Category Archives: Naturwissenschaft

Computer verwirrt, und der rächt sich mit besserem Lernen

Theoretische Physiker der ETH Zürich führten intelligente Maschinen bewusst in die Irre und entwickelten damit das maschinelle Lernen weiter: Sie schufen eine neue Methode, dank der Computer Daten kategorisieren können – und zwar auch dann, wenn kein Mensch eine Ahnung hat, wie eine solche Kategorieneinteilung sinnvollerweise aussehen könnte.

Wenn Computer selbstständig auf Satellitenbildern Gewässer und ihre Umrisse erkennen oder beim fernöstlichen Brettspiel Go einen der weltbesten professionellen Spieler schlagen, dann arbeiten im Hintergrund lernfähige Algorithmen. Programmierer haben diese zuvor während einer Trainingsphase mit bekannten Beispielen gefüttert: Bilder von Gewässern und von Land beziehungsweise bekannte Go-Spielverläufe, die in Turnieren zum Erfolg oder Misserfolg geführt haben. Ähnlich wie sich die Nervenzellen in unserem Gehirn während Lernprozessen neu vernetzen, sind auch die speziellen Algorithmen in der Lage, sich während der Lernphase anhand der ihnen präsentierten Beispiele anzupassen. Bis sie schliesslich selbständig auch auf unbekannten Fotos Gewässer von Land unterscheiden können sowie erfolgreiche von erfolglosen Spielverläufen.

Solche sogenannte künstliche neuronale Netzwerke kamen beim maschinellen Lernen bisher dann zum Einsatz, wenn das Unterscheidungskriterium bekannt ist: Man weiss, was ein Gewässer ist und welches in vergangenen Go-Turnieren die erfolgreichen Spielverläufe waren.

Den Weizen vom Spreu trennen

Nun haben Wissenschaftler aus der Gruppe von Sebastian Huber, Professor für theoretische Festkörperphysik und Quantenoptik an der ETH Zürich, die Anwendungen solcher neuronaler Netzwerke erweitert: Sie entwickelten eine Methode, mit der sich beliebige Daten nicht nur kategorisieren lassen, sondern die auch erkennt, ob es in komplexen Datensätzen überhaupt Kategorien gibt.

Solche Fragestellungen gibt es in der Wissenschaft zuhauf: Die Methode könnte für die Auswertung von Messungen an Teilchenbeschleunigern oder von astronomischen Beobachtungen interessant werden. Physiker können damit aus ihren oft unüberschaubaren Messdaten die vielversprechendsten Messungen herausfiltern. Pharmakologen könnten aus umfangreichen Moleküldatenbanken jene Moleküle aussieben, die mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit eine bestimmte pharmazeutische Wirkung oder Nebenwirkung haben. Und Datenwissenschaftler könnten damit riesige ungeordnete Datenwulste ordnen und daraus verwertbare Informationen gewinnen (Data-Mining).

Grenze gesucht

Die ETH-Forscher wandten ihre Methode unter anderem an einem intensiv erforschten Phänomen der theoretischen Physik an: einem sogenannten Viel-Teilchen-System von wechselwirkenden magnetischen Dipolen, das nie – auch langfristig nicht – in einen Gleichgewichtszustand fällt. Solche Systeme wurden jüngst beschrieben. Allerdings ist nicht im Detail bekannt, welche quantenphysikalischen Eigenschaften ein Viel-Teilchen-System davor bewahren, in einen Gleichgewichtszustand zu fallen. Insbesondere ist unklar: Wo genau liegt die Grenze zwischen Systemen, die in einen Gleichgewichtszustand fallen, und anderen, die das nicht tun?

Um diese Grenze zu finden, entwickelten die Wissenschaftler das «So tun als ob»-Prinzip: Sie nahmen Daten von Quantensystemen zur Hand. Anhand eines Parameters zogen sie eine beliebige Grenze, mit der sie die Daten in zwei Gruppen einteilten. Dann trainierten sie ein künstliches neuronales Netzwerk, indem sie dem Netzwerk vortäuschten, die eine Gruppe falle in einen Gleichgewichtszustand, die andere nicht. Die Forscher tat also so, als ob sie diese Grenze kennen würde.

Wissenschaftler verwirrten das System

Insgesamt trainierten sie das Netzwerk unzählige Male, jeweils mit einer anders gewählten Grenze, und sie testeten nach jedem Training, wie gut das Netzwerk Daten zu sortieren vermag. Das Ergebnis: In vielen Fällen bekundete das Netzwerk Mühe, die Daten so einzuteilen, wie von den Wissenschaftlern vorgegeben, in einigen Fällen war die Einteilung in die zwei Gruppen jedoch sehr präzis.

Die Forscher konnten zeigen, dass diese Sortierleistung vom Ort der gewählten Grenze abhängt. Evert van Nieuwenburg, Doktorand in der Gruppe von ETH-Professor Huber, erklärt das so: «Indem ich für das Training eine Grenze wähle, die stark neben der tatsächlichen Grenze liegt (die ich nicht kenne), leite ich das Netzwerk fehl. Ein auf diese Weise letztlich falsch trainiertes Netzwerk kann Daten nur schlecht einteilen.» Wählt man zufällig jedoch eine Grenze, der nahe der tatsächlichen liegt, erhält man einen leistungsstarken Algorithmus. Indem die Forschenden die Leistung des Algorithmus‘ bestimmten, konnten sie die Grenze eruieren zwischen Quantensystemen, die in ein Gleichgewicht fallen, und solchen, die das nie tun: Die Grenze liegt dort, wo die Sortierleitung des Netzwerks am grössten ist.

