Wissenschaftsecho

Ein 3-D-Röntgenauge könnte die Sicherheit an Flughäfen revolutionieren: Dürfen Flüssigkeiten schon bald wieder ins Handgepäck?
Quelle: WELT ONLINE – Wissenschaft

Der französische Philosoph Voltaire schilderte, wie der englische Naturforscher Isaac Newton (1642-1726) unter einem Apfelbaum saß und vor sich hin grübelte. Als ein Apfel sich vom Zweig löste und auf Newtons Kopf fiel, wurde die moderne Physik geboren.

Die mechanische Ordnung.

Der Aufprall der Frucht soll dazu geführt haben, dass Newton den Grundstein für die Fallgesetze, die klassische Mechanik und die exakten Gesetze der Gravitation und Bewegung legte und in seiner Schrift Philosophiae Naturalis Principia Mathematica 1687 veröffentlichte.

Newtons Gesetze waren in der Tat umwälzend. Zwar wusste man seit der Antike, dass Regelmäßigkeit eines der Prinzipien der Natur ist. Die Prinzipien wurden jedoch weniger durch präzise Formeln ausgedrückt. Newton beobachtete nicht nur die Regelmäßigkeiten, sondern formulierte sie als Gesetze in exakter mathematischer Form.

Die simplen Regeln, die auch die Ellipse der Planetenbahnen mit der Sonne in einem Brennpunkt exakt beschrieben, führten dazu, dass das Universum wie ein ablaufendes mechanisches Uhrwerk erschien. Es gab niemand, der die Planeten ständig anschubste. Damit Objekte sich mit konstanter Geschwindigkeit auf gerader Bahn fortbewegen, ist nach Newtons Mechanik keinerlei äußerer Anstoß nötig.

Das unheimliche an Newtons Gesetzen war, dass sie mit allen Messungen exakt übereinstimmten. Als man glaubte, endlich einen Fehler zu entdecken, weil der Planet Uranus sich nicht an die vorausberechneten Umlaufbahnen hielt, entdeckte man Neptun. Die Abweichungen der Bahn des Uranus konnten daraufhin durch die bekannten Gesetze erklärt werden.

Die immer wieder bestätigte exakte Übereinstimmung von Messung und Vorhersage durch Formeln führte schließlich dazu, dass die Physiker glaubten, alle beobachtbaren Phänomene, auch solche im mikroskopischen Maßstab, könnten mechanisch erklärt werden. Die Welt hatte anscheinend eine allumfassende mechanische Ordnung.

Die emergenten Eigenschaften der Alltagswelt.

Der Schock kam im frühen 20. Jahrhundert. Der Physiker Max Planck konnte es zunächst selbst nicht glauben, was er im Zusammenhang mit der Untersuchung elektromagnetischer Strahlung entdeckte. Er stellte fest, dass Energie nur in Form unteilbarer Päckchen (Quanten) ausgestrahlt wird. Dadurch begründete er die Quantenphysik und deren mathematischen Formalismus, die Quantenmechanik. Die Anwendung von Newtons Gesetzen auf Atome und atomare Größenordnungen führt dagegen auf hoffnungslos falsche Ergebnisse, weil Atome in den Formeln der klassischen Mechanik keine räumliche Ausdehnung haben und Feststoffe beim absoluten Temperatur-Nullpunkt riesige Wärmekapazitäten besitzen sollen.

Atome verhalten sich überhaupt nicht wie Billardkugeln. Obwohl sie ihre Energie wie Teilchen tauschen, bewegen sie sich wie Wellen. Und nicht nur Atome verhalten sich so, sondern alle Objekte. Flüssigkeiten und Feststoffe sind zwar ein Zusammenschluss von Quantenmaterie zu makroskopischen Substanzen, aber ihre Eigenschaften flüssig oder fest sind Erscheinungen kollektiver Organisation, die sich nicht von den zwei sich scheinbar widersprechenden Eigenschaften (wellenartig bzw. teilchenartig) der einzelnen Quantenobjekte ableiten lassen.

