Beitrag
Seiten 337
bis 392
Editorial

Aspekte der Vielfalt

Klaus Rehfeld

Wissenschaft lebt von der Vielfalt – der Methoden, der Strategien, der Fragestellungen und nicht zuletzt auch der Akteure. Man darf darin eine Parallele zur belebten Natur sehen, bei der sich Vitalität und Vielfalt wechselseitig befeuern und letztlich nicht voneinander zu trennen sind. Beide Aspekte der Vielfalt – im wissenschaftlichmenschlichen wie im natürlichen Bereich – kommen in den Hauptbeiträgen in diesem Heft zur Sprache.

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337
Forschung

Warum die Klimatologie Vulkane untersuchen sollte – oder vom Sinn und Unsinn bestehender Wissenschaftsdisziplinen und weshalb Forschungsergebnisse niemals endgültig sind

Ulf Büntgen

Das Klima der Erde ist in einem steten Wandel – neben dem anthropogenen gibt es auch einen natürlichen Klimawandel, der im Mittelpunkt des Beitrags steht. Seine Rekonstruktion erfordert einen breiten Ansatz unter Einbeziehung vieler Wissenschaftsdisziplinen und Methoden. Richtete sich das Interesse lange Zeit auf den Einfluss der Sonnenfleckenaktivität, so wird zunehmend deutlich, dass auch Vulkanausbrüche tiefgreifende Folgen haben. Die genaue Datierung vulkanischer Eruptionen ist daher bei der Rekonstruktion des Paläoklimas von entscheidender Bedeutung. Die jüngst geglückte präzise Datierung des Laacher See-Vulkanausbruchs mit Hilfe der Dendrochronologie liefert einen entscheidenden Mosaikstein, um auch historische Menschheitsereignisse in ihrer kausalen Verkettung besser verstehen zu können.

341
Forum

Die natürliche Abwehr gegen SARSCoV-2 und andere Erreger. Welchen Beitrag leisten das angeborene und das adaptive Immunsystem?

Hans E. Müller

Der Organismus setzt sich mit eindringenden Infektionserregern primär mit seinem angeboren-unspezifischen Abwehrsystem auseinander und erst sekundär mit dem adaptiv-spezifischen Immunsystem. Während das Immunsystem seit über hundert Jahren bekannt ist, weiß man von der unspezifischen Abwehr noch relativ wenig und unterschätzt wohl ihre Wirksamkeit. Die Untersuchungen zur COVID-19-Pandemie im vergangenen Jahr erlauben hypothetische Schlussfolgerungen zum Anteil beider Immunsysteme an der Abwehr von SARS-CoV-2 und anderen Viren. Der unterschiedliche Verlauf der COVID-19-Infektion, einerseits als asymptomatische oder leichte Infektion, andererseits als lebensbedrohende Erkrankung, zeigt die Auswirkungen der beiden Systeme. Bei der Mehrzahl der Menschen dominiert vermutlich die unspezifische Abwehr gegen das SARS-CoV-2, bei Infektionen durch Cytomegalovirus und Herpes simplex-1 zwar ebenfalls, aber hier ist die spezifische Immunität stärker beteiligt.

345
Konzepte und Geschichte

Wissenschaft, Abenteuer und Prestige – Deutscher Brennpunkt in Spitzbergen in der Vorkriegszeit 1910-1914 – Teil II

Cornelia Lüdecke

Im Mittelpunkt des zweiten Teils steht die Schröder-Stranz-Expedition von 1912. Sie war als Trainingsexpedition gedacht, um im folgenden Jahr entlang der Nordküste Eurasiens bis zur Beringstraße zu gelangen, was bis dahin nur dem Schweden Adolf Erik Nordenskiöld 1878/79 gelungen war. Mangelnde Erfahrung und Selbstüberschätzung ließen das Unternehmen scheitern. Vier Hilfsexpeditionen wurden gestartet, um zumindest einen Teil der Exkursionsteilnehmer zu retten. Die größte Katastrophe der deutschen Polarforschung führte zu internationalen Vereinbarungen, um ähnliche Unternehmungen zu unterbinden.

