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Seiten 113
bis 168
Editorial

Von der Vielfalt des Wissens

Klaus Rehfeld

Wissen ist Macht – knapp und schnörkellos umriss der englische Philosoph Francis Bacon (1561–1626) die Beziehung zweier Felder menschlichen Strebens und Handelns, die man idealerweise streng scheiden und der Welt des Geistes und der Welt der Taten zuordnen mag. Doch in der Realität sind sie mehr oder weniger miteinander verquickt. Zwischen dem feingeistigen Wissen der Vita contemplativa und dem Handlungswissen der Vita activa auf der einen Seite und der subtilen bis brachialen Ausübung von Macht auf der anderen eröffnen sich unzählige Möglichkeiten der wechselseitigen Durchdringung. Bacon hatte das Wissen zum Handeln im Blick. Naturwissenschaften ergründen und unseren Zwecken dienlich machen können.

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Übersicht

Bonobos – die missverstandenen Menschenaffen

Volker Sommer

Zusammen mit den Schimpansen sind die Bonobos – fälschlich auch als Zwergschimpansen bezeichnet – die nächsten Verwandten des Menschen. Für uns werden sie damit zu einem Spiegel der Selbsterkenntnis. Doch in welchen Spiegel sollen wir schauen? – Schimpanse und Bonobo sind nämlich in vielerlei Hinsicht unterschiedlich. So liebevoll und friedfertig aber, wie Bonobos nach den ersten Berichten zu sein schienen, sind sie beileibe nicht. Freilandforschungen im Herzen des kongolesischen Regenwaldes führen zu einem differenzierteren Bild und zeigen, welche große Bedeutung die ökologischen Bedingungen für tierisches Verhalten haben.

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Konzepte und Geschichte

Wissensgesellschaften feiern denkwürdige Jubiläen

Rainer Springhorn

In einer Zeit, in der der Wissenshunger noch nicht durch wohlfeile Medien gestillt werden konnte und die akademische Welt vielen verschlossen war, wurden Bürger selbst aktiv. Sie gründeten Gesellschaften, um sich über neue wissenschaftliche Erkenntnisse auszutauschen und an den Entwicklungen teilzuhaben. Eine Blüte erlebte diese Bewegung zu Beginn des 19. Jahrhunderts. Die anstehenden Jubiläen geben den Vereinigungen die Gelegenheit, sich mit ihrem reichen Erfahrungsschatz an die Öffentlichkeit zu wenden, die wieselten zuvor für bürgerwissenschaftliches Engagement empfänglich ist und sich eingeladen fühlen darf, an die Gründungsideen anzuknüpfen.

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Forum

COVID-19 und menschgemachter Klimawandel als postnormale wissenschaftliche Objekte

Hans von Storch

Wissenschaft verändert fortlaufend unser Leben, weshalb man auch Forderungen und Erwartungen an sie stellt. Besonders gilt dies in Zeiten der Unsicherheit, die rasche Entscheidungen erfordern. In einer derartigen Situation läuft die Wissenschaft Gefahr, in das politische Getriebe zu geraten. Sie wird entwissenschaftlicht und zu einem politischen Mitspieler – womit sie ihre Reputation, die auf Fachkompetenz und strikter Sachbezogenheit beruht, aufs Spiel setzt.

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Astronomie

Blaufärbung durch Meteoriteneinschläge auf Ceres

Viele junge Einschlagkrater auf dem Zwergplaneten Ceres sind auffallend bläulich gefärbt. Wahrscheinlich vermischt sich bei den Einschlägen Oberflächenmaterial mit tiefer liegendem Wassereis. Anschließende Sublimation des Wassers führt zu einer porösen Materialstruktur, die durch Rayleighstreuung überwiegend kurwelliges Licht reflektiert.

