Kategorie: Wissenschaft

ein einfacher Computer – oder doch mehr?

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Erschien gestern auf der Seite von wissenschaft.de
Erstaunlich, wozu das Gehirn des Menschen fähig ist. Woher kommt wohl diese Fähigkeit?
Welcher Computer hat keinen Programierer nötig?

Warum unser Gehirn viel mehr ist als ein Computersystem

… Das Gehirn ist das Markenzeichen des Menschen und bestimmt die Persönlichkeit jedes Einzelnen. Doch wenn der Verstand auf sich selbst blickt, kommt er schnell ins Grübeln. Wenn Sie diese Zeilen lesen, ist das schon eine Leistung ihres Verstandes, die viele Fragen aufwirft. Lässt sich das Gehirn mit einem Computersystem vergleichen? Wie entsteht aus diesem Gewirr von Nervenimpulsen unser Bewusstsein?

„Parallelen zum Computer gibt es aber durchaus“, sagt Thomas Arendt, Leiter des Paul-Flechsig-Instituts für Hirnforschung in Leipzig. Auch das Gehirn arbeitet über kleine Stromimpulse, ähnlich wie bei den Schaltkreisen in einem Computerchip. Der entscheidenden Unterschied ist die Flexibilität: „Das Gehirn verändert quasi ständig seine Hardware“, erklärt Arendt. Ein Computer besitzt eine starre Hardware, deren Chips und Schaltkreise sich nicht verändern. Das Gehirn knüpft dagegen ständig neue Verbindungen zwischen Nervenzellen – es ist immer im Wandel und passt sich den Anforderungen an.

Die kleinste Einheit des Gehirns ist die Nervenzelle. In komplizierter Weise steht sie mit anderen Nervenzellen in Verbindung. So bilden sich Gruppen, Hierarchien und Abteilungen, die bestimmte Aufgaben übernehmen und ständig in Kontakt sind. „Das Gehirn ist wie ein riesiges Orchester, das in einer Art Konzert komplexe Melodien hervorbringt. Die Partitur für diese Musik ist aber bisher ein Geheimnis“, erklärt Arendt.

Wissenschaftler auf der ganzen Welt erforschen momentan die Struktur des Gehirns, indem sie die Hauptverbindungen zwischen den Hirnteilen kartieren und analysieren. Stück für Stück versuchen sie den Geheimnissen unseres Denkorgans dadurch näher zu kommen. „Zur Hirnforschung gehört ein gerüttelt Maß an Demut“, sagt Arendt. Dieses faszinierende Organ ist eben nicht nur eine Art Computer. Wie das Gehirn uns zu dem macht, was wir sind, bleibt sicher noch lange ein Geheimnis. Arendt beschreibt die Grenzen der Hirnforschung mit einem Vergleich: „Auch wenn man den Aufbau einer Uhr kennt, hat man noch lange nicht verstanden, was Zeit ist“.

…

dapd/wissenschaft.de – Martin Vieweg

Sind Fische stumm und taub?

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Haben Tiere Gefühle? Nicht erstaunt, aber doch interessant das, was heute bei wissenschaft.de zu lesen ist:

Raubfische überhört

Zu viel Kohlendioxid macht Fische taub

Fische in saurem Wasser hören ihre Feinde nicht mehr: Diesen seltsam anmutenden Zusammenhang hat jetzt ein internationales Forscherteam an jungen Clownfischen festgestellt. Hintergrund: Kohlendioxid in der Atmosphäre sorgt nicht nur für den Treibhauseffekt, sondern löst sich auch im Meerwasser und macht es dadurch sauer. Für ihre Studie zogen die Wissenschaftler Versuchstiere unter Wasserbedingungen auf, wie sie nach Berechnungen Mitte und Ende des Jahrhunderts in den Weltmeeren herrschen werden. Diese Fische zeigten den Ergebnissen zufolge keine Fluchtreaktionen auf Unterwassergeräusche, die von Raubfischen stammen. Frühere Studien haben bereits gezeigt, dass ein hoher Kohlendioxidgehalt den Geruchsinn von Fischen beeinträchtigt. Die neuen Ergebnisse der Forscher um Stephen Simpson von der University of Bristol lassen nun vermuten, dass niedrige PH-Werte die Entwicklung des Sinnessystems der Fische generell schädigt.

