[SDW][2011.08]

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[SDW][2011.08]

  1. 1. FUKUSHIM A Was genau geschah: Chronik einer Katastrophe AUGUST 2011 M AL ARIA PHILOSOPHIE EUROPE AN XFEL Neue Strategien gegen Braucht das Denken Hamburg erhält einen die tödliche Seuche die Sprache? Röntgenlaser der Superlative8/11 Kosmische Inflation Ein Grundpfeiler der Urknall- theorie gerät ins Wanken 7,90 € (D/A) · 8,50 € (L) · 14,– sFr. D6179E www.spektrum.de
  2. 2. Editorial Hartwig Hanser Redaktionsleiter hanser@spektrum.com Autoren in diesem HeftAusstieg aus der UnsachlichkeitA m 30. Juni beschloss der Deutsche Bundestag unter dem Eindruck der Katastrophe von Fukushima den Ausstieg aus der Atomenergie bis 2022. Nun kann man zu der grundsätz-lichen Frage, ob zur Sicherung der Energieversorgung Kernkraft genutzt werden sollte oder unter Astrophysikern gilt die »kosmische inflation« als allge- mein anerkannt. doch es gibtnicht, verschiedene Positionen einnehmen – Befürworter wie Gegner haben bedenkenswerte auch handfeste Gründe, dieArgumente anzubieten. Lässt man jedoch die Entwicklung seit dem 11. März 2011 Revue pas- gegen diese theorie sprechen.sieren, beschleichen einen ernsthafte Zweifel, ob Sachargumente in dieser Diskussion die der Physiker Paul J. Steinhardt,wichtigste Rolle gespielt haben. Eher drängt sich der Eindruck auf, dass politisch-taktische direktor des Princeton Centerund emotionale Aspekte den Diskurs dominierten. Doch sollten auf dieser Basis wirklich Ent- for theoretical science an derscheidungen von derartiger Tragweite gefällt werden? Ich bin überzeugt: Auch auf einer wis- Princeton university im us-Bun-senschaftlich fundierten Basis hätte man bei entsprechendem Willen einen Ausstieg be- desstaat new Jersey, stellt sieschließen können – was ihm womöglich eine weitaus dauerhaftere Legitimation und auch ab s. 40 vor.Akzeptanz in der Gesamtbevölkerung verschafft hätte. In diesem Sinn präsentiert unser Artikel ab S. 76 die Fakten. Vier Experten für Nuklear-sicherheit und Reaktortechnik, darunter Joachim Knebel, Chief Science Officer am Karlsru-her Institut für Technologie (KIT), analysieren minutiös den Unfallhergang in Japan. Außer-dem geht der französische Biophysiker Pierre Henry vom CNRS ab S. 68 der Frage nach, war-um mit einem derart starken Beben wie am 11. März kaum gerechnet wurde – wo solche dochin der Geschichte Japans immer wieder vorkamen. Pierre Henry ist Geophysiker am französischen Zentrum fürErdbeben und Tsunami haben in Japan mehr als 20 000 Todesopfer gefordert. An Malaria wissenschaftliche forschungsterben jedes Jahr rund eine Million Menschen, etwa die Hälfte von ihnen Kinder unter fünf (Cnrs). Ab s. 68 geht er denJahren. Schon seit Jahrzehnten versuchen Forscher, einen wirksamen Impfstoff gegen die ursachen des schweren erd-Seuche zu entwickeln, bislang ohne Erfolg. Jetzt gibt es einen neuen, viel versprechenden An- bebens vom 11. märz in Japanlauf, der ein so genanntes Adjuvans nutzt – einen Impfstoffverstärker. Damit besteht offen- auf den Grund.bar eine realistische Chance, in wenigen Jahren Säuglinge in Afrika großflächig mit einer Vak-zine zu impfen, die dann zumindest jedes zweite Kind vor der Krankheit schützt (S. 24). Daneben verfolgen Wissenschaftler andere, auf den ersten Blick oft verblüffende Strate-gien: So immunisiert Rhoel Dinglasan von der Johns Hopkins University in Baltimore nichtdie Menschen, sondern die Anopheles-Mücken, die den Malariaerreger beim Blutsaugen anihre Opfer weitergeben. Forscher von der Yale University wiederum konzentrieren sich aufdie hochselektiven Riechrezeptoren der Moskitos. Sie suchen nach Stoffen, die ganz spezi- den Geruchssinn von stech-fisch deren Funktion beeinflussen, um sie dann als Lockmittel für Fallen, zur Abschreckung mücken haben John R. Carlsonder Insekten oder zu ihrer Irritation einzusetzen (S. 34). Derart vielschichtige Forschung ist und Allison F. Carey von der Yalewichtig: Um die Malaria eines Tages wirklich besiegen zu können, wird vermutlich ein ganzes university im Visier – speziellBündel solcher Maßnahmen nötig sein. jenen der Anopheles-moskitos, welche den gefährlichen malaria- Herzlich Ihr erreger übertragen (ab s. 34). sie fanden heraus, dass einige wenige riechrezeptoren der mücken hochselektiv mensch- liche Gerüche registrieren.SPEKTRUM DER WISSENSCHAFT · AUgUST 2011 3
  3. 3. inhalt 24 Tropenseuche Malaria 56 Sprache und Denken 86 Röntgenlaser der Superlative 76 Fukushima-Katastrophe biologie & medizin Physik & astronomie mensch & kultur TITELThEmar 24 Neue Waffen gegen Malaria r 40 osmische Inflation K ary Carmichael M auf dem Prüfstand serie PhilosoPhie Rund eine Million Menschen tötet Paul J. Steinhardt r 56 prache und Denken S der Malariaerreger jedes Jahr. Was geschah direkt nach dem Gottfried Vosgerau Endlich geben neue Impfstoffe Urknall? Das Inflationsszenario Ist Denken immer ein innerer Anlass zu Hoffnung. Daneben beruht auf derart willkürlichen Monolog, oder kommt es auch erproben Mediziner auch unge­ Annahmen, dass einige Forscher ohne Wörter aus? wöhnliche Strategien gegen die jetzt nach Alternativen suchen Tropenseuche – etwa das Immuni­ 62 en anderen verstehen D sieren der krankheitsübertragen­ Physikalische UnterhaltUngen Albert Newen, Kai Vogeley den Moskitos 50 alendergeschichten K Was passiert, wenn wir uns in Norbert Treitz unsere Mitmenschen hinein­ 34 er Duft der Menschen D Wodurch genau entstehen die fühlen oder ­denken? Eine neue John R. Carlson, Allison F. Carey Jahreszeiten, und wozu braucht Theorie soll diese Frage beant­ Forscher haben jetzt jene Riech­ man eigentlich Zeitzonen? worten rezeptoren von Stechmücken identifiziert, die selektiv auf schlichting! menschlichen Schweiß reagieren – 54 paziergang am Meer S Titelmotiv: iStockphoto / Dominic Current, ein weiterer neuer Ansatzpunkt H. Joachim Schlichting iStockphoto / Vladimir Nikitin, für die Malariabekämpfung Weil sich Wasser gern um Sandkör­ Bearbeitung: Spektrum der Wissenschaft ner legt, läuft man am Strand die auf der titelseite angekündigten oft wie auf einem befestigten Weg themen sind mit r gekennzeichnet 4 SPEKTRUMDERWISSENSCHAFT·AUgUST2011
