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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.

Die biomimetische künstliche Nase – wie weit sind wir? Teil 1: Künstliche Sensoren nach dem natürlichen Vorbild unserer fünf Sinne Sehen und Hören

Icon MINTWolfgang Knoll
Wenn wir uns unsere fünf Sinne (siehe die entsprechende allegorische Darstellung in Abbildung 1 von Hans Makart, dessen große Retrospektive vor kurzem im Wien-Museum und im Belvedere zu Ende gegangen ist) vergegenwärtigen und uns fragen, welche dieser Sinne eigentlich eine technische Umsetzung im Sinne der Entwicklung von künstlichen Sensoren in den letzten Jahrzehnten erfahren hat, so fällt uns sofort ein, dass wir mit physikalischen Transducern, basierend auf der sehr weit entwickelten Halbleitertechnik, heute was das Sehen angeht sogar das menschliche Auge übertreffen können: wir sind in der Lage, einzelne Photonen nachzuweisen und zu zählen. Vergleichbare Empfindlichkeiten bei der Detektion von Schall erreichen wir mit höchst-sensitiven Mikrophonen, deren technische Leistungsfähigkeit, z.B. beim Abhören von Gesprächen über weite Distanzen, uns sogar ein wenig erschaudern lässt.

Hans Makart: Die fuenf Sinne
Abbildung 1: Die fünf Sinne, Gemälde von Hans Makart aus den Jahren 1872–1879: Tastsinn, Hören, Sehen, Riechen, Schmecken

Schmecken und Tasten

Das Schmecken (der Geschmackssinn) im engeren physiologischen Sinne als gustatorische Wahrnehmung muss etwas differenzierter betrachtet werden: Der Geschmack ist der komplexe Sinneseindruck bei der Nahrungsaufnahme. Er entsteht durch das Zusammenspiel von Geschmackssinn, Geruchssinn und Tastsinn (der Lippen, der Zunge und der Mundhöhle). Etwa 80 Prozent des empfundenen Geschmacks sind in Wirklichkeit die Aromen einer Speise, die vom Geruchssinn wahrgenommen werden, nur rund 20 Prozent entstehen auf der Zunge. Die Haptik von Speisen, die den Sinneseindruck beim Ertasten von Nahrungsmitteln im Mund bestimmt, ist in der Nahrungsmittelindustrie längst ein ganz wichtiger Faktor bei Produktion und Vermarktung von Nahrungs- und Genussmitteln. (Und wer jemals Mayonnaise selbst gemacht und nicht aufgepasst hat, das Produkt aber dennoch gekostet hat, weiß, wovon hier die Rede ist…). Nicht nur bei der Haptik von Speisen, auch beim Beispiel vom Makart, wo es um das Ertasten eines Gegenstandes oder Körpers mit den Händen geht, haben wir technisch rein gar nichts vorzuweisen: wir schaffen es gerade mal in der Robotik ein Ei von künstlichen Greifarmen so aufheben zu lassen, dass die Eierschale nicht bricht - einen Tasteindruck durch entsprechend eingebaute Sensoren können wir bei diesem Vorgang nicht nachbauen.

Was ist und was bedeutet für uns die Nano-Biotechnologie? - Ein Diskurs von Karin Saage und Eva Sinner

Themenschwerpunkt: Synthetische Biologie


Eva SinnerKarin SaageDie „Technik“ als in der ursprünglichen Wortbedeutung Kunstfertigkeit, handwerkliches Geschick, ist etwas, das schon immer zum Menschen gehörte. Schon lange vor der sprichwörtlich gewordenen Erfindung des Rades hat sich der Mensch verschiedener Werkzeuge bedient, um seine Umwelt, aber auch sein eigenes Leben zu verändern. Natürlich immer im guten Glauben an eine Verbesserung.

Auch die Gegenwart ist schon so sehr von Technik geprägt, dass wir kaum im Stande wären, die Uhr zurückzudrehen. Selbst wenn derartige Phantasien im Moment Konjunktur haben – ein Leben wie vor hundert Jahren wäre ja schließlich kein Leben frei von Technik.

