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Den Wächter im Gehirn entdeckt

Der Chefdirigent im Gehirn schläft nie

Das “Hintergrundrauschen” haben Forscher bisher nur nicht verstanden
“Im Kopf herrscht niemals Ruhe”. Unter diesem Titel berichtet die Juni-Ausgabe von „Spektrum der Wissenschaft“ von der Entdeckung eines Netzwerks im Gehirn, das gerade dann am intensivsten arbeitet, wenn wir dösend vor uns hin träumen, schlafen oder sogar, wenn wir unter Narkose sind. Schelmisch nennen Forscher diese Aktivität “dunkle Energie des Gehirns” – in Anlehnung an die bisher noch hypothetische Dunkle Energie im Universum.

Der Autor des Artikels, der amerikanische Hirnforscher Marcus E. Raichle von der Washington University in St. Louis (Missouri), gehört zu den Entdeckern eines zentralen Systems im Gehirn, das im Hintergrund arbeitet und darum früher übersehen wurde. Denn beispielsweise tauchen bei einem EEG (Elektroenzephalogramm), bei dem Hirnwellenmuster außen am Schädel erfasst werden, auch besonders langsame Wellen auf. Bislang haben die Experten sie vernachlässigt. Sie hielten das schlicht für ein diffuses, nichtssagendes Hintergrundrauschen.Doch mittlerweile konnten Hirnforscher belegen, dass augenblicklich scheinbar nicht aktive Hirngebiete sehr regelmäßige langsame Wellen produzieren. Diese sind sogar zwischen weit auseinander liegenden Gebieten, etwa zwischen den beiden Hirnhälften, aufeinander abgestimmt.

Am meisten aber verblüffte, dass ein großes Netzwerk über mehrere weit auseinander liegende Hirngebiete existiert, welches seine Aktivität herunter fährt, solange wir eine konkrete Tätigkeit ausführen, zum Beispiel lesen. Die Forscher nennen es „Ruhestandardnetz“ (oder englisch „Default Mode Network“, kurz DMN). Wenn wir dagegen “abschalten” und in den Tag träumen, steigert jenes Ruhenetzwerk seine Aktivität. Weil diese Zufallsentdeckung überhaupt nicht zu den herrschenden Vorstellungen passte, hatten Raichle und seine Mitstreiter zunächst große Schwierigkeiten, ihre Arbeit überhaupt zu veröffentlichen.

Heute steht aber fest: Das Gehirn besitzt einen Chefdirigenten. Der schläft nie, denn er muss dafür sorgen, dass wir jederzeit auf eine plötzliche Störung angemessen reagieren, dass also die passenden Hirnregionen schnell wieder aufwachen. Alle anderen Hirnsysteme stehen im Grunde ebenfalls immer in Bereitschaft. Auch das zeigen die langsamen Wellen. Ganz schnell können diese Hirngebiete dann jeweils auf Befehl des Ruhenetzes hochschalten.

Dieses übergreifende System scheint nach Raichle auch über manche Hirnerkrankungen und -störungen Aufschluss geben. Wie es aussieht, degenerieren bei der Alzheimerdemenz gerade Gebiete, die zu den Hauptzentren jenes zentralen Ruhenetzes gehören. Bei Depressionen bestehen zwischen diesen Zentren teils weniger Verbindungen. Bei Schizophrenie wiederum fällt auf, dass manche der Zentren auffallend viele Signale senden.

Die bewusste Auseinandersetzung mit der Außenwelt macht nur einen kleinen Teil der Hirnaktivität aus. Das wissen Hirnforscher schon lange. Doch den Rahmen für das kleine Bewusstseinsfenster liefert, so Raichle, die bisher übersehene „dunkle Energie“ des Gehirns. Wenn Forscher das Ruhenetz von Versuchspersonen im Hirnscanner beobachten, erkennen sie bis zu eine halbe Minute im Voraus, ob der- oder diejenige gleich in einem Computertest einen Fehler machen wird – nämlich dann, wenn dieses früher übersehene System die Kontrolle übernimmt. (Quelle: Spektrum der Wissenschaft, Juni 2010)

Schlüsselelement des Lebens im Milchstraßensystem gefunden

Das von den Wissenschaftlern benutzte Radioteleskop: das IRAM-Interferometer auf dem Plateau de Bure in den französischen Alpen IRAM/RebusWissenschaftler entdecken mit dem Radioobservatorium IRAM ein Zuckermolekül außerhalb des galaktischen Zentrums

Zum ersten Mal haben Forscher das Molekül Glycolaldehyd, den elementarsten aller Einfachzucker, außerhalb des galaktischen Zentrums gefunden. Die Bedeutung von Glycolaldehyd liegt in seiner chemischen Reaktionsfähigkeit: Zusammen mit Propenal formt es Ribose, einen essenziellen Bestandteil der Ribonukleinsäure – und steht damit in direkter Verbindung mit dem Ursprung des Lebens. Die Entdeckung von Glycolaldehyd gelang mit dem IRAM-Interferometer. (The Astrophysical Journal, 27. November 2008)

Das interstellare Molekül war schon einmal nahe dem galaktischen Zentrum beobachtet worden. Allerdings herrschen dort extreme Bedingungen. Daher wollten die Wissenschaftler herausfinden, wie häufig dieses Schlüsselelement des Lebens auch in anderen Teilen unseres Milchstraßensystems ist. Tatsächlich spürten die Forscher das Molekül jetzt in einem aktiven Sternentstehungsgebiet auf, weitab vom Herz der Galaxis.

