Schlagwort-Archive: Zukunft

Wie Exoplaneten entdeckt werden können

Das bunte Spektrum des Lichts trifft auf einen Frequenzkamm, der durch ein gelbes Band mit weißen Linien dargestellt ist.

Frequenzkämme

Um hochfrequente Schwingungen zu messen, nutzen Forscher ein ganz spezielles Lineal – den sogenannten Frequenzkamm, für den es 2005 den Nobelpreis für Physik gab. Inzwischen kommt das Laserlineal in vielen Gebieten zum Einsatz.

Sichtbares Licht besitzt Frequenzen im Bereich von Hunderten von Terahertz. Diese Frequenzen lassen sich elektronisch nicht direkt messen oder zählen. Man muss also ein Hilfsmittel erfinden, das diese Frequenzen der elektronischen Messtechnik zugänglich macht. Dieses Hilfsmittel ist der Frequenzkamm, eine besondere Art von Laser. Ein handelsüblicher roter Laser sendet eben nur rotes Licht aus – der Laser des Frequenzkamms hingegen strahlt weiß, ähnlich wie Sonnenlicht. Zerlegt man das weiße Sonnenlicht mit einem Prisma in seine Einzelteile, wird man alle Farben des Regenbogens beobachten. Dies ist das Spektrum des Sonnenlichts. Auch der Frequenzkamm deckt den gesamten Wellenbereich des sichtbaren Lichts ab, allerdings ist sein Spektrum nicht kontinuierlich. Er sendet nur bestimmte Frequenzen aus.

Tobias Wilken: „Das Fantastische am Frequenzkamm ist, dass der Abstand zwischen jeder einzelnen dieser Frequenzen exakt gleich ist, wobei der Abstand im Radiofrequenzbereich liegt. Das heißt, auch wenn jede Frequenz, die dieser Laser emittiert, im optischen Bereich liegt, also bei Hunderten von Terahertz, so liegt der Abstand zwischen den Frequenzen im Radiofrequenzbereich, also bei unter einem Gigahertz.“

Mit dem Frequenzkamm lassen sich optische Frequenzen deshalb mit äußerster Präzision vermessen, weshalb man ihn auch als Laserlineal für Licht bezeichnet. Zum Einsatz kommt dieses Lineal zum Beispiel bei Lasern, die kontinuierlich Licht abstrahlen – sogenannte Continuous-Wave- oder kurz CW-Laser. Wie Exoplaneten entdeckt werden können weiterlesen

Künstliche Fotosynthese: Lösung aller Energieprobleme?

Heidelberg. Die Sonne ist eine unerschöpfliche und zudem saubere Energiequelle. Fotovoltaikanlagen und Solarthermiekraftwerke zapfen sie bereits an und gewinnen aus Sonnenlicht Strom. Der ist jedoch nur sehr begrenzt speicherbar und muss sofort verbraucht werden. Sein Transport über weite Strecken ist zudem mit großen Verlusten verbunden. Nur über den Umweg der Wasserelektrolyse lässt sich elektrischer Strom in den breiter einsetzbaren Energieträger Wasserstoff umwandeln, was aber sehr ineffektiv ist.

Eine wesentlich elegantere Lösung macht uns die Natur seit jeher vor: die Fotosynthese. Dabei erzeugen Pflanzen, Algen und gewisse Bakterien mit Hilfe von Sonnenlicht aus Kohlendioxid und Wasser direkt energiereiche Zuckermoleküle. Schon seit einiger Zeit versuchen Forscher deshalb, den Vorgang künstlich nachzuahmen. Dabei geht es ihnen vor allem um den ersten Schritt der Fotosynthese: die Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff.

Die bisher erzielten Erfolge sind beachtlich. So präsentierte Daniel Nocera vom Massachussetts Institute of Technology vor zwei Jahren ein “künstliches Blatt”. Es besteht aus einer Solarzelle, in der auftreffendes Sonnenlicht freie Elektronen und “Löcher” (Elektronenfehlstellen) erzeugt. Die dem Licht zugewandte Seite ist mit einem cobalthaltigen Katalysator beschichtet, der mit Hilfe der Löcher aus Wasser Sauerstoff freisetzt. Die zurückbleibenden Protonen wandern zur anderen Seite und werden dort von einer Legierung aus Nickel, Molybdän und Zink mit Hilfe der Elektronen zu Wasserstoff reduziert. Der Wirkungsgrad liegt mit 2,5 bis 4,7 Prozent – je nach genauer Konfiguration – schon recht hoch. Pflanzen verwerten das auftreffende Sonnenlicht sogar nur zu 0,3 Prozent.

