Spektrum_der_Wissenschaft_2011_02.pdf

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ÖKOLOGIE
Wie das Klimagas
CO 2 das Leben im
Meer bedroht
FEBRUAR 2011
URGESCHICHTE
Rätselhafte Symbole in
Höhlenmalereien
ASTROPHYSIK
Neue Einsichten in die
Entstehung von Sternen
COMPUTER
Die Mikrochips
der Zukunft
Das
erleuchtete
Gehirn
Optogenetik –
eine neue Technik
revolutioniert die
Neurowissenschaft
www.spektrum.de
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Editorial
Carsten Könneker
Chefredakteur
koenneker@spektrum.com
AuToREN IN dIESEM HEFT
Hirnforschung mit Licht
W enn Wissenschaftler Superlative bemühen, um die eigene Forschung zu beschreiben,
Wie aus interstellaren Gaswol­
ken Sterne entstehen, ist seit
Langem in Lehrbüchern nachzu­
lesen. doch das herkömmliche
Modell hat Lücken, kritisiert der
Astrophysiker Erick T. Young ,
wissenschaftlicher direktor des
Stratospheric observatory for
Infrared Astronomy (SoFIA). Ab
S. 46 diskutiert er neue Ansätze,
sie zu schließen.
sollten Journalisten besonders kritisch hinschauen. Denn viel zu häuig entpuppten
sich vermeintliche Durchbrüche in der Vergangenheit als von handfesten Interessen getrie-
bener Verkündigungsslang in Richtung Forschungsförderung. Gerade Neurowissenschaftler
warteten zuletzt mit einer Reihe von »Revolutionen« auf – priesen etwa die 1995 entdeckten
Spiegelneurone als biologische Basis menschlicher Kommunikation oder stießen Debatten
an über Willensfreiheit und ein neues Menschenbild.
Und nun eine weitere Umwälzung, wie wir in der Unterzeile unserer Titelseite selbst
texten? In der Tat geht es um etwas Großes: eine neue Technik der biologischen Grundlagen-
forschung, deren Erfolge oder Misserfolge in der medizinischen Anwendung man einst nüch-
tern bilanzieren wird. Die Rede ist von der Optogenetik. Diese innovative Methode, über die
wir erstmals im Mai 2009 berichteten, ermöglicht es Wissenschaftlern, das Verhalten von
Zellen durch Licht zu steuern. Indem sie Gene für lichtempindliche Proteine gezielt in
Neurone einführen, können Forscher die Hirnfunktionen frei umherlaufender Tiere in nie da
gewesener Präzision untersuchen und beeinlussen. Diesen Durchbruch kürte die Fachzeit-
schrift »nature methods« im Dezember als wissenschaftliche Methode des Jahres 2010. Einer
der beiden Forscher, die 2006 den Begriff »Optogenetik« schufen, und bis heute einer ihrer
wichtigsten Vertreter ist der Psychiater Karl Deisseroth von der Stanford University. Ab S. 22
beschreibt der Mediziner, wie er aus Frust über die bis heute unzureichenden Behandlungs-
möglichkeiten psychiatrisch-neurologischer Erkrankungen zu einem Pionier der neurowis-
senschaftlichen Grundlagenforschung wurde – und welche therapeutischen Anwendungen
er für die Optogenetik ausmacht. So könnte die Methode neue Behandlungs ansätze für Mor-
bus Parkinson, Schizophrenie, Autismus, Narkolepsie und weitere Störungen liefern. Diese
medizinischen Umwälzungen stehen vorerst freilich noch aus.
Welche Rolle spielen Werte für
die Wissenschaft? Eine unver­
meidliche, ja sogar konstruktive,
argumentiert der Philosoph
Martin Carrier von der universität
Bielefeld in seinem Essay ab S. 66.
Eine gute Lektüre wünscht
Ihr
Nirgends gibt es so gewaltige
Bergstürze wie in den Hochgebir­
gen des Karakorum und des
Himalaja. der Geograf Kenneth
Hewitt von der Wilfried Laurier
university in ontario erforscht
die ursachen dieser dramati­
schen Abgänge – und ihre
mitunter positiven Auswirkun­
gen (ab S. 72).
neu am kiosk!
Soeben erschien unser Spezial 1/2011 »Rituale« mit Artikeln von Axel
Michaels, Wolf Singer, Volker Sommer und anderen.
