Die Vermessung des Himmels von Andrea Wulf

Wie weit ist die Sonne von der Erde entfernt?

Knappe 150 Millionen Kilometer. Heutzutage ist diese Frage leicht zu beantworten. Einfach mal Google oder Wikipedia fragen, schon hat man die Antwort. Doch im 18. Jahrhundert war dies eine der meist diskutierten Fragen der damaligen Astronomen. Um diese Frage endlich klären zu können, musste man die Entfernung der Erde zur Sonne verlässlich messen können, was mit den damaligen Instrumenten eine schwere Aufgabe war. Der berühmte britische Astronom Edmond Halley schlug vor, dafür einen Venustransit zu nutzen.

Bei einem Venustransit schiebt sich der Planet Venus vor die Sonne. Dies verursacht keine Sonnenverdunklung, wie etwa eine Sonnenfinsternis, bei der sich der Mond vor die Sonne schiebt, aber man kann die Venus mit einem Teleskop als kleinen Schatten über die Sonnenscheibe wandern sehen. Mithilfe der so genannten Parallaxenmethode kann man dann die Entfernung vom Beobachter zur Sonne berechnen, wen man den Transit gleichzeitig von möglichst weit voneinander entfernten Orten beobachtet (hier beschrieben). Um verlässliche Messergebnisse zu bekommen, muss man den vollen Venustransit beobachten, das heißt, vom Moment, an dem die Venus sich vor die Sonne schiebt, bis zu dem Moment, in dem sie aus der Sonnenscheibe austritt. Ein voller Venustransit ist allerdings nicht überall von der Erde aus zu beobachten, an manchen Orten ist nur der Ein- oder Austritt zu sehen, an anderen Orten ist gerade Nacht, wenn der Venustransit stattfindet. Dazu kommt, dass ein Venustransit ein seltenes Ereignis ist. Er kommt alle 105 Jahre vor und findet dann zweimal im Abstand von acht Jahren statt.

Edmond Halley schlug vor die Venustransits der Jahre 1761 und 1769 zu nutzen, um aus den Beobachtungen die Entfernung der Sonne zur Erde berechnen zu können. Halley selbst starb 1742 und erlebte die Venustransits nicht mehr, aber zahlreich Astronomen, allen Voran in Frankreich und England, aber auch in Deutschland, Skandinavien und Russland, folgten seinem Aufruf. Dies bedeutete für einige Forscher jahrelange mühselige und gefährliche Reisen zu den entlegensten Gegenden der Erde zu unternehmen, nur um ein kurzes Naturschauspiel am Himmel beobachten zu können.

In dem Buch „Die Vermessung des Himmels“ beschreibt die Autorin Andrea Wulf die Mühen und Aufwendungen, die die damaligen Astronomen auf sich nahmen, um dem Ruf Halleys zu folgen. Es war nicht weniger als das erste große internationale Forschungsvorhaben zur Beantwortung einer zentralen Frage. Da sich die beteiligten Nationen teilweise im Krieg miteinander befanden, bedurfte es erheblicher Anstrengungen solche Reisen zu organisieren, da auf dem Weg teilweise feindliches Territorium oder Kolonien anderer Nationen durchquert werden mussten.

Das Buch beschreibt die Reisen der Astronomen als spannende und mühselige Expeditionen, was sich eher wie eine Abenteuergeschichte, als ein wissenschaftliches Sachbuch liest. Dabei schafft es die Autorin gekonnt, die Charaktereigenschaften der unterschiedlichen beteiligten Personen herauszustellen, sodass sie als lebendige, mal sympathischem, mal recht eigenbrötlerische Figuren, in Erscheinung treten. Das Buch „Die Vermessung des Himmels“ ist die spannende Geschichte der ersten globalen Forschungskooperation, angetrieben vom Wissensdurst in Zeiten der Aufklärung und durchgeführt von mutigen Wissenschaftlern, die trotz aller Mühen und Entbehrungen an ihrem Ziel festhielten, die Frage nach der Entfernung der Sonne zur Erde zu beantworten.

