden Euro für Afrika, hauptsächlich zur Bekämpfung von Aids, Tuberkulose und Malaria. Die Hälfte davon werden die USA übernehmen, vier Millionen Euro Deutschland. Die Schwellenländer China, Indien, Brasilien, Mexiko und Südafrika sollen zudem künftig stärker in die G8-Gespräche mit eingebunden werden. Die Umweltorganisation NABU kritisierte allerdings, dass die G8-Staaten zur Bekämpfung der Armut in Afrika auf Finanzhilfen für naturzerstörende Großprojekte und auf ausländische Großinvestoren setzen würden, statt naturverträgliche Projekte im ländlichen Raum zu unterstützen. Auch die Umsetzung der Zusicherungen sei fraglich. „Mehr Hilfe für Afrika ist schon auf dem G8-Gipfel 2005 in Gleneagles vereinbart worden, und bereits 2002 in Johannesburg haben sich die Staaten zur Eindämmung des Artensterbens bis zum Jahr 2010 verpflichtet“, so Tschimpke. „Doch wir vermissen immer noch die Umsetzung dieser hehren Ziele.“ Ob der Gipfel von Heiligendamm nachhaltigere Spuren hinterlassen wird als gigantische Kosten, Protestaktionen der Superlative und ein paar Bilder von parlierenden Politikern am sonnigen Ostseestrand, wird die Zukunft zeigen müssen…

Hätten Sie‘s gewusst? Der G-8 Gipfel verursachte mindestens 30.000 Tonnen CO2-Emissionen. Das ist ein Drittel der im Rahmen der Fußball-Weltmeisterschaft 2006 freigesetzten CO2-Menge.

Die Staats- und Regierungschefs während einer Arbeitssitzung am Runden Tisch im Kurhaus Heiligendamm. © Bundesregierung/ Gebhardt

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Mensch und Gesellschaft

Neuer Streit um Atomenergie „Unsere Kraftwerke sind sicher“ – oder doch nicht? © GFDL, PNNL

Das Zeitalter der fossilen Brennstoffe geht langsam aber sicher zu Ende, bei der Verbrennung von Öl, Gas und Kohle zur Energiegewinnung werden große Mengen an klimaschädlichem CO2 freigesetzt, die Strompreise steigen unaufhörlich: Sollte Deutschland deshalb verstärkt auf die Atomenergie setzen? Über diese Frage ist im Jahr 2007 ein neuer, heftiger Streit entbrannt. Während Befürworter die Klimaneutralität der Atomkraftwerke (AKW), eine stärkere Unabhängigkeit von Energieimporten oder eine höhere Versorgungssicherheit als Argumente in die Waagschale werfen, sehen dies die Kritiker ganz anders. Sie verweisen auf die auch in 2007 wieder aufgetretenen Störfälle in den Atommeilern, die Gefahren eines atomaren Unfalls und die fehlenden Endlagerstätten für Atommüll. Sie fürchten aber auch Strahlenschäden bei den Menschen rund um die Kernkraftwerke und fordern deshalb zum Teil sogar noch immer den sofortigen Ausstieg aus der Atomenergie. Klar ist, dass die 17 deutschen Kernkraftwerke mit 26,3 Prozent (Stand 12/ 2006) einen nicht unerheblichen Beitrag zur Bruttostromerzeugung im Land leisten. Ein Anteil der kurzfristig nicht zu ersetzen ist – weder durch erneuerbare Energien, noch durch andere Formen der Stromproduktion. Der Atom-Konsens-

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Atomenergie

Vertrag aus dem Jahr 2000, geschlossen zwischen der damals regierenden rotgrünen Bundesregierung und den AKW-Betreibern, sieht deshalb vor, die damals 19 Atommeiler nach und nach aus dem Netz zu nehmen. Nach dieser Vereinbarung läuft die Betriebsgenehmigung für ein Atomkraftwerk ab, wenn dieses eine bestimmte, für jeden Reaktor individuell festgelegte Strommenge produziert hat. Es gibt daher keine festen Rest- sondern nur Mindestlaufzeiten, die sich durch Übertragung von Strommengen von AKW zu AKW, längere Standzeiten bei Revisionen oder Störfällen deutlich verlängern können. Nach dem aktuellen Stand würde Anfang der 2020er-Jahre mit Neckarwestheim 2 das letzte Kraftwerk abgeschaltet werden. Soweit der Plan. Erste Schritte sind mit der Stilllegung der AKWs Stade (2003) und Obrigheim (2005) bereits abgearbeitet.

Längere Laufzeiten? Doch durch den Regierungswechsel im Herbst 2005 hat sich einiges geändert. Zwar sieht der Koalitionsvertrag zwischen CDU/CSU und SPD vor, dass die Konsensvereinbarung und das damit verbundene Atomgesetz nicht geändert werden sollen. Eine Entscheidung über die von der Union geforderte Laufzeitverlängerung der Atomkraftwerke blieb aber offen. Erst im Laufe der Legislaturperiode sollte darüber weiter verhandelt werden. Doch bis heute stehen sich die Parteien in dieser Frage weitgehend konträr gegenüber. So erklärte die Bundeskanzlerin Angela Merkel im Dezember 2006 gegenüber der Zeitschrift „Cicero“: „Meine Haltung ist bekannt: Ich halte den verfrühten Ausstieg aus der Kernenergie für die falsche Antwort. International stehen wir damit auch weitgehend isoliert da.“ Die stellvertretende Vorsitzende der CDU/CSU-Bundestagsfraktion, Katherina Reiche, betonte im September 2007 jedoch: „Ohne längere Laufzeiten für Kernkraftwerke wird Deutschland seine ambitionierten Klimaschutzziele kaum erreichen können. […] Die Kernenergie hat eine wichtige Brückenfunktion bis erneuerbare Energien wirtschaftlich und technisch in ausreichendem Umfang zur Verfügung stehen.“ Sie unterstützte damit die Forderung von AKW-Betreibern wie Vattenfall oder RWE, die ohnehin einen „Ausstieg aus dem Ausstieg“ für nötig und sinnvoll halten. Bundesumweltminister Gabriel dagegen führt die Meinung der Bürger als Argument ins Feld. Seiner Ansicht Mineralöle 35,4 nach belegen die meisten Umfragen, dass die Mehrheit der Deutschen für den geordneten Ausstieg in dem beschlossenen Tempo ist. „Und wir haben ein Atomgesetz“, so Gabriel im Juli 2007. „Dabei bleibt es.“

Energiemix 2006 in Deutschland. Quelle: BMU

Braunkohlen 10,9 Erdgas 22,8

Sicher - oder doch nicht? Dass die ablehnende Haltung der meisten Deutschen gegenüber der Kernenergie nicht völlig unbegründet ist, zeigte im Jahr 2007 eine ungewöhnliche Pannenserie vor allem in zwei deutschen Kernkraftwerken – Brunsbüttel und Krümmel. Diese Atommeiler liegen in Schleswig-Holstein und liefern seit mehr als 20 Jahren regelmäßig Strom ins

Steinkohlen 12,9

Erneuerbare Energien 35,4 Stromsaldo - 0,5

Kernenergie 12,6 Sonstige 1,0

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HIGHLIGHTS

Mensch und Gesellschaft

Brunsbüttel (806 MW)

Brokdorf (1.440 MW) Greifswald Krümmel (1.316 MW)

Stade Unterweser (1.410 MW)

Rheinsberg Lingen Emsland (1.400 MW) Grohnde (1.430 MW)

HammUentrop

Würgassen

Kernkraftwerke in Deutschland

Jülich

MühlheimKärlich

Kahl

Legende: Großwelzheim Grafenrheinfeld (1.345 MW)

Biblis A/B (1.225/1.300 MW)

AKW in Betrieb Obrigheim

Philippsburg I+II (926/1.458 MW)

angegeben ist jeweils die Bruttoleistung des Reaktors in Megawatt

Neckarwestheim (840/1.395 MW)

Kaarlsruhe

Grundremmingen A

Niederaichbach Grundremmingen B/C (1.344/1.344 MW) Isar I+II (912/1.475 MW)

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stillgelegtes AKW

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Netz. Am 28. Juni 2007 mussten nun beide innerhalb weniger Stunden durch eine Reaktorschnellabschaltung heruntergefahren werden. Schuld daran war in Brunsbüttel eine Netzstörung, in Krümmel dagegen hatte es einen Brand in einem Transformator der 380 Kilovolt-Netzanbindung gegeben. Erst nach und nach wurde bekannt, dass es dabei beispielsweise in Krümmel zu einem Ausfall einer Reaktorspeisewasserpumpe und durch ein unplanmäßiges Öffnen von zwei Sicherheits- und Entlastungsventilen auch zu einem schnellen Druck- und Füllstandsabfall im Reaktordruckbehälter gekommen war.

Betreiber und Behörden in der Kritik Die Reaktionen auf diese Ereignisse schwankten zwischen Überraschung und Empörung. Denn noch nicht vergessen war ein Vorfall im schwedischen Atomkraftwerk Forsmark knapp ein Jahr zuvor, bei dem nicht nur Teile der Notstromversorgung für das Notkühlsystem versagten, sondern angeblich sogar eine Kernschmelze und damit ein gefährlicher Atomunfall drohte. Deutsche AKW-Betreiber hatten damals vollmundig erklärt, dass so eine Panne bei uns nicht möglich sei. Umweltschutzorganisationen, viele Politiker, aber auch die Medien stellten nun im Zusammenhang mit den Störfällen in Krümmel und Brunsbüttel die Sicherheit unserer Atomkraftwerke in Frage, sie bemängelten aber auch die Informationspolitik des Betreibers Vattenfall Europe. Vor allem die Häufung von Vorfällen innerhalb weniger Tage, die Bedienungsfehler des Personals und die zum Teil sehr späte Meldung der Begebenheiten an die zuständige Atomaufsichtsbehörde im Sozialministerium Schleswig-Holsteins standen wochenlang in der Kritik. Auch die zuständigen staatlichen Stellen kamen nicht ungeschoren davon. Ihnen wurde mangelnde Aufklärung der Öffentlichkeit und Verschleierungstaktik vorgeworfen. Greenpeace forderte sogar eine strikte Verschärfung der Atomaufsicht: „Es kann nicht angehen, dass jedes Auto alle zwei Jahre zum TÜV muss, ein Atomkraftwerk aber nur alle zehn Jahre auf sicherheitsrelevante Schwachstellen untersucht wird. Dies gilt vor allem für Altanlagen, die bereits länger als 20 Jahre im Betrieb sind“, so Heinz Smital, Atomexperte von Greenpeace. Und der Parlamentarische Staatssekretär im Bundesumweltministerium, Michael Müller, kam zu dem Schluss: „Auch für unser Land kann ein schwerer Unfall nicht ausgeschlossen werden.“ Zu dem Vorfall im Jahr 2007 meinte er: „Der Ablauf des Trafobrands und der Ausfall von Pumpen sind keine Kleinigkeit, die man als „Knallfrösche“ abtun darf.“ Müller warnte aber auch davor, die terroristischen Gefahren zu unterschätzen.

Die Pannenreaktoren Forsmark (oben) und Krümmel (unten) weckten erneut Zweifel an der Sicherheit der Atomenergie. © GFDL, CC2.0

Alte Atomkraftwerke früher vom Netz? Die Störfälle von Krümmel und Brunsbüttel sorgten aber nicht nur für eine Verschärfung der Diskussion um die Sicherheit der Kernkraftwerke, auch der Streit um längere Regellaufzeiten und die Übertragung von so genannten Reststrommengen erhielt dadurch eine zusätzliche Brisanz. Laut dem Atomgesetz dürfen letztere von früher als vorgesehen stillgelegten Atomkraftwerken nach einem genauen Plan an bestimmte andere AKWs weitergegeben werden. Im März 2007 beantragte der Energiekonzern Vattenfall beim Bundesumweltminis-

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Pannenanfällig: Das Atomkraftwerk Brunsbüttel von der Elbe aus gesehen. © Alois Staudacher / GFDL

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terium (BMU) eine solche Übertragung von Reststrommengen aus dem bereits 1988 stillgelegten AKW Mülheim-Kärlich auf den Pannenreaktor in Brunsbüttel. Am 1. August 2007 schließlich lehnte Bundesumweltminister Sigmar Gabriel diesen Vorstoß Vattenfalls endgültig ab. Grund: „Nach dem Atomgesetz dürfen Strommengen von Mülheim-Kärlich nicht auf das Atomkraftwerk Brunsbüttel übertragen werden. Der Antrag von Vattenfall widerspricht darüber hinaus der Vereinbarung, die die Energieversorgungsunternehmen am 14. Juni 2000 mit der Bundesregierung abgeschlossen haben.“ Das BMU betonte in seiner Begründung, dass die Reststrommengen von Mülheim-Kärlich laut Atomgesetz ausschließlich auf die Atomkraftwerke Emsland, Neckarwestheim 2, Isar 2, Brokdorf, Gundremmingen B und C und Biblis B weitergegeben werden dürfen. Bereits im Mai 2007 hatte das BMU ein ähnliches von RWE stammendes Ansinnen – damals mit Biblis A als Nutznießer – abgeschmettert. Unterstützung erhielt Gabriel von Schleswig-Holsteins Sozialministerin Trauernicht: „Ausgerechnet der Meiler, der von seinen 30 Jahren Betriebsdauer zehn Jahre wegen technischer Probleme und Störfälle nicht am Netz war, sollte nicht länger laufen als im Atomkonsens vereinbart.“ Sie forderte, das Kernkraftwerk Brunsbüttel im Jahr 2009 endgültig abzuschalten und wie vorgesehen die älteren Kernkraftwerke als erste vom Netz zu nehmen. Doch die auch von Gabriel mehrfach formulierte Idee, ältere AKWs vorzeitig vom Netz zu nehmen, stieß längst nicht überall auf Beifall. So erklärte beispielsweise Niedersachsens Umweltminister Hans-Heinrich Sander (FDP) nach der Periodischen Sicherheitsüberprüfung des Kernkraftwerks Unterweser im September 2007: „Das Kernkraftwerk Unterweser braucht den Vergleich mit den jüngeren Anlagen in Deutschland nicht zu scheuen.“ Tatsächlich hatte das Umweltministerium festgestellt, dass der Sicherheitsstandard dieses Kernkraftwerks dem von der Internationalen Atomenergiebehörde (IAEA) für Neuanlagen geforderten entsprach. Für Sander war daher klar: „Es macht überhaupt keinen Sinn, die Sicherheit von Kernkraftwerken allein nach ihrem Alter zu beurteilen.“

Atomenergie

Atomstrom doch nicht gut fürs Klima? Atomstrom ist gut fürs Klima – dies ist eines der wichtigsten Argumente von Kernkraftwerksbetreibern und vielen Politikern, wenn es um das Festhalten an der Kernenergie oder die Laufzeitverlängerung von Kraftwerken geht. Die Atomenergie wurde sogar vom Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) in ihrem jüngsten Bericht als eine Maßnahme zum Klimaschutz in der Energieproduktion ausdrücklich genannt. Doch ist das wirklich so? Eine im März 2007 vorgelegte neue Studie des Öko-Instituts zieht dies in Zweifel. Sie untersuchte wie die Klimabilanz der Atomenergie und anderer Stromerzeugungsarten aussieht, wenn auch CO2-Emissionen aus der Gewinnung der Rohstoffe, ihrem Transport nach Deutschland oder dem Bau der Kraftwerke mit einbezogen werden. Ergebnis: Strom und Wärme mit modernen Blockheizkraftwerken zu produzieren ist preiswerter und besser für das Klima als eine Energieversorgung mit Atomstrom. Die Berechnungen des Öko-Instituts zeigen, dass ein deutsches Atomkraftwerk je nach Herkunftsort des Urans zwischen 32 und 126 Gramm CO2 pro Kilowattstunde Strom produziert. Demgegenüber verursachen erneuerbare Energien wie die Windkraft mit 23 Gramm CO2 pro Kilowattstunde oder die Wasserkraft mit 40 Gramm CO2 pro Kilowattstunde niedrigere Emissionen. Und in den vorgelegten Daten sind die Treibhausgasemissionen aus der Entsorgung abgebrannter Brennelemente noch nicht einmal enthalten. Nach Angaben der Wissenschaftler liegt derzeit kein realistisches Beseitigungskonzept vor und deshalb existierten auch keine sicheren Daten zum Energieaufwand.