Themen darin: Rituale – notwendig für unser Überleben oder überlüssiges
evolutionäres Erbe? · Rituale in der Wirtschaft · Neurobiologische Grund­
lagen · Heilung und Selbstindung durch Trance und Ekstase · Liebes­ und
Familienrituale · Religiöse Rituale im Internet
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SPEKTRUM DER WISSENSCHAFT · FEbRUAR 2011
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inhalt
60 Rätselhafte Höhlenmalereien
46 Sternentstehung
82 Versauerung der Meere
90 Zukunft der Mikrochips
biologie & medizin
Physik & astronomie
mensch & kultur
TITELTHEMA
22 Lichtschalter im Gehirn
Karl Deisseroth
Die Optogenetik ermöglicht Hirn­
forschern und Psychiatern, unser
Denkorgan in bisher ungeahnter
Detailgenauigkeit zu untersuchen
60Der prähistorische Kode
Kate Ravilious
In zahlreichen mehr als 30 000
Jahre alten Höhlenmalereien
entdeckten Forscher mysteriöse
Zeichen. Offenbar benutzten
unsere Vorfahren schon damals
Symbolsysteme, um Informationen
zu übermitteln
46 Die Geburt der Sterne
Erick T. Young
Sonnen entstehen, wenn inter­
stellare Wolken kollabieren. Doch
was löst diese Ereignisse aus?
r
r
r
schlichting!
54 Virtuelle Welten
unter dem Fußboden
H. Joachim Schlichting
Das Phänomen der spiegelnden
Relexion ist uns weniger vertraut,
als wir denken. Bisweilen konkur­
riert es sogar mit Schattenbildern
30Maulwurf-Alarm
à la Darwin
Kenneth Catania
Was lässt Regenwürmer mitunter
massenhaft an die Erdober läche
liehen? Erst jetzt fand ein Forscher
die Antwort auf diese alte Frage
essay
66Werte in der Wissenschaft
Martin Carrier
Wissenschaft soll objektiv sein, also
frei von subjektiven Werten. Doch
in Wirklichkeit bewegt sich alle
Forschung im Spannungsfeld vieler
unterschiedlicher Werte – was den
Erkenntnisprozess aber nicht
stören muss!
34Die vertagte Revolution
Stephen S. Hall
Noch hat sich das Versprechen des
Humangenomprojekts nicht
erfüllt: eine individualisierte
Medizin. Setzten die Forscher auf
die falsche Strategie?
physikalischeunterhaltungen
56 Bezaubernde Bildnisse
Norbert Treitz
Die klassische Strahlenoptik mit
ihren reellen und virtuellen Bildern
hält allerlei Überraschungseffekte
bereit
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SPEKTRUMDERWISSENSCHAFT·FEbRUAR2011
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sPektrogramm
8 Weshalb Diamant Diamant ritzt •
Einzigartige Fossilien – vom Winde
bewahrt • Saturnringe: Eis von
Exmonden • Tumoren produzieren
eigene Blutgefäße • Riesenstorch
überragte Floresmenschen •
Kleine Sehzentren lassen sich
leichter täuschen
bild des monats
11 FEDRIGESFARBENFEUERWERK
forschung aktuell
12Kollision zweier
Kleinplaneten
Astronomen entdecken Trümmer
eines Asteroiden­Crashs von An­
fang 2009
14Müde Hörschnecke
Blockierter Nachschub an Boten­
stoffen verursacht Schwerhörigkeit
16Blick durch die Wand
Übertragung eines Bilds durch ein
lichtstreuendes Material hindurch
19Radikale Therapie
von Schlaganfällen
Das Abschalten eines Enzyms ver­
hindert, dass Nervenzellen nach der
Durchblutungsstörung absterben
21Springers Einwürfe
Wie frei bleibt das Internet?
22
TITELTHEMA
Optogenetik:
Hirnforschung mit Licht
erde & umwelt
technik & comPuter
72 Nützliche Katastrophen
Kenneth Hewitt
Immer wieder rasen im Karakorum
und im Himalaja Millionen Tonnen
von Gestein zu Tal. Solche Berg­
stürze der Megaklasse verändern
die Landschaft – und haben die
Besiedlung der Hochtäler in vielen
Fällen erst möglich gemacht
90Die Zukunft der Mikrochips
Mark Fischetti
Zahlreiche neue Ideen nähern sich
der Realisierung – und werden
dringend gebraucht. Denn das alte
Erfolgsrezept »Miniaturisierung«
stößt an seine physikalischen
Grenzen
r
weitere rubriken
3 Editorial
6 Leserbriefe/Impressum
98 Rezensionen
Louann Brizendine:
Das männliche Gehirn
David Baker, Tod Ratcliff:
Extreme Orte
Len Fisher:
Schere, Stein, Papier
u. a.
104 Im Rückblick
Vom Ende der Damplok bis
zur Geburtsstunde des Geschirr­
spülautomaten
106 Vorschau
82 Ozeane in Gefahr
Marah J. Hardt und Carl Saina
Durch die Zunahme von Kohlen­
dioxid in der Atmosphäre wird das
Meer saurer. Das gefährdet Wachs­
tum und Vermehrung der unter­
schiedlichsten Organismen, vom
Plankton bis zu Kalmaren
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Titelmotiv: iStockphoto / Andrey Volodin [M]
die auf der titelseite angekündigten themen
sind mit r gekennzeichnet
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WWW.SPEKTRUM.DE
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