In Kürze

ZEITGEIST

Europe seeks its ancestors

DNA-Analyse in einem Labor der Universität Mainz. © Joachim Burger
DNA-Analyse in einem Labor der Universität Mainz.
© Joachim Burger

Auf der Suche nach unseren Wurzeln mithilfe von Gentests scheinen sich genauso viele Geheimnisse vor uns aufzutun wie gelöst werden. Bereits im Jahr 2005 wiesen Forscher des Instituts für Anthropologie der Johannes Gutenberg-Universität in Mainz (DE) nach, dass die ersten Bauern Europas nicht die direkten Vorfahren der modernen Europäer waren. Anschließend verglichen sie in einer neuen Studie die DNA dieser Bauern mit jenen der letzten Jäger und Sammler, die Europa nach der Eiszeit bewohnten. Doch auch hier ließ sich keine Verbindung zu den ersten Bauern feststellen, genauso wenig zur heutigen europäischen Bevölkerung. Damit stammt der moderne Europäer von keiner dieser beiden Gruppen ab, auch nicht aus einer Mischung dieser beiden, weil bestimmte gemeinsame DNA-Abschnitte in den untersuchten Skeletten fehlten. Was nun? Die Frage bleibt offen.

Doch mithilfe der Forschung ist es gelungen, erste Antworten auf die Frage, wie der Europäer sesshaft wurde, zu finden. Lange Zeit glaubte man, dass die ersten Bauern ehemalige Jäger und Sammler waren, die allmählich sesshaft werden wollten. Da es aber überhaupt keine Verbindung zwischen diesen beiden Gruppen gibt, müssen die Bauern von woanders her gekommen sein. Den Forschern ist die Lokalisierung und Datierung dieser Einwanderung gelungen: Diese Menschen stammten aus den Karpaten rund 7 500 Jahre vor unserer Zeit. Und dieser Ursprung bringt sie auch den Regionen näher, in denen die ersten Menschen sesshaft waren: im Osten und in Kleinasien.

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Stickstoff gefährdet Wüsten

Forscher der amerikanischen Cornell-Universität in New Jersey (US) haben eine Entdeckung gemacht, die uns gerne erspart geblieben wäre: Stickstoffverlust in trockenen Böden. Ihre in der Mojave-Wüste im Westen der USA durchgeführten Versuche zeigen, dass der Wassermangel in Kombination mit hohen Temperaturen zum Stickstoffverlust in Gasform führt. Da Wasser und Stickstoff zwei zentrale Elemente für die biologische Aktivität der Böden sind, bedeutet dies, dass die Vegetation in trockenen Gebieten noch ärmer wird. Damit nährt dieses Phänomen einen Teufelskreis. Die Stickstoffgase führen zur Erhöhung der Ozonkonzentrationen in der Tro po sphäre, die die Luft verschmutzen und vor allem den Treibhauseffekt antreiben. Damit tragen sie auch zur Erwärmung bei, die für den Klimawandel verantwortlich ist, und zur Abschwächung der Regenfälle in diesen Regionen.

Bisher wurde diese Form des abiotischen, nicht biologischen Verlusts in der Berechnung der Stickstoffbilanz noch niemals berücksichtigt. Deshalb bestanden die Wissenschaftler darauf, diesen neuen Faktor in die Klimamodelle zu integrieren.

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Welches ist das schönste Schweinchen?

© Shutterstock/Anat-oli
© Shutterstock/Anat-oli



Wenn sich ein Schwein im Spiegel sieht, wird es sich wahrscheinlich auf seinen vermeintlichen Artgenossen stürzen. Das würde man jedenfalls denken. Doch die Anthropozoologen – diese Disziplin untersucht die Verbindungen zwischen Mensch und Tier – der Universität Cambridge (UK) sind da anderer Meinung. Und um zu dieser Erkenntnis zu gelangen, bedarf es ein wenig Geduld.

Zwei Jahre lang sperrten die Wissenschaftler acht Schweine fünf Stunden täglich in einen Stall mit einem Spiegel. Anfangs waren die Tiere von ihrem Spiegelbild genervt und zerstörten den Spiegel jedes Mal, wenn sie ihn sahen. Doch bald schienen sie verstanden zu haben, dass im Spiegel nur das Bild ihrer Umwelt zu sehen war. Um dies zu überprüfen, stellten die Forscher einen Futtertrog in den Stall, und verteilten mithilfe eines Ventilators den Geruch. Der Trog war hinter einem Schirm verborgen, jedoch im Spiegel sichtbar. Mit Ausnahme eines Tieres konnten alle Schweine den Futtertrog innerhalb von 20 Sekunden lokalisieren.

Für den Studienleiter Daniel Broom könnte diese Information vielleicht zur Verbesserung der Lebensbedingungen von Zuchtschweinen beitragen. Mit dieser intellektuellen Fähigkeit reiht sich das Schwein in den sehr kleinen Kreis der Arten ein, die ein Bewusstsein für ihr eigenes Ich haben. Elefant, Orca, Delfin, Graupapagei, Elster, verschiedene Primaten und schließlich auch der Mensch, sobald er nach seinem 18. Lebensmonat das Spiegelstadium durchlaufen hat, gehören zu diesen wenigen Auserwählten.


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Kooperation oder Tod

Escherichia Coli.© Inserm
Escherichia Coli.
© Inserm


Eine französisch-portugiesische Forschergruppe des Pasteur- Instituts (FR) und der Universität Lissabon hat anhand des E. Coli-Bakteriums untersucht, wie Bakterien miteinander kooperieren. Ihre Studie wurde in der Fachzeitschrift Current Biology veröffentlicht. Dieses Bakterium lebt in der Darmflora und verträgt sich mit dem menschlichen Organismus sehr gut. Doch sobald sich die Interaktionen mit diesem oder mit anderen Bakterien ändern, kann es gefährlich werden. Sein Sekretom – die Gesamtheit der Proteine, von denen die vitalen Funktionen abhängen – wird sehr leicht von anderen Bakterien ausgenutzt und zwar über den horizontalen Gentransfer. Dabei springen sehr mobile Gene, die im Plasmid der Zelle kodiert sind, von einem Organismus zum anderen. Und dadurch wird E. Coli zu einem möglichen Kollaborateur, auch ohne sein Zutun.

Die Forscher wollten nun verstehen, warum dieses Phänomen fortbesteht, obwohl es den helfenden Organismen keine besonderen Vorteile bringt – jedenfalls, wenn es diese nicht schädigt. Der Studie zufolge ist dies durch einen dreifachen Prozess zu erklären. Zahlreiche Gene des Sekretoms verfügen über das Merkmal „Kooperation“. Sobald dieses auf andere Organismen übertragen wird, werden diese auch kooperativ. Um diese neue Population zu erhalten, haben sie sich mit anderen Genen ausgestattet, die eine Strafstrategie der Art „Kooperation oder Tod“ verfolgen. Diese genetische Ähnlichkeit der infizierten Individuen begünstigt die Weitergabe des Merkmals von einer Generation zur nächsten über die Verwandtschaftslinie. Die Untersuchung dieses Prozesses macht den Weg frei für ein besseres Verständnis des Bakterienwachstums und seiner möglichen Manipulationen.


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Babys mit Akzent

© Shutterstock/Ngo Thye Aun
© Shutterstock/Ngo Thye Aun

Aus früheren Studien wusste man bereits, dass Babys die Sprache bevorzugen, die sie bereits im Mutterleib gehört haben. Heute weiß man aber auch, dass die Schreimelodien der Neugeborenen dieser Sprache entsprechen. Eine Gruppe des Zentrums für vorsprachliche Entwicklung und Entwicklungsstörungen des Würzburger Universitätsklinikums (DE) hat die Schreimelodien von 30 französischen und 30 deutschen Neugeborenen untersucht. Es scheint, dass die französischen Neugeborenen ihren Schrei zum Ende hin betonen, wie in der französischen Sprache üblich, wogegen die deutschen Babys den Schrei am Anfang betonen. Hier liegt natürlich kein Akzent im wortwörtlichen Sinn vor, weil dieser die Betonung der Wörter betrifft. Die Studie bestätigt jedoch, wie wichtig die Sprachmelodie beim Spracherwerb ist, und zeigt deutlich, dass dieser bereits im Mutterleib beginnt, erst durch die Wahrnehmung und dann durch die Wiedergabe der gehörten Melodien. Den Forschern zufolge ist dies ein weiterer Hinweis, um das Rätsel der Sprachentstehung bei unseren Vorfahren zu lüften.