Strom aus:

CO2 -Äq. in g/Whel

AKW

32

AKW (Uran nur aus Südafrika

126

Steinkohle-Import-Kraftwerk

949

Steinkohle-Import-Heizkraftwerk Braunkohle-Kraftwerk

622 1153

Braunkohle-Heizkraftwerk

729

Erdgas-GuD-Kraftwerk

428

Erdgas-GuD-Heizkraftwerk

148

Erdgas-Blockheizkraftwerk

49

Biogas-Blockheizkraftwerk

-409

Wind Park onshore

24

Wind Park offshore

23

Wasser-Kraftwerk

40

Solarzelle (multikristallin) Solarstrom-Import (Spanien)

101 27

Überblick über die TreibhausgasBilanz verschiedener Stromerzeugungsarten (Angaben in Gramm CO2-Äquivalenten pro Kilowattstunde Strom). © Öko-Institut

Vorteil Atomenergie? Im Vergleich mit Braunkohle- oder Importsteinkohle-Kraftwerken schnitten die Atommeiler im Report dagegen deutlich besser ab. Nach Auffassung des Öko-Instituts sind sie für den Klimaschutz dennoch nicht geeignet, weil die Atomenergie andere Risiken aufweist, die Rohstoffbasis zu gering erscheint – die Uranvorräte reichen nur noch etwa 60 Jahre – und sie zudem zu teuer und zu langsam und international nicht verträglich ist. Fazit des Öko-Instituts: „Zum Klimaschutz müssen, neben der vorrangigen Energieeffizienz und Kraft-Wärme-Kopplung, daher vor allem die erneuerbaren Energien beitragen.“ Bundesumweltminister Sigmar Gabriel kommentierte die Ergebnisse der Studie wenig später so: „Es ist Zeit, mit der Legende, Atomstrom wäre billig und CO2-frei, aufzuräumen. Selbst wenn wir die weltweit bekannten riesigen Gefahrenpotenziale der Atomkraft unberücksichtigt lassen, schneidet Atomstrom allenfalls mäßig ab – sowohl hinsichtlich der Emissionen als auch hinsichtlich der Kosten. Atomkraft ist und bleibt keine Option für den Klimaschutz. Wir haben deutlich bessere Möglichkeiten der Energieerzeugung zur Verfügung: Erneuerbare Energien und Kraft-Wärme-Kopplung.“

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HIGHLIGHTS

Mensch und Gesellschaft

Die Störfälle in Krümmel und Brunsbüttel – eine Übersicht 28. Juni 2007 Die Kernkraftwerke Brunsbüttel und Krümmel werden um 13.20 Uhr bzw. 15 Uhr heruntergefahren. Der Reaktorschnellabschaltung in Brunsbüttel ging eine Netzstörung voraus. In Krümmel wurde sie durch einen Brand in einem Transformator der Netzanbindung ausgelöst.

den Transformatoren werden ausgelöst. Das AKW kann dadurch keinen Strom mehr ins Stromnetz einspeisen. Einer von mehreren Reaktorspeisewasserpumpen fällt aus, zwei Sicherheits- und Entlastungsventile werden unplanmäßig geöffnet. Es kommt zu einem schnellen Druck- und Füllstandsabfall im Reaktordruckbehälter.

30. Juni 2007 Die Atomaufsichtsbehörde in Kiel gibt bekannt, dass es bei der Reaktorabschaltung in Brunsbüttel zu Abweichungen beim Einschießen eines Steuerstabes in den Reaktorkern gekommen ist. Zudem wurde ein Schwelbrand im Bereich eines Ventils an der Turbine festgestellt.

06. Juli 2007 Neue Erkenntnisse belegen, dass beim Brand in Krümmel Rauchgase in die Warte des Kraftwerks eingedrungen sind. Ein Mitarbeiter konnte dort nur unter Atemschutz seinen Dienst fortsetzen.

1. Juli 2007 Durch Fehler des Personals kommt es beim Wiederanfahren des Kraftwerks Brunsbüttel zu unbeabsichtigten Absperrungen im Reaktorwasserreinigungssystem. 03. Juli 2007 Bekanntwerden von Auffälligkeiten bei der Abschaltung des Reaktors Krümmel. Beide 380-Kilovolt-Leistungsschalter hinter

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10.Juli 2007 Meldepflichtiges Ereignis in Krümmel: In dem Gebäude eines Notstromaggregats sind nicht spezifikationsgerechte Dübelbefestigungen entdeckt worden. 11. Juli 2007 Erneut ein meldepflichtiges Ereignis im AKW Krümmel: Ein Leck im Turbinenbereich wird festgestellt.

16. Juli 2007 Der Geschäftsführer von Vattenfall Europe Nuclear Energy, Dr. Bruno Thomauske, wird entlassen. 18. Juli 2007 Die Atomaufsichtsbehörde veröffentlicht eine bis dahin geheime „Liste offener Punkte“ zum AKW Brunsbüttel. Sie benennt rund 700 fehlende oder ungenügende Sicherheitsnachweise von Anlagenteilen, aufgefallen bei einer Untersuchung im Jahr 2001. Längst nicht alle sind bis heute beseitigt. 19. Juli 2007 Bei einer Überprüfung von Dübeln im Sicherheitssystem des AKW Brunsbüttel werden Abweichungen an Dübelplatten festgestellt. 21.Juli 2007 Das AKW Brunsbüttel wird bis auf weiteres vollständig abgeschaltet, nachdem bei Untersuchungen im Sicherheitssystem fehlerhafte Verankerungen aufgetaucht sind.

Atomenergie

Die Störfälle in den Reaktoren Krümmel und Brunsbüttel haben im Jahr 2007 für eine neue Diskussion über die Gefahren der Kernenergie gesorgt. Sind die deutschen Atomkraftwerke sicher? Keine Technik ist perfekt, auch das Risiko eines Super-GAUs kann in Deutschland von den Atomkraftwerksbetreibern nicht ausgeschlossen werden. Der Reaktor in Krümmel offenbarte nach einem einfachen Transformatorbrand erhebliche Probleme, wie kurzzeitiger Ausfall der gesamten Eigenstromversorgung, Probleme in der Prozessrechenanlage, Ausfall der Speisewasserpumpen, Rauchgase in der Kontrollwarte, Absinken des Wasserspiegels im Reaktordruckgefäß und Missverständnisse in der Kontrollwarte mit falscher Bedienung von Sicherheits- und Entlastungsventilen. Des Weiteren wurden diverse Risse an Leitungen und Armaturen, falsche Dübel und elektrische Fehler in einem weiteren Transformator festgestellt. Auch im Atomkraftwerk Brunsbüttel ist die Mängelliste lang. Das gesamte Sicherheitsmanagement ist unzureichend, von einem sicheren Zustand würde ich nicht sprechen.

Halten Sie es für notwendig, ältere Atomkraftwerke früher als im Atom-Konsens-Vertrag vorgesehen abzuschalten?

linke Seite: Greenpeace protestiert mit der Beluga II vor dem Atomkraftwerk Krümmel (Betreiber Vattenfall) in Geesthacht. © Greenpeace/Martin Langer

Die Atomkraftwerke Krümmel und Brunsbüttel, sowie Biblis A und B stehen schon seit Monaten beziehungsweise fast ein Jahr wegen technischer Gebrechen still. Sie sind energiewirtschaftlich von geringer Bedeutung. Hier einen endgültigen Schlussstrich zu ziehen, wäre sinnvoll und brächte einen deutlichen Sicherheitsgewinn.

Atomkraftwerke produzieren Strom, ohne dabei CO2 oder andere Treibhausgase auszustoßen. Können sie deshalb einen entscheidenden Beitrag zum Klimaschutz leisten? Die Atomenergie ist nicht CO2 frei. Um nur ein Kilogramm Uranbrennstoff zu erhalten, müssen viele Tonnen Uranerz aufgearbeitet werden. Durch den energieaufwändigen Prozess von der Uranerzaufarbeitung, der Konversion, der Anreicherung bis zur Brennelementeherstellung ist die gesamte CO2-Bilanz der Atomenergie schlechter als die Gesamtbilanz von zum Beispiel Windkraftanlagen. Weltweit betrachtet ist der Anteil der Atomenergie an der Endenergie nur bei zwei bis drei Prozent und somit nicht sehr relevant.

INTERVIEW Heinz Smital ist Physiker und Atomexperte von Greenpeace. © Heinz Smital

bedingungen und den erforderlichen Innovationsdruck.

Welche Rolle wird die Atomkraft im Energie-Mix der Zukunft spielen? Die Atomkraft wird insgesamt an Bedeutung verlieren. Wenn irgendwo auf der Welt ein weiterer schwerer Atomunfall ähnlich wie in Tschernobyl passiert, kann es ganz schnell aus sein mit der Atomkraft. Dann ist es gut, wenn die Energieversorgung schon auf die neuen Energien ausgerichtet ist.

Manche Politiker halten aus den verschiedensten Gründen einen „Ausstieg aus dem Atom-Ausstieg“ für nötig. Glauben Sie, dass es dazu kommen wird? Ich hoffe nicht. Eine Veränderung unserer Energieversorgung hin zu mehr Einsparung, Effizienz und erneuerbarer Energie ist dringend notwendig. Der Ausstieg aus der Atomenergie setzt hier klare Rahmen-

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HIGHLIGHTS

Mensch und Gesellschaft

INTERVIEW Dr. Walter Hohlefelder ist der Präsident des Deutschen Atomforums. © Walter Hohlefelder

Die Störfälle in den Reaktoren Krümmel und Brunsbüttel haben im Jahr 2007 für eine neue Diskussion über die Gefahren der Kernenergie gesorgt. Sind die deutschen Atomkraftwerke sicher? Vorab: Ein „Störfall“ hat sich in keinem der beiden norddeutschen Kernkraftwerke ereignet. Weder die zuständige Aufsichtsbehörde im Land noch die im Bund stufen jene Ereignisse so ein. Das hat auch seinen Grund: so haben sich beide Anlagen in einem sicheren Zustand befunden, ohne Gefahr für Mensch und Umwelt. Seit nun etwa 45 Jahren werden hierzulande Kernkraftwerke sicher betrieben. Ganz unbestritten gehören die deutschen Anlagen zu den sichersten in der Welt. Auch die Bundesregierung hat daran keinen Zweifel. Mehrfach hat sie bestätigt, dass sich die Anlagen im internationalen Vergleich auf einem hohen Sicherheitsniveau befinden. Für das hohe Sicherheitsniveau nicht zuletzt auch ein Grund: Die deutschen Kernkraftwerke waren bereits zum Zeitpunkt ihrer Errichtung bezüglich Anlagenkonzeption im weltweiten Vergleich als fortgeschritten einzustufen.

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Lassen Sie mich noch feststellen: die hiesigen Anlagen sind führend in punkto Leistungsfähigkeit, Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit. Jahr für Jahr belegen deutsche Kernkraftwerke Spitzenpositionen in der Stromproduktion unter den Anlagen weltweit. Übrigens seit 1989 stets auch den ersten Platz. Die Betriebsmannschaften können darauf zu Recht stolz sein. Bei alledem steht aber außer Frage: Niemals wird zu Lasten der Sicherheit gespart. In der Vergangenheit wurden Milliarden in die deutschen Anlagen investiert. Daran wird sich auch in Zukunft nichts ändern. Sicherheit hat bei den Anlagenbetreibern absoluten Vorrang.

Halten Sie es für notwendig, ältere Atomkraftwerke früher als im AtomKonsens-Vertrag vorgesehen abzuschalten? Nein. Es existiert auch kein sachlicher Grund, „ältere“ Anlagen früher als „neuere“ abzuschalten. Entscheidend ist doch nicht das Alter eines Kernkraftwerks, sondern einzig und alleine seine Sicherheit. Wie bereits ausgeführt, werden alle Anlagen kontinuierlich nachgerüstet und damit dem aktuellen Stand der Sicherheitstechnik nachgeführt. Kurzum: Auch „ältere“ Anlagen sind sicher.

Atomkraftwerke produzieren Strom, ohne dabei CO2 oder andere Treibhausgase auszustoßen. Können sie deshalb einen entscheidenden Beitrag zum Klimaschutz leisten? Davon bin ich überzeugt. Jahr für Jahr erspart die Stromproduktion in deutschen Kernkraftwerken der Atmosphäre etwa 150 Millionen Tonnen CO2.

Und obwohl wider besseres Wissen von bestimmten Kreisen immer wieder der Versuch unternommen wird, jenen Beitrag künstlich klein zu rechnen, so ist CO2-Vermeidung durch Kernenergie doch im Grundsatz unbestritten. Ebenso unbestritten ist auch, dass ohne den Bau neuer Kohle- und Gaskraftwerke der Ersatz der wegfallenden Kernkraftwerksleistung in Deutschland nicht möglich ist. Ein massiver Anstieg der jährlichen CO2Emissionen wäre jedoch die Folge. Wir sollten uns deshalb keinen Illusionen hingeben: Ein umfassender Ersatz der CO2-freien Stromerzeugung aus Kernenergie wird erst dann möglich sein, wenn die CO2-Abscheidung und Lagerung bei fossilen Kraftwerken technisch und wirtschaftlich gelöst ist. Vor 2025/2030 wird das aber nicht der Fall sein. Die Fakten liegen somit auf dem Tisch. Entsprechend könnten passgenaue Entscheidungen getroffen werden.

Manche Politiker halten aus den verschiedensten Gründen einen „Ausstieg aus dem Atom-Ausstieg“ für nötig. Glauben Sie, dass es dazu kommen wird? Ich formuliere es so: Wenn hierzulande auch in Zukunft eine nachhaltige Energieversorgung verfolgt werden soll, so sind wir alternativlos zu einer Neubewertung der Kernenergie – gerade unter den Aspekten Klimaschutz, Versorgungssicherheit, Preisstabilität und Technologieerhalt. Warum sollten wir nicht auch in Deutschland zu einer generellen Laufzeitverlängerung kommen? Im Ausland ist dies bekanntlich auch an der Tagesordnung. Jetzt aber nach dem Motto

Atomenergie

„Weiter so“ – zumal in der Großen Koalition beim Thema Kernenergie keine Einigkeit existiert – vollendete Tatsachen durch das Abschalten von Kernkraftwerken zu schaffen, halte ich für die völlig falsche Richtung.

Welche Rolle wird die Atomkraft im Energie-Mix der Zukunft spielen? Die Kernenergie hat ohne jeden Zweifel das Potential, eine langfristige und nachhaltige Energieversorgung zu sichern. Ob die Kernenergie dabei nur eine Übergangs- bzw. Brückentechno-

logie – wie Kohle, Öl und Gas übrigens auch – ist, muss heute nicht politisch entschieden werden. Werfen wir doch zudem einen Blick über die deutschen Landesgrenzen hinaus. Schnell wird dann klar: die Annahme, das Ausland würde der deutschen Politik des „Ausstiegs“ folgen, hat sich eindeutig als naiv entpuppt. Laufzeitverlängerungen und Neubauten zeichnen schließlich ein anderes Bild. Wir sollten endlich aufhören zu glauben, schlauer zu sein, als der Rest der Welt. Doch Realitätsfremde scheint leider immer noch ein

vorherrschendes Gut in unserem Land zu sein. Für mich steht fest: Die Option Kernenergie sollte auch in Deutschland erhalten bleiben. Nicht diejenigen, die die Option Kernenergie offenhalten wollen, sind die ewig Gestrigen, sondern diejenigen, die über die Zukunft der Kernenergie noch nicht einmal nachdenken wollen. Die Neubewertung sollte erfolgen – Jetzt!

Kontrollzentrum eines russischen Atomkraftwerks. © PNNL

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HIGHLIGHTS

Schätze, Knochen, Erdzeitalter

Ton, Steine und Scherben – Rätsel der Archäologie Die Zitadelle in Chankillo – das älteste Sonnenobservatorium des amerikanischen Kontinents. © Peru’s National Aerophotographic Service

Die letzte Ruhestätte des Herodes, das älteste Sonnenobservatorium des amerikanischen Kontinents, revolutionäre Erkenntnisse zur Todesursache von Ötzi, Neues über die 2.500 Jahre alte Mumie des mongolischen Skythenkriegers: Das Wissenschaftsjahr 2006/2007 brachte eine Fülle an erstaunlichen Entdeckungen aus der Welt der Archäologie. Wie starb Ötzi? 19. September 1991. In einer Gletscherrinne am Hauslabjoch in den Ötztaler Alpen wird von deutschen Bergwanderern in 3.210 Meter Höhe eine mysteriöse Mumie im Eis gefunden. Nach der Bergung sofort durchgeführte Untersuchungen sorgen für eine Sensation: Es handelt sich nicht um einen verunglückten Bergsteiger, sondern um eine 5.300 Jahre alte Leiche aus der Steinzeit. Ötzi, wie der Mann sofort von der Presse getauft wird, ist mit Tätowierungen übersät, aber sonst gut erhalten. Für Spekulationen sorgt die ungewöhnliche Lage, in der man ihn entdeckt hatte: Das Gesicht nach unten und ein Arm unnatürlich über die Brust gedreht. Woran war Ötzi gestorben? Wurde er möglicherweise sogar ermordet? Dutzende von Theorien wurden dazu in der Folge aufgestellt und anschließend widerlegt. Klar war bis zum Jahr 2007 lediglich, dass Ötzi zunächst von einem Pfeil an der Schulter getroffen wurde.

