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bis 112
Editorial

Die Erkundung des Mars

Perseverance: Ein wenig geläufiges Wort ist es, das wir in den Nachrichten der letzten Zeit mitsamt Übersetzungshilfe zu hören bekommen. Es ist der Name eines Rovers, mit dem die NASA die Erkundung des Mars fortsetzt. Als fahrendes Labor knüpft Perseverance an drei frühere Rover mit klangvollen Namen an. Nach Spirit und Opportunity, die 2003 auf unserem Nachbarplaneten landeten, kam 2011 Curiosity hinzu. Treffender kann man die Namen für derartige Vehikel kaum wählen: Ohne Forschergeist und den unbedingten Willen, jede Gelegenheit zu ergreifen, um die Neugier zu stillen, geht es nicht – und bei allem sind auch Beharrlichkeit und Ausdauer vonnöten, woran der Name des neuesten Rovers erinnert. Denn auch wenn bei der aktuellen Mission bislang alles scheinbar mühelos klappte, selbstverständlich ist dies keineswegs.

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Klimaforschung

Ein neues Archiv für die Klimaforschung – Mit moderner Holzanatomie auf der Suche nach historischen Vulkanausbrüchen

Ulf Buentgen

Über Klima lässt sich nur reden, wenn man das Wettergeschehen über einen längeren Zeitraum im Blick hat. Entsprechend arbeitet die Klimaforschung stets mit Aufzeichnungen. Liegen keine Messungen und Beobachtungen vor, so ist man auf Indizien angewiesen, die über Temperaturen, Niederschläge und andere klimarelevante Faktoren Auskunft geben. Solche Klima-Proxies gewinnt man u.a. aus der Analyse von Eisbohrkernen, Kalksintern und den Jahrringen von Bäumen. Im Mittelpunkt des Beitrags steht ein neues, durch Anfärben mikroskopischer Holzschnitte sichtbar zu machendes Klima-Proxy, das hochsensitiv kurzfristige Abkühlungen anzeigt, wie sie von Vulkanausbrüchen hervorgerufen werden.

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Konzepte und Geschichte

Historische Seuchen

Johannes Sander

Die aktuelle Coronavirus-Pandemie ist nur eine von vielen, wie der Blick auf die großen Seuchen der Vergangenheit zeigt. Manche haben Aufstieg und Fall großer Reiche herbeigeführt, einige haben bleibende Spuren im kollektiven Gedächtnis hinterlassen. Erst in jüngerer Zeit beginnt man zu würdigen, welche geschichtsentscheidende Bedeutung Seuchen gehabt haben.

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Forum

Ökologie und Heimat – Vom schwierigen Umgang mit einem belasteten Begriff

Reinhard Piechocki

Das Jahrbuch Ökologie greift ein politisch brisantes Thema auf: Inwieweit förderte die Ende des 19. Jahrhunderts aufblühende Naturschutzbewegung Entwicklungen, die im Nationalsozialismus endeten, und inwieweit bleibt nationalistisches Denken im Naturschutz virulent? In diesem Zusammenhang ist es hilfreich, sich bewusst zu machen, dass Ökologie als Wissenschaft keine Heimat kennt, der Naturschutz aber seine Triebkräfte gerade aus den Erfahrungen einer an Naturräume gebundenen Beheimatung bezieht.

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Essay

Zwei Ansichten einer Kultur – Das dialektische und das komplementäre Bild

Ernst Peter Fischer

Wann immer über die Verankerung der Naturwissenschaften im gesellschaftlichen Bewusstsein die Rede ist, bildet C. P. Snows Ende der 1950er Jahre aufgestellte These der literarischen und der wissenschaftlichen Kultur eine wichtige Referenz. Gibt es wirklich eine solche Spaltung? Erstaunliches lässt sich von dem jüdischen Philosophen Walter Benjamin lernen, der sich mit Arthur Eddingtons Buch Das Weltbild der Physik beschäftigte.

