Künstliches Leben: Forscher erschaffen Chromosom

Sensation mit Hefe. Sieben Jahre dauerte es, jetzt haben Forscher ein synthetisches Hefe-Chromosom konstruiert – von seinem natürlichen Vorbild kaum zu unterscheiden. Es ist ein Durchbruch auf dem Weg zu komplexen künstlichen Lebewesen, denn bisher wurden nur Bakterien nachgebaut.

Chromosomen tragen die Erbinformationen von Lebewesen – Wissenschaftlern ist es nun gelungen, eine solche Struktur aus der Bäckerhefe künstlich nachzubauen. Das Designer-Chromosom sei voll funktionsfähig, Hefezellen mit ihm unterschieden sich nicht von natürlichen Hefezellen, berichten die Forscher im Fachblatt „Science“. Ziel der Methode sei es, künftig gezielt Lebewesen zu entwerfen, die bestimmte Kraftstoffe, Arzneimittel oder andere Substanzen herstellen.

Als Chromosomen werden die Strukturen in den Zellen bezeichnet, die die Gene – die Erbinformationen – des jeweiligen Lebewesens enthalten. Menschen haben 23 Chromosomen-Paare, die gewöhnliche Bäckerhefe (Saccharomyces cerevisiae) hat 16. Dank der raschen technologischen Fortschritte und der sinkenden Kosten bei der Synthese von DNA haben Wissenschaftler in den vergangenen Jahren bereits einige bakterielle Chromosomen und Erbgut von Viren im Labor nachgebaut.

Mit dem Chromosom der Hefe sei nun erstmals ein Chromosom eines sogenannten eukaryotischen Lebewesens synthetisch hergestellt worden, schreiben die Forscher. Unter diesem Begriff werden Lebewesen mit einem Zellkern in den Zellen zusammengefasst – etwa Pflanzen, Tiere oder Pilze. Sie werden in der Biologie von den Prokaryoten unterschieden, zu denen Bakterien und Archaebakterien gehören.

Konstruktion des Genoms dauerte sieben Jahre

Das Forscherteam um Jef De Boeke von der Johns Hopkins University in Baltimore baute das Chromosom III der Hefe nach, das drittkleinste der 16 Chromosomen. Die Abfolge seiner Bausteine – insgesamt besteht es aus mehr als 316 000 solchen Basenpaaren – ist bereits seit über 20 Jahren bekannt.

Die Forscher entfernten zunächst im Computer aus dieser Sequenz alle überflüssigen oder sich wiederholenden Abschnitte. Sie fügten aber auch einige Basenpaare zu der ursprünglichen Abfolge hinzu. Diese dienten als Markierung oder dazu, bestimmte Gene später zu löschen oder zu verändern. Anschließend machten sie sich daran, das Chromosom basierend auf dieser Sequenz zu synthetisieren. Die gesamte Konstruktion dauerte sieben Jahre.

Genom-Veränderungen sind ein „Glücksspiel“

Das fertige „snyIII“ ist mit gut 272 000 Bausteinen etwas kleiner als sein natürliches Gegenstück. Es funktioniert allerdings offenbar genauso: Hefezellen mit dem synthetischen Chromosom unterschieden sich nicht von den rein natürlichen Vorbildern. “ Wenn man das Genom verändert, ist das ein Glücksspiel. Eine falsche Veränderung und die Zelle stirbt“, sagte De Boeke. „Wir haben über 50 000 Veränderungen in dem Chromosom vorgenommen, und unsere Hefe lebt immer noch. Das ist bemerkenswert.“

In weiteren Versuchen testeten die Wissenschaftler, welche der Gene unter bestimmten Bedingungen für das Überleben der Hefe notwendig sind. Dies gehört zu den Grundfragen beim Nachbau von Lebewesen in der synthetischen Biologie. „Rasche Fortschritte in der synthetischen Biologie in Kombination mit den sinkenden Kosten der DNA-Synthese lassen es bald möglich erscheinen, neue eukaryotische Genome – inklusive Genome von Pflanzen und Tieren – mit synthetischen Chromosomen zu bauen“, schreiben die Wissenschaftler.

via: http://www.focus.de/wissen/natur/

Vorbild Koralle: Forscher kreieren bionische Sonnencreme

Durchsichtig, geruchlos und angeblich sehr stabil: Australische Forscher wollen eine neue Generation von Sonnenmilch entwickelt haben. Als Vorbild dienten ihnen die Filter von Korallen des Great Barrier Reef.

Auf der Suche nach besseren Sonnenschutzcremes haben australische Wissenschaftler die Korallen des Great Barrier Reef näher untersucht. Sie entdeckten Filter, die die Nesseltiere seit Millionen Jahren vor den UV-Strahlen der gleißenden Sonne schützen. Den Experten sei es jetzt gelungen, die Filter so nachzuahmen, dass sie auch in Sonnencreme für Menschen wirken, berichtete die australische Wissenschaftsbehörde CSIRO am Dienstag. Marktreif ist das Mittel noch nicht. Deutsche Experten sprachen von einem interessanten Ansatz, äußerten sich aber vorsichtig.


Korallen am Great Barrier Reef: Perfekt gegen zu viel Sonne geschützt

„Dieser Durchbruch bereitet das Feld für eine neue Generation von Sonnenschutzcremes mit Filtern, wie sie die Korallen des Great Barrier Reef über Millionen Jahre entwickelt haben“, teilte die Behörde mit. „Die Filter sind durchsichtig, geruchlos und sehr stabil und können deshalb in Cremes verwendet werden“, sagte Projektleiter Mark York. Zu viel UV-Strahlung kann Hautkrebs auslösen. Australien hat eine der höchsten Hautkrebsraten der Welt.