Allerdings ist dieses “Blatt” wegen der enthaltenen Metalle noch ziemlich teuer und auch nicht lange beständig. Markus Antonietti vom Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Golm hat sich deshalb auf ein anderes Material verlegt, das nicht nur sehr stabil, sondern auch einfach und preiswert herstellbar ist: graphitisches Kohlenstoffnitrid. Schon Justus Liebig kannte die Substanz im 19. Jahrhundert. Sie ist entfernt mit dem Chlorophyll des Blattgrüns verwandt und ähnelt stark dem Graphen – einer maschendrahtartigen Anordnung von Kohlenstoffatomen, der viele eine große Zukunft in der Elektronik vorhersagen.

Kohlenstoffnitrid als solches ist allerdings nicht sehr aktiv, was unter anderem an seinem zu geringen Verhältnis von Oberfläche zu Volumen liegt. Wie Antonietti in Spektrum der Wissenschaft berichtet, konnte seine Gruppe aber bereits eine Steigerung um das Zehnfache erreichen, indem sie gezielt die Porosität des Materials erhöhte.

Eine weitere Verbesserung ließ sich durch Dotieren mit Schwefel oder Barbitursäure erreichen. Auf diese Weise konnten die Forscher die Quantenausbeute der Oxidation von Wasser zu Protonen und Sauerstoff für violette Strahlung einer Wellenlänge von 440 Nanometern immerhin auf 5,7 Prozent steigern. Hilfreich war auch die Zugabe von Nanoteilchen aus Cobaltoxid. Dadurch erhöhte sich die Quantenausbeute für die Wasserspaltung insgesamt auf 1,1 Prozent.

Alles in allem sehen die bisherigen Ergebnisse also ermutigend aus. Zwar veranschlagt Antonietti bis zur praktischen Einsatzreife seines Systems noch mindestens 20 Jahre. Doch die Aussichten wären verlockend. Wenn sich mit künstlichen Fotosynthesesystemen 10 Prozent der Solarenergie nutzen ließen, müssten sie nur 0,16 Prozent der Erdoberfläche bedecken, um den für 2030 vorausgesagten globalen Energiebedarf von 20 Terawattstunden zu decken. Als Standorte kämen dabei in erster Linie Wüsten in Frage, wo die Sonne fast immer scheint und keine Konkurrenz zu Agrarnutzflächen besteht. Ein Zehntel der Sahara, die 1,76 Prozent der Erdoberfläche einnimmt, würde bereits genügen.

Wie heutige Solarzellen ließen sich künstliche Fotosynthesesysteme aber auch auf Dächern installieren. Bei einer Lichtausbeute von 10 Prozent könnten sie beispielsweise 300 Tonnen Methanol pro Hektar und Jahr liefern. “Wären nur 100 Quadratmeter des eigenen Grundstücks damit bedeckt, bräuchte selbst ein leidenschaftlicher Autofahrer bei heutigem Treibstoffverbrauch nie mehr zur Tankstelle”, erklärt Antonietti.  (Quelle: Spektrum der Wissenschaft, September 2013)

Sensationelle Neuentwicklung: MOBILE-Auto mit “Selbstbewusstsein”

Torben Stolte, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Regelungstechnik, am Steuer des MOBILE-Forschungsfahrzeugs.Foto: TU Braunschweig (idw)
Torben Stolte, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Regelungstechnik, am Steuer des MOBILE-Forschungsfahrzeugs.Foto: TU Braunschweig (idw)

Optisch erinnert das neue Fahrzeug der Technischen Universität Braunschweig an ein Spielzeugauto in der Größe eines „erwachsenen“ Fahrzeugs. Statt der Karosserie findet sich hier nur ein Gitterrohrrahmen.  Fast 600 PS bringt das zwei Tonnen schwere Gefährt auf die Straße. Es ist eines der leistungsstärksten E-Fahrzeuge der Welt, und beschleunigt in drei bis vier Sekunden von null auf hundert. Entwickelt wurde das MOBILE-Auto von Prof. Markus Maurer und seinem Team am Niedersächsischen Forschungszentrum Fahrzeugtechnik der TU Braunschweig.