Die Tauglichkeit ihrer neuen Methode bewiesen die Forscher ausserdem mit zwei weiteren Fragestellungen der theoretischen Physik: topologischen Phasenübergängen in eindimensionalen Festkörpern sowie dem Ising-Modell, das den Magnetismus im Innern von Festkörpern beschreibt.

Kategorisierung ohne Vorwissen

Die neue Methode lässt sich vereinfacht auch mit einem Gedankenexperiment veranschaulichen, in dem wir rote, rötliche, bläuliche und blaue Kugeln in zwei Gruppen einteilen möchten. Wir nehmen an, dass wir keine Vorstellung davon haben, wie eine solche Einteilung sinnvollerweise aussehen könnte.

Nimmt man nun ein neuronales Netzwerk und trainiert es, indem man ihm sagt, die Trennlinie sei irgendwo im roten Bereich, verwirrt man damit das Netzwerk. «Man versucht dem Netzwerk beizubringen, blaue und rötliche Kugeln seien dasselbe, und verlangt von ihm, rote von roten Kugeln zu unterscheiden, was es schlicht nicht zu leisten vermag», sagt ETH-Professor Huber.

Setzt man die Grenze hingegen im violetten Farbbereich, lernt das Netzwerk einen tatsächlich existierenden Unterschied und sortiert die Kugeln in eine rote und blaue Gruppe. Dass die Trennlinie im violetten Bereich liegen sollte, muss man dabei nicht im vornherein wissen. Indem man die Sortierleistung bei verschiedenen gewählten Grenzen vergleicht, findet man diese Grenze auch ohne Vorwissen.

Fortschritte bei Tollwut- und Staupeimpfung

Meine laotische Hündin Pipa hatte schon die erste Staupe-Impfung gehabt, als sie sich dennoch infizierte. Sie schaffte es so gerade eben, mit viel Antibiotika und auch viel Glück. Umso mehr freue ich mich über die Fortschritte, die in der Impfforschung gemacht werden.

Pipa

Derzeit verfügbare Lebend-Impfstoffe gegen Staupe bei Tieren sind effektiv und enthalten abgeschwächte Impfviren. In sehr empfindlichen Tierarten können sie aber zu Erkrankungen führen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts und der Thomas Jefferson University haben einen auch für empfindliche Tierarten sicheren Inaktivat-Impfstoff entwickelt, der im Tierversuch gleichzeitig gegen Staupe und Tollwut schützt. Der neue Impfstoff besteht aus einem Mix von zwei rekombinanten inaktivierten Tollwutviren inklusive Tollwut-Glykoprotein und je einem von zwei Glykoproteinen des Staupeerregers.

Tollwut und Staupe gehören zu den gefährlichsten Virusinfektionen bei Karnivoren (fleischfressenden Tieren) und führen häufig zum Tod. Das Tollwutvirus kann durch Biss auch auf Menschen übertragen werden. Es greift das Nervensystem an und führt zu tödlichen Erkrankungen. Bei den Tollwutimpfstoffen handelt es sich um inaktivierte Impfstoffe, auch als Inaktivat-Impfstoffe bezeichnet, mit sehr gutem Sicherheitsprofil und hoher Stabilität. Zur Impfung gegen die Staupe, die eine masernähnliche Erkrankung hervorruft, werden Lebend-Impfstoffe eingesetzt, die abgeschwächte Staupeviren enthalten. Diese vermehren sich im geimpften Tier in gewissem Umfang weiter und können bei sehr empfindlichen Tierarten zur schweren Erkrankung führen.

Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts um Prof. Dr. Veronika von Messling, Leiterin der Abteilung Veterinärmedizin, und der Thomas Jefferson University um Prof. Dr. Matthias Schnell haben das für Impfungen eingesetzte Tollwutvirus gentechnisch verändert, so dass es auf seiner Oberfläche neben dem Glykoprotein des Tollwuterregers zusätzlich eines der beiden Glykoproteine des Staupevirus trägt. Gegen diese Glykoproteine ist die schützende Immunantwort gerichtet. Die rekombinanten Viren wurden dann aufgereinigt und inaktiviert, um den Tollwutimpfstoffen ähnliche Impfstoffkandidaten zu erzeugen.

In Experimenten mit Frettchen stellten die Forscher zunächst fest, dass eine einzelne Impfung ausreicht, um schützende Antikörpertiter gegen Tollwut zu erzeugen. Vor Staupe waren nur Tiere geschützt, die mit einem Mix aus inaktivierten Tollwutviren mit je einem der Staupe-Glykoproteine geimpft worden waren. Der Mix-Impfstoff enthielt somit das Tollwutvirus-Glykoprotein und beide Staupevirus-Glykoproteine. Die Forscher schließen daraus, dass nur die Immunantwort gegen beide Staupevirus-Glykoproteine zum Schutz vor Staupe führt.

Originalpublikation

Da Fontoura Budaszewski R, Hudacek A, Sawatsky B, Krämer B, Xiangping Y, Schnell MJ, von Messling V (2017): Inactivated Recombinant Rabies Viruses Displaying Canine Distemper Virus Glycoproteins Induce Protective Immunity Against Both Pathogens.
J Virol Feb 01 [Epub ahead of print].
doi: 10.1128/JVI.02077-16

WWWW vom 16.1.2017: .. und danke für den Fisch

Ich dachte mir, bei so einer Überschrift muss ich wenigstens mit Meeresgetier anfangen, auch wenn die Wesen sie man heute hört keine Fische sind. Aber sie fressen solche, sind also auch dankbar.