Wie wichtig der Hör-Sinn für Fische ist, erklärt Friedrich Ladich von der Universität Wien: „Sie sind weder taub noch stumm, wie viele glauben“, betont er. Tatsächlich wird unter Wasser gequietscht, gegrunzt und geknurrt. „Die Ohren der Fische sind den unseren sogar prinzipiell ähnlich“, sagt Ladich, „nur Ohrmuscheln haben sie eben keine.“ Im Prinzip müsse man sich die Lautkulisse unter Wasser ganz ähnlich vorstellen wie über Wasser, so Ladich. Auch Fische nutzen Laute, um ihr Revier zu verteidigen, Partner anzulocken oder eben Feinde zu erkennen.

Für ihre Untersuchungen hatten die Forscher einen Teil der Clownfisch-Babys zur Kontrolle unter heutigen Bedingungen aufgezogen. Bei den anderen Versuchsgruppen wurde dem Wasser dagegen soviel Kohlendioxid zugefügt, bis das errechnete Niveau für 2050 und 2100 erreicht war. „Für die Verhaltensuntersuchungen nutzten wir ein Unterwasser-Lautsprechersystem in den Labor-Aquarien“, erklärt Simpson. Damit beschallten die Wissenschaftler die Fische aller Versuchsgruppen mit den typischen Geräuschen eines von Raubfischen bevölkerten Korallenriffs.

„Unter heutigen Bedingungen aufgezogene Fische schwammen weg vom Raubfisch-Geräusch“, berichtet Simpson. „Doch Clownfische, die mit dem Kohlendioxidgehalt von 2050 und 2100 aufgewachsenen waren, zeigten diese Reaktion nicht“, so der Biologe.

Wie gut Fische in der Lage sind, sich an neue Umweltbedingungen anzupassen, sei nicht bekannt, sagt Simpson. Im Vordergrund der öffentlichen Diskussion stehen zwar die Effekte auf das Klima, doch die Studie zeige, dass „die steigenden Kohlendioxid-Werte auch auf die Lebensgemeinschaften im Meer verheerende Wirkungen haben können“.

Stephen Simpson von der University of Bristol et al.: „Biology Letters“, doi:10.1098/rsbl.2011.0293

wissenschaft.de – Martin Vieweg

Bienensterben beunruhigt UN

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Heute auf n-tv gelesen:

Ernährung der Menschheit bedroht

Die Vereinten Nationen haben wegen eines massenhaften Bienen-Sterbens Alarm geschlagen. In manchen Gegenden der stark industrialisierten nördlichen Erdhalbkugel seien in den vergangenen Jahren bis zu 85 Prozent der Bienenschwärme Krankheiten oder der Umweltverschmutzung zum Opfer gefallen, heißt es in einem Bericht, den das UN-Umweltprogramm UNEP in Genf vorstellte. Es gebe mehr als ein Dutzend Faktoren, die den nützlichen Insekten schadeten, darunter Luftverschmutzung und der Einsatz von Pestiziden.

Zudem gebe es Parasiten, die nur die Bienen der nördlichen Halbkugel befallen, heißt es in dem Bericht. Darüber hinaus wirke es sich negativ aus, dass es weniger Blumenwiesen und in Europa auch weniger Imker gebe, die sich um die Bienenvölker kümmern.

Die Art, wie die Menschen mit den Naturressourcen umgingen, „wird zum Teil unsere gemeinsame Zukunft im 21. Jahrhundert bestimmen“, erklärte UNEP-Chef Achim Steiner. Er gab zu bedenken, dass von den 100 Pflanzenarten, mit denen die Menschen zu 90 Prozent ihre Ernährung bestreiten, mehr als 70 Arten von Bienen bestäubt würden. Die Bestäubung ermöglicht die Fortpflanzung der Pflanzen.

Laut UNEP ging die Bienenpopulation in Europa in den vergangenen Jahren um zehn bis 30 Prozent zurück und in den USA um 30 Prozent. Im Nahen Osten betrug der Rückgang sogar 85 Prozent, erklärte Peter Neumann, Mitautor der ersten UN-Studie zur Bienenpopulation. In Südamerika, Afrika und Australien wurden hingegen keine großen Rückgänge festgestellt.

AFP

Wie passend dazu der neue Artikel Schwierige Zeiten: Ein Grund zur Hoffnung?