Auto mit „Selbst-Bewusstsein“

Bisherige Autos haben eine mechanische oder hydraulische Kopplung von Lenkrad und Bremse mit den Rädern.  Das Lenkrad von Autos der Zukunft bewegt dagegen eine Achse, die im Leeren endet. Ihre Bewegung wird von Sensoren aufgenommen und an die relevanten Komponenten übertragen. Ähnliches gilt auch für Gaspedal und Bremsen. Alle vier Räder sind mit einem jeweils eigenen Antrieb und einer Lenkeinheit versehen, die separat angesteuert werden können. Das Auto kann also jedes Rad unabhängig von den anderen bewegen, wodurch es sich praktisch auf der Stelle drehen und extrem leicht einparken lässt.

Aber ein MOBILE-Wagen muss noch mehr können. Tatsächlich muss es mehr über seine eigenen Fähigkeiten „wissen“ als seine Nutzer. Je nach Fahrsituation müssen die vorhandenen Antriebe zielgerichtet eingesetzt werden. Dabei trifft das Fahrzeug die Entscheidungen und nicht der Fahrer. Etwa dürfen bei schneller Fahrt die Hinterräder nur wenig und anders als bei langsamer Fahrt bewegt werden, da das gesamte Auto sonst ins Schleudern geraten könnte. Die Fahrzeugelektronik muss Position und Geschwindigkeit sowie das entstehende Risiko bei jeder Aktion einschätzen können und entsprechende Entscheidungen treffen.

Eine Revolution der Fahrzeugtechnik

Die „Macher“ von Leonie, des ersten Autos, das seit dem Jahr 2010 fahrerlos durch den Braunschweiger Straßenverkehr kurvt, haben sich mit dem MOBILE-Projekt ein neues Ziel gesteckt. „Leonie war damals aufsehenerregend, aber im Grunde die Weiterentwicklung konventioneller Fahrzeugtechnik – eine Evolution“, sagt Maurer. „MOBILE ist dagegen eine echte Revolution. Sie werden davon weltweit kein Zweites finden“. „Diesmal haben wir alles verworfen, was wir bisher über Autos wussten, und einfach von Anfang an ein ganz neues gebaut“, ergänzt Projektleiter Peter Bergmiller.

Die Frage, warum Ingenieure überhaupt so ein Auto bauen, beantwortet Markus Maurer. Man habe sich von den Forschungspartnern wie Chris Gerdes an der Universität Stanford inspirieren lassen: „Einfach, weil man daraus etwas lernen kann.“ Tatsächlich enthält das Fahrzeugkonzept grundlegende Elemente für die Autos der Zukunft. Kernstück der Forschung ist das vollkommen neue Sicherheitskonzept. Da die Autos immer autonomer fahren und aus immer mehr Elektronik bestehen, wird dies bald existenziell wichtig sein. Die Sicherheitskonzepte der autonomen Autos der Zukunft müssen von selbst funktionieren. Denn es wird keine Menschen geben, die im Zweifelsfall wieder übernehmen. „Wir haben das stärkste mögliche E-Fahrzeug gebaut. Denn wenn wir dies im Griff haben, können wir auch mit schwächeren Fahrzeugen umgehen“, erlärt Maurer.

Konventionelle Lösungen setzen dabei auf klassische Redundanz der Systeme: Für den Fall, dass in einem E-Fahrzeug während der Fahrt ein Lenkmotor ausfällt, gibt es beispielsweise einen zweiten Lenkantrieb, der die Aufgaben übernimmt. Das MOBILE-Projekt dagegen nutzt die Tatsache, dass insgesamt vier Antriebe und Lenkmotoren für die Räder vorhanden sind, und verbindet diese mit einem intelligenten Konzept. Fällt ein Antrieb aus, würde dadurch normalerweise ein Rad an beliebiger Stelle stehen bleiben. Indem die verbleibenden Antriebe sich die Aufgabe teilen, kann das Auto zumindest zur nächsten Werkstatt oder in die heimische Garage gefahren werden.