  4. 4. sPektrogramm 8 Quarks in ungesehener Eintracht • Weibchen auf Wanderschaft • Wurm lebt einen Kilometer tief unter der Erde • Warum Rauchen schlank hält • Die Quelle der Eisfontänen auf Enceladus • End ose Nanodrähte aus l dem Ofen bild des monats 11 iologische Schraube B forschung aktuell 12 Planet der Phagen Welche Rolle spielen Bakterio­ phagen in der Natur? 40 14 Großes Sterben durch große Brände Vulkanismus als Ursache von TITELThEma Massen xtinktion bestätigt e Kosmische Inflation 16 Spinblockade in Solarzellen Grund für geringen Wirkungsgrad von Plastiksolarzellen aufgedeckt 20 as politische Gehirn D Ob konservativ oder liberal, lässt sich erde umwelt technik comPuter an der Hirnstruktur vorher agen s 21 Springers Einwürfe Wasser entmystifiziert 68 as Megabeben in Japan D r 86 anowelt im Röntgenlicht N Pierre Henry Gerhard Samulat Seismologische Untersuchungen Bei Hamburg entsteht der über weitere rubriken schlossen ein Erdbeben der drei Kilometer lange Röntgenlaser 3 Editorial Stärke 9 in der Region Fukushima European XFEL. Er wird die For­ 6 Leserbriefe /Impressum so gut wie aus. Im Nachhinein schung an Biomolekülen und zeigt sich, welche Warnzeichen die Katalysatoren beschleunigen und 95 ezensionen R Experten übersehen haben und Live­Einblicke ins molekulare Stephen Hawking, Leonard welchen Trugschlüssen sie aufge­ Geschehen erlauben Mlodinow: Der große Entwurf sessen sind Gerhard Schurz: interview Evolution in Natur und Kultur r 76 ukushima F 92 ukunftsbaustelle Z David P. Barash, Judith Lipton: Wie auch in Deutschland? Photonenfabrik die Frauen zu ihren Kurven kamen Bernhard Kuczera, Ludger Mohrbach, Welche Chancen eröffnet die Daniel Lingenhöhl: Walter Tromm, Joachim Knebel Umwandlung eines Beschleu­ Vogelwelt im Wandel Was genau geschah in den Tagen niger entrums in eine »Fabrik« z Klaus Michael Meyer-Abich: nach dem 11. März im Kernkraft­ für Synchrotronstrahlung? Was es bedeutet, gesund zu sein werk Fukushima­Daiichi, und »Spektrum« sprach mit DESY­Chef Duncan Jones: Moon (Film) u. a. inwiefern könnten sich die Ereig­ Helmut Dosch 104 issenschaft im Rückblick W nisse in Deutschland wiederholen? Vom Panamakanal zur Glasfaser Die Chronik einer Katastrophe 105 xponat des Monats E Oskar Salas Mixturtrautonium WWW.SPEKTRUM.DE 106 Vorschau 5
  5. 5. leserbriefe Der Large Hadron Collider am CERN in Genf rum wir bei der Anwendung der alther- ANTONIO SABA / CERN ist eines jener Großgeräte, mit denen gebrachten Mathematik zur Lösung der Wissenschaftler den grundlegenden Fragen offenen Probleme der Physik im Sinn der Natur nachspüren. des Artikels von Gerhard Börner in ei- ner Sackgasse stecken. dabei wahrscheinlich exponentiell. Ob wir nun Gravitationswellen-Detektoren Spirituelle Komponente errichten, die bislang keine Gravita- in Platons Staat tionswellen nachweisen können, oder Der Philosoph Julian Nida-Rümelin mit riesigen Teilchenbeschleunigern legte dar, welche Rolle der Gerechtig- das theoretisch vorhergesagte Higgs- keitssinn für den Einzelnen und die Boson suchen sollen, das aber ebenfalls Gemeinschaft spielt. (»Was ist gerecht?«, unter Umständen gar nicht existiert – Juli 2011, S. 62) immer hat man den Eindruck, dass die Diskussion in der Mathematik zwi- Martin Peschaut, St. Stefan ob StainzWissenschaft muss Wi- schen Hilbert und Gödel zur Frage der (Österreich): Die modernen Spekula-dersprüche minimieren widerspruchsfreien Mathematik (und tionen (ich kann sie nur als solche be-Warum Forscher trotz enormer An- damit einer widerspruchsfreien Theo- zeichnen) über Gerechtigkeit sind zwarstrengungen fundamentale Fragen rie über die Welt) doch nicht so ganz theoretisch brillant, scheitern aber, umnicht beantworten können, fragte der ernst genommen wird. Paul Watzlawick zu bemühen, an derAstrophysiker Gerhard Börner. (»Natur- Die Kunst der Wissenschaft ist es »normativen Kraft des Faktischen«: Ei-wissenschaft in der Sackgasse?«, Juni also wahrscheinlich, diese Widersprü- ne repräsentative Demokratie moder-2011, S. 66) che zu minimieren; ausräumbar oder ner Prägung kann nicht gerecht sein, vermeidbar sind sie aber grundsätzlich weil die Repräsentanten vor allem ihrenPeter Klamser, Egeln: Der Autor zeigt nicht. Wir messen so viel, dass aus den eigenen Vorteil und den ihrer Verbün-die wesentlichen Probleme der heutigen vielen Daten keine hinreichend einfa- deten im Auge haben. Das kann mannaturwissenschaftlichen Forschung auf, che, sondern eine beliebig komplexe schönreden und rational übertünchen,die zu dem Ergebnis führen, dass mit Theorie entsteht, die genau genommen wie man will, letztlich entscheidenimmer höherem Aufwand immer »klei- nur im Stande ist, den gemessenen Ein- handfeste materielle Vorteile und dienere« oder unter Umständen gar keine zelfall zu beschreiben. Zumindest könn- Quantität der einsetzbaren DruckmittelErgebnisse erzielt werden. Die Kosten ten solche fundamentalen Grenzen wie darüber, was gerecht ist: nämlich das,pro Einheit Erkenntnisgewinn steigen die Planck-Länge der Grund sein, wa- was der Stärkere als gerecht festsetzt. Vertrieb und Abonnementverwaltung: Sämtliche Nutzungsrechte an dem vorliegenden Werk liegen Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH, c/o ZENIT bei der Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH. Pressevertrieb GmbH, Postfach 81 06 80, 70523 Stuttgart, Tel. Jegliche Nutzung des Werks, insbesondere die Vervielfältigung, 0711 7252-192, Fax 0711 7252-366, E-Mail: spektrum@zenit-presse. Verbreitung, öffentliche Wiedergabe oder öffentliche Zugäng- de, Vertretungsberechtigter: Uwe Bronn lichmachung, ist ohne die vorherige schriftliche Einwilligung Chefredakteur: Dr. Carsten Könneker (v.i.S.d.P.) Bezugspreise: Einzelheft € 7,90 (D/A)/ € 8,50 (L)/sFr. 14,–; des Verlags unzulässig. Jegliche unautorisierte Nutzung Redaktionsleiter: Dr. Hartwig Hanser (Monatshefte), im Abonnement € 84,00 für 12 Hefte; für Studenten (gegen des Werks berechtigt den Verlag zum Schadensersatz gegen Dr. Gerhard Trageser (Sonderhefte) Studiennachweis) € 69,90. Die Preise beinhalten € 8,40 den oder die jeweiligen Nutzer. Bei jeder autorisierten (oder Redaktion: Thilo Körkel (Online-Koordinator), gesetzlich gestatteten) Nutzung des Werks ist die folgende Versandkosten. Bei Versand ins Ausland fallen € 8,40 Dr. Klaus-Dieter Linsmeier, Dr. Jan Osterkamp (Spektrogramm), Quellenangabe an branchenüblicher Stelle vorzunehmen: Portomehrkosten an. Zahlung sofort nach Rechungserhalt. Dr. Christoph Pöppe, Dr. Adelheid Stahnke © 2011 (Autor), Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft E-Mail: redaktion@spektrum.com Konto: Postbank Stuttgart 22 706 708 mbH, Heidelberg. Jegliche Nutzung ohne die Quellenangabe in Ständiger Mitarbeiter: Dr. Michael Springer (BLZ 600 100 70). Die Mitglieder des Verbands Biologie, der vorstehenden Form berechtigt die Spektrum der