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Rätsel der Archäologie

„Ötzi starb an Arterienverletzung“ verkündete dann im Juni 2007 ein italienisch-schweizerisches Forscherteam, das den Iceman mit modernster Röntgentechnik untersucht hatte. Die Analyse der Multislice-Computertomografie (CT) Aufnahmen ergab eine Verletzung der rückseitigen Wand der linken Arteria subclavia – Unterschlüsselbeinarterie – durch die schon früher entdeckte Pfeilspitze, die im Brustraum stecken geblieben war. Die Bilder offenbarten aber auch einen großen Bluterguss in den umliegenden Geweben. Diese neuen Ergebnisse sowie ein Vergleich historischer und moderner Daten zur Überlebenswahrscheinlichkeit nach einer so schwerwiegenden Verletzung ließen nach Ansicht der Wissenschaftler nur einen Schluss zu: Der Mann aus dem Eis war an dieser Verletzung innerhalb kurzer Zeit gestorben. „Ein solch klarer Nachweis einer tödlichen Gefäßverletzung an einem Körper aus dieser Zeit ist einmalig und hat im vorliegenden Fall zur Klärung dieses außergewöhnlichen Todesfalles beigetragen“, erklärte Dr. Frank Rühli vom Anatomischen Institut der Universität Zürich. In einem nächsten Schritt wollten die Forscher die nun besser erklärbaren Todesumstände sowie die Fundsituation des Mannes aus dem Eis weitergehend untersuchen. Dann konnte der Fall Ötzi zu den Akten gelegt werden – so schien es zumindest. Kaum zwei Monate später jedoch sorgte ein interdisziplinäres Forscherteam aus dem Wiener Archäologen Andreas Lippert, den Bozner Radiologen Paul Gostner und Patrizia Pernter sowie dem Gerichtsmediziner Eduard Egarter Vigl für neue Verwirrung um den Tod des Mannes vom Hauslabjoch. Nach ihrer Theorie ließ ein frontaler Angriff mit einem Schlag auf den Kopf Ötzi mit dem Rücken nach unten auf einen Stein fallen und ihn dort an den Folgen eines Schädel-Hirn-Traumas sterben. Die unnatürliche Körperhaltung rührte nach Ansicht der Forscher daher, dass sein Angreifer ihn noch vor der Leichenstarre auf den Rücken drehte und den Pfeil aus der Schulter zog. Die neuen Ergebnisse widersprachen damit früheren Annahmen, Ötzi hätte die unnatürliche Haltung im Schlaf eingenommen, die Leiche sei durch die Gletscherbewegung gedreht worden oder sie sei aufgetaut und über das Schmelzwasser an eine andere Stelle getrieben. Die Wissenschaftler aus Österreich und Italien gründeten ihre neue Theorie nicht nur auf eine nochmalige gemeinsame Untersuchung der Fundposition, sondern auch auf computertomografische Befunde aus dem Jahr 2005 und auf neue forensische Daten. Ist damit das Rätsel um Ötzis Tod nun endgültig gelöst? Wer weiß. Dies werden vermutlich erst die nächsten Jahre zeigen. (06/2007, Journal of Archaeological Science und 08/2007,

Frank Rühli vom Anatomischen Institut der Universität Zürich untersucht den „Mann aus dem Eis“. © Universität Zürich

GERMANIA)

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HIGHLIGHTS

Schätze, Knochen, Erdzeitalter

Ausgrabungsarbeiten in Herodium nahe Jerusalem. © Hebrew University

Grabhügel von Herodes. © Hebrew University

Grab des Königs Herodes entdeckt König Herodes spielt in der Bibel eine eher unrühmliche Rolle: Er soll unter den neugeborenen Kindern seines Herrschaftsgebiets ein Blutbad angerichtet haben, nachdem ihm die drei Weisen von einem „neugeborenen König der Juden“ erzählten. Doch Herodes war nicht nur eine biblische Figur, sondern auch eine reale historische Person. Von 37 bis 4 vor Christus regierte er als von den Römern eingesetzter König von Judäa. Doch wo genau der Regent nach seinem Tod begraben wurde, war bisher unbekannt. Jetzt haben Archäologen Reste seines Sarkophags und Mausoleums in Herodium entdeckt, einer Ausgrabungsstelle 15 Kilometer südlich von Jerusalem. Erste Hinweise auf die mögliche Lage gaben historische Aufzeichnungen des zeitgenössischen Geschichtsschreibers Flavius Josephus, der sowohl den Palast von Herodium ausführlich beschrieb, als auch die Bestattungszeremonie. Aber an welcher Stelle der Herrscher bestattet wurde, ließen auch seine Berichte im Dunkeln. Dennoch fanden schon in den 1970er Jahren erste Ausgrabungen auf dem ausgedehnten Gelände des Herodiums statt. Doch erst Mitte 2006 konzentrierte sich ein Archäologenteam der Hebräischen Universität von Jerusalem unter Leitung von Professor Ehud Netzer auf einen Bereich am unteren Ende des an einem Hang gelegenen Palasts. Um an die Relikte des mutmaßlichen Mausoleums zu gelangen, mussten die Wissenschaftler zunächst einen darüber liegenden, großen Bautenkomplex aus byzantinischer Zeit ausgraben und vorsichtig bergen. Die darunter liegende Grabstätte umfasst zwei monumentale Gebäude und ein großes jüdisches Ritualbad, außerdem eine 350 Meter lange und 30 Meter breite „Beerdigungsstraße“. Trotz akribischer Suche konnten die Archäologen in den Ruinen dieser Bauten jedoch zunächst keine Spur eines Grabes oder Mausoleums von Herodes entdecken. Offenbar war das Ganze zwar zu diesem Zweck errichtet worden, aber der Herrscher musste sich gegen Ende seines Lebens umentschieden haben und woanders begraben worden sein. Aber wo? Die Antwort auf diese Frage lieferten schließlich neue Funde in einem künstlich aufgeschichteten kegelförmigen Hügel. In ihm entdeckten die Forscher das lange gesuchte Mausoleum des Herodes. Noch während der Antike mutwillig zerstört, sind nur Reste seiner Ausstattung erhalten geblieben. Doch die Natur und Lage der Fundstücke, so erklärt Netzer, ließen keinen Zweifel daran, dass es sich hier um das Grabmal des Herodes handeln müsse. Der Zugang zum Mausoleumshügel erfolgte über eine sechseinhalb Meter breite Monumentaltreppe. Vom Mausoleum erhalten geblieben sind unter anderem Teile des Sockels auf dem der Sarkophag stand. Vom Sarkophag selbst, einem fast zweieinhalb Meter langen verzierten Steinsarg mit dreieckigem Deckel, sind ebenfalls nur einzelne Stücke erhalten geblieben, darunter Bruchstücke von Rosetten aus rötlichem Kalkstein. Nach Ansicht der Archäologen geschah die Zerstörung des Grabmals mutwillig. Sie wurde auf die Zeit von 66 bis 72 nach Christus datiert, eine Ära, in der die anti-römischen Revolten durch jüdische Rebellen einen Höhepunkt erreichten. Für diese war, das geht aus historischen Aufzeichnungen hervor, Herodes als „Marionettenkönig“ ein Symbol der verhassten römischen Herrschaft. (05/2007, Hebrew University of Jerusalem)

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Rätsel der Archäologie

Ältestes Sonnenobservatorium des amerikanischen Kontinents Zwei Monate zuvor hatten Wissenschaftler in Peru bereits eine andere sensationelle Entdeckung gemacht: das älteste Sonnenobservatorium des amerikanischen Kontinents. Die Zinnen der Zitadelle in Chankillo stimmen nach den Untersuchungen der Archäologen von der Yale Universität und der Universität von Leicester exakt mit den Sonnenpositionen zu bestimmten Zeiten des Sonnenjahres überein. Die Anlage ist mehrere Quadratkilometer groß und liegt in der Küstenwüste nahe des Pazifischen Ozeans. Sie wurde im vierten Jahrhundert vor Christus errichtet und besteht aus einer stark befestigten, 300 Meter langen Struktur auf dem Kamm eines Hügels mit 13 Türmen, verriegelten Toren und Zinnen. Unter Archäologen bestand seit Jahren eine Kontroverse darüber, ob Chankillo ein Fort ist oder eine zeremonielle Bedeutung hat. Jetzt haben die Wissenschaftler um Ivan Ghezzi durch Vermessungen und Abgleich mit historischen Texten diese Streitfrage geklärt und eindeutig belegt, dass die Struktur als Sonnenobservatorium gedient haben musste. „Wir haben seit Jahrzehnten aus archäologischen Artefakten und Dokumenten gewusst, dass die Inkas eine so genannte ‚solare Horizont-Astronomie‘ betrieben“, erklärt Ghezzi. „Sie nutzt die Positionen der auf- und untergehenden Sonne um die Jahreszeit zu bestimmen. Wir wussten, dass die Inka-Astronomie schon weit fortgeschritten war und dass sie Gebäude als eine Art Landmarken einsetzten, um den Sonnenstand an Schlüsseldaten des Jahres festzustellen.“ Nach den Aussagen von Archivtexten, wurden „Sonnenpfeiler” am Horizont nahe Cusco genutzt, um Pflanzzeiten und Feste zu planen, doch diese Pfeiler sind verschwunden und ihre Position bleibt unbekannt. Jetzt haben die Forscher erstmals anderswo handfeste Beispiele solcher Pfeiler entdeckt. „Chankillo liefert ein komplettes Set an Horizont-Markern – die 13 Türme – und zwei einzigartige und eindeutige Observatoriumspunkte“, erklärt Clive Ruggles von der Universität Leicester. „Die Tatsache, dass die Türme von diesen beiden Punkten aus genau die Bögen der aufgehenden und sinkenden Sonne markieren, liefert das klarstmögliche Indiz dafür, dass sie tatsächlich dafür gebaut wurden, um die Sonnenstände während des Jahres verfolgen zu können.“ (03/2007, Science)

Älter als die Maya-Monumente „Das 2.300 Jahre alte Sonnenobservatorium in Chankillo ist die älteste Struktur dieser Art. Im Gegensatz zu allen anderen Observatorien enthält sie Strukturen, die das gesamte Sonnenjahr abdecken. Es ist sogar 500 Jahre älter als für ähnliche Zwecke errichtete Monumente der Maya in Mittelamerika“, so Ivan Ghezzi, einer der Entdecker des Sonnenobservatoriums in Chankillo/Peru, von der von der Yale Universität in New Haven, Connecticut.

Sonnenaufgang über Chankillo. © Ivan Ghezzi/Yale

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HIGHLIGHTS

Schätze, Knochen, Erdzeitalter

Die Skythen Die Skythen und die mit ihnen verwandten Völker prägten vom 8. bis 3. Jahrhundert vor Christus die Geschichte der eurasischen Steppe. Der Lebensraum des Reitervolkes reichte von seinen Ursprüngen im Süden Sibiriens entlang des Jenisseis bis an die Tore Mitteleuropas. Die Skythen-Könige und Fürsten wurden nach ihrem Tod mit einem beeindruckendem Zeremoniell und prunkvollen Gegenständen aus Gold bestattet. Dies haben Ausgrabungen von Archäologen gezeigt, bei denen neben mächtigen Grabmälern und Eismumien auch hervorragend konservierte Bestandteile der Kleidung, prachtvoll verzierter Pferdeschmuck und andere Gegenstände aus Holz, Textil und Leder ans Tageslicht kamen.

Skythenkrieger wird „durchleuchtet“ Es war vielleicht die Archäologische Sensation des Jahres: Ende Juli 2006 entdeckte ein internationales Wissenschaftlerteam um Hermann Parzinger vom Deutschen Archäologischen Institut (DAI) im Altaigebirge die Mumie eines blonden Kriegers aus dem legendären Reitervolk der Skythen. Die Relikte des „Fürsten aus dem Eis“ lagen in einer Grabkammer eines intakten Eiskurgans (Grabhügel) auf 2.600 Metern Höhe im Dreiländereck Mongolei, China und Russland. Etwa 2.500 Jahre hatte der Verstorbene dort im Permafrostboden heil überstanden - und wurde dabei sogar vorzüglich konserviert. Der Mann war jung, zwischen 30 und 40 Jahre alt, blond und gehörte vermutlich der Oberschicht an. Der Krieger trug einen prachtvollen Pelzmantel und vergoldeten Kopfschmuck, dazu Hosen, Filzstiefel, im Köcher die Pfeile für seinen Bogen, am Gürtel Dolch und Streitaxt. Das Grab enthielt sogar Fleischreste und Geschirr. „Der Fund erlaubt uns damit einen einzigartigen Einblick in die Welt dieser Menschen“, erläutert Parzinger. Nach den Untersuchungen stammte der Fund vom Beginn des 3. Jahrhunderts vor Christus und konnte von den Archäologen daher der skythenzeitlichen Pazyryk-Kultur im Altai zugeordnet werden. Später wurde der Skythenkrieger mit allen anderen Fundstücken nach Ulan Baator gebracht und dort konserviert und restauriert. Nach Ansicht der beteiligten Wissenschaftler handelt es sich um eine Entdeckung, die nur mit dem Ötzi-Fund vor 16 Jahren in den Alpen vergleichbar ist. Der Archäologe Parzinger nennt den Fund schlicht „fantastisch“. Mitte Dezember 2006 traf die Eismumie dann in Deutschland ein – und das aus einem besonderen Grund: Denn sie sollte bei einer Untersuchung im Bereich Humanmedizin der Universität Göttingen zumindest einige ihrer Geheimnisse preisgeben. „Unser Ziel ist es, den Gesundheitszustand dieses skythischen Kriegers zu rekonstruieren, Hinweise auf seine Lebensgewohnheiten zu erlangen und möglicherweise die Todesursache festzustellen. Da sich der Körper dieses Kriegers gut erhalten hat, hoffen wir, wesentliche biografische Fakten dieses eisenzeitlichen Mannes aus dem Altaigebirge aufzudecken“, sagt Michael Schultz, der die Untersuchungen leitete. Die Wissenschaftler wollten aber auch neue Erkenntnisse über Ernährung und Krankheiten der Vergangenheit gewinnen. In der Abteilung Anatomie und Embryologie des Bereichs Humanmedizin wurden die Überreste des Skythenkriegers deshalb paläopathologisch und anthropologisch untersucht. Dabei kamen makroskopische, lupenmikroskopische, endoskopische und radiologische Techniken zum Einsatz. Außerdem wurden licht- und rasterelektronenmikroskopische sowie biochemische (Proteomik) und molekularbiologische Verfahren (alte DNA) durchgeführt. Erste Ergebnisse der Untersuchungen werden frühestens im Jahr 2008 erwartet. (12/2006, DAI/Universität Göttingen)

Archäologen graben ältestes Goldbergwerk aus 2004 machte ein Forscherteam in Georgien einen einmaligen Fund: das älteste Goldbergwerk der Welt bei Sakdrissi aus der Zeit von 3.000 vor Christus. Bis zur Entdeckung dieser archäologischen Stätte hatten Wissenschaftler angenommen, dass Gold zu jener Zeit ausschließlich in Flüssen als so genanntes Seifen-

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Rätsel der Archäologie

gold gewonnen wurde. Dass man das Edelmetall damals schon in Stollen abbaute, war dagegen unbekannt. In einem neuen, dreieinhalb Jahre dauernden Projekt wollen deutsche Archäologen nun dem Bergwerk seine Geheimnisse entlocken. Seit Ende Juli 2007 führen die Forscher deshalb umfangreiche Grabungen vor Ort durch, ergänzt durch Arbeiten in frühbronzezeitlichen Siedlungen in der Region und Untersuchungen zur Land- und Viehwirtschaft. Die Archäologen verfolgen dabei mehrere Ziele: Neben der Erforschung von Gewinnung, Metallurgie, Verbreitung und wirtschaftlicher Bedeutung des Goldes soll eine 3D-gestützte Dokumentationstechnik, verbunden mit einem GIS-gestützten Informationssystem zum Einsatz kommen. Damit wird man die Fundstelle und ihre Umgebung kartografieren und analysieren. Die Forscher wollen aber auch zurückverfolgen, wohin das Sakdrissi-Gold geliefert wurde. (07/2007, Ruhr-Universität Bochum)

Der Fürst aus dem Eis – Gesamtansicht des Grabes mit dem teilmumifizierten Leichnam. © DAI

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HIGHLIGHTS

Pflanzen, Tiere, lebenswelten

INTERVIEW Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Hermann Parzinger ist Präsident des Deutschen Archäologischen Instituts und Professor am Institut für Prähistorische Archäologie der Freien Universität Berlin

Herr Parzinger, Ende Juli 2006 haben sie im Altai-Gebirge eine 2.500 Jahre alte Skythenmumie ausgegraben. Was unterscheidet diese von anderen Funden? Unser Fund war die erste Entdeckung dieser Art auf der mongolischen Seite des Altai-Gebirges, in der russischen Altai-Region gab es bereits vergleichbare Komplexe. Wir wissen dadurch, dass sich die Kultur der skythenzeitlichen Reiternomaden im Altai, die als Pazyryk-Kultur bezeichnet wird, erheblich weiter nach Süden erstreckt hat als bislang angenommen. Die Bedeutung derartiger Mumienfunde im Eis des Permafrosts liegt darin, dass der Verstorbene mit seiner gesamten Bekleidung und sämtlichen organischen Beigaben, die sonst nie erhalten bleiben, uns gleichsam lebensecht vor Augen tritt. Dies lässt ein realistisches Bild der Skythen rekonstruieren und ermöglicht zudem eine Vielzahl naturwissenschaftlicher Begleituntersuchungen, die bei anderen Erhaltungsbedingungen nicht durchzuführen sind.

Wussten Sie sofort, als Sie das Grabmal öffneten, welche bedeutende Entdeckung dies war?

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Als wir die Aufschüttung des Kurgans (Grabhügel) entfernten, sahen wir die unberührte Verfüllung des zum Grab führenden Schachtes; damit war klar, dass wir ein intaktes, unberaubtes Grab vorfinden würden, was selten genug ist. Die bange Frage aber war: Hat sich Eis in der Grabkammer erhalten oder nicht? Das Entfernen der Grababdeckung aus dicken Lärchenstämmen gab dann aber sogleich die Eislinse im Grab und den teilmumifizierten Verstorbenen mit seiner kompletten Bekleidung zu erkennen.

Nach dem Fund gab es ein enormes Medienecho. Kommen Sie vor lauter Terminen noch zum Arbeiten? Das öffentliche Interesse an einer solchen Entdeckung war – wie zu erwarten – sehr groß. Wir haben dabei sehr gut mit der Presse zusammengearbeitet. Ich empfand das nicht als lästige Pflichtübung, sondern habe das gerne getan. Jede Wissenschaft ist um öffentliche Aufmerksamkeit bemüht, nicht nur die Archäologie. Und besonders wichtig dabei ist, nicht nur von Sensationen zu berichten, sondern den interessierten Menschen auch zu erläutern, warum dieser Fund so bedeutsam ist und was er uns sagen kann, wie er unser Geschichtsbild vervollständigen und vielleicht sogar verändern kann.