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Der Geruch alter Bücher

© Shutterstock/Valentin Agapov
© Shutterstock/Valentin Agapov


Der typische Schimmelgeruch, der den Charme alter Bücher ausmacht, steht im Mittelpunkt einer neuen Methode zur Bewertung der Alterung von Werken. Die Methode wurde von einer Gruppe englischer und slowenischer Forscher entwickelt und in der Fachzeitschrift Analytical Chemistry vorgestellt. Die Forscher bezeichneten diese Methode als „material degradomics“ (auf Deutsch in etwa: „Kunde der Materialauflösung“). Sie wurde am University College London und an der Universität Ljubljana entwickelt und bietet im Vergleich zu konventionellen Methoden einen wesentlichen Vorteil: Sie ist zerstörungsfrei, da sie ausschließlich den freigesetzten Geruch der analysierten Dokumente untersucht.

Wenn Bücher altern, setzen sie flüchtige organische Verbindungen (FOV) frei, die den typischen Geruch verursachen. Die Forscher analysierten die FOV von 72 historischen Werken, deren Zusammensetzung charakteristisch für das 19. und 20. Jahrhundert ist. Es wurden 15 FOV mit dem häufigsten Vorkommen als Marker für den Verfall ausgewählt und statistisch mit den Hauptbestandteilen des Papiers (Harz, Lignin, Carbonyl) und einigen chemischen Parametern, etwa dem pH-Wert, verglichen. Damit lieferte der Wert jedes Markers den digitalen Abdruck eines Buches zu einem bestimmten Zeitpunkt. Diese Information könnte Museen und Bibliotheken sowohl bei der Ermittlung des Restaurationsbedürfnisses von Büchern als auch bei der Verbesserung der Restaurationstechniken unterstützen.


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NEUES AUS EUROPA

Genangriff auf die Alzheimersche Krankheit

Cerebral cortex. © Inserm/Catherine Fallet-Bianco
Zerebraler Cortex.
© Inserm/Catherine Fallet-Bianco

Zwei in der Zeitschrift Nature veröffentlichten Studien ist es gelungen, drei neue Gene zu identifizieren, die im Zusammenhang mit Alzheimer stehen. Zwei davon, Clusterine (CLU) und CR1, wurden von der Gruppe von Philippe Amouyel, Professor für Epidemiologie und öffentliche Gesundheit an der Universität Lille 2 (FR), bestimmt. Mutationen dieser Gene ziehen wahrscheinlich Probleme bei der Eliminierung des Peptids Beta-Amyloid nach sich, welches das Nervensystem zerstört und sich im Gehirn der betroffenen Patienten ablagert. Damit wäre jede Forschung, die zur Unterdrückung dieses Peptids führt, ein Fortschritt auf dem Weg zu einer Therapie.

Im gleichen Zeitraum hat sich eine britische Forschergruppe unter der Leitung von Julie Williams vom Alzheimer’s Research Trust (UK) auch mit dem CLU-Gen beschäftigt und mit einem dritten Gen mit der Bezeichnung PICALM. Mit den für diese Forschung verwendeten DNA-Chips konnte der Grad der Genexpression von 20 000 gesunden und kranken Personen bestimmt werden. Obwohl durch diese Analysen die Beteiligung des Gens PICALM an dieser Form der Demenz ans Licht gebracht wurde, muss seine Rolle noch genau bestimmt werden.


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Vom Mysterium des Lithiums zu den Expoplaneten

Exoplanet Gliese 581. Artist’s view. © ESO/L.Calçada
Exoplanet Gliese 581. Künstlerische Darstellung.
© ESO/L.Calçada


Seit 60 Jahren stellt die Wissenschaft die Frage, weshalb die Sonne viel weniger Lithium enthält als ähnliche Sterne. Doch im November 2009 veröffentlichte eine Forschungs gruppe des Astrophysikers Garik Israelian vom Institut für Astrophysik der Kanaren (ES) in der Zeitschrift Nature eine Studie, der zufolge das Geheimnis gelöst scheint: Der Grund ist, dass unser Stern von anderen Planeten umgeben ist.

Seit mehreren Jahren beobachtet die Europäische Südsternwarte (ESO) mithilfe des High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher (HARPS) 500 Sterne, von denen 70 von Planeten umgeben sind. Dieser Spektrograf befindet sich am 3,6-Meter-Teleskop in La Silla in Chile. Garik Israelian und seine Mannschaft untersuchten nur Sterne, die unserer Sonne ähnlich sind. Ein Viertel der Proben zeigte, dass die meisten Sterne, die von Planeten umgeben sind, ungefähr 100-mal weniger Lithium enthalten als die anderen.

Lithium, ein leichtes Element aus drei Protonen und vier Neutronen, ist aller Wahrscheinlichkeit nach kurze Zeit nach dem Big Bang vor 13,7 Milliarden Jahren entstanden und müsste in ähnlichen Mengen in allen Sternen vorhanden sein. Es scheint daher, dass die Bildung oder die Präsenz von Planeten rund um einen Stern dazu führt, dass dieser sein eigenes Lithium mittels eines noch unbekannten Mechanismus zerstört. Diese Feststellung könnte der kleinen Gemeinschaft der Exoplanetenjäger Auftrieb verleihen, weil der Lithiummangel von Sternen derzeit ein sachliches Indiz auf die Existenz dieser extrasolaren Planeten ist.

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Ein Meeresbakterium gegen den Krebs

Fragments of cancerous cells. © Inserm/Jenny Valladeau
Fragmente von Krebszellen.
© Inserm/Jenny Valladeau

Ein Bakterium hat die Aufmerksamkeit des Unternehmens Nereus Pharmaceuticals in San Diego (USA) und von Biochemikern der TU München (DE) erregt. Salinispora tropica ist der lateinische Name des Meeresbakteriums. Es produziert ein Molekül, welches Proteasome zerstört und dadurch die entsprechenden Medikamente ersetzen könnte. Diese werden gegen die Verbreitung von Krebszellen eingesetzt und haben sehr schwere Nebenwirkungen, weil sie auch gesunde Zellen zerstören.

Proteasome sind die Müllverwertungsanlagen von Zellen. Werden diese deaktiviert, ersticken die Zellen an ihrem eigenen Müll. Salinispora tropica produziert ein Killermolekül, welches genau so wirkt. Es bricht das Proteasom auf und zerstört es anschließend, wie ein zerbrochener Schlüssel in einem Schloss. Den Forschern zufolge ist dies die beste Methode, das Proteasom zu blockieren.

Da jetzt der Mechanismus im Detail bekannt ist, kann er gezielt variiert werden, um ein wirksames Medikament zu entwickeln.


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Ewige Erinnerungen

„Und mit einem Mal war die Erinnerung da. Der Geschmack war der jenes kleinen Stücks einer Madeleine.“ (Marcel Proust) © Shutterstock/Lulu Duraud
„Und mit einem Mal war die Erinnerung da. Der Geschmack war der jenes kleinen Stücks einer Madeleine.“ (Marcel Proust)
© Shutterstock/Lulu Duraud

Warum bleiben manche Erinnerungen auf ewig in unserem Gedächtnis, während andere sich verflüchtigen? Alles hängt von der Kapazität unseres Gehirns ab, neue Eindrücke in dauerhafte Erinnerungen umzuwandeln.

Die erste Etappe in diesem Prozess besteht darin, Erinnerungen einige Stunden lang zu speichern. Dabei wird die neuronale Übertragung durch eine Reihe chemischer Veränderungen an den Synapsen variiert. Doch wie verankern sich diese Kurzzeiterinnerungen dauerhaft im zerebralen Cortex? Forschern des Karolinska Institutet (SE) ist es in Zusammenarbeit mit dem amerikanischen National Institute on Drug Abuse (NIDA) gelungen, bei gentechnisch veränderten Mäusen die Fähigkeit für Langzeiterinnerungen zu aktivieren und zu deaktivieren. Damit konnten sie die Rolle des Rezeptormoleküls nogo receptor 1 (NgR1) beleuchten. Wenn Nervenzellen aktiviert werden, wird das für NgR1 zuständige Gen abgeschaltet und man nimmt an, dass dies mit der Bildung von Langzeiterinnerungen zusammenhängt.

