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Editorial

Der Faktor Mensch im digitalen Zeitalter

Klaus Rehfeld

Zukunftsgestaltung und Zukunftsfähigkeit in einer Welt des Wandels – so darf man die Thematik des vorangegangenen und des aktuellen Wissenschaftsjahres deuten: Der Schritt von Arbeitswelten der Zukunft (2018) zu Künstliche Intelligenz (2019) ist folgerichtig. Die Arbeit von Morgen wird in zunehmendem Maß von digitalen Techniken bestimmt sein. Verbunden damit sind neue Berufsfelder und Erwerbsbiographien – und sicherlich auch einige soziale Dynamik. Vieles fasziniert, manches weckt aber auch Unbehagen, etwa, wenn man an Roboter denkt, die Arbeiten verrichten, die Menschen Lohn und Brot und auch Sinnerfüllung geben, oder an menschenähnliche Gehilfen mit schwarzen Knopfaugen, die uns erheitern, aber auch frösteln lassen.
Und doch darf man getrost darauf setzen, dass sich in einer hochtechnisierten Welt der „Faktor Mensch“ immer wieder in Erinnerung rufen wird. Nicht nur, wenn Technik an menschlichem Fehlversagen scheitert, sondern auch im positiven Sinne. Menschen werden sich wohl in noch weit stärkerem Maße zu Wort melden, einmischen und ihre Talente einbringen. Beispielhaft steht hierfür die schwedische Schülerin Greta Thunberg, die weltweit in die Schlagzeilen geriet.

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Übersicht

Stereoskopische Photographie von Weichtieren

Robert Sturm

Das hervorstechende Merkmal, das man mit den Weichtieren (Mollusken) verbindet, ist die Kalkschale, die meist als Außenskelett ausgebildet ist und deren eindrucksvolle Struktur und oft kunstvoll wirkenden Muster seit alters her faszinieren. Die adäquate Darstellung der komplexen Raumgebilde – insbesondere der Gehäuse von Schnecken – ist eine Herausforderung und macht den Einsatz stereoskopischer Verfahren in der Photographie besonders lohnenswert. Aber auch zur Dokumentation lebender Tiere und ihres Verhaltens sind stereoskopische Aufnahmen wertvoll. Der Beitrag gibt eine Übersicht über die aktuell gängigen Methoden der stereoskopischen Photographie, die dank Fortschritten in der Bildaufzeichnung und der Bildbearbeitung einen routinemäßigen Einsatz in der Weichtierkunde (Malakozoologie) erwarten lassen.

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Forschung

Effiziente Erzeugung regenerativer Brennstoffe über die solare Wasserspaltung

Matthias May

Eine der großen Herausforderungen der Energiewende ist die Bereitstellung treibhausgasneutraler, speicherbarer Energie in Form von Brennstoffen. Wasserstoff ist ein vielversprechender Kandidat für einen universell einsetzbaren Energieträger in einem decarbonisierten Energiesystem, der jedoch bisher zumeist unter Verwendung fossiler Energieträger hergestellt wird. Dies motiviert Forschungen zur solaren Wasserspaltung, d. h. der Energiekonversion von solarer zu chemischer Energie. Sie ist bereits heute deutlich effizienter als die natürliche Photosynthese. Im vorliegenden Beitrag werden Arbeiten zur Entwicklung photoelektrochemischer Zellen für die hocheffiziente Wasserspaltung vorgestellt, die eine Umwandlung von 19% der Solarenergie in die chemische Energie von molekularem Wasserstoff erlauben.

