Spannender Durchbruch: Physiker haben erstmals eine schwerkraftbedingte Quanten-Anomalie im Labor erzeugt, die bisher als unmöglich nachzuweisen galt. Denn sie tritt sonst unter der extremen Schwerkraft von Neutronensternen, Schwarzen Löchern oder kurz nach dem Urknall auf. Doch in einem exotischen Kristall gelang es den Forschern, diese axial-gravitationale Quanten-Anomalie nun zu beobachten, wie sie im Fachmagazin „Nature“ berichten.
Der gängigen Theorie nach könnte unter extremen Bedingungen im Kosmos eine Quanten-Anomalie auftreten: In den extremen Gravitationsfeldern von Neutronensternen, Schwarzen Löchern oder im Quark-Gluon-Plasma kurz nach dem Urknall wird demnach eine grundlegende Symmetrie durchbrochen. Bei normalerweise spiegelsymmetrischen Paaren Teilchenpaaren soll dadurch eines der Teilchen nun häufiger vorkommen oder mehr Energie und Impuls besitzen als sein Partner.
Der Eingang zur Denisova-Höhle im sibirischen Altai-Gebirge, wo die Überreste des Denisova-Menschen gefunden wurden. Foto: Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie
Die Denisova-Höhle im Altai Gebirge Sibiriens ist die Heimat eines unserer Steinzeit- Vorfahren, der nach ihr als erstem Fundort benannt wurde. 2008 gruben Paläontologen dort ein winziges Fingerknöchelchen aus, gerade mal 7 mal 5 mal 2 mm groß. Es stammte von einem Mädchen, das vor mehr als 30.000 Jahren gelebt hat, wie der Fundzusammenhang ergab.
Die Höhle im südlichen Sibirien war seit mindestens 125.000 Jahren immer wieder der Aufenthaltsort von Menschen, sowohl der Neandertaler als auch der Homo sapiens hinterließen dort ihre Spuren.
Die große Überraschung kam mit der Analyse des Erbguts der als Kind verstorbenen „X-Woman“, wie die Forscher sie liebevoll tauften, denn sie gehörte zu einer bis zu diesem Zeitpunkt unbekannten Form des Menschen, nur weitläufig verwandt mit dem Neandertaler, der gleichzeitig im Altai-Gebirge lebte.
Der anatomisch moderne Mensch – unser direkter Vorfahre – wanderte vor circa 40.000 Jahren in die Gegend. Es ist wahrscheinlich, dass alle drei Menschenformen auf der Jagd parallel die Täler durchstreiften und sich begegneten.
Fingerknochen und Zähne des Denisova-Menschen
Die Untersuchung des Erbgut aus den Mitochondrien, den „Kraftwerken der Zelle“, und der Vergleich mit der mitochondrialen DNS sowohl von Neandertalern als auch von heute lebenden Menschen ergab, dass das Denisova-Mädchen eindeutig zu keiner dieser beiden Menschenformen gehörte (vgl. Ein neuer Mensch).
Bei weiteren Grabungen in der Höhle wurden zwei weitere Fossilien von Denisovanern gefunden, zwei Zähne (Denisova 4 und 8) von unterschiedlichen Individuen. Keiner davon stammte von dem Mädchen, dessen Finger die erste Spur der neuen Menschenform darstellte (vgl. Video: Die rätselhaften Ur-Menschen aus der Denisova-Höhle. Mit Kommentar von Bence Viola vom Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Leipzig).
Endlich: Physiker haben erstmals den Zerfall des Higgs-Bosons in zwei Bottom-Quarks beobachtet – und damit in zwei fundamentale Bausteine der Materie. Dies bestätigt theoretische Voraussagen zum Verhalten des Higgs-Bosons und erklärt seine Kurzlebigkeit, wie die Forscher berichten. Die Beobachtung dieser Zerfälle und eine präzisere Massenmessung des Higgs-Bosons gelangen im Teilchenbeschleuniger LHC des CERN.
Als die Physiker des CERN im Jahr 2012 das lange postulierte Higgs-Boson entdeckten, war dies eine Sensation. Denn dieses Teilchen und der mit ihm verbundene Mechanismus erklären, warum die Elementarteilchen eine Masse besitzen.
