Naturwissenschaften – Grundlagen und Anwendungen – allgemein verständlich und aus erster Hand. (Mehr dazu hier)

Wissenschaft: Fortschritt aus Tradition

Icon Politik & GesellschaftZur Rolle der österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) als größter außeruniversitärer Forschungsträger unseres Landes und als Plattform für wissenschaftsbasierte Gesellschaftsberatung und Wissenschaftserziehung. Rede des Präsidenten der ÖAW, Helmut Denk, anläßlich der Feierlichen Sitzung am 9. Mai 2012 (leicht gekürzt).

Helmut Denk Die Akademie blickt auf ein schwieriges Jahr zurück, geprägt von Bestandsaufnahme, Strategiediskussion und Kontroversen, von Reform, Sparmaßnahmen und Neuorientierung, aber auch von beachtlichen wissenschaftlichen Erfolgen unserer Forschungseinrichtungen. (Auf letztere sind die Klassenpräsidenten eingegangen.)

Hauptsitz der ÖAWAbbildung 1: Hauptsitz der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (erbaut 1755; ehem. Universitätsgebäude; 1010 Wien, Dr. Ignaz Seipel-Platz 2)

Reform und Entwicklung

Auf Basis des im April 2011 beschlossenen Entwicklungsplanes für die Jahre 2012 bis 2014 wurde im November die Leistungsvereinbarung mit dem Bundesministerium für Wissenschaft und Forschung unterzeichnet, in der die Akademie ihre für diese Periode geplanten Leistungen darlegt und im Gegenzug dreijährige Finanzierungs- und Planungssicherheit erhält.

Zentrale Wissenschaftsfelder

Die Leistungsvereinbarung konkretisiert die im Zentrum stehenden Wissenschaftsfelder; nämlich:

  • Europäische Identitäten sowie Wahrung und Interpretation des kulturellen Erbes
  • Demographischer Wandel, Migration und Integration von Menschen in heterogenen Gesellschaften

Vitamin D — Allheilmittel oder Hype?

Icon Medizin

Inge Schuster„Stellen Sie sich eine Behandlung vor, welche Knochen aufbauen, das Immunsystem stärken und das Risiko für Krankheiten wie Diabetes, Herz-und Nieren Erkrankungen, Hypertonie und Krebs senken kann“.... Welches Potential hat Vitamin D für die Stärkung der Gesundheit? (Tara Parker-Pope, New York Times, Feb. 1. 2010)

„Das ist gut gegen Rachitis“ hieß es in meiner Kindheit, wenn zwangsweise ein Löffel mit Lebertran in meinen Mund geschoben wurde und diesen mit widerwärtigem, tranigem Geschmack füllte. Rachitis, eine Krankheit, die sich bei Kindern durch Knochendeformationen manifestiert und unbehandelt zu lebenslangen Verkrüppelungen führt, ebenso wie das entsprechende Krankheitsbild im Erwachsenenalter, die Osteomalazie (Knochenerweichung), waren in der Zeit nach dem zweiten Weltkrieg noch häufig anzutreffen und dementsprechend gefürchtet.

Wissenschaft: Notwendigkeit oder Luxus?

Icon Politik & GesellschaftUniversitäten sind dazu da, das Wissen der Zeit zu erhalten, durch Forschung weiter zu entwickeln und es in der forschungsgeleiteten Lehre der Bildung und Ausbildung anzubieten. Wissenschaft, oft unkritisch mit Luxus assoziiert, muß sich Forderungen nach Nachhaltigkeit stellen, der Bringschuld, den Transfer von Wissen und wissenschaftlicher Methodik in die Gesellschaft zu gewährleisten, aber auch einer ausufernden Wissenschaftsorganisation Einhalt gebieten.

Peter SkalickyWissenschaft ist lebensnotwendiger (immaterieller) Luxus (immateriell: lt. Lexikon etwas stofflich nicht Existentes). Immateriell können Liebe, Gesundheit, Freizeit, aber vor allem auch „materiell absichtsloser Erkenntnisgewinn“ sein. Für viele Menschen sind diese immateriellen Faktoren sogar der wahre Luxus. Sie sind in der Regel nicht zu kaufen, gehören aber zu den höchsten Gütern der Menschen.

