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.

Leberzellen in der Identitätskrise

Leberzellen lassen sich durch die Aktivierung eines einzigen Gens zu Vorläuferzellen der Bauchspeicheldrüse umprogrammieren. Dies konnte jetzt ein Forschungsteam vom Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft (MDC) an Mäusen zeigen und in Nature Communications veröffentlichen. Eine wirksame und breit anwendbare Zelltherapie für Diabetes-Patienten rückt damit näher. Bei Menschen, die unter Diabetes Typ I leiden, gehen die Inselzellen der Bauchspeicheldrüse aufgrund einer unheilbaren Autoimmunreaktion zugrunde. Ohne Inselzellen produziert der Körper das Hormon Insulin nicht mehr, der Blutzuckerspiegel steigt und es kommt zum Diabetes. Die Erkrankten müssen sich lebenslang Insulin spritzen.

Diesen Menschen könnten eines Tages neue Bauchspeicheldrüsen-Zellen aus der Retorte helfen. Daran arbeitet MDC-Gruppenleiterin und Stammzellforscherin Dr. Francesca Spagnoli, die Leberzellen von Patienten zu Zellen der Bauchspeicheldrüse umprogrammieren will.

Spagnolis Forschungsteam ist nun erstmals gelungen, Leberzellen zuerst in ein weniger spezialisiertes Entwicklungsstadium zu verwandeln, sie also in eine Art „Identitätskrise“ zu stürzen. Danach konnten die Forschenden diese Zellen schrittweise zu Zellen mit Eigenschaften der Bauchspeicheldrüse umerziehen – und zwar mit Hilfe eines einzelnen Gens.
Nuria Cerdá-Esteban et al. (2017): “Stepwise reprogramming of liver cells to a pancreas
progenitor state by the transcriptional regulator Tgif2.” Nature Communications. doi:10.1038/ncomms14127

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

Klimawandel: Der Rothirsch adaptiert sich schnell

Mit dem Klimawandel verändert sich auch in hiesigen Breiten die Vegetation. In den Bergen wird es nämlich früher Grün.  Können Wildtiere darauf reagieren?
Dieser Frage haben sich Forscher der Universitäten Oslo, Würzburg und Freiburg im Nationalpark Bayerischer Wald erstmals in einem experimentellen Ansatz gewidmet. Verantwortlich für die Studie war Jörg Müller, Professor für Tierökologie und Tropenbiologie an der Uni Würzburg und Forschungsleiter im Nationalpark Bayerischer Wald. 

Rothirsch geht dahin wo das Futter wächst
In dem Experiment haben die Wissenschaftler 20 Hirsche mit GPS-Sendern bestückt. Die Hälfte der Tiere hatte im Frühjahr sofort Zugang zu frischem Grün, für die andere Hälfte wurden die Gatter erst sechs Wochen später geöffnet.
Die jetzt in der Fachzeitschrift „Ecology“ publizierten Ergebnisse zeigen, dass die Tiere gezielt die frische und nährstoffreiche Vegetation aufsuchen. Die Hirsche, die die Wintergatter bereits früh verlassen hatten, „surften“ direkt auf der Welle des frischen Grüns vom Tal zu den Höhenlagen. Aber auch die später aus den Gattern entlassenen Tiere zeigten sich hochflexibel. Sie rannten einfach schneller bergauf, dorthin, wo besseres Grün zu finden war.

„Beobachtet hatte man dieses Verhalten schon seit Jahren, doch erst jetzt im Experiment wurde bewiesen, welch hohe individuelle Flexibilität Rothirsche zeigen, um auf veränderte Umweltbedingungen reagieren zu können“, fasst Jörg Müller das Ergebnis der Studie zusammen. Oder, kurz gesagt: „Die Tiere sind in der Lage, sich schnell und flexibel anzupassen.“ Eine Eigenschaft, die sie angesichts des Klimawandels gut gebrauchen könnten.
Kleine Anmerkung von mir: Viele Tiere werden sich schnell anpassen können. Uns Menschen wird das deutlich schwerer fallen, auch weil wir viele unserer Niederlassungen in Tälern und an Küsten gebaut haben. 

Green wave tracking by large herbivores: an experimental approach. Rivrud Inger Maren; Heurich Marco; Krupczynski Philipp; Müller Jörg, Mysterud Atle: In: Ecology. Ecological Society of America (Volume 97, Issue 12). DOI: 10.1002/ecy.1596/full 

Wir brauchen bessere Klimawandel-Strategien

In Europa steigen schon jetzt die Meeresspiegel und immer häufiger kommt es zu Extremwetterereignissen wie ausgeprägten Hitzewellen, Überschwemmungen, Dürreperioden und Stürmen; dies ist einem heute von der Europäischen Umweltagentur veröffentlichten Bericht zu entnehmen. Der Bericht gelangt zu dem Schluss, dass wir bessere  Strategien brauchen, um die Folgen zu mindern.


Die beobachteten Klimaveränderungen haben schon jetzt  weitreichende Auswirkungen auf Ökosysteme, Wirtschaft und  der Menschen in Europa. Die Temperaturen  erreichen immer neue Höchstwerte, die Meeresspiegel steigen auf Rekordwerte und das Meereis in der Arktis schwindet auf den geringsten je beobachteten Wert. Die Niederschlagsmuster verändern sich – in den regenreicheren Regionen Europas nehmen die Niederschläge generell zu, die niederschlagsärmeren Regionen werden hingegen trockener. Die Gletscher gehen zurück, die Schneebedeckung nimmt ab. Gleichzeitig steigt in vielen Regionen die Häufigkeit und Intensität klimabedingter Extremwetterereignisse wie Hitzewellen, Starkregen und Dürreperioden. 

