Beitrag
Seiten 393
bis 448
Editorial

Alles ist Chemie?

Klaus Rehfeld

Des ganzen Lebens grüner Baum – und Himmel und Erde gleich noch dazu - aus einer überschaubaren Zahl von Komponenten! Es ist erstaunlich, an welche Tatbestände wir uns gewöhnt haben. Nicht weniger erstaunlich, dass sich das, woraus sich die uns bekannte Welt zusammensetzt, eine innere, gesetzhafte Struktur aufweist. Die Rede ist von den chemischen Elementen, deren geordnete Niederschrift in einem Periodensystem vor nunmehr 150 Jahren gelang.
Bereits im vergangenen Jahr ist diese epochale Menschheitsentdeckung in einem von der UNESCO ausgerufenen Gedenkjahr gefeiert worden, doch wer unseren Beitrag hierzu studiert (S. 397), wird sehen, dass es auch früher oder später dazu Anlass gegeben hätte. An der Entdeckung des Periodensystems waren nämlich viele beteiligt – und so bietet das Jubiläum Einblicke in zweierlei Richtung: In die Welt der Naturwissenschaften im engeren Sinne, und in die Welt des Wissenschaftsbetriebs mitsamt den in ihm wirkenden Persönlichkeiten.

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Konzepte und Geschichte

150 Jahre Periodensystem der Elemente – ein Rück- und Ausblick

Jörg Wetterau

Anfang des 19. Jahrhunderts etablierte sich die Chemie vollends als eine experimentelle und messende Wissenschaft. Mit der Entdeckung vieler neuer Elemente und ihrer Verbindungen entstand die Notwendigkeit, die Vielfalt zu ordnen. Als ein Schlüssel erwiesen sich die chemischen Eigenschaften, die eine Unterscheidung „verwandter“ Elementgruppen möglich machten und einen Zusammenhang mit der Atommasse erkennen ließen. In den 1860er Jahren gab es eine Reihe origineller Vorschläge, die sich in Nuancen unterschieden. Zu einem Durchbruch kam es, als der russische Chemiker Dmitri Mendelejew 1869 seinen Entwurf des Periodensystems unter dem programmatischen Titel Die Abhängigkeit der chemischen Eigenschaften der Elemente vom Atomgewicht bekannt machte. Der Beitrag würdigt die Leistungen Mendelejews, aber auch die der anderen Pioniere und seines kongenialen Mitstreiters Lothar Meyer. Dieser hatte zeitgleich und unabhängig von Mendelejew die Periodizität von Elementeigenschaften aufgedeckt und zum Ordnungsprinzip erhoben.

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Paläontologie

Einblicke in die Fortpflanzungsbiologie der Oviraptorosaurier

Markus Moser

Die Oviraptorosaurier, zweibeinige Raubdinosaurier der Kreidezeit, wurden dafür berühmt, dass man sie zusammen mit fossilen Eiern gefunden hat. Irrtümlich sah man in ihnen Eierräuber, was zu dem wissenschaftlichen Namen führte. Als man später Embryonen in den Eiern und sogar ein hockendes Tiere auf einem Nest mit Eiern fand, wurde klar, dass es sich um seltene Zeugnisse eines Brutverhaltens handelt. Der Beitrag berichtet, wie man durch den Vergleich mit rezenten Arten und unter Einsatz moderner Methoden wie Isotopenuntersuchungen und Röntgentomographie ein konsistentes Bild der Fortpflanzungsbiologie zu rekonstruieren sucht.

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Bericht

Alte Buchenwälder Deutschlands – Anmerkungen zum Abschluss einer ambitionierten Buchreihe

Wilhelm Bode

Rotbuchen haben einst die Wälder Mitteleuropas geprägt – insbesondere in Deutschland gab es höchst unterschiedliche Buchenwaldgesellschaften, die heute nur noch kleinräumig in ihrem ursprünglichen Zustand anzutreffen sind. Seit 2011 sind fünf solcher Wälder auf Anregung des Autors als „Alte Buchenwälder Deutschlands“ im Rahmen des UNESCO-Weltnaturerbes geschützt. Ihnen widmet sich eine Buchreihe, deren Abschluss Anlass gibt für persönliche Betrachtungen.