Hoffnung für Alzheimer-Patienten: In den nächsten Jahren werden gleich 35 neue Wirkstoffe gegen Alzheimer am Menschen getestet. 27 dieser Mittel kommen bereits in klinische Studien der Phase III – den letzten großen Test vor der Zulassung. Forscher sind daher vorsichtig optimistisch, dass es bald Medikamente geben könnte, die wenigstens das Fortschreiten der Demenz effektiv bremsen oder gar stoppen.
Alzheimer ist heute eine der häufigsten neurodegenerativen Erkrankungen weltweit. Allein in Deutschland sind rund 1,3 Millionen Menschen von der fortschreitenden Demenz betroffen – Tendenz steigend. Doch ein Heilmittel oder eine Möglichkeit, den Ausbruch der Krankheit zu verhindern, gibt es bisher nicht. Man kann nur versuchen, die Symptome ein wenig zu lindern, aufhalten lässt sich das Fortschreiten der Demenz aber nicht.
Biobasierter Kunststoff: Wissenschaftler haben ein Plastik entwickelt, das auf dem in Zitronen und Orangen enthaltenen Naturstoff Limonen basiert. Ihr Polycarbonat zeichnet sich durch eine besonders gute Hitzebeständigkeit aus und ist dank des nachwachsenden Rohstoffs umweltverträglicher als normale Kunststoffe. Außerdem kommt es ohne den umstrittenen Weichmacherzusatz Bisphenol A aus. Das Limonen könnte nach Ansicht der Forscher daher auch als BPA-Ersatz bei der herkömmlichen Plastikherstellung Anwendung finden.
Ob Handyhülle, PET-Flasche oder Plastiktüte: Kunststoffe begegnen uns im Alltag nahezu an jeder Ecke. Sie scheinen unverzichtbar – doch gleichzeitig geraten sie zunehmend in Verruf. Denn zum einen werden Materialen wie Polycarbonate aus dem immer knapper werdenden Rohstoff Erdöl hergestellt. Zum anderen landen sie oft nach kurzem Gebrauch bereits wieder in der Tonne und ihre nur schwer abbaubaren Überreste belasten die Umwelt.
stereoscopic & photographic company Alfred Russel Wallace auf einem Foto aus dem Jahr 1895. Der etwas mürrische Herr war der vielen Medaillen „müde“, er wollte sich für die Überreichung des Order of Merit keinen neuen Anzug kaufen. Und ein Grab in der Westminster Abbey lehnte er ab, weil er „gegen unnötige Zeremonien“ war.
Am Mittwoch werden 24 Schriftstücke des Naturforschers Alfred Russel Wallace versteigert, die erhellen, warum er weniger berühmt ist als Charles Darwin
Wissen Sie, wer den Begriff „Origin of Species“ – also „Entstehung der Arten“ – erfand? Nein, das war nicht Charles Darwin, sondern sein Zeitgenosse Alfred Russel Wallace (1823 –1913), der zumindest in Fachkreisen gemeinsam mit Darwin als gleichberechtigter Mitbegründer der Evolutionstheorie gilt. Wallace, der in den 1850er Jahren in Indonesien forschte, informierte Darwin über seine revolutionäre Idee, was 1858 dazu führte, dass beide ihre Versionen der Evolutionstheorie den Mitgliedern der Linnean Society präsentierten. Doch wie kam es, dass der Name Darwins den von Wallace heute so sehr überstrahlt? Liegt es womöglich daran, dass sich Wallace später mit seinen seltsamen Interessen für den Spiritismus schadete?
„We clocked the T. rex at 32 miles an hour,“ John Hammond, played by Richard Attenborough, casually informs his guests in Jurassic Park. Later, when the T. rex inevitably breaks out of her paddock, this speed limit is put to the test as the intimidating predator bears down on a Jeep in one of the most iconic chase scenes in film history.
This popular image of light-footed tyrannosaurs running after targets—which was recently rehashed in Jurassic World—has defined our view of how this extinct carnivore looked and lived.