“Diese Entdeckung ist insofern von Bedeutung, als das Glycolaldehyd in einer Region gefunden wurde, von der man annimmt, dass sie junge Sterne mit um sie kreisenden Planeten enthält – und Planeten können die Wiege des Lebens darstellen”, sagt Claudio Codella, Astronom am l’INAF-Istituto di Radioastronomia in Florenz.

Die rund 26.000 Lichtjahre von der Erde entfernte Region namens G31.41+0.31 besteht aus einem massiven Kern, den rotierendes Gas umgibt. Der Kern strahlt mehr als 300.000-fach heller als unsere Sonne und beherbergt eine große Anzahl junger und heißer Sterne. Darüber hinaus kennen die Forscher G31.41+0.31 schon relativ gut: Das Gebiet zeichnet sich durch besonders hohe Temperatur, Dichte und eine reiche Chemie aus und leuchtet sowohl im optischen Teil des Spektrums als auch im Bereich von für das menschliche Auge unsichtbaren Radio- und Mikrowellen.

Das internationale Forscherteam untersuchte die Region mit hoher Auflösung und bei unterschiedlichen Wellenlängen mit dem Ziel, verschiedene Anregungszustände des Moleküls ausfindig zu machen. Die Beobachtungen bestätigten das Vorhandensein von drei Linien des Moleküls Glycolaldehyd in Richtung des Kernzentrums bei Wellenlängen von ein, zwei und drei Millimetern. Die Strahlung ließ sich dabei zweifelsfrei auf die erst kürzlich entstandenen Sterne zurückführen.

Die Entdeckung des Glycolaldehyds ist für die Astrochemie und das Wissen über Sternentstehungsgebiete von entscheidender Bedeutung. Sie erlaubt es nicht nur, das genaue Entwicklungsstadium dieses Kerngebiets näher zu bestimmen, sondern auch das der jungen Sterne selbst. Darüber hinaus ebnet dieses Resultat den Weg für die Entdeckung anderer komplexer Moleküle, die untrennbar mit dem Ursprung des Lebens verbunden sind und die sich bis jetzt nur im galaktischen Zentrum nachweisen ließen.

“Die Suche nach pre-organischen Molekülen in Sternentstehungsgebieten steckt noch in den Kinderschuhen, aber das Tor ist nun weit aufgestoßen. Ich bin überzeugt davon, dass wir schon in naher Zukunft noch mehr dieser Moleküle finden werden”, meint Roberto Neri, IRAM-Astronom und wissenschaftlicher Projektleiter für das Interferometer auf dem Plateau de Bure. (Quelle: idw)

Wenn es beim Lesen von “Telefon” im Gehirn klingelt

Der Klang der Begriffe im Gehirn: In gelber Farbe ist die Überlappung in der Hirnaktivierung bei der Verarbeitung von geräuschbezogenen Begriffen wie Telefon (blau) und beim Hören realer Geräusche dargestellt (rot).
Der Klang der Begriffe im Gehirn: In gelber Farbe ist die Überlappung in der Hirnaktivierung bei der Verarbeitung von geräuschbezogenen Begriffen wie Telefon (blau) und beim Hören realer Geräusche dargestellt (rot).
(idw). Schon beim Lesen des Wortes Telefon “klingelt” es im Kopf. Unser Gehirn erzeugt die Bedeutung von Begriffen durch die Wiederherstellung der dazugehörenden Sinneswahrnehmungen. Das hat eine Gruppe von Hirnforschern um den Ulmer Psychologen Markus Kiefer herausgefunden. Fehlt diese Verknüpfung, bleiben die Begriffe blutleer, ein richtiges Verständnis fehlt.