Die Sonnenschutzfilter der Korallen, die sowohl vor UVA- als auch UVB-Strahlen schützen, erforschten Wissenschaftler des Meeresforschungsinstituts (AIMS) in den vergangenen 20 Jahren.

Dermatologen verlangen weitere Informationen

CSIRO nutzte die Erkenntnisse, um zusammen mit einem Cremehersteller Filter zu entwickeln, die in Sonnenmilch für Menschen verwendet werden können. Die neuen Cremes sollen nach Angaben von CSIRO innerhalb von fünf Jahren auf den Markt kommen.

Die Entwicklung höre sich interessant an, sagte die Molekularbiologin Beate Volkmer von der Arbeitsgemeinschaft Dermatologische Prävention. Allerdings sei ausgehend von den Angaben der australischen Wissenschaftsbehörde noch nicht zu beurteilen, wie gut ein solcher Sonnenschutz beim Menschen wirkt. So müsse man wissen, welcher Teil des Lichtspektrums besonders gut weggefiltert wird.

Auch der Direktor des Zentrums für Dermatologie am Wuppertaler Helios-Klinikum, Percy Lehmann, hält die Informationen für nicht ausreichend. Die Angaben in der Mitteilung seien zu oberflächlich. „Weitere experimentelle Befunde müssen abgewartet werden, um eine fundierte Beurteilung abgeben zu können.“

via: www.spiegel.de/wissenschaft/natur/

Ausrollbare Aquawand kann Fluten schnell stoppen

Ein deutscher Ingenieur hat eine mobile Schutzwand entwickelt, die vor Hochwasser schützt. Die Erfindung kann dazu beitragen, dass sich Städte künftig extrem schnell vor den Fluten wappnen können. Von Silvia von der Weiden


Foto: Infografik Die Welt

Hochwasser-Schutzwände werden bisher in Depots gelagert. Künftig wäre es möglich, eine ausrollbare Folie unter dem Bürgersteig zu installieren, die bei Bedarf von zwei Technikern sehr schnell aufgebaut werden kann

Moderne Technik für den Hochwasserschutz ist kostspielig. In Dresden schützen derzeit mobile Schutzwände die Semperoper vor dem Elbehochwasser. Riesige Wassertanks fangen das abgepumpte Sickerwasser auf, das der Fluss in die Keller des Gebäudes drückt.

Rund 130 Millionen Euro hat das die Stadt gekostet. Angesichts der 50 Millionen Euro Schäden, die die Flut 2002 an dem historischen Gebäude verursachte, ist das eine Aufwendung, die sich nun bezahlt macht. Auch am Rhein wird Hochwasserschutz großgeschrieben.

Allein die Stadt Köln investierte in den vergangenen Jahren 260 Millionen Euro in Schutzmaßnahmen. Als eine der wirkungsvollsten hat sich schon mehrfach die insgesamt 9,3 Kilometer lange und bis zu vier Meter hohe, mobile Hochwasserschutzwand bewährt, welche die tief gelegene Altstadt und weitere Stadtteile sogar vor einem Rekordhochwasser sichern soll.

„Solche mobilen Schutzwände bestehen aus zwei Komponenten: den Mittelstützen, die im Hochwasserfall in regelmäßigen Abständen montiert werden, und den Dammbalken, die dazwischen gestapelt werden. Spezielle Verschraubungs- und Anpresstechniken sorgen für die Dichtigkeit der Schutzwand“, erläutert Xaver Storr. Er ist Geschäftsführer beim mittelständischen Anlagenbauer IBS aus dem bayerischen Thierhaupten, der die Kölner Hochwasserschutzwand ausgeführt hat. Diese lagert normalerweise, in mehrere Teile zerlegt, im Depot.

Ist Hochwasser zu erwarten, muss der Aufbau schnell gehen. Das erfordert neben einer ausgeklügelten Logistik vor allem auch leichte und kompakte Bauteile. Um neben den Dammbalken auch die Stützen unter ein Gewicht von 70 Kilogramm zu drücken, hat das Unternehmen daher eine neue Stützengeneration aus reinem Aluminium entwickelt.

Schutzwand muss gewaltigen Kräften standhalten

„Damit können die Bauteile mit zwei Mann unabhängig von zusätzlichem technischem Gerät installiert werden“, erklärt Storr. Zwei bis drei Tage Vorlauf braucht es aber auch dann, um die Schutzwand in der gesamten erforderlichen Länge zusammenzubauen. Die Schutzwand muss bei ihrem Einsatz im Hochwasser gewaltigen Kräften standhalten.

„Beim Volleinstau mit maximalem Pegelstand haben wir eine Flächenlast von mindestens zwei Tonnen pro Quadratmeter im obersten Meter der Schutzwand berücksichtigt“, erläutert der Experte. „Außerdem muss die Wand auch an ungünstigen Stellen des Bauwerks einem Anprall etwa durch Treibgut widerstehen, was einer Einzellast von drei Tonnen entspricht.“

Die sichtbare Schutzwand ist aber nur der kleinere Teil einer mächtigen Konstruktion, die auf Stahlbeton ruht. Je nach der Beschaffenheit des Untergrundes ist das Fundament bis zu 20 Meter tief im Boden verankert und hält so das vom Fluss eindringende Sickerwasser zurück. Zusätzlich sorgen Pumpwerke in regelmäßigen Abständen dafür, dass nachdrängendes Wasser nicht unter das Fundament gelangt.