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Technik

Einsturz des Arecibo-Radioteleskops

Das ursprünglich als militärische Radaranlage und zur Erforschung der Ionosphäre konzipierte Radioteleskop bei Arecibo auf der Karibikinsel Puerto Rico bestand aus einem unbeweglichen Hauptspiegel mit einem Durchmesser von 305 m und einer darüber aufgehängten, 900 Tonnen schweren Instrumentenplattform. Es wurde nach dreijähriger Bauzeit Ende 1963 in Betrieb genommen. Nach Kabelrissen im August bzw. November 2020 wurde der sphärisch gekrümmte Hauptspiegel am 1. Dezember 2020 durch den Absturz der Instrumentenplattform so schwer beschädigt, dass eine Reparatur ausgeschlossen ist. Die Anlage muss abgebrochen und verschrottet werden. Zurzeit wird das Projekt zum Bau eines viel leistungsfähigeren Instrumentes am gleichen Standort ausgearbeitet, doch die Finanzierung ist nicht gesichert.

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Atomforschung

Die 3308 Nuklide der Atomphysik

In der Natur findet man 90 stabile bzw. sehr langsam zerfallende, radioaktive chemische Elemente. Dazu kommen die künstlichen, inhärent instabilen Elemente Technetium und Promethium. Auf das Uran folgen zudem im Periodensystem weitere 26, nur künstlich herstellbare instabile Elemente; das (vorläufig) letzte davon trägt die Nummer 118 und den Namen Oganesson. Mehrere dieser Transurane haben zivile und militärische Anwendungen gefunden. Zudem sind sie zum Verständnis des Atombaus von großer Bedeutung. Der Kern jedes Atoms im Periodensystem der Elemente ist durch die Ordnungszahl eindeutig gekennzeichnet. Sie gibt die Zahl der positiv geladenen Protonen an, die von einer entsprechenden Zahl von Elektronen in der Atomhülle elektrisch neutralisiert wird. Als weitere Kernbausteine (Nukleonen) gibt es neben den Protonen die ladungslosen Neutronen. Beide können in unterschiedlichen Mengenverhältnissen und Energiezuständen vorliegen, so dass man verschiedene Atomsorten unterscheiden kann, die Nuklide. Sie werden seit 1967 am CERN mit der eigens dafür eingerichteten Experimentalforschungsanlage ISOLDE erforscht.

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Geowissenschaften

Hot Spot unter der Eifel

Die Eifel gehört zu den vulkanisch aktiven Regionen, die inmitten einer Kontinentalplatte liegen. Seit 2013 ist dort ein hochsensibles seismisches Messnetzwerk installiert, das deutschen Erdbebendiensten und Geoforschungseinrichtungen eine kontinuierliche Überwachung ermöglicht. Messungen der genauen Position von europaweit installierten GPS-Stationen erlauben, die durch Vulkanismus bedingten topographischen Veränderungen in drei Dimensionen zu erfassen. Sie zeigen eine signifikante Aufwölbung im Gebiet der Eifel. Zusammen mit seismischen Messungen lässt das einen Manteldiapir (Hot Spot) im Erdmantel an dieser Stelle und aufsteigendes Magma vermuten.

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Ökologie

Eine einfache Methode zur Darstellung und zum Monitoring der Schneebedeckung

Die jahreszeitlich bedingten Änderungen der Schneebedeckung sind für viele terrestrische Arten von großer Bedeutung. Um diesen wichtigen, kleinräumig wirksamen ökologischen Faktor zu erfassen, hat sich die systematische Einzelbilddokumentation und anschließende Bildbearbeitung als kostengünstige Methode bewährt.

