Von der Tiefsee bis in den Orbit

27. Dezember 2011, 18:09
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Eine subjektive Auswahl der interessantesten und aufsehenerregendsten Entdeckungen, Erfindungen und Erkenntnisse, die österreichische Forscher veröffentlicht haben - in chronologischer Reihenfolge


Jänner

Positives Doping

Epo ist als das Dopingmittel im Radsport bekannt. Doch Erythropoetin (Epo) ist unschuldig: Es gehört in den Körper, bildet unser Blut, beeinflusst die Aufmerksamkeit und spielt bei einer Vielzahl körperlicher Vorgänge eine Rolle. Forscher um Günther Weiss von der Med-Uni Innsbruck fanden nun auch Epo-Bindungsstellen auf der Oberfläche von Immun- und Krebszellen und stellten fest: Es schützt vor Infektionen und lindert chronische Entzündungen, bei denen der Körper sich selbst bekämpft. So besteht die Hoffnung, dass Epo sich als neue Behandlungsmöglichkeit gegen Autoimmunerkrankungen sowie auch gegen Krebs erweist. Die in Immunity veröffentlichte Arbeit wurde unter die weltweit besten 1000 Arbeiten des Jahres gewählt.



Februar bis September

Bit für Bit zum Quantenrechner

Quantenphysiker wie Markus Aspelmeyer, Rainer Blatt oder Anton Zeilinger von den Unis in Wien und Innsbruck sorgen für Spitzenforschung am laufenden Band. Blatt etwa arbeitet am Quantencomputer. Quantenbits nehmen nicht nur die Werte 0 und 1 an, sondern können auch dazwischenliegende Zustände darstellen. Diese Überlagerung lässt sie außergewöhnlich schnell arbeiten. "Ein klassischer Computer durchsucht ein Telefonbuch nacheinander. Der Quantencomputer kann mit allen Einträgen parallel arbeiten", erklärt Blatt. Im Februar entwickelte sein Team Quantenantennen, die es ermöglichen, Informationen zwischen den Speicherzellen des Quantenrechners auszutauschen.

Im April folgte ein neuer Weltrekord: Erstmals konnten die Innsbrucker Forscher bis zu 14 Quantenbits kontrolliert mit einander verschränken. Im Mai zeigte das Team, wie sich durch Verschränkung wiederholbare Fehlerkontrollen in einen Quantencomputer einbauen lassen. Und erst im September berichtete Blatt, dass es seinem Team gelang, einen digitalen "Quantensimulator" zu bauen, mit dessen Hilfe jedes beliebige physikalische System simuliert werden kann.



Mai

Verschränkte Atome

Verschränkungen gehören zu den zu den erstaunlichsten Merkwürdigkeiten der Quantenphysik. Einstein nannte sie gar "spukhafte Fernwirkung". Doch tatsächlich können weit voneinander entfernte Quantenteilchen, die zusammengehören, gewisse Eigenschaften teilen - etwa Fotonenpaare, wie sie in speziellen Kristallen erzeugt werden. Durch sie kann man Daten mittels Quantenkryptografie abhörsicher übertragen. In Zukunft ist dies nicht nur mit Lichtteilchen möglich: Robert Brücker von der TU Wien und Kollegen von der Uni Graz haben in Nature Physics eine Methode vorgestellt, um sogenannte korrelierte Atompaare zu erzeugen. Man versetzt sie bei extrem tiefen Temperaturen auf ihren niedrigsten Energiezustand und führt ihnen gezielt jeweils ein Quantum Schwingungsenergie zu. Wenn die Atome wieder in den Zustand niedrigster Energie zurückkehren, verhalten sie sich wie die besagten Fotonenpaare. Das ermöglicht u. a. Messverfahren mit einer Präzision, die die klassische Physik bei weitem übersteigt.