Seit Dezember 2006 wird der Skythenkrieger an der Universität Göttingen untersucht. Welche neuen Erkenntnisse hat es gegeben? Die Untersuchungen sind noch längst nicht abgeschlossen, sondern in vollem Gange, weshalb es für konkrete

Ergebnisse noch verfrüht ist. Die Kollegen in Göttingen werden jedoch wichtige Einblicke in die Lebensumstände der skythenzeitlichen Reiternomaden im Altai-Hochgebirge erhalten, sie werden neue Daten zur Ernährung und zu den Krankheiten liefern. Auch genetische Analysen an alter DNA sind geplant. Wir werden alle derzeit möglichen Methoden und Verfahren einsetzen, um unseren ‚Krieger aus dem Eis’ zum Sprechen zu bringen.

Am 21. August 2007 haben Sie eine neue Forschungsstelle des DAI in Ulan Baator eröffnet. Welche Aufgaben wird diese haben? Diese Forschungsstelle ist immer nur zeitweise mit wissenschaftlichem Personal aus Deutschland besetzt. Sie dient als Schaltstelle zwischen der deutschen und der mongolischen Forschung und bietet ferner die unerlässliche Infrastruktur für die langjährigen Großprojekte des DAI mit seinen Ausgrabungen in Karakorum, der Hauptstadt des Mongolenreiches unter Dschingis Khan. Zeitgleich zur Eröffnung der Forschungsstelle haben wir einen Kooperationsvertrag mit der Mongolischen Akademie der Wissenschaften unterzeichnet, der umfassende Forschungen in der Hauptstadt des Uigurenreiches, in Karagalbassun, vorsieht. Dabei handelt es sich mit über 50 Hektar um eine der größten antiken Stadtanlagen Zentralasiens, die wir in diesem Sommer mit Airborne Laser Scanning untersucht haben, einem völlig neuen Verfahren zur Aufnahme weitläufiger Ruinenfelder.

Neues aus der Urzeit

Neues aus der Urzeit

Seit rund vier Milliarden Jahren gibt es Leben auf der Erde. Erste einfache Bakterien waren damals die „Gründerväter“, aus denen sich im Laufe der Zeit alle heute bekannten Tiere, Pflanzen, Pilze und Mikroben entwickelten. Doch noch immer existieren weiße Flecken im Stammbaum des Lebens. Noch immer kommen Forscher bisher unbekannten Entwicklungen, ungewöhnlichen Erfindungen und tödlichen Sackgassen innerhalb der Evolution auf die Spur. Manchmal entdecken sie dabei sogar mysteriöse Urahnen der modernen Organismen…

Fossiler Archaeopteryx. © G. Oleschinski, Inst.f. Paläontologie, Uni Bonn

Ältester Regenwald der Erde entdeckt So haben Paläontologen in den USA den bisher ältesten und zugleich größten fossilen Regenwald der Erde entdeckt. Die 300 Millionen Jahre alten, gut erhaltenen Pflanzenreste aus einem stillgelegten Kohlenbergwerk im amerikanischen Bundesstaat Illinois geben einen spektakulären Einblick in die ausgestorbene Lebenswelt und die Ökologie der Karbonzeit. Der versteinerte Wald wurzelt auf der Oberfläche eines Kohlenflözes. Überall dort, wo die Kohle abgebaut war, konnten die britischen Forscher die wertvollen Relikte an der Decke der Minengänge sehen. Der fossile Regenwald bedeckt mehr als 10.000 Hektar und besteht aus einer bizarren Mixtur ausgestorbener Pflanzen: Vielfältige Bärlappgewächse –

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HIGHLIGHTS

Schätze, Knochen, Erdzeitalter

Forscher rekonstruieren den ältesten Regenwald der Erde in einem alten Kohlenbergwerk im amerikanischen Bundesstaat Illinois. © Scott D. Elrick Illinois State Geological Survey

zum Teil mehr als 40 Meter hoch – überragen eine Schicht von Baumfarnen gemischt mit Sträuchern und baumgroßen Schachtelhalmen. Die Fossilien verdanken ihren guten Erhaltungszustand einem schweren Erdbeben, das sich vor 300 Millionen Jahren ereignete. Der Erdstoß ließ den Untergrund plötzlich unter den Meeresspiegel absinken, so dass der gesamte Wald unter Schlamm begraben und konserviert wurde. „Zuvor wussten wir nur sehr wenig über die ökologischen Präferenzen und Strukturen dieser alten Pflanzen, da es nichts Vergleichbares gab. Diese Entdeckung aber erlaubt es uns nachzuverfolgen, wie die Artenzusammensetzung des Waldes sich mit der Landschaft ändert und wie die Zusammensetzung mit der Umgebung variiert“, so Howard FalconLang von der Universität von Bristol in England. (04/2007, Geology) „Schwester“ aller lebenden Beuteltiere gefunden Alle heute existierenden Beuteltiere wie Kängurus, Wombats oder Koalabären haben ihren Ursprung auf dem ehemaligen Subkontinent Gondwana: Sie leben auf dessen heutigen Resten, in Australien und Südamerika, oder sind von Südnach Nordamerika ausgewandert. Ein internationales Forscherteam hat anhand neuer Fossilienfunde einen wichtigen Baustein der Evolution der Beuteltiere entdeckt: Sie identifizierten eine 32 Millionen Jahre alte Gruppe nordamerikanischer Beuteltiere, die Herpetotherii, als ausgestorbene Schwestergruppe aller zurzeit lebenden Beutler. Bisher gingen Forscher davon aus, dass es sich bei diesen um eine primitive Form von Beutelratten (Opossums) handelt. Die Untersuchung von mehreren sehr gut erhaltenen versteinerten Schädeln und von umfangreichem Skelettmaterial aus Wyoming, USA, zeigte aber, dass sich die Gattung Herpetotherium wesentlich vom Opossum unterscheidet. Die Analysen deuten zudem auf eine terrestrische Lebensweise und auf eine generalisierte Nahrung aus Insekten- und Pflanzenkost bei den Tieren hin. (04/2007, Proceedings of the Royal Society, Biology Letters)

Ur-Schildkröten doch keine „Wasserratten“ Die ersten Schildkröten vor mehreren hundert Millionen Jahren lebten wahrscheinlich nicht, wie bislang gedacht, im Wasser, sondern an Land. Dies haben Forscher beim Vergleich von fossilen Schildkrötenpanzern mit denen heute lebender Tiere herausgefunden. Wasserschildkröten lieben es verständlicherweise leicht: Ihr Panzer ist von zahlreichen Hohlräumen durchzogen. Der

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Neues aus der Urzeit

schwammartige Aufbau verleiht ihnen Auftrieb und spart Energie. Bei fast allen heutigen Schildkröten, die sich überwiegend im Wasser aufhalten, ist dieser Trend zur Leichtbauweise zu erkennen. Ihre landlebenden Vettern dagegen besitzen einen Knochenpanzer der kompakter ist und in dem Hohlräume viel seltener zu beobachten sind. In ihrer Studie haben die Wissenschaftler der Universität Bonn die Knochenrüstung von drei Dutzend heutigen Schildkrötenarten unter die Lupe genommen. Dazu kamen fossile Panzerreste von knapp 70 längst ausgestorbenen Arten. Das verblüffende Ergebnis: „Die 200 Millionen Jahre alten Fossilfunde ähnelten frappierend der massiven Panzerung heutiger Landschildkröten“, betont der Paläontologe Torsten Scheyer. „Die ersten Schildkröten waren daher wahrscheinlich ebenfalls Landbewohner.“ (05/2007, Proceedings of the Royal Society) Riesiges „Dodo Massengrab“ auf Mauritius Bei einer Ausgrabung in Mare aux Songes auf Mauritius haben Forscher 150 fossile Knochen von längst ausgestorbenen Dodo-Vögeln entdeckt. Sie sind Teil eines mehr als 4.000 Knochen umfassenden Massengrabs der Wirbeltiergruppe auf der Insel. Zu dieser gehörten der Riesenpapagei Lophopsittacus, der Riesenskink oder Didosaurus und die rote Ralle Aphanapteryx. Die versteinerten Relikte könnten die wissenschaftliche Erforschung und Rekonstruktion der Welt der Dodos ermöglichen, so die Wissenschaftler. Die großen flugunfähigen Vögel lebten ausschließlich auf Reunion und Mauritius, bevor Europäer dort landeten und diese Tiere ausrotteten. Das europäisch-mauritianische Expeditionsteam fand bei seinen Ausgrabungen unter anderem zwei beinahe vollständige Dodo-Skelette und zwei ausgestorbene Riesenschildkröten. Die Wissenschaftler vermuten deshalb, dass das fossile Material bei Mare aux Songes besonders gut erhalten ist und als solches auch einen wichtigen Schlüssel zum Verständnis der Geschichte und Entwicklung der auf Mauritius einheimischen Flora und Fauna darstellen könnte. (08/2007, National Natural History Museum Naturalis)

Vom Wasser aufs Land? Haben die Wissenschaftler Recht, verlief die Entwicklung der Schildkröten genau andersherum? © Dr. Thomas Mauersberg/Universität Bonn

Sechs Meter hoher Riesenpilz identifiziert Prototaxites bildete Baumstamm-ähnliche, mehr als sechs Meter hohe Strukturen und starb vor rund 350 Millionen Jahren aus. Doch um was für einen Organismus handelte es sich? Nadelbaum, Alge oder Pilz? Dies war bis vor kurzem völlig unklar. Jetzt haben Wissenschaftler das Geheimnis des Fossils gelüftet: Es ist ein Riesenpilz. Sie bestätigten damit eine uralte Theorie aus dem Jahr 1919 für die es bislang aber keine Beweise gegeben hatte. Diese fanden die Forscher der Universität von Chicago jetzt bei chemischen Analysen an fossilen Resten von Prototaxites und Pflanzen aus der gleichen Ära. Die Untersuchungen ergaben, dass sich das Verhältnis von Kohlenstoff-12 zu Kohlenstoff-13 in den Geweben des Rätselfossils Prototaxites deutlich von dem in gleichalten Pflanzen unterschied. Zwar können auch geologische Prozesse die Isotopenzusammensetzung von Fossilien verändern, doch die Forscher führten Tests durch, mit denen sie dies ausschlossen. (04/2007, Geology)

Wunder der Evolution „Egal was für ein Argument man vorbringt, die Leute sagen immer, das ist verrückt. Ein sechs Meter hoher Pilz macht einfach keinen Sinn. Aber genauso wenig eine sechs Meter hohe Alge, und doch gibt es das Fossil.“ (C. Kevin Boyce, Assistenzprofessor für Geowissenschaften an der Universität von Chicago nach der Entdeckung, dass es sich bei dem Rätselfossil Prototaxites um einen sechs Meter hohen Riesenpilz handelt).

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HIGHLIGHTS

Schätze, Knochen, Erdzeitalter

Dinosaurier – geheimnisvolle Giganten Triceratops lebte gegen Ende der Kreidezeit vor 70 bis 65 Millionen Jahren. Trotz seines gefährlichen Aussehens war er ein Pflanzenfresser. © Forschungsinstitut u. Naturmuseum Senckenberg, Frankfurt a. M.

Er gilt als Gigant der Urzeit, als tödliche Fressmaschine, als gefährlichstes Raubtier, das jemals auf dem Festland lebte: Der Tyrannosaurus rex ist der vielleicht populärste aller Dinosaurier und hat in Filmen wie Jurassic Park schon Millionen von Zuschauern in Angst und Schrecken versetzt. Doch wovon ernährte sich T.rex? Wie groß war er tatsächlich? Wie schnell konnte der Riese laufen? Auf diese Fragen haben Wissenschaftler bisher keine endgültige Antwort parat. Noch immer gibt es viele Rätsel um diesen, aber auch um viele andere Dinosaurier. Im Jahr 2007 wurden jedoch zumindest einige der Geheimnisse der vor rund 65 Millionen Jahren plötzlich ausgestorbenen Echsen gelüftet. Dinosaurier auf dem Prüfstand Zu langsam, um zu jagen oder schneller als ein Jeep? Das beispielsweise wollten Wissenschaftler der Universität von Manchester genau wissen: Mithilfe eines leistungsstarken Supercomputers machten sie sich daran, die Muskelkraft, Größe und den Bau der Dinosaurier in einem komplexen Modell zu verbinden und daraus die Laufgeschwindigkeiten zu errechnen. Die Ergebnisse der Simulationen warfen im August 2007 einige frühere Annahmen über den Haufen: Müssten wir heute beispielsweise vor einem Tyrannosaurus rex flüchten, hätten wir wahr-

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Dinosaurier

scheinlich kaum eine Chance. Denn der als „lahme Ente“ verschriene Dinosaurier rannte vermutlich schneller als ein austrainierter Profifußballer. Immerhin respektable 28 Stundenkilometer ergaben die neuen Modellrechnungen für den T.rex. Der Megastar unter den Dinosauriern wurde bis zu 14 Meter lang, fünf Meter hoch und bis zu sieben Tonnen schwer. „Die Zahlen, die wir ermittelt haben, sind zurzeit die beste Schätzung darüber, wie schnell diese prähistorischen Tiere rennen konnten“, so Phil Manning, einer der Mitarbeiter der Studie. „Unsere Studie, die für T.rex die minimale Muskelmasse einrechnete, die der Dino für die Bewegung brauchen würde, deutet darauf hin, dass dieser Fleischfresser zwar nicht unglaublich schnell war, aber auf jeden Fall rennen konnte und nur wenig Probleme gehabt hätte, beispielsweise den Fußballstar David Beckham einzuholen.“ Die Wissenschaftler hatten ihre Superrechner aber nicht nur mit Daten des T.rex gefüttert, sondern auch mit denen von vier anderen verschieden großen, fleischfressenden Raubechsen aus der Urzeit. Darunter waren der bisher kleinste bekannte Dinosaurier, der nur drei Kilogramm wiegende Compsognathus, sowie der rund 20 Kilogramm schwere, aus Jurassic Park berüchtigte Velociraptor. Trotz seiner großen Rechenleistung brauchte der Supercomputer jedes Mal bis zu einer Woche, um die Biomechanik des jeweiligen Tieres zu „lernen“ – von den ersten ungeschickten Schritten bis hin zur Modellierung des mit voller Kraft rennenden Lebewesens. Danach jedoch war die Überraschung der Forscher perfekt. Das Modell ergab, dass die kleineren Dinos sogar das heute schnellste Tier auf zwei Beinen, den Strauß, locker überholt hätten – und der erreicht immerhin eine Höchstgeschwindigkeit von bis zu 60 Kilometer pro Stunde. „Bisherige Forschungen basierten auf Daten von noch existierenden zweibeinigen Modellorganismen, um daraus zu schließen, wie schnell die Dinosaurier rennen konnten“, erklärt Bill Sellers, Biomechanikforscher an der Universität von Manchester und einer der Leiter der Studie. „Solche Berechnungen können zwar akkurat die Höchstgeschwindigkeit eines sechs Tonnen schweren Huhns prognostizieren, aber Dinosaurier sind nicht wie Hühner gebaut und bewegen sich nicht wie diese.” Stattdessen basierte das Modell der Forscher direkt auf Daten zur Struktur von Skelett und Muskeln der untersuchten Dinosaurier. (08/2007, Proceedings

Dinosaurier Das Wort „Dinosaurier“ setzt sich aus den griechischen Worten „deinos“ (= schrecklich) und „sauros“ (= Echse) zusammen. 1842 wurde der Begriff der „schrecklichen Echsen“ von dem britischen Naturforscher Sir Richard Owen eingeführt. Diese Sauriergruppe lebte nur während des Erdmittelalters, des so genannten Mesozoikums. Von circa 250 Millionen Jahren bis 65 Millionen Jahre vor heute dominierten sie die Erde, starben dann aber plötzlich aus – möglicherweise durch einen gewaltigen Meteoriteneinschlag. Seitdem vor über 150 Jahren der erste Dinosaurierknochen identifiziert wurde, sind ungefähr 700 Arten anhand von Fossilien bestimmt worden. Echte Dinosaurier gab es ausschließlich auf dem Land. Die Saurier, die im Wasser lebten, gehörten zu den Ichthyosauriern (= Meeressaurier), die des Luftraums waren Pterosaurier (= Flugsaurier).

Skelette fleischfressender Dinosaurier aus Argentinien. © University of Manchester

of the Royal Society B)

Dinos ohne „Magenmühle“ Schon einige Monate zuvor, im Dezember 2006, hatte eine Studie deutscher Wissenschaftler neues Licht auf die Ernährung der Dinosaurier und speziell die Prozesse bei der Verdauung der Nahrung geworfen. Riesendinosaurier wie Supersaurus, Seismosaurus und Cedarosaurus aus der Jura- und Kreidezeit – 200 Millionen bis 65 Millionen Jahre vor heute – hatten ein Problem: Die teilweise mehr als 30 Tonnen schweren Tiere waren die größten Pflanzenfresser, die es je gab. Viele von ihnen besaßen aber im Verhältnis zum Körper einen sehr kleinen Kopf und schmale, spitze Zähne, die eher zum Abreißen als zum Zerkauen von Pflanzen geeignet waren. Dabei mussten sie für ihr schnelles Wachstum und den Stoffwechsel ihrer gigantischen Körper enorme Futtermengen verdauen. Was also tun, wenn man keine guten Zähne hat und das Futter schwer verdaulich ist?