Es müsste doch auch einfacher und schneller gehen, dachte sich ein Münsteraner Wasserschutzingenieur und entwickelte 2006 mit Unterstützung der Deutschen Bundesstiftung Umwelt die „ausklappbare Stauwand“.

„Die Schutzwand besteht aus einer dicken, polyesterverstärkten PVC-Plane, die von Stahlpfosten in regelmäßigen Abständen gehalten wird. Auf der wasserabgewandten Seite wird die flexible Kunststofffolie zusätzlich durch ein aufgespanntes Lawinenschutznetz aus Stahl verstärkt, was der Schutzwand die nötige Stabilität verleiht“, erläutert Hartmut Wibbeler, der Erfinder des Systems.

200 Meter lange Schutzwand extrem schnell aufgebaut

Sicherheitsgurte, die von Pfosten zu Pfosten gespannt werden, verstärken das Ganze. Der Clou: Die bis zu 1,80 Meter hohe Folie samt Netz ist zusammenrollbar und verschwindet normalerweise in einem Betonkanal, der Teil beispielsweise eines Bürgersteiges oder eines Deiches ist.

Im Ernstfall lässt sich die Schutzwand dann ruck, zuck ausrollen. „Ausgerüstet mit einem Haken und einem Multischlüssel, bauen zwei Personen in zwei Stunden 200 Meter der Schutzwand auf“, verspricht Wibbeler.

Er vermarktet das System inzwischen bereits kommerziell. Noch steht die große Bewährungsprobe dafür allerdings aus. Sicherheitstests am TuTech Zentrum für Klimafolgenforschung in Hamburg-Harburg haben ergeben, dass die Schutzwand auch bei hohen Anprallversuchen von Treibgut nicht versagt, so Wibbeler. Und auch bei den Dichtigkeitstests der Folie hätte sich nur eine geringe Durchsickerungsrate ergeben.

Der Wasserschutzingenieur zeigt sich deshalb auch sehr zuversichtlich: „Wir haben die mobile Schutzwand schon auf mehreren Messen und Ausstellungen vorgestellt. Das Interesse daran war groß.“ An einer ausfahrbaren Hochwasserschutzwand haben sich zuvor auch schon die Hersteller von Dammbalken-Wänden versucht.

„In ein solches Vorhaben haben wir viel Entwicklungsarbeit und Zeit gesteckt“, sagt IBS-Experte Storr. „Aber eine solche Technik wird nicht vom Markt nachgefragt.“ Immerhin einen Fortschritt kann das Unternehmen dabei aber vermelden: In einem Projekt in Irland erprobt es nun eine Hochwasserschutzwand, bei der zumindest die Pfosten versenkbar sind.

via: http://www.welt.de/wissenschaft/umwelt/

Biosprit: 17-Jährige erfindet neuartigen Algenreaktor

Es klingt fast zu verrückt, um wahr zu sein: Die 17-jährige Sara Volz aus dem US-Bundesstaat Colorado hat in ihrem Zimmer einen Algenreaktor zur Herstellung von Biosprit entwickelt, mit dem sie jetzt den “Science Talent Search” Preis des US-amerikanischen Chipherstellers Intel gewonnen hat. Ihr Lohn: 100.000 Dollar.

Der Reaktor der Schülerin aus der Stadt Colorado Springs besitzt die Fähigkeit, aus den eingesetzten Algen diejenigen herauszufiltern, die am meisten Treibstoff produzieren. Das führt zum einen dazu, dass die Biospritproduktion durch Algen in Zukunft günstiger werden könnte. Das Spannendere an der Geschichte ist aber, dass Volz ihre Wundermaschine hauptsächlich in ihrem Zimmer entwickelt hat – mit einfachen Hilfsmitteln unter ihrem Hochbett.

Die Schülerin züchtete die Algen, die anschließend durch Auspressen oder Behandlung mit chemischen Flüssigkeiten Öl ausscheiden, in einer Flüssigkeit, die mit einem Pestizid versetzt war. Dieses Pestizid sorgt dafür, dass Algen mit einer geringen Konzentration eines bestimmten Enzyms, absterben. Das Enzym ist entscheidend für die spätere Produktion von Kraftstoff, da eine höhere Konzentration des Enzyms auch einen höheren Gehalt des Ausgangsstoffes, für beispielsweise Biosprit, mit sich bringt.

Kurz: Volz sorgt mit ihrer Entwicklung dafür, dass weniger produktive Algen gleich zu Beginn des Prozesses ausgeschieden werden. So bleibt mehr Platz für produktivere Algen und die Effizienz steigt. Auch wenn es bisher schon einige Unternehmen gibt, die an Biosprit aus Algen arbeiten, könnte die Schülerin mit ihrer Entwicklung einen wichtigen Schritt in Richtung dieser grünen, nachhaltigen Methode zur Kraftstoffgewinnung gegangen sein.
Volz’ Technik könnte Kosten sparen


Teenager mit Algenreaktor – Sara Volz vor ihrer Erfindung. (Quelle: Inhabitat.com)

Denn: Algen können grob in zwei Formen kultiviert werden. Zum einen in offenen Becken, also in Aquakulturen. Dieses Verfahren ist relativ günstig, jedoch sehr platzintensiv und die Wachstumsbedingungen, die für die Algenaufzucht wichtig sind, lassen sich schwer kontrollieren. Die zweite Methode ist die Kultivierung in einem Reaktor, wie auch Sara Volz einen nutzte. Hier können sämtliche Parameter wie CO2-Konzentration und Licht eingestellt werden und auch der Flächenverbrauch ist relativ gering.