Juni

Kampf gegen Auszehrung

Zu den schwerwiegendsten Komplikationen, die Krebskranken widerfahren können, gehört der massive Gewichtsverlust. Kachexie nennen Mediziner den massiven Abbau von Fettgewebe und Muskulatur. Etwa 20 bis 30 Prozent aller Patienten sterben nicht am Tumor, sondern an den Folgen der Auszehrung. Forschern um den Molekularbiologen Rudolf Zechner (Uni Graz) und den Pathologen Gerald Höfler (Med-Uni Graz) zeigten, dass die Abmagerung durch ein fettspaltendes Enzym ausgelöst wird: Wurde dieses in Mäusen ausgeschaltet, blieben die Nager bei bester Verfassung. Bei Krebspatienten hingegen arbeitet es im Akkord. Die in Science publizierte Entdeckung könnte den Weg für eine neue Behandlungsstrategie ebnen: Wenn es gelänge, die Lipase zu hemmen, ließe sich damit Abmagerung verhindern.



Juli

Maßband für den Klimawandel

Gottfried Kirchengast von der Uni Graz erforscht satellitengestützte Messsysteme, um damit den Klimawandel zu untersuchen. Er und seine Kollegen entwickelten nun eine Methode, die es erstmals möglich macht, Treibhausgaskonzentrationen in der Erdatmosphäre über längere Zeiträume hinweg sehr genau zu erfassen. Sie bedienen sich dabei Mikrowellen- und Infrarotlaser-Signalen, die zwischen Sender- und Empfänger-Satelliten in einer Höhe von einigen hundert bis zu 1500 Kilometern schwingen. Auf ihrem Weg verändern sich die Signale. Aus den Differenzen lesen die Wissenschafter die Konzentrationen von CO2, Methan, Lachgas, Ozon und Wasserdampf ab. Ganz nebenbei liefert das System auch Informationen über Temperatur, Druck, Feuchtigkeit und Wind. Erst im November testete die europäische Raumfahrtagentur Esa das Grazer Verfahren auf den Kanarischen Inseln. Mit Erfolg: Die ersten Live-Daten wurden aufgenommen.

Bildung beeinflusst Fertilität

Am 31. 10. 2011 erblickte der siebenmilliardste Erdenbürger das Licht der Welt. Diesem Ereignis widmete das Science bereits im Juli eine Spezialausgabe: Wolfgang Lutz, Leiter des Wittgenstein Center for Demography and Global Human Capital, sowie Samir K. C. vom Institute for Applied System Analysis (IIASA) kamen darin zu einem Ergebnis, das dem Laien einleuchtet, wissenschaftlich allerdings noch nicht bewiesen war: Die Bildung der Frauen hat den größten Einfluss auf die Geburtenrate, den wirtschaftlichen Erfolg und die Entwicklung eines Landes. So würden in Äthiopien Frauen ohne Schulbildung etwa sechs, Frauen, die wenigstens bis zum 15. Lebensjahr eine Schule besucht haben, nur zwei Kinder gebären. "Trotzdem gehen nur zwei bis drei Prozent der internationalen Entwicklungshilfe in die Grundschulbildung", sagt der Demograf. Und weiter: In den nächsten Jahrzehnten werde Österreich nicht konkurrenzfähig bleiben, wenn sich die Bildungsstruktur nicht verbessere.



September

Stoffwechsel in der Tiefsee

Die Tiefsee ist ein riesiger Kohlenstoffspeicher, der eine entscheidende Rolle für den Klimawandel spielt. Bisher nahm man an, dass dort das schädliche Kohlendioxid gebildet, aber nur geringfügig verarbeitet wird. Gerhard Herndl von der Uni Wien, Wittgenstein-Preisträger 2011, bewies nun das Gegenteil: Messungen im Atlantik ergaben, dass die CO2-Fixierung um ein Vielfaches höher ist als angenommen. Erstmals hat ein internationales Team um Herndl Bakterien entdeckt, die ohne Sauerstoffverbrauch das CO2 in Biomasse verwandeln. Ihre Lebensenergie gewinnen sie aus Schwefel. Wie Herndl in Science zeigte, leben sie auf Partikeln, die keinen Sauerstoff anbieten. Und die gibt es offenbar massenhaft in den Tiefen des Atlantiks, sodass CO2-Produktion und -Verbrauch nahezu ausgeglichen sind. Das eröffnet neue Perspektiven, da die Bakterien der Übersäuerung der Meere entgegenwirken könnten.