Die Wissenschaft, nahezu ausschließlich an Universitäten und wissenschaftlichen Instituten betrieben, zählt zu diesen Luxus-Gütern. Derartige Einrichtungen gehören, wenn man von der Kirche absieht, zu den ältesten, stabilen Institutionen, bestehen seit nahezu tausend Jahren nach den ersten Gründungen in Bologna, Paris und Oxford. und sind älter als die Nationalstaaten.
Das Modell wissenschaftlicher Institutionen hat sich im Laufe der Zeit natürlich verändert,

Die Faszination der Biologie

Icon Biologie

Eva-Kathrin Sinner ist o.Prof. für Nanobiotechnologie an der Universität für Bodenkultur in Wien. Die renommierte Biowissenschafterin erzählt über ihren Werdegang und von Möglichkeiten, das allgemeine Interesse an Naturwissenschaften zu stimulieren.

Eva SinnerEva-Kathrin Sinner im Gespräch mit dem ScienceBlog.

SB: Biologie wird als Leitwissenschaft des ausgehenden 20. Jahrhunderts bezeichnet. Was bedeutet Biologie für Sie, Frau Professor Sinner?

Logo von Eva-Kathrin SinnerLogo v. Eva Sinner & ihrer Tochter (symbolisiert die Wissenschaftlerin mit ihrer Tochter)

Die lange Sicht — Wie Unwissen unsere Energiezukunft bedroht

Icon MINTElektrizität ist für unsere Technologie die vielseitigste Energieform. Um sie nachhaltig in ausreichender Menge bereitzustellen, braucht es den Mut zur langfristigen Forschung.

Gottfried SchatzIm Jahre 1850 zeigte der englische Physiker Michael Faraday dem Schatzkanzler seines Landes, wie die Bewegung eines Magneten durch eine Drahtspule elektrischen Strom erzeugt. Auf die skeptische Frage des Staatsmannes, wozu dies gut sei, antwortete Faraday: «Eines Tages, Sir, werden Sie es besteuern können . » Obwohl Faraday die zukünftige Bedeutung dieser neuartigen Energieform voraussah, ahnte er wohl nicht, dass ihre Produktion einmal hitzige politische Debatten auslösen und die Gesellschaft vieler Staaten in unversöhnliche Lager spalten sollte.

Drohende Unordnung

Wie universell ist das Darwinsche Prinzip?

Icon BiologieDas Darwinsche Prinzip der natürlichen Selektion kann als nahezu universell geltend angesehen werden, es ist wirksam in präzellulären Systemen und ebenso auf der Ebene der Einzeller und der Vielzeller. Die Selektion kann jedoch durch funktionelle Kopplung andernfalls konkurrierender Partner – konkretisiert am Modell des Hyperzyklus – aufgehoben werden.

Peter SchusterCharles Darwin hat sein Prinzip der natürlichen Selektion, bestehend aus dem Zusammenspiel von Reproduktion mit Vererbung und Variation, und begrenzten Ressourcen, von Beobachtungen hergeleitet, welche er einerseits in Großbritannien und andrerseits als Naturforscher auf den Erkundungsfahrten an Bord der HMS Beagle machte. Alle seine Schlußfolgerungen hat er dabei ausschließlich aus Untersuchungen an höheren Organismen, Tieren und Pflanzen gewonnen (1). Dennoch läßt sich sein Prinzip ebenso gut auf einzellige Organismen anwenden: auf Protisten, Eubakterien und Archebakterien. Es gilt auch für die Evolution von Viren und Viroiden bis hin zur „Züchtung“ von Makromolekülen im Reagenzglas Für das Darwinsche Prinzip gibt es keine einfach erkennbare Grenze der Anwendbarkeit, sogar konkurrierende Computerprogramme und andere nicht der Biologie zuzuordnende Objekte folgen den Gesetzen der „natürlichen“ Selektion.

Die Welt steht auf kein’ Fall mehr lang…

Franz KerschbaumIcon Politik & GesellschaftEchte - leider - ebenso wie frei erfundene Ereignisse und Katastrophen beschäftigen seit jeher den Menschen. Das ist auch gut so, zeugt es doch vom prinzipiell vorhandenen Interesse an der Natur der Dinge und dem Verständnis des eigenen Platz in der Welt. Doch was unterscheidet wahre Sachverhalte von sensationsgieriger Auflagentreiberei?