„Der Klimawandel wird sich über viele Jahrzehnte hin fortsetzen. Ausmaß und Auswirkungen des künftigen Klimawandels werden von der Effektivität der Umsetzung der weltweiten Vereinbarungen zur Eindämmung der Treibhausgasemissionen abhängen, aber auch davon, dass es uns gelingt, die richtigen Strategien und Konzepte zu entwickeln, um die durch aktuelle und prognostizierte Klimaextreme hervorgerufenen Risiken zu verringern,“ so Prof. Hans Bruyninckx, Exekutivdirektor der Europäischen Umweltagentur.

Dr. Andreas Marx vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung, der den Bericht mit koordiniert hat, ergänzt: „Der aktuelle Bericht bestätigt die wesentlichen Ergebnisse des letzten Berichtes von 2012. Die bessere Informationsgrundlage erlaubt jedoch auch neue Erkenntnisse, zum Beispiel hinsichtlich einer Zunahme von Extremereignissen in Europa. Diese unterstreichen, wie wichtig ambitionierte Klimaschutz- und -anpassungsmaßnahmen sind.“
Die „Hotspots“ des Klimawandels

Alle Regionen Europas sind für den Klimawandel anfällig, aber einige Regionen werden von den negativen Auswirkungen stärker betroffen sein als andere. Den Prognosen zufolge werden Süd- und Südosteuropa besonders unter dem Klimawandel zu leiden haben, da hier mit den meisten negativen Auswirkungen zu rechnen ist. Bereits jetzt ist in der Region eine starke Zunahme der Hitzeextreme und ein Rückgang der Niederschläge und der Flusspegel zu verzeichnen.Das steigert die  Gefahr ausgeprägterer Dürreperioden, niedrigerer Ernteerträge sowie eines Rückgangs der biologischen Vielfalt und die Waldbrandgefahr. Man geht davon aus, dass häufigere Hitzewellen dazu führen werden, dass Gesundheit und Wohlergehen der Menschen gefährdet sind.

Auch die Küsten und Überflutungsgebiete in den westlichen Regionen Europas gelten als „Hotspots“, denn steigende Meeresspiegel und eine mögliche Zunahme von Sturmfluten lassen auch hier die Gefährdung wachsen. Für die marinen Ökosysteme bringt der Klimawandel infolge der Versauerung und zunehmenden Erwärmung der Meere und der Ausweitung der sauerstoffarmen Totzonen ebenfalls weitreichende Veränderungen mit sich.

Zwar ergeben sich für einige Regionen auch positive Folgen, wie z. B. bessere Bedingungen für die Landwirtschaft in Teilen Nordeuropas, doch werden negativen Folgen in den meisten Regionen und Wirtschaftszweigen überwiegen.

Bessere Anpassung und Verbesserung des Kenntnisstands
Bei der Einziehung der Anpassung an den Klimawandel in andere Politikfelder sind Fortschritte zu verzeichnen, doch besteht für die Forscher noch Potenzial.  Maßnahmen sind die Verbesserung der Kohärenz politischer Maßnahmen über unterschiedliche Politikfelder und ebenen (EU-, transnationale, nationale und subnationale Ebene) hinweg, flexiblere adaptive Konzepte für den Umgang mit dem Klimawandel sowie die Kombination technischer Lösungen, ökosystembasierter Konzepte und „weicher“ Maßnahmen.

Die Entwicklung und Inanspruchnahme von „Klimaservices“ und „Anpassungsservices“ in Europa schreiten durchaus voran. Aber verbesserte Informationen in verschiedenen Bereichen wären hilfreich, so zum Beispiel im Bereich der Anfälligkeits- und Risikobewertungen auf unterschiedlichen Ebenen und von Monitoring, Berichterstattung und Auswertung von Anpassungsmaßnahmen, deren Kosten und Nutzen sowie Synergien und Zielkonflikten mit anderen politischen Maßnahmen.

Bei dem Bericht handelt es sich um eine auf Indikatoren basierende Einschätzung des bereits eingetretenen und des prognostizierten Klimawandels und seiner Auswirkungen auf Ökosysteme und Gesellschaft. Außerdem geht der Bericht auf die Anfälligkeit der Gesellschaft gegenüber diesen Auswirkungen und auf die Entwicklung von Anpassungsstrategien und den zugrunde liegenden Wissensstand ein. Der Bericht wurde von der EUA in Zusammenarbeit mit der Gemeinsamen Forschungsstelle der Europäischen Kommission, dem Europäischen Zentrum für die Prävention und die Kontrolle von Krankheiten, dem Regionalbüro Europa der Weltgesundheitsorganisation und drei Europäischen Themenzentren (ETC-CCA, ETC-BD, ETC-ICM) erarbeitet. Dies ist der vierte der im Vierjahresrhythmus vorgelegten Berichte über den Klimawandel und dessen Auswirkungen auf Europa sowie die Anfälligkeit Europas gegenüber dem Klimawandel. Diese Ausgabe hat zum Ziel, die Umsetzung und den Prozess der für 2018 vorgesehenen Überprüfung der EU Strategie von 2013 zur Anpassung an den Klimawandel sowie die Entwicklung nationaler und transnationaler Anpassungsstrategien und pläne zu unterstützen.

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?

eisberg
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

schweinswal
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.

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