Andrea Wulf - Die Vermessung des Himmels

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Neues von LUCA

Biologen stellen sich gerne die Frage nach den Anfängen des Lebens. Wie ist das Leben entstanden? Wie sahen die ersten einzelligen Organismen aus? Wovon ernährten sie sich und wie produzierten sie Energie? Und wie sehr ähneln heutige Organismen unseren Vorfahren?

Es gibt nur wenig Zweifel daran, dass die ersten Organismen auf der Erde Einzeller waren, die sich durch Zellteilung vermehrten, ähnlich wie Bakterien es heute noch tun. Wenn man sich den Stammbaum des Lebens auf der Erde anschaut, wird klar, dass alle heute lebenden Organismen (Bakterien, Archeae, Pilze, Pflanzen, Tiere) einen gemeinsamen Vorfahren haben müssen, der vor etwa vier Milliarden Jahren lebte. Dieser gemeinsame Vorfahr wird LUCA genannt, was für „last universal common ancestor“, also „letzten gemeinsamen Vorfahr“ steht.

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Über LUCA ist bisher noch nicht sehr viel bekannt. Es gibt viele offene Fragen über seine Herkunft und seine Lebensweise. Vor kurzem haben Mikrobiologen jedoch einige interessante Details über LUCA herausgefunden. Sie wollten untersuchen welche Gene LUCA besaß und gingen davon aus, dass Teile dieser „Urgene“ von LUCA sich in heute Lebenden Einzellern nachweisen lassen. Sie verglichen über sechs Millionen Gene von verschiedenen heute lebenden Einzellern, um Gemeinsamkeiten zu finden, die sich auf LUCA zurückführen lassen.

355 Gene

Am Ende fanden die Forscher 355 Gene, die LUCA mit großer Wahrscheinlichkeit schon besaß, und die sich heute noch in vielen Einzellern nachweisen lassen.

Im zweiten Schritt wollten die Biologen wissen, ob sie anhand dieser identifizierten Gene Aussagen über LUCAs Lebensweise machen können. Man kennt heute viele verschiedene Einzeller und kann aus ihren Genen ableiten, wovon sie sich ernähren, und wie sie aus ihrer Nahrung Energie gewinnen können. Dies versuchten die Biologen nun auch auf LUCA und seine „Urgene“ anzuwenden und sie konnten rekonstruieren, dass er den Einzellern ähnelte, die heute an hydrothermalen Quellen in der Tiefsee leben.

Wasserstoff und Kohlendioxid als Frühstück

Ähnlich wie die heute lebenden Mikroorganismen in der Tiefsee ernährte sich LUCA wohl von Wasserstoff, Kohlendioxid und Stickstoff. Vermutlich setzte er Wasserstoff (H2) und Kohlendioxid (CO2) zu Methan (CH4) und zu Essigsäure (CH3COO+ H+) um und war damit komplett unabhängig von Sonnenlicht oder Sauerstoff. Die Essigsäure wurde dann weiter verstoffwechselt und für den Zellaufbau und die Synthese von Bausteinen der DNA verwendet. Diesen Stoffwechselweg nennt man auch „Wood-Ljungdahl-Weg“ und man findet ihn in vielen  Einzellern, darunter auch in denen, die noch heute an hydrothermalen Quellen leben.

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Im Meer oder an Land?

Unter den Biologen gibt es verschiedene Hypothesen, wo das Leben entstanden ist. Einige meinen, es sei in der Tiefsee entstanden, andere gehen davon aus, dass es durch Gesteinsbrocken aus dem All auf unsere Erde kam. Eine interessante Schlussfolgerung dieser Studie ist, dass LUCA, wie die heute lebenden Einzeller, in der Tiefsee gelebt hat. Die Ergebnisse dieser Arbeit bestärken somit die Fraktion der Biologen, die hydrothermale Quellen in der Tiefsee als Ursprung des Lebens sehen. Eine weitere interessante Schlussfolgerung ist, dass die Umsetzung von Wasserstoff und Kohlendioxid zu Methan und Essigsäure vermutlich die ursprünglichste Form der biologischen Energiegewinnung ist und schon vor rund vier Milliarden Jahren eingesetzt wurde.