Die Forscher testeten ihre Hypothese, indem sie Mäuse mit einem zusätzlichen NgR1-Gen schufen, das aktiv blieb, wenn das normale NgR1-Gen abgeschaltet wurde. Mit dieser Entdeckung wurde ein weiterer Schritt bei der Suche nach Behandlungsmöglichkeiten von Gedächtnisstörungen getan.





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Von empfindlichen Samenzellen…

© Shutterstock/Sebastian Kaulitzki
© Shutterstock/Sebastian Kaulitzki

Forscher des Labors für Genetik, Fortpflanzung und Entwicklung des Inserm, das Wissenschaftler aus mehreren französischen Forschungseinrichtungen vereint, haben ein antioxidatives Protein entdeckt, das wahrscheinlich die Samenzellen schützt. Samenzellen reifen in den Nebenhoden heran und erhalten dort ihre Befruchtungsfähigkeit. Dennoch kann es gerade bei sehr empfindlichen Samenzellen passieren, dass ihre DNA durch einen oxidativen Stress fragmentiert wird. Und hier greift das Protein GPx5 ein.

Die Forscher haben entdeckt, dass männliche Mäuse, denen dieses Protein fehlte, morphologisch normale Samenzellen besitzen. Doch bei der Befruchtung weiblicher Zellen treten Entwicklungsfehler auf und es kommt zu einem Anstieg der Fehl- und Totgeburten. Sollten diese Ergebnisse auch auf den Menschen übertragbar sein, könnten sie auch Implikationen für künstliche Befruchtungstechniken haben. Sie könnten zum Schutz der Samenzellen beitragen, die beim Auftauen vor der künstlichen Befruchtung einem starken oxidativen Stress ausgesetzt sind.

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…und empfindlichen sterilen Männern

Schenkt man einer Veröffentlichung in der Fachzeitschrift European Urology vom Dezember 2009 Glauben, haben unfruchtbare Männer eine viel empfindlichere Gesundheit als fruchtbare. Der Artikel stützt sich auf eine prospektive Studie, die zwischen September 2006 und 2007 an der Universität Mailand durchgeführt wurde. Die dortige Forschungsgruppe des Urologen Andrea Salonia untersuchte 344 unfruchtbare Männer im Alter von 18 bis 60 Jahren. Aus dem Vergleich mit der Kontrollgruppe, die aus 293 Männern derselben Altersgruppe bestand, geht hervor, dass weniger fruchtbare Männer auf der Charlson-Skala eine wesentlich höhere Komorbidität aufweisen. Damit werden diagnostisch abgrenzbare Krankheitsbilder bezeichnet, die beim Patienten zur gleichen Zeit auftreten.

Das bedeutet in diesem Fall, dass diese Patienten im Vergleich zur fruchtbaren Bevölkerung neben der Unfruchtbarkeit in größerem Maße auch an anderen gesundheitlichen Störungen leiden. Angesichts der Probengröße ist es für Verallgemeinerungen allerdings noch zu früh und es sind größere Studien notwendig, um diese Ergebnisse zu bestätigen.


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Die dunkle Materie im anderen Licht

Centre of the Milky Way. © ESO/S.Gillessen et al.
Zentrum der Milchstraße.
© ESO/S.Gillessen et al.

Seit einigen Jahren versuchen Astrophysiker den Ursprung der Elektronen- und Positronenströme herauszufinden, die in der Milchstraße entdeckt wurden. Bislang gingen die Wissenschaftler davon aus, dass diese ihren Ursprung in der dunklen Materie haben. Doch laut einer in der Zeitschrift Physical Review Letters im August 2009 veröffentlichten Studie, die von der Forschungsgruppe der Astrophysikerin Julia Becker von der Ruhr-Universität Bochum und dem Physiker Wolfgang Rohde von der Technischen Universität Dortmund in Deutschland geleitet wurde, verhält es sich ganz anders.

Danach stammen die entdeckten Teilchenströme aus dem Plasma, das bei der Explosion gigantischer Sterne, die mehr als das 15-Fache der Masse unserer Sonne besitzen, in den Weltraum geschleudert wird. Das beschleunigte Plasma kollidiert mit dem Sternenwind, der aus Teilchen aus früheren Explosionen besteht, und es entsteht eine Schockfront. Wenn sich die Schockfront zum Magnetfeld des Sterns ausrichtet, ist das ausgestrahlte Signal mal schwach und mal energiereich. Dieses Modell passt genau zu den Beobachtungen, was also bedeutet, dass der Beweis für die Existenz der dunklen Materie woanders zu suchen ist.


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Zellen, die sich gegen Asthma wehren

Mouse lung. © Inserm/Michel Depardieu.
Mäuselunge.
© Inserm/Michel Depardieu

Eine Forschungsgruppe der Interdisziplinären Gruppe für angewandte Genoproteomik an der Universität Lüttich (BE) unter der Leitung des Biologen und Tierarztes Fabrice Bureau hat in Mäuselungen Zellen entdeckt, die eine asthmatische Reaktion verhindern können.

Diese Zellen, bei denen es sich um Makrophagen handelt, sind mit den Dendriten in der Lunge verbunden und leiten Antigene an die T-Lymphozyten in den Lymphknoten weiter. Die Makrophagen entdecken ununterbrochen Antigene in der eingeatmeten Luft sowie die immunstimulierenden Moleküle, die diese begleiten, und verhindern die Wanderung der Dendritenzellen zu den Lymphknoten und damit die Reaktion des Immunsystems auf diese ungefährlichen Allergene.

Die Immunreaktion von Asthmatikern auf Allergene in der Luft ist allerdings gefährlich. Jedes Mal, wenn der Patient diesen Allergenen ausgesetzt ist, wird das Immunsystem der Lungen aktiviert, was zur Verengung der Bronchien und damit zu einer schlechten Sauerstoffversorgung führt. Das führt zur Annahme, dass sich Asthma aus einer Defizienz der Makrophagen an einem bestimmten Zeitpunkt im Leben eines Individuums heraus entwickelt.


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Der gute Treibhauseffekt

Vor vier Milliarden Jahren war die Sonne noch ein junger Stern und um ein Drittel kälter als heute. Ohne Treibhauseffekt wäre also ein Leben auf der Erde gar nicht möglich gewesen. Das Leben verdankt die Erde dem Carbonylsulfid (COS), das aus der vulkanischen Aktivität während mehrerer Millionen Jahre entstanden ist. Zu diesem Ergebnis gelangt eine Studie, die im August 2009 in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht wurde.

Die Autoren, der Chemiker Matthew Johnson und seine Kollegen von der Universität Kopenhagen sowie eine Forschungsgruppe vom Tokioer Technologieinstitut, haben in sehr altem Gestein eine eigenartige Schwefelisotopenverteilung entdeckt, die nicht aus einem geologischen Prozess stammt. Davon überzeugt, dass ein Atmosphärenfaktor im Spiel sein kann, haben sie Schwefeldioxid (SO2) mit Sonnenlicht unterschiedlicher Wellenlänge bestrahlt. Damit ist es ihnen gelungen, die Verteilung der Schwefelisotope im Gestein ganz genau zu reproduzieren.

Für die Forscher weisen diese Ergebnisse das Carbonylsulfid, das sich aus Schwefel aus den Vulkaneruptionen gebildet hat, als den besten Kandidaten für die Erklärung des Treibhauseffektes aus, den es seit den Anfängen der Erde gab. Sie nehmen an, dass eine atmosphärische Decke aus COS, das wirksamer ist als CO2, bereits ausgereicht hätte, um 30 % der Energie zu kompensieren, die von der Sonne nicht geliefert wurde. Damit hatte es das Entstehen von Leben begünstigt, das es zerstört, wie das Ozon (O3) die ultraviolette Strahlung.

Doch wie lässt sich die Vereisung der Erde vor 2,5 Milliarden Jahren mit einer solchen Decke erklären? Durch das Entstehen von Leben, durch welches große Mengen an Sauerstoff freigesetzt wurden. In einer oxidierten Atmosphäre kann kein COS aus Schwefel mehr entstehen, sondern nur noch Sulfat-Aerosole, die eine umgekehrte Wirkung haben. Man muss also alle Gase in der Atmosphäre berücksichtigen.