Wenn sich in einem System auf höherer Ebene durch kollektive Organisation Eigenschaften zeigen, die nicht durch Eigenschaften der Systemelemente erklärt werden können, dann spricht man von emergenten Eigenschaften. Der Vorgang der Herausbildung von emergenten Eigenschaften heißt Emergenz. Die Quantenphysik beweist die Emergenz von Newtons legendären Gesetzen. Diese sind ein für große Systeme gültiger Grenzfall der Quantenmechanik. Welch eine Überraschung, dass sich unsere Alltagswirklichkeit als ein emergentes Phänomen kollektiver Organisation erweist!

Wenn wir unseren Blick schärfen für das Prinzip der kollektiven Organisation und den daraus hervorgehenden emergenten Eigenschaften, entdecken wir in unserer Welt überall das Wirken von Emergenz. Während wir vielleicht noch vor kurzem glaubten, alles Grundlegende sei schon bekannt, tun sich auf einmal neue interessante Fragen auf.

Beispielsweise bestehen Schneeflocken aus sechseckigen symmetrischen Kristallen. Es gibt unzählig verschiedene Kristallformen, und zwar so viele, dass es heißt, es gäbe keine zwei gleichen. Wie sich aber Wassermoleküle kollektiv organisieren und miteinander kommunizieren, dass die eine Ecke des Kristalls weiß, welche Form die andere Ecke gerade annimmt, so dass Symmetrie entsteht, kann mit klassischer Physik nicht beantwortet werden.

Interessant wäre es auch herauszufinden, wo menschliches Bewusstsein als anscheinend emergentes Phänomen der Evolution seinen genauen Sitz hat. Bisher hat noch niemand Bewusstsein im Gehirn lokalisieren können. Aber vielleicht sind nur nicht alle Prinzipien kollektiver Organisation bekannt, die zur gewünschten Antwort führen. Mehr Wissen über Emergenz kann dabei helfen, die Antwort zu finden. Zum Thema Evolution kann man noch weitere Fragen stellen, wie: Welches sind die Regeln kollektiver Organisation, die aus toten Molekülen Leben emergieren?

Das sind Fragen, die das Buch mit dem Titel »Emergenz« (ISBN 978-3-8391-7997-0) natürlich auch nicht erschöpfend beantworten kann. Aber es führt in die Themenstellung der Emergenz ein und zeigt auf, wie aus einfachsten organisatorischen Regeln komplexe emergente Strukturen entstehen.

Hier ein kurzer Überblick: Nach dem grundlegenden Kapitel 2, in dem wichtige Begriffe und Beispiele zur Emergenz erläutert werden, folgt das Kapitel 3, mit den Steuerungsmechanismen. Im gleichen Kapitel finden Sie auch Computer-Simulationen. Wenn man will, kann man am PC selbst Experimente durchführen, indem man die beschriebenen Programme aus dem Internet herunterlädt. Schließlich runden zwei weitere Kapitel mit Beschreibungen emergenter Phänomene der Natur und des Universums das Buch ab. Es ist ein Arbeits- und Handbuch und soll als Werkzeug dienen, um mit geschärftem Blick die Geheimnisse der Emergenz in unserer Welt zu beobachten.

Emergenz: Strukturen der Selbstorganisation in Natur und Technik
Von Klaus-Dieter Sedlacek et al.
Preis: EUR 14,90
Broschiert: 192 Seiten
Verlag: Books on Demand Gmbh (August 2010)
ISBN-13: 978-3839179970

Neueste Ausgrabungen in Äthiopien zeigen: Schon vor 3,4 Millionen Jahren hantierten Frühmenschen mit Steinwerkzeug. Nach diesem Fund müssten die Lehrbücher über die Evolution des Menschen korrigiert werden, meint sogar ein Forscher.
Quelle: stern.de – Wissenschaft & Gesundheit