Der Nachteil: Die Kultivierung im Reaktor ist teuer. Mit ihrer Methode könnte Volz dazu beigetragen, dass künftig nur ergiebige Algen in den Reaktoren kultiviert werden, sodass die Ausbeute an Kraftstoff steigt und die Kosten sinken würden.

Das Preiskommittee bei Intel zeigte sich von Volz’ Arbeit begeistert: „Sara’s Arbeit zeigt, wie eine junge Person, die von Wissenschaft begeistert ist, mit wenigen ausgeklügelten Hilfsmitteln einen echten Einfluss auf die Gesellschaft haben kann.“

Übrigens: Sara Volz selbst war von ihrer Erfindung so begeistert, dass sie ihren Tagesablauf komplett danach ausrichtete. Wenn die Algen Licht brauchten, arbeitete sie, wenn es dunkel sein musste, ging sie ins Bett.

via: http://green.wiwo.de/

Faszinierendes Riechorgan: Das Geheimnis der Rentiernase

Temperaturunterschiede von bis zu 80 Grad? Für Rentiere kein Problem. Sie sind Spezialisten für extreme Bedingungen, je nach Bedarf ist ihre Nase Heizung oder Kühlung. Nun wollen auch Ingenieure die Technik nutzen. Besuch in einem Forschungslabor jenseits des Polarkreises.

Ironisch ist die Sache schon. Da befasst man sich tagein, tagaus mit den wundersamen Leistungen der Nase – und muss sich mit einem Schnupfen herumplagen. Aber da lässt sich nun nichts machen. Und so klingt Lars Folkow einigermaßen nasal, wenn er über seine Arbeit berichtet.

Der hagere Biologe im grauen Strickpullover sitzt in seinem Büro am Rand der norwegischen Stadt Tromsø. Es ist früher Nachmittag. Und weil auf fast 70 Grad Nord die Tage Mitte Januar sehr kurz sind, verschwindet gerade das letzte Tageslicht vor den Fenstern. Folkows Untersuchungsobjekte haben wir zuvor im weitläufigen Außengehege des Instituts für Arktische Biologie besucht, unweit der Skisprungschanze der Stadt: Hinter einem vielleicht vier Meter hohen Maschendrahtzaun hatten acht Rentierdamen und ein Bulle interessiert ins schwindende Licht geblinzelt.

Die Szenerie war ausgesprochen winterlich, noch kurz zuvor hatte ein Schneesturm gewütet. Doch selbst die widrigsten Bedingungen der Polarregion können den Tieren nichts anhaben, deshalb sind die Paarhufer für die Forscher interessant. Temperaturunterschiede von bis zu 80 Grad machen den Rentieren nichts aus – auch weil sie eine ganz spezielle Nase haben.

„Sie verwandeln ihre Nase vom Heizer zum Kühler“

Rund um den Pol nutzen Menschen schon seit Tausenden von Jahren das Rentier. Zur Zeit des römischen Reichs zogen die Tiere vermutlich sogar in Norddeutschland ihre Bahnen. Doch auch für die Zukunft könnten Rentiere interessant sein: Womöglich können sie Ingenieuren bei der Konstruktion von neuen Wärme- und Abgassystemen helfen. Zusammen mit Kollegen der Universität Trondheim hat Folkow dazu vor wenigen Tagen ein Projekt gestartet. Es soll die Geheimnisse der Rentiernase entschlüsseln und für praktische Anwendungen nutzbar machen.

Mit Computermodellen wollen die Wissenschaftler den Luft- und Blutfluss in den Riechorganen simulieren. Die Daten dafür soll die Herde von Tromsø liefern. Klar ist bereits: Das Riechorgan der Rentiere funktioniert gleich doppelt als Wärmetauscher: Selbst bei beißender Kälte heizt es die Atemluft in kürzester Zeit auf die Körpertemperatur von 38 Grad auf. Beim Ausatmen wird die Luft dagegen auf bis zu fünf Grad heruntergekühlt – um die Wärme im Körper zu halten.

Bei der mühseligen Suche nach Futter unter dem Schnee ist diese Funktion äußerst praktisch. Doch was ist, wenn das Tier mit seinem dicken Fell mal einen Sprint einlegen muss? Zum Beispiel, weil sich ein hungriger Wolf nähert? Bei solch schweren körperlichen Belastungen müssen die Tiere in kurzer Zeit große Mengen Wärme loswerden. Und auch hier hilft die Nase – indem sie besonders effektiv Energie abgibt.

„Selbst bei Raumtemperatur überhitzt ein Rentier nicht“, sagt Folkow. Die Nase ist, so glauben er und seine Kollegen, gar an ein Thermostat zur Regelung der Gehirntemperatur angeschlossen. Erst wenn es gar nicht mehr anders geht, hecheln die Tiere auch mit offenem Mund, bis zu 300 Mal in der Minute. „Das ist ein ziemlich praktischer Trick, den die Tiere da beherrschen“, sagt Lars Folkow. „Sie verwandeln ihre Nase vom Heizer zum Kühler.“

Rentierschädel im Tomografen

Natürlich gibt es auch bei anderen Arten ähnliche Techniken der Wärmeregulierung, bei Schafen oder Hunden zum Beispiel. Und auch bei uns Menschen hilft die Nase beim Wärmen und Befeuchten der Atemluft. Doch wegen der extremen Lebensbedingungen muss die Rentiernase die Temperaturkontrolle im Vergleich zu anderen Arten eben besonders effizient bewältigen, sagt Folkow.