Haben Begriffe also einen Klang? Menschen sind ohne langes Nachdenken in der Lage, die Bedeutung von Wörtern wie Telefon, Rasenmäher und Staubsauger zu erfassen. Was im Alltag selbstverständlich erscheint, ist im Gehirn ein hoch komplizierter Prozess, dessen Entschlüsselung erst am Anfang steht. Abstrakt und unabhängig von der Sinneswahrnehmung scheint dieser Prozess jedenfalls nicht zu sein.
Die Ergebnisse der Ulmer Forscher, veröffentlicht im renommierten Journal of Neuroscience (19. November 2008, Vol 28(47), S. 12224-12230), fordern die herrschende Lehrmeinung heraus: “Unsere Ergebnisse belegen erstmals klar, dass Begriffe wesentlich in den Sinnessystemen des Gehirns verankert und keinesfalls abstrakt sind, wie lange Zeit angenommen wurde und häufig immer noch wird”, so Privatdozent Markus Kiefer, ,,Wenn diese Koppelung mit konkreter Sinneswahrnehmung für einen Begriff nicht vorhanden ist, nie gelernt wurde, bleibt dessen Bedeutung vage”. Diese Befunde seien für Eltern, Erzieher und Pädagogen von großer Bedeutung, berührten aber auch unmittelbar unser Alltagsverständnis von Lernen, Gedächtnis und Sprache.
Die Forscher haben die Gehirnströme von Probanden beim Lesen von Wörtern gemessen, und mittels funktioneller Kernspintomographie die Aktivität des Gehirns beobachtet. Sie konnten zeigen, dass beim Lesen von Wörtern, die sich auf geräuschhafte Gegenstände wie Telefon beziehen, Bereiche im Gehirn aktiviert werden, die auch beim tatsächlichen Hören der Geräusche aktiv sind. Beim Lesen von Wörtern ohne Geräuschbezug, wie beispielsweise ,Tisch’, zeigten die Hörareale keine verstärkte Aktivität.
Kiefer und seine Kollegen konnten erstmals zweifelsfrei belegen, dass die Verarbeitung von Begriffen auf einer teilweisen Wiederherstellung der Hirnaktivität während der Sinneswahrnehmung beruht. Dies beginnt schon 150 ms nach dem Anblick des Wortes, also bevor das Bewusstsein den Begriff verarbeiten kann. Die Aktivität in den Arealen der Sinneswahrnehmung ist umso stärker, je mehr die Probanden Geräusche für das jeweilige Objekt als bedeutsam einschätzen.
“Über die Natur der Begriffe spekulierten Philosophen seit Jahrtausenden, ohne zu einer Einigung zu kommen”, so Kiefer. Einige Philosophen haben bereits vor einigen hundert Jahren vermutet, dass nichts im Verstand sei, was nicht vorher in den Sinnen war. “Wir können nun einen Schritt weiter gehen: Was wir sehen, hören, fühlen, riechen und schmecken, hinterlässt dauerhafte Gedächtnisspuren im Gehirn, welche die Bedeutung eines Begriffs ausmachen”.
Natürlich werde diese Verbindung einem Menschen nicht ständig bewusst. Nur so sei sicher gestellt, dass die Planung und Durchführung von Handlungen auf der tatsächlichen Wahrnehmung der Umwelt und nicht auf Vorstellungsbildern beruhe. “Es wäre ja auch äußerst lästig und verwirrend, wenn es in unserem Kopf immer hörbar klingelte, sobald unser Gesprächspartner das Wort Telefon in den Mund nimmt”, so Kiefer.
Die Studie der Ulmer Wissenschaftler weist aber darauf hin, dass Sinneserfahrungen ganz zentral für den Erwerb von Begriffen sind. Da Begriffe im Gehirn normalerweise eng mit den Bereichen für Hören, Sehen und Handeln verflochten sind, sollten Kinder beim Begriffserwerb ihre Umwelt mit möglichst vielen Sinnen erfahren, so Kiefer: “Begriffe sind verarmt, wenn während des Lernens nie die Möglichkeit bestand, die Gegenstände, auf die sie sich beziehen, auch zu hören, zu sehen, zu riechen und zu fühlen. Das Wissen bleibt dann blutleer, so dass sich Menschen nicht wirklich einen Begriff von ihrer Umwelt machen können”. So sei es beispielsweise problematisch, wenn Kinder heutzutage häufig Alltagsbegriffe wie Tiere oder Pflanzen nur durch das Fernsehen oder im Bilderbuch kennen lernten. Dann könnten sie keine reichhaltigen Begriffe über wichtige Zusammenhänge in ihrer Welt entwickeln.
Bisherige Untersuchungen wie die der Ulmer Forscher wurden an konkreten Begriffen durchgeführt, die sich auf reale Gegenstände beziehen. Kiefer vermutet jedoch, dass selbst abstrakte Begriffe wie Freiheit, Gerechtigkeit, Optionsschein oder Termingeschäft letztendlich in Sinneswahrnehmungen gegründet sein müssen, um ein echtes Verständnis von dem Sachverhalt gewinnen zu können: “In der Regel kann eine Definition der Bedeutung von abstrakten Begriffen wie Freiheit oder Gerechtigkeit nur dann zweifelsfrei erreicht werden, wenn der Begriff in eine konkrete, wahrnehmbare Situation eingebettet ist. Unser Gehirn kann wahrscheinlich immer nur durch den Bezug zu Wahrnehmung und Handlung einem Begriff eine Bedeutung verleihen. Ist dies nicht gewährleistet, können wir zwar mit den Worten sprachlich umgehen, ohne aber deren Sinn wirklich zu verstehen.”
Welche gravierenden gesellschaftlichen Konsequenzen ein mangelndes Verständnis abstrakter Begriffe haben kann, zeigt laut Kiefer die aktuelle Finanzkrise. Diese sei nicht zuletzt dadurch bedingt, dass Bankmanager über keine adäquaten Begriffe ihrer hochkomplexen Finanzprodukte verfügten. “Ein Optionsschein an der Börse ist dann nur ein Blatt Papier, dessen Bedeutung für die realen Finanzmärkte nur unvollständig nachvollzogen werden kann. Da klingelt nichts im Kopf.”
Eine Aussage Konfuzius von vor über zweieinhalbtausend Jahren sei deshalb bedeutender denn je: “Wenn die Begriffe nicht richtig sind, so stimmen die Worte nicht; stimmen die Worte nicht, so kommen die Werke nicht zustande”, zitiert Kiefer den chinesischen Philosophen.

Archostemata: 200 Millionen Jahre alter Käfer gibt sein Geheimnis preis.

Lebendes Fossil ist Auslaufmodell der Evolution!

