Auf dem Sprung zum Higgs

Physiker am CERN beschleunigten im Large Electron Positron Collider (LEP) erstmals Elektronen und Positronen bis auf Energien von hundert Gigaelektronenvolt und stellten damit einen neuen Rekord auf. Sie hoffen, auch in Zukunft die Erfolgsgeschichte des LEP fortschreiben zu können, die 1996 mit der Entdeckung des Z- und der W-Teilchen – den Vermittlern der schwachen Wechselwirkung – bei Energien zwischen 80,5 und 86 Gigaelektronenvolt begonnen hat. Jetzt endlich werden die Energiebereiche zugänglich, in denen das sogenannte Higgs-Boson vermutet wird. Mit diesem hypothetischen Teilchen könnte sich die Masse der Elementarteilchen erklären lassen. Nach gängigen Theorien sind Quarks und Leptonen bei sehr hohen Energien masselos. Bei niedrigeren Energien verleihen ihnen bestimmte Wechselwirkungen mit dem Higgs-Boson ihre charakteristischen Massen, die mit dem Standardmodell der Elementarteilchen nicht erklärt werden können.

Reis als Vitamin-A-Spender

Reispflanzen stellen zwar in ihren grünen Teilen Beta-Carotin her, doch das eigentliche Reiskorn enthält kein solches Provitamin A, das im Körper zu dem Vitamin umgewandelt wird. Die Weltgesundheitsorganisation schätzt, daß weltweit bis zu 250 Millionen Kinder an Vitamin-A-Unterversorgung leiden – ihnen droht Erblindung, und sie sind anfälliger für Masern und Darmkrankheiten. Einem Team von europäischen Wissenschaftlern ist es nun gelungen, Reis gentechnisch so zu verändern, daß er auch im Nährgewebe (Endosperm) innerhalb des Korns Beta-Carotin produziert. Für die erforderlichen Syntheseschritte mußten gleich mehrere Gene eingefügt werden. Die Forscher wählten zwei aus der Narzisse und eines aus einem Bakterium, das gleich zwei Syntheseschritte auf einmal ausführen kann. Vorgeschaltet wurden den einzelnen Genen endosperm-spezifische Steuerungseinheiten. Diese sorgen dafür, daß die neue Synthese-Maschinerie für Beta-Carotin nur im Reiskorn angeworfen wird. Mit Hilfe des nun gelben Reis, hoffen die Forscher, die Kindersterblichkeit in den Entwicklungsländern deutlich senken zu können.

Rechenkunst der Bienen

Bienen sind gute Baumeister. Ihre sechseckigen Waben realisieren das optimale Verhältnis von Inhalt zu Wandfläche. Am mathematischen Beweis dafür knobelten Wisenschaftler allerdings schon seit Jahrhunderten. Thomas Hales von der University of Michigan hat jetzt eine Lösung entdeckt und auf einem Arbeitstreffen im Juli 1999 in Budapest vorgestellt. Die Idee für den Beweis kam Hales, als er sich näher mit Schaum beschäftigte. Die Flüssigkeit zwischen Schaumblasen neigt dazu, eine möglichst geringe Oberfläche einzunehmen, und strebt daher nach einem gleichartigen Optimum wie die Bienen beim Bau ihrer Waben, die eigentlich nichts als trockener Schaum mit festen Wänden sind. Aber zu beweisen, daß im zweidimensionalen Fall die Zellenwände nicht krumm sind, erfordert eine umfangreiche Argumentation. Für Interessierte ist die Beweisführung auch im Internet unter http://xxx.lanl.gov/abs/math.MG/9906042 abzurufen.

Pflanzen im Fieber

Werden Pflanzen von einem Virus befallen, scheinen sie in einem Punkt ähnlich zu reagieren wie der Mensch: Sie bekommen Fieber. Wissenschaftler der Universität Gent infizierten Tabakblätter mit dem Tabakmosaikvirus und überwachten die befallenen Stellen mit einer hochauflösenden Infrarot-Kamera. Bereits sieben bis acht Stunden bevor das Gewebe an den infizierten Stellen sichtbar abzusterben begann, stieg die Temperatur dort um 0,3 bis 0,4 Grad an. Auch während des fortschreitenden Zelltodes war das „Fieber“ als warmer Hof um die nekrotischen Wunden herum zu beobachten. Als Grund stellten die Wissenschaftler fest, daß sich in der pränekrotischen Phase die Konzentration an Salicylsäure in den Blättern erhöhte. Dieses Abwehrmolekül reichert sich in befallenen Pflanzen an und sorgt dafür, daß sich die Spaltöffnungen an der Blattunterseite schließen. Dadurch kann weniger Wasser verdunsten, und die Temperatur an den infizierten Stellen steigt an. (Nature Biotechnology, Bd. 17, S. 813)