Der Grund für die Überschrift ist: Dieses ist die letzte Ausgabe des Podcasts Wanhoffs Wunderbare Welt der Wissenschaft. Es ware 12 tolle Jahre mit Euch und sie haben Spaß gemacht. Aber ich habe gemerkt, dass der Podcast immer mehr zur Routine wurde und in den letzten Monaten immer mehr zur Pflicht denn zu etwas was ich mit Begeisterung mache.

Thomas Wanhoff mit Google Glass
Thomas Wanhoff mit Google Glass

Angefangen habe ich mit dem Podcasten weil ich es ein tolles Medium fand: Endlich konnte ich meine eigene Radiosendung machen. Ich habe meine 15 Minuten Ruhm durchs Podcasten gehabt und tolle Leute kennengelernt. Aber wenn die Luft raus ist und auch flicken nicht mehr hilft, dann muss wohl ein neuer Reifen her.

Ich werde das Blog bestehen lassen und hin und wieder Neues aus der Wissenschaft posten, denn das Schreiben macht mir immer noch Spaß. Ich möchte auch nochmal ausdrücklich auf meine Facebook-Page hinweisen, auf der ich gerade zum Testen einen Chatbot installiert habe. Ich finde diese Bots und automatisierte Kommunikation hochinteressant und will zumindest ein wenig Erfahrung damit sammeln. Beim Podcasten hat mir immer der Feedback-Kanal gefehlt: Wenn ich einen Podcast höre, kann ich eben nicht gleich etwas dazu sagen. Die Bots geben da etwas mehr Spielraum, auch wenn das alles noch sehr am Anfang ist.

Ich möchte mich bei allen bedanken, die mir über all die Jahre die Treue gehalten haben – ich weiß gar nicht wer eigentlich am längsten dabei ist, ihr könnt ja in den Kommentaren was schreiben. Ich will aber auch allen Danke sagen, die mir gespendet haben. Sei es über eine Banküberweisung, Paypal, Flattr oder was auch immer. Vielen leiebn Dank, ich wusste und weiß das sehr zu schätzen.

Meine Downloads hatten sich in den letzten Jahren beharrlich bei 3000 pro Sendung eingepegelt, das fand ich ordentlich. Mich hat aber die Zahl nie wirklich motiviert, ich hätte das auch für 100 Downloads gemacht. Ein Podcast ist erfolgreich wenn es mehr als 5 Episoden gibt, war immer mein Motto, denn dann zeigt der Macher das er/sie wirklich Interesse daran hat. Wirklich (viel) Geld verdienen konnte man mot Podcasts ohnehin nicht, von wenigen Ausnahmen einmal abgesehen.

Also, bleibt gesund, hört weiter Podcasts und …. danke für den Fisch!

WWWW vom 9.1.2017: Deichbau, Meeresspiegel und Radiobursts

Auch Trockenwälder werden abgeholzt

Bisher wurde in der globalen Klimadiskussion hauptsächlich auf die Abholzung von tropischen Feuchtwäldern geschaut. Dass die Vernichtung von tropischen Trockenwäldern ebenso klimawirksam ist, ist bisher nur wenig bekannt. Am Beispiel des südamerikanischen Gran Chaco zeigt Matthias Baumann, Post Doc an der Humboldt-Universität zu Berlin (HU), wie die Abholzung des Waldes und der Ersatz durch Weide- und Sojaflächen die CO2-Emmissionen beeinflussen.

Deiche könnten nicht mehr hoch genug sein

Eine neue Studie der Universität Siegen zeigt, dass der Einfluss auf Sturmflut- und Wellenhöhen in Zukunft stärker ist als gedacht – und die Planungshöhen von Schutzbauwerken wie Deichen deshalb möglicherweise überdacht werden sollten.
Referenz:
Arns, A. et al. Sea-level rise induced amplification of coastal protection design heights. Sci. Rep. 6, 40171; doi: 10.1038/srep40171 (2016).

Steigt Meeresspiegel rasanter als gedacht?

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Vor rund 15.000 Jahren kam es im Ozean rund um die Antarktis zu einem abrupten Meeresspiegelanstieg von mehreren Metern. Ein Ereignis, das sich wiederholen könnte.
Publikation: Antarctic ice shield discharge driven by atmosphere-ocean feedbacks at the Last Glacial Termination, DOI: 10.1038/srep39979

Parkinson-Protein wandert in den Magen

Forscher des Deutschen Zentrums für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) haben herausgefunden, dass ein bestimmtes Protein, das an Parkinson und weiteren neurologischen Störungen beteiligt ist, vom Gehirn zum Magen gelangen kann. Das Molekül mit dem Namen „Alpha-Synuclein“ folgt dabei einer speziellen Transportroute.

Forscher orten Ursprung eines Radiobursts

Zum ersten Mal ist es Astronomen gelungen, die exakte Richtung eines Radioblitzes (Fast Radio Burst, FRB) so genau festzulegen, dass damit seine Herkunftsgalaxie identifiziert werden konnte.
Sie liegt in einer Entfernung von mehr als drei Milliarden Jahren. Es handelt sich um eine Zwerggalaxie, sehr unterschiedlich zu unserer Milchstraße. Außerdem wurde eine kompakte Radioquelle in unmittelbarer Nähe des Ausbruchs nachgewiesen, die Rückschlüsse auf den astrophysikalischen Ursprung des Phänomens ermöglicht.
A direct localization of a fast radio burst and its host, S. Chatterjee et al., Nature, 5. Januar 2017.