Welche Konstruktionsmerkmale machen das möglich? Da ist zum Beispiel die besonders hohe Dichte von Blutgefäßen. Kurz vor Weihnachten hatten die Forscher aus Tromsø zusammen mit Kollegen im „British Medical Journal“ darüber berichtet. Das Team musste seine Ergebnisse humorvoll verpacken, um sie an den Mann zu bekommen („Warum Rudolf das Rentier eine rote Nase hat“). Folkow scheint darüber nur eingeschränkt glücklich. Doch an der entscheidenden Botschaft des Artikels gibt es nichts zu deuteln. Sie lautete: Die Dichte der Blutgefäße in der Rentiernase liegt 25 Prozent höher als bei uns Menschen.

Und auch die Geometrie ist interessant, wie weitere Untersuchungen zeigten. Um das zu belegen, holt Folkow ein Bild auf den Schirm seines Computers. Es ist eine Computertomographie vom Schädel eines toten Rentiers. In ihrem neuen Projekt wollen die Forscher aber auch lebende Tiere auf diese Weise untersuchen. Die Aufnahme zeigt vergleichsweise große Strukturen in der Nase, die beinahe wie Rohrleitungen aussehen. Durch eine geschickte Führung des Luftstroms helfen sie dabei, die Oberfläche für den Wärmeaustausch extrem zu vergrößern.

Nach seinem letzten Fachartikel hätten ihn unter anderem Ingenieure aus Deutschland angerufen, die sich mit dem Design von Auspuffrohren befassen. Auch eine Medizintechnikfirma, die Ausrüstung für die endotracheale Beatmung von Krankenhauspatienten herstellt, habe sich gemeldet. Das Interesse an der Rentiernase ist also groß – mit gutem Grund: Auf einer Schleimhaut-Fläche von rund einem Quadratmeter wird die einströmende Luft gewärmt und befeuchtet, die ausströmende Luft dagegen getrocknet und gekühlt.

Menschen haben dafür gerade einmal ein Zehntel der Fläche zur Verfügung, verlieren beim Ausatmen viel Energie und haben bei großen Anstrengungen Probleme. Daher ist das Fazit des verschnupften Forschers auch nur folgerichtig: „Wir haben eine ziemlich primitive Nase.“

via: http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/

Kuschelhormon: Oxytocin beeinflusst Sozialverhalten von Affen

Je enger der Kontakt, desto intensiver die Fellpflege: Nicht nur menschliches Handeln wird durch Oxytocin beeinflusst. Eine Studie zeigt nun, dass das Hormon auch bei Menschenaffen eine Schlüsselrolle spielt. Es dient dazu, langfristig soziale Bindungen aufrecht zu erhalten.


Komm kuscheln: Bonobos im Kongo bei der Fellpflege

Seinen Ruf als Kuschelhormon verdankt Oxytocin zahlreichen Studien, die ihm eine vertrauensstiftende Wirkung zuschreiben konnten. Es wird etwa während der Geburt ausgeschüttet und beim Stillen, sodass die Mutter-Kind-Bindung gestärkt wird. Wie Forscher um Catherine Crockford und Roman Wittig vom Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Leipzig herausgefunden haben, spielt Oxytocin auch für das Sozialverhalten von Schimpansen eine wichtige Rolle.

Bei den Menschenaffen scheine Oxytocin eine Schlüsselrolle bei der Aufrechterhaltung langfristiger sozialer Bindungen zu spielen – unabhängig von genetischer Verwandtschaft oder sexuellen Interessen, schreiben die Wissenschaftler im Journal „Proceedings of the Royal Society B“ .
Die Forscher untersuchten 148 Urinproben von 33 Schimpansen aus dem Budongo-Wald in Uganda. Sie fingen den Urin nach verschiedenen Situationen auf: Zum einen 15 bis 60 Minuten nachdem sich die Affen der Fellpflege („Lausen“) gewidmet hatten. Zum anderen prüften sie auch Urin von Tieren, die sich nicht gelaust hatten. „Dies ist die erste Studie, in der der Oxytocin-Spiegel wildlebender Tiere gemessen wird, ohne dass man ihnen Blut abnehmen musste“, erläuterte Wittig.

Im Ergebnis zeigte sich, dass der Oxytocin-Spiegel nach der Fellpflege bei jenen Affen besonders hoch war, die intensive soziale Kontakte miteinander pflegen. Ob sie verwandt waren oder nicht, machte dabei keinen Unterschied, schreiben die Forscher. „Es liegt die Vermutung nahe, dass es nicht die soziale Fellpflege ist, die für erhöhte Oxytocin-Werte sorgt, sondern die Beziehung der Tiere“, sagte Wittig.

Auf der anderen Seite waren die Oxytocin-Werte niedriger bei Affen, die eine Fellpflege vornahmen mit Artgenossen, die ihnen nicht weiter nahe standen – oder bei solchen, die sich gar nicht gelaust hatten.

via: http://www.spiegel.de/wissenschaft/

Alge frisst Papier

Biologie. Deutsche Forscher haben eine Grünalge entdeckt, die Bestandteile anderer Pflanzen verspeisen kann. Sie verdaut Zellulose. Die einzelligen Winzlinge könnten die Gewinnung von Biotreibstoff erleichtern.

Eine einzellige Grünalge verblüfft Biologen: Sie ernährt sich auch von Bestandteilen anderer Pflanzen, wie Forscher der Universität Bielefeld herausgefunden haben. Leidet die Grünalge Chlamydomonas reinhardtii unter Kohlendioxidmangel, stellt sie zusätzlich zur Photosynthese auf Zellulose-Verdauung um.