Gleiche Kraft für alle

Die Schwerkraft wirkt in atomaren wie in makroskopischen Dimensionen gleich. Das bestätigen Experimente unter Leitung des Physiknobelpreisträgers Steven Chu von der Stanford-Universität. Chu und seine Kollegen verglichen die Meßresultate eines herkömmlichen Gravimeters neuester Bauart, das auf optischer Interferenz beruht, mit denen eines Atominterferometers. Darin bewegen sich Cäsium-Atome bei Temperaturen von wenigen millionstel Grad über dem absoluten Nullpunkt (–273 Grad Celsius) wie ein Wasserstrahl in einem Springbrunnen. Eine komplexe Abfolge von Laserpulsen versetzt die Atome in eine Überlagerung zweier räumlich getrennter Zustände mit unterschiedlichem Impuls. Diese driften auseinander und werden, nachdem sie zwei unterschiedliche Pfade zurückgelegt haben, wieder vereinigt. Aus dem Phasenunterschied der beiden Zuständen konnten die Physiker den Wert der Gravitationskonstante g mit äußerster Präzision bestimmen. Dieser Wert stimmt mit dem aus den Gravimetermessungen an einem makroskopischen Glasobjekt bis auf sieben Milliardstel überein. (Nature, Bd. 400, S. 849)

Kleinkarierte Bilder mit Überraschungseffekt

Die Art, wie wir Formen wahrnehmen, ist offenbar von deren Größe abhängig. Das fand Denis Pelli von der Universität New York mit Hilfe der Mosaik-Porträts des amerikanischen Künstlers Chuck Close heraus. Aus der Nähe betrachtet, bestehen diese Bilder lediglich aus einem Mosaik schwarz-weißer und bunter Kästchen. Entfernt sich der Betrachter von der Leinwand, ist dagegen ab einem bestimmten Punkt ein räumlich wirkendes Gesicht zu erkennen. Dieser abrupte Wechsel liegt aber nicht daran, daß die Kästchen ineinander verschwimmen – wie man es etwa mit einem Blick durch eine falsche Brille erreichen kann. Personen mit normaler Sehschärfe erkennen die Gesichter nämlich auch aus Entfernungen, bei denen die Kästchen noch deutlich zu sehen sind. Für 33 Porträts von 2 bis 200 Zentimeter Größe, deren Raster in Kästchengröße und -anzahl variiert, mußten Versuchspersonen exakt die jeweiligen Entfernungen angeben, ab denen sie das Gesicht deutlich sahen. Überraschenderweise betrug an diesem Punkt der Sehwinkel für die Kästchen stets etwa 0,3 Grad, die Entfernungen unterschieden sich somit je nach Kästchengröße – dies allerdings in einem Bereich, in dem ihr „Verschmelzen“ keine Rolle spielt. Pelli geht deshalb davon aus, daß dieser Effekt nicht rein physikalisch-optisch ist, sondern in unserem Wahrnehmungsapparat begründet liegen muß. (Science, Bd. 285, S. 84)

Unverhoffte Karnickelvermehrung

Robert J. Timmins von der Wildlife Conservation Society entdeckte im Annamiten-Gebirge von Laos und Vietnam eine neue Kaninchenart – zuerst allerdings nicht in freier Wildbahn, sondern als frisches Wildbret auf einem Markt in Ben Lak (Laos). Zwar gleicht das Tier auf den ersten Blick dem stark gefährdeten Streifenkaninchen Nesolagus netscheri auf Sumatra. Nach genetischen Untersuchungen durch Diana J. Bell und Alison K. Surridge von der University of East Anglia in Großbritannien bildet es jedoch eine eigene Art. Die starke morphologische Ähnlichkeit weist auf einen gemeinsamen Ursprung hin. Den großen genetischen Unterschieden zufolge muß aber die Aufspaltung schon vor etwa 8,5 Millionen Jahren stattgefunden haben. Damals wurden Sumatra, Java und Borneo durch den stark ansteigenden Meeresspiegel vom asiatischen Festland abgetrennt. (Nature, Bd. 400, S. 726)

Warum Dioxine giftig sind

Dioxine wirken auf das genetische Programm von Zellen und bringen so das Zellwachstum zum Erliegen. Das hat eine Arbeitsgruppe um Martin Göttlicher vom Institut für Toxikologie und Genetik des Forschungszentrums Karlsruhe an Zellkulturen herausgefunden. Substanzen, die in derart geringen Mengen wie Dioxine wirken, benötigen für ihre Aktivität im Organismus einen spezifischen Sensor in den Zellen. Beim Dioxin ist dies, wie man schon länger weiß, der sogenannte Ah-Rezeptor. Göttlicher und seine Kollegen haben nun nachgewiesen, daß bei Anlagerung von Dioxin an diesen Rezeptor das Gen Kip1 angeschaltet wird. Daraufhin wird das zugehörige Protein erzeugt, das die Zellteilung bremst. Die Karlsruher Forscher konnten ermitteln, bei welchen Konzentrationen an Dioxin soviel Kip1-Protein entsteht, daß das Zellenwachstum deutlich gebremst wird. Konzentrationen von etwa 20 Nanogramm pro Kilogramm Fettgewebe – wie sie typisch für Erwachsene in Industrienationen sind – haben danach noch keine Auswirkungen. (Genes and Development, Bd. 13, S. 1742)


Aus: Spektrum der Wissenschaft 10 / 1999, Seite 24
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