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Neue Erkenntnisse zum HI-Virus

Ansetzen des HI-Virus. Das Virus kommt aus der infizierten Zelle mithilfe zellulärer Partner des Zytoskeletts heraus, die an den sogenannten Filopoden, Zellverlängerungen, auftreten. © Inserm/Philippe Roingeard
Ansetzen des HI-Virus. Das Virus kommt aus der infizierten Zelle mithilfe zellulärer Partner des Zytoskeletts heraus, die an den sogenannten Filopoden, Zellverlängerungen, auftreten.
© Inserm/Philippe Roingeard

Das grün fluoreszierende Protein, dessen Entdeckung mit dem Nobelpreis für Chemie 2008 belohnt wurde, hat bereits zu neuen Fortschritten in der AIDSForschung geführt. So ist es Forschern der Universitäten München und Heidelberg (DE) gelungen, den Replikationsprozess des HI-Virus in allen Einzelheiten und in Echtzeit sowie den Prozess zu beobachten, durch den die neuen Viren freigesetzt werden, und die Nachbarzellen infizieren. Dazu hat Biophysiker und Forschungsleiter Don Lamb von der Universität München Zellkulturen verwendet, die 8 von 9 Genen des HIV-1 enthalten, wobei eines davon verändert wurde, um eine fluoreszierende Form des GAG-Proteins zu erhalten (group-specific antigen), aus welchem die Virushülle, das Capsid, besteht.

Die Studie, die teilweise durch das 7. Rahmenprogramm unterstützt und in PloS (Public library of Science) Pathogens veröffentlicht wurde, zeigte, dass die Membran der Wirtszelle in ein bis maximal zwei Stunden nach Aktivierung des Replikationsprozesses des HIV-1 mit Viren bedeckt ist.

Jedes Virus wird einzeln zusammengebaut, nicht, wie bisher vermutet, auf einer Art zellulärer Plattform. Es dauert rund 15 Minuten bis das fertige Virus aus der Wirtszelle entlassen wird. Die Forscher konnten auch bestimmen, ob die Viren auf der Oberfläche einer Wirtszelle von dieser hergestellt wurden oder ob sie von infizierten Nachbarzellen stammen. Bis zu diesem Zeitpunkt war nur wenig über die interzellulären Kontaminationsmechanismen des HI-Virus bekannt. Diese Entdeckungen bringen eine neue Sichtweise ein.


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Das Paradoxon der Löcher

Courtesy Institute of Physics, University of Stuttgart
Courtesy Institute of Physics, University of Stuttgart

Macht man Löcher in einen feinen Goldfilm, der bereits fast durchsichtig ist, wird der Film undurchsichtig! Das ist das Ergebnis der Forschungsgruppe des Physikalischen Instituts der Universität Stuttgart (DE). Erstaunlich?

Ein wenig, denn man weiß auch, dass Lichtwellen keine Löcher durchdringen können, die kleiner als die Wellenlänge sind. Doch Metalle machen von dieser Regel manchmal eine Ausnahme. Vor einem Jahrzehnt hatten Forscher bereits nachgewiesen, dass sich bei einer bestimmten Anordnung der Löcher die einfallenden Lichtwellen über die gesamte Oberfläche ausbreiten. Durch die Interaktion dieser Plasmonen mit dem Licht kann das Licht den Film durchdringen. Der verwendete Goldfilm – 20 nm dick und mit Löchern von 200 nm Durchmesser – war für die Versuchsbedingungen geeignet, doch er ließ weniger Licht durch als erwartet. Die Wissenschaftler zweifelten die Halbdurchlässigkeit des Films an, der 40 % des Lichts durchlässt. Die restlichen 60 % schienen nicht auszureichen, damit die Plasmonen wirken konnten. Außerdem schien die Durchlässigkeitsrate von der Wellenlänge abhängig zu sein, weil Infrarotstrahlen eine sehr starke Absorption nach sich ziehen. Die deutsche Studie trägt also mit neuem Wissen zu diesem Forschungsgebiet bei. Die Beherrschung dieser besonderen Interaktionen könnte zur Entwicklung von integrierten Plasmonenchips führen, um bestimmte Wellenlängen herauszufiltern.

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WISSENSCHAFT GRIFFBEREIT

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Gorillas mit Fernüberwachung

Courtesy UWA
Courtesy UWA

Auf unserer Erde leben noch etwa 700 Berggorillas. Etwa die Hälfte lebt im undurchdringlichen Dschungel von Bwindi, Uganda, und der Rest verteilt sich auf Ruanda und die Demokratische Republik Kongo. Im vergangenen Jahr waren Bwindi und der nah gelegene Nationalpark von Mgahinga das Ziel von 600 000 Besuchern. Als geschützte Tierart, die auf der Roten Liste steht, sind die Gorillas eine wichtige Einnahmequelle, die von der Uganda Wildlife Authority (UWA) verwaltet wird, indem sie darüber wacht, dass die Lebensräume der Tiere respektiert werden. Sie nutzt die Einnahmen aus den Nationalparks, in denen die Tiere leben, und verteilt einen Teil des Gewinns an die lokale Bevölkerung zur Förderung von Schulen, Krankenhäusern, kleinen Viehzuchtprojekten usw. Um ein größeres Publikum zu erreichen, hat die UWA jetzt die Website Friendagorilla.org gestartet, auf der die Gorillas die großen Stars sind. Dort erfährt man vieles über ihre Launen, ihre Besonderheiten in der Welt der Primaten und man kann sogar wie Dian Fossey eine „Freundschaft“ mit einigen Berggorillas schließen. Gegen die bescheidene Summe von 1 USD pro Jahr können die Websurfer ihre Gorillagruppe 24 Stunden am Tag verfolgen. Mit versteckten Kameras im Dschungel werden diese Nomaden aufgespürt, die jede Nacht woanders schlafen.

Doch man kann sie auch vor Ort besuchen. Allerdings kostet es ein wenig mehr, um die Gorillas in den Nationalparks von Mgahinga zu besuchen. Die Fährtenleser – Tracker genannt – werden Ihnen zeigen, wie Sie sie entdecken können, doch eine Garantie, sie zu sehen, gibt es nicht. Allerdings wird die wunderschöne Landschaft Sie über diese Enttäuschung hinwegtrösten.


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Spuren von Riesenfüßen

Dinosaurierspuren an der paläontologischen Ausgrabungsstätte in Plagne (FR). © CNRS Photothèque/Hubert Raguet/UMR5125
Dinosaurierspuren an der paläontologischen Ausgrabungsstätte in Plagne (FR).
© CNRS Photothèque/Hubert Raguet/UMR5125

In Plagne (FR), einem Ort zwischen Lyon und Genf, wurden die größten Dinosaurierspuren aller Zeiten entdeckt: Sie haben einen Durchmesser von 1,20 m bis 1,50 m und sind auf einer Länge von mehreren hundert Metern sichtbar. Die Forscher der Universität Lyon 1, Jean-Michel Mazin und Pierre Hantzpergue erkannten die Spuren als Abdrücke von Sauropoden.

Diese Tiere waren mehr als 25 Meter lang und konnten bis zu 40 Tonnen schwer werden. Allerdings wurde die Entdeckung nicht von den Wissenschaftlern selbst gemacht, sondern von zwei passionierten Amateurpaläontologen, die sich für Fossile, Vulkane und die Natur interessieren: Marie-Hélène Marcaud und Patrice Landry.

Doch ihr Fund ist kein Zufall. Er zeigt, wie Amateure zu wertvollen Helfern von Forschern werden können. Unsere beiden Entdecker (sie ist Lehrerin im Ruhestand und er Geologe) sind Mitglieder eines Naturvereins, in dem sich passionierte Paläontologen treffen. „Wir haben Gruppen gebildet, um verschiedene Bereiche zu erkunden“, erklärt Patrice Landry. „Je nach unseren Beobachtungen und Entdeckungen haben wir bestimmte Gesteinsmuster bestimmt. Wir haben auch die geologischen Karten und Luftaufnahmen studiert, um Ausbisse zu bestimmen und wie wir dorthin gelangen können. Anschließend haben wir verschiedene Stellen angepeilt, die wir bereits öfter erkundet haben. Plagne war eine davon und wir waren zum ersten Mal dort.“ Ein schönes Beispiel für die Wissenschaft der Beobachtung.




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Vernetzter Wettbewerb

Benetzung einer Straße für einen Reifentest im Labor der Straßenmeisterei von Nantes (FR). © Austrian Institute of Technology/Roland Spielhofer
Benetzung einer Straße für einen Reifentest im Labor der Straßenmeisterei von Nantes (FR).
© Austrian Institute of Technology/Roland Spielhofer

Man nehme drei Schlüsselworte (Reifen, Straße, Sicherheit). Man mische und schüttele diese und lasse seiner Fantasie freien Lauf. Man denke sich eine klare, originelle und durchdringende Botschaft aus, in der die Beziehung zwischen diesen drei Elementen in der Zeit eines Clips dargestellt werden kann. Ergebnis? Ein Video von maximal fünf Minuten Dauer, das für Youtube produziert wurde und vielleicht eine gute Zukunft verspricht.