Diese Studie liefert interessante Einblicke in die Frühzeit des Lebens auf der Erde, und lässt uns erahnen, wie die ersten Organismen auf der Erde lebten. Es gibt allerdings noch viele offene Fragen und man muss bedenken, dass LUCA bereits eine Zelle war, und dass die Frage, wie Zellen überhaupt entstanden sind, mit diesen Ergebnissen noch nicht geklärt ist.

Golden Rice – (grüne) Gentechnik und ihre Gegner

Ich habe schon mal von der diffusen Angst vieler Menschen vor genetisch veränderten Organismen geschrieben. In Supermärkten bekommt man Lebensmittel, die „garantiert ohne Gentechnik“ hergestellt wurden, obwohl es keinen wissenschaftlichen Beleg dafür gibt, dass gentechnisch veränderte Pflanzen die Gesundheit des Menschen beeinflussen können. Der Begriff „Gen“ ist häufig negativ konnotiert, und mit „Gentechnik“ assoziieren vielen Menschen die Erschaffung monströser Mutationen von skrupellosen Wissenschaftlern oder großen Konzernen.

Weit weniger erfährt man über die positiven Seiten der Gentechnik. Ein Beispiel dafür ist der so genannte goldene Reis. Reis enthält wenig Vitamin A. In unseren Regionen können wir Vitamin A bzw. die Vorstufe β-Carotin leicht aus anderen Lebensmitteln gewinnen. In ärmeren Ländern, in denen sich die Menschen fast ausschließlich von Reis ernähren, kann diese Vitamin A-Defizienz allerdings nicht kompensiert werden. Dort gibt es innerhalb der Bevölkerung einen starken Mangel an Vitamin A. Diese Vitamin A-Defizienz (VAD) ist besonders problematisch für Kinder, da sie dadurch erblinden und auch sterben können. Die WHO schätzt, dass jährlich etwa 250.000 – 500.000 Kinder weltweit, überwiegend in Afrika und Südostasien, durch VAD betroffen sind.

Wissenschaftler fanden heraus, dass man Reis genetisch so verändern kann, dass er β-Carotin produziert, was eine Vorstufe von Vitamin A ist. Das β-Carotin kann dann im menschlichen Körper zu Vitamin A umgesetzt werden. Sie entwickelten eine Reissorte, die durch das Einbringen zweier Gene für die Phytoensynthase und die Carotin-Desaturase, in der Lage ist, in großen Mengen β-Carotin zu produzieren. Dieser Reis ist wegen des hohen β-Carotin-Gehalts gelblich gefärbt und wird daher „Golden Rice“ genannt. Der Golden Rice könnte somit die Lösung für die Vitamin A-Unterversorgung in ärmeren Regionen der Welt sein, und er könnte die Zahl der betroffenen Menschen, die an VAD leiden, drastisch reduzieren. Laut Unicef könnten jährlich 1-2 Millionen VAD-bedingte Todesfälle durch den Einsatz des Golden Rice verhindert werden.

Doch es gibt einige Umweltschutzorganisationen, allen voran Greenpeace, die den Einsatz des Golden Rice massiv blockieren und mit Kampagnen gegen seine Zulassung vorgehen. Grundsätzlich ist Greenpeace wichtig, und ihre spektakulären Aktionen, mit denen sie in der Vergangenheit auf Umweltsünden, Überfischung, Tötung der Wale etc. hingewiesen haben, sensibilisieren Menschen weltweit für diese Themen. Allerdings haben sie sich mit der Blockade des Golden Rice verrannt. Das zumindest meinen 110 Nobelpreisträger, die in einem offenen Brief dazu aufrufen, dass Greenpeace die Kampagne gegen den goldenen Reis aufgibt, und dass Regierungen nicht auf diese Kampagne aufspringen sollen. Sie kritsieren das Verhalten von Greenpeace als unmoralisch, da mit dem Einsatz des Golden Rice viele Menschenleben gerettet werden könnten. Es gibt keinen wissenschaftlichen Beleg dafür, dass der goldene Reis den Menschen schaden könnte, wenn sie ihn essen. Doch der Nutzen wäre riesig.