Wissen- Editor-at-Large: Dr. Reinhard Breuer Biowissenschaften und Biomedizin in Deutschland (VBio) und schaft Verlagsgesellschaft mbH zum Schadensersatz gegen den Art Direction: Karsten Kramarczik von Mensa e. V. erhalten SdW zum Vorzugspreis. oder die jeweiligen Nutzer. Layout: Sibylle Franz, Oliver Gabriel, Anke Heinzelmann, Anzeigen: iq media marketing gmbh, Verlagsgruppe Wir haben uns bemüht, sämtliche Rechteinhaber von Claus Schäfer, Natalie Schäfer Handelsblatt GmbH; Bereichsleitung Anzeigen: Marianne Dölz; Abbildungen zu ermitteln. Sollte dem Verlag gegenüber der Schlussredaktion: Christina Meyberg (Ltg.), Sigrid Spies, Anzeigenleitung: Katrin Kanzok, Tel. 0211 887-2483, Nachweis der Rechtsinhaberschaft geführt werden, wird das Katharina Werle Fax 0211 887 97-2483; verantwortlich für Anzeigen: branchenübliche Honorar nachträglich gezahlt. Für Bildredaktion: Alice Krüßmann (Ltg.), Anke Lingg, Gabriela Rabe Ute Wellmann, Postfach 102663, 40017 Düsseldorf, unaufgefordert eingesandte Manuskripte und Bücher Redaktionsassistenz: Anja Albat-Nollau, Britta Feuerstein Tel. 0211 887-2481, Fax 0211 887-2686 übernimmt die Redaktion keine Haftung; sie behält sich vor, Redaktionsanschrift: Postfach 10 48 40, 69038 Heidelberg, Anzeigenvertretung: Hamburg: Matthias Meißner, Leserbriefe zu kürzen. Tel. 06221 9126-711, Fax 06221 9126-729 Brandstwiete 1, 6. OG, 20457 Hamburg, Tel. 040 30183-210, Verlag: Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH, Fax 040 30183-283; Düsseldorf: Matthias O. Hütköper, ISSN 0170-2971 Postfach 10 48 40, 69038 Heidelberg; Kasernenstraße 67, 40213 Düsseldorf, Tel. 0211 887-2053, Hausanschrift: Slevogtstraße 3–5, 69126 Heidelberg, SCIENTIFIC AMERICAN Fax 0211 887-2099; Frankfurt: Thomas Wolter, Eschersheimer 75 Varick Street, New York, NY 10013-1917 Tel. 06221 9126-600, Fax 06221 9126-751; Landstraße 50, 60322 Frankfurt am Main, Tel. 069 2424-4507, Amtsgericht Mannheim, HRB 338114 Editor in Chief: Mariette DiChristina, President: Steven Fax 069 2424-4555; München: Jörg Bönsch, Nymphenburger Inchcoombe, Vice President, Operations and Administration: Verlagsleiter: Richard Zinken Straße 14, 80335 München, Tel. 089 545907-18, Frances Newburg, Vice President, Finance, and Business Geschäftsleitung: Markus Bossle, Thomas Bleck Herstellung: Natalie Schäfer, Tel. 06221 9126-733 Fax 089 545907-24; Kundenbetreuung Branchenteams: Development: Michael Florek, Managing Director, Consumer Marketing: Annette Baumbusch (Ltg.), Tel. 06221 9126-741, Tel. 0211 887-3355, branchenbetreuung@iqm.de Marketing: Christian Dorbandt, Vice President and Publisher: E-Mail: service@spektrum.com Druckunterlagen an: iq media marketing gmbh, Vermerk: Bruce Brandfon Einzelverkauf: Anke Walter (Ltg.), Tel. 06221 9126-744 Spektrum der Wissenschaft, Kasernenstraße 67, Übersetzer: An diesem Heft wirkten mit: Dr. Markus Fischer, 40213 Düsseldorf, Tel. 0211 887-2387, Fax 0211 887-2686 Anzeigenpreise: Gültig ist die Preisliste Nr. 32 vom 01. 01. 2011. Erhältlich im Zeitschriften- und Bahnhofs- Dr. Susanne Lipps-Breda, Dr. Ursula Loos, Dr. Michael Springer. Gesamtherstellung: L. N. Schaffrath Druckmedien GmbH Co. buchhandel und beim Pressefachhändler Leser- und Bestellservice: Helga Emmerich, Sabine Häusser, mit diesem Zeichen. Ute Park, Tel. 06221 9126-743, E-Mail: service@spektrum.com KG, Marktweg 42–50, 47608 Geldern6 SPEKTRUMDERWISSENSCHAFT·AUgUST2011
  6. 6. Was den heutigen Ansätzen fehlt, ist Karl Popperdie Einbeziehung der Spiritualität (da- folgen sie unsmit meine ich nicht die Religion) als und der Objektbegriff im internettranszendenten oder teleologischen Philosoph Michael Esfeld beleuchtete,Zweck jeder Gesellschaft oder jedes wie die Quantenphysik das philoso-Staates. Solange dieser Punkt, den Pla- phische Denken verändert. (»Das Wesenton sehr wohl in seine Überlegungen der Natur«, Juni 2011, S. 54) www.spektrum.de/facebookmit einbezogen hat, außer Acht gelas-sen wird, bleibt Gerechtigkeit ein theo- Norbert Hinterberger, Hamburg: Ichretisches Konzept bar jeder praktischen halte Michael Esfelds Artikel nicht nur www.spektrum.de/youtubeRelevanz für den Bürger, der der Will- deshalb für den besten in dieser Philo-kür einer sich selbst genügenden politi- sophieserie, weil er bisher der Einzige schen Kaste ausgeliefert ist. war, der Karl R. Poppers Relevanz für die www.spektrum.de/studivz Damit wäre Gerechtigkeit auf institu- schwierige Diskussion des Objektbe-tioneller Ebene idealerweise platonisch griffs erkannt hat, sondern vor allem in dem Sinn, dass jeder das erhält, was auch, weil ihm eine sehr dichte und ge- www.spektrum.de/twitterer braucht (nicht was er sich wünscht), schliffene Darstellung der wichtigstenund auf individueller Ebene kantia- philosophischen Probleme der physika-nisch, indem jeder so handelt, dass die lischen Kosmologie auf diesem engen Esfeld befreit uns hier mit seinerGrundlagen seines Handelns jederzeit Raum gelungen ist. korrekten Beschreibung der Kausalitätzum universellen Gesetz erklärt wer- Popper hat bekanntlich schon sehr auf Quantenebene auch von der nichtden könnten. Das dürfte auch Platon früh darauf aufmerksam gemacht, dass funktionierenden klassischen Vorstel-gemeint haben, als er vom »besonne- wir nicht dazu gezwungen sind, Wahr- lung von Determinismus. Das hat mirnen« Bürger sprach. scheinlichkeit (antirealistisch) als »Maß persönlich am besten gefallen – nicht unseres Unwissens« zu betrachten, wie zuletzt wohl deshalb, weil ich seine Auf- das in der Kopenhagener Interpreta- fassung von Kausalität selbst vertrete.Elektronenübertragung tion (Bohr, Heisenberg, Born, von Neu-auf den Schwefel mann und andere) geschehen ist, son-Walkadaver sind ganze Ökosysteme, die dern als »Verwirklichungs-Tendenz« be- Glas leitet Wärme dochjahrzehntelang eine Vielfalt von Lebe- ziehungsweise »Propensität« bestimm- Eines der ersten Rastertunnelmikros-wesen ernähren, wie der Paläontologe ter physikalischer »Dispositionen«, et- kope bestand großteils aus Glas. (»Ex-Crispin T. S. Little herausfand. (»Oasen wa von Teilchen-Ensembles. All diese ponat des Monats«, April 2011, S. 91)der Tiefsee«, März 2011, S. 74) Begriffe stammen schon von Popper. Letzterer hat gegenüber der Untersu- Jörg Michael, Hannover: Die Behaup-Winfried Nelle, Dortmund: Der Autor chung individueller Objekteigenschaf- tung, dass Glas keine Wärme leitet,behauptet, die Bakterien würden Sau- ten den Begriff des physikalischen Pro- stimmt so nicht. Jedes Material leiteterstoff aus Sulfat im