Wunderwelt Wissen: Archostemata - 200 Millionen Jahre alter Käfer
Der “Tetraphalerus bruchi” aus Argentinien ist einer der altertümlichsten heute noch existierenden Käfer.
Foto: Rolf Beutel /FSU

(idw) Nach einem solchen Forschungsgegenstand muss man lange suchen: Die urtümlichen Käfer der Unterordnung “Archostemata” bekommen auch Experten nur äußerst selten in freier Natur zu Gesicht. Denn die wenigen heute noch existierenden Arten (ca. 40) leben – seit nunmehr rund 200 Millionen Jahren – im Verborgenen. Sie zwängen sich durch dunkle, enge Spalten unter der Rinde von Nadelbäumen und sind durchweg äußerst selten. Unter den rund 350.000 Käferarten fallen sie damit kaum ins Gewicht. “Es gibt Arten, von denen bislang lediglich ein einzelnes Exemplar gefunden wurde”, weiß Prof. Dr. Rolf Beutel von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. “Andere hat man bereits seit mehr als 30 Jahren nicht mehr gesehen”, so der Professor für Zoologie und Entomologie weiter.

Welche Rolle diese seltenen urtümlichen Insekten im Stammbaum der Käfer spielen, das hat ein Forscherteam um Prof. Beutel am Phyletischen Museum der Universität Jena nun erstmals systematisch analysiert und kürzlich in der Fachzeitschrift “Cladistics” publiziert. Ihre Studie haben die Entomologen im Rahmen des Forschungsprojektes “Beetle Tree of Life” (“Der Stammbaum der Käfer”) der Harvard University durchgeführt, an dem Beutels Gruppe als einziges europäisches Forscherteam beteiligt ist. Mittels der Mikro-Computertomographie haben sie die Anatomie der Archostemata genauestens unter die Lupe genommen.

“Mit dieser Methode lassen sich sowohl äußere, vor allem aber innere Strukturen, wie Muskeln oder das Innenskelett dreidimensional und hochaufgelöst abbilden”, erläutert Prof. Beutel. Untersucht wurde vor allem eine Art aus Argentinien (Tetraphalerus bruchi) und Micromallthus debilis, ein Käfer mit einem extrem komplizierten Lebenszyklus. Vergleichend wurden aber auch fossile Vertreter der urtümlichen Insekten in die Studie mit einbezogen.

Deren Ergebnis überrascht: “Im Grunde sind die Archostemata gar keine echte Gruppe”, so Prof. Beutel. “Vielmehr handelt es sich bei der Bezeichnung Archostemata um eine Art taxonomischen Mülleimer, in dem einfach alles gelandet ist, was altertümlich ist”, ergänzt Prof. Dr. Si-qin Ge von der chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking. Die Forscherin hatte 2007 als Post-Doc an der Jenaer Universität entscheidenden Anteil an den nun veröffentlichten Daten. Das bedeute, dass die Archostemata neu definiert werden müssen. Die ältesten bekannten Käfer aus dem Perm gehören nicht in diese Gruppe sondern in die Stammlinie der gesamten Käfer.

Allein die heute noch lebenden Vertreter stellen tatsächlich eine monophyletische Gruppe dar. “Sie weisen eine Reihe von gemeinsamen Schlüsselmerkmalen auf”, so Prof. Beutel. Charakteristisch sind die noch nicht vollständig sklerotisierten Vorderflügel, die im Gegensatz zu allen übrigen Käfern noch beim Flug eingesetzt werden. Auch die Ausstattung mit Muskeln ist wesentlich ursprünglicher als bei anderen Vertretern.

Dank des Vergleichs mit fossilen Vertretern konnten die Jenaer Insektenforscher auch die evolutiven Schritte rekonstruieren, die während der frühesten Verzweigungsereignisse innerhalb der Käfer stattgefunden haben. Ein entscheidender Schritt der von den besonders artenreichen Gruppen der “modernen” Käfer vollzogen wurde, war die enge Bindung an bedeckt-samige Pflanzen. Zusammen mit diesen sehr artenreichen Samenpflanzen haben sie während der Kreidezeit eine rasante evolutive Entfaltung durchlaufen. Heute sind die Käfer die artenreichste Insektengruppe überhaupt und stellen etwa ein Viertel aller bekannten Organismen. Dabei führen die Archostemata aber ein Schattendasein. “Heute kann man sie getrost als Auslaufmodell der Evolution bezeichnen”, so Prof. Beutel schmunzelnd. Es sei durchaus möglich, dass die meisten Arten bald völlig verschwunden sind oder die ganze Gruppe komplett ausstirbt.

Mit der Charakterisierung der Archostemata hat sich das Interesse der Insektenforscher von der Jenaer Universität jedoch noch lange nicht erschöpft. Derzeit kooperieren sie mit den chinesischen Kollegen um Prof. Ge in einem Projekt zur Untersuchung von Blattkäfern – einem weiteren Baustein zum kompletten “Beetle Tree of Life”.

Weitere Informationen:

https://www.uni-jena.de

„Jules Verne“: Europas größtes Raumfahrzeug versorgt die ISS

Europa startet seinen ersten ATV-Versorgungstransporter „Jules Verne“ zur ISS. WISSEN DER ZUKUNFT berichtet über das Wunderwelt Wissen.