Schildkröten orientieren sich an einer inneren Magnetfeld-Karte

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Heute auf wissenschaft.de gelesen. Interessant, inwieweit die Technik der Natur hinter hinkt 😉

US-Forscher haben entdeckt, wie Meeresschildkröten auf ihren langen Wanderungen im Ozean auch ohne sichtbare Merkmale navigieren: Sie nutzen das Erdmagnetfeld, um ihre aktuelle Position sowohl in Nord-Süd- als auch in Ost-West-Richtung zu bestimmen. Vor allem letzteres ist eine Überraschung für die Wissenschaftler, denn es galt bisher als nahezu unmöglich, den Längengrad zuverlässig aus den Magnetfeldlinien abzulesen. Den Schildkröten scheint das jedoch zu gelingen, indem sie sowohl die Stärke des Magnetfeldes als auch die Neigung der Feldlinien zur Erdoberfläche auswerten, schreiben Nathan Putman.

Die Wissenschaftler untersuchten für ihre Studie frischgeschlüpfte Unechte Karettschildkröten. In freier Wildbahn machen diese Tiere sich direkt nach dem Schlüpfen auf eine sehr lange Wanderschaft: Sie schwimmen von ihrem Geburtsort an der Küste Floridas ostwärts zum Nordatlantik, wo sie in die kreisförmige Strömung rund um die Sargasso-See gelangen. Mit diesem Strom schwimmen sie mehrere Jahre, bevor sie wieder an ihren Geburtsort zurückkehren. Bereits früher hatten Wissenschaftler entdeckt, dass die Schildkröten für die Orientierung auf dieser Reise das Erdmagnetfeld nutzen und relativ gut bestimmen können, auf welchem Breitengrad sie sich befinden.

Um nun zu testen, ob sie zusätzlich auch ihre Position in Ost-West-Richtung, also den aktuellen Längengrad, zur Orientierung heranziehen, setzten die Forscher 57 junge Schildkröten in ein kreisförmiges Becken, an das sie ein künstliches Magnetfeld legten. Es war so entworfen, dass die Wissenschaftler manipulieren konnten, auf welchem Längengrad sich die Tiere scheinbar befanden, ohne dabei den Breitengrad zu verändern. Eine Gruppe der kleinen Schildkröten schwamm so in einem Magnetfeld, wie es auf der Westseite des Atlantiks in der Nähe von Puerto Rico herrscht, während die andere einem Feld ausgesetzt war, wie es am östlichen Atlantik in der Nähe der Kapverdischen Inseln zu finden ist. Die beiden Gruppen verhielten sich tatsächlich unterschiedlich, ergab die Auswertung: In dem simulierten Westatlantik-Feld schwammen die Schildkröten nach Nordosten, während sie sich im scheinbaren Ostatlantik Richtung Südwesten orientierten. Die Tiere wählten also jeweils genau die Route, die sie auch auf ihrer Wanderung einschlagen würden, wenn sie sich tatsächlich an der vorgetäuschten Position befänden, berichten die Forscher.

Um das zu schaffen, müssen die Schildkröten über eine interne magnetische Landkarte verfügen, auf der jeder Punkt mit zwei Koordinaten festgelegt ist – eine für die Nord-Süd-Richtung und eine für die Ost-West-Richtung, schließen die Wissenschaftler. Dazu werten die Tiere offenbar Eigenschaften des Erdmagnetfeldes aus, die sich sowohl entlang der Breitengrade wie auch entlang der Längengrade verändern. Kandidaten dafür sind zum einen die lokale Stärke des Feldes, die von den Polen in Richtung Äquator abnimmt, und die Neigung der Feldlinien gegen die Erdoberfläche: Sie treten an den Polen fast senkrecht aus der Erde und liegen am Äquator nahezu parallel zur Oberfläche.

Da die Kombination der Werte für Stärke und Neigung an jedem Punkt auf dem Weg der Schildkröten etwas unterschiedlich ist, könnte es diese individuelle magnetische Signatur sein, die den Tieren den Weg weist, spekulieren die Forscher. Wie genau die Schildkröten diese Signatur wahrnehmen und ob sie zusätzlich noch andere Orientierungshilfen benutzen, wissen sie allerdings noch nicht. Um den Lebensraum dieser Tiere zu schützen, sei es jedoch wichtig zu wissen, auf welche Sinne sie zurückgreifen, betonen die Forscher.

Nathan Putman (University of North Carolina, Chapel Hill) et al: Current Biology, Bd. 21, Nr. 6

dapd/wissenschaft.de – Anke Biester/Ilka Lehnen-Beyel

Glauben an Medikamente ??