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Atomforschung

Symmetriebruch bei den Neutrino-Oszillationen

13,8 Milliarden Jahren als sehr massereiche Vakuumfluktuation. Dies war physikalisch möglich, denn die Existenz von Raum, Zeit und Materie setzt Fluktuationen voraus, bei welchen virtuelle Partikel spontan entstehen und gleich wieder verschwinden. Solche Schwankungen haben in Bezug auf ihre Masse keine Obergrenze; man bezeichnet sie als Quanten- oder Vakuumfluktuationen. Dabei entstehen Teilchen oder Teilchensysteme immer paarweise und mit entgegengesetzten Eigenschaften, so dass sie sich gleich nach ihrer Entstehung gegenseitig zerstören, d.h. annihilieren. Ähnlich verhält es sich mit den stabilen Elementarteilchen der subatomaren Welt. So gibt es zum Beispiel ein elektrisch positiv geladenes Pendant zu dem eine negative Ladung tragenden, jedermann bekannten Elektron; man nennt es Positron. Kommen ein Elektron und ein Positron zusammen, so annihilieren sie sich gegenseitig und verschwinden damit definitiv. Ihre Energie bleibt in Form von Photonen erhalten.

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Geowissenschaften

Wie die Erde zu ihrem Wasser kam

Der Ursprung des irdischen Wassers ist ein seit langem kontrovers debattiertes geochemisches Thema. Als wahrscheinlichstes Szenario galt bisher, dass die Erde ursprünglich ein trockener, im heißen inneren Teil des Sonnensystems entstandener Planet war. Nachträglich wurde sie aber mit wasserreichen Meteoriten, vor allem mit kohligen Chondriten bombardiert, die aus dem äußeren, kalten Bereich des Sonnensystems stammten, wo Wassereis sehr häufig vorkommt. Nun geht aus neuen Untersuchungen hervor, dass Enstatit- Chondrite, d. h. Meteoriten, die das Enstatit genannte, eisenhaltige Magnesiumsilicat enthalten, unerwartet viel Wasser führen, obwohl sie wie die Erde aus dem inneren Teil des Sonnensystems stammen. Ihre Isotopenzusammensetzung stimmt mit derjenigen des Erdmantels überein. Falls der Erdmantel aus enstatithaltigem Material entstand, erhielt die Erde genügend Wasser, um die Weltmeere mindestens 3- bis 4,5mal zu füllen. Dies schließt nicht aus, dass kohlige Chondrite und auch Kometen den Ozeanen zusätzliches Wasser zuführten. Doch das in den Mineralen des Mantels eingeschlossene Wasser dürfte fast ausschließlich von enstatithaltigem Material stammen.

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Geowissenschaften

Frühe Erdatmosphäre

Obwohl sich die Planeten Venus, Erde und Mars in ihrer Zusammensetzung gleichen, unterscheiden sich ihre Atmosphären doch deutlich. Bestand dieser Unterschied schon von Anfang an, oder ist er das Ergebnis einer durch Organismen vorangetriebenen Entwicklung? Dieser Frage gingen Wissenschaftler der ETH Zürich nach.

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Technik

Blauer Wirbel – Feuer ohne Ruß

Charakteristisch für die Verbrennung kohlenstoffhaltiger Materialien ist die unterschiedlich stark ausgeprägte Rußbildung. Unter bestimmten Bedingungen entsteht sogar ein nahezu rußfreier, blauer Feuerwirbel. Mit Hilfe numerischer Simulationen gelang es, Einblick in dessen Struktur und Strömungsmechanik zu erhalten und erste Schritte für Verbrennungsprozesse ohne Rußemission aufzuzeigen.

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Technik

Katalysatoren aus Bimetallkomplexen ersetzen Edelmetalle

Katalysatoren sind Stoffe, die chemische Reaktionen in eine bestimmte Richtung lenken und vor allem beschleunigen, häufig um viele Größenordnungen. Dabei werden sie im Prinzip nicht verbraucht, doch geht ein Teil davon unvermeidlicherweise dissipativ verloren. Über 80% aller Chemie-Erzeugnisse werden heute über katalytische Prozesse hergestellt. Platin und die fünf weiteren Edelmetalle der Platingruppe spielen bei der Katalyse eine besondere Rolle. Sie sind hochgradig aktiv, verteuern aber wegen ihres hohen Preises die Prozesse, bei denen sie eingesetzt werden. Ein wichtiges Ziel der Forschung im Bereich der Katalysatoren ist darum seit langem der Ersatz der Edelmetalle durch preiswerte, in der Natur häufig vorkommende und ein nachhaltiges Wirtschaften ermöglichende Metalle wie zum Beispiel Eisen, Cobalt, Nickel, Mangan, Cer, ihre Oxide und weiteren Verbindungen.