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Bericht

Flammschutzmittel auf Phosphorbasis – eine halogenfreie Alternative

Susanne Dieterich

Flammschutzmittel oder Brandhemmer sind Stoffe, die die Ausbreitung von Bränden einschränken, verlangsamen oder verhindern sollen. Sie wirken entweder in der beim Brand entstehenden Gasphase, indem sie die dabei einsetzende Radikalkettenreaktion unterbinden. Oder sie fördern in der Festphase den Aufbau einer Schutzschicht aus verkohltem Material, die den Zutritt von Sauerstoff und von Wärme zum Brandgut verhindert. Viele Materialien aus Kunststoff, die im täglichen Leben benutzt werden, haben ein hohes Brandrisiko. Deshalb ist die Entwicklung effizienter Flammschutzmittel für diese Materialien ein wichtiger Zweig der chemischen Forschung. Bisher eingesetzte halogenierte Flammschutzmittel kommen zunehmend in Verruf in Bezug auf ihre Sicherheit bzw. Umweltgefährdung, was die Forschung zu halogenfreien und insbesondere phosphorbasierten Flammschutzmitteln fördert. Gute Flammschutzmittel, die als Additive oder als reaktive flammhemmende Verbindungen eingesetzt werden können, müssen die Materialeigenschaften des Kunststoffs weitgehend erhalten. Ihre Eigenschaften müssen zu den Polymerverarbeitungs- und Pyrolyseeigenschaften passen und den Gesundheitsvorschriften und Marktanforderungen genügen.

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Astronomie

Verlust flüchtiger Elemente und Isotopenfraktionierung bei der Entstehung des Mondes

Einige Zehn Millionen Jahre nach ihrer Entstehung kollidierte die Erde mit dem etwa marsgroßen Planeten Theia. Dabei wurden große Mengen Gesteinsdampf und Staub freigesetzt, die in eine ringförmige Umlaufbahn gerieten und zum Mond kondensierten. Für dieses Szenario sprechen die exakte Übereinstimmung des Anteils an rasch kondensierenden (refraktären) Elementen sowie die Verteilung ihrer Isotope in terrestrischem bzw. lunarem Gestein. Doch bei flüchtigen Elementen wie z.B. Chrom sind die leichten Isotope im Mondgestein im Vergleich zu irdischem Mantelgestein deutlich abgereichert, während deren schwere Isotope angereichert sind. Bisher wurde dies den sehr hohen Temperaturen zugeschrieben, die bei der Kollision entstanden und ein partielles Entweichen flüchtiger Elemente in den Weltraum ermöglichten. Doch neue, sehr genaue Analysen des Chroms im irdischen Mantelgestein und im Mondgestein ergaben, dass die Isotopen-Fraktionierung bei einer viel niedrigeren Temperatur erfolgt sein musste, als bisher angenommen wurde. Der Verlust an flüchtigen Elementen konnte nämlich nicht direkt beim Aufprall von Theia erfolgen, sondern aus himmelsmechanischen Gründen erst bei der Akkretion des kollisionsbedingt verdampften Materials zum Mond und danach.

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Geowissenschaften

Bildung von Ringstrukturen in großen Impaktkratern

Große Meteoriten-Einschlagskrater auf den Gesteinsplaneten in unserem Sonnensystem besitzen topographische Ringstrukturen innerhalb des äußeren Ringwalls. Das getroffene Gestein muss dazu zunächst fließfähig werden, um sich über weite Distanzen schnell zu bewegen, und anschließend an Festigkeit gewinnen, damit die gebildeten Ringgebirge erhalten bleiben. Das bedeutet eine extreme Änderung des mechanischen Verhaltens innerhalb kürzester Zeit. Untersuchungen von Bohrkernen des Chicxulub-Kraters in Mexiko und Simulationsrechnungen ermöglichen, den zeitlichen Ablauf des vor rund 66 Millionen Jahren erfolgten Einschlags mitsamt seinen geomorphologischen Auswirkungen zu rekonstruieren. Außerdem konnten erstmals Hinweise für die akustische Verflüssigung gefunden werden, einen seit längerem diskutierten Mechanismus, durch den Gesteine kurzfristig fließfähig werden.

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Geowissenschaften

Genauer Zeitpunkt des Santorin-Vulkanausbruchs

Der Vulkan-Ausbruch von Santorin im östlichen Mittelmeer war von großer Bedeutung für die alten Kulturen in diesem Bereich. Eine genaue Festlegung des Zeitpunkts dieser Vulkankatastrophe war bisher schwierig, weil archäologische Funde ein etwas anderes Alter ergeben hatten als die Radiocarbon-Datierungen. Neuere Untersuchungen haben jetzt gezeigt, dass die zur Kalibrierung der Radiocarbon-Daten verwendete Dendrokurve korrigiert werden musste, wodurch die zeitliche Diskrepanz aufgelöst werden konnte: Alle Verfahren der Altersbestimmung zeigen eine Ausbruchszeit des Santorin-Vulkans zwischen 1600 und 1525 v. Chr. an.