Meerwasser ex- zesses bevorzugt (im Übrigen auch für Wärme. Glas leitet Wärme immerhintrahieren und damit Knochenfett ver- makrophysikalische Objekte), den man schlechter als Metalle, aber immer nochdauen. Die Aussage ist falsch, da die ja durchaus zwanglos und ohne Infor- besser als gängige Kunststoffe.Bakterien die bei der (strikt) anaeroben mationsverlust auf der fundamentalenOxidation des Fettes zum Zweck der Beschreibungsebene rein energetischEnergiegewinnung freigesetzten Elekt- ausformulieren kann. B r i e f e a n d i e r e da k t i o nronen unter anaeroben Bedingungen Anders gesagt: Auf den Materie- … sind willkommen! Schreiben Sie uns aufauf den Schwefel des Sulfats und nicht beziehungsweise Objektbegriff werden www.spektrum.de/leserbriefeauf Sauerstoff übertragen. wir vermutlich wesentlich leichter ver- oder schreiben Sie mit Ihrer kompletten Adresse an: Der Schwefel des Sulfats ist der Elek- zichten können als auf den Begriff dertronenakzeptor, der von der Oxidati- Energie beziehungsweise der äquiva- Spektrum der Wissenschaftonsstufe +VI durch Aufnahme von acht lenten Masse. Der Begriff Materie könn- Leserbriefe Sigrid SpiesElektronen zum Sulfid (Oxidationszahl te sich als idealistisch herausstellen – Postfach 10 48 40–II) reduziert wird (dissimilatorische und damit mindestens als überflüssig, 69038 HeidelbergSulfatreduktion). Der im Sulfat gebun- wenn nicht gar als irreführend in fun- E-Mail: leserbriefe@spektrum.comdene Sauerstoff spielt bei der Reaktion damentalen Diskussionen. Das sollten Die vollständigen Leserbriefe und Antwor-keine Rolle. Das kann er auch nicht, da wir allein schon aus dem von Bell und ten der Autoren finden Sie ebenfalls unterer bereits vollständig reduziert ist (Oxi- Aspect hervorragend gestützten Phäno- www.spektrum.de/leserbriefedationszahl –II). men der Nichtlokalität gelernt haben.WWW.SPEKTRUM.DE 7
  7. 7. spektrogramm ElEMENTARTEIlCHENPHySIK Quarks in ungesehener Eintracht B islang gelten Quarks als mäßig gesellige Elementarteilchen: Sie gruppieren sich lediglich zu Paaren sind: Hadronen, zu denen die Atom- kernbausteine Proton und Neutron gehören, mit je drei Quarks und Meso- verschmelzen dabei zu Deuterium; zusätzlich entstehen so genannte Pi-Mesonen (Pionen). Mit Hilfe des so oder Dreierbünden. Dementsprechend nen, die aus einem Quark und einem genannten WASA-Detektors nahmen existieren nur zwei Sorten von Teil- Anti-Quark bestehen. Zwar erlaubt das die Wissenschaftler nun die Teilchen- chen, die aus Quarks zusammengesetzt Standardmodell der Elementarteil- reaktionen mit bisher unerreichter chenphysik Partikel, die aus mehr als Präzision unter die Lupe. Sie konntenForSChungSzentruM JüliCh drei Quarks bestehen – nachgewiesen so einen extrem schnell vergänglichen wurden sie aber noch nicht. Nun haben Zwischenzustand untersuchen, dessen Physiker möglicherweise erstmals ein Eigenschaften sich nicht allein mit Teilchen entdeckt, das sogar aus sechs herkömmlichen Teilchen erklären Quarks besteht. lassen. Beobachtet wurde es am Teilchen- Wie das Forscherteam berichtet, beschleuniger COSY (COoler SYnchro- könnte es sich dabei um ein so genann- tron) des Forschungszentrums Jülich, tes Multiquark-Hadron aus sechs wo ein Forscherkonsortium mit 120 Quarks handeln. Allerdings ist es auch Beteiligten Protonen und Neutronen möglich, dass diese gar kein kompaktes miteinander kollidieren lassen. Die Teilchen bilden, sondern ein winziges zusammenprallenden Hadronen »hadronisches Molekül«: Es wäre analog zu einem normalen chemi- schen Molekül aufgebaut, aber viel Der schwedische WASA-Detektor kleiner und mit Quarks als Bausteinen lieferte Hinweise auf ein Teilchen aus statt Atomen. sechs Quarks. Phys. Rev. Lett. 106, 242302, 2011 ANTHRoPologIE Weibchen auf Wanderschaft V or rund zwei bis vier Millionen Jahren lebten in Ost- und Süd- afrika die Australopithecinen, zu Die Wissenschaftler um Sandi Cope- land rekonstruierten die Lebensge- schichte von 19 Individuen der Arten sich über die aufgenommene Nahrung im Zahnschmelz niederschlägt. So gelang es Copeland und ihrem denen auch die berühmte Lucy gehör- Australopithecus africanus und Par­ Team, die Reviergröße der untersuch- te, unsere »Urahnin«. Die Lebensweise anthropus robustus, indem sie winzige ten Australopithecinen zu ermitteln. dieser Vormenschen liegt noch weit Mengen an Zahnschmelz aus den Demnach beschränkten sich die Männ- gehend im Dunkeln, da sich Fossilfun- fossilen Gebissen verdampften und chen beider Arten auf ein Gebiet von den Informationen darüber nur schwer darin das Verhältnis zweier Strontium- rund 30 Quadratkilometern. Ihr Revier entnehmen lassen. Aus der Zusam- isotope bestimmten. Jede geologische war damit vergleichbar dem heutiger mensetzung von Zähnen zweier Aus- Formation rund um die südafrikani- Gorillas, während etwa Schimpansen- tralopithecinen-Arten schlossen nun schen Fundstellen Swartkrans und gruppen durchaus Gebiete von 600 Forscher vom Max-Planck-Institut für Sterkfontein weist ihr eigenes charakte- Quadratkilometern durchstreifen. evolutionäre Anthropologie in Leipzig, ristisches Isotopenverhältnis auf, das Nature 474, S. 76 – 78, 2011 dass die Männchen ein Leben lang Sandi Copeland, Mpi eVa ihrem Geburtsort treu blieben, wäh- rend die Weibchen auf Wanderschaft Die Forscher analysierten den fossilen gingen – möglicherweise um sich Zahnschmelz mittels Laser Ablation anderen Gruppen anzuschließen und Multicollector Inductively Coupled Plasma dort Partner zu suchen. Ähnlich ver- Mass Spectrometry. Hierzu trugen sie mit halten sich heute Schimpansen und einem Laser kleinste Mengen an biolo- Bonobos, während bei den Gorillas gischem Material ab (als Riffelung auf der beide Geschlechter wandern. Oberfläche im Bild erkennbar). 8 SPEKTRUMDERWISSENSCHAFT·AUgUST2011