350
Astronomie

Atomare Eisenmetalle in der Kometenatmosphäre

In den Ultraviolett-Spektren von Kometen des Sonnensystems und eines Kometen interstellaren Ursprungs fand man u.a. die charakteristischen Linien von atomarem Eisen und/oder Nickel. Diese Metalle sind in Kometenkernen in Form von Eisen-Nickellegierungen sowie Sulfiden vorhanden. Allerdings erreichen die meisten Kometen auf ihrer Umlaufbahn niemals eine ausreichend hohe Temperatur, bei welcher die Eisenmetalle im Kern sublimieren und so in die gasförmige Koma gelangen könnten. Man nimmt darum an, dass sich im Kometenkern leicht zersetzliche Carbonylkomplexe oder organische Komplexe von Eisenmetallen bilden, aus denen in der Koma schon bei relativ tiefen Temperaturen Metallatome durch Photodissoziation freigesetzt werden.

360
Astronomie

Seltene Isotope im Ozeanboden zeugen von Supernovae und Neutronensternverschmelzung

Kosmische Ereignisse hinterlassen auch Spuren im Ozeanboden. Seltene Isotope chemischer Elemente, die nur in Supernovae oder Neutronensternverschmelzungen entstanden sein können, gelangen an Staubpartikel gebunden auf die Erde und so auch ins Ozeanwasser. Am Ozeanboden werden sie dann an bestimmten Stellen in krustenartige Sedimente eingebaut. Solche speziellen Isotope kosmischen Ursprungs sind beispielsweise Eisen-60 und Plutonium- 244.

362
Umweltchemie

Ameisensäure in der Troposphäre

In der Troposphäre, d. h. der untersten, je nach Breitengrad 8 bis 18 km dicken Schicht der Atmosphäre, in der sich das Wettergeschehen abspielt, lässt sich Ameisensäure nachweisen. Ihre von der Erde aus und mittels Satelliten infrarotspektrometrisch gemessene Konzentration ist zwei- bis fünfmal höher als bislang aufgrund der bekannten natürlichen Quellen angenommen wurde. Tatsächlich dürfte eine bisher kaum beachtete chemische Reaktion für ca. 85% der troposphärischen Ameisensäure verantwortlich sein. Ausgangsprodukt ist das vorwiegend durch Verbrennungsprozesse und Photooxidation an der Erdoberfläche erzeugte Formaldehyd. Es steigt in der Troposphäre auf und reagiert in den Wolken mit Wasser zu Methandiol, das von Hydroxyl-Radikalen zu Ameisensäure oxidiert wird.

363
Chemie

Farb-Geheimnis des Pazyryk-Teppichs entschlüsselt

Warum leuchten die Farben des ältesten geknüpften Teppichs der Welt auch nach über 2500 Jahren noch immer brillant in rot, gelb und blau? Dieses Geheimnis des Pazyryk-Teppichs wurde nun durch hochauflösende Röntgenfluoreszenzmikroskopie entschlüsselt. Des Rätsels Lösung ist fermentierte Wolle, die Farbstoffe besonders wirksam aufnimmt.

364
Technik

Lithium-Luft-Akkumulator mit Zeolith-Festelektrolyt

Der Lithium-Luft-Akkumulator wird seit Jahren vielerorts intensiv erforscht. Gegenüber dem in Elektro-Autos und mobilen elektronischen Geräten heute standardmäßig eingebauten Lithium- Ionentransfer-Akkumulator bietet er erhebliche Vorteile. Dazu gehört vor allem eine von keiner Alternative übertreffbare theoretische spezifische Energie von über 11 000 Wh/kg; im Labor erreichte man mit Prototypen 400 bis 1000 Wh/kg. Das ist schon ein großer Fortschritt, denn beim kommerziell verfügbaren Lithium-Ionentransfer-Akkumulator beträgt die tatsächlich verfügbare Energiedichte nur etwa 200 Wh/ kg. Bei einer neuartigen Konstruktion des Lithium-Luft-Akkumulators mit einer metallischen Lithiumanode, einem sehr dünnen Zeolith-Ionenaustauscher- Festelektrolyt und einer Kathode aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen wurden 660 Wh/kg erreicht. Die Zyklusfestigkeit solcher Akkumulatoren war aber bisher noch ungenügend.