Europas bisher größtes und komplexestes Raumfahrzeug. Bild: ESA TV

Pressemitteilung der ESA am 9.März 2008 (Bild: ESA TV):

ESA PR 15-2008. Das erste, „Jules Verne“ getaufte Automatische Transferfahrzeug (ATV) der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) wurde heute früh mit einer Ariane-5 erfolgreich in eine niedrige Erdumlaufbahn eingebracht.

In den kommenden Wochen wird der zur Versorgung und Anhebung der Bahnhöhe der Internationalen Raumstation (ISS) konzipierte vollautomatische Raumtransporter eine Reihe von Manövern zum Anflug an die ISS und anschließenden Andocken an der Raumstation durchführen, die er mit Frachtgut, Treibstoff, Wasser und Sauerstoff versorgen soll.

Der Start erfolgte um 05.03 Uhr MEZ (01.03 Uhr Ortszeit) vom Raumfahrtzentrum Guayana, Europas Raumflughafen in Kourou in Französisch Guayana, aus. Um das ATV – mit beinahe 20 Tonnen mehr als doppelt so schwer wie die letzte von einer Ariane-5 gestartete Nutzlast – auf seine 51,6 Grad gegen den Äquator geneigte niedrige Kreisbahn zu bringen, war eine neue Ausführung von Europas Schwerlastträger Ariane-5 erforderlich. Die speziell auf den ATV-Start zugeschnittene Ariane-5 ES wurde mit einer besonderen, erneut zündbaren Oberstufe ausgestattet.

Jules Verne umrundet nun die Erde auf derselben Flugbahn wie die ISS, allerdings nicht wie die Raumstation in 345 km, sondern nur in 260 km Höhe. Es wird nun rund um die Uhr von dem eigens hierfür eingerichteten ATV-Kontrollzentrum in Toulouse (Frankreich) überwacht. Das auf dem Gelände der französischen Raumfahrtagentur CNES eingerichtete Kontrollzentrum übernimmt in Abstimmung mit den ISS-Missionskontrollzentren in Moskau und Houston die Flugkontrolle der ATV-Missionen. Nach der Demonstration verschiedener Sicherheitsmanöver im Freiflug wird sich das ATV etappenweise der Umlaufbahn der ISS annähern, um am 3. April nach dem Abflug des Space Shuttles „Endeavour“ ein erstes Andockmanöver durchzuführen.

Seinen Namen erhielt der Raumtransporter nach dem berühmten französischen Schriftsteller und Visionär des 19. Jahrhunderts: Jules Verne. Das ATV – gleichzeitig frei fliegende autonome Plattform, manövrierbares Raumschiff und Raumstationsmodul – ist das bisher größte und ausgefeilteste in Europa gebaute Raumfahrzeug. Das 10 m hohe, im Durchmesser 4,5 m breite und beim Start exakt 19,357 Tonnen schwere ATV verfügt über einen 45 m³ großen, auf den Konzepten des Columbus-Moduls beruhenden druckgeregelten Kammerbereich und ein in Russland entwickeltes Kopplungssystem, das dem der Progress-Versorgungsfahrzeuge und der bemannten Sojuskapseln ähnelt. An Größe und Frachtkapazität übertrifft das ATV die russischen Raumfahrzeuge jedoch um das Dreifache.

Darüber hinaus ist das ATV das weltweit erste Raumfahrzeug, das vollautomatisch und den äußerst strengen Sicherheitsanforderungen der bemannten Raumfahrt entsprechend andocken kann. Hierfür ist es mit hochpräzisen Navigationssystemen und einer Flugsoftware ausgestattet, die wesentlich komplexer ist als etwa die auf der Ariane-5.

Link: Multimedia-Gallerie über das Weltall

Klimawandel: Wie Bioreaktoren und Algen den Klimawandel aufhalten sollen

Wird es gelingen den Klimawandel aufzuhalten? – WISSEN DER ZUKUNFT berichtet über das Wunderwelt Wissen. Zum Thema Klimawandel zunächst ein einführendes Video:

(idw) Der Klimawandel gilt als eines der größten Probleme des 21. Jahrhunderts. Hauptverantwortlich ist der hohe CO2-Ausstoß, der vor allem durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe – also Öl, Kohle, Gas oder Holz – entsteht. Um den Treibhauseffekt aufzuhalten, versuchen sich Wissenschaftler an unterschiedlichen technischen Entwicklungen. Eine Lösung macht die Natur vor: Grünpflanzen filtern durch Photosynthese das Treibhausgas aus der Luft. Ähnliches passiert in Bioreaktoren, wo Grünalgen, bekannt für ihr schnelles Wachstum, zugeführtes CO2 zu Biomasse umwandeln. Diesen Prozess wollen Physiker der Uni Duisburg-Essen (UDE) industriell nutzen. Die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Hilmar Franke hat einen faseroptischen Photo-Bioreaktor entwickelt. Das bislang einzigartige System filtert Kohlendioxid aus dem Abgas fossiler Energieerzeugung.

Oder anders ausgedrückt: Die Wissenschaftler haben einen Algenreaktor gebaut, der CO2-Emissionen aus Heizungsanlagen zu Biomasse, sprich Sauerstoff und Algen macht. Der CO2-Vernichter funktioniert so: Auf einem Gebäudedach wird über einen Lichtsammler Tageslicht eingefangen. Dünne hocheffiziente Kabel, so genannte Lichtleitfasern, transportieren das Licht in den Bioreaktor. Hier wird die Algensuppe mit den Emissionen einer Industrieanlage begast. Die Algen verwerten dank des Lichts das CO2 und vermehren sich.