Zwei aktuelle Ranglisten unterstreichen es: Leipzig ist zu einem Zentrum der Evolutions- und Strukturbiologie geworden. Deutlich wird das unter anderem daran, dass Peter Stadler, Professor für Bioinformatik am Institut für Informatik, in der Fachzeitschrift “Laborjournal” mit 2.731 Zitierungen und 76 Artikeln Platz 1 im Ranking für Strukturbiologie sowie mit 2.655 Zitierungen und ebenfalls 76 Artikeln den 2. Rang im Bereich Evolutionsbiologie einnimmt. Hinzu kommen weitere Zitierungen von Artikeln aus dem ausgewerteten Zeitraum von 2004 bis 2007, an denen Stadler oder Mitarbeiter seiner Professur maßgeblich mitgewirkt haben.
Quelle: Pressemitteilungen – idw – Informationsdienst Wissenschaft

Neueste Ausgrabungen in Äthiopien zeigen: Schon vor 3,4 Millionen Jahren hantierten Frühmenschen mit Steinwerkzeug. Nach diesem Fund müssten die Lehrbücher über die Evolution des Menschen korrigiert werden, meint sogar ein Forscher.
Quelle: stern.de – Wissenschaft & Gesundheit

Es könnte eine Revolution in der Autismus-Diagnose sein: Forscher haben eine Methode entwickelt, die psychische Störung per Hirnscanner aufzuspüren soll. Der Test soll binnen 15 Minuten ein zu 90 Prozent sicheres Ergebnis liefern.
Quelle: SPIEGEL ONLINE – Wissenschaft

Bislang haben immer noch Menschen den Finger am Abzug militärischer Roboter. Das könnte sich jedoch schon bald grundlegend ändern.
Quelle: WELT ONLINE – Wissenschaft

Anziehend oder abstoßend? Keine Körperregion verrät mehr über den Menschen als sein Gesicht. Der Biologe Adam Wilkins erklärt, warum.
Quelle: WELT ONLINE – Wissenschaft

Warum sind manche Spinnenweibchen geradezu monströs, die Männchen aber winzig? Früher glaubte man, dass die weibliche Fruchtbarkeit ein Grund dafür ist. Jetzt haben Forscher eine neue Theorie: Nur zierliche Männchen können Brücken schlagen – und verschaffen sich so einen entscheidenden Vorteil.
Quelle: SPIEGEL ONLINE – Wissenschaft

RWTH-Wissenschaftler ermöglichen Erforschung von Salzschichten ohne aufwändige Bohrungsarbeiten Salz ist zäh und flüssig. „Es ist ein merkwürdiger Gesteinskörper“, sagt Univ.-Prof. Dr. Janos Urai vom Lehr- und Forschungsgebiet Geologie – Endogene
Quelle: Pressemitteilungen – idw – Informationsdienst Wissenschaft

Schweizer Uhrmacher Jaeger-LeCoultre baut die komplizierteste Uhrentechnik der Welt. Sie kostet 1,8 Millionen Euro und ist revolutionär.
Quelle: WELT ONLINE – Wissenschaft

Die meisten Deutschen werfen ihren Müll brav in die gelbe Tonne. Doch ergibt die Trennung von Wertstoffen überhaupt Sinn? Ein neues Gesetz soll jetzt die Abfallwirtschaft revolutionieren. SPIEGEL ONLINE stellt Alternativen zum Sortier-Wahn vor.
Quelle: SPIEGEL ONLINE – Wissenschaft

Die evolutionären Wege von Menschen und Pavianen haben sich später getrennt als bisher vermutet. Das legen Schädelknochen nahe, die in Saudi-Arabien gefunden wurden. Sie deuten auf einen bisher unbekannten gemeinsamen Vorfahren hin.
Quelle: SPIEGEL ONLINE – Wissenschaft

Die evolutionären Wege von Menschen und Altweltaffen wie Paviane trennten sich später als gedacht. Das haben US-Forscher herausgefunden.
Quelle: WELT ONLINE – Wissenschaft