But according to two unrelated studies published this week, in the journalsNature Ecology & Evolution and PeerJ, T. rex could not have come close to running 32 miles per hour. In contrast to its sporty depiction in movies, this animal appears to have been a bonafide slowpoke, sidling along at estimated top speeds of 12 to 17 miles per hour (20 to 29 kilometers per hour). By contrast, Usain Bolt can run nearly 28 miles per hour, cheetahs can top 60 miles per hour, and 1992 Jeep Wranglers, like those used in Jurassic Park, can accelerate to over 90 miles per hour.
Eine Formel für alle: Warum sind die größten Tiere nicht auch die schnellsten? Auf diese Frage könnten Forscher nun eine allgemeingültige Antwort gefunden haben. Demnach kommt es darauf an, wie schnell die Muskeln das Tier auf Touren bringen können. Ist es zu schwer, sind die Energievorräte erschöpft, bevor das Maximaltempo erreicht wird. Eine einfache Formel beschreibt dies und ermöglicht so, das Maximaltempo verschiedenster Tiere auszurechnen – egal ob sie fliegen, schwimmen oder laufen.
Eine Spinne oder ein Käfer kommen langsamer voran als eine Maus oder gar ein Pferd. Das erscheint logisch, denn mit ihren viel längeren Beinen können die größeren Tiere bei jedem Schritt einfach mehr Strecke zurücklegen als die Winzlinge. Doch dieser einfache Zusammenhang „größer = schneller“ stimmt nur bis zu einer gewissen Grenze: Elefanten sind langsamer als Antilopen oder gar Geparden.
You can learn a lot about the goings-on of the human body just through the skin. The electrical activity of the heart, for example, is reflected in tiny electrical changes on the skin, which can be observed through electrocardiography. Electromyography reveals the electrical activity of muscles, which may then reveal neuromuscular diseases. Electroencephalography (EEG) gives us a viewport into the workings of the brain. All are powerful tools, but every one of them involves the pasting of unwieldy pads to the skin in a hospital setting.
In a paper published Monday in Nature Nanotechnology, Akihito Miyamoto and colleagues offer an alternative in the form of ultrathin meshes that offer direct integration with the soft surface of the skin. They involve virtually no mechanical footprint while allowing skin to breathe and sweat as normal. Medical uses aside, the new nanomesh technology offers a crucial advance in wearables, generally—a seamless interface between skin and and electronics. In other words, where skin essentially becomes electronics.
Verhinderter Quanteneffekt: Physikern ist es gelungen, ein quantenphysikalisches Grundprinzip auszutricksen – die Heisenbergsche Unschärferelation. Nach dieser verändert schon die Messung das Verhalten eines Teilchens. Doch in einem Oszillator aus einer Membran und einer Atomwolke haben die Forscher diesen Effekt nun weitgehend neutralisiert. Dieser Durchbruch könnte neue Sensoren für die Elektronik, aber auch für Gravitationswellendetektoren ermöglichen, so die Forscher im Fachmagazin „Nature“.
In der Welt der kleinsten Teilchen hat schon das „Hinschauen“ dramatische Konsequenzen: Allein dadurch, dass wir den Lichtstrahl eines Mikroskops oder einen Messlaser auf ein Teilchen richten, verändern wir dessen Energiezustand und Verhalten. Die auftreffenden Photonen übertragen ihren Impuls und damit einen Teil ihrer Energie auf das Teilchen. Dadurch ist die genaue Messung seiner Position und Geschwindigkeit unmöglich – ein Prinzip, das schon der Werner Heisenberg in den 1920er Jahren erkannte.
David Andriot vor einer Computersimulation von Gravitationswellen. Foto: Gerd Engelsmann
„Gravitationswellen werden nicht entdeckt, wie man Amerika entdeckte“: Der Potsdamer Astrophysiker David Andriot über seine Suche nach Extradimensionen.
Am 28. Juni berichtete das Max Planck Institut für Gravitationsphysik in Potsdam-Golm von einer Arbeit zweier seiner Wissenschaftler. David Andriot und Gustavo Lucena Gómez machen den Vorschlag, Gravitationswellendetektoren zum Aufspüren sogenannter Extradimensionen zu verwenden.