365
Humanbiologie

Homo: Ein Spätzünder in der Gehirnentwicklung

Das Gehirn moderner Menschen unterscheidet sich hinsichtlich seiner Größe und Struktur deutlich von den Gehirnen der Menschenaffen. Jetzt konnte gezeigt werden, dass sich wesentliche Veränderungen auf dem Weg zum modernen Menschen erst relativ spät, d. h. lange nach dem ersten Auftreten von Arten, die der Gattung Homo zugerechnet werden, entwickelt haben.

366
Verhaltensforschung

Blitzlichtfische stimmen ihr Verhalten im Schwarm durch Blinksignale ab

Der Blitzlichtfisch Anomalops katoptron lebt in Schwärmen im Indopazifik. A. katoptron besitzt Leuchtorgane, die mit symbiotischen biolumineszierenden Bakterien gefüllt sind. Bei Dunkelheit kommunizieren die Fische durch Blinkmuster dieser Leuchtorgane. Eine Studie zeigte jetzt, wie A. katoptron Blinklichtmuster verschiedener Frequenzen erzeugen und für soziale Interaktionen nutzen kann. Die Fische streben danach, sich in der Nähe ihrer blinkenden Artgenossen aufzuhalten. Dabei sind in Stresssituationen höhere Blinkfrequenzen mit einem geringeren Mindestabstand zu den benachbarten Fischen korreliert.

368
Mikrobiologie

Evolution der Alphaprotobakterien

Mangels Fossilien lässt sich die Evolution von Bakterien oft nur schwer nachvollziehen. Bioinformatische Methoden können hier aber Abhilfe schaffen. Auf diese Weise ist es jetzt gelungen, wichtige Evolutionsereignisse im Stammbaum der Alphaproteobakterien zu datieren.

370
Agrarforschung

Pflanzenenzym schützt Tabakmottenschildläuse vor toxischen Phytochemikalien

Die Tabakmottenschildlaus (Bemisia tabaci) ist ein weltweit verbreiteter landwirtschaftlicher Schädling und Überträger zahlreicher pflanzenpathogener Viren. Sie vermögen sich vor der giftigen Wirkung der Phenylglycoside ihrer Wirtspflanzen zu schützen, denn Tabakmottenschildläuse haben ein pflanzliches Selbstschutzgen durch horizontalen Gentransfer erworben. Das von dem Gen codierte Enzym ermöglicht es den Tabakmottenschildläusen, Phenylglycoside durch Malonylierung zu neutralisieren, um sich weiter von ihren Wirtspflanzen ernähren zu können. Der zugrunde liegende Evolutionsprozess der Nutzbarmachung eines pflanzlichen Selbstschutzgens zum eigenen Schutz gegen pflanzliche Abwehrstoffe offenbart einen Ansatz, wie man Kulturpflanzen vor Tabakmottenschildläuse wirkungsvoll schützen kann.

371
Immunologie

Potente körpereigene Virenabwehr durch Viperin

Viperin, eine Komponente der angeborenen Immunabwehr von Wirbeltieren einschließlich des Menschen, zählt zur Gruppe der Radikal-SAM-Enzyme und synthetisiert ein körpereigenes Virostatikum. Darüber hinaus werden ihm neuerdings immer mehr zusätzliche Einflüsse als regulatorische Komponente zugeschrieben. Demzufolge verstärken Protein-Protein-Interaktionen von Viperin die Interferon-Antwort auf virale Infektionen und aktivieren so die Immunabwehr.

373
Symbioseforschung

Symbiose von Pflanzen und Pilzen erlaubte die Landnahme durch das Leben

Die Evolution des Lebens begann im Wasser. Ein weltweit aufgestelltes Team von 25 Forschern beschreibt die molekularbiologischen Grundlagen für den Transfer von Lipiden von Pflanzen zu Pilzen als Voraussetzung für die Etablierung der Mykorrhiza-Symbiose. Diese Grundlagen waren schon bei dem letzten gemeinsamen Vorfahren der Linien der Moose (Bryophyten), der einfachsten frühen Landpflanzen, und der höheren Gefäßpflanzen ausgeprägt, sind also gut 450 Millionen Jahre alt. Die Mykorrhiza-Symbiose unterstützt den Gewinn von Wasser und Mineralstoffen auf dem trockenen Land. Sie war entscheidend bei der Landnahme durch die Pflanzen und ermöglichte letztlich die Entfaltung einer artenreichen Biosphäre.