Mit einem solchen Video kann man dann am Wettbewerb von TyroSafe (Tyre and Road Surface Optimisation for Skid Resistance and Further Effects) teilnehmen. Das Gewinnervideo wird auf Kampagnen, Veranstaltungen und Ausstellungen der Projektpartner zu sehen sein. Die Jury besteht aus verschiedenen Experten aus der industriellen Forschung im Bereich Verkehrssicherheit. Es besteht absolute Formfreiheit (Werbespot, Lied, Marketingvideo…) und die Teilnehmer können das Logo und andere optische Elemente von der Website von TyroSafe verwenden. Die Vorschläge können in jeder beliebigen Sprache produziert werden, müssen allerdings mit englischen Untertiteln versehen sein.




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Durch die Kultur surfen

© Shutterstock/Lori Labrecque
© Shutterstock/Lori Labrecque


Während Google sich die Digitalisierung aller Bücher der Welt vorgenommen hat, versucht Europa sein eigenes Kulturerbe unter dem Stichwort Europeana zu vereinen. Ziel ist es, das immense Kulturerbe der Sammlungen, die in den Bibliotheken, Archiven und Museen Europas konserviert werden, online zugänglich zu machen. Diese umfassen eine beeindruckende Zahl von Werken und Zeitschriften (schätzungsweise 2,5 Milliarden Dokumente allein in den Bibliotheken) und Millionen Stunden an Filmen und Videos zur europäischen Geschichte und Kultur. In den Regalen dieses riesigen virtuellen Gebäudes, das bereits im November 2008 eröffnet wurde, stehen bereits 4,6 Millionen digitale Objekte (Bücher, Karten, Kunstgegenstände, Plakate, Fotos und Audiodateien) in 19 Sprachen.

Doch Europeana ist nicht nur eine kulturelle Herausforderung. Auch Technik und Kommunikation sind gefordert. Die Aktivierung dieses Netzwerks, dessen zahlreiche Zweige kulturellen Kontexten entsprechen, die oftmals auf unterschiedliche Weise verwaltet werden, ist besonders kompliziert. Wer zu diesem Netzwerk beitragen will, muss sich an die Regeln anpassen, die für dieses gemeinsame Unternehmen herrschen. Außerdem ist festzulegen, wie der Zugang zu diesem Netzwerk für sehr unterschiedliche Benutzerprofile (Forscher, Lehrer und Schüler/Studenten, Kulturunternehmen oder einfach nur Interessierte) gewährleistet werden kann. Der Besuch der Europeana lohnt einen Umweg: Auf der Startseite ist ein Drehkreuz, auf dem man verschiedene Themen sieht, die zum Browsen einladen. Jedes besuchte Objekt öffnet das Tor zu weiteren Pfaden. Hier steht auch eine Art Zeitmaschine, mit der man durch die Zeit browsen und sich Bilder von Objekten aus den Jahren 1850 bis 2009 anschauen kann. Europeana versteht sich als ein Ort für Inspiration und Ideen. Die Digitale Weltbibliothek der Unesco, die ihre Pforten im April 2009 geöffnet hat, ist von planetarischem Ausmaß. Sie macht Dokumente zugänglich, die ihr von Bibliotheken und kulturellen Einrichtungen auf allen Kontinenten zur Verfügung gestellt werden. Derzeit beteiligen sich 26 Institutionen aus 19 Ländern, an Sprachen stehen Arabisch, Chinesisch, Englisch, Französisch, Portugiesisch, Russisch und Spanisch zur Verfügung. Die Bibliothek soll das Volumen und die Vielfalt der kulturellen Inhalte im Internet vergrößern und ein Mittel zur Verringerung der digitalen Kluft zwischen Ländern und Regionen sein.


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Klimaerwärmung mit offenen Karten

© Shutterstock/Loris
© Shutterstock/Loris


Auf dem Klimagipfel in Kopenhagen haben sich die Staats- und Regierungschefs darauf geeinigt, dass die Erwärmung unseres Planeten im Vergleich zu den herrschenden Temperaturen vor der Industrialisierung 2 °C nicht überschreiten sollte. Allerdings wurde nicht gesagt, wie dieses Ziel zahlenmäßig zu erreichen sei.(1) Was wäre, wenn dies nur ein frommer Wunsch ist, und wir uns tatsächlich auf die 4 °C-Hürde zubewegen? Dank einer interaktiven Weltkarte auf der Website Act on Copenhagen der britischen Regierung, springen die Folgen sofort ins Auge.

Auf dieser Karte sind die neuesten wissenschaftlichen Erkenntnisse zur Klimaerwärmung abgebildet. Um diese zu erkunden, wird eine geografische Zone oder eine Ursache und/oder Folge dieser Veränderungen ausgewählt: Auswirkungen der menschlichen Aktivitäten, die Entwicklung der Landwirtschaft, die Zukunft des Amazonas, der Kohlenstoffkreislauf, die Wasserknappheit und das Ansteigen des Meeresspiegels.

Doch bei den Szenarien wird einem schwindelig: 130 Millionen Überschwemmungsopfer pro Jahr, eine Milliarde Menschen ohne Trinkwasser, ein Anstieg des Meeresspiegels um 48 Zentimeter (derzeit leben schätzungsweise 600 Millionen Menschen mindestens 10 Meter unter Meeresniveau), Trockenheit im Amazonas. Alles nur alarmierende Hypothesen? Die Forscher erinnern uns daran, dass 35 000 Tote auf das Konto der Hitzewelle 2003 in Europa gingen.

  1. Siehe Interview mit Jean-Pascal van Ypersele in dieser Ausgabe.


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FORSCHUNG UNTER DEM MIKROSKOP

Neue Wissenschaften?

In einem in der Zeitschrift Minerva veröffentlichten Artikel versucht Andrea Bonaccorsi, Professor für Innovationswirtschaft und Wissenschaftssoziologie an der Universität Pisa, zu beschreiben, was er „neue Wissenschaften“ nennt, das heißt das organisierte Wissen, das sich nach dem Zweiten Weltkrieg herausgebildet hat: Informationswissenschaften, Materialwissenschaften und Biowissenschaften auf der Grundlage der Molekularbiologie, die sich ihm zufolge strukturell von den klassischen Disziplinen, wie Physik, Chemie oder Astronomie, unterscheiden.

Im Gegensatz zu den gängigen Behauptungen ist er der Meinung, dass das Konzept der neuen Wissenschaften ebenso wie das der alten vom „Reduktionismus“ geprägt wird, also dem Wunsch, „das komplexe Sichtbare durch etwas einfaches Unsichtbares zu ersetzen“, um es mit den Worten des berühmten französischen Physikers Jean Perrin auszudrücken. Doch als Antwort auf die sozialen Bedürfnisse und wirtschaftlichen Zwänge zeichnen sich diese Wissenschaften jedoch weder durch eine größere Interdisziplinarität aus, noch sind sie stärker auf die Anwendung hin orientiert, jedenfalls nicht grundlegend.

Bonaccorsi zufolge sind sie hauptsächlich von der Form der hier herrschenden Forschungsdynamik geprägt. Es ist eine Dynamik mit industriellem Tempo, die sich durch schnelles Wachstum und hohe Diversi fikation in Verbindung mit einer Tendenz zur Divergenz der Fragestellungen charakterisiert. Jede Erklärungshypothese führt zu einem neuen Forschungsprogramm.

Zur Begründung seiner These nutzt Bonaccorsi die Ergebnisse einer Vergleichsanalyse zur Häufigkeit neuer Wörter in wissenschaftlichen Publikationen, die einerseits aus diesen drei Forschungsgebieten und andererseits aus dem traditionellen Bereich der Hochenergiephysik stammen.

Interessante Ansichten wie diese müssen jedoch differenziert und ergänzt werden. Darüber hinaus wäre es sicher möglich gewesen, all das verständlicher und einfacher auszudrücken. Beklagen wir uns aber nicht: Im Vergleich zu vielen seiner Hochschulkollegen ist der Stil von Andrea Bonaccorsi (beinahe) der von Voltaire.