So singt Knieriem in Nestroys „Lumpazivagabundus“ und trifft damit punktgenau die zeitlose Grundeinstellung vieler Menschen. Unglücke, Katastrophen – angekündigte und wirklich stattgefundene – finden große mediale Verbreitung. Eine besondere Kategorie dieser „beliebten“ Katastrophen bilden die regelmäßig wiederkehrend angekündigten Weltuntergänge mit per Definition geradezu kosmischer Bedeutung. Hier kommt nun endlich meine Profession als Astronom ist Spiel. Kaum steht in Zeitungen etwas über erhöhte Sonnenaktivität, einen schönen Kometen am Abendhimmel, Mond in Erdnähe oder gar einen Kleinplaneten auf (vermeintlichem) Erdkurs, glühen bei uns an der Universitätssternwarte die Telefone und neuerdings auch die elektronischen Postfächer…

Der Sonn’ ihr G’schundheit ist jetzt a schon weg,
Durch’n Tubus sieht man’s klar, sie hat die Fleck’; …

Die grosse Frage — Die Suche nach ausserirdischem Leben

Icon BiologieLeben wurde bisher nur auf unserer Erde gefunden. Die Entdeckung ferner Planetensysteme sowie neue Erkenntnisse über unser eigenes Sonnensystem nähren jedoch die Vermutung, dass auch andere Himmelskörper Leben tragen.

Ist Gerechtigkeit eine Kategorie in der Forschungspolitik?

Icon Politik & GesellschaftVor rund zwei Wochen wurde eine langfristige Finanzierung für das Institute of Science and Technology (IST) Austria in Milliarden € Höhe vereinbart. Dies hat einen Sturm der Entrüstung bei anderen, im internationalen Vergleich als exzellent eingestuften Institutionen hervorgerufen, deren Budget reduziert wurde. Christoph Kratky, Präsident des Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF), d.i. der zentralen Einrichtung zur Förderung der Grundlagenforschung Österreichs, nimmt dazu Stellung und schreibt über:„Wie sieht eine gerechte Verteilung von Fördermitteln aus? Kann und/oder muss ein Forschungssystem überhaupt „gerecht“ sein?

KratkyWir erleben zurzeit eine heftige Debatte um die Finanzierungszusage für das IST Austria. 1,4 Milliarden Euro für 10 Jahre, und dies zu einer Zeit, in der die Unis darben (trotz fast einer Milliarde Euro mehr für die kommende 3-Jahres-Periode der Leistungsvereinbarungen – aber das System ist bekanntlich unterfinanziert) und in der die Österreichische Akademie der Wissenschaften (ÖAW) mit einem stagnierenden Budget auskommen muss, mit dem nicht einmal die laufenden Kosten aller ihrer Institute abgedeckt sind. Der Chef der Universitärenkonferenz „freut sich für das IST Austria über die Finanzierungszusage, findet aber auch, dass jede Forschungseinrichtung prinzipiell die gleichen finanziellen Möglichkeiten bekommen sollte.“ Die Österreichische Akademie der Wissenschaften (ÖAW) „sieht darin eine völlig ungerechtfertigte Bevorzugung des IST Austria … offensichtlich wird hier mit zweierlei Maß gemessen“ und “wir protestieren nicht aus Neid oder Eifersucht, wir wehren uns gegen die eklatante Ungleichbehandlung und Diskriminierung der Akademie wie jeder anderen Forschungseinrichtung in Österreich, die Spitzenforschung betreibt.“ Man fordert Gleichbehandlung, was für die ÖAW 25 Millionen Euro mehr pro Jahr vom Staat bedeutet.

Zur Krise der Pharmazeutischen Industrie

Icon MedizinDie Pharmazeutische Industrie ist zunehmend mit Problemen konfrontiert, für deren Lösung sie (noch) keine adäquaten Strategien entwickelt hat; vor allem ist es der Umstand, daß trotz enorm steigender Aufwendungen die Produktivität - d.h. die jährlich registrierte Zahl an neuen Medikamenten - sinkt.

Wo steht die Pharmazeutische Industrie?

Inge SchusterDie Pharmazeutische Industrie (kurz: Pharma) zählt zu den weltweit größten, innovativsten und erfolgreichsten Branchen. Im letzten Jahrzehnt konnte sie ihren globalen Umsatz mehr als verdoppeln – von 423 Mrd $ im Jahr 2002 auf 856 Mrd $ im Jahr 2010 – und weiteres Wachstum auf 1,1 Billionen $ wird bis 2014 erwartet. Im Jahr 2010 wurden rund 42 % des Umsatzes in Nord-Amerika erzielt, etwa 29 % in Europa.