Grünalge: Die Mikroorganismen können Zellulose verdauen

Eine Verdauung dieser organischen Substanzen kenne man bisher nur von tierischen Organismen oder Bakterien, berichten die Forscher im Magazin „Nature Communications“. Das sei der erste Beleg für einen Photosynthese treibenden Organismus, der Zellulose-Material nutzen und verdauen könne. „Hier frisst eine Pflanze gewissermaßen eine Pflanze“, sagt Studienleiter Olaf Kruse.

Zellulose ist eines der häufigsten Naturprodukte. Es wird von Pflanzen produziert, um ihre Zellen und ihr Gewebe zu stabilisieren. Nach gängiger Lehrmeinung kann Zellulose nur von Tieren, Bakterien und Pilzen verdaut werden. Diese Organismen nutzen spezielle Enzyme, um die großen Zellulose-Moleküle aufzubrechen und sie als Baumaterial für ihr eigenes Wachstum zu nutzen.

Pflanzen hingegen gewinnen ihre Energie aus dem Sonnenlicht, sie betreiben Photosynthese und benötigen dafür vor allem Wasser und Kohlendioxid. Dass es Algen gibt, die sowohl die pflanzentypische Photosynthese betreiben, als auch Zellulose verdauen, haben Kruse und seine Kollegen nun entdeckt. Hinweise, dass Chlamydomonas reinhardtii dieses Kunststück bewältigen kann, gab es schon. Die Grünalge verfügt nicht nur über Eigenschaften, die Pflanzen zugeschrieben werden, sondern auch über welche, die im Tierreich verortet sind. Sie verfügt über einige Gene des letzten gemeinsamen Vorfahren von Pflanzen und Tieren, die im Erbgut der Blütenpflanzen nicht mehr vorkommen, schreiben die Wissenschaftler.

Für ihre Studie hatten die Forscher die Grünalgen auf einem Nährmedium gehalten, das lösliche Zellulose enthielt. Im Versuchsbehälter befand sich dabei nur sehr wenig Kohlendioxid – der für die Photosynthese wichtige Luftbestandteil. Schon nach kurzer Zeit stellten die Wissenschaftler fest, dass die Mikroalgen trotz dieser Mangelsituation ungestört weiterwuchsen.

Neue Energie?

Auf dem normalerweise durch die Zellulose getrübten Nährmedium zeigten sich rund um die Algenkolonien klare Flächen – ein Indiz dafür, dass die Grünalgen die Zellulose abgebaut hatten. Diesen Abbau beobachteten die Forscher selbst dann, wenn sie den Algen statt der löslichen Zellulose festes Material in Form eines Filterpapiers zur Verfügung stellten.

„Chlamydomonas reinhardtii muss ein System besitzen, mit dem sie dieses organische Material in ihrer Umgebung verdauen kann“, schreiben Kruse und seine Kollegen. In näheren Untersuchungen wiesen sie bei der Grünalge tatsächlich Enzyme nach, die die Zellulose in kleinere Zucker aufspalten. Es zeigte sich, dass die einzelligen Algen diese Abbauprodukte der Zellulose aus ihrer Umgebung aufnahmen und in ihre Gewebe einbauten.

Nach Ansicht der Forscher hat die neu entdeckte Algen-Eigenschaft möglicherweise einen praktischen Nutzen. Denn die Grünalge könnte zukünftig die Herstellung von Biotreibstoffen erleichtern. Bisher werden Biodiesel, Methan oder andere biologisch basierte Energieträger gewonnen, indem man zellulosehaltiges Pflanzenmaterial zusammen mit abbauenden Enzymen erhitzt. Die Enzyme hierfür, die sogenannten Zellulasen, werden meist aus Pilzen gewonnen, die wiederum organisches Material benötigen, um zu wachsen.

„Unsere neuen Erkenntnisse eröffnen nun die Möglichkeit, diesen Schritt zu vereinfachen“, sagen die Forscher. Denn ließen sich die Zellulasen künftig aus Algen gewinnen, bräuchte man keine Pilze und kein organisches Material als Pilznahrung. Es reichen Sonnenlicht, Wasser und CO2, um die Algen zu vermehren. „Damit könnte man beispielsweise zellulosehaltiges Altpapier mit Hilfe von Sonnenlicht und Algen zu Rohstoffen für Bio-Energieträger umwandeln“, hoffen Kruse und seine Kollegen.

via: http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/

Verkehrslärm verändert Zirpen von Grashüpfern

Partnersuche. Nachtigall-Grashüpfer: Am lauten Straßenrand wird anders gezirpt als auf der stillen Wiese
Verkehrslärm macht auch Grashüpfern zu schaffen: Leben die Insekten in der Nähe viel befahrener Straßen, passen sie ihren Balzgesang an, um von Weibchen noch gehört zu werden. Biologen befürchten, dass das die Partnerwahl der Insekten beeinflusst.

Grashüpfer zirpen, um Weibchen auf sich aufmerksam zu machen. Doch was tun, wenn man in der Nähe einer Straße lebt, wo der Autolärm fast alles andere übertönt? Die Heuschrecken verändern dann ihr Liebeslied, berichten Forscher der Universität Bielefeld im Fachmagazin „Functional Ecology“.