Während unser Forschungsfahrzeug Leonie Straße und Umgebung, Verkehrsregeln und -signale, sowie Verkehrsteilnehmer berechnen konnte, um autonom im Straßenverkehr zu agieren, zielt das MOBILE-Projekt auf Autonomie nach innen, erläutert Maurer. Es „verstehe“ das Zusammenspiel der elektronischen und mechanischen Komponenten, Kraft und Risiko sowie die im Umgang mit der komplexen Elektronik relativ eingeschränkten Möglichkeiten des Nutzers. (Quelle: idw)

Buchtipp:
Synthetisches Bewusstsein: Wie Bewusstsein funktioniert und Roboter damit ausgestattet werden können

Sensationelle Erkenntnis: Verletzung der Kausalität in der Natur möglich

Ein tief verwurzeltes Konzept in der Wissenschaft und in unserer Alltagserfahrung ist die Kausalität: die Idee, dass gegenwärtige Ereignisse durch vergangene Ereignisse verursacht werden und dass gegenwärtige Ereignisse wiederum zukünftige Ereignisse verursachen. Wenn ein Ereignis A eine Wirkung B verursacht, kann B nicht auch A verursachen. Nun zeigen theoretische Physiker von der Universität Wien und der Université Libre de Bruxelles, dass in der Quantenmechanik eine Situation vorstellbar ist, in der ein einzelnes Ereignis zugleich Ursache und Wirkung eines anderen Ereignisses sein kann. Die Forschungsergebnisse dazu erscheinen in der aktuellen Ausgabe von “Nature Communications”. Sensationelle Erkenntnis: Verletzung der Kausalität in der Natur möglich weiterlesen

Quantenphysiker entwickelt Modell zur Willensfreiheit

Sind wir frei in unseren Entscheidungen? Oder ist Freiheit nur eine große Illusion und unser Handeln letztendlich durch Naturgesetze vorherbestimmt? Der Quantenphysiker Hans Briegel hat erstmals ein theoretisches Modell entwickelt, das unser Verständnis der Naturgesetze mit der Idee von Freiheit versöhnt. Er berichtet darüber in der Fachzeitschrift Nature Scientific Reports. Quantenphysiker entwickelt Modell zur Willensfreiheit weiterlesen

Kontrollierte Kernfusion: Neuer Ansatz zur Energieerzeugung?

Seit Jahren entwickeln Physiker Hochenergie-Laser, um in winzigen Kügelchen durch Implosion Energie aus Kernfusion zu gewinnen. Das Vorhaben ist bei Fachleuten als “Trägheitsfusion” bekannt. Sie ist eine Spielart der so genannten kontrollierten Kernfusion, in der millimeter-große Brennstoffkügelchen von Lasern mehr als tausendfach komprimiert werden. Dadurch beginnen ab einem bestimmten Punkt Atomkerne miteinander zu verschmelzen – sie fusionieren. Der Prozess ähnelt den Vorgängen im Innern der Sonne und setzt wie dort Energie frei. Falls diese die eingesetzte Laserenergie übersteigt, lässt sich das System als Grundlage für einen Fusionsreaktor nutzen. Kontrollierte Kernfusion: Neuer Ansatz zur Energieerzeugung? weiterlesen

Bewusstseinsrätsel gelöst?

Mit mehreren Sensoren und Bedürfnissen ausgestatteter Tribot-Roboter, der als Trägersystem für die Experimente zum synthetischen Bewusstsein diente.

Bewusstsein galt bisher als eines der größten Rätsel der Welt. Ist es eine von Materie unabhängige Geistsubstanz, oder ist es eine Eigenschaft der Materie? Jetzt wurde wohl das Rätsel gelöst und ein synthetisches Bewusstsein erzeugt.

Heute ist es möglich, dem Gehirn praktisch online beim Denken zuzuschauen. Seine Geheimnisse werden Stück für Stück entblättert. Farbige Lichter der aktiven Regionen blitzen auf Beobachtungsschirmen auf, wenn die Versuchspersonen ihre Gedanken schweifen lassen.

Doch gleich, an welcher Stelle die Gedanken ihre Strahlung entfalten, keine der aktiven Regionen kann eindeutig dem Ort des Bewusstseins zugeordnet werden. Bewusstsein zeigt sich nach Überzeugung der meisten Wissenschaftler im Zusammenhang mit der im Gehirn überall stattfindenden Informationsverarbeitung. Und niemand wird heute ernsthaft bestreiten wollen, dass das Gehirn zur Verarbeitung all jener Informationen dient, die zum Input oder Output lebender Systeme gehören.

Information ist bekanntlich übertragbar.

