Spektrum der Wissenschaft 2017-02.pdf

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Das Gehirn durchsichtig machen
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EDITORIAL
TIEFER BLICK
INS GEHIRN
Von Hartwig Hanser, Redaktionsleiter
hanser@spektrum.de
AUTOREN DIESER AUSGABE
Für mich als ehemaligen Neurobiologen wird es immer besonders span­
nend, wenn neue Methoden bisher unmögliche Einblicke in unser Denk­
organ erlauben. Ein wahrer Pionier auf diesem Gebiet ist Karl Deisseroth,
Professor für Biotechnologie und Psychiatrie an der kalifornischen Stanford
University. Bekannt wurde er vor einigen Jahren mit seiner Entwicklung der
Optogenetik (siehe
Spektrum
2/2011, S. 22), vom Fachblatt »Nature Methods«
2010 zur Methode des Jahres gekürt. Diese Technik erlaubt es, spezifische
Nervenzellen im lebenden Gehirn gezielt zu aktivieren oder auszuschalten und
darüber etwa Verhaltensweisen bei Labormäusen wie auf Knopfdruck auszu­
lösen. Das sorgte über die Neuroszene hinaus für Furore – und für eine Flut an
faszinierenden Forschungsergebnissen.
Andere Wissenschaftler hätten sich vielleicht für den Rest ihrer Laufbahn
auf das weitere Verfeinern und Optimieren optogenetischer Ansätze be­
schränkt. Aber Deisseroth ruhte sich nicht auf seinen Lorbeeren aus; stattdes­
sen setzte er eine weitere Idee in die Tat um: Nervengewebe so weit für Licht
durchgängig zu machen, dass man einzelne Neurone auch in tieferen Schich­
ten studieren kann.
Denn das Gehirn ist ein ausgesprochen undurchsichtiges Organ – im
doppelten Wortsinn. Zum einen rätseln Forscher immer noch über seine
genaue Funktionsweise, allen wissenschaftlichen Anstrengungen und inter­
nationalen Großprojekten zum Trotz. Es herrscht also dringender Bedarf an
innovativen Methoden, die einen frischen Zugang zu seiner Erforschung
bieten. Zum anderen ist das Gehirn auch tatsächlich undurchsichtig, also
opak. Das stellt für Hirnforscher eine nahezu unüberwindbare Hürde dar, die
Abläufe in der Tiefe des lebenden Gehirns zu verfolgen – bis jetzt. Wie es
Deisseroth gelang, dieses Problem zu lösen, berichtet er ab S. 34.
Auch im Artikel ab S. 60 geht es um neue Technologien, die für einen
Durchbruch sorgen sollen – hier allerdings auf dem Gebiet der Kernfusion.
Das Ziel lautet, durch kontrolliertes Verschmelzen von Atomkernen, wie dies
in Sternen geschieht, die Energiesorgen der Menschheit ein für allemal zu
beseitigen. Da aber die bisherigen Mammutprojekte wie ITER nur äußerst zäh
vorankommen, versuchen einige kommerzielle Unternehmen es jetzt mit
wesentlich weniger aufwändigen Ansätzen, die vielleicht schneller zum Ziel
führen werden. Die ersten Etappenerfolge klingen jedenfalls schon einmal
recht viel versprechend.
Eine spannende Lektüre wünscht Ihr
JUAN MALDACENA
Einflussreiche Arbeiten des
Stringtheoretikers prägen seit
1997 die Diskussionen über
mögliche Wege zu einer Theorie
der Quantengravitation. Ab
S. 12 erläutert er seinen neues­
ten Ansatz.
THOMAS FAESTERMANN
GUNTHER KORSCHINEK
Die beiden Kernphysiker unter­
suchen, inwiefern sich Explo­
sionen relativ naher Sterne in
der jüngeren Erdgeschichte
niedergeschlagen haben (S. 50).
JOSEF FISCHER
Mit trutzigen Festungen prägte
die mykenische Kultur das frühe
Griechenland, bis sie um
1200 v. Chr. binnen kurzer Zeit
unterging. Der Althistoriker
von der Universität Passau stellt
ab S. 78 verschiedene Erklä­
rungsmodelle vor und prüft ihre
Plausibilität.
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Spektrum
der Wissenschaft 2.17
3
INHALT
3 EDITORIAL
6 SPEKTROGRAMM
Dinofedern in Bernstein
Räuberische Riesenmantas
Zika-Virus attackiert
Gliazellen
Magnetfeld verzerrt
Quantenvakuum
Risikoreicher Wechsel am
Steuer
Verschmähtes Silizium
Extrem alte Muscheln als
Klimaarchive
12 WURMLÖCHER
VERSCHRÄNKTE SCHWARZE LÖCHER
Die Quantenmechanik ermöglicht seltsame Verknüpfungen zwischen
Teilchen, die Relativitätstheorie wiederum gestattet Abkürzungen zwischen
Regionen der Raumzeit. Sind beide Phänomene miteinander verwandt?