Michel André


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PÄDAGOGISCHE ECKE

Tornado im Haus

@ Qwentes
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Ein Topf mit kochendem Wasser, ein Räucherstäbchen und eine große Plexiglasscheibe. Mehr braucht man nicht, um in der Küche einen Mini-Tornado zu erzeugen. Man zerschneide das Plexiglas in 4 Teile, sodass sich ein Quader von einem Meter Höhe bilden lässt, dessen Ober- und Unterseite offen sind. Vor dem Zusammensetzen ist auf der rechten Seite ein 5 cm breiter Schlitz entlang der Ränder der vier Flächen (siehe Abbildung) einzuschneiden. Man stelle dann den Topf auf einen kleinen Kocher, neben dem das bereits angezündete Räucherstäbchen platziert wird. Das Ganze wird mit dem Quader abgedeckt. Jetzt heißt es warten. Nach einer Weile entsteht langsam ein Tornado.

Zauber? Nein, Physik! Mit dieser Vorrichtung werden gewissermaßen die natürlichen Bedingungen nachgebildet, die die Entstehung von Tornados begünstigen. Kurz über dem Topf erreicht die Luft eine Temperatur von etwa 100 °C, während sie im oberen Teil des Quaders nur noch 30 °C beträgt. Dieser Temperaturunterschied in den verschiedenen Luftschichten erzeugt eine Auftriebskraft nach dem archimedischen Prinzip, was zu einer vertikalen Beschleunigung des Wasserdampfes führt. Gleichzeitig verursacht diese Bewegung einen Luftzug durch die 4 großen Schlitze, wodurch der aufsteigende Wasserdampf in Rotation versetzt wird. Das Räucherstäbchen gibt Staub frei, auf dem sich die Wasserteilchen ansammeln, sodass das Phänomen sichtbarer wird.

Auf der Erde bilden sich Tornados in heißen Regionen, in denen die Temperaturunterschiede zwischen dem Boden und den hohen Luftschichten groß genug sind, um eine Aufwärtsbewegung zu verursachen. Die Drehbewegung ist auf die Corioliskraft zurückzuführen, die die Rotation der Erde widerspiegelt, und von geostrophischen Effekten überlagert wird, die mit der Bodenreibung und den Luftschichten zusammenhängen. Durch ihre Bauweise erzeugt die Vorrichtung eine Aufwärtsbewegung mit einer Drehrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn, was den Tornados auf der Nordhalbkugel entspricht. Wird der Quader umgedreht, wechselt man praktisch die Seite der Erdhalbkugel.


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NACHWUCHSFORSCHER

Die Stimme und der Weg der Amoolya Singh


Ich arbeite an der Universität Emory in Atlanta (USA). Nachdem ich in Berkeley meine Doktorarbeit verteidigt hatte, erhielt ich ein Postdoktorandenstipendium für das EMBL (European Molecular Biology Laboratory) in Heidelberg (DE). Bei meinen Forschungsarbeiten geht es darum, die evolutiven Mechanismen der Antworten auf bakteriologischen Stress zu charakterisieren, die bei menschlichen Krankheiten und der biologischen Zersetzung von Giftmüll eine wichtige Rolle spielen. Obwohl mir meine Arbeit Spaß macht, war mein wissenschaftlicher Weg nicht wirklich geradlinig. Meine Eltern waren beide Biologen und daher wurde ich dazu angeregt, mir Fragen zu stellen und die Natur zu erkunden. Auch die Musik prägte mich – sehr früh hatte ich Gesangunterricht und erlernte mehrere Instrumente. Nach dem Abitur in Indien fiel es mir schwer, mich zwischen einer Karriere als Musikerin oder Wissenschaftlerin zu entscheiden. Dann erhielt ich ein wissenschaftliches Stipendium für die USA, woraufhin ich mich auf den Weg in den Westen machte. Dort half mir die Möglichkeit, Musik in einer neuen Umgebung zu spielen dabei, den Kulturschock zu überwinden und neue Freunde zu gewinnen. Ich habe die Zeit meines Promotionsstudiums als eine Zeit der Freude und Kreativität in Erinnerung.

Die drei Jahre, die ich in Europa verbracht habe, waren für mich eine bereichernde Übergangszeit. Ich wechselte zum zweiten Mal in meinem Leben den Kontinent und musste neu anfangen. Es ist immer beeindruckend, wenn man Tausende von Kilometer weit wegzieht, aber das hatte ich ja bereits einmal erlebt und war auf einen Kulturschock vorbereitet. Überraschenderweise war meine Erfahrung ganz das Gegenteil – als alte Kultur mit einer langen Geschichte schien mir Europa Indien viel näher zu stehen und ich fühlte mich ein bisschen wie zu Hause, als ich die Städte mit ihren Plätzen und Fußgängerzonen erkundete. Ich habe festgestellt, dass meine europäischen Kollegen genauso produktiv sind wie die Amerikaner, im Gegensatz zu diesen aber in der Lage sind, ein Gleichgewicht zwischen Arbeit und Familie zu finden, indem sie beispielsweise jedes Jahr Urlaub nehmen. Dieses Gleichgewicht hat mich darin bestärkt, heiraten und eine Familie gründen zu wollen – während ich das in der gewinnorientierten amerikanischen Gesellschaft zu vermeiden suchte.

Nach meiner Rückkehr in die USA ist mir bewusst geworden, dass diese Überleitung (um eine Metapher aus der Musik zu verwenden) mir zu einer eigenen Stimme verholfen hat. Selbst wenn es schwierig ist, sie in dem Wirrwarr beruflicher Zwänge nicht zu verlieren, ist es vielleicht doch der wahre und schönste Grund, weiter zu singen oder auch zu forschen.

Amoolya Singh
Bioinformatikerin


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Cordis news

Die Geheimnisse artenreicher Gemeinschaften lüften

Der Europäische Forschungsrat (ERC) hat 1,8 Mio. EUR für das Projekt SPATIODIVERSITY bereitgestellt, das von zwei Experten der ökologischen Modellbildung, Thorsten Wiegand und Andreas Huth vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung in Leipzig (DE), geleitet wird. In den kommenden fünf Jahren wird ihre Gruppe Tropenwälder untersuchen, um die Faktoren und Prozesse zu verstehen, die die Zusammensetzung und Dynamik dieser artenreichen Gemeinschaften steuern.

Mit dieser Studie wird es ihnen möglich sein, eine vereinheitlichte Raumtheorie der Biodiversität aufzustellen.

Die Forscher werden sich vor allem auf die bisher nur teilweise verarbeiteten Informationen zur räumlichen Verteilung von Arten stützen. Sie werden eine Datensammlung nutzen, die zu den größten ihrer Art gehört und von mehreren Forschungsgruppen vor Ort erstellt wurde. Ermöglicht wird ihre Arbeit außerdem durch Hochleistungsrechner. Mit diesen neuesten räumlichen Analysemethoden werden die hochkomplexen Raumstrukturen quantifiziert, wie sie in tropischen Wäldern vorkommen. Anschließend wird eine Palette individuenbasierter und räumlich expliziter Waldsimulationsmodelle erstellt, wobei jedem Baum eine Raumkoordinate zugeordnet wird. Und schließlich wird im Rahmen von SPATIODIVERSITY eine Technik der Modellselektion angewendet, um herauszufinden, welche der Simulationsmodelle die beobachteten räumlichen Strukturen am besten wiedergeben.

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Ein neues Observatorium in der Arktis

Das europäische Netz der marinen Observatorien ESONET ist um eine neue Perle reicher: LOOME (Long-term observatory of mud-volcano eruptions) ist ein Langzeitobservatorium, das einen Schlammvulkan in der Barentssee am Rand der norwegischen Platte beobachten soll. Aus dem Vulkan Haakon-Mosby, der in 1 250 m Tiefe liegt und einen Durchmesser von 1,5 km hat, strömt ein Gemisch aus Schlamm, Methan und Wasser. Die Quelle dafür liegt etwa weitere 3 000 m darunter. Dort, wo diese Massen ausströmen, findet man auch Methanhydrate, die zur Stabilisierung beitragen. Mithilfe des Observatoriums wird es möglich sein, plötzliche Gasausbrüche und ihre möglichen Auswirkungen auf das Gashydratsystem, die Bodenzusammensetzung und die Organismen, die am Kraterrand leben, zu untersuchen.

ESONET wird mit 7 Mio. EUR über das 6. Rahmenprogramm finanziert. Das Observatorium wurde im Laufe der 24. Expedition des Forschungseisbrechers Polarstern des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven (DE) installiert.