Und hier noch die Green Pit Viper die heute in unserem Garten war. Sie ist jetzt ausserhalb der Stadt im sicheren Wald. 15875109_10154906374511057_6768511270754142316_o

WWWW vom 2.1.2017

Zuerst einmal in eigener Sache: Ich habe heute den Podcast wie immer ins Mikrofon gesprochen, und als ich fertig war und alles editiert hatte, wollte ich das Mikro aus dem USB -Port ziehen – und da war es gar nicht eingesteckt. Upps. Sorry also für die Tonqualität heute die vom Macbook Air Mic kommt.

Rettung für Schweinswale

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Immer wieder kommt es vor, dass sich Schweinswale in der Ostsee in Stellnetzen von Fischern verfangen und ertrinken. Ein neues Warngerät hat jetzt nach mehrjährigen Versuchsreihen sehr vielversprechende Ergebnisse geliefert: Die Schweinswal-Beifänge ließen sich in der westlichen Ostsee mithilfe dieses Geräts um mehr als 80 % verringern.

Neuer Wirkstoff gegen Hodenkrebs

Ein neuer Wirkstoff hilft möglicherweise gegen schwere Formen von Hodenkrebs, die auf andere Therapien nur ungenügend ansprechen. In Mäusen tötet die Substanz entartete Zellen ab und lässt Hodentumoren schrumpfen. Das konnten Forscher der Universität Bonn in einer aktuellen Studie zeigen. Untersuchungen am Menschen stehen allerdings noch aus.
Sina Jostes, Daniel Nettersheim, Martin Fellermeyer, Simon Schneider, Francois Hafezi, Friedemann Honecker, Valerie Schumacher, Matthias Geyer, Glen Kristiansen und Hubert Schorle: The bromodomain inhibitor JQ1 triggers growth arrest and apoptosis in testicular germ cell tumours in vitro and in vivo; Journal of Cellular and Molecular Medicine; DOI: 10.1111/jcmm.13059

Muckis halten das Hirn gesund

Eine neue Studie der University of New South Wales, der University of Sydney und der University of Adelaide zeigt, dass über Fünfundfünfzigjährige mit leichten kognitiven Beeinträchtigungen ihre Gehirnfunktion mit Muskelaufbau stärken können.
Von leichten kognitiven Beeinträchtigungen (LKB: auch “Leichte kognitive Störung”; engl.: “Mild cognitive impairment”, MCI) wird gesprochen, wenn Menschen bemerkbare reduzierte kognitive Fähigkeiten aufweisen, also beispielsweise unter Gedächtnisverlust (einer Vorstufe von Alzheimer) leiden, sie aber noch ein selbstständiges Leben führen können.

Diabetes wachsendes Problem in Afrika

Auswertung von Daten aus zwölf Ländern südlich der Sahara zeigt: Fast alle Diabetes-Patienten werden nicht aureichend behandelt; vor allem Menschen mit geringer Ausbildung und Junge wissen oft nichts von ihrer Erkrankung; Versorgungsstrukturen und Präventionsstrategien fehlen.
Literatur:

Manne-Goehler J, Rifat A, Stokes A, Goehler A, Houinato D, Houehanou C, Hambou M, Mbenza B, Sobngwi E, Balde N, Mwangi J, Gathecha G, Ngugi P, Wesseh C, Damesceno A, Lunet N, Bovet P, Labadarios D, Zuma K, Mayige M, Kagaruki G, Ramaiya K, Agoudavi K, Guwatudde D, Bahendeka S, Mutungi G, Geldsetzer P, Levitt N, Salomon J, Yudkin J, Vollmer S, Bärnighausen T (2016). Unmet need for diabetes care in sub-Saharan Africa: individual pooled analysis in 12 countries. Lancet Diabetes & Endocrinology http://dx.doi.org/10.1016/S2213-8587(16)30181-4

(Und ein Rant gegen die aggressiven Marketingmethoden von Nestel und Co. die meiner Meinung nach maßgeblich zur Diabetes beitragen)

Maulwurfarme kommen von Ur-Genene

Grabende Maulwürfe besitzen sehr robuste Arme und Beine mit ausgeprägten Muskelansatzstellen, welche Anpassungen an den unterirdischen Lebensraum darstellen. Nun hat ein internationales Forscherteam um das Museum für Naturkunde Berlin, der Universität Zürich, der Universität Leiden und der Universität Granada gezeigt, dass Hox-Gene bei der Entwicklung dieser skelettalen Veränderungen im grabenden Iberischen Maulwurf Talpa occidentalis mitspielen.
Publikation: Hox gene expression in the specialized limbs of the Iberian mole (Talpa occidentalis) Bickelmann et al. 2016. Evolution & Development

WWWW vom 26.12.2016: Goldkatzen, Sepsis und Tumore

Sepsis schneller erkennen

Im Rahmen des Forschungsprojekts ImSpec entwickelten Forscher des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT), Intensivmediziner des Universitätsklinikums Jena (UKJ/CSCC) und Partner aus der Industrie eine Nachweismethode mit der krankheitserregende Pilze zukünftig schneller und zuverlässiger identifiziert werden können. Integriert in ein neues optisches Analysesystem können die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit dem Sepsis-Chip mehrere Pilzerreger in Patientenproben parallel nachweisen und charakterisieren.