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Ökologie

Anreize für eine natürliche Wiederbewaldung

Waldzuwächse über die letzten Jahrzehnte sind eher auf natürliche Wiederbewaldungsprozesse als auf Aufforstungen zurückzuführen. Dies gilt insbesondere für Europa und Lateinamerika. In der nun beginnenden UN-Dekade zur Wiederherstellung von Ökosystemen (2021– 2030) stellt sich somit unter anderem die Frage, wie natürliche Wiederbewaldungsprozesse auf eine sozial verträgliche und ökonomisch wie ökologisch effiziente Weise angeregt werden können, um Artenvielfalt zu erhalten oder zurückzugewinnen, den Klimawandel abzumildern, Ernährungssicherheit zu erhöhen und die Wasserversorgung sicherzustellen. In einem Übersichtsartikel werden die Rolle und der Stand von natürlichen Wiederbewaldungsprozessen in den Tropen und den temperierten Breiten beleuchtet und politische wie ökonomische Anreizsysteme analysiert, die diese Entwicklung entweder behindern oder fördern.

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Toxikologie

Speikobras und ihr Gift

Einige Kobraarten haben eine besondere Form der Verteidigung entwickelt. Um sich einen Angreifer vom Leibe zu halten, sprühen sie ihm ihr Gift entgegen, sogar zielgerecht in seine Augen. Der sofort einsetzende Schmerz hält ihn vor weiteren Aggressionen ab und gibt der Schlange die Chance, sich rasch zurückzuziehen.

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Neurobiologie

Was Meissner-Körperchen so feinfühlig macht

Die Haut von Säugetieren liefert eine Vielzahl von sensorischen Informationen über die äußere Umgebung, darunter Schmerz-, Temperatur- und insbesondere taktile Informationen. Dem Tastsinn dienen verschiedene Rezeptortypen, die für die Empfindung von Druck, Berührung und Vibrationen spezialisiert sind. Ein Typ von Druckrezeptoren, der ausschließlich in nicht behaarten Regionen der Haut vorkommt, wird als Meissner- Körperchen bezeichnet. Diese können mechanische Reize mit hoher Auflösung detektieren und durch Abtasten Un- ebenheiten von ca. 10 nm wahrnehmen. Meissner-Körperchen werden von zwei Typen von schnell leitenden Aβ- Neuronen innerviert, die sich hinsichtlich ihrer Druckempfindlichkeit, Leitungsgeschwindigkeit und elektrischen Antwortmustern unterscheiden. Diese verschiedenen Eigenschaften bestimmen die Art und Weise, in der wir Berührungsreize mittels Meissner-Körperchen wahrnehmen und ermöglichen eine hohe Auflösung der Empfindung.

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Mikrobiologie

Nervenzellen kommunizieren mit Darmbakterien

Der tierische Verdauungstrakt zeichnet sich durch rhythmische Kontraktionen aus, die von Schrittmacherzellen gesteuert werden. Beim Modellorganismus Hydra spec. ist es nun gelungen, diese Schrittmacherzellen zu identifizieren und zu charakterisieren. Überraschend war dabei, dass die im Mundbereich lokalisierten Nervenzellen immunkompetent sind und durch die Produktion von antimikrobiellen Peptiden das Mikrobiom der Nesseltiere beeinflussen können. Da diese Mechanismen auch bei Säugetieren konserviert sind, könnten sie als Ansatzpunkte für Therapien gegen Krankheiten dienen, die mit einer gestörten Darmperistaltik einhergehen.

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Immunologie

Bakterienenzym schützt Zecken vor der Hautflora ihrer Säugetierwirte

Während der Blutmahlzeit nehmen Zecken auch Bakterien der Hautflora ihrer Säugetierwirte auf, die nach neuesten Erkenntnissen für Zecken pathogen sind. Um sich gegen diese Erreger zu schützen, bilden die Zecken ein lytisches Enzym, das vor allem die in der Hautflora vorkommenden Staphylokokken mit hoher Effizienz abtötet. Das zugehörige Gen dae2 ist keine Eigenentwicklung der Zecke, sondern wurde durch horizontalen Gentransfer von Bakterien auf die Vorfahren der Zecken übertragen. Vermutlich hat erst dieses Gen den Zecken eine blutsaugende Lebensweise ermöglicht.