  8. 8. autoren: Jan dönges, antje Findeklee, lars Fischer, Christian Maier, Maike pollmann lEbENSRäUME Wurm lebt einen Kilometer tief unter der Erde I n tiefen Gesteinsschichten sind die Lebensbedingungen hart: Es ist heiß, Sauerstoff und Nahrung Im Kluftwasser einer südafrikanischen Goldmine, mehr als einen Kilometer sind Mangelware. Entsprechend unter der Erde, lebt Halicephalobus ließen sich dort bislang nur ein- mephisto, ein winziger zellige Spezialisten nachweisen, die Fadenwurm. immerhin bis zu drei Kilometer unter der Oberfläche ihr Dasein gaetan Borgonie, uniVerSität gent, Belgien fristen. Jetzt entdeckten Wissen- schaftler in mehr als einem Kilome- ter Tiefe erstmals verschiedene Fadenwürmer, darunter auch eine neue Art: Halicephalobus mephisto. Ein einziges Exemplar davon kam mit dem Kluftwasser aus 1,3 Kilo- meter Tiefe der südafrikanischen sich sogar, und zwar durch Partheno- dort also eine jahrtausendealte Beatrix-Goldmine ans Tageslicht. genese, also mittels unbefruchteter Lebensgemeinschaft. Diese wird Es ist etwa einen halben Millime- Eizellen. jedoch bei der Bohrung zerstört, ter lang, sein Körper ist deutlich Gaetan Borgonie von der Uni- wenn Wasser mit hohem Druck den geringelt und endet in einem relativ versität Gent und seine Kollegen Biofilm aus den Gesteinsklüften langen, fadenförmigen Schwanz. Im vermuten, dass Halicephalobus spült, und regeneriert sich erst einige Labor zeigte sich das Tier recht mephisto vor Ort Bakterienrasen Zeit nach Abschluss der Arbeiten unempfindlich gegenüber hohen abweidet. Mittels Radiokarbonmes- wieder. Wohl deshalb habe man Temperaturen: Erst bei 41 Grad sungen datierten die Forscher das zuvor noch keine Fadenwürmer in Celsius stellte es das Wachstum ein – Kluftwasser auf ein Alter von 3000 solchen Bohrungen gefunden, meint in seinem Lebensraum herrschen bis 12 000 Jahren. Die Fadenwürmer Borgonie. 37 Grad Celsius. Und es vermehrte und die Mikroorganismen bilden Nature 474, S. 79 – 82, 2011MEDIZINWarum Rauchen schlank hältR auchen ist zwar ungesund, steht aber im Ruf, schlank zu machen.Jetzt entdeckte ein Team um Marina Er bindet bestimmte Signalmoleküle, die nach einer ausreichenden Mahlzeit freigesetzt werden, und aktiviert blockierten. Die Nager fraßen darauf- hin trotz Nikotingabe genauso viel wie ihre Artgenossen, die kein NikotinPicciotto von der Yale University in daraufhin so genannte Proopiomela- erhielten. Bemerkenswert sei, soNew Haven, dass Nikotin tatsächlich nocortin-Zellen (kurz POMC-Zellen). Picciotto, dass es sich bei dem entdeck-über einen speziellen Rezeptor auf Diese sorgen dafür, dass das Hunger- ten alpha-3-beta-4-nikotinischenHypothalamuszellen einwirkt und so gefühl verschwindet. Beim Rauchen Azetylcholinrezeptor um einen ande-das Hungergefühl dämpft. scheint das aufgenommene Nikotin ren Typ handele als bei jenem, der für Rezeptoren, die auf Nikotin reagie- den Regulationsmechanismus kurzzu- Nikotinabhängigkeit verantwortlichren, sind im Gehirn weit verbreitet – schließen: Es aktiviert über den Rezep- ist. Somit ließe sich ein maßgeschnei-so auch im Hypothalamus, der den tor die POMC-Zellen, ohne dass man derter Appetitzügler entwickeln, derStoffwechsel reguliert. Der von Pic- sich dafür vorher satt essen müsste. die schlank machende Wirkung von Ni-ciotto und Kollegen identifizierte Re- Auf die Spur kamen die Forscher kotin imitiert, ohne über das Beloh-zeptortyp gehört dort zum körpereige- dem Rezeptor, indem sie bei Mäusen nungssystem Sucht auszulösen.nen Hungerregulationsmechanismus: den POMC-Signalweg gentechnisch Science 332, S. 1330 – 1332, 2011WWW.SPEKTRUM.DE 9
  9. 9. spektrogramm Aktuelle Meldungen und SoNNENSySTEM Hintergründe finden Sie auf Die Quelle der Eisfontänen auf Enceladus Z ahlreiche lange Risse ziehen sich nahe dem Südpol über den eisbe- deckten Saturnmond Enceladus. Was- Analyse zeigt nun so deutlich wie keine zuvor, dass es seinen Ursprung in einem riesigen Salzmeer hat, das sich Postberg und seine Kollegen extra- polierten die gemessenen Häufigkeiten auf die Ausbruchsstelle. Demnach serdampf und Eispartikel schießen aus unter der Eisdecke verbirgt. machen die salzreichen Teilchen rund diesen »Tigerstreifen« ins All – mehre- Die Gelegenheit ergab sich, als die 70 Prozent aller ausgeworfenen Parti- re tausend Kilometer weit – und liefern Raumsonde Cassini mehrfach durch kel und mehr als 99 Prozent der insge- Nachschub für den diffusen E-Ring die von den Fontänen gebildete Wolke samt ausgeworfenen Masse aus. Diese des Saturns. Doch woher stammt das flog und sich dem Saturnmond dabei Ergebnisse seien jedoch unvereinbar ausgespiene Material? Eine neue bis auf 21 Kilometer näherte. Forscher mit der Annahme, dass die Eiskörn- um Frank Postberg vom Max-Planck- chen von der gefrorenen EisoberflächenaSa, Jpl / SpaCe SCienCe inStitute Institut für Kernphysik in Heidelberg des Mondes stammen. Stattdessen konnten dadurch zahlreiche frisch sprechen sie für einen unterirdischen ausgespuckte Eiskörnchen im Massen- Ozean als Quelle, der aus dem Ge- spektrometer der Sonde analysieren. steinskern des Mondes ausgewaschene Dabei verglichen sie die Häufigkeiten Salze enthält. Die salzhaltigen Teilchen der verschiedenen Typen dieser kalten seien schockgefrostete Salzwasser- Krümel. Sie stellten fest, dass nahe der tröpfchen, die sich über dem Ozean bil- Auswurfstelle gut 40 Prozent der den und schließlich – mitgerissen von Entlang der »Tigerstreifen«, vulkanisch Partikel dem salzreichen Typ angehö- Dampf und Gas – durch Risse in der aktiver Spalten in der Südpolregion des ren, der große Mengen an Natrium- Eiskruste ins All geschleudert werden. eisigen Saturnmonds Enceladus, werden und Kaliumsalzen enthält, während Da sie schwerer sind als salzarme an verschiedenen Stellen Fontänen aus der von den Fontänen gespeiste Körnchen, schaffen es nur wenige von Eispartikeln und Wasserdampf in den Saturnring nur zu sechs Prozent aus ihnen bis in den E-Ring des Saturns. Weltraum geschleudert. diesem Typ besteht. Nature 474, S. 620 – 622, 2011 NANoTECHNIK Endlose Nanodrähte aus dem Ofen K ilometerlange Bündel aus weni- ger als zehn Nanometer dicken Drähten und Röhren lassen sich mit zieren und die gewünschten Eigen- schaften während des Herstellungs- prozesses zu erhalten. vom anderen Ende aus mit etwa 50 Zen- timetern pro Minute zu einem Draht zogen. Zwar verringerte sich der Durch- einem recht simplen Heißziehverfah- Die türkischen Forscher gingen von messer des Rohlings dabei – je nach ren herstellen, wie Mehmet Bayindir einem Rohling aus einem speziellen den Bedingungen – um den Faktor von der Bilkent-Universität in Ankara Halbleitermaterial mit etwa einem Zen- 25 bis 300, seine innere Struktur blieb und seine Kollegen demonstrierten. timeter Durchmesser aus, den sie unter jedoch bewahrt. Einzelne, dennoch Diese Bauteile sind für sehr unter- Vakuum langsam in einen 275 Grad entstehende Materialfehler heilten die schiedliche Anwendungen begehrt – heißen Ofen schoben, während sie ihn Forscher durch Erhitzen im Vakuum von der Mikrofluidik bis hin zu opti- aus. Die so erhaltenen, weniger als ein schen Techniken. Bislang war es aber Millimeter dünnen Drähte verdrillten nature MaterialS 10, S. 494 – 501, 2011, Fig. 4 nicht gelungen, lang ausgezogene sie dann zu regelmäßigen Bündeln, die Nanofäden homogen genug zu produ- sie in einem zweiten Schritt wiederum zu Drähten auszogen. Nach drei dieser Schritte erhielten sie abhängig von Das Herstellungsverfahren erhält die Ausgangsmaterial und Ziehgeschwin- innere Struktur des knapp 60 Mikrometer digkeit Drähte oder Röhren mit Durch- starken Nanodrahts, wie Querschnittauf- messern von einigen Nano- bis Mikro- nahmen zeigen: Die gebündelten Fasern 2 µm metern – sowie einer Länge von meh- bleiben am Drahtanfang (unten links) und reren hundert Metern bis Kilometern. -ende (rechts) regelmäßig angeordnet. 20 µm 20 µm Nature Mat. 10, S. 494 – 501, 2011 10 SPEKTRUMDERWISSENSCHAFT·AUgUST2011