Metastasierende Tumore früher erkennen

Wie gefährlich eine Krebserkrankung ist, hängt wesentlich von der Fähigkeit der Tumorzellen zur Metastasierung ab, das heißt ihrer Ausbreitung und Ansiedlung in anderen Organen. Tumore der Bauchspeicheldrüse gehören wegen ihrer schnellen Metastasierung zu den aggressivsten Krebsarten. Häufig erfolgt die Diagnose erst dann, wenn bereits weitere Organe betroffen sind. Ein wichtiges Ziel der Krebsforschung ist daher, Metastasen frühzeitig zu entdecken und einzudämmen. Das Protein CD44v6 spielt eine wesentliche Rolle bei der Metastasierung von Tumoren. Wissenschaftler am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben nun eine Möglichkeit entdeckt, CD44v6 exprimierende Krebszellen aufzuspüren, durch fluoreszierende Nanokristalle.
L. Li, M. Schmitt, A. Matzke, P. Wadhwani, V. Orian-Rousseau ,P.A. Levkin: v6-peptide functionalized quantum dot nanoparticles selectively bind CD44v6 expressing cancer cells. Advanced Science, 2016. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.201600202/full

Wo Wahrnehmung entsteht

„Wahrnehmung ist, wenn unser Gehirn Erfahrungen mit neuen Informationen aus Sinneswahrnehmungen verknüpft“, erklärt Matthew Larkum, Professor für Neuronale Plastizität an der Humboldt-Universität zu Berlin (HU) und Leiter des Larkum Labs. In einer aktuellen Studie konnten er und sein Team nun einen wesentlichen Mechanismus der Wahrnehmung im Gehirn ausfindig machen und ihn gezielt manipulieren.
„Active cortical dendrites modulate perception”
von: Takahashi, N., Oertner, T., Hegemann, P., Larkum, M.E.
in: Science (2016), DOI: 10.1126/science.aah6066

Protein ist für Hörschaden verantwortlich

Etwa 360 Millionen Menschen leiden nach Schätzung der Weltgesundheitsorganisation (WHO) an Schwerhörigkeit. Noch ist zu wenig über die Funktion des Innenohrs bekannt, um eine Therapie zur Wiederherstellung des Hörvermögens zu entwickeln. Ursächlich für eine solche Hörstörung ist nach neuen Erkenntnissen aus der Göttinger Hörforschung eine beeinträchtigte Signalübertragung von den Sinneszellen des Innenohrs auf den Hörnerv. Die Rolle eines Proteins bei diesem wichtigen Signalweg zum Hören haben die Göttinger Wissenschaftler in zwei Studien mit unterschiedlichen Fragestellungen genauer untersucht.

Verhalten gibt Aufschluss über Stärke von Schachspielern

Schach gilt als eines der ältesten und zugleich beliebtesten Gesellschaftsspiele. An Heiligabend dürfte der Spieleklassiker wieder hundertausendfach verschenkt werden – als Brettspiel, PC-Spiel oder als Schachcomputer. Doch was ist das Geheimnis erfolgreicher Schachspielerinnen und -spieler? Das untersuchen Kognitionswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler des Exzellenzclusters Kognitive Interaktionstechnologie (CITEC) der Universität Bielefeld seit einem Jahr in dem Projekt „Ceege“.

Goldkatzen-Arten trennten sich nach Vulkanausbruch

goldkatzeSüdostasien ist die Heimat zahlreicher Katzenarten, unter ihnen die Asiatische Goldkatze und die Borneo-Goldkatze. Diese beiden Arten sind nahe verwandte Schwesterarten, die sich vor 3,16 Millionen Jahren voneinander getrennt haben. Ihre jüngere Entwicklung verlief recht unterschiedlich. In Kooperation mit internationalen Partnern konnten Wissenschaftler des Berliner Leibniz-Instituts für Zoo- und Wildtierforschung zeigen, dass die Asiatische Goldkatze nach einem Vulkanausbruch vor etwa 73.000 Jahren nur in Indochina überlebte. Das kühlere und trockenere Klima dieser Zeit trieb währenddessen ihre Schwesterart, die Borneo-Goldkatze, in die Regenwald-Refugien Borneos.

WWWW vom 19.12.2016: Methan, Sepsis und ein Mathematik-Problem

Methanausstoss gestiegen

Kühe in Kambodscha
Kühe in Kambodscha
Ein internationales Konsortium interdisziplinärer Wissenschaftler zeichnet erstmalig ein Gesamtbild des globalen Methan-Haushalts und seiner rätselhaften Änderungen seit der Jahrtausendwende. Im Gegensatz zu Kohlendioxid hatte sich die Zunahme von Methan in der Atmosphäre in den späten 1990er Jahren gegen Null bewegt. Diese Stagnation hielt bis um das Jahr 2006, worauf ein erneuter Anstieg des Treibhausgases einsetzte. Seit 2014 steigt der Gehalt an atmosphärischem Methan in rasanter Geschwindigkeit, schneller als in den zwei Jahrzehnten zuvor und nähert sich damit bereits den klimaschädlichsten Treibhausgas-Szenarien.

Computer erkennen Sepsis früher

Durch eine Sepsis hervorgerufenes Organversagen ist die Haupt-Todesursache auf Intensivstationen. Die wirksamste Maßnahme, um Patienten mit einer gesicherten Sepsis erfolgreich zu behandeln, ist eine rechtzeitige und adäquate Antibiotika-Therapie. Dies setzt die frühe und verlässliche Diagnose einer Sepsis bei Intensivpatienten voraus, was jedoch auch heute noch eine große medizinische Herausforderung darstellt. Ein an der Universitätsmedizin Mannheim entwickelter neuartiger Ansatz zur Früherkennung der Sepsis könnte die Prognose der Betroffenen verbessern.
An algorithm for systemic inflammatory response syndrome criteria-based prediction of sepsis in a polytrauma cohort.
Holger A. Lindner, Ümniye Balaban, Timo Sturm, Christel Weiß, Manfred Thiel & Verena Schneider-Lindner
CRITICAL CARE MEDICINE, 44:2199, 2016
DOI: 10.1097/CCM.0000000000001955

Frosch quakt 50.000 mal pro Nacht

Senckenberg Wissenschaftler haben die Rufleistung der südamerikanischen Froschart Leptodactylus mystacinus untersucht. Sie kommen zu dem Schluss, dass die männlichen Tiere bis zu 50.000mal pro Nacht rufen. Dabei müssen die kleinen Tiere eine enorme Energie aufbringen – das Werben um Weibchen scheint im Leben der Frösche das energetisch kostspieligste Verhalten zu sein. Noch unerforscht ist, welche Prozesse es denn Frösche erlauben stundenlang „quaken“ zu können.
Publikation
Jansen, M., A. Masurowa & R. B. O’Hara: Temporal variation, duty cycle, and absolute calling effort during sustained calling of Leptodactylus mystacinus (Anura: Leptodactylidae). pp. 328-336.