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HIGHLIGHTS

Schätze, Knochen, Erdzeitalter

Rekorde in der Dinowelt Die Größten: Die Riesendinosaurier – Sauropoden – waren die größten Landtiere, die jemals auf der Erde gelebt haben. Der Größte unter ihnen war vermutlich Supersaurus mit einer Länge von 41 Metern, gefolgt vom Argentinosaurus, der 40 Meter lang und 100 Tonnen schwer war und dem Seismosaurus (37 Meter bis 40 Meter lang und bis zu 140 Tonnen schwer). Die Höchsten: Der höchste Dinosaurier war der Brachiosaurus. Sein Hals war giraffenartig und erreichte Höhen von bis zu 16 Metern. Er diente als Gegenwicht zu dem schweren Schwanz und konnte halb so lang wie das ganze Tier sein. Die Kleinsten: Der kleinste bis jetzt ausgegrabene Dinosaurier ist der Compsognathus („Hübscher Kiefer“), der so groß wie ein Huhn war und nur drei Kilogramm wog. Der Zweitkleinste war vermutlich der 60 Zentimeter lange Saltopus Die Cleversten: Troodon, Dromaeosaurus, Deinonychus und Velociraptor hatten das relativ größte Verhältnis von Gehirn- zum Körpergewicht. Der größte Schädel: Den größten Schädel hatte Triceratops mit einer Länge von neun Metern. Er hatte drei Hörner und eine knochige Halskrause. Die größten Krallen: Deinocheirus („schreckliche Hand“) hatte vermutlich die größten Krallen. Die Arme, die man in der Wüste Gobi gefunden hat, waren 2,5 Meter lang und hatten drei Finger mit jeweils 20 bis 30 Zentimeter langen hakenförmigen Krallen. Die meisten Zähne: Die Hadrosaurier (Entenschnabeldinosaurier) hatten über 1.000 kleine kantige Zähne. Die größten Dinosauriereier: Die größten bis jetzt entdeckten Dinosauriereier waren rundlich, über 30 Zentimeter lang und ungefähr 25 Zentimeter breit. Die Eier umfassten ein Volumen von 3 bis 3,5 Litern.

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Bislang vermuteten Forscher, dass ihnen Steine, die sie herunterschluckten, bei der Zersetzung der Pflanzennahrung halfen. In ihrem muskulösen Magen sollten diese dann wie eine Art „Magenmühle“ wirken. Ähnlich gehen heute pflanzenfressende Vögel mit zahnlosen Schnäbeln vor, wie zum Beispiel Strauße. Glatt geschliffene Steine, die in mehreren Fällen bei Ausgrabungen von SauropodenSkeletten gefunden wurden, unterstützten diese Magenmühlen-Theorie. Doch diese Annahme scheint nicht zu stimmen, wie Oliver Wings und Martin Sander von den Universitäten Tübingen und Bonn zeigten. Für ihre Untersuchungen boten die Paläontologen Straußen auf einer deutschen Zuchtfarm Steine wie Kalkstein, Rosenquarz und Granit zum Fressen an. Nachdem sie geschlachtet waren, untersuchten die Wissenschaftler dann die Magensteine. Ergebnis: diese wurden im Muskelmagen schnell abgenutzt und erhielten keine Politur. Im Gegenteil: Die Oberfläche der Steine, die teilweise glatt gewesen war, wurde während der Experimente im Magen rau. Die Masse der Steine entsprach durchschnittlich einem Prozent der Körpermasse der Vögel. „Zwar wurden gelegentlich Steine zusammen mit Sauropodenskeletten gefunden“, kommentiert Sander. „Wir halten sie aber nicht für Überreste einer Magenmühle, wie sie bei Vögeln vorkommt.“ In einer solchen Magenmühle wären die Steine wie bei den Straußen stark abgerieben worden und hätten keine glatt polierte Oberfläche gehabt. Außerdem sind Magensteine bei Sauropodenfunden nicht regelmäßig dabei. Und wenn vorhanden, ist ihre Masse im Verhältnis zur Körpergröße viel geringer als bei Vögeln. Es gibt jedoch eine andere Gruppe Dinosaurier, deren Magensteinüberreste sich Wings‘ Untersuchungen zufolge gut mit einer vogelähnlichen Magenmühle in Übereinstimmung bringen lassen. Aus diesen so genannten Theropoden haben sich die heutigen Vögel entwickelt. Die Magenmühle könnte sich demzufolge in der Vogelstammlinie entwickelt haben. Doch wozu waren die Magensteine der Dinosaurier gut, wenn nicht als Magenmühle? Und wie verdauten die Sauropoden tatsächlich ihre Nahrung? Die Forscher vermuten, dass die Steine versehentlich mitgefressen oder zur Verbesserung der Mineralstoffaufnahme absichtlich verschluckt worden sind. Da diese vermutlich nicht bei der Zerkleinerung der Pflanzennahrung geholfen haben, muss der Verdauungstrakt der Sauropoden andere Methoden genutzt haben. So sind bei der Zersetzung der großen Mengen schwer verdaulichen Materials Bakterien im Verdauungstrakt auf jeden Fall beteiligt gewesen. Diese können das Futter aber umso besser abbauen, je kleiner die Stücke sind. Möglicherweise, so folgern die Wissenschaftler, war der Sauropodendarm so gebaut, dass die Nahrung sehr lange dort zurückgehalten wurde, um die Verdauung zu verbessern. (12/2006, Proceedings of the Royal Society online)

Warum waren Dinosaurier so groß? Ein ausgewachsener Afrikanischer Elefantenbulle kann sieben Tonnen oder mehr wiegen. Sauropoden, Tiere einer Dinosauriergruppe des Erdmittelalters, waren jedoch noch ein ganz anderes Kaliber. Bis über 50 Tonnen brachten Echsen wie Titanosaurus vermutlich auf die Waage. Und bis zu 40 Meter maßen sie von Kopf bis Schwanzspitze. Doch warum kam es zwischen 210 bis etwa 65

Dinosaurier

Millionen Jahren vor heute zu diesem Riesenwuchs? Und warum wurde er zu so einem Erfolgsrezept der Evolution über einen derart unvorstellbar langen Zeitraum? Diese Fragen wollen nun deutsche Forscher klären. Die Biologen, Paläontologen und Geologen tragen in ihrem neuen Projekt seit Februar 2007 das Wissen über die Sauropoden zur Klärung dieses Rätsels zusammen und erstellen dann eine Komplettanalyse. „Uns interessiert die gesamte Biologie der Sauropoden. Wie zum Beispiel waren die Knochen der Tiere aufgebaut, welche Eigenschaften hatten diese? Wie funktionierte das Herz-Kreislaufsystem, wie das Verdauungssystem und welche Fress-Strategie hatten sie? Was änderte sich im Laufe der Zeit am Bauplan und warum tat es das?“, erläutert Professor Andreas Christian von der Universität Flensburg. (02/2007, Universität Flensburg) Proteine aus Tyrannosaurus-Knochen gewonnen Forschern ist es gelungen, aus einem 68 Millionen Jahre alten Beinknochen eines Tyrannosaurus rex organisches Gewebe zu gewinnen und darin sogar Proteine nachzuweisen. Elektronen- und Rasterkraftmikroskop-Untersuchungen ergaben, dass es sich bei letzteren um Kollagen handelte. Diese Ergebnisse werfen bisherige Annahmen über die Eigenschaften fossiler Knochen über den Haufen. Bisher hatte man vermutet, dass in fossilen Knochen dieses Alters kein solches Material mehr überlebt haben kann. Der Vergleich des gummiartigen T.rexKnochengewebes mit dem moderner Tiere ergab zudem eine Ähnlichkeit mit Hühnern, Fröschen und Molchen. „Die Ähnlichkeit zum Huhn ist definitiv genau das, was wir angesichts der Verwandtschaftsverhältnisse zwischen modernen Vögeln und Dinosauriern erwarten würden“ erklärt Mary Schweitzer, die Leiterin der Studie an der North Carolina State Universität. „Aus paläontologischer Sicht sind diese Daten das I-Tüpfelchen, das die Konservierung des Dinosauriergewebes belegt. Sie werden uns helfen, mehr über die evolutionären Beziehungen der Dinosaurier herauszufinden, darüber, wie die Konservierung geschieht und wie Moleküle im Laufe der Zeit degradieren.“ (04/2007, Science)

T.rex Sue im Chicago Field Museum. © University of Manchester

Schädel eines Tyrannosaurus rex. © G. Oleschinski, Inst.f. Paläontologie, Uni Bonn

HIGHLIGHTS

Schätze, Knochen, Erdzeitalter

Fundstellen in Deutschland

Münchehagen: Dinosaurierfährten Höxter: Schwimmsaurier

Nehden bei Brilon: Knochenfunde von Dinosauriern wie Iguanodon

Halberstadt: Skelette von Plateosaurus, Liliensternus und Halticosaurus Tambach-Dietharz: Verschiedene Ursaurier-Skelette

Odernheim am Glan: Jungtier des Sauriers Sclerocephalus haeuseri Heroldsberg: erster Dinosaurier Deutschlands (1834) Pfaffenhofen: Raubdinosaurier Procompsognathus triassicus

Die Entdeckung des Schwimmsauriers in Höxter ist in Deutschland kein Einzelfall. In vielen Regionen des Bundesgebiets sind bereits Relikte von Urzeitgiganten gefunden worden. So haben Forscher im Thüringer Wald mit seinen fast 300 Millionen Jahre alten Gesteinsschichten im Juli 2007 in der Fundstätte am Bromacker nahe TambachDietharz einen rund 80 Zentimeter großen Ursaurier entdeckt. Diese ältesten vierbeinigen Landwirbeltiere in der Erdgeschichte lebten lange vor den Dinosauriern. Berühmtheit erlangt haben hierzulande auch die Dinosaurier-Gräber von Trossingen und Halberstadt, die zahlreiche Plateosaurier-Skelette aus der Trias-Zeit vor mehr als 200 Millionen Jahren geliefert haben. Diese Urzeitechse wird auch als „Schwäbischer Lindwurm“ oder „Deutscher Lindwurm“ bezeichnet.

Solnhofen/Eichstätt: Dinosaurier, Flugsaurier, Urvogel Archaeopteryx

Trossingen: Skelette und Skelettreste von Plateosaurus

Freigelegtes Stück der Wirbelsäule eines Schwimmsauriers. © Landschaftsverband Westfalen-Lippe

Schwimmsaurier gab es auch in Höxter Die Überreste eines riesigen, vier Meter langen, meeresbewohnenden Schwimmsauriers haben Forscher des Landschaftsverbandes Westfalen-Lippe in einer Tongrube im Kreis Höxter entdeckt. Das Ungewöhnliche an dem Fund ist nach Angaben der Wissenschaftler seine Seltenheit: Bisher wurde in Norddeutschland nie zuvor ein vollständig erhaltenes Skelett eines solchen Tieres gefunden. Es handelt sich bei dem gewaltigen Urzeittier vermutlich um einen Plesiosaurier. Seine fossilen Knochen werden auf ein Alter von rund 185 Millionen Jahren geschätzt, das Zeitalter des Unteren Jura. Plesiosaurier waren Meeresreptilien mit zwei paddelähnlichen Flossenpaaren und einem langen Hals. Die Flossen saßen an einem relativ starren Körper, dessen Rückgrat deutlich gewölbt war und durch verstärkte Rippen zusätzlich Halt erhielt. Eine abschließende Bestimmung des Fundes, der aus Sedimentblöcken geborgen wurde, steht noch aus. (7/2007 Landschaftsverband Westfalen-Lippe (LWL)

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Dinosaurier

Herr Christian, Sie untersuchen zusammen mit mehr als 20 anderen Wissenschaftlern in einem neuen Pro jekt den Riesenwuchs von Dinosauriern. Wie gehen Sie dabei vor? Wir versuchen ein möglichst komplettes Bild der Sauropoden und ihrer Lebensbedingungen zu rekonstruieren. Dabei befassen sich Wissenschaftler aus verschiedenen Disziplinen mit unterschiedlichen Aspekten der Biologie der Sauropoden, beispielsweise mit dem Wachstum, der Biomechanik, der Ernährung, der Verdauung oder der Stammesgeschichte dieser Tiere. Dabei soll vor allem deutlich werden, wie es im Laufe der Evolution zum Riesenwuchs dieser Tiere gekommen ist. Jede Projektgruppe wendet ihre eigenen spezifischen Methoden an. In dem Teilprojekt, das ich an der Universität Flensburg gemeinsam mit zwei Nachwuchswissenschaftlern, Jan-Thomas Möller und Sebastian Ziehm, bearbeite, geht es um die Ernährungsstrategien der Sauropoden. Wir verwenden Modellrechnungen, biomechanische Rekonstruktionen der Hälse sowie vergleichende Untersuchungen an heute lebenden Tieren mit langen Hälsen, um Halsstellungen und ökonomische Bewegungen der Hälse zu ermitteln. Dabei werden verschiedene Sauropoden miteinander verglichen, um Unterschiede in der Strategie der Nahrungsaufnahme aufzudecken.

Gibt es bereits erste Ergebnisse? Die Ergebnisse unseres Teilprojektes zeigen, dass es erhebliche ökologische Unterschiede innerhalb der Sauropoden gegeben hat. Es gab Formen,

die ihre Nahrung eher in Bodennähe fanden, wie etwa Diplodocus, während andere Sauropoden, wie Brachiosaurus, die Nahrung aus größeren Höhen abweideten. Der Einsatz des Halses glich bei Diplodocus und ähnlichen Sauropoden etwa dem Halseinsatz von Straußen und Kamelen, während Brachiosaurus eher mit einer Giraffe verglichen werden kann. Außerdem zeigen erste Modellrechnungen, dass der extrem lange Hals der Sauropoden nur durch die vielfache vermutete Leichtbauweise mit Luftsäcken entlang des Halses sinnvoll gewesen ist.

Sie beschäftigen sich vor allem mit der Ernährungsstrategie von Titanosaurus, Diplodocus und Co. Warum? Der Riesenwuchs der Sauropoden kann nur verstanden werden, wenn man weiß, wie sich diese Tiere die gewaltigen Nahrungsmengen beschafften, die sie zum Wachstum und für andere Lebensprozesse benötigten. Wir vermuten, dass die unter Landtieren einzigartige Länge des Halses das entscheidende Merkmal darstellt, welches die Evolution des Riesenwuchses in dieser Tiergruppe ermöglichte.

Welche Rolle spielen Computersimulationen bei Ihrer Arbeit? Hier muss ich Sie enttäuschen. Die meisten Modellrechnungen können wir mit dem Taschenrechner durchführen. Es wird allerdings erforderlich sein, dreidimensionale Bilder von Halswirbeln im Computer gegeneinander zu bewegen, um die Beweglich-

INTERVIEW Prof. Dr. Andreas Christian vom Instititut für Biologie der Universität Flensburg erforschte gemeinsam mit Kollegen die Körperhaltung der Dinosaurier.

keit von Hälsen sowie die aus Bewegungen resultierenden Längenänderungen von Muskeln und Ligamenten zu rekonstruieren. Für aufwändige Computersimulationen von Bewegungen des gesamten Körpers sowie für detaillierte Berechnungen der Kraftverhältnisse in den Halswirbeln können wir auf die Ergebnisse anderer Projektgruppen zurückgreifen.

Britische Wissenschaftler haben im Jahr 2007 gezeigt, dass der Tyrannosaurus rex schneller laufen konnte als Fußballer wie David Beckham. Welche Rätsel um die Dinosaurier gilt es in Zukunft noch zu lösen? Noch ist viel mehr rätselhaft als es in der Öffentlichkeit erscheint, da technisch gut gemachte Filme mit Animationen von Dinosauriern ein Wissen suggerieren, dass wir noch nicht haben. Zunehmend interessant werden ökologische Fragen. Mit besserem Verständnis der Funktionsweise der einzelnen Dinosaurierarten kann man auch die Rekonstruktion ganzer prähistorischer Lebensgemeinschaften wagen.