Das weite Land — Wie Gene und chemische Botenstoffe unser Verhalten mitbestimmen

Icon BiologieUnser Charakter wird entscheidend durch die chemische Zwiesprache zwischen den Nervenzellen unseres Gehirns geprägt. Dieses Gesprächsnetz ist so komplex, dass es jedem Menschen seine eigene Persönlichkeit schenkt.

Gottfried Schatz„Die Seele ist ein weites Land“ befand der Schriftsteller und Arzt Arthur Schnitzler, der in seinen Novellen und Dramen Sigmund Freuds Ideen mit aus der Taufe hob. Dieses weite Land der Seele ist jedoch schwer zu fassen, denn Religion, Dichtung, Psychologie und Medizin ordnen ihm jeweils andere Breitengrade zu. Ist es verwegen, dieses Land auch mit dem Kompass der modernen Naturwissenschaft zu erkunden? Darf ein Molekularbiologe auf Seelensuche gehen?

HOLZWEGE – Benzin aus dem Wald

Gerhard GlatzelIcon BiologieAm 26. November 2011 schreibt „Die Presse“ als Schlagzeile auf ihrer Titelseite: „Klimapolitik ist klinisch tot – Die Verhandlungen über ein globales Klimaschutzabkommen stecken in einer Sackgasse. Ein Ausweg ist auch bei der UN-Konferenz in Durban nicht in Sicht“. Eine Woche zuvor, am 19. Oktober 2011, hat der österreichische Nationalrat ein Klimaschutzgesetz [1] verabschiedet, das den einzelnen Wirtschaftssektoren ab 2012 verbindliche Einsparziele für Kohlendioxidemissionen vorschreibt. Österreich verpflichtet sich, seine Treibhausgasemissionen bis 2012 um 13 Prozent (gegenüber 1990) sowie bis 2020 um 16 Prozent (gegenüber 2005) zu senken.

Dieser irritierende Widerspruch veranlasst den emeritierten Waldökologen einmal mehr über Klimaschutzpolitik im Allgemeinen und über die Rolle von Wäldern als Energiequelle und Kohlenstoffspeicher im Speziellen zu reflektieren.

Klimaschutz: Faktum – Fiktion – Illusion

Faktum ist, dass sich unser Planet gegenwärtig in einer Phase markanter Klimaerwärmung befindet und diese mit dem Anstieg der Konzentration von Treibhausgasen in der Atmosphäre aus anthropogenen Quellen, insbesondere aus der Verbrennung fossiler Energieträger sowie aus industriellen und agrarischen Aktivitäten, gut korreliert. Diese Erkenntnis führte 1992 zur Verabschiedung der United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC), einem internationalen Umweltabkommen mit dem Ziel, eine gefährliche anthropogene Störung des Klimasystems zu verhindern und die globale Erwärmung zu verlangsamen sowie deren Folgen zu mildern. Am 11. Dezember 1997 wurde das Kyoto-Protokoll als Zusatzprotokoll zur Klimarahmenkonvention der Vereinten Nationen beschlossen. Das am 16. Februar 2005 in Kraft getretene und 2012 auslaufende Abkommen legte erstmals völkerrechtlich verbindliche Zielwerte für den Ausstoß von Treibhausgasen in den Industrieländern fest. Bis Anfang 2011 haben 191 Staaten sowie die Europäische Union das Kyoto-Protokoll ratifiziert, wobei die USA die bedeutendste Ausnahme bilden. Die Aussichten, beim gegenwärtigen 17. UN-Klimagipfel in Durban (Beginn am 28. November 2012) eine wirksame Nachfolgeregelung zum Kyoto-Protokoll zu finden und global verbindliche Vorschriften für die Reduktion des Ausstoßes von Treibhausgasen beschließen zu können, werden als gering eingestuft.