Dentritische Zellen bilden auch beim Menschen Untergruppen

Dendritische Zellen sind ein wichtiger Bestandteil des Immunsystems: Sie erkennen Eindringlinge, nehmen sie auf und lösen daraufhin eine vollständige Immunantwort aus. Ein Forscherteam unter Federführung des Universitätsklinikums Erlangen der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) und des LIMES-Instituts der Universität Bonn haben nun grundlegende Erkenntnisse zu menschlichen dendritischen Zellen gewonnen, die in Zukunft auch zur Entwicklung neuartiger Immuntherapieansätze beitragen könnten.
Publikation: Human lymphoid organ dendritic cell identity is predominantly dictated by ontogeny, not tissue microenvironment, „Science Immunology“

Lösung eines Matheproblems kann Internet schneller machen

Was in der Fachwelt 40 Jahre lang als aussichtslos galt, ist einem internationalen Team um Prof. Dr. Alfred Wassermann an der Universität Bayreuth gelungen: Die Mathematiker haben die Existenz einer komplexen mathematischen Struktur nachgewiesen, die künftig für eine optimierte Datenübertragung im Internet genutzt werden kann.
M. Braun, T. Etzion, P.R.J. Östergård, A. Vardy, A. Wassermann, Existence of q-analogs of Steiner Systems,in: Forum of Mathematics, Pi (2016), doi: 10.1017/fmp.2016.5.

WWWW vom 12.12.2016: Gehirn-Evolution und OP-Simulator

Erstmal was in eigener Sache: Ich habe mich sehr gefreut dass mein Hörer Michael aus Singapur rübergekommen ist und Hallo gesagt hat. Sogar mehr: Wir haben eine kleine Radtour durch die Reisefelder und den Wald bei Angkor Wat gemacht. Michael studiert Physik und macht gerade ein Auslandssemester. Anbei das “Beweisbild” des Hörertreffens, diesmal habe ich dran gedacht.
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Kleine Mutation unterscheidet unser Gehirn vom Affen

Was unterscheidet uns vom Affen? Unter anderem das Gen ARHGAP11B. Es kommt nur beim Menschen vor und trägt vermutlich dazu bei, dass wir ein deutlich größeres Gehirn haben. Forscher am Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresden haben nun eine spektakuläre Entdeckung gemacht: Eine Punktmutation, also der Austausch nur eines einzigen Basenpaars in der DNA dieses Gens, ist dafür verantwortlich, dass sich beim modernen Menschen mehr Hirn-Stammzellen bilden – die Voraussetzung für ein größeres Gehirn.

Originalveröffentlichung:
Marta Florio, Takashi Namba, Svante Pääbo, Michael Hiller, Wieland B. Huttner:
A single splice site mutation in human-specific ARHGAP11B causes basal progenitor amplification
Science Advances, 7. Dezember 2016

Herz-Op wird im Simulator trainiert

Was für Piloten schon lange zur Pflicht zählt, soll jetzt auch im OP-Saal zu größerer Sicherheit bei unerwarteten Ereignissen beitragen. Als erste und größte Herzchirurgie in Deutschland richtet das Herz- und Diabeteszentrum NRW in Bad Oeynhausen unter der Leitung von Prof. Dr. Jan Gummert ein Echtzeit-Simulatortraining für Operationsteams ein.

Doktorand erfindet Bioreaktor und 3D-Printing-Lösung

Felix Krujatz, Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Fakultät Maschinenwesen der TU Dresden hat weltweit erstmals Algen gemeinsam mit humanen Zellen gedruckt und damit eine neue Methode des Bioprinting entwickelt. Obwohl Bioprinting in der regenerativen Medizin bereits eine erprobte Technologie ist, haben 3D-gedruckte künstliche Gewebestrukturen bisher das Problem, dass die Zellen wegen Sauerstoffmangels in ihrer Funktion beeinträchtigt sind oder sogar absterben. Die Nutzung von Algen als natürlicher Sauerstofflieferant könnte dieses Problem lösen und die Erfolgsaussichten regenerativer Therapien entscheidend verbessern.

Naturprodukt lässt Wimpern wachsen

Ein neuartiges Serum, das Wimpern zum Wachsen bringt, wurde am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP in Potsdam-Golm entwickelt. Es ist wesentlich günstiger als herkömmliche Wimpernseren, sehr gut verträglich und zudem ein reines Naturprodukt. Herausgefunden hat das Forscherin Mine Kaja im Rahmen ihrer Bachelorarbeit.

Bärtierchen beim Sex gefilmt

Bärtierchen sind faszinierende Lebewesen: die winzigen Tiere mit ihrer namensgebenden, langsam tapsigen Fortbewegungsweise haben sich an vielfältige Lebensräume angepasst. Weltweit sind sie im Meer, Süßwasser oder in feuchten Lebensräumen an Land zu finden – dort können sie, unter anderem wegen ihrer Fähigkeit zur Kryptobiose – einem todesähnlichen Zustand –, Trockenperioden, Kälteeinbrüche, starke Schwankungen im Salzgehalt oder Sauerstoffmangel überstehen. Jetzt hat man sie erstmals bei der Fortpflanzung beobachtet und gefilmt.