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Paläontologie

Eine Million Jahre alte Mammut-DNA aus Sibirien

Einem internationalen Forscherteam ist es gelungen, mehr als eine Million Jahre alte DNA aus Mammutzähnen aus dem Nordosten Sibiriens zu extrahieren und zu sequenzieren. Die drei Zähne zeigen, dass es im frühen Pleistozän zwei verschiedene Mammutlinien in Nordostsibirien gab. Eine führte zum Wollhaarmammut Mammuthus primigenius. Die andere gehört zu einer bislang unbekannten Art, von der die ersten Mammute Nordamerikas abstammen. Das nordamerikanische Präriemammut Mammuthus columbi geht auf eine mittelpleistozäne Kreuzung beider Linien.

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Mikrobiologie

Genetische Variationen in Bakterienpopulationen

Je mehr genetische Variationen es in einer Population gibt, um so wahrscheinlicher ist es, dass zumindest einige Mitglieder unter veränderten Umweltbedingungen überleben können. Bakterienpopulationen bestehen jedoch oft aus genetisch identischen Klonen und sind dennoch Meister der Anpassung an wechselnde Umweltbedingungen. Wissenschaftler haben nun einen Mechanismus beschrieben, der genetische Variationen in Bakterienpopulationen erzeugen kann: So werden im Zuge der Zellteilung durch zufallsgesteuerte homologe Rekombination bestimmte Genomabschnitte vervielfältigt oder verkürzt. Stehen die entsprechenden Abschnitte unter einem positiven Selektionsdruck, etwa weil sie eine Antibiotikaresistenz vermitteln, so wird die genetische Variante stabilisiert. Die Bakterienzellen weisen dann neue phänotypische Eigenschaften auf, die ihnen das Überleben in einer veränderten Umgebung ermöglichen.

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Genetik

Polycistronische Transkripte bei Algen

Bei Prokaryoten sind mehrere Gene („Cistrons“) zu einem Operon vereint und werden gemeinsam zu einer polycistronischen RNA transkribiert. Bei Eukaryoten wird jedes Gen einzeln in eine monocistronische mRNA überschrieben. Dieses Lehrbuchwissen wurde in den letzten Jahren durch eine vermehrte Zahl von Ausnahmen aufgeweicht. Jetzt konnte an Grünalgen gezeigt werden, dass polycistronische mRNAs bei Eukaryoten nicht nur in Ausnahmefällen auftreten, sondern sogar weit verbreitet sein können.

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Agrarforschung

Kohlenstoffemissionen aus der Landnutzung

Die Umwandlung natürlicher Ökosysteme zu Agrarflächen verursacht eine Unterbrechung von Stoffkreisläufen und damit Treibhausgasemissionen in Form von Kohlenstoff- und Stickoxidverbindungen. Im Gegensatz zu Emissionen aus der Verbrennung von fossilen Energieträgern sind diese bislang deutlich lückenhafter dokumentiert. Anhand eines langjährigen Datensatzes ( 1961-2017) konnte die globale Entwicklung von Emissionen aus der Landnutzung nun erstmals systematisch nach Regionen, Sektoren und Produkten analysiert werden. Obwohl die Bevölkerungszahl und die Agrarproduktion pro Kopf im letzten Drittel des 20. Jhdts. deutlich angestiegen sind, lagen aufgrund von Effizienzgewinnen in der Landwirtschaft die CO2- Emissionen bis 2001 relativ konstant bei etwa 11,5 Gt jährlich; danach sind sie jedoch weiter angestiegen und erreichten 2017 einen Wert von 14,6 Gt/a. Damit trägt die Landnutzung derzeit mit etwa 25% zu den globalen anthropogenen Treibhausgasemissionen bei. Die Regionen mit den höchsten Emissionen in diesem Sektor sind Lateinamerika, Subsahara Afrika und Südostasien. Innerhalb der Landwirtschaft ist die Tierproduktion (Arten mit rotem Fleisch) – obwohl sie nur 1% des globalen Kalorienbedarfs deckt – für ein Viertel aller Treibhausgasemissionen aus der Landnutzung verantwortlich.