Beispielsweise kann die Information eines elektronisch gespeicherten Emails mit Hilfe eines Druckers auf den Informationsträger Papier übertragen werden. Wenn man nun davon ausgeht, dass das Gehirn ein Trägermedium übertragbarer Information ist, Bewusstsein aber kein solcher Träger, weil es sich an keinem bestimmten Ort lokalisieren lässt, dann muss Bewusst­sein selbst Teil der Informationsverarbeitung, nämlich ein informationsverarbeitender Prozess sein.

Die Software eines informationsverarbeitenden Prozesses kann genauso wie sonstige Information auf andere Trägersysteme übertragen werden und zusammen mit der neuen Hardware wieder einen informationsverarbeitenden Prozess bilden. Das wurde nun ausgenutzt für den Bau eines kleinen Roboters mit synthetischem Bewusstsein. Bewusstseinsrätsel gelöst? weiterlesen

Roboter erobern die Haushalte

Foto cc-by-sa Manfred Werner - Tsui.jpg

In den nächsten Jahren werden Haushaltsroboter und automatisierte Lösungen für ältere Menschen zunehmend in die Haushalte einziehen und auch Pflegeaufgaben übernehmen. Deutschland eröffnen sich hierdurch aufgrund seiner guten Position in der Industrierobotik und Automation sowie anderen Basistechnologien große Potentiale auf dem Weltmarkt.

Dies sind Ergebnisse der neuen VDE-Studie „Mein Freund der Roboter“, die der Verband in München vorstellte. „Unsere Experten erwarten im Bereich Servicerobotik attraktive ökonomische Wachstumsraten, die zu neuen Arbeitsplätzen führen“, so VDE-Präsidiumsmitglied Dr.-Ing. Kurt Bettenhausen. Zum anderen trügen Serviceroboter dazu bei, die Herausforderungen des demografischen Wandels erfolgreich zu meistern und die Lücke zwischen einer kontinuierlich alternden Bevölkerung, einer rückläufigen Erwerbsbevölkerung und einem Mangel an Pflegekräften zu schließen.

Vor allem im Bereich der Rehabilitationsrobotik, wie zum Beispiel intelligente Rollstühle, kleine Roboterarme oder neuartige Beinprothesen erwartet der VDE in naher Zukunft große Fortschritte. Sie ermöglichen es heute schon alten, kranken oder behinderten Menschen, verlorene Mobilität und Selbständigkeit zurückzugewinnen. Einen kommenden Boom sieht der Verband in der Entwicklung von menschenähnlichen Robotern (Humanoide) als Haushaltshelfer für komplexe Aufgaben oder als persönlicher Assistent für ältere Menschen. „Bisher haben nur wenige Firmen in Japan, Korea und China erste humanoide Roboter auf den Markt gebracht. Wir erwarten jedoch für die nächsten zehn Jahre erhebliche Zuwachsraten in diesem Segment“, so Bettenhausen weiter. Gegenwärtig stammen zahlreiche Serviceroboter für den Privatbereich aus Asien.

Senioren ziehen Roboter dem Altenheim vor
Roboter sollen, so die Vision, gemeinsam mit den älteren Menschen den Alltag bewältigen und sie dabei unterstützen, länger möglichst eigenständig zu leben. Aber werden Serviceroboter von Senioren überhaupt akzeptiert? Der VDE-Studie zufolge steht die Mehrheit der Senioren (56 Prozent) Servicerobotern positiv gegenüber. 50 Prozent der Pflegekräfte befürworten den Einsatz von Robotern im privaten Bereich. Am beliebtesten sind Haushaltsroboter wie Staubsauger- und Wischroboter, aber auch futuristische Anwendungsszenarien wie der „roboterisierte Rollstuhl“. Allerdings zeigt die VDE-Studie auch, dass das gesellschaftliche und technologiepolitische Bekenntnis zum „Freund Roboter“ noch nicht so klar ausfällt wie in asiatischen Ländern, etwa Südkorea oder Japan. So lehnen 40 Prozent der Senioren die Servicerobotik im Alltag spontan ab. 60 Prozent der befragten Senioren empfinden Robotik als „unheimlich“.