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Heute auf wissenschaft.de gefunden:

Die Erwartungshaltung bestimmt, wie gut Arzneien wirken

Der Glaube an Erfolg oder Misserfolg einer Therapie beeinflusst deren Ausgang noch stärker als bislang angenommen: Er kann selbst die Wirkung starker Medikamente vollkommen zunichtemachen. Das haben deutsche Wissenschaftler in einer Studie herausgefunden, in der sie Freiwillige Schmerz aussetzten und anschließend die Wirkung eines Schmerzmittels unter verschiedenen Bedingungen testeten. Ergebnis: Wussten die Probanden, dass ihnen ein schmerzlinderndes Mittel verabreicht wurde, verstärkte sich die Wirkung des Medikaments. Waren die Probanden hingegen in dem Glauben, dass sie nach einer Infusion mehr Schmerzen als zuvor verspüren würden, fehlte nicht nur der Verstärkungseffekt, das Schmerzmittel verlor sogar gänzlich seine Wirkung. Dieser Effekt spiegelte sich auch in der Gehirnaktivität der Probanden wider. Die Forscher fordern jetzt, dass Patienten intensiver über ihre Erkrankung und die Therapie aufgeklärt werden sollten, um den therapeutischen Erfolg zu verbessern.

Das Team um Ulrike Bingel setzte 22 Freiwillige zwischen 21 und 40 Jahren mehrfach für einige Sekunden einem kontrollierten Hitzereiz aus. Dieser verursachte bei den einzelnen Probanden einen mittleren bis starken Schmerz. Dann bekamen die Teilnehmer per Infusion Remifentanil, ein sehr starkes opioidhaltiges Schmerzmittel. In einem ersten Versuch wussten sie nicht, dass ihnen ein schmerzlinderndes Medikament verabreicht wurde und rechneten demnach nicht mit einem Nachlassen des Schmerzes. Im zweiten Test teilten die Forscher den Probanden dann mit, dass sie ein Schmerzmittel bekamen. Und in einem dritten Experiment wurden sie in dem Glauben gelassen, kein Medikament zu erhalten, obwohl ihnen das schmerzlindernde Mittel verabreicht wurde. Einigen sagten die Wissenschaftler sogar, dass sich durch die Infusion die Schmerzen verstärken könnten.

Wussten die Probanden nichts von dem Schmerzmittel, tat dieses seine Arbeit – der Schmerz ging deutlich zurück. Noch stärker war dieser Effekt, wenn sie sich darüber im Klaren waren, dass ihnen ein Schmerzmittel eingeflößt wurde: Das Wissen um die Verabreichung reichte aus, um den schmerzlindernden Effekt zu verdoppeln – obwohl die Medikamentendosis die gleiche war. Ganz anders verhielt es sich dagegen, als die Forscher den Patienten sagten, sie bekämen kein Medikament mehr und der Schmerz könne womöglich zunehmen: Obwohl ihnen ohne ihr Wissen weiter das Analgetikum verabreicht wurde, stieg die Schmerzintensität wieder bis zum ursprünglichen Wert an. „Die negative Erwartung und die Angst vor dem Schmerz haben den Effekt des Medikaments vollständig zerstört“, erklärt Studienleiterin Bingel. „Der Schmerz war bei den Probanden genauso stark, als hätten sie überhaupt kein Medikament bekommen.“

Parallel dazu verfolgten die Forscher die Schmerzverarbeitung im Gehirn der Freiwilligen mit Hilfe von funktioneller Magnetresonanztomografie. „Dabei zeigten die Schaltstellen des schmerzverarbeitenden Systems, dass die persönliche Erwartung den Effekt des Medikaments beeinflusst“, sagt die Wissenschaftlerin. Glaubte der Proband an die Wirkung der Behandlung, wurde das körpereigene schmerzhemmende System aktiviert und verstärkte so die schmerzlindernde Wirkung des Medikaments. Die Forscherin rät daher, dass Patienten in Zukunft intensiver und gezielter über ihre Erkrankung und die Behandlung aufgeklärt werden sollten. „Damit sollen positive Erwartungen geweckt und negative vermieden werden“, erläutert Bingel.

Ulrike Bingel (Universitätsklinikum, Hamburg-Eppendorf) et al: Science Translational Medicine, doi: 10.1126/scitranslmed.3001244

dapd/wissenschaft.de – Peggy Freede

Dahlem

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Die Selbsthilfegruppe Berlin des deutschen Arthrose-Forums war heute in Dahlem:

wir wollen uns am Sonntag etwas bilden und besuchen daher gemeinsam das Ethnologische Museum in Dahlem, besser bekannt als das Völkerkundemuseum.