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Chemie

Nachweis der abiotischen Synthese einer Aminosäure in der Lithosphäre

Die abiotische Synthese einfacher organischer Substanzen wie Kohlenwasserstoffe und Carboxylsäuren bei der hydrothermalen Alteration von aufquellendem Erdmantelgestein am Mittelozeanischen Rücken ist seit langem bekannt. Auf theoretischer, thermodynamisch und chemisch gut fundierter Basis wurde an solchen Standorten auch die abiotische Synthese von Aminosäuren postuliert. Im Laboratorium konnten solche Synthesen tatsächlich durchgeführt werden. Nun gelang der Nachweis der höchst wahrscheinlich abiotisch entstandenen aromatischen Aminosäure Tryptophan in der Lithosphäre. Spuren davon wurden in Gesteinsproben aus einer Tiefenbohrung in dem zum Mittelatlantischen Rücken gehörenden Atlantis Massiv gefunden. Als Katalysator bei ihrer Synthese wirkte das eisenreiche Tonmineral Saponit, das aus hydratisiertem Peridotit entstehen konnte. Damit wird die Theorie einer hydrothermalen Entstehung des Lebens weiter gestützt.

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Chemie

Mit Tantal-Ionen katalysierte Ammoniaksynthese bei Raumtemperatur

Das durch Laserablation von metallischem Tantal erhaltene, energiereiche Ditantal-Kation Ta2+ ermöglicht im Hochvakuum die Synthese von Ammoniak aus Stickstoff und Wasserstoff bei Raumtemperatur. Das Aufbrechen der Dreifachbindung der beiden Stickstoffatome im Molekül N2 kann durch die exotherme Bindung von N2 an Ta2+ erfolgen. Als Zwischenprodukt entsteht zuerst ein positiv geladener, viergliedriger Ring aus alternierenden Tantal- und Stickstoffatomen. In Gegenwart von atomarem Wasserstoff, der ebenfalls mittels Ditantal aus dem Molekül H2 erhalten wird, entsteht Ammoniak unter Neubildung des Ditantal-Kations. Wie ein Katalysator wird dieses nicht verbraucht und kann weitere Reaktionszyklen durchlaufen. Dieser Reaktionsmechanismus ist theoretisch und experimentell gesichert; ob er längerfristig zu einer industriell nutzbaren Ammoniaksynthese bei Raumtemperatur führen kann, bleibt unsicher.

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Ökologie

Feuchtgebiete verschwinden schneller als Wälder

Zwischen 1970 und 2015 sind weltweit etwa 35 Prozent aller Feuchtgebiete verschwunden, und die jährliche Verlustrate hat sich seit der Jahrtausendwende noch beschleunigt. Dies sind zwei Kernaussagen des Global Wetland Outlook, der Ende September veröffentlicht wurde. Feuchtgebiete zählen zu den ökonomisch wertvollsten Ökosystemen, die darüber hinaus eine hohe Biodiversität aufweisen. Zu ihrem Schutz wurde 1971 in der iranischen Stadt Ramsar eines der ersten internationalen Übereinkommen des Naturschutzes getroffen, das 1975 in Kraft trat. In der Ramsar-Konvention haben sich 170 Länder verpflichtet, diese Gebiete zu schützen oder zumindest nachhaltig zu nutzen. Dennoch schreitet die Zerstörung der Feuchtgebiete voran. Treibende Kräfte sind nach dem Bericht vor allem die in Küstengebieten und an Flussmündungen wirksamen Megatrends Klimawandel, Bevölkerungswachstum und Verstädterung – sowie ein weltweit verändertes Konsumverhalten, das zu einer intensiveren Nutzung terrestrischer und aquatischer Ökosysteme führt.