Kakaobohnen schneller fermentieren

Zur Advents- und Weihnachtszeit ist sie in aller Munde: Schokolade. Damit aus einer in tropischen Ländern geernteten Kakaofrucht in Deutschland ein Schoko-Weihnachtsmann wird, sind viele Arbeitsschritte nötig. Zwei davon erforscht das Team des Fachgebiets Süßwarentechnologie der Hochschule Ostwestfalen-Lippe: die Fermentation und das Conchieren. Den Prozess der Fermentation konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von sieben auf vier Tage verkürzen.

WWWW vom 5.12.2016: Regenwürmer, Haustiere und Stammbäume

Sorry hat etwas länger gedauert weil mein Host ein Serverupdate gemacht hat..

Zwei Regenwurm-Arten gefährdet

Senckenberg-Wissenschaftler haben maßgeblich an der Erweiterung der „Roten Liste“ Deutschlands mitgearbeitet. Erstmals wurden in der bundesweiten Liste Bodenlebewesen, wie Regenwürmer, Hundert- und Doppelfüßer aufgenommen. Um die Grundlage für die Erweiterung zu schaffen, führten die Wissenschaftler eine umfassende Bestandsaufnahme der Bodentiere durch. Die „Rote Liste“ dient zur Gefährdungsabschätzung und letztlich zum Erhalt von Tiergruppen – derzeit gelten beispielsweise zwei Regenwurmarten in Deutschland als bestandsgefährdet. Etwa 20 Prozent der Doppelfüßer und drei Arten der Hundertfüßer werden als extrem selten angesehen.

Wenn das Haustier zur Last wird

Little Puppy
Little Puppy

Rund 30 Millionen Haustiere waren im Jahr 2015 in Deutschland gemeldet ‒ sieben Millionen mehr als noch fünf Jahre zuvor. Jeder zweite Deutsche wohnt in einem Haushalt mit mindestens einem Haustier. Katzen und Hunde führen dabei die Statistik der beliebtesten Tiere an, wie die Umfragen des Allensbach-Instituts zeigen. Welchen Einfluss Haustiere auf unser alltägliches Wohlbefinden ausüben, haben Psychologinnen in einer aktuellen Studie untersucht.

Mausmodell soll Schizophrenie erklären

Wenn das Klappern unserer Absätze nachts in der Unterführung hallt, mag das unheimlich klingen, aber wenigstens wissen wir, dass wir diese Geräusche selbst erzeugen. Die Gehirne von Menschen mit schizophrener Störung haben hingegen Schwierigkeiten, zwischen „eigenen“ und „fremden“ Geräuschen zu unterscheiden. Warum das so ist, können Neurophysiologen der Goethe-Universität jetzt an Mäusen untersuchen.
Publikation:
Brian P. Rummell, Jan L. Klee, and Torfi Sigurdsson: Attenuation of Responses to Self-Generated Sounds in Auditory Cortical Neurons, in: The Journal of Neuroscience, November 23, 2016 • 36(47):12010 –12026, DOI 10.1523/JNEUROSCI.1564-16.2016

Erinnerung an den Erfinder des phylogenetischen Stammbaums

Seife mit Licht an- und ausschalten

Betrachtet man das Reinigen verschmutzter Wäsche nicht unter hauswirtschaftlichem, sondern unter physikalischem Aspekt, könnte man sagen, dass bei diesem Vorgang die Staub- und Fettpartikel durch sogenannte amphiphile Moleküle umhüllt und somit aus den Textilien entfernt werden. Physiker der Universität Potsdam haben jetzt gezeigt, dass dieser alltägliche Vorgang auch in der Mikro- und Nanotechnologie auf neue Weise genutzt werden kann.

Neuer Mechanismus bei Legionellen

Forscher haben bei Legionellen einen neuen Ubiquitinierungs-Mechanismus entdeckt, der die pathogenen Effekte von Bakterien erklärt. Ivan Dikic und sein Team an der Goethe-Universität vermuten, dass er auch an vielen anderen biologischen Prozessen beteiligt ist.

Wer machte den ersten Flug

Ein Streit bewegt seit langem die Luftfahrt. Es geht um den ersten motorisierten Flug der Geschichte. War es der Deutsche Gustav Weißkopf oder doch das amerikanische Bruderpaar Wright? Ein Symposium des Deutschen Museums München lud im November Befürworter beider Seiten zur Diskussion ein. Prof. Dr. Philipp Epple von der Hochschule Coburg überprüfte dafür die Technik von Weißkopfs Fluggerät.

WWWW vom 28.11.2016: Mahagoni und Ebola

Fortschritt beim Verständnis der Multiplen Sklerose

Es könnte der entscheidende Durchbruch sein für die Frage, was die Multiple Sklerose (MS) im Menschen auslöst: Erstmals konnten Wissenschaftler der Medizinischen Fakultät der Universität Duisburg Essen (UDE) in Zusammenarbeit mit Kollegen der Universitäten Münster und Würzburg einen Zusammenhang zwischen dem Blutgerinnungssystem und dem Entstehen von MS beim Menschen nachweisen.