Der Wunsch nach einer selbständigen Lebensführung ist jedoch ein starker Faktor für die Akzeptanz. So erreichte das futuristische Anwendungsszenario „roboterisierter Rollstuhl“ einen der höchsten Rankingplätze, obwohl die Vorbehalte gegenüber Systemen, die direkt mit den Menschen kommunizieren, kooperieren oder sie sogar berühren, am stärksten ausgeprägt sind. Der Nutzen – Mobilität, Orientierung, Unabhängigkeit, Selbständigkeit, Schutz der Intimsphäre – wird in diesen Fällen höher bewertet als die damit verbundenen akzeptanzhemmenden Faktoren. Die überwiegende Mehrheit der Befragten würde einen Serviceroboter zu Hause der Alternative Altenheim vorziehen. Am beliebtesten sind Roboter, die abgrenzbare Tätigkeiten im Haushalt autonom erledigen, insbesondere Staubsauger- und Wischroboter. Im Mittelfeld liegen die Szenarien „gesundheitliches Monitoring“, „Fitness-Coach“ und „Kommunikation und Anregung“, gefolgt von Fensterputz-Robotern, Therapieanwendungen und humanoiden Haushaltsrobotern für komplexe Tätigkeiten. (Quelle: idw; Foto: cc-by-sa Manfred Werner – Tsui)

Buchtipp:

Rätsel zur Entstehung des Lebens gelöst

Damit in den Sternen Kohlenstoff, die Grundlage des Lebens, entstehen kann, spielt eine bestimmte Form des Kohlenstoffkerns eine entscheidende Rolle. Physiker der Universität Bonn und der Ruhr-Universität Bochum haben jetzt gemeinsam mit US-Kollegen diesen legendären Kohlenstoffkern berechnet. Damit haben sie ein Problem gelöst, das die Wissenschaft seit mehr als 50 Jahren vor Rätsel gestellt hat.

„Seit 1954 hat man vergeblich versucht, den Hoyle-Zustand zu berechnen“, berichtet Professor Dr. Ulf-G. Meißner (Helmholtz-Institut für Strahlen- und Kernphysik der Universität Bonn), „und wir haben es jetzt geschafft!“ Der Hoyle-Zustand ist eine energiereiche Form des Kohlenstoffkerns. Er ist der Bergpass, über den man von einem Tal ins andere gelangt: von drei Kernen des Gases Helium zum sehr viel größeren Kohlenstoffkern. Diese Verschmelzungsreaktion findet im heißen Inneren schwerer Sterne statt. Gäbe es den Hoyle-Zustand nicht, hätten im Weltall nur sehr wenig Kohlenstoff oder andere höhere Elemente wie Sauerstoff, Stickstoff und Eisen entstehen können. Ohne diese Art von Kohlenstoffkern wäre daher vermutlich auch kein Leben möglich gewesen.

Die Suche nach dem „Nebensender“

Bereits im Jahr 1954 hat man den Hoyle-Zustand experimentell nachgewiesen, aber seine Berechnung scheiterte stets. Denn diese Form des Kohlenstoffs besteht lediglich aus drei sehr lose gebundenen Heliumkernen − ein eher wolkiger diffuser Kohlenstoffkern. Und er liegt nicht einzeln vor, sondern stets zusammen mit anderen Formen von Kohlenstoff. „Das ist, wie wenn sie ein Radiosignal untersuchen wollen, bei dem ein Hauptsender und mehrere schwächere Sender überlagert sind“, erläutert Prof. Dr. Evgeny Epelbaum (Institut fuer Theoretische Physik II der Ruhr-Universität Bochum). Der Hauptsender ist der stabile Kohlenstoffkern, aus dem unter anderem auch der Mensch aufgebaut ist. „Wir interessieren uns aber für einen der instabilen, energiereichen Kohlenstoffkernen, also müssen wir irgendwie mit einem Rauschfilter den schwächeren Radiosender von dem dominierenden Signal abtrennen.“

Möglich wurde das mit einer neuen, besseren Rechenmethode der Forscher, welche die Kräfte zwischen mehreren Kernbausteinen präziser als zuvor berechnet. Mit JUGENE, dem Supercomputer am Forschungszentrum Jülich, stand auch das passende Werkzeug parat. Eine knappe Woche hat JUGENE gerechnet. Das Rechenergebnis stimmt so gut mit den experimentellen Daten überein, dass die Forscher sicher sein können, den Hoyle-Zustand tatsächlich von Grund auf berechnet zu haben.