Oktober

Lichtblicke gegen Erblindung

Die altersbedingte Makuladegeneration (AMD) ist die häufigste Ursache für Erblindungen bei 50-Jährigen. Dabei sterben die Sehzellen im Zentrum der Netzhaut ab. Bis zur Arbeit von Christoph Binder vom Center for Molecular Medicine (CeMM) und seinen Kollegen von der Med-Uni Wien war die Ursache weitgehend unbekannt. Das Abbauprodukt Malondialdehyd (MDA), das bei Stress in der Netzhaut gehäuft gebildet wird, blockiert die Versorgung der Sehzellen. In einer Nature-Studie, an der die Universitäten von San Diego, Jena und die Johns Hopkins University mitwirkten, stellten die Forscher fest, dass ein Abwehrstoff im Blutplasma, der Komplementfaktor H, das Malondialdehyd abfängt und Entzündungen verhindert. Veränderungen im Gen des Faktors führen zu einem sieben- bis neunfach erhöhten Risiko, an AMD zu erkranken. Das beweist, dass die Körperabwehr auch vor schädlichen Prozessen innerhalb des Körpers schützt. Mithilfe eines Gentests können Ärzte bereits jetzt testen, ob Patienten gefährdet sind.



November

Frühe Zeugnisse des Menschen

Forscher der Arbeitsgruppe Virtuelle Anthropologie der Uni Wien schreiben die Geschichte des Menschen neu - wenigstens für eine Epoche. Sie fanden heraus, dass der Homo sapiens bereits einige tausend Jahre früher in Europa ankam, als man bisher dachte. Und das dank zweier Milchzähne und einer Hand voll Muscheln. Die Zähne wurden 1964 in einer Höhle in Süditalien ausgegraben und bisher den Neandertalern zu- geordnet. Stefano Benazzi und seine Kollegen verglichen mikro-computertomografische Aufnahmen der Zähne mit einer großen Stichprobe von modernen Menschen und Neandertalern. Die in Nature veröffentlichten Resultate zeigen eindeutig, dass die Funde vom Homo sapiens stammen. Zudem zeigten Muscheln aus derselben Schicht, dass die Funde ca. 43.000 bis 45.000 Jahre alt sind und damit dort die ältesten modernen Menschen in Europa lebten.



Dezember

Gen-Analyse im Eiltempo

Ulrich Elling vom Wiener Institut für Molekulare Biotechnologie (IMBA) hat den Wirkungsort einer Biowaffe gefunden. Das klingt spektakulär. Doch die Methode, der er sich bediente, dürfte in Fachkreisen viel mehr Aufsehen erregt haben. Elling schuf haploide embryonale Stammzellen (ES-Zelle), also solche, die nur über einen einfachen Chromosomensatz verfügen - solche Zellen stabil halten zu können galt bisher als unmöglich. Fast alle Zellen verfügen über einen doppelten Chromosomensatz. Lediglich die von Eizellen und Spermien haben einen einfachen Satz, da sie sich während der Befruchtung wieder vereinigen. Der Clou, publiziert in Cell Stem Cell: Nun lassen sich Gen-Funktionen in drei bis vier Wochen analysieren statt in bisher jahrelanger Arbeit. Zudem haben die haploiden ES-Zellen die Fähigkeit, sich in jede beliebige Körperzelle zu verwandeln. So können künftig gezielt Muskel-, Nerven- oder Herzzellen untersucht werden. (DER STANDARD, Printausgabe, 28.12.2011)

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