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Astronomie

Ergebnisse der New Horizons-Mission zum Pluto

Die am 19. Januar 2006 am Cape Canaveral (Florida) mit einer Atlas-V-Rakete gestartete, 478 kg wiegende NASA-Raumsonde New Horizons war zur Erforschung des zwischen 4,3 und 7,6 Milliarden km von uns entfernten Zwergplaneten Pluto, seiner Monde und weiterer Objekte im Kuipergürtel bestimmt. Dazu war New Horizons mit sieben Instrumenten ausgerüstet: Teleskop, Ultraviolett-Spektrometer, hochauflösende Kamera, Mikrowellensender und -empfänger, Detektor für Sonnenwindpartikel, Ionen- und Elektronenspektrometer und Detektor von Staubpartikeln. Die Kommunikation mit der Erde erfolgte über eine 2,1 m Parabolantenne. Zur Energieversorgung diente ein Radioisotopengenerator mit 10,9 kg Plutonium-238. Beim Erreichen des Plutos 9,5 Jahre nach dem Start lieferte er noch eine elektrische Leistung von 200 Watt.

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Astronomie

„Blaubeuren“ – der größte deutsche Steinmeteorit

Ein 1989 in einem Privatgarten im baden-württembergischen Blaubeuren zufällig gefundener Stein erwies sich 31 Jahre später als Sensation. Er konnten nun als der größte bislang in Deutschland gefundene Steinmeteorit aus der Gruppe der Chondriten identifiziert werden.

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Metallurgie

Dreidimensionales Drucken von Damaszenerstahl

Eisen kann in mehreren Kristallstrukturen auftreten: dem kubisch-raumzentrierten Ferrit und dem kubisch-flächenzentrierten Austenit. Aus letzterem entsteht beim Abschrecken durch eine diffusionslose Scherbewegung der Atome das tetragonal-flächenzentrierte Martensit. Die diversen Kristallstrukturen und die Wechselwirkung mit Kohlenstoff haben zur Folge, dass die Metallurgie von Stahl und Gusseisen sehr kompliziert ist. Dazu kommt, dass man durch Legieren von Eisen mit weiteren Elementen ein sehr breites Spektrum physikalischer Eigenschaften erschließen kann. Ein ganz besonderer Eisenwerkstoff ist der Damaszenerstahl, der aus alternierenden, sehr dünnen Schichten eines relativ weichen bzw. harten Stahls besteht. Man kann ihn neuerdings auch durch dreidimensionales Drucken herstellen.

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Geowissenschaften

Taifun löst Erdbeben aus

Zum ersten Mal gelang Wissenschaftlern der Nachweis, dass Erdrutsche nach einem tropischen Wirbelsturm die seismische Aktivität einer Region signifikant erhöhte.

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Klimaforschung

Pulverisierter Basalt zur Bindung von Kohlendioxid

Das aus dem Erdmantel stammende, vorwiegend an Mittelozeanischen Rücken aufsteigende und zu Basalt erstarrende Magma ist wegen seines relativ geringen Silicatgehalts basisch. Basalt besteht aus Calcium-Magnesium-Eisensilicaten (sog. Pyroxene), Calcium-Natrium Feldspat (sog. Plagioklas), häufig auch Magnesium-Eisensilicate der Olivinreihe. Bei seiner natürlichen Verwitterung absorbiert Basalt Kohlendioxid und Wasserdampf aus der Atmosphäre, wobei die Silicate zu stabilen Carbonaten umgewandelt werden. Die sehr langsam ablaufende, natürliche Verwitterung von Basalt könnte man beschleunigen und für die Entfernung des klimaaktiven Kohlendioxids aus der Atmosphäre nutzen. Dazu müsste der Basalt fein gemahlen und auf Agrarland ausgebreitet werden. Auf diese Weise könnte man jährlich bis zu 2 Milliarden Tonnen Kohlendioxid binden.