Aus den zwei Effekten – Vernichtung von Treibhausgas und Entstehung von Biomasse – lässt sich trefflich Kapital schlagen, erklärt Prof. Franke: “Stichwort Emissionshandel: Wer durch umweltfreundliche Technologien Kohlendioxid einspart, kann überschüssige Verschmutzungs-Zertifikate verkaufen. Stichwort Biomasse: Algen werden schon jetzt in vielen Industriezweigen verwertet. In unserem Fall ließen sie sich als Biotreibstoff oder für Baustoffe vermarkten.”

Die technische Entwicklung des Algenreaktors ist abgeschlossen. Was den UDE-Forschern noch fehlt, sind interessierte Investoren. Die hoffen sie auf der Hannovermesse zu finden, wo sie im April den Prototypen ihrer Entwicklung, ein gläsernes Modell, vorstellen. “Wir denken da an die Biogastechnologie oder an Betreiber von Klär- oder Heizanlagen”, so Franke und rechnet vor: “Ein 50qm großes Dach würde ausreichen, eine Tonne CO2-Emissionen im Jahr umzusetzen. Ein Hallendach von einem Hektar könnte in Deutschland rund 200 Tonnen Treibhausgas vernichten.”

Und auch das spricht aus Sicht des Physikers für das System made in Duisburg-Essen: “Ein Algenreaktor mit einem Hektar Lichtsammelfläche kann mehr als 200 Mal mehr CO2 umsetzen als ein Buchen- oder Eichenwald gleicher Fläche. Auch die Ausbeute gegenüber einem Hektar Mais ist bis zu 20 Mal höher.”

Für Privathaushalte wird der Bioreaktor erst in zweiter Generation geeignet sein. Ein CO2-Filter für kleine Objekte, zum Beispiel für ein Einfamilienhaus, stelle ganz andere Anforderungen an die Technik, sagt Franke. “Die Idee, dass der Schornsteinfeger nicht den Ruß, sondern Algenpulver aus dem Kamin kehrt, ist allerdings sehr reizvoll.”

Biodiesel: Machen Algen das Tanken bald preiswerter?

WISSEN DER ZUKUNFT berichtet :

Algenschlick am blauen Wasser, Foto: cwgoodroe

Algenschlick am blauen Waser, Foto: cwgoodroe

(Stuttgart/Kornwestheim) -(idw) Der Kornwestheimer Anlagenexporteur Hezinger GmbH will künftig weltweit als Lieferant für Photobioreaktoren zur Algenzucht auftreten, um – alternativ zur Verwendung von Weizen, Raps und Mais – die Gewinnung von Biodiesel aus dem Pflanzenöl der Algen voranzutreiben. In Zusammenarbeit mit renommierten Partnern wurde eine verfahrenstechnisch optimierte Reaktoranlage zur Massenzucht von Algen entwickelt, die die Kosten der Herstellung von Biodiesel erheblich reduzieren wird. Das Ende letzten Jahres gegründete Unternehmen Hezinger Algaetec GmbH soll das neue System im kommenden Herbst auf den Markt bringen.

“Unser Ziel ist es, die industrielle Zucht von Mikroalgen wesentlich günstiger zu gestalten, als das bisher möglich ist”, sagt Steffen Hezinger. Zwar könne man Algen mit derzeitigen Systemen wie Röhren- oder Flachplattenreaktoren züchten, allerdings noch nicht in den wirtschaftlich rentablen Mengen, wie man sie für die Biodieselherstellung benötigt. “Wenn ich 40 Fußballfelder mit Reaktoren voll stellen muss, ist so ein System einfach nicht effektiv zu betreiben, Wirtschaftlichkeit ist aber das A und O, wenn ich am Markt für Biodiesel langfristig Erfolg haben will.”

Auf der Suche nach einer effizienten Lösung setzt der Diplom-Kaufmann deshalb auf geballte Kompetenz in den Bereichen Anlagenbau, Design und Lichttechnik. Dafür holte er sich international renommierte und weltmarktführende Partner in den Bereichen Algenbiologie und Anlagenplanung mit ins Boot.

Das Resultat der Branchen übergreifenden Zusammenarbeit ist ein Photobioreaktor, mit dem sich Produktionsflächen nicht nur horizontal, sondern auch vertikal nutzen lassen. Der Kerngedanke ist, das Licht ins System und an die Alge zu bringen – statt umgekehrt. Die Idee sei zwar nicht wirklich neu, so Steffen Hezinger, entscheidend sei aber die verfahrenstechnische Optimierung. “Der Schlüsselfaktor ist die innovative Lichttechnik, die es möglich macht, einen Reaktor von sechs Metern Höhe und 30 Metern Innendurchmesser nahezu ohne Fremdenergie zu betreiben.”

Noch kann die Hezinger Algaetec GmbH zwar nicht mit genauen Zahlen aufwarten – doch der Prototypentest unter Serienbedingungen ist erfolgreich angelaufen; aussagefähige Ergebnisse sind ab Mitte des Jahres zu erwarten.

Strafzettel passe? Fahrassistenzsystem verhindert Regelübertretung!