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Kurioses aus der Wissenschaft

Gen-Musik und Riesenpillen – Kurioses aus der Wissenschaft So könnte ein magnetischer Deflektorschild wirken, der die Astronauten vor der gefährlichen kosmischen Strahlung schützt. © Royal Astronomical Society (RAS)

Sie klingen ungewöhnlich, skurril oder schlicht unglaublich: Meldungen wie „Forscher ‚spicken’ bei Raumschiff Enterprise“ oder „Riesenpille stoppt rülpsende Rinder“ animieren zunächst zum Schmunzeln – oder zum Stirnrunzeln. Doch dahinter verbergen sich seriöse wissenschaftliche Studien und wichtige wissenschaftliche Entdeckungen... Forscher „spicken“ bei Raumschiff Enterprise Manchmal gibt Science Fiction der Wissenschaft wichtige Impulse, das gilt auch für die Fernsehserie „Raumschiff Enterprise“: Denn britische Forscher arbeiten zurzeit an der Entwicklung von magnetischen Deflektorschilden die künftig Astronauten in Raumschiffen vor den tödlichen kosmischen Strahlenstürmen schützen sollen – ganz nach dem Vorbild der Kultserie. Wenn in der Zukunft einmal bemannte Raumsonden auch weiter entfernte Planeten besuchen sollen, sind sie Strömen energiereicher Strahlung ausgesetzt, die ihren Ursprung beispielsweise im Sonnenwind oder in Sonneneruptionen haben. Für den Menschen sind sie gefährlich, im Extremfall sogar tödlich. Doch wie kann man die Besatzung der Raumkapseln vor diesem Bombardement im All bewahren? Hier auf der Erde schützt uns das irdische Magnetfeld vor diesem „Bombardement“ aus dem All, aber könnte man damit auch Astronauten

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Gen-Musik und Riesenpillen

in den winzigen Raumkapseln vor Strahlenfolgen bewahren? Das testen Physiker am Rutherford Appleton Laboratory in Großbritannien, indem sie eine Art transportable Mini-Version dieses Magnetfelds im Labor erzeugen. Damit dies funktioniert, nutzen die Forscher modernste Technologien, darunter Supraleiter und eine Magnettechnologie, die bisher in Fusionsreaktoren verwendet wird. Ob sich dieser Ansatz jedoch bewährt, müssen die Experimente erst noch zeigen. Nach diesem Prinzip konstruierte Deflektorschilde könnten aber vielleicht schon bald die dickwandigen Schutzräume überflüssig machen, in die sich heute die Besatzung der Internationalen Raumstation ISS bei erhöhter Strahlung zurückzieht. (04/2007, Royal Astronomical Society)

Lockiges Haar hat weniger Knoten Auf den ersten Blick scheint es klar: Lockige Haare sind zerzauster und müssen demnach auch mehr Knoten bilden als glattes Haar. Doch dem ist nicht so, wie ein französischer Forscher festgestellt hat. In einem Experiment ließ er zunächst Friseure all diejenigen Verflechtungen in den Haaren ihrer Kunden zählen, an denen ein Kamm oder eine Bürste hängen blieb. Anschließend entwickelte JeanBaptiste Masson von der Ecole Polytechnique in Paris ein geometrisches Modell, mit dem er die Ergebnisse dieses Versuchs mathematisch beschrieb. Das Resultat überraschte: Im glatten Haar fanden sich erstaunlicherweise fast doppelt so viele Knoten wie im lockigen. Nach Ansicht des Forschers gibt es dafür eine einfache Erklärung: Zwar kommen sich bei glattem Haar die einzelnen Haare seltener ins Gehege, wenn sie aber einander kreuzen, tun sie dies in einem flacheren Winkel. Dieser Winkel jedoch, das hat das Modell ergeben, ist ausschlaggebend dafür, ob Knoten entstehen oder nicht. Die leicht geschuppte Oberflächenstruktur der Haare sorgt dafür, dass sie sich relativ problemlos wieder voneinander lösen, wenn sie in einem steilen Winkel aufeinander treffen. Liegen sie aber nahezu parallel, wie bei glattem Haar die Regel, verhaken sich die Schuppen leichter und es entstehen Knoten. Diese neuen Erkenntnisse könnten beispielsweise zu verbesserten Klettverschlüssen führen. (09/2007, American Journal of Physics)

Die winzigen Rauigkeiten der Haaroberfläche beeinflussen unter anderem das „Verknoten“. © SXC

Jedes Basenpaar der DNA trägt zur „Genmusik“ bei. © SXC

Gensequenzen als Musik Wie klingt eine Gensequenz? In einem ungewöhnlichen Versuch ist es Biologen gelungen, diese Frage zu beantworten und den genetischen Code von zwei menschlichen Proteinen in Noten umzusetzen. Die Forscher der Universität von Kalifornien nahmen dabei so genannte Codons als Grundlage für ihre Notation. Diese Einheiten von drei benachbarten Basenpaaren kodieren jeweils eine Aminosäure und damit einen Grundbaustein für die Proteine. Die Wissenschaftler entschieden sich dafür, jede der 20 Aminosäuren als Akkord umzusetzen. Dabei wiesen sie chemisch ähnliche Aminosäuren, wie beispielsweise Tyrosin und Phenylalanin, den jeweils gleichen Grundakkord zu – in diesem Falle G-Dur – aber mit jeweils etwas anders arran-

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HIGHLIGHTS

Kurioses aus der Wissenschaft

Treibhausgas Methan Nur etwa ein Drittel des Methans in der Atmosphäre stammt aus natürlichen Quellen wie Feuchtgebieten, Sümpfen oder dem tropischen Regenwald. Der verbleibende Rest ist auf menschliche Einflüsse zurückzuführen, darunter die Nutzung fossiler Brennstoffe, Brandrodungen oder Hausmülldeponien. Großen Anteil an der jährlichen Methanproduktion von rund 535 Millionen Tonnen hat aber auch die Landwirtschaft. So steuern Reisfelder und die Viehhaltung jeweils ein Fünftel zu diesen Treibhausgasemissionen bei.

Ein solcher Schokoriegel hat zwar reichlich Kalorien, enthält aber auch das die Gehirndurchblutung anregende Flavanol. © SXC

gierten Einzeltönen. Als Resultat erhielten sie so eine Musik mit 20 Akkorden und einem Tonumfang von zwei Oktaven. Die Dauer einer Note oder eines Akkords wurde durch die Häufigkeit einer Aminosäurensequenz bestimmt: Die Forscher teilten die Häufigkeiten in vier Klassen ein und ordneten diese vier Tonlängen zu. Die Musik für die ersten beiden menschlichen Proteine ist auf diese Weise bereits fertig „komponiert“. Ein ebenfalls neu entwickeltes Computerprogramm nutzt die „Übersetzungsregeln“, um automatisch weitere Proteinsequenzen in Musik umzusetzen. Ziel des Projekts war es, mehr Aufmerksamkeit für die Genbiologie zu erzeugen, die Forscher wollten aber auch sehbehinderten Wissenschaftler und Laien einen Eindruck von der Komplexität unseres Erbguts geben. (05/2007, Genome Biology)

Riesenpille stoppt rülpsende Rinder Wie kleine Fabriken stoßen Kühe beim Wiederkäuen große Mengen des Treibhausgases Methan aus und tragen so zu einem nicht unerheblichen Teil zum Klimawandel bei. Mit einer neuen Riesenpille wollen Forscher dieses Phänomen in Zukunft entschärfen. „Keimlinge enthalten Stoffe, die die Methanbildung reduzieren können und das Futter für die Kuh besser verwertbar machen“, erläuterte Professor Winfried Drochner von der Universität Hohenheim. Bei diesen Substanzen handelt es sich um so genannte Tannine – natürlich vorkommende Gerbstoffe, die sich alle von der Gallussäure ableiten lassen. Die „Wunderstoffe“ sollen schon bald direkt aus den Pflanzen gewonnen werden, um sie anschließend den Kühen zu verabreichen. „Als nahezu faustgroße ‚Riesentablette’ – genannt: Bolus – könnten mikrobiell wirksame Stoffe in einer solchen Pille verpresst mehrere Monate im Kuhmagen liegen, sich langsam auflösen und den Methanausstoß täglich verringern“, so Drochner. Statt das Klima anzuheizen, würden die Tiere dann das Futter gut nutzen – und die Kosten für Landwirte reduzieren. Einziges Problem: Die Wissenschaftler brauchen noch Sponsoren, die die Entwicklung der Riesenpille finanzieren. (03/2007, Universität Hohenheim)

au cht nur glücklich, einer seiner Inhaltsstoffe ür das Gehirn: Flavanol, so die Substanz aus rdert für einige Stunden die Durchblutung er wichtiger Hirnbereiche – und steigert o kurzfristig die mentale Leistungsfähigeit. Dies stellten Wissenschaftler der Univertät von Nottingham bei einem Blick in das ehirn von Schokoladenessern und Kakaotrinern mithilfe der Magnetresonanztomograhie fest. Die Probanden seiner Studie hatten or eine Tasse von Flavanol-reichem Kakao zu en. „Die Demonstration dieses Effekts auf die in, dass bestimmte Lebensmittelinhaltsstoffe

246

Gen-Musik und Riesenpillen

unsere Hirnfunktionen anregen könnten, beispielsweise in Situationen starker Müdigkeit, Schlafmangels oder auch Alterns“, erklärt der britische Stoffwechselphysiologe Ian Macdonald. Die verbesserte Durchblutung könnte dem Gehirn helfen, bestimmte Aufgaben besser zu lösen und generell die Wachsamkeit über eine kurze Zeit erhöhen. Flavanole sind nicht nur in Schokolade enthalten, sondern finden sich auch in Rotwein, grünem Tee oder Blaubeeren. Der Forscher betonte aber, dass ein Kakao mit so hohen Flavanolgehalten, wie er sie in seiner Studie einsetzte, (noch) nicht kommerziell erhältlich ist. Das Gebräu wurde speziell für die Studie angereichert. (02/2007, University of Nottingham)

Antike Münze widerlegt Cleopatras Schönheit Cleopatra, die letzte Herrscherin Ägyptens, gilt heute noch immer als Inbegriff von Schönheit und Macht. Und auch ihr Geliebter, der römische Feldherr Mark Antonius, gehörte zu den attraktivsten Männern seiner Zeit – dachte man zumindest bisher. Aktuelle Forschungen allerdings widersprechen nun diesem Bild. So zeigt eine neu entdeckte Silbermünze aus dem Jahr 32 vor Christus ein Portrait von Antonius auf der einen und eines von Cleopatra auf der anderen Seite. Cleopatra wird darauf mit flacher Stirn, einer langen, spitzen Nase, schmalen Lippen und einem eher spitzen Kinn dargestellt. Mark Antonius hat hervortretende Augen, eine große Haken dicken Nacken. Aber woher stammt das K ihrer Schönheit? „Römische Aufzeichnungen berichten dass Cleopatra intelligent und charismat war und dass sie eine verführerische Stimm hatte, ihre Schönheit erwähnen sie nicht. Die Vorstellung von ihr als einer schönen Verführerin ist ganz offensichtlich erst in neuerer Zeit entstanden“, erklärt Lindsay Allason-Jones, Leiterin des Archäologischen Museums in Newcastle. Und Clare Pickersgill von der Universität von Newcastle upon Tyne ergänzt: „Die Beziehung zwischen Mark Antonius und Cleopatra ist seit langem von Schriftstellern, Künstlern und Filmemachern idealisiert worden. Schon Shakespeare schrieb 1608 eine Tragödie übe das Paar und die Hollywood-Verfilmu 1963 mit Elizabeth Taylor und Richard Bu trug ebenfalls zum Nimbus ihrer Schönh

Auf einer neu entdeckten römischen Münze aus dem Jahr 32 vor Christus wirkt Cleopatra weder schön noch verführerisch. © University of Newcastle upon Tyne

(02/2007, University of Newcastle upon Tyne)

247

EINBLICKE

Der Innenraum des Universum Science Center in Bremen verbindet die Themenwelten Mensch, Erde, Kosmos. © Harald Frater

Ein- und Ausblicke Begeisterung zu wecken für das, was hinter den Dingen steckt, und das möglichst früh, haben sich die Science Center in Deutschland zur Aufgabe gemacht. Schließlich will Deutschland ein technologieorientiertes Land bleiben. Um den Anschluß an die Weltspitze nicht zu verpassen, muss der zunehmende Bedarf an Ingenieuren und Wissenschaftlern gedeckt werden. Doch das geht nur, wenn der Nachwuchs schon früh an mathematisch-naturwissenschaftliche Fragestellungen herangeführt wird. Interesse durch Neugier wecken ist hier ein wichtiges Thema. Und wie steht es um die deutschen Universitäten? Wer an die Spitze will, muss Spitzenforschung betreiben. Dazu ist ein passendes Umfeld notwendig und die Rahmenbedingungen müssen stimmen. Ob Deutschland dabei die Nase vorn hat zeigt das Shanghai-Ranking.

EINBLICKE

Wissen zum Anfassen – Science Center in Deutschland Außenansicht des phaeno in Wolfsburg. Entwurf der irakisch-britischen Architektin Zaha Hadid. © Klemens Ortmeyer

250

Wissenschaft aktiv erleben – anhand interaktiver Exponate und MitmachStationen werden wissenschaftliche Erkenntnisse vielerorts in Science Centern in Deutschland einer breiten Öffentlichkeit vermittelt. In den zum Teil architektonisch aufwändig gestalteten Erlebniswelten „erfahren“ die Besucher ein buntes Kaleidoskop des Wissens – angefangen von Alltagserfahrungen bis hin zu komplexen naturwissenschaftlichen Phänomenen. Und auch immer mehr Museen und Dauerausstellungen schließen sich dem Trend an, die Besucher aktiv am Wissensgewinn zu beteiligen. Der vor allem im anglo-amerikanischen Raum populäre Ansatz des Public Understanding of Science will mit diesem spielerisch-entdeckenden Zugang das Interesse an Wissenschaft und Technik wecken. Neben einer Dauerausstellung zu den jeweiligen thematischen Schwerpunkten der Einrichtung widmen sich wechselnde Sonderausstellungen aktuellen Ereignissen oder Fragestellungen. Ähnlich gelagerte temporäre Ausstellungen, zum Beispiel in Form von Science Streets, bieten ebenfalls eine gute Möglichkeit, Einblicke in die Welt der Wissenschaft zu erhalten. Derartige Events werden bundesweit vor allen im Rahmen der Wissenschaftsjahre des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) veranstaltet.

Science Center in Deutschland

1 Phänomenta Flensburg

Maritimes Science Center Kiel (2011)

2 Phänomenta Peenemünde

Nordsee Science Center/ Phänomenta, Klimahaus 3 Bremerhaven 4 Maritimes Science Center Hamburg (2012)

Phänomenta Templin 6

5 Universum Science Center Bremen

phaeno Wolfsburg

Science Center 8 Spectrum Berlin

7 Terra phänomenalis Minden 9

10 Erlebniswelt Renaissance Hameln

11 Jahrtausendturm Magdeburg

12 Heinz Nixdorf MuseumsForum Paderborn Deutsches Hygiene Museum Dresden 16

13 Phänomenta Lüdenscheid Imaginata Jena 15

14 Odysseum Köln

Mathematikum Giessen 17

Ferrodrom Völklingen 19

Dynamikum Pirmasens 20

18 Kinder-Akademie Fulda

21 Explo Heidelberg

22 Turm der Sinne Nürnberg

Science Center Heilbronn (2009) Science Center Karlsruhe (2015)

Science Center Stuttgart (2010)

Deutsches Museum München 24 23 Science House Rust

in Betrieb im Bau geplant

251

EINBLICKE

1

Flensburg

Phänomenta Nach der Erweiterung im Jahr 2007 warten im einzigen Science-Center SchleswigHolsteins rund 200 Experimente aus Naturwissenschaft und Technik auf gut 3.200 Quadratmetern darauf, von Kindern, Jugendlichen und Erwachsenen ausprobiert zu werden. Hören, Sehen, Fühlen; Schwingen, Springen, Sprechen – die Phänomenta weckt die Sinne: Selbst ausprobieren, wie stabil eine Brücke aus Bauklötzen ist. Wie leicht sich ein Betonklotz mit einem Flaschenzug bewegen lässt. Oder wie viel Energie aufgewendet werden muss um einen Fernseher zu betreiben.

2

Künstlicher Tornado © Phänomenta

Norderstr. 157-163 24939 Flensburg

Peenemünde

Phänomenta

Tel: 0461/1444911 Fax: 0461/1444920

[email protected] www.phaenomenta.com/flensburg

Die weit über 200 naturwissenschaftlichen und physikalischen Phänomene auf der 2.500 Quadratmeter großen Ausstellungsfläche muss man anfassen, um sie zu begreifen oder einsteigen, um sie zu verstehen. Im Astronautentrainer kann man seine Tauglichkeit für die Weltraumfahrt testen. Vertikale und horizontale Drehbewegungen vermitteln eine Art 3D-Flug. Am Lichtmischer kann man die Helligkeit der drei Farben verändern und so 16,3 Millionen verschiedene Farbkombinationen herstellen.

3

Astronautentrainer © Phänomenta

Museumsstr. 12 17449 Peenemünde

Tel: 03871/26066 Fax: 03871/26088

Bremerhaven

Phänomenta / Nordsee Science Center

[email protected] www.phaenomenta-peenemuende.de

Unter einem gemeinsamen Dach und in enger Zusammenarbeit präsentieren die Vereine PHÄNOMENTA Bremerhaven e.V., Nordsee Science Center e.V. und Bremerhavener Sternfreunde e.V. unterschiedlichste naturwissenschaftliche und technische Themen mit ihren kulturellen, gesellschaftlichen und umweltrelevanten Bezügen einem breiten Publikum in anschaulicher und origineller Weise. In der Dauerausstellung gibt es mehr als 70 Exponate zu Phänomenen aus Natur, Naturwissenschaften und Technik.

4

Bau einer Brücke © Phänomenta

Hoebelstr. 24 27572 Bremerhaven

Bremerhaven

Klimahaus

Tel: 0471/413081 Fax: 0471/9412845

[email protected] www.phaenomenta-bremerhaven.de

Eine Reise um die Welt von und nach Bremerhaven, immer entlang des 8. Längengrades, das ist eine der Hauptattraktionen des Klimahauses, das im März 2009 seine Pforten öffnet. Auf 5.000 Quadratmetern durchwandert man vielfältige Klimazonen und trifft Menschen, deren Alltag stark durch das jeweils vorherrschende Klima bestimmt wird. Man wird extreme Temperaturen erleben und erstaunliche Tiere und Pflanzen finden. Interaktive Exponate helfen, auch komplexe Zusammenhänge im Klimageschehen der Erde zu begreifen.