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Agrarforschung

Straußenfarming in Deutschland

Die Laufvögel (Ratiten) sind flugunfähige Vögel mit rückgebildeten Flügeln und Flugmuskeln, dafür aber kräftigen, muskulösen Beinen. Außer den Straußen zählen hierzu die Emus, Nandus, Kiwis und Kasuare. Besonders die Strauße, mit einer Höhe bis zu 2,5 Metern und einem Gewicht bis zu 135 kg die größten Laufvögel, werden in ihrer Heimat als Fleischlieferanten genutzt. Hierzulande haben sich in den 1990er Jahren einige Straußenfarmen etabliert, wogegen es anfangs erhebliche Widerstände gab. Lange Zeit wurde infrage gestellt, ob eine artgemäße Haltung der an Habitate in ariden Bereichen angepassten Vögel in Europa überhaupt möglich ist.

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Botanik

Glatte Blüten halten Ameisen fern

Pflanzen haben zahlreiche Strategie entwickelt, um Bestäubern einen optimalen Zugang zu Blüten zu gewähren. Unerwünschte Besucher hingegen, wie etwa Nektardiebe, sollen möglichst keinen Zugang erhalten. Jetzt konnte gezeigt werden, dass mindestens zwei Pflanzenarten strategisch günstig verteilte glatte Oberflächen auf ihren Blüten nutzen, um Ameisen daran zu hindern, den Nektar zu stehlen.

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Kurzmitteilungen

Akademische Freiheit an Universitäten

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Kurzmitteilungen

Medizin und der Holocaust

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Kurzmitteilungen

Vulnerable Wälder

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Bücher und Medien

Monika Niehaus, Michael Wink: Wie man Männer in Schweine verwandelt und wie man sich vor solch üblen Tricks schützt – Rauschpflanzen und Gifte in antiken Sagen und Mythen.

Larissa Tetsch

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Bücher und Medien

Richard R. Ernst: Nobelpreisträger aus Winterthur. Autobiografie. In Zusammenarbeit mit Matthias Meili.

Lucien F. Trueb

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Internet-Tipps

GDNÄ im Internet

Bereits im letzten Jahr musste die in Würzburg geplante 131. Jahresversammlung der Gesellschaft Deutscher Naturforscher und Ärzte wegen der COVID-19-Pandemie ausfallen. Auch in diesem Jahr lässt das Infektionsgeschehen keine Großveranstaltung zu,

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Stichwort

Cytokinsturm

Annette Hille-Rehfeld

Die Vielfalt der Symptome bei schweren Fällen von Covid-19 passt auf den ersten Blick nicht zum Bild der Coronaviren als Erreger respiratorischer Infekte: Neben grippeähnlichen Symptomen und Lungenversagen wird unter anderem von intravasalen Blutungen, Nierenversagen und neurologischen Symptomen berichtet. Eine plausible Erklärung liefert der Laborbefund, dass schwere Verläufe meistens mit einem deutlich erhöhten Spiegel der zirkulierenden Cytokine, einem sogenannten Cytokinsturm, einhergehen. Infolgedessen wird das Immunsystem überaktiviert, und im schlimmsten Fall kommt es zu einer lebensbedrohlichen systemischen Entzündung. Anlässlich der weiten Verbreitung von SARS-CoV-2 rückte der Cytokinsturm, ein Sammelbegriff für Entgleisungen des Immunsystems mit unterschiedlichsten Ursachen, verstärkt in den Blickpunkt der Forschung.

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Retrospektive

Der Erdmond – so nah und doch so fern

Martin Battran

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