Leben am Mars, Neutrinos und ein schmaler Grat…

Icon Politik & GesellschaftFranz KerschbaumManche von uns erinnern sich noch an den August 1996, als von einem Tag auf den anderen alle Medien voll mit Sensationsmeldungen zum endlich nachgewiesenen Leben auf dem Mars waren. Am besten gefällt mir immer noch die wunderbare Headline von Täglich Alles am 8. August: „ Also doch: Marsmännchen. Ziemlich klein, 3 Milliarden Jahre alt — leider tot“. Der deutlich sachlichere Artikel in der Presse „Auf der Suche nach Geschwistern im All“ vom 9. August wurde ironisch mit Meister Yoda aus Star Wars illustriert. Die kritischeren Geister mahnten ein Déjà-vu der Anfang des 20. Jahrhunderts von Percival Lowell [1] verursachten Mars-Hysterie ein — doch es half nichts, Zeitungen, Magazine, TV- und Radioformate waren über Wochen voll mit immer spekulativeren Beiträgen zum vermeintlichen Leben am Mars.

Zu Wirkung und Nebenwirkungen von Medikamenten

Icon MedizinInge SchusterIn der zentralen, hochromantischen Szene des Freischütz werden in der Wolfsschlucht Zauberkugeln gegossen, die nie ihr angepeiltes Ziel verfehlen. Die Treffsicherheit derartiger Zauberkugeln hat Paul Ehrlich, der Vater der Chemotherapie, vor rund hundert Jahren als Vision auf die erwünschte Wirkungsweise von Medikamenten übertragen. Ausgehend von den Versprechungen der damals noch jungen Chemie formulierte er: „Wir müssen chemisch zielen lernen“ und meinte damit, daß Medikamente spezifisch an den jeweils relevanten Krankheitserreger und nur an diesen andocken dürften. Dies bedeutete in den von ihm konkret behandelten Projekten: „Das Abtöten von Parasiten ohne erhebliche Schädigung des Organismus“.

Gibt es Rezepte für die Bewältigung von Komplexität?

Icon Biologie
Die biologische Evolution schafft komplexe Gebilde und kann damit umgehen.

Peter Schuster
Unsere heutigen Gesellschaften sind mit überaus komplexen Problemen in Wirtschaft, Zusammenleben und Auseinandersetzung mit der Natur konfrontiert, deren Ursachen zum Teil der Natur inhärent, zum Teil vom Menschen verursacht sind. Zweifellos sahen sich aber auch frühere Generationen entsprechend ihrem damaligen Wissensstand nicht weniger komplexen Situationen ausgesetzt. Das stetig steigende Wissen der Menschheit liefert zwar immer mehr Einsichten in Zusammenhänge, welche früheren Gesellschaften verschlossen waren, die zu lösenden Probleme haben aber nicht zuletzt durch die rasante Zunahme der Weltbevölkerung in einem ebenso gewaltigen Ausmaß zugenommen.

Des Lebens Bruder — Wie Zellen mit ihrem Selbstmord dem Leben dienen

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Artikel

Icon BiologieGottfried Schatz

„Eure Kinder sind nicht eure Kinder. Sie sind die Söhne und Töchter der Sehnsucht des Lebens nach sich selbst“. Der 1931 verstorbene Dichter Khalil Gibran beschrieb mit diesen Worten nicht nur den Drang des Lebens nach steter Erneuerung, sondern auch unser einjähriges Enkelkind so eindringlich, als hätte er es selbst in den Armen gehalten. Wer könnte in einem kleinen Kind diese Sehnsucht des Lebens nicht verspüren? Die klaren Augen, die fein geformten Finger und die Versuche des erwachenden Gehirns, die Welt zu deuten, zeigen eindrücklich das Wunder neuen Lebens.