“DAS WISSEN” ( toppx.newzs.de ) berichtet über das Wunderwelt Wissen.

pro.pilot passt auf! Foto: Siemens

pro.pilot passt auf! Foto: Siemens

(prcenter.de) München – Eine automatische Erkennung von Geschwindigkeitsangaben auf Verkehrszeichen macht Autofahren künftig komfortabler. Zudem verhindert das System von Siemens unangenehme Überraschungen durch Strafzettel. Es funktioniert mit einer Kamera im Auto, die die Umgebung nach vorne auf Verkehrszeichen absucht, und verarbeitet die Informationen im Bordcomputer. Mit dem Tempomaten kann das Auto dann so eingestellt werden, dass es die vorgeschriebene Höchstgeschwindigkeit nicht überschreitet. Vor allem in unbekannter Umgebung oder an Baustellen besteht für Autofahrer ansonsten die Gefahr, dass sie unbeabsichtigt zu schnell fahren.

Die Verkehrszeichenerkennung ist Teil von pro.pilot, einem Netzwerk von Fahrerassistenzsystemen des Automobilzulieferers Siemens VDO, und wird in etwa zwei Jahren in Serie gehen. Die Experten haben das System mit weiteren Hilfen wie einer Spurerkennung, einem Nachsichtsystem oder einem Einparkassistenten in eine Oberklasselimousine eingebaut. Zahlreiche Autohersteller haben dieses Testfahrzeug bereits Probe gefahren und großes Interesse an dem System gezeigt.

Für die Erfassung von Verkehrszeichen scannt eine in der Nähe des Rückspiegels angebrachte CMOS-Kamera ständig die Straße ab. Das System vergleicht die Bilder mit abgespeicherten Mustern von Geschwindigkeitshinweisen. Erkennt die Software eine Beschränkung, zeigt sie dem Fahrer den Wert im Tacho oder einem Head-up-Display an. Ist der Tempomat zugeschaltet, bremst das Auto von selbst auf die erlaubte Geschwindigkeit herunter. Hinzugezogen werden zudem Informationen aus dem Navigationssystem, die Aufschluss darüber geben, ob sich das Auto auf einer Autobahn oder innerhalb einer Ortschaft befindet. Da im Navigationssystem auch Hinweise auf besondere Verkehrsschilder gespeichert sind, wie etwa eine Geschwindigkeitsbeschränkung nur zu bestimmten Tageszeiten, kann das System hier entsprechend reagieren. Es ist vorerst nur für Neufahrzeuge vorgesehen. Bei älteren Autos ist die Nachrüstung wegen der komplexen Vernetzung mit zahlreichen Komponenten heute noch zu aufwändig.

Science Fiction wird Alltag: Die Roboter sind da!

WISSEN DER ZUKUNFT berichtet über das Wunderwelt Wissen.

(prcenter.de) Von Andreas Schultheis

Frankfurt/Berlin – Roboter haben den modernen Lebens- und Arbeitsalltag des Menschen erobert. Sie montieren Autos, übernehmen Hausarbeiten, spielen Fußball mit den Kindern. Fast scheint es, dass der Traum vom allzeit willigen Helfer, den Literatur und Science-Fiction seit Jahrhunderten ausgemalt haben, Realität geworden ist. Wie aus Träumen Wirklichkeit wurde, dokumentiert das Frankfurter Museum für Kommunikation https://www.museumsstiftung.de mit seiner Ausstellung „Die Roboter kommen!” Musikautomaten aus dem 18. Jahrhundert, legendäre Werberoboter der 1950er Jahre und moderne Forschungsroboter, darunter der humanoide Roboter „Armar II”, veranschaulichen die Entwicklung.

Moderne Serviceroboter, die staubsaugen oder die Geschirrspülmaschine ausräumen können, sehen wie freundliche Hausgenossen aus. Gerade erst hat Toyota https://www.toyota.com einen Geige spielenden Roboter vorgestellt, der zeigt, wie die elektronische Welt von morgen aussehen könnte. Dabei ist Toyota nicht allein mit seinen Planungen, sondern hat im eigenen Land eifrige Konkurrenten: „Lange führte dabei Honda die Entwicklung von humanoiden Robotern an: Vor über 20 Jahren startete der Auto- und Motorradhersteller ein bis vor Kurzem viel belächeltes Roboterprogramm. Inzwischen kann sein humanoider Roboter Asimo laufen, die Hand geben und soll bereits in den kommenden Jahren als Bote in Büros arbeiten”, berichtet Focus Online https://www.focus.de. Auch „Nissan stellte auf der Tokyo Motor Show einen fußballgroßen Roboterkopf vor, der in das Armaturenbrett seines Konzeptautos Pivo 2 eingebaut war. Der Kopf soll mit dem Fahrer plaudern und ihm bei Müdigkeit Restaurants für eine Pause vorschlagen”, so das Magazin.