  10. 10. Bild des monats BIOLOGISCHE SCHRAUBEBeide auFnahMen: thoMaS Van de KaMp et al., KarlSruher inStitut Für teChnologie (www.Kit.edu) Der Mensch hat sich viele technische Prinzipien von der Natur abgeschaut – die klassische Schraube-Mutter-Verbindung schien jedoch seine alleinige Erfindung zu sein. Irrtum: Ein kleiner Rüsselkäfer verknüpft damit seit Millionen Jahren seine Beinglieder. Trigonopterus oblongus lebt in den Wäldern Neuguineas. Das Schraubengelenk an der Hüfte verbesserte möglicherwei- se sein Klettervermögen. Die 3-D-Rekonstruktion links zeigt, wie das Außengewinde des Trochanters (gelb) in der Coxa (grün) verankert ist. Die lang ausgezogene Spitze des Trochan- ters mündet in einem Loch der Coxa und stabilisiert so das Bein entlang der Drehachse. Science 333, S. 53, 2011
  11. 11. forschung aktuellBIologIE Dwight L. AnDersonPlanet der Phagen Elektronenmikro­BakteriophagensindViren,dieBakterieninfizieren.InderAnfangszeit skopische Auf­derMolekularbiologiedientensiealseinfacheModellsysteme, nahme von zweidocherstjetztbeginntman,ihreRolleinderNaturzuverstehen. T4­ und einem Phi29­Bakterio­VoNMICHAElgRoSS phagen (Mitte)B akteriophagen, oft auch kurz Pha­ gen genannt, sind der Wissenschaftschon seit rund 100 Jahren bekannt, voneinander unabhängiger Entwicklun­ gen: Zum einen führte die bedrohliche Verbreitung von Antibiotikaresistenzen nerationen hinweg weitervererbt wer­ den können. Auch das Gen für das Cho­ leratoxin erhält Vibrio von solchen Pha­doch wurde ihre Erforschung immer in Bakterien zu einer Suche nach ande­ gen. Ohne diese wäre das Bakteriumwieder vernachlässigt, sobald die For­ ren Möglichkeiten, mit denen man Bak­ harmlos. Die so genannten lytischenscher ein neues Interessengebiet ent­ terien bekämpfen kann. Zum anderen Phagen hingegen sind Zellpiraten, diedeckten. Schon früh rückte die anti­ arbeiten die Genomsequenzierer inzwi­ grundsätzlich keine Gefangenen neh­bakterielle Wirkung dieser für den schen sogar mit Proben direkt aus Ge­ men. Wenn sie eine Zelle infizieren,Menschen völlig harmlosen Viren ins wässern oder dem Boden und entde­ wird diese zur Phagenfabrik umge­Rampenlicht, doch dann kamen die An­ cken, dass solche Proben aus der Umwelt modelt und im Zuge dessen zerstört.tibiotika, und die so genannte Phagen­ sehr viel mehr Phagen enthalten, als Diese Art von Phagen kann vermutlichtherapie kam aus der Mode. Nur in der man gedacht hatte. Selbst die von den die Übertragung der Cholera bremsen,Sowjetunion – insbesondere in Tiflis, Bakterien getrennt einzuordnenden Ar­ doch um sie zu nutzen, müsste man dieder Hauptstadt von Georgien – blieb chäen (»Archäobakterien«) haben eige­ komplizierten Wechselwirkungen zwi­man den Phagen treu. ne Phagen, die bisher kaum erforschten schen Phagen, Bakterien und Menschen Ab den 1940er Jahren benutzten die Archäophagen. Man schätzt inzwischen, besser kennen.Pioniere der Molekularbiologie auf An­ dass es auf der Erde zehnmal mehr Pha­regung des berühmten Genetikers Max gen als zelluläre Lebewesen gibt – wir le­ Modellsystem RosskastanieDelbrück (1906 – 1981) Phagen als einfa­ ben sozusagen als tolerierte Minderheit Erste Ansätze zu einem tieferen Ver­che Modellsysteme. Die Forscher jener auf dem Planeten der Phagen. ständnis der Rolle der Phagen in derZeit beschränkten sich dabei auf einige Welche Rolle diese allgegenwärtigen Natur kommen aus der zoologischenwenige Phagen, darunter T4 und Lamb­ Viren für die Populationsdynamik und Fakultät der University of Oxford – ob­da, die das Bakterium Escherichia coli Evolution ihrer Wirtsorganismen spie­ wohl in diesen Untersuchungen garbefallen und heute ebenso wie ihr Wirt len, ist noch weit gehend unbekannt. keine Tiere vorkommen. Britt Koskellazu den am besten untersuchten Arten Seit 2008 wissen wir immerhin, dass und ihre Kollegen wählten die Rosskas­gehören. Aber ein umfassenderes Inter­ Phagen in nährstoffarmen Biotopen der tanie als Modellsystem. Diese Baumartesse für Phagen und ihre Rolle in der Tiefsee eine wichtige Funktion haben: leidet auch hier zu Lande seit einigenNatur entstand daraus nicht. Indem sie Bakterien auflösen, setzen sie Jahren zunehmend unter einer neuen Auch die ersten vollständig sequen­ die in ihnen enthaltenen Stoffe frei und Rindenkrankheit, ausgelöst durch Bak­zierten Genome waren Phagengenome. entziehen sie so dem Zugriff von höhe­ terien der Art Pseudomonas syringae.Zuerst kam MS2, das aus RNA besteht, ren Organismen. Auf diese Weise stehen Die Bakterien ihrerseits werden vonund dann, als erstes DNA­Genom, die die knappen Ressourcen weiterhin den Phagen infiziert.Sequenz von Phi­X174. Doch dann streb­ Mikroben zur Verfügung. Bisher untersuchten Forscher dieten die Genomsequenzierer ebenfalls Ein besseres Verständnis der Pha­ wechselseitige Anpassung zwischennach Höherem. Sie entwickelten ihre genökologie wäre auch aus medizini­ Phagen und Bakterien vor allem im La­Methoden weiter, sequenzierten erst scher Sicht wünschenswert. Der Erreger bor – und wenn in der Natur, dann nurBakterien, dann Pflanzen, Tiere und der Cholera, Vibrio cholerae, wird zum in wässrigen Habitaten. Koskella konn­Menschen und ließen die Phagen wie­ Beispiel von rund 200 verschiedenen te mit der Rosskastanie erstmals auf einder in Vergessenheit geraten. Phagenarten infiziert. Einige davon Modellsystem zurückgreifen, wo diese Wiedererweckt wurde das Interesse sind so genannte lysogene Phagen – das Wechselwirkung in einer klar definier­an den natürlichen Bakterienkillern erst heißt, sie schleusen ihre Gene in das ten räumlichen Matrix stattfindet. Sienach der Jahrtausendwende dank zweier Genom des Wirts ein, wo sie über Ge­ wies nach, dass der »Lebensraum« der12 SPEKTRUMDERWISSENSCHAFT·AUgUST2011