Von Juan Maldacena
20 GRAVITATIONSTHEORIE
MIT QUANTENBITS ZUR RAUMZEIT
Astrophysiker und Quantenforscher untersuchen gemeinsam, wie kos-
mische Phänomene mit subatomaren Gesetzen zusammenhängen. Sie
versprechen sich neue Einsichten in die Struktur von Raum und Zeit.
Von Clara Moskowitz
34 NEUROWISSENSCHAFT
DAS DURCHSICHTIGE GEHIRN
Ein neuer Ansatz, Hirngewebe zu präparieren, gewährt Wissenschaftlern
tiefe Blicke ins Zentralnervensystem.
Von Karl Deisseroth
24 FORSCHUNG AKTUELL
Gefahrensignale aus
sterbenden Zellen
Die Körperabwehr attackiert
nicht das Fremde, sondern
das Gefährliche
Schwefelionen statt
Dunkler Materie
Rätselhaftes kosmisches
Signal stammt von stark
geladenen Atomkernen
Die ersten Menschen
Nordamerikas
Neue Daten aus Umwelt-
DNA und Pollenanalysen in
der Diskussion
Vorteilhafte Vielfalt
Bakterien mit identischem
Erbgut profitieren von
Abweichlern
42 GERONTOLOGIE
DER METHUSALEM-EFFEKT
Serie: Die Zukunft der Menschheit (Teil 2) Mit Medikamenten versuchen
Forscher die molekularen Vorgänge zu imitieren, dank derer einzelne
Menschen vergleichsweise gesund und geistig frisch weit über 100 Jahre
alt werden.
Von Bill Gifford
50 ASTRONOMIE
SUPERNOVA-SPUREN VOR DER HAUSTÜR
Vor wenigen Millionen Jahren explodierten massereiche Sterne in unserer
kosmischen Nachbarschaft und schleuderten Material bis in unser
Sonnensystem. Forscher fanden es in langwierigen Analysen im Meeres-
grund und in Mondgestein.
Von Thomas Faestermann und Gunther Korschinek
60 ENERGIETECHNIK
KERNFUSION EINMAL ANDERS
Risikofreudige Physiker – und ein paar Milliardäre dahinter – erproben
schnellere und billigere Wege, um eine potenziell unerschöpfliche, saubere
Energiequelle nutzbar zu machen.
Von W. Wayt Gibbs
33 SPRINGERS EINWÜRFE
Überraschungen
aus der Handy-Forschung
Wer vom Mobiltelefon
wirklich profitiert
70 MATHEMATISCHE UNTERHALTUNGEN
DAS BEUNRUHIGENDE PARADOXON VON SIMPSON
Manche statistischen Daten führen zu widersprüchlichen Schlüssen
je nachdem, wie man sie in Gruppen einteilt. Und leider ist es unmöglich
zu sagen, welches Vorgehen das richtige ist.
Von Jean-Paul Delahaye
41 FREISTETTERS FORMELWELT
Der goldene Schnitt
… ist die irrationalste Zahl
von allen
78 KULTURKOLLAPS
ENDE MIT SCHRECKEN
Die mächtigen Paläste des mykenischen Griechenlands gingen in Flammen
auf, Dörfer wurden verwüstet, ganze Landstriche verödeten. Obwohl die
Palastbeamten noch bis zum Schluss ihre Arbeit in Linear-B-Texten proto-
kollierten, sind die Gründe des abrupten Untergangs ein Rätsel.
Von Josef Fischer
58 SCHLICHTING!
Anhänglicher Schnee
Flüssiges Wasser klebt
Eiskristalle aneinander
4
Spektrum
der Wissenschaft
2.17
MALCOLM GODWIN, MOONRUNNER DESIGN
86 REZENSIONEN
Judith Magee:
Meister-
werke der Naturgeschichte
Daniel Scholten:
Denksport Deutsch
Klaus Mainzer:
Information
Heinz Scheible:
Melanchthon
Anton Grabner-Haider,
Manfred Wuketits:
Religion als Zeitbombe?
Bernd Bühler, Andreas
Hafer:
Von Pythagoras zur
Quantenphysik
u. a.
93 IMPRESSUM
12
TITELTHEMA
QUANTENVERSCHRÄNKTE
SCHWARZE LÖCHER
DEISSEROTH LAB, STANFORD UNIVERSITY, SOWIE VIVIANA GRADINARU, KWANGHUN CHUNG UND CHARU RAMAKRISHNAN
GETTY IMAGES / AFP / SHULA KOPERSHTOUK
94 ZEITREISE
Von der Malaria-
zur Glatteis-Prophylaxe
95 LESERBRIEFE
96 FUTUR III
Welt der Erwachsenen
Nanosonden markieren das
Ende der Jugendzeit
98 VORSCHAU
34
NEUROWISSENSCHAFT
DURCHSICHTIGES
GEHIRN
42
GERONTOLOGIE
DER METHUSALEM-EFFEKT
ISTOCK / TUNART
Titelbild: Malcolm Godwin,
Moonrunner Design
DON FOLEY
60
ENERGIETECHNIK
KERNFUSION EINMAL ANDERS
78
KULTURKOLLAPS
ENDE MIT SCHRECKEN
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2.17
5

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