375
Symbioseforschung

Ein Membranprotein ermöglicht Rhizobium-Infektion bei Hülsenfrüchtlern

Für die Ausbildung des Symbiose-Systems der Stickstoff-Fixierung bei den Leguminosen ist ein besonderes Protein aus der Gruppe der Formine erforderlich. Dieses wird nur zu Beginn der Infektion gebildet und führt zur Einkrümmung der Wurzelhaarspitze, einer Voraussetzung für die Ausbildung des Infektionsschlauches. Experimente mit Protoplasten zeigen, dass zur geordneten Krümmungsreaktion eine Wechselwirkung des Formins mit der Zellwand erforderlich ist. Das Formin vermittelt somit zwischen Zellwand, Plasmamembran und Actin-Elementen des Cytoskeletts.

377
Agrarforschung

Einfluss von Stickstoff und Phosphorauf die Wassernutzungs-Effizienz in mediterranem Weideland

In einem Weidegebiet mit lockerem Steineichenbestand in der spanischen Extremadura wurde der Einfluss einer Stickstoff- und einer Stickstoff- plus Phosphor-Düngung auf Flächen von jeweils etwa 20 ha über 6 Jahre hinweg untersucht. Deutliche Effekte zeigt nur die vorwiegend aus Gräsern bestehende Krautschicht. Die Primärproduktion wird durch Düngung erhöht, ebenso die Wassernutzungs-Effizienz (WUE). Diese erreicht bei Zufuhr von Stickstoff plus Phosphor die höchsten Werte.

378
Kurzmitteilungen

Genom des Pilzes Geosiphon aufgeklärt

379
Kurzmitteilungen

Klimawirkung von Schleppnetz-Fischfang

379
Kurzmitteilungen

„Goldener Nagel“ für das Conicium 380

380
Bücher und Medien

Stefan Bollmann: Der Atem der Welt. Johann Wolfgang Goethe und die Erfahrung der Natur.

Josef H. Reichholf

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381
Bücher und Medien

Prof. em. Dr. Josef H. Reichholf, André D. Thess: Sieben Energiewendemärchen? Eine Vorlesungsreihe für Unzufriedene.

Lucien F. Trueb

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382
Internet-Tipps

Auf den Spuren der Schröder-Stranz-Expedition

Die dramatisch endende Schröder-Stranz-Expedition wirft bis heute Fragen auf und gab Anlass zu zwei Filmdokumentationen mit sehenswerten historischen Filmsequenzen. Sie sind eine hervorragende Ergänzung zu dem Beitrag unserer Autorin Cornelia Lüdecke, die bei beiden Produktionen als Beraterin mitwirkte (S. 350).

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388
Stichwort

Modellierung

Modellierungen zielen darauf ab, komplexe Systeme auf wichtige Grundfunktionen und -paramater zu reduzieren, um so zu einem vertieften Verständnis des Zusammenspiels entscheidender Einflussgrößen zu gelangen. Mit ihnen lassen sich Vorhersagen für schwer überschaubare Abläufe treffen, um sie besser verstehen bzw. zur Bewältigung verschiedenster Aufgabenstellungen beherrschen und nutzen zu können. Allgemeine Bekanntheit erlangten Modellierungen in jüngerer Zeit durch die Klimaforschung und Corona- Epidemie, doch sie spielen generell in Technik und Wissenschaft, aber auch in ganz anderen Bereichen wie der Sozialforschung eine wichtige Rolle. Die moderne Computertechnik ermöglicht die Bearbeitung großer Datenmengen und die numerische Lösung umfangreicher Differentialgleichungssysteme.

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Retrospektive

Cytoplasmatische Vererbung und das „Zentrale Dogma“ der Molekularbiologie

Martin Battran

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