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Den Kopf in den Wolken

Welche Rolle spielen Wolken beim Klimawandel? Die Antwort auf diese Frage bleibt relativ unklar, doch das europäische Projekt EUCLIPSE (Cloud intercomparison, process study and evaluation project) will Licht ins Dunkel bringen und sich ein genaues Bild über den Zusammenhang zwischen Wolken und Klimawandel machen. Wolken bestehen aus Millionen kleinster Tropfen, die durch Kondensation des Wasserdampfes in der Luft entstehen. Sie sind ein wichtiger Faktor für die Klimamodellierung im Hinblick auf Regenfälle, Sonnenstunden und Temperaturen.

EUCLIPSE wird von der Technischen Hochschule Delft (NL) koordiniert und soll dank eines besseren Verständnisses der Rolle der Wolken bei der Erwärmung genauere Klimamodelle entwickeln. Dazu wurden die Forscher, die aus 13 europäischen Forschungsinstituten stammen, auf mehrere Arbeitsgruppen verteilt. Einige werden ein neues Modell mit der Bezeichnung „EC-Earth“ verwenden, um das Verhalten der Wolken in einem extrem warmen Klima zu berechnen. Andere Gruppen werden Simulationen durchführen, um das Verhalten der Wolken in unterschiedlichen Szenarien der Klimaerwärmung für verschiedene Regionen der Welt zu untersuchen. Und schließlich soll eine neue Generation von Satelliten, A-Train genannt, eine dreidimensionale Darstellung der Wolken ermöglichen. Diese Daten werden im nächsten Bericht des Weltklimarats (IPCC) berücksichtigt.

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Nachhaltiger Biodiesel

Im Anschluss an die Polemik rund um Biokraftstoffe der ersten Generation, die aus Nahrungs- und Futterpflanzen hergestellt werden, wenden EU-finanzierte Forscher ihre Aufmerksamkeit einer zweiten Generation zu, die aus Biomasse hergestellt wird und nicht mit Nahrungspflanzen wie Zucker oder Mais in Konflikt gerät. Das Projekt DIBANET (Development of Integrated Biomass Biofuels Approaches Network) beabsichtigt die nachhaltige Produktion von Äthyllävulinat, einem Biodiesel, der mit fossilem Diesel gemischt und im Dieselmotor verwendet werden könnte.

An diesem von der Universität Limerick (IE) geleiteten Projekt beteiligen sich Partner aus Dänemark, Griechenland, Ungarn, dem Vereinigten Königreich, Argentinien, Brasilien und Chile. Damit trägt es auch zur Stärkung der Beziehungen zwischen Südamerika und Europa bei. Europas Ziel ist es, in den kommenden zehn Jahren 10 % des Gesamtenergieverbrauchs mit Biokraftstoffen zu decken.


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Diabetesforschung

Dank des Scans der Genome Tausender Menschen mit und ohne Diabetes ist Forschern im Rahmen von vier EU-finanzierten Projekten (EURO-BLCS, EUGENE2, EXGENESIS und EURODIA) die Entdeckung einer neuen Genvariante gelungen, die eine Prädisposition für Typ-2-Diabetes mit sich bringt. Diese Genvariante gesellt sich zu einer Reihe von 18 bereits bekannten Varianten. Doch im Unterschied zu diesen scheint sie die Kapazität der Muskelzellen bei der Verwendung von Insulin zu beeinträchtigen. Die meisten Varianten beeinträchtigen die Fähigkeit der Bauchspeicheldrüse, Insulin zu produzieren.

Typ-2-Diabetes wird durch eine unzureichende Insulinproduktion bzw. durch eine schlechte Reaktion des Körpers auf dieses Hormon hervorgerufen. Daraus ergibt sich eine reduzierte Glukoseaufnahme durch die Zellen, deren Fähigkeit, Energie zu produzieren, dadurch erheblich geschwächt wird. Die neue Genvariante betrifft das Gen IRS1 (Insulin Receptor Substrate 1), das für die Synthese eines Proteins verantwortlich ist, welches den Muskelzellen vorschreibt, wann diese Glukose aus dem Blut aufnehmen sollen. Die in der Zeitschrift Nature Genetics veröffentlichte Studie zeigt, dass die Aktivität des Gens IRS1 bei Trägern dieser Genvariante um 40 % reduziert ist. Mithilfe dieser Ergebnisse könnte die Entwicklung einer Behandlung ermöglicht werden, welche die Insulinempfindlichkeit von Muskelzellen bei Patienten mit Typ-2-Diabetes verbessert.

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Bestrahlung, Infarkte und Herzkrankheiten

Obwohl Wissenschaftler bereits seit Langem wissen, dass Herzkrankheiten bei Empfängern von Strahlenbehandlungen häufiger auftreten, scheint man bisher das Risiko der Entwicklung dieser Krankheiten durch schwache Strahlenbelastungen, wie sie in Krankenhäusern oder Zahnarztpraxen verwendet werden, unterschätzt zu haben. Eine in der Zeitschrift PLoS Computational Biology von Mark Little, Anna Gola und Ioanna Tzoulaki im Rahmen des europäischen Projekts CARDIORISK veröffentlichte Studie zeigt, dass tatsächlich ein Zusammenhang zwischen dieser Form der Strahlenbelastung und dem Auftreten von Herzkreislauferkrankungen oder Infarkten besteht.

Zu diesen Ergebnissen gelangten die Forscher mithilfe eines mathematischen Modells, welches das Erkrankungsrisiko für Personen bei schwachen Strahlenbelastungen, wie etwa Arbeiter im Atomsektor, berechnen kann. Die Ergebnisse zeigen, dass sich das Risiko proportional zur Strahlendosis verändert. Die Gründe für diesen Zusammenhang sind noch unbekannt, doch die Wissenschaftler stellen die Hypothese auf, dass durch die Bestrahlung die Monozyten – eine Art weißes Blutkörperchen – zerstört werden, wodurch diese sich nicht mehr über das Protein MCP1 abbauen. Dadurch steigt die Konzentration der Monozyten im Organismus an und und verursacht eine Entzündung, die ihrerseits für die Entwicklung kardiovaskulärer Krankheiten verantwortlich ist.

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Vorausschauende Bakterien

Lebende Organismen passen sich progressiv an ihre Umwelt an: durch Genmutationen und die natürliche Selektion, die diejenigen Organismen bevorzugt, deren Mutationen von besonderem Vorteil sind. Doch in einer sich rasant verändernden Umwelt ist eine Mutation nicht immer die beste Lösung, weil der ursprünglich erlangte Vorteil schnell wieder obsolet wird. Ratsam wäre also eine alternative Strategie wie das sogenannte bet-hedging, das man als Risikominimierungsstrategie übersetzen könnte und das darin besteht, nicht alle Eier in denselben Korb zu legen – um es prosaisch auszudrücken.

Eine internationale Forschungsgruppe hat unter der Leitung von Hubertus Beaumont an der Universiät Leiden (NL) die Entstehung dieses Phänomens im Labor anhand von Bakterien der Art Pseudomonas fluorescens beobachten können. Diese wurden in zwei Umgebungen (A und B) verschiedener Kulturen eingebracht. Nach mehreren Generationen erschienen neue Linien, die sich an die Umgebungen angepasst hatten. Anschließend vertauschten die Forscher die Umgebungen, indem sie Linien der Umgebung A in die Umgebung B einbrachten und umgekehrt, und warteten auf das Erscheinen neuer angepasster Linien, bevor sie diese wieder in das andere Milieu einbrachten.

Nach mehrmaliger Wiederholung entwickelten die Bakterien eine Linie, deren Individuen genau denselben Genotyp hatten, doch diese erschuf mehrere Phänotypen, durch die sie eine ungefähr gleiche Überlebenschance in jedem Milieu erhielten. Damit waren zwar nicht alle Bakterien an eine Umweltveränderung angepasst, doch die Arterhaltung war gesichert.

Zwischen der ursprünglichen Linie zu Beginn des Versuchs und der Bakterie, die eine Risikominimierung anstrebte, lagen neun Mutationen. Die Forscher glauben angesichts der Geschwindigkeit, mit der die Bakterien diese Strategie angenommen und wiederholt haben, dass diese wahrscheinlich zu den ältesten Anpassungsstrategien gehört.