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Medizin

Entwaldung erhöht Pandemie-Risiken

Die fortschreitende Entwaldung und Fragmentierung von Ökosystemen verändert die Artenzusammensetzung zugunsten von Tieren, die Reservoire für Krankheitserreger des Menschen sind. Gleichzeitig dringt der Mensch immer intensiver in diese gestörten Naturräume vor, so dass sich das Risiko der Übertragung von Infektionskrankheiten von Tier auf Mensch, sogenannte Zoonosen, deutlich erhöht. Ein englisches Autorenteam kann diese Zusammenhänge anhand eines großen, weltweiten Datensatzes erstmals belegen. Ein ebenfalls vor kurzem veröffentlichtes Thesenpapier widmet sich den möglichen globalen Kosten der COVID19-Pandemie und den Mitteln, die für eine effektive Vorsorge vor weiteren Ereignissen dieser Art, nötig wären. Vorsorgemaßnahmen machen nach Abschätzung der Autoren nur ein Bruchteil der Verluste am Bruttosozialprodukt aus, die durch die COVID-19-Pandemie versursacht werden. Zu den Maßnahmen gehören großangelegt Untersuchungen zu dem Virenbestand in Wildtiere, wie sie im aktuellen Global Virome Project (GVP) erfolgen.

422
Medizin

Hohe Sterblichkeit durch Luftverschmutzung

Menschen, die in Regionen mit einer erhöhten Schadstoffbelastung in der Luft leben, sind häufiger von Erkrankungen der Atemwege oder des Herz-Kreislaufsystems betroffen. Wie neue Modellberechnungen zeigen, verkürzt die Luftverschmutzung durch Feinstaubpartikel anthropogenen und natürlichen Ursprungs die Lebenserwartung durchschnittlich um 2,9 Jahre und damit wesentlich stärker als ursprünglich angenommen.

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Biotechnologie

Ölproduktion mit Cyanobakterien

Cyanobakterien, umgangssprachlich auch als Blaualgen bekannt, repräsentieren die einzige bakterielle Gruppe, die zur oxygenen Photosynthese fähig ist. Eine aktuelle Studie zeigt nun, dass sie wie Pflanzen Öle und Fette produzieren und als Speicherstoffe in die Zelle einlagern können. Für die Produktion von Biokraftstoffen birgt die Entdeckung der Ölproduktion in Cyanobakterien ein großes biotechnologisches Potential, da Bakterien leichter zu handhaben sind als Pflanzen, ein schnelleres Wachstum aufweisen und für ihre Anzucht nicht mit der landwirtschaftlichen Flächennutzung konkurrieren.

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Landwirtschaft

Die Etablierung von Mais als Grundnahrungsmittel

Mais wird seit etwa 9 000 Jahren kultiviert. Seit gut 4 000 Jahren wird er verstärkt angebaut. Wann er jedoch zum Grundnahrungsmittel wurde, war bisher unklar. Isotopendaten von Skeletten aus Mittelamerika zeigen jetzt, dass der Übergang vor etwa 4 700 bis 4 000 Jahren während eine gesellschaftlichen Umbruchperiode erfolgte.

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Landwirtschaft

Natürliche Schädlingsbekämpfung in Ölpalmplantagen

Großflächige Monokulturen mit Ölpalmen sind ein ideales Habitat für Nagetiere, insbesondere Ratten, die sich dort stark vermehren und hohe Schäden verursachen können. Sie selbst machen die Plantagen für Schlangen, Eulen und Leopardkatzen attraktiv, die sich von ihnen ernähren. Ein besonders effektiver Rattenjäger ist aber der Südliche Schweinsaffe. Eine Gruppe dieser Makaken kann etwas mehr als 3000 Ratten im Jahr fressen. Damit werden die durch Rattenfraß bedingten jährlichen Ernteverluste durchschnittlich um 112 US Dollar je Hektar gemindert. Andererseits können Ölpalmplantagen zum Erhalt der Südlichen Schweinsaffen beitragen, die durch Zerstörung von Naturwäldern stark gefährdet sind.