Den Aufsatz der beiden, „Signatures of extra dimensions in gravitational waves“, veröffentlicht im „Journal of Cosmology and Astroparticle Physics“, verstand ich nicht, darum rief ich David Andriot an und bat ihn um Aufklärung. Beim Gespräch in seinem ganz und gar unbewohnt wirkenden Büro steht er viel auf und führt die Bewegung der Extradimensionen oder z. B. die Bewegung der Raumzeit an einem Badehandtuch – „große Massen dellen sie ein!“ – vor. Einmal geht er zur mit vielen Gleichungen beschriebenen Tafel und zeichnet eine Welle.
Back in high school, when tests were an unfortunately regular aspect of my life, I figured out a way to avoid as much studying as possible while also still getting a passing grade: sleep. I realized that when I would study just before going to bed, I would wake up in the morning with the information from the night before still fresh in my mind and ready to be regurgitated for the exam. My evidence for this „brain hack“ was anecdotal, but as it turns out there is quite a bit of researchthat buoys my hunch: Sleep does help fortify memories.
The question, however, is whether the role of sleep in consolidating memoriescan be enhanced, paving the way for controlled memory manipulation in the future. According to new research from the Institute for Basic Science in South Korea, the answer appears to be yes.
As detailed in Neuron, researchers at the IBS Center for Cognition and Sociality demonstrated for the first time that they were able to affect the memory of mice—for better and worse—by artificially modulating certain types of brainwaves called spindles using optogenetics, a method of manipulating neurons with light.
Zellen als Datenspeicher: US-Forscher haben erstmals ein Foto und sogar einen Film im Erbgut lebender Bakterien gespeichert. Dafür kodierten sie die Bildinformationen in DNA-Stücken, die von den Zellen in ihr Erbgut eingebaut wurden. Durch DNA-Sequenzierung der Zellen ließen sich die Daten wieder abrufen, wie die Forscher im Fachmagazin „Nature“ berichten. Dies eröffne ganz neue Möglichkeiten der biologischen Datenspeicherung.
Schon länger experimentieren Forscher damit, das Erbmolekül DNA als Datenspeicher zu nutzen. Denn als Basen kodiert, sind Speicher mit erheblich höheren Datendichten möglich als in herkömmlichen Computern – und sie wären erheblich haltbarer als übliche Datenträger. Bisher wurden solche DNA-Speicher allerdings meist in vitro erzeugt und auch wieder abgelesen – sozusagen im Reagenzglas.
Nach dem Überflug der US-Forschungssonde „Juno“ über den Großen Roten Fleck des Jupiters hat die NASA erste Bilder des Wirbelsturms auf dem Gasplaneten veröffentlicht. „Seit Jahrhunderten haben Wissenschafter den Großen Roten Fleck beobachtet, gestaunt und Theorien aufgestellt“, sagte der Leiter der „Juno“-Mission, Scott Bolton, am Mittwoch. „Jetzt haben wir die besten Bilder aller Zeiten.“
Die Bilder können über die Internetadresse http://www.missionjuno.swri.edu/junocam/processing aufgerufen werden. Die Forschungssonde „Juno“ war in der Nacht auf Dienstag in einer Höhe von etwa 9.000 Kilometern über den Fleck, bei dem es sich um einen gigantischen Wirbelsturm handelt, hinweggeflogen. Der Sturm mit einem Durchmesser von 16.000 Kilometern wütet seit Jahrhunderten auf dem größten Planeten unseres Sonnensystems.
Quanteneffekt nachgewiesen: Kohlenstoffatome sind nicht nur Teilchen, sie können sich auch wie eine Welle verhalten. Dadurch können auch sie eine Energiebarriere durchtunneln, wie nun ein Experiment demonstriert. Bei diesem lagerten sich Kohlenstoffatome in einem komplexen Ringmolekül um, obwohl ihnen dafür eigentlich die Energie fehlte. Nur der Quanteneffekt des Tunnelns könne dies daher ermöglicht haben, so die Chemiker.
Die Welt der kleinsten Teilchen folgt ganz eigenen Regeln. So lassen sich im Gegensatz zur Makrowelt der Zustand und Aufenthaltsort eines Quantenteilchens nicht immer eindeutig festlegen. Ein Photon beispielsweise kann sich je nach Situation mal wie eine Welle verhalten, mal wie ein festes Teilchen. Aus der Heisenbergschen Unschärfe-Relation ergibt sich zudem, dass sich der konkrete Aufenthaltsort eines Teilchens meist nur als Aufenthaltswahrscheinlichkeit schätzen lässt.