In vielen Organismen wurde im Verlauf ihrer Evolution das genetische Material verdoppelt. Die Duplikation von einzelnen Genen stellt dabei eine besondere Quelle dar, durch die neue Genfunktionen entstehen können. Erst im Jahr 2008 gelang Wissenschaftlern der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf der Nachweis, dass das initiale Signal der Geschlechtsbestimmung in der Honigbiene, das Gen complementary sex determiner (csd), aus der Kopie einer weiteren Schlüsselkomponente der Geschlechtsbestimmung, dem Gen feminizer (fem) entstanden ist (Hasselmann et al. 2008 NATURE 454: 519ff). Jetzt ist es den Wissenschaftlern gelungen, die Evolution des fem-Gens genauer zu untersuchen.
Quelle: Pressemitteilungen – idw – Informationsdienst Wissenschaft

Ein internationales ForscherInnenteam unter der Leitung von Holger Daims und Michael Wagner vom Department für Mikrobielle Ökologie der Universität Wien hat das Erbgut von Nitrospira entschlüsselt. Dabei handelt es sich um eines für den Stickstoffkreislauf der Natur und die Abwasserreinigung wichtiges Bakterium. Im Rahmen dieses vom Wiener Wissenschafts-, Forschungs- und Technologiefonds geförderten Forschungsprojekts wurden unerwartete Eigenschaften von Nitrospira entdeckt und überraschende Einblicke in die Evolution des Stickstoffkreislaufs gewonnen. Die Ergebnisse erscheinen in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift PNAS.
Quelle: Pressemitteilungen – idw – Informationsdienst Wissenschaft

Die Grünalge Volvox carteri als Modellsystem für molekulare Untersuchungen zur Evolution der Vielzelligkeit

Ein internationales Team von Wissenschaftlern aus den USA, Kanada, Japan und Deutschland hat jetzt das Erbgut des einfachsten Vielzellers, Volvox carteri, entschlüsselt. In der Fachzeitschrift Science berichtet die Forschergruppe wie dieser Modellorganismus, ein kleiner kugelförmiger Tümpelbewohner, dazu beiträgt, die Evolution von Einzellern zu Vielzellern auf molekularer Ebene zu verstehen. Aus Deutschland war eine Arbeitsgruppe der Universität Bielefeld unter der Leitung von Professor Dr. Armin Hallmann maßgeblich an den Untersuchungen beteiligt.
Quelle: Pressemitteilungen – idw – Informationsdienst Wissenschaft

Erstmals konnten Wissenschaftler belegen, dass Parasiten bei verschiedenen Säugetierarten gleiche Anpassungsprozesse auslösen. Sie hatten zwei Lemurenarten im Kirindy-Regenwald auf Madagaskar verglichen und die Verbindungsstellen zwischen ihren Immungenen und den Antigenen der Parasiten analysiert. Diese passen wie Schlüssel und Schloss zueinander und sind bei beiden Lemurenarten völlig identisch.
Quelle: Pressemitteilungen – idw – Informationsdienst Wissenschaft

Tardigraden, auch Bärtierchen genannt, sind Überlebenskünstler. Sie besitzen die bemerkenswerte Fähigkeit, vollständige Austrocknung oder Gefrieren zu überleben – ohne jeglichen Schaden! Von den 0,2 bis 1,0 Millimeter großen Organismen, die vor allem im Süßwasser und in Lebensräumen wie Moospolstern und feuchten Böden vorkommen, waren bisher rund 1.000 Arten bekannt. Dr. Ralph Schill vom Biologischen Institut der Universität Stuttgart und Kollegen von der Uni Würzburg entdeckten dank einer neuen Methode nun drei weitere Arten und publizierten ihre Arbeit im Journal „Organisms, Diversity & Evolution“.*)
Quelle: Pressemitteilungen – idw – Informationsdienst Wissenschaft