Wir treffen uns am Sonntag den 13. Februar um 14.30 am Völkerkundemuseum in Dahlem.
…
Es sind einige interessante Ausstellungen dort:

Mit 500 000 Objekten aus allen Erdteilen und großen Beständen an Tonaufnahmen, Fotodokumenten sowie Filmen gehört das Ethnologische Museum zu den größten und bedeutendsten seiner Art. Es sammelt, bewahrt und erforscht vor allem die materiellen Kulturzeugnisse vorindustrieller Gesellschaften, überwiegend aus den außereuropäischen Gebieten.

Das Museum umfasst folgende Sammlungen: Afrika, Amerikanische Archäologie, Amerikanische Ethnologie, Europa, Islamischer Orient, Ost- und Nordasien, Süd- und Südostasien, Südsee und Australien sowie Musikethnologie.

wir werden sicherlich wieder einen unterhaltsamen Nachmittag miteinander verbringen. Ehepartner, Freunde und Verwandte sind wie immer herzlich willkommen.

War ein interessanter Nachmittag 😉

Erster Augenschmauss ist ja das Gebäude der U-Bahn

Fossil zeigt: Schlangen stammen vermutlich von Landeidechsen ab

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Folgende Meldung gab es heute auf Wissenschaft.de

interessant?!?!?

Bein im Stein

Fossil zeigt: Schlangen stammen vermutlich von Landeidechsen ab

Bevor die Urahnen der Schlangen vor Jahrmillionen ihre Beine verloren, lebten sie vermutlich auf dem Land und nicht in den Ozeanen. Das schließt ein französisch-deutsches Forscherteam aus einem ungewöhnlichen Fund: Durch ein modernes Röntgenverfahren ist es den Paläontologen gelungen, ein im Stein verborgenes Hinterbein einer fossilen Schlange sichtbar zu machen. Dabei fanden sie heraus, dass das versteckte Glied den Beinen von modernen Landeidechsen sehr ähnelt. Die Wissenschaftler spekulieren daher, dass Schlangen ursprünglich von Eidechsen abstammen, die auf dem Land lebten und nicht, wie manche Wissenschaftler vermuteten, von Meerestieren. Sie hoffen, dass ihre Forschungsergebnisse nun dazu beitragen, die Meinungsverschiedenheiten über die stammesgeschichtliche Entwicklung der Schlangen zu klären.

Paläontologen sind sich einig, dass sich Schlangen im Laufe der Evolution aus echsenartigen Vorfahren entwickelt haben. Allerdings herrscht Uneinigkeit darüber, ob die gliederlosen Reptilien ursprünglich von landlebenden Eidechsen abstammen oder von solchen, die in den Ozeanen beheimatet waren. Das Problem: Die Beweislage ist recht dünn, denn es existieren weltweit lediglich drei fossile Schlangen mit erhaltenen Hinterbeinknochen – genau den Körperteilen also, die für die Herkunftsbestimmung der Schlangen unverzichtbar sind.

Eines der seltenen Fossilien wurde vor zehn Jahren in einem 95 Millionen Jahre alten Felsen im Libanon gefunden und gehört zur ausgestorbenen Gattung Eupodophis. Das Reptil ist etwa 50 Zentimeter lang und hat ein kleines, zwei Zentimeter langes Bein, das sich in der Nähe der Schwanzspitze befindet. Schon lange vermuteten die Wissenschaftler, dass sich ein zweites Bein im Stein verbirgt. Das konnten die Wissenschaftler um Alexandra Houssaye jetzt bestätigen: Durch sogenannte Synchroton-Laminografie gelang es ihnen, mit Hilfe von Röntgenstrahlen das versteckte Glied sichtbar machen und mikroskopische Feinheiten zum Vorschein bringen – ohne dabei das einzigartige Fossil zerstören zu müssen. Die Untersuchungen zeigten, dass das Bein am Knie gebeugt ist und vier Knöchel, aber weder Fuß- noch Zehenknochen hat.

Damit ähnelt das verborgene Reptilienglied den Beinen von modernen Landeidechsen. Daher, so spekulieren die Forscher, haben sich die gliederlosen Schlangen vermutlich aus auf dem Land lebenden Eidechsen entwickelt. „Die Enthüllung der Struktur des Eupodophis-Hinterbeines ermöglicht es uns nun, zu erforschen, wie die Schlangen im Laufe der Evolution ihre Beine verloren haben“, erklärt Studienleiterin Houssaye.

Alexandra Houssaye (Museum National d’Histoire Naturelle in Paris) et al: Journal of Vertebrate Paleontology, Bd.31, Nr.1

dapd/wissenschaft.de – Peggy Freede