So nah wie nie zuvor: Heute Nacht wird die NASA-Raumsonde Juno erstmals nahe über den Großen Roten Fleck des Jupiter hinwegfliegen. Dies soll dabei helfen, die vielen Rätsel um diesen gigantischen Wirbelsturm zu lösen. Denn obwohl der Sturm seit Jahrhunderten bekannt ist, weiß man über sein Inneres, seinen Motor und seine Details kaum etwas. Die Daten der Sonde könnten nun klären, was ihn antreibt und wie tief ins Planeteninnere seine Wurzeln reichen.
Der Große Rote Fleck ist eine echte Ausnahmeerscheinung: Kein anderer Sturm im Sonnensystem ist so groß und so konstant wie er. Schon vor mehr als 300 Jahren beobachteten Astronomen diesen Wirbelsturm, der zwischen zwei Sturmbändern südlich des Jupiter-Äquators steht. Der leicht elliptische Wirbel ist so groß, dass die Erde dreimal nebeneinander in ihn hineinpassen würde.
Ein Rhesus-Affe mit einem Implantat wird im Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik in Tübingen (Baden-Württemberg) von einem Tierpfleger gefüttert. An der Uni Münster werden 40 Makaken und 120 Marmosetten gehalten. Foto: dpa
An der Universität Münster wurde kürzlich ein illegales Tierlabor entdeckt – Anlass zu einem Gespräch über die Regeln für Tierexperimente. Ein Gespräch mit einem Forscher und dem Tierschutzbeauftragen der Hochschule.
Die Entdeckung eines illegalen Tierlabors an der Universität Münster hat die Hochschule aufgeschreckt. Den Fall untersuchen jetzt eine uni-interne Kommission und die Behörden. Tierversuche in der Wissenschaft unterliegen normalerweise einem komplizierten Genehmigungsverfahren und strengen Kontrollen. Dr. Joachim Kremerskothen, Tierschutzbeauftragter der Universität, und Prof. Dr. Stefan Schlatt, Vorstandssprecher der „Zentralen Tierexperimentellen Einrichtung“ des Universitätsklinikums, sprachen mit unserer Redakteurin Karin Völker über Tierversuche an der Universität.
Wie viele Forschungsprojekte mit Tieren werden derzeit an der Universität durchgeführt?
Kremerskothen: Das ist nicht leicht zu beantworten. Tierversuche sind ja auch Versuche etwa mit Fliegen. Dem Tierschutzgesetz unterliegen nur Versuche mit höheren Tieren. Dazu gehören Säugetiere, Frösche, Vögel und Krebse, nicht aber Insekten. Ich begleite die Wissenschaftler an der Naturwissenschaftlichen Fakultät, vor allem in der Biologie, bei Tierversuchen. Das sind zurzeit etwa zehn laufende Projekte, die genehmigungspflichtig sind. Es sind Versuche vorwiegend mit Mäusen, Stichlingen und Meerschweinchen.
Schlatt: An der Medizinischen Fakultät werden deutlich mehr Forschungsprojekte mit Tieren durchgeführt. Wir unterhalten dafür die „Zentrale tierexperimentelle Einrichtung“. In der Medizin gibt es etwa 300 Projekte mit Tierversuchen, etwa 1000 Mitarbeiter sind dabei involviert, darunter viele Tierpfleger.
Thomas Peters litt jahrelang unter schweren Depressionen, kein Arzt konnte ihm helfen: von Antidepressiva bis Elektroschocktherapie ließ er nichts unversucht, um sein Leben in den Griff zu bekommen. Dann hörte er von einer klinischen Studie, die elektronische Hirnschrittmacher in der Behandlung von Depressionen testete.