Bleibt zu hoffen, dass Greenpeace und auch die westliche Bevölkerung in Zukunft differenzierter mit dem Thema Gentechnik umgeht.

Am Ende des Archipels – Alfred Russel Wallace von Matthias Glaubrecht

Die Evolutionstheorie ist untrennbar mit dem Namen Charles Darwin verbunden. Er gilt den meisten als „Entdecker“ dieser Theorie. Allerdings gibt es noch einen weiteren Zeitgenossen Darwins, der etwa zur gleichen Zeit ähnliche Ideen zur Entwicklung und Veränderung biologischer Arten hatte. Dieser Mann, Alfred Russel Wallace, wird oftmals übergangen, wenn es um die Entdeckung der Evolutionstheorie geht. Allerdings ist sein Anteil an der Entdeckung dieses Prinzips größer als man denken mag.

In dem Buch „Am Ende des Archipels – Alfred Russel Wallace“ erzählt Matthias Glaubrecht die Geschichte dieses eigensinnigen Zeitgenossen Darwins, der keineswegs Biologe, sondern Lehrer war, sich mit Gelegenheitsjobs über Wasser hielt und einen Hang zu esoterischen und pseudowissenschaftlichen Themen hatte. Erst nachdem er eine Faszination für das Sammeln von Insekten entwickelte, beschloss er zum Amazonasgebiet aufzubrechen, um dort exotische Tier- und Pflanzenarten zu beschreiben und zu sammeln. Auf der Rückreise geriet sein Schiff in einen Sturm und fast das ganze gesammelte Material ging unter. Wallace überlebte dieses Unglück nur knapp.

Zurück in England begann er dennoch sich mit seinem Reisebericht einen Namen als Naturforscher zu machen, wurde aber nur zögerlich in den Kreisen der Naturforscher anerkannt, da ihm die wissenschaftliche Ausbildung fehlte. Er beschloss eine weitere Expedition zu unternehmen, diesmal zum malaiischen Archipel (heute Indonesien). Die Übermittlung nach England und der Verkauf der gesammelten Naturschätze sollte ihm gleichzeitig die abenteuerliche Reise finanzieren. Auf den Inseln des Archipels kam Wallace erstmals auf die Idee, dass biologische Arten sich durch leichte Veränderungen entwickeln und schließlich dadurch zu neuen Arten werden. Durch seine Beobachtungen und Schlussfolgerungen der unterschiedlichen Verbreitung biologischer Arten auf den Inseln des Archipels, wurde er zum Begründer der Biogeographie.

Darwin erfuhr von den Ideen und Schlussfolgerungen Wallace‘ und erkannte, wie ähnlich sie seinen eigenen Ideen waren. Er beschloss daraufhin sein Buch über die Entstehung und Entwicklung der Arten möglichst bald zu veröffentlichen. Wallace kehrte nach acht Jahren Expeditions- und Sammelreisen vom Archipel zurück und wurde schließlich als Naturforscher gefeiert. Durch den Verkauf seiner gesammelten Präparate wurde er zu einem wohlhabenden Mann. Doch die Ehre über die Entdeckung der Evolutionstheorie gebührte fortan Darwin.

Das Buch erzählt spannend die Geschichte von Alfred Russel Wallace, der zwar zeitgleich mit Darwin auf ähnliche Ideen zur Artenentwicklung kam, aber dennoch im Schatten des großen Darwin steht. Auch wenn sich hier und da in dem Buch einige Redundanzen einschleichen, ist es eine äußerst spannende und unterhaltsame Lektüre über die Geschichte dieses vernachlässigten Naturforschers.