427
Ökologie

Pilz hemmt Sporenkeimung von Nahrungskonkurrenten durch Sekundärmetaboliten

Der direkte Kontakt zum Bodenbakterium Streptomyces rapamycinicus löst bei dem filamentösen Pilz Aspergillus fumigatus die Produktion des Sekundärmetaboliten Fumigermin aus. Das α-Pyron ähnelt in seiner Struktur den bakteriellen Germicidinen und hemmt wie diese die Keimung von Streptomyceten-Sporen. Auf diese Weise unterdrückt der Pilz das Wachstum von möglichen Nahrungskonkurrenten.

428
Ökologie

Wasserinsekten und Klimaerwärmung – Ergebnisse einer Langzeituntersuchung

Seit die sogenannte Krefelder Studie 2017 international Aufsehen erregt hat, wird dem Thema Insektensterben breite Aufmerksamkeit geschenkt. Aus über 27 Jahre hinweg betriebenen faunistischen Erhebungen wurde eine Abnahme der Biomasse um mehr als 75% bei terrestrischen Fluginsekten festgestellt. Zu einem ähnlichen Ergebnis kommt eine Metastudie weltweit erhobener Langzeituntersuchungen. Hingegen gab es bei Süßwasserinsekten im globalen Maßstab einen positiven Trend. Allerdings wurden generell große regionale Unterschiede festgestellt. Dass Verallgemeinerungen kritisch sind, unterstreicht eine Studie, die auf Daten beruht, die über 42 Jahre hinweg an einer einzigen Lokalität, dem Breitenbach im Vogelsberg, erhoben wurden. Sie belegt einen drastischen Rückgang bei typischen Besiedlern von Fließgewässern.

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Zoologie

Wie ist die extreme Körpergröße der Wale entstanden?

Wie lässt sich der Gigantismus der Wale erklären, die mit dem Blauwal – einem Bartenwal – und dem Pottwal – einem Zahnwal – die größten lebenden Tiere hervorgebracht haben? In einer Studie untersuchten amerikanische Forscher die Leistungsfähigkeit bei der Nahrungsaufnahme und die Qualität der Beute der Barten- und Zahnwale. Sie zeigten, dass der Riesenwuchs eine Anpassung ist, um durch lange Tauchzeiten die Beutefangraten und damit die Energiezufuhr zu erhöhen und dadurch Nahrungsquellen zu nutzen, die anderen Tieren nicht zugänglich sind. Während Bartenwale aber mit steigender Körpergröße relativ immer größere Nahrungsmengen aufnehmen können, ist dies bei den Zahnwalen trotz eines weitreichenden Biosonars zum Aufspüren der Beute nicht der Fall. Ihnen setzt die Verfügbarkeit von Nahrung eine Grenze. So groß wie ein Blauwal können sie nicht werden.

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Kurzmitteilungen

Amorphes Bornitrid als Dielektrikum in Integrierte Schaltungen

434
Kurzmitteilungen

Studie über Trockenheit der vergangenen Sommer

435
Kurzmitteilungen

Studie zeigt geeignete Lebensräume für Wölfe

435
Bücher und Medien

Axel Lange: Evolutionstheorie im Wandel – Ist Darwin überholt?

Reinhard Piechocki

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436
Bücher und Medien

Mario Markus: Leben in den Eismonden?

Johannes Sander

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438
Bücher und Medien

Maria Sibylla Merian: Der Raupen wunderbare Verwandelung und sonderbare Blumen-nahrung. Erster und Anderer Theil. Mit einer Einleitung von Renate Ell

Klaus Rehfeld

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439
Internet-Tipps

Das Periodensystem der Elemente

Ergänzend zu unserem Jubiläumsbeitrag (S. 397) weisen wir auf Seiten hin, die weitere Zugänge zur Welt der Elemente und ihrer Entdeckung eröffnen.

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Stichwort

Infektionen

Roland Sedivy

Infektionen oder Infekte sind erregerbedingte, ansteckende Erkrankungen, deren Auslöser aus unserer Umwelt – von außen (exogen) – übertragen werden. Viren, Bakterien, Pilze und andere Krankheitserreger besiedeln aber auch unseren Körper ohne zunächst krankheitsauslösend zu sein. Unter speziellen Umständen, können sie jedoch zu endogen (vom Inneren des Körpers) ausgelösten Krankheiten führen.

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Retrospektive

Explosionen – Unglücke, Werkzeuge und Waffen

Martin Battran

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