Das Team um Ulrike Lampe sammelte 200 männliche Nachtigall-Grashüpfer (Chorthippus biguttulus) aus ruhigen Gegenden sowie aus dem Grasstreifen entlang stark befahrener Straßen ein. Im Labor ließen sie die Tiere in der Nähe eines Weibchens zum Minnesang antreten. Ergebnis: Die Hüpfer vom Straßenrand verschieben beim Zirpen die mittleren Töne in den hohen Bereich. Das sei sinnvoll, weil der Verkehrslärm die Signale im mittleren Frequenzbereich leicht überdecken könne, kommentierte Biologin Lampe. So verhindern die Insekten offenbar, dass die Weibchen sie wegen des Hintergrundlärms überhören.

Dass Vögel, Wale und Frösche ihre Gesänge in lauten Umgebungen verändern, ist schon seit einiger Zeit bekannt. Dies sei nun der erste Beleg für eine solche Anpassung bei einem Insekt. „Der von Menschen verursachte Lärm beeinträchtigt zunehmend die akustische Kommunikation von Tierarten in ihren natürlichen Lebensräumen“, schreiben die Forscher. Bei den Grashüpfern ist der Gesang ein wichtiger Teil des Paarungsverhaltens: Die Männchen erzeugen ihn, indem sie mit ihren Hinterbeinen über eine hervorstehende Ader ihres Flügels streichen, und locken so Weibchen an.

Passen die Grashüpfer ihren Gesang spontan an?

„Nachtigall-Grashüpfer erzeugen Gesänge, die aus tiefen und höheren Frequenzkomponenten bestehen“, erklärt Lampe. Typischerweise dauere eine Strophe zwei bis drei Sekunden und bestehe aus schneller werdenden Tick- und Zirpgeräuschen. Die Zusammensetzung der Strophen und die Art, wie sie vorgetragen werden, helfen den Weibchen dabei, einen passenden Partner zu finden.

Nach Ansicht der Forscher könnte zunehmender Verkehrslärm langfristig Folgen für das Paarungsverhalten der Grashüpfer haben – trotz der festgestellten Anpassungen. „Die Weibchen könnten bei zunehmendem Lärm die männlichen Balzgesänge nicht mehr richtig hören und so die Männchen ihrer eigenen Art nicht mehr erkennen“, sagt Lampe. Der veränderte Gesang könnte es den Weibchen zudem erschweren, am Zirpen einzuschätzen, ob ein Männchen attraktiv sei oder nicht.

Im nächsten Schritt wollen die Forscher klären, ob die Grashüpfer ihre Gesänge spontan an den Lärmpegel ihrer Umgebung anpassen. Möglich wäre auch, dass der Lärm im Laufe der Generationen bereits genetische Spuren hinterlassen hat. Das veränderte Gesangsverhalten wäre dann im Erbgut der Männchen aus lauten Habitaten verankert, ihre Gene müssten sich von denen der Männchen aus leiseren Standorten unterscheiden.

via: http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/

Delfine bleiben im Halbschlaf wachsam

Wenn Delfine schlafen, dann nur halb: Eine Gehirnhälfte der Meeressäuger ist stets wach. Das ist wichtig, damit die Tiere nicht im Schlaf ertrinken, berichten Biologen. Mindestens 15 Tage können sie im so genannten Halbseitenschlaf verbringen – extrem sei diese Wachsamkeit nicht.

Delfine können mindestens 15 Tage hintereinander ununterbrochen wachsam sein. Das fanden US-Forscher in Versuchen mit den Meeressäugern heraus. In der freien Natur könnten die Tiere auf diese Weise wahrscheinlich immer mit ihren Artgenossen zusammenbleiben und fortwährend mögliche Feinde in der Umgebung lokalisieren, berichteten die Experten im Magazin „PLoS ONE“.


Auf Abruf: Bei schlafenden Delfine ist eine Gehirnhälfte der Meeressäuger immer wach

Die Wissenschaftler hatten in Versuchen festgestellt, dass die Tiere über Tage kontinuierlich Echolot-Signale aussenden und Objekte aufspüren können. Vermutlich ist diese Fähigkeit der Tatsache zu verdanken, dass die Hirnhälften von Delfinen sich beim Schlafen abwechseln, die Tiere also quasi immer halbwach sind.

Delfine nutzen ähnlich wie Fledermäuse ein Echoortungssystem. Sie senden also Ultraschall-Signale aus, die von im Wasser befindlichen Objekten zurückgeworfen werden. Die Delfine fangen das Echo wieder auf und können sich so ein räumliches Bild ihrer Umgebung machen. Es hilft ihnen, sich in der dunklen Unterwasserwelt zu orientieren, Beutetiere aufzuspüren oder Feinden aus dem Weg zu gehen.

Zielsuche per Echolot

Ob dies auch über lange Zeiträume möglich ist, untersuchten die Wissenschaftler um Brian Branstetter von der National Marine Mammal Foundation in San Diego (US-Staat Kalifornien) nun mit Hilfe von zwei Großen Tümmlern (Tursiops truncatus). Es handelte sich dabei um ein 30 Jahre altes Weibchen und ein 26-jähriges Männchen.

Sie ließen jeweils eines der Tiere in einem Meerwasserbassin schwimmen, das mit einer speziellen Testanlage ausgestattet war. Die Delfine mussten darin per Echoortung bestimmte Ziele auffinden. Gelang ihnen das, wurden sie mit einem Fischhappen belohnt.

Beide Tiere erledigten diese Aufgabe fünf Tage lang. Sie zeigten dabei allenfalls leichte Ermüdungserscheinungen. Insgesamt war die Leistung mit einer Trefferquote von 75 bis 86 Prozent bei dem männlichen und von 97 bis 99 Prozent bei dem weiblichen Delfin aber sehr gut. Jedes Tier machte drei fünftägige Tests.