Matthias Glaubrecht- Am Ende des Archipels Alfred Russel Wallace_Blog

Die Thermal Grill Illusion – kalt, warm oder autsch?

Unser Wahrnehmungsvermögen funktioniert zwar ganz gut, ist aber dennoch eingeschränkt, und man kann leicht Sinnestäuschungen zum Opfer fallen, wie zum Beispiel optischen Täuschungen. Normalerweise gehen wir davon aus, dass unsere Temperaturwahrnehmung, also unser körpereigenes Thermometer, nicht so anfällig ist für Täuschungen, wie etwa das Sehen. Doch auch bei der Wahrnehmung von Temperaturen gibt es interessante „Sinnestäuschungen“. Eine davon ist die so genannte „Thermal Grill Illusion“, die im Jahre 1896 erstmals vom schwedischen Arzt Torsten Thunberg beschrieben wurde.

Er konstruierte eine Art Grill, also eine parallele Anordnung von Metallstäben. Dabei waren die Stäbe abwechselnd kühl (20°C) oder warm (40°C). Wenn man nun nur einen kühlen Stab berührt, fühlt es sich kühl an, und wenn man nur einen warmen Stab berührt, fühlt es sich warm an. Was aber passiert, wenn man die flache Hand auf den Grill legt und beide Temperaturen wahrnimmt? Überraschenderweise fühlt man einen Hitzeschmerz, als würde man die Hand auf eine eingeschaltete heiße Herdplatte legen. Wie ist das möglich? Wie kann man schmerzhafte Hitze fühlen, wenn keine vorhanden ist, und wenn nur warme oder kühle Temperaturen existieren?

An der Vorrichtung des Grills liegt es nicht, es gibt keine Tricks, die Temperaturen der Stäbe kann man mit einem Thermometer messen, und sie verändern sich während des Experiments nicht.

Die Illusion, die entsteht, hängt mit dem Aufbau des peripheren Nervensystems zusammen. Man geht heute davon aus, dass Temperaturen auf bestimmten Nervenbahnen, so genannten „labeled lines“ wahrgenommen werden. Dabei gibt es labeled lines für kalte und für warme Temperaturen, die parallel voneinander verlaufen. Eine erste Verschaltung der Nervenbahnen erfolgt im Rückenmark. Dort wird die Information aus den parallel laufenden Nervenbahnen „interepretiert“. Die verschiedenen labeled lines können sich dort gegenseitig modulieren. In der Regel führt die Aktivität einer labeled line dazu, dass die anderen labeled lines gehemmt werden. Das macht Sinn, denn wenn es z.B. kalt ist, benötigt man die Kältewahrnehmung mehr, als die Wahrnehmung von Wärme. Daher fokussiert sich das periphere Nervensystem in dem Fall auf die Wahrnehmung von Kälte und hemmt die Wahrnehmung von Wärme. Das System funktioniert eigentlich ganz gut, aber ein Teil der Nervenfasern die Wärme oder Kälte wahrnehmen, sind auch für die Wahrnehmung von Schmerzreizen verantwortlich. Man stellt sich die Verschaltung vereinfacht wie folgt vor:

Bild1

Schema des crosstalks verschiedener labeled lines im Rückenmark. Auf den Unterschied zwischen A und C-Fasern werde ich nicht eingehen. Die Aktivität der C-Fasern, die Kälte und Schmerzreize wahrnehmen (oben), wird durch die Aktivität der A-kalt-Fasern gehemmt (mitte). Die Aktivität von A-kalt wird wiederum durch die Aktivität von C-warm-Fasern gehemmt. Wenn also sowohl C-warm, als auch A-kalt-Fasern aktiviert werden, ist nur die C-Faser-Linie aktiv, die Schmerzreize wahrnimmt.