  12. 12. Phagen jeweils der ganze Baum ist: Bak­ achtet man normalerweise einen »Rüs­ digungsmaßnahmen des Gegners zuterien aus anderen Blättern, auch von tungswettlauf« der Bakterien und Pha­ kontern. Dabei handelt es sich aber eherweit entfernten Zweigen desselben gen, wobei sowohl die Aggressivität der um ein zeitweiliges Ausweichen, nichtBaums, konnten die Phagen im Labor­ Phagen als auch die Resistenz der Bakte­ um eine bleibende Aufrüstung. Dasversuch ebenso leicht infizieren wie die rien mit der Zeit zunimmt. Dies kann zeigte sich daran, dass sowohl Phagenaus demselben Blatt isolierten Bakteri­ man testen, indem man Phagen zu ei­ als auch Bakterien am wirksamsten ge­en. Mit aus anderen Bäumen isolierten nem bestimmten Zeitpunkt der Ent­ gen Kontrahenten kämpften, die zumBakterien derselben Art taten sich die wicklung entnimmt und mit Bakterien selben Zeitpunkt entnommen wordenPhagen hingegen schwer. Offenbar de­ aus derselben Kultur, aber von einem waren. Sowohl gegen spätere wie auchfiniert also der einzelne Baum die Gren­ anderen Zeitpunkt zusammenbringt. gegen frühere Gegner sahen sie nicht sozen der Gemeinschaft aus Bakterien Von den beiden Kontrahenten gewinnt gut aus (Science 332, S. 106 – 109, 2011).und Phagen, innerhalb deren die wech­ stets der später entnommene – das Eines ist klar: Es bleibt noch viel zuselseitige Anpassung stattfindet (Ame­ heißt, die Kampfkraft beider Seiten erforschen, bis wir diese zahlreichstenrican Naturalist 177, S. 440 – 451, 2011). nimmt mit der Zeit immer weiter zu. Bewohner unseres Planeten wirklich Wie ein solches Wechselspiel zeitlich Gómez und Buckling führten eine verstehen. Doch die Mühe könnte sichabläuft, untersuchte Angus Buckling, analoge Untersuchung nun erstmals in lohnen – als Belohnung winkt die Hoff­der auch an der Kastanienstudie betei­ einem natürlichen Umfeld durch, näm­ nung, dass sie uns eines Tages dabeiligt war, zusammen mit seinem Postdoc lich in Bodenproben. Die Forscher fan­ helfen können, jene bakteriellen Infek­Pedro Gómez. In Laborversuchen beob­ den heraus, dass in der Natur kein Wett­ tionen zu besiegen, gegen die unsere rüsten stattfindet, bei dem beide Seiten Antibiotika immer machtloser werden. immer besser werden. Zwar ändern sichEin einzelner Kastanienbaum wie dieser beide Seiten auch in der Natur konti­ Michael Groß ist Biochemiker und freierenthält jeweils eine spezifische Gemein­ nuierlich und schnell, um die jewei­ wissenschaftsjournalist in oxford, england.schaft aus Bakterien und Phagen. ligen Angriffs­ beziehungsweise Vertei­ www.michaelgross.co.uk fotoLiA / CoLoreLLoWWW.SPEKTRUM.DE 13
  13. 13. forschung aktuellERDgESCHICHTEGroßes Sterben durch große BrändeWiesogingvor250MillionenJahrenfastalleslebenaufderErdezugrunde?FlugaschefundeinKanadabestätigennundieTheorie,dassverheerenderVulkanismusinSibiriendieKatastropheauslöste.VoNKARlURBAN sibirische Buchanan- TrappsN iemals in der bekannten Erd­ geschichte stand das Lebenso nahe am Abgrund wie vor See können sie jedenfalls nicht allein erklären: den jähen Anstieg im Verhältnis des leichteren Kohlen­etwa 250 Millionen Jahren. Erst stoffisotops der Atommasse 12vereinigten sich die Landmas­ zum schwereren Kohlenstoff­13.sen Laurasia und Gondwana im Er ist so ausgeprägt, dass die Um­späten Karbon zum Großkontinent n At u welt im späten Perm mit Material or­ re geo s C , fi g . 1 ien Ce 4, s. 1 04 – 1 07, 20 11Pangäa. Immer mehr Arten konkurrier­ ganischen Ursprungs geradezu überflu­ten um einen schrumpfenden Lebens­ Vor 250 Millionen Jahren waren alle tet worden sein muss. Denn jedes Lebe­raum, weil viele der besonders dicht be­ irdischen Landmassen im Superkontinent wesen nimmt bevorzugt Kohlenstoff­12siedelten Küstenhabitate verschwanden. Pangäa vereint. Damals schuf eine aus der Umwelt auf, wodurch etwa fossi­Dann entwickelte sich ein Treibhauskli­ Serie gewaltiger Vulkanausbrüche die le Lagerstätten aus abgestorbenen Orga­ma und setzte das Leben auf der Erde sibirischen Trapps: Flutbasalte mit nismen stark mit dem leichten Isotopweiter unter Druck – bevor schließlich einer Ausdehnung von 2,5 Millionen angereichert sind. Der Paläontologe Pauleine bislang rätselhafte Folge von Ereig­ Quadratkilometern. Bei diesen Eruptionen Wignall von der University of Leedsnissen am Ende des Perms die Ökosyste­ gebildete Flugascheteilchen fanden (England) hat errechnet, dass selbst dasme rund um den Globus fast völlig kol­ Forscher nun am Grund eines Sees in Absterben fast aller damaligen Erdbe­labieren ließ: 96 Prozent der marinen Kanada, wohin Westwinde sie einmal um wohner zusammen mit den geschätztenSpezies und 70 Prozent aller Arten an den Globus herum verfrachtet hatten. vulkanischen Ausgasungen nicht aus­Land verschwanden für immer. reichen würde, die anomalen Messwerte Die Katastrophe übertraf damit auch zu erklären. Deshalb müsste zusätzlichdas viel bekanntere Artensterben, dem ren Indizien für einen Einschlag blieb fossiler Kohlenstoff freigesetzt wordenvor rund 65 Millionen Jahren die Dino­ erfolglos; Berichte über Iridium oder sein, der etwa in Kohlevorkommen un­saurier zum Opfer fielen. Als Ursache durch hohen Druck zerrüttete Quarz­ ter Tage oder Methanhydraten am Mee­dieser Massenextinktion gilt der Ein­ kristalle ließen sich nicht erhärten. resgrund gespeichert ist.schlag eines gigantischen Himmelskör­ Andere Forscher brachten die Flut­ Eine mögliche Quelle dafür entdeck­pers, seit der Geologe Luis Alvarez 1981 basalte in Sibirien mit dem rätselhaften te ein Forscherteam um Henrik Svensenweltweit an der Schichtgrenze zwischen Artensterben vor 250 Millionen Jahren von der Universität Oslo (Norwegen) imKreide und Tertiär das in Meteoriten in Verbindung. Dort nämlich spien just Jahr 2008: Im sibirischen Tunguska­häufige Metall Iridium fand. zur selben Zeit Vulkane über knapp becken bahnte sich das Magma einst Der Grund für das Artensterben an 600 000 Jahre hinweg Unmengen an seinen Weg durch Erdöl führende Schie­der Perm­Trias­Grenze ist dagegen un­ Lava aus, die mindestens 2,5 Millionen fer, Karbonate und Salze, was in zweifa­klar. Aus dieser Zeit existieren nur weni­ Quadratkilometer – das Siebenfache der cher Hinsicht fatale Folgen hatte. Zumge Gesteine, die zudem kein eindeutiges Fläche Deutschlands – bedeckte. Mit den einen trieben die hohen TemperaturenBild abgeben. Zwar behauptete Luann Ausbrüchen gelangten auch immer wie­ aus dem Ölschiefer zehntausende Giga­Becker von der University of Washing­ der massenhaft Kohlendioxid, Schwefel­ tonnen flüchtige Kohlenwasserstoffeton in Seattle 