Asiatische Pflanze hilft bei Ebola

Ein pflanzliches Mittel wirkt gegen das Ebolavirus. Das zeigen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Marburg und Gießen in einer aktuellen Veröffentlichung. Der Naturstoff Silvestrol vermindert die Anzahl der Krankheitserreger in befallenen Zellen. Silvestrol wird aus dem asiatischen Mahagonigewächs Aglaia foveolata gewonnen und dient in der Krebsforschung dazu, das zelleigene Enzym eIF4A zu hemmen. Silvestrol bewirkt, dass die Virenkonzentration in den Zellen stark zurück-geht. Virale Proteine verschwinden fast vollständig.
Originalveröffentlichung: Nadine Biedenkopf, Kerstin Lange-Grünweller & al.: The natural compound silvestrol is a potent inhibitor of Ebola virus replication, Antiviral Research 2016, DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.antiviral.2016.11.011

Parkinson-Patienten haben ein Eisenproblem im Gehirn

Eisen kommt im menschlichen Körper natürlicherweise vor. Bei Menschen mit Parkinson verteilt es sich jedoch auf ungewöhnliche Weise im Gehirn. Dies zeigt eine Studie des Deutschen Zentrums für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE).

„The whole-brain pattern of magnetic susceptibility perturbations in Parkinson’s disease“, Julio Acosta-Cabronero, Arturo Cardenas-Blanco, Matthew J. Betts, Michaela Butryn, Jose P. Valdes-Herrera, Imke Galazky, Peter J. Nestor, BRAIN, DOI: http://dx.doi.org/10.1093/brain/aww278

Alte Psychopharmaka nicht so schlecht wie gedacht

Patienten mit Schizophrenie nehmen üblicherweise lange Zeit Antipsychotika ein. In den vergangenen Jahren setzte die Psychiatrie dabei stark auf Medikamente der sogenannten zweiten Generation, weil bei manchen Klassikern der ersten Generation starke Nebenwirkungen auftreten. Eine Studie des Lehrstuhls für Zellmorphologie und Molekulare Neurobiologie der Ruhr-Universität Bochum bricht jetzt eine Lanze auch für den Einsatz bestimmter klassischer Antipsychotika: Im Modell zeigten einige Präparate ähnliche Eigenschaften wie die neueren Medikamente.
Christine Gottschling, Maren Geissler, Gianna Springer, Rainer Wolf, Georg Juckel, Andreas Faissner: First and Second Generation Antipsychotics differentially affect structural and functional properties of rat hippocampal neuron synapses. In Neuroscience, 2016, DOI: 10.1016/j.neuroscience.2016.08.055
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306452216304377

Warum Fische rot sind

Red fluorescent rings around the eyes of plankton eaters like this goby give it a better chance of finding tiny transparent prey, researchers say. Photo: Nico K. Michiels/University of Tübingen. Die rot fluoreszierenden Augenringe zahlreicher Planktonfresser wie dieser Grundel erhöhen nach Ansicht der Forscher die Chance, kleine transparente Beutetiere im Plankton zu entdecken. Foto: Nico K. Michiels / Universität Tübingen.
Red fluorescent rings around the eyes of plankton eaters like this goby give it a better chance of finding tiny transparent prey, researchers say. Photo: Nico K. Michiels/University of Tübingen.
Die rot fluoreszierenden Augenringe zahlreicher Planktonfresser wie dieser Grundel erhöhen nach Ansicht der Forscher die Chance, kleine transparente Beutetiere im Plankton zu entdecken. Foto: Nico K. Michiels / Universität Tübingen.

Die Farbenpracht der Bewohner tropischer Korallenriffe ist zwar faszinierend – jedoch überwiegend ein Kunstprodukt fotografischer Aufnahmen mit Blitzlicht. Wasser filtert Gelb-, Orange- und Rottöne effizient aus dem Sonnenlicht heraus. Bereits ab Tiefen größer als zehn Meter sind sie nicht mehr wahrnehmbar. Daher erscheinen Meeresbewohner unter natürlichen Bedingungen meist einheitlich blaugrau. Manche Fische benutzen jedoch einen Trick, um auch in dieser Umgebung rotes Licht lokal zu erzeugen. Dabei nehmen fluoreszierende Farbzellen das blaue Umgebungslicht auf und senden es als rotes Licht wieder aus. Mit einer in der Zeitschrift Frontiers in Ecology and Evolution veröffentlichten Studie erlangten Biologen des Instituts für Evolution und Ökologie der Universität Tübingen unter der Leitung von Professor Nico Michiels nun erste Einblicke in die ökologische Bedeutung dieses Mechanismus.
Originalpublikation
Anthes, N., Theobald, J., Gerlach, T., Meadows, M.G. & Michiels, N.K. (2016) Diversity and Ecological Correlates of Red Fluorescence in Marine Fishes. Frontiers in Ecology and Evolution, 4, 126.
http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fevo.2016.00126/full

Binge-Esser haben Entscheidungsprobleme

Bis zu drei Prozent der Erwachsenen leiden hierzulande darunter. Offiziell ist sie seit 2013 als psychische Erkrankung anerkannt. Dennoch weiß man bisher nur wenig über ihre neurowissenschaftlichen Grundlagen: Die Binge-Eating-Störung, die häufigste Essstörung überhaupt, bei der die Betroffenen unter regelmäßigen Essanfällen leiden. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Kognitions- und Neurowissenschaften in Leipzig haben nun herausgefunden, dass Betroffene unter generellen Entscheidungsschwierigkeiten leiden, auch unabhängig vom Essen. Das spiegelt sich auch in ihrer Hirnaktivität wider.
Originalpublikation
Reiter, A.; Heinze, H.-J.; Schlagenhauf. F.; Deserno, L. (2016): Impaired Flexible Reward-Based Decision-Making in Binge Eating Disorder: Evidence from Computational Modeling and Functional Neuroimaging. Neuropsychopharmacology. DOI: 10.1038/npp.2016.95