Max Klinger (1857-1920): Opus XI, »Vom Tode. Erster Teil«, Der Tod als Heiland. (1898)
Max Klinger (1857-1920): Opus XI, »Vom Tode. Erster Teil«, Der Tod als Heiland. (1898)

Analytische Chemie als Wegbereiter der modernen Biowissenschaften

Icon ChemieGünther BonnDie Analytische Chemie ist ein Teilgebiet der Chemie und beschäftigt sich mit der Identifizierung und Konzentrationsbestimmung von chemischen Verbindungen. Sie hat in den letzten Jahrzehnten zunehmend an Bedeutung gewonnen. Ein Rückblick zeigt, dass es im Laufe der Jahre immer wichtiger wurde, die Zusammensetzung von Stoffen in verschiedenen Bereichen wie z.B. der Lebensmittel- oder Pharmaindustrie aber auch in der Medizin, präziser und empfindlicher bestimmen zu können. Damit verbunden ist die ständige Entwicklung von neuen analytischen Methoden, die Einblick in die Zusammenhänge von Molekülen liefern. Die Bedeutung der Analytischen Chemie wird auch durch die steigende Anzahl an Publikationen verdeutlicht (Abbildung 1).

Die Wissenschaftler sind ja selbst schuld!

Icon Politik und GesellschaftFranz KerschbaumNormalerweise ärgere ich mich gar nicht mehr über Umfragen mit manchmal allzu durchsichtiger Motivation von Seiten der jeweiligen Auftraggeber. Wenn ich aber im Wirtschaftsblatt lese, dass 78% der österreichischen Bevölkerung wenig bis gar nicht an wissenschaftlichen Erkenntnissen interessiert sind und gleichzeitig 60% die Wissenschaftler selbst für die Misere verantwortlich machen, weil diese „nicht genug Anstrengungen unternehmen, um die Öffentlichkeit über ihre Forschung zu informieren“, dann kann ich nicht umhin nachzuschauen, wo diese Zahlen herkommen.

Quelle dieser Meldung ist das aktuelle Forschungstelegramm "Wissenschaft und Technik: Wie die Österreicher zu wissenschaftlicher Forschung stehen" des Instituts für Freizeit-und Tourismusforschung, das auf Basis von den Eurobarometerdaten 340/341 aus dem Jahr 2010 diesen Fragenkreis in einen Entwicklungs- bzw. europäischen Kontext stellt. Die im Wirtschaftsblatt zitierten Zahlen finden sich dort gut nachvollziehbar und scheinen (leider) plausibel. Viele andere Umfrageergebnisse aus dieser Studie wären ebenso ein Nachdenken wert und bestätigen die generell sehr wissenschaftsskeptische wenn nicht gar -feindliche Grundstimmung in Österreich besonders im Vergleich zu den EU-27.

Das Leben ein Traum — Warum wir nicht Sklaven unserer Gene sind

Icon BiologieUmwelt und Lebensweise hinterlassen Spuren in unseren Genen. Bei der Befruchtung einer Eizelle werden die meisten dieser Spuren gelöscht, doch einige bleiben bestehen. Eigenschaften, die wir während unseres Lebens erwerben, können deshalb erblich sein.

Gottfried SchatzIst unser Leben Schicksal? Mythen und antike Tragödien haben diese Frage meist bejaht, und Jahrtausende später schien ihnen die moderne Biologie recht zu geben. Je mehr wir über die Rolle der Gene bei der Entwicklung von Lebewesen lernten, desto zwingender schien der Schluss, dass Gene unseren Körper, unsere Begabungen und unser Verhalten bereits vor der Geburt festlegen und bis zu unserem Tode bestimmen. Erben wir also unser Schicksal?

Gekürzte Fassung der Inaugurationsrede des Rektors der Universität Wien, Heinz W. Engl am 3.Oktober 2011

Heinz EnglEin Rektor übernimmt die Universität von seinem Vorgänger und hat die Verpflichtung, dieses Erbe pfleglich zu behandeln, weiter zu entwickeln und an den Nachfolger oder die Nachfolgerin zu übergeben. Diese Aufgabe erfülle ich gemeinsam mit meinem Team: Prof. Susanne Weigelin-Schwiedrzik, Vizerektorin für Forschung und Nachwuchsförderung, Prof. Heinz Faßmann, Vizerektor für Personalentwicklung und Internationale Beziehungen Prof. Christa Schnabl, Vizerektorin für Studierende und Lehre, Dr. Karl Schwaha, Vizerektor für Infrastruktur.

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