Zum Ursprung des Lebens — Konzepte und Diskussionen

Peter SchusterDiskussionen über den Ursprung des Lebens – präziser ausgedrückt über den des terrestrischen Lebens – ebenso wie über jenen des Universums, werden in allen unseren Gesellschaften mit großem Interesse verfolgt. Für das letztere Problem existiert ein Standard-Modell, die Urknalltheorie (Big-Bang-Theorie), die sich von einer Extrapolation der Elementarteilchen-Physik auf den Beginn des Universums herleitet.

Nichts Vergleichbares gibt es hingegen, wenn man nach der Entstehung des Lebens fragt. Es konkurrieren zwar viele unterschiedliche Ideen, jedoch bietet keine von ihnen eine ausreichend plausible Erklärung dafür, wie die ersten lebenden Organismen entstanden sein könnten. Es ist ja nicht einmal klar, was unter dem Begriff „Leben“ zu verstehen ist, und mögliche Definitionen sind heftig umstritten.

Wo ist die Grenzlinie zwischen Unbelebtem und Belebtem zu ziehen?

Eine Liste von Kriterien zur Unterscheidung was noch nicht und was schon Leben bedeutet, könnte beispielsweise enthalten

Die biomimetische künstliche Nase – wie weit sind wir? Teil 3: Konstruktion einer biomimetischen Nase

Icon MINTIm Teil 2 „Aufbau und Funktion physiologischer Geruchssensoren“ (Science-Blog, 26. Jänner 2012) wurde ein Bild der biologischen Vorgänge bei der Geruchsempfindung beschrieben, vor allem die molekularen Prozesse der Erkennung und Bindung der Geruchsstoffe und Pheromone, sowie die nachgeschalteten enzymatischen Verstärkungskaskaden. Auf dieser Basis definiert sich der Raum, in dem die Ansätze für eine biomimetische Geruchs- (und Geschmacks-) Sensorik angesiedelt werden müssen.

Wolfgang Knoll

Komponenten einer biomimetischen Nase

Zentrales Element ist offensichtlich eine Membran nach dem Vorbild der natürlichen Lipid Doppelschicht (lipid bilayer) der Zellmembran. Diese Membran muß

i) für technische Anwendungen robust sein,

ii) durch eine Reihe unterschiedlicher funktioneller Komponenten, also mittels Einbau von Membranproteinen für die verschiedenen Schritte im Reaktionsablauf bei der Geruchserkennung (olfaktorische Sensorik) fit gemacht werden und

iii) es letztendlich erlauben, bei Bindung eines Duftstoffes ein entsprechend ausgelöstes, elektrisches Signal zu detektieren.

Auch wenn im Moment kein Labor der Welt in der Lage ist, auch nur annähernd die Komplexität der Riechzellen- Membran, sei es auch nur in der vereinfachten, in Teil 2 (Abb. 4) diskutierten Version, nachzubauen, so sind bereits einzelne Schritte der Reaktionskaskade realisiert worden. Auf Basis dieser im Folgenden beschriebenen Ergebnisse erscheint es durchaus vorstellbar, dass wir das Ziel einer künstlichen biomimetischen Nase erreichen können.

Sprachwerdung — Wie Wissenschafter der Geburt menschlicher Sprache nachspüren

Icon Poltik & Gesellschaft

Gottfried SchatzNichts adelt uns Menschen mehr als die Fähigkeit zur Sprache. Sie fehlt selbst unserem nächsten biologischen Verwandten, dem Schimpansen, dessen Laute stereotyp und angeboren sind. Manche Singvögel lernen zwar ihren Gesang von den Eltern und können ihn sogar individuell gestalten, doch nichts spricht dafür, dass sie mit ihm komplexe oder gar abstrakte Gedanken vermitteln. Auf unserem Weg zur Menschwerdung war das Werden von Sprache der bisher letzte und grossartigste Höhepunkt.

Ein Dorf und eine Schule

Die biomimetische künstliche Nase – wie weit sind wir? Teil 2. Aufbau und Funktion physiologischer Geruchssensoren

Icon MINT(Fortsetzung von Teil 1: Künstliche Sensoren nach dem natürlichen Vorbild unserer fünf Sinne, erschienen am 12.Jänner)

Wolfgang Knoll
Einige heute bekannte Details über den Aufbau der Geruchssensoren, und zwar sowohl für Wirbeltiere als auch für Wirbellose, also z.B. den Insekten, sind stark vereinfacht in Abbildung 3 gegeben.