Wissenschaftler der Kyoto-Universität in Japan wollen herausgefunden haben, dass Affen Gefallen am Fernsehen finden. Die Erkenntnisse könnten Grundlage für weitere Forschungen zur Entwicklung von Emotionen im Zuge der Evolution sein.
Quelle: stern.de – Wissenschaft & Gesundheit

Es scheint eines der Gesetze der Evolution zu sein: Nach jedem der fünf großen Massensterben ist das Leben auf der Erde schlagartig aufgeblüht.
Quelle: WELT ONLINE – Wissenschaft

Kümmert sich die Großmutter, die selbst keinen Nachwuchs mehr bekommen kann, um ihre Enkel, haben diese eine höhere Überlebenschance. Diese vor über 50 Jahren geborene Hypothese ist nun von englischen Forschern anhand einer aufwendigen Modellrechnung bestätigt worden.

Quelle: Wissenschaft | RP ONLINE

Evolution im Schnelldurchgang: Die tibetische Bevölkerung passte ihr Erbgut in weniger als 3000 Jahren an das Leben in extremer Höhe an. Die Himalaja-Bewohner haben eine einzigartige Strategie entwickelt – sie reagierten auf paradoxe Weise auf den Sauerstoffmangel.
Quelle: SPIEGEL ONLINE – Wissenschaft

Max-Planck-Forscher entdecken Trick der Evolution: Signalkette wird mit mehreren Funktionen belegt und erlaubt optimale Anpassung an Umweltbedingungen.
Quelle: Pressemitteilungen – idw – Informationsdienst Wissenschaft

Vor zehn Jahren wurde das Erbgut des Menschen entschlüsselt. Doch der erhoffte Durchbruch in der Medizin blieb bisher aus.
Quelle: WELT ONLINE – Wissenschaft

In Äthiopien haben Forscher Skelettteile eines 3,6 Millionen Jahre alten Vorfahren des Menschen ausgegraben. Der Fund macht deutlich: Wir konnten schon früher aufrecht gehen, als bisher angenommen.
Quelle: stern.de – Wissenschaft & Gesundheit

Weil es klein und robust ist und sich schnell vermehrt, ist das Darmbakterium Escherichia coli eines der wichtigsten „Arbeitspferde“ der Biotechnologie. Es produziert für uns Insulin und viele weitere pharmazeutisch wichtige Stoffe. Normalerweise fühlt sich das Bakterium bei 37° Celsius am wohlsten. Höhere Temperaturen verursachen dem Organismus Stress, Temperaturen über 46° Celsius sind bereits tödlich. Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM) haben nun an E. coli Bakterien untersucht, wie sich Organismen durch Evolution an höhere Temperaturen anpassen. In der aktuellen Ausgabe des Journal of Biological Chemistry berichten sie über ihre Ergebnisse.
Quelle: Pressemitteilungen – idw – Informationsdienst Wissenschaft

Wie kräftig ein Mann ist, lässt sich einer US-Studie zufolge an dessen Stimme erkennen. Doch ein tiefer Bass macht noch keinen starken Mann.
Quelle: WELT ONLINE – Wissenschaft

Evolution wie im Zeitraffer: Bei Fischen, die über Flüsse in Stauseen gelangen, verändern sich innerhalb weniger Generationen die Körperformen.
Quelle: WELT ONLINE – Wissenschaft

Das Thema „Evolution und die Zähmung von Religionen“ ist Thema eines Vortrags des US-amerikanischen Philosophen und Bestsellerautors Daniel C. Dennett am 23. Juni 2010 an der Freien Universität. Er setzt sich in seinem Vortrag mit Ursprüngen und Funktionsweisen von Religionen sowie mit den Gefahren auseinander, die von ihnen ausgehen. Dennett erklärt, wie sie sich zu robusten und sozialen Institutionen entwickeln konnten. Der Vortrag findet in englischer Sprache statt, der Eintritt ist frei.
Quelle: Pressemitteilungen – idw – Informationsdienst Wissenschaft