Sprechende Assistenzsysteme scheinen auf dem Vormarsch, auch in der Unternehmens-kommunikation, wie das Beispiel Daimler belegt. Der Personal Assistant ist hier eine Vermittlungs- und Assistenzanwendung für das Personal Information Management der Konzernmitarbeiter. Sie verwirklicht ein so genanntes One-Number-Konzept für die ständige Erreichbarkeit der Mitarbeiter und den Wechsel von der Festnetztelefonie auf Vermittlungs- und Assistenzdienste. Realisiert wurde diese Anwendung vom Berliner Unternehmen SemanticEdge https://www.semanticedge.de: „Selbst wenn man den Namen eines Geschäftspartners gerade nicht weiß, kann man über eine Suchfunktion mit der Eingabe von Branche und Standort die gewünschte Verbindung aufbauen”, erklärt SemanticEdge-Geschäftsführer Lupo Pape. Per Spracheingabe könnten die Mitarbeiter eine Routing-Funktion nutzen, alle Anrufe umleiten, so dass sie auf einer bestimmten Nummer zu erreichen sind. Sprachverarbeitende Technologie, davon ist auch der Berliner Zukunftsforscher Norbert Bolz überzeugt, wird in den nächsten Jahren eine wachsende Rolle spielen. „Wenn Sie auf Ihr Auto zugehen und können es öffnen und starten, indem Sie es ansprechen, das lässt sich niemals überbieten”, erläutert er einen alten Traum der Zivilisation. „Ich persönlich kenne überhaupt keinen Zukunftsforscher oder Technologen, der Zukunftsszenarien entwickelt und nicht davon ausgehen würde, dass die Stimme letztlich das ultimative Interface ist”, sagte Bolz bei den diesjährigen Bonner Voice Days https://www.voicedays.de.

Die KI-Forschung und speziell die Robotik gelten weltweit als Zukunftsmarkt. „6,9 Mrd. Euro setzte allein die deutsche Roboterwirtschaft 2005 mit ihren Produkten um. Außerhalb der industriellen Fertigung gelten Serviceroboter als Wachstumsbereich”, analysiert die Zeitschrift Technology Review. Die Begeisterung für Robotertechnik erinnert Microsoft-Gründer Bill Gates an die Zeit, als er und sein Partner Paul Allen davon träumten, dass irgendwann auf jedem Schreibtisch und in jedem Haus ein Computer stehen könnte. Gates könne sich eine Zukunft vorstellen, in der roboterähnliche Geräte zu einem fast allgegenwärtigen Bestandteil des täglichen Lebens werden. Für den Sprachdialogexperten Pape sind das keine Hirngespinste. Bereits heute existierten die dafür notwendigen Technologien wie dezentrales Rechnen, Sprach- und Mustererkennung. Drahtlose Breitbandverbindungen könnten die Tür zu einer neuen Generation selbständiger Geräte öffnen, die Aufgaben für Menschen erledigen. „Da liegt allerdings noch ein weiter Weg vor uns. Für Maschinen ist es sehr schwierig, sich in einem Raum zu orientieren, auf Geräusche zu reagieren, Sprache zu interpretieren und Gegenstände zu ergreifen, die höchst unterschiedlich sind”, sagt Pape im Gespräch mit dem Online-Magazin NeueNachricht https://www.ne-na.de. Eine funktionierende Spracherkennung werde unverzichtbar sein, um Roboter im Alltag einzusetzen, etwa in der Altenpflege oder bei der Unterstützung behinderter Menschen.

Entstehung von Wolken: Rätsel geknackt!

“DAS WISSEN” ( toppx.newzs.de ) berichtet über das Wunderwelt Wissen.

Paul Wagner bei der Expansionskammer

Paul Wagner kontrolliert die Kondensation von Wasserdampf an Aerosolpartikeln uns die Wolkenbildung, Foto: (idw) Universität Wien

(idw) Aerosolpartikel – ein Gemisch aus festen und/oder flüssigen Schwebeteilchen und Luft – spielen beim Klimawandel eine wichtige Rolle. Da sie für die Wolkenbildung verantwortlich sind, würde es ohne sie keine Wolken und damit keinen Wasserkreislauf geben. Ist die Atmosphäre mit Wasserdampf übersättigt, kondensiert dieser Wasserdampf an Aerosolpartikeln, bildet Tröpfchen und in der Folge Wolken. Die Kondensation von Wasserdampf findet jedoch nur an ganz bestimmten Aerosolpartikeln statt.

Dem Aerosolphysiker Physiker Paul Wagner und seinem Team ist nun insofern ein Durchbruch gelungen, als dass sie erstmals in Modellexperimenten die Kondensation an Aerosolpartikeln im Nanobereich sichtbar machen konnten. “Im Bereich von einem Nanometer bestehen die Aerosolpartikel aus Molekül-Clustern”, so Paul Wagner: “Da wir die Partikel in ihren einzelnen Bestandteilen sehen, können wir nun beobachten, wie Wolkenkondensationskerne entstehen.” Das Forschungsteam kann also entschlüsseln, welche Kriterien Aerosolpartikel zu erfüllen haben, damit sich Wolken bilden.

Der Modellversuch in der Expansionskammer im Detail

In der Expansionskammer wird zuerst eine mit einem organischen Dampf gesättigte Atmosphäre erzeugt, dann werden Nanopartikel, also Aerosolpartikel in Nanometergröße, eingebracht. Innerhalb von wenigen Millisekunden wird durch Expansion Dampfübersättigung erzeugt. Mit Hilfe eines Lasers werden nun jene Teilchen sichtbar, an denen sich Tröpfchen bilden und in der Folge Wolkenkondensationskerne heranwachsen. “Dieser Vorgang mag recht simpel klingen, dahinter steckt aber unglaublich viel Arbeit. Allein die Entwicklung der Expansionskammer dauerte Jahre”, so Wagner.