Bei den Wirbeltieren, also auch bei der Ratte, dem Hund und beim Menschen befinden sich die meisten Nervenzellen im Riech-Epithel (Riechschleimhaut) im Dach der Nasenhaupthöhle. Hier sitzen Millionen von Riechzellen. Die Signale werden von dort über den Riechnerv direkt an das Gehirn weitergeleitet. Die Riechzellen (Olfactory Sensory Neurons) reichen mit ihren Riechhaaren (Ciliae) bis in die Nasenschleimhaut (Mucosa), die mit ihrem Sekret (Mucus) die Zellen und ihre Membranen vor dem Austrocknen schützen müssen, da diese im direkten Kontakt mit der eingeatmeten Luft mit den mitgeführten zu detektierenden Duftstoffen und Pheromonen steht.

Aufbau von Geruchssensoren
Abbildung 3: Zum Aufbau der Geruchssensoren von Wirbeltieren (Mensch, rechte Bilder) und Wirbellosen (Insekten, linker Cartoon) mit dem zentralen Element einer durch Geruchs- Rezeptoren funktionalisierten Membran im Zentrum (im Kreis).

Bei Wirbellosen wird der Riechnerv in den Sensillen der Antennen durch die sogenannte Cuticula (selbsttragende „Körperdecke“) mechanisch geschützt und vor dem Austrocknen bewahrt. Die durch die vorbei streichende Luft antransportierten Duftstoffe können durch Poren in der Cuticula den Riechnerv erreichen, welcher von der Lymphe umgeben ist und bei Bindung eines Duftstoffes oder eines (Art-) spezifischen Pheromons ein bestimmtes elektrisches Signal, die Spikes, generiert.

Wie erreichen Duftstoffe ihre Geruchssensoren?

Da die über Geruchssensoren ablaufenden molekularen Prozesse die Basis für jede Überlegung zum Konzept und Bau einer künstlichen biomimetischen Nase darstellen, sollen sie im Folgenden noch etwas genauer, wenn auch nach wie vor sehr schematisch dargestellt werden. Dazu betrachten wir die Abbildung 4:

Signal to noise — Betrachtungen zur Klimawandeldiskussion

Reinhard BöhmIcon GeowissenschaftenDer gleichnamige Roman von John Griesemer hatte die Schwierigkeiten der Signalübermittlung über den Atlantik zum Thema, als im 19. Jahrhundert das erste Unterseekabel verlegt worden war. Die an der Ostküste Amerika abgegebenen Morsesignale konnten bei Ihrer Ankunft an der Westküste Irlands kaum noch vom störenden Rauschen unterschieden werden. Im analogen Zeitalter der Phonotechnik waren hohe „signal to noise ratios“ ein Qualitätsmerkmal einer HiFi Anlage. Heute ersparen uns die digitalen Speichermedien, die immer ein „Entweder oder“ bzw. ein „0 oder 1“ zur Grundlage haben, die Schwierigkeiten, aus einem Grundrauschen ein Signal herauszuhören oder zu sehen.

Vielleicht trägt unterbewusst diese Fixierung auf klar Unterscheidbares dazu bei, dass auch in der Diskussion über den Klimawandel – sei es in der Öffentlichkeit, den Medien aber auch in der Wissenschaft selbst, meist ebenfalls die klaren und einfachen Aussagen dominieren. Dies obwohl uns einerseits die Gesetze der Statistik nahelegen, einen Trend, oder anders ausgedrückt ein „Klimasignal“, immer zunächst auf seine Signifikanz gegenüber dem „weißen Rauschen“ der Zufälligkeit zu prüfen. Auf einer anderen Ebene, jener der Modellergebnisse über die Klimazukunft, ist das auch der Fall, obwohl gerade sie Aussagen sehr unterschiedlicher Härtegrade liefern.

Letzteres ein Gräuel offenbar speziell für Physiker, die es gewohnt sind, in ihren Experimenten zunächst ganz klare „Laborverhältnisse“ zu schaffen um auf ihre Fragestellungen auch ganz klar definierte Antworten zu bekommen. Nicht zuletzt deshalb gibt es unter denen, die der Diskussion über den Klimawandel skeptisch gegenüberstehen, nicht wenige auch renommierte Physiker, die offenbar die Klimatologie für eine weiche Wissenschaft halten.

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