Die tiefe Hirnstimulation ist ein neuartiger Ansatz, um schwere, therapieresistente Depressionen zu lindern. Thilo Blind ist ein solcher Patient – und der so genannte Hirnschrittmacher für ihn vielleicht die letzte Chance, doch noch ein normales Leben führen zu können. Der 36-Jährige leidet seit neun Jahren unter schweren Depressionen, doch keine der bisherigen Therapien konnte ihm dauerhaft helfen. Wenn er morgens aufwache, beginne für ihn eine schreckliche Tortur, sagt er: „In dem Moment, in dem ich die Augen aufmache, ist dieses Sich-mies-fühlen sofort da, ich bin so niedergedrückt. Früher habe ich mich auf den Tag gefreut, jetzt denke ich nur noch, wie ich den Tag bloß überstehe.“
Als junger Mann war Thilo Blind lebensfroh und immer unterwegs. Nach dem Abitur machte er Zivildienst und studierte anschließend mit einer Bestnote Biologie. Doch schon zum Ende des Studiums bemerkte er, dass mit ihm etwas nicht stimmte: Es wurde ihm alles schnell zu anstrengend, Treffen mit seinen Freunden sagte er immer wieder ab. Mit 27 Jahren ging Thilo Blind das erste Mal in eine Klinik, wo man ihm verschiedene Medikamente gegen die Depression gab. Er erhielt Psychotherapie und eine Elektrokrampftherapie – nichts half ihm aus seiner düsteren Welt heraus. „Ich wusste nicht mehr weiter. Ich war zu nichts in der Lage“, erzählt Thilo Blind. „Die hatten mich aufgegeben, wollten mich ins betreute Wohnen abschieben.“
Geschwindigkeit im Autoverkehr ist der Killer Nummer eins (Foto: imago/Bild13)
Als Physiker untersucht André Bresges die Gefahren im Verkehr. Er befürwortet härtere Strafen für Raser, das autonom fahrende Auto – und erklärt, warum sich der Mensch am Steuer oft deutlich überschätzt.
Die Debatte, wie mit Teilnehmern an illegalen Autorennen auf öffentlichen Straßen umzugehen ist, bewegt Politik und Gerichte. Der Bundestag hat kürzlich das Strafmaß erhöht. Vor allem nach tödlichen Unfällen wartet eine erregte Öffentlichkeit auf die Urteile der Richter. Der Bundesgerichtshof hat am Donnerstag entschieden, eine Bewährungsstrafe für zwei Raser, bei deren Rennen in Köln eine Radfahrerin starb, sei zu milde.
André Breges, 46, von der Uni Köln beschäftigt sich seit Jahren mit dem Raser-Phänomen auf deutschen Straßen. Der Professor für Physikdidaktik spricht über den Zusammenhang von Geschwindigkeit und Unfallgefahr und was das Rasen im Gehirn von Autofahrern auslöst.
SZ: Herr Bresges: Sie halten das schnelle Autofahren für eine unterschätzte Gefahr. Warum?
André Bresges: Wir haben gesicherte Daten darüber, dass Geschwindigkeit im Autoverkehr der Killer Nummer eins ist. Die häufigste Unfallursache ist Linksabbiegen, aber dabei kommen nicht so viele Menschen ums Leben, weil das meist mit geringer Geschwindigkeit geschieht. Unfälle wegen hohen Tempos passieren nicht ganz so häufig, aber da sterben dann Menschen. Die kinetische Energie, die durch die Geschwindigkeit entsteht, tötet.
Physiker haben am Kernforschungszentrum Cern in Genf ein neues Teilchen entdeckt. Ähnlich wie das Higgs-Boson war es theoretisch bekannt, aber der experimentelle Nachweis stand bislang aus, wie das Cern berichtete.
Das Teilchen gehört zur Familie der Baryonen und besteht aus drei sogenannten Quarks. Es sei im größten Teilchenbeschleuniger der Welt bei der Kollision von Protonen entstanden, sagte Forschungsdirektor Giovanni Passaleva der Deutschen Presseagentur.
«Das Teilchen hat nur 0,0000000000005 Sekunden existiert, und es hat sich dabei etwa um ein 50 bis 100-millionstel eines Meters bewegt», sagte er. Genug für die Physiker, um seine Existenz nachzuweisen. Sie konnten die Bestandteile, in die das Teilchen zerfallen war, aufspüren und so eindeutige Rückschlüsse ziehen.