Mehr über die Entstehung des Universums

„Jetzt können wir diese spannende und wichtige Form von Kohlenstoffkern ganz genau untersuchen“, erläutert Prof. Meißner. „Wir werden schauen, wie groß er ist und wie er aufgebaut ist. Und damit können wir jetzt auch die gesamte Kette der Elemententstehung unter die Lupe nehmen.“

Sogar philosophische Fragen sind in Zukunft vermutlich wissenschaftlich zu beantworten. Seit Jahrzehnten gilt der Hoyle-Zustand als Paradebeispiel für die Theorie, dass die Naturkonstanten bei der Entstehung unseres Universums genauso und nicht anders aufeinander abgestimmt sein mussten, da wir sonst nicht hier wären, um das Universum zu beobachten (Anthropisches Prinzip). „Für den Hoyle-Zustand heißt das: Er muss genau diese Energie haben, die er hat, weil es uns sonst nicht gäbe“, sagt Prof. Meißner. „Wir können jetzt berechnen, ob in einer veränderten Welt mit anderen Parametern der Hoyle-Zustand im Vergleich zur Masse von drei Heliumkernen tatsächlich eine andere Energie hätte.“ Wenn dem so ist, spräche das für das anthropische Prinzip. (Quelle: idw)

Turbo-Evolution in weniger als 6 Monaten

Elektronenmikroskopische Aufnahme von einem Fadenwurm, der mit dem pathogenen Bakterium Bacillus thuringiensis infiziert ist. Das Bild zeigt das Vorderende des Fadenwurms, der in der Mitte aufgebrochen wurde. Im Inneren des Wurms erkennt man eine große Anzahl der länglich ovalen Bakterien, die sich während der Infektion umfangreich vermehrt haben und dabei alle inneren Strukturen und Organe zerstört haben. Foto: PNAS, Copyright: PNAS.
Unter Leitung von Professor Schulenburg und der Doktorandin Rebecca Schulte hat die Arbeitsgruppe des Zoologischen Instituts der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel unter kontrollierten Bedingungen am Fadenwurm Caenorhabditis Evolution im Labor entstehen lassen. Sie konnten dabei zweifelsfrei beweisen, dass Evolution außerordentlich schnell stattfinden kann, bereits innerhalb von weniger als 6 Monaten! Dieser Beweis ist nach wie vor ein wichtiger Beleg für Darwins Evolutionstheorie – ein Jahr nach dem 200. Geburtstag von Darwin und nach dem 150. Jahrestag der Veröffentlichung seines Hauptwerks.

Für diesen Beweis hat das Team ein neues Modellsystems etabliert, das sich grundsätzlich hervorragend für Evolutionsexperimente eignet und hierfür auch in der Zukunft intensiv eingesetzt werden wird. Dieses Modellsystem besteht aus dem Fadenwurm Caenorhabditis elegans und seinen bakteriellen Krankheitserregern. Der Fadenwurm weist dabei eine Generationszeit von nur 3 Tagen auf und kann sehr einfach im Labor manipuliert werden.

Das Experiment beweist zusätzlich, dass das Auftreten von Infektionskrankheiten sowohl zu einer Beschleunigung der Evolution sowie zu einer erhöhten Biodiversität führen kann. Das heißt, dass Infektionskrankheiten ein wichtiger Motor der Evolution und auch entscheidend für den Erhalt der Biodiversität sein können. Dies wurde grundsätzlich bereits von Darwin vorhergesagt, konnte in diesem Umfang bisher allerdings nicht experimentell belegt werden.

Schließlich geben die Ergebnisse einen wichtigen Hinweis darauf, warum Organismen, wie auch der Mensch, immer noch anfällig für Infektionskrankheiten sind. Zum einen können auch die Krankheitserreger sehr schnell evolvieren und stellen den Wirt damit vor immer neue Herausforderungen. Zum anderen wird bewiesen, dass die Evolution von Immunität auch Konsequenzen hat. Individuen, die besonders vor den Krankheitserregern geschützt sind, schneiden in anderen Merkmalen deutlich schlechter ab, wie zum Beispiel bei der Erzeugung von Nachkommen. (Quelle: idw, Bild: Elektronenmikroskopische Aufnahme von einem Fadenwurm, der mit dem pathogenen Bakterium Bacillus thuringiensis infiziert ist. Das Bild zeigt das Vorderende des Fadenwurms, der in der Mitte aufgebrochen wurde. Im Inneren des Wurms erkennt man eine große Anzahl der länglich ovalen Bakterien, die sich während der Infektion umfangreich vermehrt haben und dabei alle inneren Strukturen und Organe zerstört haben. Foto: PNAS, Copyright: PNAS.)