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Ökologie

Arthropodensterben in den Tropen

Die Veröffentlichung langfristiger Daten des Entomologischen Vereins Krefeld zum Insektenrückgang in Deutschland hat 2017 für Aufsehen gesorgt. Nun liegt auch für die Tropen eine ähnlich fundierte Studie vor. Über einen Zeitraum von 36 Jahren stellten Wissenschaftler auf der Karibikinsel Puerto Rico eine um vier bis acht Mal geringere Trockenbiomasse von Insekten in Trockenfallen und sogar 30 bis 60 Mal geringere Werte in Klebfallen fest. Die mittlere Jahrestemperatur stieg in der gleichen Zeitspanne um 2°C. Ebenso ging die Artendichte und Biomasse von Insektivoren wie Eidechsen, Fröschen und Vögeln deutlich zurück. Die Autoren sehen neben einem begrenzten El Niño-Effekt vor allem die durch den Klimawandel bedingte Erwärmung als wesentliche Ursache für das Artensterben, die negative Auswirkungen auf die Nahrungskette hat.

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Zoologie

Einfluss der Coevolution auf den Brutparasitismus bei Fischen

Brutparasitismus findet man vor allem bei Insekten und Vögeln. Das Paradebeispiel ist der Kuckuck, der seine Jungen auf Kosten anderer Vögel aufziehen lässt. Bei Fischen ist bislang nur der Brutparasitismus des Kuckuckswels bekannt, der im Tanganjikasee vorkommt und dort maulbrütende Buntbarsche zur Jungenaufzucht ausnutzt. Mit diesem Brutparasiten, einem seiner natürlicherweise genutzten Wirtsfische und potentiellen Wirtsfischen aus anderen ostafrikanischen Seen wurden Experimente durchgeführt, um Erkenntnisse darüber zu gewinnen, wie sich Coevolution und individuelles Lernen auf den Fortpflanzungserfolg von Wirt und Parasit auswirken.

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Botanik

Das Genom des Meersalats Ulva – Vielzelligkeit und Symbiose

Das Genom der Grünalge Ulva (Abteilung Chlorophyta) liegt mit 98,5 Mbp und nahezu 13 000 Proteine codierenden Genen im Mittelfeld anderer Grünalgen-Genome. Passend zum Vorkommen im Gezeitenbereich sind Genfamilien vergrößert, die mit der Reaktion auf Austrocknung, Hypersalinität und hohe Lichtintensität im Zusammenhang stehen. Stark vertreten sind weiterhin die Gene für die Bildung der im globalen Schwefel-Kreislauf bedeutsamen Substanzen Dimethylsulfoniumpropionat (DMSP) und Dimethylsulfid. An der Regulation des Zellzyklus ist der verbreitete Signalweg mit dem Retinoblastom-artigen Protein nicht beteiligt. Die Vielzelligkeit ist bei Ulva unabhängig von anderen Algengruppen entstanden und von den bekannten Phytohormonen unabhängig. Ausgelöst wird sie durch hormonartige Substanzen symbiontischer Bakterien, die durch die Schwefelverbindungen chemotaktisch angelockt werden. Durch horizontalen Gentransfer wurden zahlreiche für die Stressreaktionen bedeutsame Peroxidasen von Bakterien übernommen sowie die DMSP-Lyase, die Dimethylsulfid bildet, von Emiliana huxleyi.

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Molekularbiologie

Proteine dominieren Mitoribosomen der Trypanosomen

Ribosomen sind Ribonucleoprotein-Komplexe, in denen die ribosomale RNA sowohl die katalytischen Aufgaben als auch die des Strukturgebers übernimmt, während Proteine in der Regel eine eher untergeordnete Rolle spielen. Dagegen ist der Anteil der ribosomalen RNA in den Mitochondrien der Trypanosomen – einzelliger Flagellaten, zu denen u. a. der Erreger der Afrikanischen Schlafkrankheit gehört – deutlich reduziert. In diesen Mitoribosomen übernehmen Proteine einen Großteil der strukturgebenden Aufgaben, beispielsweise, indem sie eine äußere Hülle um die katalytisch aktive ribosomale RNA bilden. Durch ihren abgewandelten Bauplan ermöglichen die Mitoribosomen zu bestimmen, welche Bestandteile unverzichtbar für die Funktionalität von Ribosomen sind.