Foyer © Klimahaus Bremerhaven

252

Am Längengrad 8 27569 Bremerhaven

Tel: 0471/9020300 Fax: 0471/90203099

[email protected] www.klimahaus-bremerhaven.de

Science Center in Deutschland

Universum Science Center

Bremen

5

Templin

6

Im Science Center gibt es seit der Eröffnung im Jahr 2000 rund 250 Mitmach-Exponate, an denen wissenschaftliche Phänomene entdeckt werden können. Dabei dreht sich in dem walförmigen Gebäude alles um die Themenbereiche Mensch, Erde und Kosmos. So können die Besucher beispielsweise an einem riesigen Gong den Schall fühlen oder die Ursache der Plattentektonik erforschen. In dem seit Juli 2007 existierenden EntdeckerPark gibt es auf 5.000 Quadratmetern weitere 25 Experimentierstationen zum Thema Bewegung. Wiener Str. 1a 28359 Bremen

Tel: 0421/3346-0 Fax: 0421/3346-109

[email protected] www.universum-bremen.de

Außenansicht © Harald Frater

Phänomenta In der Ausstellung locken Spiegelungen und optische Täuschungen, Knobeleien fordern zum logischen Denken, Kombinieren und Ausprobieren heraus. Ein Besuch in der Phänomenta bedeutet natürlich Spaß: Ein Bogen aus locker aneinander gesetzten Bauklötzen trägt auch schwergewichtige Besucher – wie ist das möglich? Führt immer der kürzeste Weg am schnellsten zum Ziel? Diese und viele andere Fragen erwarten den Besucher im Historischen Rathaus von Templin, das seit 1998 Sitz der Templiner Zweigstelle der Phänomenta ist. Rathaus Am Markt 17268 Templin

Tel: 03987/202878

[email protected] www.phaenomenta-templin.de

Blick in den Drehspiegel © Phänomenta

phaeno

Wolfsburg

7

250 Experimentierstationen laden Sie dazu ein, Phänomene aus Biologie, Physik, Chemie, Mathematik und Technik zu entdecken. Benötigt man Hilfe bei der Durchführung eines Experimentes, kann man jederzeit die phæno(wo)men ansprechen. Sie sind überall in der Ausstellung präsent und an ihren roten Westen zu erkennen. In dem Experimentierfeld gibt es keine vorgeschriebenen Wege – hier bestimmt jeder seine Richtung selbst durch die Bereiche Bewegung, Energie, Information, Leben, Licht und Sehen, Materie, Mikro Makro, Spiele, Wind und Wetter. Willy-Brandt-Platz 1 38440 Wolfsburg

Tel: 0180/1060600

[email protected] www.phaeno.de

Feuertornado © Lars Landmann, phaeno

Berlin

Science Center Spectrum

8

Im ältesten Science Center Deutschlands machen rund 250 interaktive Experimentierstationen Grundlagen von Naturwissenschaft und Technik erlebbar. Auf einer Ausstellungsfläche von etwa 1.400 Quadratmetern stehen vor allem verschiedene Teilgebiete der Physik, aber auch angrenzende Gebiete im Mittelpunkt: Sehen und Wahrnehmen, Mechanik und Bewegung, Elektrizität und Magnetismus, Wärme und Temperatur, Licht und Sehen, Musik und Hören, Atom- und Kernphysik, Astronomie und Weltall, Kunst und Technik, Zahl und Mathematik. Möckernstr. 26 10963 Berlin

Tel: 030/90254-284 Fax: 030/90254-283

[email protected] www.dtmb.de/spectrum

Plasmakugel © Clemens Kirchner

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EINBLICKE

9

Minden

Terra phänomenalis im potts park Das 1.700 Quadratmeter große Science Center Terra phänomenalis liegt inmitten des Freizeitparks potts park. Zahlreiche Wissensstationen und über 150 interaktive Lernstationen aus Mechanik, Akustik, Elektrizität, Aerodynamik, Mathematik, Wärmelehre und Optik erwarten wissbegierige Besucher. Der Bereich Optik bildet einen Schwerpunkt mit rund 80 verblüffenden Exponaten. Im Freigelände schrauben Sie Wasser in die Höhe oder „schrumpfen“ in der Riesenwohnung auf Kleinkindgröße zusammen.

Riesenwohnung © Heinrich Pott KG

10 Magdeburg

Bergkirchener Str. 99 32429 Minden

Tel: 0571/51088 Fax: 0571/5800421

[email protected] www.pottspark-minden.de

Jahrtausendturm Im Jahrtausendturm erlebt man von April bis Oktober eine Zeitreise durch 6.000 Jahre Wissenschafts- und Technikgeschichte der Menschheit mit ihren verschiedensten Erfindungen und Errungenschaften der unterschiedlichen Kulturen. Die Anfänge der Chemie, die Optik, Medizin und Evolutionslehre werden präsentiert und im Wissenschaftsbereich durch die modernen Themen wie Röntgenstrahlen, Astronomie und Gentechnologie ergänzt. An vielen Stationen lassen sich spannende und interaktive Experimente durchführen.

Foucaultsches Pendel © MVGM

11 Hameln

Tessenowstr. 5A 39114 Magdeburg

Tel: 0391/5934-302 Fax: 0391/5934-399

[email protected] www.mvgm.de

Erlebniswelt Renaissance An sechs historischen Standorten wird die Reise ins Weserbergland zur Zeitreise in die Renaissance. Im Mittelpunkt stehen die welthistorischen Ereignisse jener Zeit, das Leben der Menschen, ihre Ideen und Erfindungen. Neu entwickelte, hochmoderne Ausstellungstechnik vermittelt das Gefühl, dabei zu sein, wie Magellan als Erster die Welt umsegelt oder wie Luther sich mit der Katholischen Kirche anlegt. Im Hamelner Hochzeitshaus laufen die Fäden zusammen. Hier ereifern sich beispielsweise Galilei und Einstein in einer Talkrunde über ihr Verständnis von Zeit.

Im Hochzeitshaus © Erlebniswelt Renaissance

12 Paderborn

Osterstr. 2 31785 Hameln

Tel: 05151/403680 www.erlebniswelt-renaissance.de

Heinz Nixdorf MuseumsForum Antike Schrifttafeln, historische Schreib- und Rechenmaschinen, die ersten PCs oder die neuesten Entwicklungen zur künstlichen Intelligenz: Auf 6.000 Quadratmetern Fläche werden Geschichte, Gegenwart und Zukunft der Informationstechnik mit Erlebniswelten zu Bereichen wie mobile Kommunikation, Robotik und Digitalisierung präsentiert. Laut Guinness-Buch ist das HNF das größte Computermuseum der Welt. Besucher können Telefonvermittlungsanlagen benutzen, Computerspiele testen oder sich mit dem virtuellen Max unterhalten.

Foyer © HNF

254

Fürstenallee 7 33102 Paderborn

Tel: 05251/3066-00 Fax: 05251/3066-09

[email protected] www.hnf.de

Science Center in Deutschland

Phänomenta

Lüdenscheid 13

Wie funktioniert Strom? Wie entsteht ein Blitz? Wie sieht Radioaktivität aus? 130 Stationen mit Experimenten laden zum Ausprobieren, Nachdenken und Spaßhaben ein. Ob Elektrizität oder Magnetismus, optische Illusionen oder akustische Täuschungen: einmal dem eigenen Schatten davonlaufen oder einfach den Boden unter den Füßen verlieren. Beobachten, was mit der Haut passiert oder schnell mal in ein Kaleidoskop eintauchen – die Besucher werden Teil der Experimente und der Ausstellung. Gustav-Adolf-Str. 9 58507 Lüdenscheid

Tel: 02351/21532 Fax: 02351/21598

[email protected] www.phänomenta.de/luedenscheid/

An der Zange © Phänomenta

Köln 14

Odysseum Das Odysseum ist Erlebniswelt, Experimentierlandschaft und Science Center in einem und macht unter der Überschrift „Leben – Wissen – Zukunft“ ab Ende 2008 Wissen zur Gestaltung der Zukunft erlebbar. Es versteht sich als Schaufenster der regionalen Forschungslandschaft und als offene Plattform für Wissensvermittlung und Dialog zwischen Wissenschaft und Gesellschaft. Es möchte interessierte Menschen aus Köln und der näheren und weiteren Region an wissenschaftliches Denken, Naturwissenschaften und Technologieentwicklung heranführen. Corintostraße 51103 Köln

Tel: 0221/7880060

[email protected] www.odysseum.de

Nachtansicht © SK-Stiftung CSC

Imaginata

Jena 15

Die IMAGINATA ist ein Experimentarium für die Sinne: Lernpark, FortbildungsLabor, Denkmal, Science-Center, Konzertsaal und Galerie. In den Schalthallen und auf dem Freigelände hat sich ein Erfahrungsfeld zum Entdecken und Erfinden entwickelt; Zug um Zug kommen neue Stationen hinzu. Hier können Besucherinnen und Besucher experimentieren sowie Wahrnehmungen und Hypothesen prüfen. Viele Versuche sind so groß, dass man sich hineinbegeben und sie mit dem ganzen Körper erleben muss, statt sie von außen distanziert zu betrachten. Löbstedter Str. 67 07749 Jena

Tel: 03641/889920

[email protected] www.imaginata.de

Deutsches Hygiene Museum

Möbiusbahn © Imaginata

Dresden 16

Im Mittelpunkt der Ausstellungen stehen die biologischen, sozialen und kulturellen Dimensionen des Menschen. Auf rund 2.500 Quadratmetern Fläche sind über 1.300 Exponate ausgestellt. Daneben sorgen Leihgaben, eigens für die Ausstellung entwickelte Medieneinheiten und interaktive Stationen für ein ebenso informatives wie unterhaltsames Museumserlebnis. In der völlig neu konzipierten Dauerausstellung werden neben wertvollen Exponaten (Gläserne Figuren, anatomische Modelle, etc.) zahlreiche Mitmachelemente präsentiert. Lingner Platz 1 01069 Dresden

Tel: 0351/4846-400 Fax: 0351/4846-102

[email protected] www.dhmd.de

Raum Erinnern © DHMD, David Brandt

255

EINBLICKE

17 Giessen

Mathematikum Das Mathematikum ist das erste mathematische Mitmach-Museum der Welt, in dem Mathematik einer möglichst großen Allgemeinheit zugänglich gemacht wird, insbesondere jungen Menschen. Über 100 Exponate öffnen eine neue Tür zur Mathematik. Besucher jeden Alters und jeder Vorbildung können hier gemeinsam experimentieren: Sie legen Puzzles, bauen Brücken, zerbrechen sich den Kopf bei Knobelspielen, entdecken an sich selbst den goldenen Schnitt, schauen einem Kugelwettrennen zu und vieles mehr.

Spiegelexperiment © Mathematikum

18 Fulda

Liebigstr. 8 35390 Giessen

Tel: 0641/9697970 Fax: 0641/97269420

[email protected] www.mathematikum.de

Kinder-Akademie Die Kinder-Akademie Fulda, das älteste eigenständige Kindermuseum Deutschlands, versteht sich als Kulturort mit dem Ziel, Menschen in jungen Jahren mit Kunst und Kultur, Wissenschaft und Technik in Berührung zu bringen. Auf 2.000 Quadratmetern Fläche regen interaktive Objekte den Entdeckergeist der Besucher an. Hauptattraktion ist das europaweit einzigartige „begehbare Herz“. Im Akademiebereich finden Workshops als fortlaufende Kurse während der Schulzeit und als Ferienprogramme unter Anleitung von Fachleuten statt.

Das begehbare Herz © Kinder-Akademie

19 Völklingen

Mehlerstraße 4 36043 Fulda

Tel: 0661/90273-0 Fax: 0661/90273-25

[email protected] www.kaf.de

Ferrodrom Am Eingang des Ferrodroms bereitet einer der weltweit größten Feuertornados einen feurigen Empfang. In der Möllerhalle dann das Rätsel der vier Elemente: Welche Rolle spielen Feuer, Wasser, Erde, Luft in einer Eisenhütte? Die unheimliche Nebelwand verwandelt Wasser in Feuer. Der riesige Eiswürfel macht Wasser hart wie Stein. Kann Sand flüssig werden? Wirbelstürme selbst gemacht, der Wettlauf der Luftblasen, die Wolken in der Kugel. Das Hüttenlabor zeigt die magische Welt des Magnetismus mit verblüffenden Experimenten.

Völklinger Hütte © Völklinger Hütte, G. Kassner

20 Pirmasens

Rathausstr. 75-79 66333 Völklingen

Tel: 06898/9100100 Fax: 06898/9100111

[email protected] www.voelklinger-huette.org

Dynamikum Als erstes rheinland-pfälzisches Science Center thematisiert das Mitmachmuseum ab dem Frühjahr 2008 den Leitgedanken der Bewegung in vielen Facetten. Dabei sind die an über 200 interaktiven Experimentierstationen dargestellten Phänomene aus Natur und Technik in acht Bereiche unterteilt: Antritt, bewegte Masse, Dreh, Bewegungsmaschinen, schnelle Natur, Menschenkräfte, Denken in Bewegung und Tanz der Welt. An das Leitthema angelehnt zieht sich das Band der Bewegung über 480 Meter durch die 4.000 Quadratmeter große Ausstellung.

Band der Bewegung © Dynamikum

256

Der Rheinberger 66954 Pirmasens

Tel: 06331/842526

[email protected] www.dynamikum.de

Science Center in Deutschland

Explo

Heidelberg 21

Das Explo ist ein interaktives Studienzentrum mit naturwissenschaftlichem Bildungsangebot. Kinder und Erwachsene, Schüler und ihre Lehrer erleben hier Phänomene der Naturwissenschaften. Welche Farben hat das Licht einer Kerze? Auf diese Frage werden Kindergartenkinder nur in seltenen Fällen von ihren Eltern eine Antwort erwarten dürfen. Jugendliche erfahren, was eine Spektralanalyse ist oder wie der Mörder, der sich beim Einschlagen einer Fensterscheibe in den Finger geschnitten hat, anhand seiner DNA identifiziert werden kann. Im Neuenheimer Feld 582 Tel: 06221/7282346 69120 Heidelberg Fax: 06221/421410

[email protected] www.explo-heidelberg.de

Blick in die Unendlichkeit © ExploHeidelberg

Nürnberg 22

Turm der Sinne Wie funktioniert unsere Wahrnehmung? Wann und warum täuschen wir uns? Können wir trotzdem zu verlässlichen Erkenntnissen gelangen? Der Turm der Sinne geht diesen Fragen auf den Grund. Auf sechs Stockwerken eines historischen Nürnberger Stadtmauerturms wartet eine spannende Auswahl an Handson-Exponaten auf Besucherinnen und Besucher. So erfährt man beispielsweise, warum die Zunge weniger als wir denken zum Schmecken beiträgt und dass zwei Augen mehr leisten, als die Welt nur einfach „abzubilden“. Westtor/Spittlertorgraben Tel: 0911/9443281 90429 Nürnberg Fax: 0911/9443269

[email protected] www.turmdersinne.de

Experiment © Turm der Sinne

Science House

Rust 23

Auf 1.000 Quadratmetern fordern 80 interaktive Experimentier- und Mitmachstationen zum Entdecken auf. Die Themenschwerpunkte lauten „Entdecken und Erfinden“, „Mensch“ sowie „Natur“. In der Ausstellung werden aktuelle Themen aus Wissenschaft und Technologie aufgegriffen. Rund um den Menschen werden seine Beziehungen zur Umwelt, zur Technik und zum eigenen Körper beleuchtet. Das „Science House“ setzt auf so genannte Hands-on-Exponate. Dabei erleben Besucher Phänomene hautnah auf unterhaltsame Art. Europa-Park-Str. 2 77977 Rust/ Freiburg

Tel: 01805/776688 Fax: 07822/8605779

[email protected] www.science-house.de

Deutsches Museum

Außenansicht © Science House

München 24

Als eines der größten technisch-naturwissenschaftlichen Museen der Welt umfassen seine Dauerausstellungen die meisten Gebiete der Technik und die wichtigsten Gebiete der Naturwissenschaften. Neben historischen Originalen bietet das Museum Modelle, Experimente und Demonstrationen zum Mitmachen. Darüber hinaus setzen sich temporäre Ausstellungen mit aktuellen Themen auseinander. Im „Kinderreich“ werden Kindergarten- und Grundschulkindern und ihren Eltern spielerisch Zusammenhänge aus Wissenschaft und Technik erläutert. Museumsinsel 1 80538 München

Tel: 089/2179-1 Fax: 089/2179-324

[email protected] www.deutsches-museum.de

Faradayscher Käfig/Zellwald © DM, S. Wameser

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EINBLICKE

Deutschlands Universitäten im Shanghai-Ranking 2007 Am Lehrstuhl für Feststoff- und Grenzflächenverfahrenstechnik, Universität Erlangen-Nürnberg. © Harald Frater

Harvard vor Stanford und dann die Universität von Kalifornien in Berkeley: Dies sind die Sieger der Top 500 Rangliste 2007 der weltbesten Hochschulen. Veröffentlicht wird sie jedes Jahr von der Universität Shanghai und ist daher auch als Shanghai-Ranking bekannt. Von den sechs deutschen Universitäten unter den Top 100 schnitten die Ludwig-MaximiliansUniversität München mit Platz 53 und die Technische Universität München, Platz 56, am erfolgreichsten ab. Die besten Platzierungen in Europa erhielten die Universitäten Cambridge und Oxford auf Rang vier und zehn. Beste kontinentaleuropäische Hochschule – in ganz Europa auf Rang fünf und weltweit auf Rang 27 – ist die Eidgenössische Technische Hochschule Zürich. Sie belegt damit die gleiche Position wie in den Jahren zuvor. Der weltweite Vergleich von Hochschulen wird jährlich anhand von folgenden Indikatoren vorgenommen: Qualität der Ausbildung, zum Beispiel Absolventen, die einen Nobelpreis oder wichtigen Mathematik-Preis gewonnen haben; Qualität des Personals – Wissenschaftler mit Nobel-Preis beziehungsweise wichtigem Mathematik-Preis sowie häufig zitierte Forscher in 21 Fächern; Output in der Forschung, also die Anzahl der in den Fachmagazinen “Nature” und “Science” sowie im “Web of Science” publizierten Artikel sowie die Größe der Institutionen und damit die akademische Leistung mit Blick auf die Größe.