2001, an der Grenzschicht gase und Asche in die Atmosphäre. aus, die mit dem Magma an die Oberflä­Fullerene außerirdischen Ursprungs ge­ Die sibirischen Trapps, wie die Flut­ che gelangten und dort verbrannten.funden zu haben: In den fußballförmi­ basalte fachsprachlich heißen, markie­ Dabei entstand doppelt so viel Kohlen­gen Kohlenstoffmolekülen entdeckte ren damit eine der gewaltigsten vulkani­ dioxid, wie die Vulkane selbst in die Luftsie Edelgase, deren Isotopenverhältnis schen Epochen der Erdgeschichte. Doch bliesen. Zudem zeigten die norwegi­dem in einer speziellen Form von Mete­ ob sie wirklich den Untergang so vieler schen Wissenschaftler in Experimen­oriten glich (Spektrum der Wissenschaft Arten weltweit verursachten, war bisher ten, dass schon bei Temperaturen von7/2002, S. 60). Doch die Suche nach ei­ fraglich. Einen markanten Einschnitt an 275 Grad Celsius im Untergrund enor­nem passenden Krater und nach ande­ der permotriassischen Schichtgrenze me Mengen an organischen Chlor­ und14 SPEKTRUMDERWISSENSCHAFT·AUgUST2011
  14. 14. Bromverbindungen entstanden, die über den panthalassischen Ozean mehr te zu erklären. Außerdem lässt sich das gleichfalls in die Atmosphäre ausgasten. als 20 000 Kilometer weit bis in das Muster des Massenaussterbens mit dem Dort wirkten sie wie die vom Menschen heutige Nordkanada. »Wir sehen das Ascheregen allein nicht erklären. Dieser freigesetzten Fluorchlorkohlenwasser­ gleiche Phänomen bei großen Stürmen behinderte zwar die Fotosynthese und stoffe (FCKWs) und zerstörten die Ozon­ in der Sahara«, erläutert Grasby. »Die vergiftete Ökosysteme, doch legte sich schicht. Dadurch konnte erbgutschädi­ feinen Staubteilchen sind in ihrer Grö­ die Asche gleichermaßen auf Kontinen­ gende ultraviolette Sonnenstrahlung ße vergleichbar mit der permischen te und Meere. Warum aber war dann das am Ende des Perms die Atmosphäre fast Flugasche und werden bis nach Nord­ Leben an Land deutlich weniger betrof­ ungehindert durchdringen. amerika geweht. Gelangen solche Par­ fen als das in den Ozeanen? Und wieso Die massive Verbrennung fossiler tikel bei besonders heftigen vulkani­ wurden im Meer vor allem solche Arten Kohlenwasserstoffe müsste weltweit schen Ausbrüchen bis in die Strato­ stark dezimiert, die am Boden lebten Spuren hinterlassen haben. Die Suche sphäre, können Winde sie spielend über und Nährstoffe aus dem Wasser filter­ danach gestaltete sich jedoch mühsam. sehr große Distanzen transportieren.« ten – darunter Korallen, Armfüßer und Nun wurden Stephen Grasby vom Geo­ Die Eigenschaften der Flugaschepar­ Seelilien? Dagegen überlebten viele Vor­ logical Survey of Canada in Calgary und tikel deuten auf sehr hohe Verbren­ läufer der modernen Fauna mit einem zwei Kollegen fündig (Nature Geosci­ nungstemperaturen hin. Denn nur un­ aktiveren Stoffwechsel (Spektrum der ence 4, S. 104, 2011). Auf der Insel Axel ter diesen Bedingungen schmilzt die Wissenschaft 9/1996, S. 72). Heiberg in der kanadischen Arktis ent­ Asche auf und erstarrt beim Kontakt deckten sie in Schiefern an der Perm­ mit der kalten Luft zu winzigen tröpf­ Tote Meere Trias­Grenze winzige Flugascheparti­ chenartigen Gebilden, die von Gasbläs­ Wahrscheinlich waren die Meere schon kel, die sie mit den sibirischen Trapps chen durchzogen sind. Auch fest geblie­ vor dem Ausbruch des heftigen Vulka­ in Verbindung bringen. Ihrer Ansicht bene Kohlereste in den kanadischen nismus in keinem guten Zustand. Auf nach zeugen die Teilchen davon, dass Schiefern lassen durch Risse und Defor­ dem Großkontinent Pangäa breiteten das heiße Magma damals auch in Koh­ mationsstrukturen erkennen, dass sie sich Wüsten aus. Zuvor hatten Nieder­ leflöze eindrang und sie verschwelte, stark erhitzt wurden. Tatsächlich ist die schläge Kohlendioxid aus der Luft aus­ das heißt unter Luftausschluss zersetz­ permische Flugasche laut Grasby und gewaschen, das am Boden dann bei Ver­ te. Den dabei gebildeten Teer sowie Kollegen kaum von den Verbrennungs­ witterungsprozessen gebunden wurde. Kohlegrus und geschmolzene Schlacke rückständen moderner Kohlekraftwer­ Bei der nun herrschenden Trockenheit beförderte es mit an die Oberfläche ke zu unterscheiden. Die Kanadier fan­ aber reicherte sich das bei natürlichen und schleuderte das brennbare Ge­ den in Rauchgasfiltern solcher Anlagen Prozessen gebildete Treibhausgas in misch kilometerhoch in die Atmosphä­ Partikel mit vergleichbaren Größen, der Atmosphäre an und heizte die Erde re. Dort entzündete sich das Material Formen und optischen Eigenschaften. auf. Dadurch löste sich auch mehr Koh­ in der heißen Lava und erzeugte gewal­ Trotzdem bleiben offene Fragen. So lendioxid in den Meeren, so dass diese tige Rauchwolken, die sich durch Luft­ ist bisher unklar, wie groß die sibiri­ versauerten und Tiere mit Kalkgehäu­ strömungen über die gesamte Hemi­ schen Kohlelager am Ende des Perms sen zu Grunde gingen. sphäre verteilten. wirklich waren – und ob ihr Anteil an Durch die Erderwärmung schmol­ So gelangte die Asche mit dem vor­ leichtem Kohlenstoff­12 ausreichte, die zen im Lauf des Perms die Eiskappen an herrschenden Westwind auch quer abnormen Isotopenwerte der Sedimen­ den Polen, wodurch möglicherweise die Umwälzpumpe erlahmte, die heute eine globale Ozeanzirkulation in GangnAture geosCienCe 4, s. 104 – 107, 2011, fig. 2 Buchanan-See modernes Kohlekraftwerk hält. Schlecht durchlüftete Bereiche in den Ozeanen waren also schon verbrei­ tet, als massive Vulkanausbrüche und Brände nicht nur zusätzliches Kohlen­ dioxid freisetzten, sondern auch den Sauerstoffmangel verschärften, indem sie die Ozeane mit Eisen und anderen 20 µm 20 µm Metallen aus den Aschewolken düng­ ten. Es kam zu Algenblüten, und auch Die im Buchanan­See in Kanada gefundenen fossilen Teilchen sehen der Flugasche Zyanobakterien breiteten sich explosi­ moderner Kohlekraftwerke sehr ähnlich. Das deutet darauf hin, dass das Magma der sibi­ onsartig aus. Als die Organismen nach rischen Flutbasalte beim Aufstieg Kohleflöze durchquerte und sie verschwelte, also in ihrem Absterben verwesten, zehrten sie Abwesenheit von Sauerstoff zersetzte. Teer, Asche und Kohlegrus gelangten so mit an die die letzten Sauerstoffreste auf: Weite Oberfläche, wo sich das brennbare Gemisch entzündete. Die Rauchwolken stiegen bis Meeresregionen verwandelten sich so in die Stratosphäre empor und verteilten sich über die gesamte Nordhalbkugel. in tote, stinkende Kloaken. WWW.SPEKTRUM.DE 15

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