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Molekularbiologie

Zweideutiges Basentriplett im genetischen Code einer Hefe

Im genetischen Code wird ein Codon immer in die gleiche Aminosäure übersetzt. Zum ersten Mal wurde nun jedoch eine Abweichung von dieser Regel beschrieben: Die Hefe Ascoidea asiatica übersetzt das Codon CUG entweder in Leucin oder Serin und wählt dabei zufällig aus. Ursächlich hierfür ist vermutlich das Vorhandensein von zwei tRNAs für das entsprechende Codon, die miteinander konkurrieren. Die Gefahr einer solchen zufälligen Nutzung minimiert die Hefe, indem sie das Codon CUG in für Aktivität und Struktur von Proteinen wichtigen Positionen nicht verwendet.

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Archäologie

Erster molekularer Nachweis historischer Treponemen

Der zu den Spirochäten gehörende Erreger der Syphylis wurde erstmals auf der Basis von DNA-Untersuchungen in archäologischen Skeletten nachgewiesen. Die Knochenfunde wiesen morphologische Veränderungen auf, wie sie von dem Syphiliserreger T. p. pallidum, aber auch von dem Erreger der Frambösie T. p. pertenue bekannt sind. Tatsächlich konnten die Genome beider Unterarten festgestellt werden, was die grundsätzliche Möglichkeit aufzeigt, die allein aufgrund morphologischer Befunde nicht eindeutige Krankheitsursache zu klären. Von besonderem Interesse ist, dass es sich um Knochen von Neugeborenen und Kindern handelt. Die Ergebnisse deuten an, dass nicht nur der Syphilis-, sondern auch der Frambösie-Erreger die Plazenta-Schranke überwinden und den Fötus infizieren kann.

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Kurzmitteilungen

Textilien mit Leuchtdioden

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Kurzmitteilungen

Altersbestimmung von Gold

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Kurzmitteilungen

Angebliche Stromatolithen sind anorganische Bildungen

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Kurzmitteilungen

Afrikanische Milben in Europa

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Kurzmitteilungen

Verursacht Virus das Schwarze Bachforellen-Phänomen?

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Kurzmitteilungen

Neonicotinoid-Nachfolger Sulfoxaflor beeinträchtigt Bestäuber

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Kurzmitteilungen

Ein Virulenzfaktor neutralisiert Lysosomen von Makrophagen

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Kurzmitteilungen

Wie Ingwer und Zitrone die Infektionsabwehr stärken

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Kurzmitteilungen

Einflüsse auf die Acrylamidbildung in Weizenbrot

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Kurzmitteilungen

Sexualdimorphismus beim Brunnenlebermoos

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Kurzmitteilungen

Erhöhung der Dürreresistenz bei Gerste

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Bücher und Medien

Andreas H. Segerer, Eva Rosenkranz: Das große Insektensterben – Was es bedeutet und was wir tun müssen.

Johannes Sander

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Bücher und Medien

Harald Lesch, Klaus Kamphausen: Wenn nicht jetzt, wann dann? – Handeln für eine Welt, in der wir leben wollen.

Jörg Wetterau

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Bücher und Medien

Einhard Bezzel: 55 Irrtümer über Vögel.

Jobst H. Klemme

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Bücher und Medien

Klaus Hausmann: Lebensweg eines nur durchschnittlich Begabten. Ein Naturwissenschaftler ­erinnert sich.

Volker Storch

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Stichwort

Gleichschritt

Reinhard Piechocki

Der Mensch ist ein Homo synchronicus: Als einziges unter allen Lebewesen vermag er sich gemeinsam mit anderen synchron zu einem regelmäßigen Puls (Beat) zu bewegen. Ein markantes Beispiel hierfür ist das Marschieren im Gleichschritt. Menschen, die den Gleichklang von Rhythmus und Bewegung erleben, verwachsen zu einem synchronisierten Körper. Dadurch werden der Zusammenhalt und das kämpferische Potential einer Gemeinschaft gestärkt und gleichzeitig das kritische Denken minimiert. Das synchrone Marschieren wurde durch die entstehende Aura der Unbesiegbarkeit im 20. Jahrhundert zum Mythos faschistischer und sozialistischer Bewegungen.

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Retrospektive

Wenn die Naturwissenschaften ins ideologische Visier geraten

Martin Battran

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Veranstaltungen

27th Annual Meeting of the German Crystallographic Society (DGK)

25. bis 28. März 2019
LEIPZIG
www.dgk-conference.de

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