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Infektiologie

Krankheitssymptome verringern Ausbreitung von Pathogenen

Wie schnell sich Krankheitserreger in einem sozialen Netz ausbreiten, hängt davon ab, wie viele und wie enge Kontakte die Mitglieder miteinander unterhalten. Typische Krankheitssymptome wie Abgeschlagenheit und vermehrter Rückzug verringern diese Kontakte und dadurch vermutlich auch die Wahrscheinlichkeit einer Übertragung von Pathogenen. Anhand einer Gruppe von Fledermäusen konnte dieser Zusammenhang nun statistisch nachgewiesen werden.

95
Entwicklungsbiologie

Schildkröten-Embryos beeinflussen ihr Geschlecht

Bei vielen Kriechtieren wird das Geschlecht nicht durch Geschlechts-Chromosomen festgelegt, sondern durch die Temperatur, bei der sich der Embryo im Ei entwickelt. Forschungsergebnisse deuten nun darauf hin, dass Schildkröten- Embryonen durch Bewegungen im Ei Thermoregulation betreiben und dadurch ihr Geschlecht beeinflussen können. Besondere Bedeutung gewinnt dieses Verhalten angesichts des Klimawandels.

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Immunologie

Coronaviren und das Immunsystem von Fledertieren

SARS-CoV2 stammt, wahrscheinlich indirekt über einen Zwischenwirt, von Fledertieren (Chiroptera). Im Gegensatz zu einigen Menschen kommen Fledermäuse und Flughunde mit SARS-CoV2 und vielen anderen Viren sehr gut zurecht. Ursachen sind wahrscheinlich Unterschiede im Immunsystem, die kürzlich in einem Übersichtsartikel zusammengefasst wurden.

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Kurzmitteilungen

Das Genom der Tuatara

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Kurzmitteilungen

Monitoring von SARS-CoV-2 im Abwasser

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Kurzmitteilungen

Friedrich-Wilhelm-Joseph-Schelling-Forum

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Bücher und Medien

Jost Lemmerich: Max von Laue – Furchtlos und treu. Eine Biographie des Nobelpreisträgers für Physik

Sybille Gerstengarbe

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99
Bücher und Medien

Ernst Mutschler, Christoph Friedrich: Leuchttürme – Erfolgreiche Arzneimittelforscher im 20. Jahrhundert

Roland Sedivy

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Bücher und Medien

Katie Mack: The End of Everything (Astrophysically Speaking) 

Lucien F. Trueb

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101
Internet-Tipps

Geburtstagsjubiläen

Die wissenschaftshistorischen Internethinweise für das Jahr 2021 beginnen wir mit Gedenkjahren runder Geburtstage.

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Stichwort

Holobiont

Ulrich Lüttge

Holobionten sind emergente Systeme biologischer Selbst-Organisation, die ursprünglich definiert wurden als Einheit aus Wirtsorganismus mit allen assoziierten Mikroorganismen. Als Produkt einer durch permanente Interaktion gekennzeichneten gemeinsamen Evolution stellen sie eine Einheit dar, die der Selektion unterliegt. Ausgehend von dieser Definition wurde und wird versucht, das Holobiont-Konzept auf höheren Skalierungsebenen der Integration – bis hin zu Ökosystem, Biomen und der ganzen Biosphäre – auszudehnen. Derartige Holobiont-artige Systeme (HAS) werden immer komplexer, die Aussagen über sie auch immer umfassender und weitreichender, doch das grundlegende Prinzip der kreativen Selbstorganisation bleibt erhalten.

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Retrospektive

Schädlingsbekämpfungsmittel als Kriegswaffen

Martin Battran

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