Man sieht, dass unser peripheres Nervensystem ganz schön kompliziert aufgebaut ist. Die verschiedenen Kreuzverschaltungen im Rückenmark sind immer noch nicht richtig verstanden. Auch bei der Entwicklung chronischer Schmerzen, scheinen sie von Bedeutung zu sein. Selbst der verhältnismäßig einfache Mechanismus der „Thermal Grill illusion“ konnte erst in den 1960-Jahren aufgeklärt werden, und es gibt auch heute noch Details, die unklar sind.

Zeit zum Aufbruch

Der Kurzfilm „Wanderers“ von Erik Wernquist zeigt auf beeindruckende Weise, wie man sich heute die Besiedelung anderer Monde und Planeten in unserem Sonnensystem vorstellt. Die Orte, die gezeigt werden existieren tatsächlich, wie etwa die Saturnmonde Japetus, Titan und Enceladus, und die Jupitermonde Io und Europa. Dazu hört man die Stimme des leider viel zu früh verstorbenen Carl Sagan.

Vielleicht erleben wir mit der ersten Landung eines Menschen auf dem Mars in den nächsten 20 Jahren den ersten Grundstein für die Besiedelung des Sonnensystems. Letztlich ist es nur eine Frage der Zeit.

Beeindruckender und absolut empfehlenswerter Kurzfilm, am besten in Vollbild anschauen!

Stanislav Lem – Der Unbesiegbare

Der polnische Autor Stanislav Lem (1921 – 2006) war der Theoretiker unter den Science-Fiction-Autoren.

In beeindruckenden Gedankenexperimenten lässt er die menschliche Zivilisation in Kontakt mit außerirdischen Zivilisationen treten. Doch anders als bei Star Trek und Star Wars, sind die anderen Wesen oft so fremdartig, dass es für den Menschen unmöglich ist, eine Kommunikation herzustellen, oder die Wesen und ihre Intentionen auch nur ansatzweise zu verstehen. Dazu kommt die menschliche Selbstüberschätzung, die häufig zum Scheitern der Kontaktaufnahme mit den fremden Wesen führt.

In Lem’s bekanntestem Werk „Solaris“, das unter anderem mit George Clooney in der Hauptrolle verfilmt wurde, ist ein Ozean die fremde Lebensform, die der Mensch zu erforschen versucht.

In dem 1964 veröffentlichten Buch „Der Unbesiegbare“ geht es um das Raumschiff „Kondor“, das verschwunden ist. Das stärkste Schiff der Menschheit, genannt „Der Unbesiegbare“ soll den Kondor suchen. Der Unbesiegbare landet auf einem Planeten, der einst von riesigen Maschinen beherrscht wurde. Tatsächlich werden die zerstörten Überreste des Kondors auf diesem Planeten gefunden. Nach einem Angriff eines Schwarms winziger Maschinen und dem Fund einer riesigen toten Maschinenstadt rekonstruieren die Wissenschaftler, dass es auf dem Planeten evolutionsbedingt zwei Sorten von Maschinen gab, die sich bekämpften. Zum einen riesige komplexe Maschinen und zum anderen die winzigen kleine Maschinen, die in riesigen Schwärmen auftreten.

Bereits 40 Jahre vor Frank Schätzing tauchen bei Lem Gedanken zur Evolution von Schwarmintelligenz auf, doch ich möchte nicht zu viel verraten.

Insgesamt kann ich Lem’s Werk jedem wissenschaftlich interessierten Menschen empfehlen. Er schrieb ebenso humorvolle (Sterntagebücher, Der futurologische Kongress, Lokaltermin), wie komplexe, theoretische Bücher (Also sprach Golem, Die Stimme des Herrn, Summa technologiae). Häufig spielen die Hybris des Menschen und der missglückte Versuch einer Kommunikation mit außerirdischen Lebensformen eine Rolle.

Ein beeindruckender Autor mit beeindruckendem Intellekt.

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