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Gedächtnistheorie in Neuauflage

Eine britisch-deutsche Forschungsarbeit unter der Leitung von Nathan Cashdollar, Forscher am Institut für Neurologie des University College in London, stellt die klassische, bereits seit 50 Jahren bestehende Gedächtnistheorie zum Teil in Frage. Dieser Theorie zufolge verwendet das Gehirn unterschiedliche Mechanismen, um Kurzzeit- (wenige Sekunden) und Langzeiterinnerungen zu produzieren. Doch die Wissenschaftler haben entdeckt, dass der Hippocampus, ein Teil des Gehirns, der traditionell mit dem Langzeitgedächtnis in Verbindung gebracht wird, auch eine Rolle im Kurzzeitgedächtnis spielen könnte.

Sie untersuchten die Hirntätigkeiten und die Erinnerungen von Patienten mit Schläfenlappen- Epilepsie mit Hippocampussklerose. Dazu wurden den Patienten Bilder vorgelegt, auf denen zum Beispiel ein Tisch und Stühle zu sehen waren. Wie erwartet, konnten sich diese Patienten nicht mehr an diese Bilder erinnern, als man sie ihnen eine Stunde später noch einmal zeigte. Doch auch nach fünf Sekunden konnten sie sich schon nicht mehr an die Details der Bilder erinnern, was auf eine zusätzliche Störung ihres Kurzzeitgedächtnisses hinwies. Den Forschern zufolge lassen diese Ergebnisse darauf schließen, dass das Kurzzeitgedächtnis in zwei unterschiedlichen Netzen funktioniert: ein Netz, das vom Hippocampus völlig unabhängig ist, und ein zweites, das mit diesem zusammenhängt und damit gleichzeitig mit dem Langzeitgedächtnis nachlässt.

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30 000 Jahre in der Framstraße

Den Forschern des europäischen Projekts ICEPROXY ist die Rekonstruktion von 30 000 Jahren Eisfluktuationen in der Framstraße zwischen Grönland und Spitzbergen, der einzigen Tiefseeverbindung zwischen der Arktis und dem Atlantik, gelungen. Dazu benutzten sie eine neue Technik, bei der zwei Biomarker miteinander kombiniert werden: IP25, ein Molekül aus einer Mikroalge (Diatomee), das nur dann vorkommt, wenn die Meerenge mit Eis bedeckt ist, und Brassicasterol, das von einem Phytoplankton produziert wird, das nur in eisfreien Gewässern lebt. Aus der Analyse der Eisprobe geht hervor, dass sich die Zeiten, in denen die Fram straße mit Eis bedeckt war, und die eisfreien Zeiten abwechselten. Eine Ausnahme machen die letzten 5 000 Jahre, in denen beide Biomarker gleichzeitig auftreten. Dies zeugt für saisonale Veränderungen bei den Bedingungen für die Meereisbildung. Das Eis in der Framstraße beeinflusst die weltweite Zirkulation der Ozeane in besonderem Maße und damit auch das Klima. Mit dieser Reise in die Vergangenheit lassen sich die Klimaveränderungen aus der Zeit vor dem Zeitalter des Menschen besser verstehen.

ICEPROXY wird von Guillaume Massé, Forscher am Centre national de la recherche scientifique (CNRS) in Frankreich, geleitet und vom Europäischen Forschungsrat (ERC) unterstützt. Das Projekt ist mit 1,9 Mio. EUR ausgestattet. Gestartet wurde es 2008 und es endet 2013.

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Tierversuche: Die EU verstärkt ihre Bemühungen

Tierversuche für Produkte, die der Verbesserung der Lebensqualität des Menschen dienen, waren immer schon ein kontroverses Thema. Mit der Gründung der Europäischen Partnerschaft für die Förderung von Alternativkonzepten zu Tierversuchen (European Partnership on Alternative Approaches to Animal Testing, EPPA), einer Zusammenarbeit zwischen Wissenschaftlern und Industrie, hat die Europäische Union bereits ihren Willen zur Reduzierung von Tierversuchen in den Mitgliedstaaten gezeigt. Im März 2009, nach zehn Jahren Debatten und Druck vonseiten der Tierschutzorganisationen, hat das Europäische Parlament mit dem Verbot von Tierversuchen in der europäischen Kosmetikindustrie eine neue Etappe eingeläutet.

Während einer Konferenz der EPPA im November 2009 bekräftigten der damalige Vizepräsident der Europäischen Kommission, Günter Verheugen, und der damalige Forschungskommissar Janez Potocnik das Engagement der EU, Tierversuche zu reduzieren. Die Grundregel sind die drei R (replace, reduce, refine): Tierversuche durch andere Methoden so weit wie möglich ersetzen (replace), die Anzahl der verwendeten Tiere reduzieren (reduce) und die Lebensbedingungen von Tieren verbessern, um ihnen so viel Schmerzen wie möglich zu ersparen (refine). Um dies zu erreichen, haben die Mitglieder der EPPA beschlossen, den Schwerpunkt auf neue Forschungsmethoden zu legen, auf den Technologietransfer sowie auf die Verbreitung von Wissen.


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Europa blickt nach Amerika

Die Europäische Union hat zwei Projekte auf den Weg gebracht, mit denen die wissenschaftliche Zusammenarbeit mit den Vereinigten Staaten unter dem Programm „Kapazitäten“ des 7. Rahmenprogramms (RP7) verstärkt werden soll.

Das erste Projekt trägt den Titel BILAT-USA (Bilateral coordination for the enhancement and development of S&T partnerships between the European Union and the United States of America). Auf dieser Plattform werden europäische und amerikanische Akteure aus wissenschaftlichen und technologischen Bereichen rund um Workshops, Konferenzen und wissenschaftliche Kolloquien zusammengeführt, um multidisziplinäre Fragen zu behandeln. Im Rahmen von BILAT-USA sollen auch neue Forschungspartnerschaften gegründet werden, indem Informationen über die Kooperationsaktivitäten in WuT in der EU und in den USA verbreitet werden.

Das zweite Projekt, LINK2US (European Union - United States research cooperation network: Link to the United States), soll die Kooperationsaktivitäten im Bereich WuT zwischen den USA und der EU unterstützen. Es wird Informationen zu Finanzierungsprogrammen und Forschungsmöglichkeiten in den USA sammeln und europäische Wissenschaftler und Forschungs einrichtungen für diese Fragen sensibilisieren. Außerdem wird es die Hürden ermitteln, vor denen europäische Wissenschaftler stehen, die an amerikanischen Forschungsprogrammen teilnehmen wollen. Beide Projekte wurden im Oktober 2009 gestartet und sollen drei Jahre laufen. Sie werden von der Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) und der American Association for the Advancement of Science (AAAS) geleitet.


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Amerika blickt nach Europa

Auch auf der anderen Seite des Atlantiks werden Stimmen nach intensiveren Beziehungen zwischen Europa und den Vereinigten Staaten laut. In seiner Eröffnungsrede anlässlich des Jahrestreffens der Gemeinsamen Forschungsstelle (JRC) der Europäischen Kommission in Brüssel unterstrich der Geschäftsführer der American Association for the Advancement of Science (AAAS), Alan Leshner, die Bedeutung einer starken Zusammenarbeit zwischen Europa und den Vereinigten Staaten, um gemeinsam die großen Herausforderungen unserer Zeit, den Klimawandel, Gesundheitsthemen oder auch die Kommunikation, zu bewältigen.

Dr. Leshner sprach sich dafür aus, dass sowohl die EU als auch die USA bei der Gestaltung einer wahren globalen Wissenschaftsgemeinschaft führend mitwirken sollten. Insbesondere müssten An strengungen unternommen werden, um Wissenschaftler aus Entwicklungsländern in die breitere Wissenschaftsgemeinschaft zu integrieren. Er erkannte allerdings auch an, dass die Vereinigten Staaten in den vergangenen Jahren keine idealen Forschungspartner waren. Der Anschlag vom 11. September 2001 hatte vielfältige Konsequenzen wie etwa strengere Visabe stimmungen, Finanzierungs beschränkungen und eine sehr strenge Sicherheitspolitik für Laboratorien zur Folge, wodurch die Zahl der auslän dischen Wissenschaftler, die in den USA arbeiten wollten, stark zurückging. Aber Leshner betonte darüber hinaus, dass der offizielle Diskurs der USA zur Wissenschaft einer Wandlung unterliege. Zu Beginn der Veranstaltung unterzeichneten AAAS und JRC eine Absichtserklärung für eine Dauer von drei Jahren. Beide Institutionen werden gemeinsame Workshops veranstalten, Informationen austauschen und gemeinsame Berichte veröffentlichen.

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