Vor allem das Weibchen habe die Versuche begeistert und hochmotiviert absolviert, berichten die Forscher. Es habe zum Teil sogar mit „Sieges-Quiekern“ auf richtige Treffer reagiert. Die Forscher entschlossen sich daraufhin, dass weibliche Tier in einem weiteren Versuch noch über einen längeren Zeitraum zu testen. Nach 15 Tagen mussten sie den Versuch allerdings wegen eines aufziehenden Sturms abbrechen. Bis dahin hatte das Weibchen kontinuierlich Klicklaute ausgestoßen und seine Aufgabe fast perfekt erfüllt.
Auch im Schlaf auftauchen

Die Forscher vermuten, dass die Delfine aufgrund ihres „Halbseitenschlafs“ so lange aufmerksam bleiben können. Dieser habe sich vermutlich entwickelt, damit die Meeressäuger auch im Schlaf an die Wasseroberfläche auftauchen und Luft holen können. Dass er auch die langfristige Wachsamkeit der Delfine sichere, sei mit ihren Experimenten nicht bewiesen. Dazu müssten Versuche vorgenommen werden, bei denen parallel zu den Tests Hirnströme gemessen werden.

Aus menschlicher Sicht erscheine die Fähigkeit zur tagelangen, ununterbrochenen Wachsamkeit extrem, schreiben die Forscher. Für die Delfine sei dies jedoch ziemlich normal und unspektakulär. Schließlich garantierte ihnen diese Eigenschaften das Überleben.

via: http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/

Wasser unter Namibias Wüste entdeckt – Reservoir für 400 Jahre

In der Wüste Namibias, in 200 Meter Tiefe, wird ein großes Süßwasserreservoir entdeckt. Für das afrikanische Land eröffnen sich neue Chancen. Namibia besteht zum großen Teil aus Wüste und Halbwüste. Wasser ist in dem Land im Südwesten Afrikas ein kostbares Gut, vor allem für die uralten Nomadenvölker. Aber die Versorgungsprobleme könnten bald der Vergangenheit angehören: Deutsche Hydrogeologen sind im Cuvelai-Etosha-Becken in trockenen Norden Namibias auf ein riesiges Grundwasservorkommen gestoßen, dass der ehemaligen deutschen Kolonie Trinkwasser für die nächsten vier Jahrhunderte sichern könnte.

Das fünf Milliarden Kubikmeter große Süßwasserreservoir an der Grenze zu Angola sei in einer Tiefe von mehr als 200 Metern entdeckt worden, sagte der Projektleiter der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR), Martin Quinger, bei einem Vortrag an der Wissenschaftlichen Gesellschaft Namibias. „Allein die gespeicherte Menge entspricht nach sehr vorsichtigen Berechnungen dem Verbrauch der dicht besiedelten nördlichen Region von mehr als 400 Jahren“, erklärte Quinger. Es seien jedoch weitere Untersuchungen notwendig, um die Neubildungsrate zu bestimmen.

Die Entdeckung wurde in Zusammenarbeit mit dem namibischen Ministerium für Landwirtschaft, Wasser und Forstwirtschaft gemacht. Ziel der Experten ist es, Zugang zu sauberem Trinkwasser für den Norden des Landes zu sichern, in dem rund 60 Prozent der zwei Millionen Einwohner leben.

Das schätzungsweise über 10 000 Jahre alte Grundwasservorkommen soll von bester Qualität sein und vermutlich aus höher gelegenen Teilen des benachbarten Angola stammen. Es liegt unter einer 100 Meter mächtigen Sperrschicht. „Diese Schicht muss durchbrochen werden, um das Grundwasser zu fördern“, erklärten die Experten. Das unter Druck stehende Wasser steige dann bis etwa 20 Meter unter der Oberfläche auf, was die Förderkosten sehr niedrig halte.

Laut Quinger ist diese Art von tief zirkulierenden Grundwassersystemen zudem resistent gegenüber Klimaereignissen, so dass selbst mehrere Trockenjahre in Folge keinen Einfluss auf die Versorgung aus dem unterirdischen Reservoir hätten.

Für die namibische Regierung bedeutet der Fund viel mehr als nur sauberes Trinkwasser für die Bevölkerung: Neben der weit verbreiteten Viehwirtschaft könnte in Zukunft auch in sehr viel größerem Maße Ackerbau betrieben werden – was wiederum das Ziel der Selbstversorgung voran treiben würde. Zudem könnte die Landflucht eingedämmt werden, die vor allem der Hauptstadt Windhuk Probleme und Schulden bereitet.

Auch dem Nomadenvolk der in der nordwestlichen Kunen-Region lebenden Himba eröffnet der Fund ganz neue Perspektiven. Die Wasserversorgung der Menschen und ihrer Rinderherden ist für das Volk seit jeher während der Trockenzeiten ein großes Problem. Zudem leiden die Himba derzeit unter einer schweren Dürre.

Sie hoffen, dass nun der umstrittene Bau eines Staudamms bei den Epupa-Wasserfällen ad acta gelegt wird. Das Projekt wird bereits seit den 1970er Jahren diskutiert. Der Damm würde die Weidegebiete des Volkes unter Wasser setzen und ihre Ahnengräber fluten und zerstören. Diese spielen in der Religion und bei rituellen Handlungen dieses einzigartigen Stammes aber eine zentrale Rolle, weshalb sich die Menschen seit Jahrzehnten gegen den Bau wehren.

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