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Hochschulranking 2007

Wie bei allen Rankings lassen sich auch hier Kritikpunkte anbringen. So benachteilgen eine höhere Wertung mathematischer Preise und Veröffentlichungen Universitäten mit einem eher humanistischen Schwerpunkt. Auch sagt die Berücksichtigung früherer Nobelpreisträger nichts über die Qualität der heutigen Forschungsleistung aus. Da das Ranking keine Wertung für einzelne Fächer ausgibt, sollte für die Wahl eines Studienortes ein auf das Studienfach bezogenes Ranking, wie beispielsweise das CHE-Ranking zu Rate gezogen werden. Rg. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 23 25 26 27 28 29 30 30 32 33 34 35 36 37 38 39 39 41 42 43 43 45 46 47 48 49 50

Universität Harvard Stanford California - Berkeley Cambridge Massachusetts Inst Tech (MIT) California Inst Tech Columbia Princeton Chicago Oxford Yale Cornell California - Los Angeles California - San Diego Pennsylvania Washington - Seattle Wisconsin - Madison California - San Francisco Johns Hopkins Tokyo Michigan - Ann Arbor Kyoto Imperial Coll London Toronto Coll London Illinois - Urbana Champaign ETH Zürich Washington - St. Louis Northwestern New York Rockefeller Duke Minnesota - Twin Cities Colorado - Boulder California - Santa Barbara British Columbia Maryland - Coll Park Texas - Austin Paris Texas Southwestern Med Center Vanderbilt Utrecht Pennsylvania State Univ - Univ Park California - Davis California - Irvine Kopenhagen Rutgers State Univ - New Brunswick Manchester Pittsburgh Southern California

Land Punkte Nat.Rg. 100 USA 1 73,7 USA 2 71,9 USA 3 GB 71,6 1 USA 70,0 4 USA 66,4 5 USA 63,2 6 USA 59,5 7 USA 58,4 8 GB 56,4 2 USA 55,9 9 USA 54,3 10 USA 52,6 11 USA 50,4 12 USA 49,0 13 USA 48,2 14 USA 48,0 15 USA 46,8 16 USA 46,1 17 J 45,9 1 USA 44,0 18 J 43,1 2 GB 43,0 3 CDN 43,0 1 GB 42,8 4 USA 42,7 19 CH 39,9 1 USA 39,7 20 USA 38,2 21 USA 38,0 22 USA 38,0 22 USA 37,4 24 USA 37,0 25 USA 36,6 26 USA 35,8 27 CDN 35,4 2 USA 35,0 28 USA 34,4 29 F 33,8 1 USA 33,8 30 USA 33,6 31 NL 33,5 1 USA 32,7 32 USA 32,7 32 USA 32,5 34 DK 32,2 1 USA 32,1 35 UK 32,0 5 USA 31,9 36 USA 31,4 37

Rg. 51 52 53 53 53 56 57 58 58 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 76 78 79 80 81 82 83 83 83 86 87 87 87 90 91 92 93 94 94 96 97 97 99 99

Universität Florida Paris Sud Karolinska Inst Stockholm Edinburgh Universität München Technische Universität München Australian Natl Univ North Carolina - Chapel Hill Universität Zürich Carnegie Mellon Ohio State - Columbus Bristol McGill Hebrew Univ Jerusalem Universität Heidelberg Uppsala Osaka Purdue Univ - West Lafayette Oslo Brown Leiden Sheffield Helsinki Arizona Rochester Moscow State Univ Tohoku Case Western Reserve Univ Melbourne Michigan State Univ Nottingham Basel Boston Ecole Normale Super Paris King‘s Coll London Stockholm McMaster Rice Universität Göttingen Indiana - Bloomington Texas A&M Univ - Coll Station Birmingham Utah Nagoya Universität Freiburg Arizona State Univ - Tempe Lund Iowa Tokyo Inst Tech Universität Bonn

Land Punkte Nat.Rg. USA 31,1 38 F 30,9 2 S 30,8 1 GB 30,8 6 D 30,8 1 D 30,6 2 AUS 30,4 1 USA 30,2 39 CH 30,2 2 USA 30,0 40 USA 29,5 41 GB 29,4 7 CDN 29,3 3 IL 29,0 1 D 28,9 3 S 28,8 2 J 28,6 3 USA 28,3 42 N 28,2 1 USA 28,1 43 NL 28,0 2 GB 27,9 8 FIN 27,8 1 USA 27,6 44 USA 27,4 45 RUS 27,1 1 J 27,1 4 USA 26,8 46 AUS 26,6 2 USA 26,1 47 GB 26,0 9 CH 25,9 3 USA 25,5 48 F 25,5 3 UK 25,5 10 S 25,3 3 CDN 25,0 4 USA 25,0 49 D 25,0 4 USA 24,9 50 USA 24,8 51 GB 24,5 11 USA 24,3 52 J 24,1 5 D 24,1 5 USA 24,0 53 S 23,9 4 USA 23,9 54 J 23,8 6 D 23,8 6

102-150. Frankfurt, Hamburg, Münster, Tübingen, Würzburg 151-202. Kiel, Köln, Mainz 203-304. Aachen, TU Berlin, Bochum, Erlangen-Nürnberg, Halle-Wittenberg, Karlsruhe, Leipzig, Marburg 305-401. Braunschweig, Darmstadt, Dresden, Bayreuth, Bielefeld, Düsseldorf, Duisburg-Essen, Gießen, Greifswald, Jena, Konstanz, Regensburg, Stuttgart, Ulm 402-508. MH Hannover, Bremen, Hannover, Rostock, Saarbrücken

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EINBLICKE

Ausblick 2008 – Stimmen aus der Wissenschaft Neue Entwicklungen erwarten uns im Mikro- als auch im Makrokosmos. © Harald Frater

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Das Jahr 2007 war reich an spektakulären Entdeckungen, spannenden Entwicklungen und überraschenden Einblicken in die Geheimnisse der Natur, des Kosmos, aber auch des Menschen selbst. Was aber bringt die Zukunft? Auf welche wissenschaftlichen Entwicklungen können wir im nächsten Jahr gespannt sein? Wir haben Wissenschaftler gefragt.

Die meisten der großen und bahnbrechenden Entdeckungen wurden nicht vorhergesagt. Solche Entdeckungen erhoffen wir uns, sagen sie aber nicht voraus. Dadurch, dass wir völlig neue Forschungsgeräte bauen, erhöhen wir die Chancen für eine entscheidende Entdeckung wesentlich. Prof. Dr. Albrecht Wagner, Vorsitzender des DESY-Direktoriums

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Durch die globale Vernetzung hat sich auch die Arbeit der Wissenschaftler verändert. Bei der Erdbeben- und Vulkanforschung erwarte ich in den kommenden Jahren vor allem raschere und genauere Auswerte- und Frühwarnmethoden, sowie einen deutlichen Sprung im Verständnis gekoppelter Systeme. Abseits meines Fachgebietes fasziniert mich die Biotechnologie und -medizin, bei deren rasanter Entwicklung es kaum abzusehen ist, welche Entdeckungen in zehn Jahren erreichbar sind. Dr. Thomas R. Walter, Vulkanologe am GeoForschungszentrum Potsdam

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Ausblick 2008

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Die Archäologie wird in den nächsten Jahren durch völlig neuartige Verfahren zur exakten Aufnahme riesiger Ruinenfelder geprägt werden, die uns in bislang nicht gekannter Weise helfen werden, komplexe Stadtanlagen vergleichsweise schnell in ihrer Struktur und inneren Gliederung zu verstehen, insbesondere dann, wenn umfassende geophysikalische Prospektionen noch hinzutreten. Ausgrabungen werden nur mehr ganz gezielt eingesetzt, um bestimmte Fragen zu klären. Der Erkenntnisfortschritt wird enorm sein, und der Archäologie wird es immer besser gelingen, Aussagen von beträchtlicher historischer Relevanz erzielen zu können. Prof. Dr. Hermann Parzinger, In den kommenden Jahren erwarte ich bahnbrechende Erkenntnisse in der Präsident des Deutschen Prävention und Therapie von Malaria. Malaria ist eine der tödlichsten KrankArchäologischen Instituts heiten, die jedoch hauptsächlich arme Länder betrifft und daher nicht das Interesse der Pharmaindustrie gewinnen konnte. Die Bill Gates Stiftung hat nun Milliarden für die Erforschung von Malaria zur Verfügung gestellt und auch die Aufmerksamkeit der westlichen Welt für diese Tropenkrankheit gewonnen. Der Klimawandel und die mögliche neuerliche Verbreitung von Malaria in Europa und im Süden Nordamerikas mag auch einen Einfluss auf eine verstärkte Erforschung von Tropenkrankheiten haben. Dr. Claudia Rutte, Zoologisches Institut der Universität Bern

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Es wird wohl in verschiedenen Bereichen wichtige Entdeckungen und Entwicklungen geben. Zufällige Entdeckungen sind nicht vorhersehbar, sonst wären sie nicht zufällig. Andererseits wird in einigen Disziplinen so umfangreich geforscht, dass wesentliche Entdeckungen und Entwicklungen fast sicher prognostiziert werden können. Zu diesen Bereichen gehören die Gentechnologie sowie mit der Humanmedizin verbundene Wissenschaftsfelder. Auch die Mechatronik und vielleicht sogar speziell die Biomechatronik befinden sich in interessanten Phasen. Hier besteht bereits viel Know-how, das Entwicklungspotenzial scheint aber noch gewaltig zu sein. Prof. Dr. Andreas Christian, Als Pflanzen-Molekularbiologin verfolge ich mit Freude, wie in den letzten Institut für Biologie der Jahren immer faszinierendere Gemeinsamkeiten zwischen Gen-RegulationsmeUniversität Flensburg chanismen und Pathogen-Abwehrprozessen bei grünen und tierischen Organismen ans Licht kommen. Seither haben sich die Forschungsaktivitäten um Nukleinsäure-basierte Informationssysteme in unterschiedlichen Organismen Die bedeutendsten wissenschaftliexponentiell vervielfacht und bringen immer wieder überraschende, bisher chen Entdeckungen werden sichervöllig übersehene Befunde hervor. Daher vermute ich, dass auch im Jahr 2008 lich in der Medizin stattfinden. Wie in diesem Forschungsfeld weitere bedeutende, möglicherweise sogar univerentstehen Krankheiten wie Alzheimer. sell gültige Entdeckungen gemacht werden. Abgesehen davon könnte ich mir Aber auch Medikamente zur Behandgut vorstellen, dass die wichtigste wissenschaftliche Erkenntnis des kommenden lung von Krebs können neu entdeckt Jahres von niemandem aus unserem Kreis hier vorausgesagt wird: Ich bin fest werden. davon überzeugt, dass die relativ geringe Zahl wirklich großer Entdeckungen nur Prof. Dr. Wilhelm Schänzer, selten durch planvoll-fleißige Forschung, sondern eher durch glückliche Zufälle Institut für Biochemie der und unerwartete Neben-Effekte zustande kommt. Deutschen Sporthochschule Köln Dr. Christina Wege, Biologisches Institut der Universität Stuttgart

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INDEX

Index

A ABC der Menschheit 4 Allergien 195 Alzheimer 130 Al Gore 70 Amyloid-Plaques 132 Antarktis 9, 25, 118 Archäologie 228 Arktis 9, 25, 118 Arten 236 Artensterben 24 Atmosphäre 97, 106, 119 Atome 25, 75, 144 Atomenergie 218 Atomkraftwerke 218, 226 B Bakterien 235 Ballungsgebiete 15 Beamen 20 Berggorillas 23 Beringstraße 21 Bewegungen 26 Biologieunterricht 198 biologische Uhr 22 Biomolekül 27 Boden 15 Braunschweig 16 Brennstoffe 218 Brennstoffzellen 20 Brustkrebs 22 BSE 21 C Chankillo 231 Cassini 26 Chemie 74 Chromosomen 23, 72, 178 Chronik 19 CO2 120, 216 Computer 144 Computerchip 23 Creutzfeld-Jacob 21 D Darwin 200 Desertifikation 121 Differenzierung 24 Dinosaurier 238, 243 DNA 23, 27, 134, 165, 174, 232 DNA-Sequenz 72, 174, 176 Dopamin 131, 134 Doping 206, 212 Dopingkontrolle 206 dunkle Materie 107 E Egoismus 20 Einwanderung 194 Eis 9, 99, 118 Elektronen 77, 171 embryonale Stammzellen 73 Emissionen 120, 122 Energie 121, 122 Entwicklungshilfe 216 Epigenetik 176

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Erdbeben 24, 124 Erde 12, 123 Erdkern 126 Erythropoietin 21, 206 Evolution 198, 236 Evolutionstheorie 200 extrasolare Planeten 104 F Farbe 170 Festplatte 76 FLASH 155, 161 Fluoreszenzmikroskopie 78 Freie-Elektronen-Laser 155, 156, 161 Friedensnobelpreis 70 Fruchtfliegen 27 G G8 213 Galaxien 107, 109 Gasriese 105 Gedächtnis 27 Gehirn 132 Gehirnzellen 131, 132, 134 Geisteswissenschaften 6 Gene 72, 174, 178, 181 Genom 174, 179 Genvariationen 23 Geoforschung 12 Geologie 14 Gravitationslinse 108 H H5N1 128 Halbleiter 171, 173 Hautkrebs 20 Hawaii 124, 127 Heiligendamm 213 Herodes 228, 230 Hochwasser 116 Hominiden 25 homologe Rekombination 72 I Intelligent Design 205 Internationales Polarjahr 8 International Year of Planet Earth 12 Inzucht 191 IPCC 9, 70, 71, 117 IPCC-Bericht 122 J Jahr der Geisteswissenschaften 4 Jena 17 Junk-DNA 174, 178 K Katalysator 75 Klaviersaite 26 Klima 9 Klimamodell 99 Klimaschutz 70, 119, 216 Klimawandel 117, 194 Kohlenstoffnanoröhrchen 26, 163, 165 Kooperation 189 Korallen 27 Korallenriffe 27, 118

Kreationismus 198, 203, 205 Krebs 181 Krümmel 221 Kryptografie 151 Kyrill 112 L Lachgas 21 Landbrücke 21 Laser 79, 154, 156, 159 Leibniz-Preis 80 Leichtathletik 206 Lesekopf 76 Licht 154, 157, 170 M Magnetfeld 77, 125, 165 Makromoleküle 155 Mars 96, 101, 103 Mars-Express 98 Materie 109 Mathematik 7 Mauna Loa 124, 127 Mausoleum 230 Medizin-Nobelpreis 72 Meer 24 Meereis 11 Meeresspiegelanstieg 117 Methan 23 Mikrokapseln 24 Mikroorganismen 101 Milchstraße 24, 109 N Nano-Optik 171 Nanodraht 163 Nanoröhren 162 Nanotechnologie 27, 162, 166 Naturkatastrophen 110, 116 Nobelpreis 70, 72, 74 Nordostpassage 10 Nordsee 23 Nutzpflanzen 195 O Oberfläche 165 Oberflächenchemie 74 Oberflächenplasmon 157 Ötzi 228 Ozon 25 P Parkinson 130, 134 Partnerwahl 191 Passivrauchen 22 Photonen 144, 150 photonische Kristalle 171 Planeten 96, 104 Plume-Theorie 124 Polargebiete 10 Prionen 21 Q Quantenbit 145 Quantencomputer 144, 148 Quantenkryptografie 150 Quantenphysik 150

Quantensimulationen 148 Quantenteleportation 20 Quasare 123 R Radiogalaxie 22 Radsport 207 Ratten 189, 192 Regen 24 Regenwald 235 Ressourcen 15, 189 Riesenmagnetowiderstand 76

Z Zellen 183 Zelltod 132 Zone des Lebens 105 Zukunftspreis 78 Zwerggalaxien 25

S Satelliten 9 Saturn 26 Schöpfungsgeschichte 198 Schwarzes Loch 22 Schwarze Raucher 126 Selbstorganisation 166 Silizium 26 Skythen 232, 234 Solarzelle 173 Sonnenobservatorium 231 Sonnenwind 125 Spin 77 Spinnen 189 Spintronik 76 Stadt der Wissenschaft 16 Stammzellen 24, 73, 134, 183 STED-Mikroskopie 79 Störfälle 226 Strahlung 107, 154 Sturm 112 T Tabakmosaikvirus 168 Tag-Nacht-Rhythmus 22 Teilung 23, 132 Temperatur 119 Testosteron 206 Treibhausgas 21, 119 Trockenheit 115, 122 Tyrannosaurus rex 238 U Überschwemmungen 116, 118 Umwelt 13 UN 13 Unwetter 112 V Vattenfall 222 Venus 26 Verschlüsselung 150 Verschränkung 145, 150 Virus 129 Vogelgrippe 128 Vogelspinnen 26 Vulkanausbruch 25, 27 W Waldbrände 112 Wettbewerb 17 Winterstürme 113

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