KNS008 – Dinge zwischen Strato- und Asthenosphäre

In der letzten Folge vor der 'Sommerpause' hangeln sich Katrin und Mariëlle wieder quer durch die Wissenschaftszweige: Wie Laser zu Hochgeschwindigkeitskommunikation beitragen können, weshalb die Landauer-Büttiker-Theorie schwierig zu erklären ist und woran das wohl teuerste (oder ein zumindest sehr teures) Elektronenmikroskop scheitert. Dazu kommt wieder ein neuer Ansatz für eine Krebstherapie zum Vorschein, und es wird hingewiesen auf das Mysterium, dass Gen-Namen soviel kreativer sind als die von Proteinen - leider aber nicht gelöst! Auch mit dabei sind eine Diskussion zum Thema nachhaltige Fischerei, Pandoraviren und die Grenze des Lebens, die Folge des Verlustes einer einzigen Hummelart und die Identitäten von großen Tümmlern. Taucht mit ein in die Tiefen mikrobieller schwarzer Materie und den Einfluss von Mikroflora auf Artbildung! Es wird Kaffee zum Schweben gebracht und die Erde zum Beben ;) Hört rein & viel Spaß dabei!

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Sendungsnotizen

Nachtrag zur Sondersendung: Hörenswerte Podcasts zum Thema Nordkorea

Wissenschaftsnachrichten #

Laser-gestützte Kommunikation zwischen Satelliten & Erde

  • zur Zeit ist die Masse der extraterrestrischen Daten beschränkt durch die Downloadrate eher als die Sammelrate (Radiowellen)
  • ein ESA- (Alphasat, geostationär, Sammlung und Senden von Daten anderer Satelliten)
    • kann 24h mit seiner Bodenstation kommunizieren
    • Problem: Informationsübertragung durch leichte Modifikationen in Lichtwellenlänge -> anfällig gegenüber atmosphärischer Interferenz
    • allgemeine Kommunikation (anders als Datenübertragung) immer noch durch Radiowellen
  • ein NASA-Projekt (LADEE, Videos und Daten vom Mond)
    • hat oben genanntes Problem nicht, da Informationskodierung durch Intensitätsmodulierung
  • Vorteil von Lasern größer je weiter raus man geht -> Radiowellen verbreitern sich (Intensitätsverlust), Laser sind gebündelt
  • Unabhängigkeit von Radio jedoch nicht gegeben: Laser funktionieren nicht so gut bei Bewölkung ;)

Wärmeleitung über Einzelatom- und -molekülbrücken #

  • Joule’schem Erwärmungsgesetz, proportional zu Widerstand und Quadrat der Stromstärke
  • mikroskopischer Draht: nur Elektroden erwärmen sich
    • Lochtransport in Halbleitern, wenn Moleküldraht stark Energie-abhängige Wärmeübertragungseigenschaften hat
    • letzteres gering (Goldatome) => gleichmäßig Erwärmung
  • Landauer-Büttiker-Theorie experimentell bestätigt
  • Lee W, Kim K, Jeong W, Zotti LA, Pauly F, et al. (2013) Heat dissipation in atomic-scale junctions. Nature 498: 209–212

Die Grenzen des Sehens/der Mikroskopie #

  • Elektonenmikroskopie können Bilder auflösen mit viel höherer Auflösung als Lichtmikroskopie (Transmissionselektronenmikroskop (TEM): Angströmbereich, 10E-10m)
  • Transmission Electron Aberration-Corrected Microscope (TEAM)
    • 2008: 0.5A (ein Atomkern hat einen Durchmesser von >0.1A), 27 Mio $
    • ein zweites Mikroskop enthält einen Korrektor für chromatische Aberrationen (remove blurriness caused by variations in electron energy), Ziel war eine Auflösung von 0.33 A
    • aber: es war schlechter als das erste Mikroskop! Warum?
      • die Elektronen scheinen durch mini-magnetische Felder der sich thermisch bewegenden Elektronen des verwendeten Materials abgelenkt zu werden
      • dieser Effekt ist bei allen TEM vorhanden, hier aber besonders allein durch schiere Größe & Gewicht des Mikroskops: 0.75 Tonnen
    • Generell wieder mal die Jagd nach dem Mond: 0.5A sind super, und damit kann man das gleiche machen wie mit 0.33A. Lieber fürs gleiche Geld ein paar ein bisschen schlechtere Mikroskope bauen als ein bahnbrechendes
  • eines Menschenlebens. Beim Lichtmikroskop hat’s ca. 300 Jahre gebraucht:
    • Abbeschen Gesetzes durch gezielte Überlagerung zweier Lichstrahlen
    • Westphal V, Hell SW (2005) Nanoscale Resolution in the Focal Plane of an Optical Microscope. Phys Rev Lett 94: 143903

Signalkaskade in metastasierenden Krebszellen aufgeklärt #

  • Flussdiagramm der Signalkaskade)
    • Signalkaskaden oft mehrstufig: ermöglichst Integration verschiedener Signale & vielfache Verstärkung
  • mögliche Krebstherapie: STYX-Konzentration durch Pharmazeutika künstlich senken
    • generelles Wirkprinzip vieler Arzneimittel: Inhibition des Zielproteins; selten Aktivierung
    • Reiterer V, Fey D, Kolch W, Kholodenko BN, Farhan H (2013) Pseudophosphatase STYX modulates cell-fate decisions and cell migration by spatiotemporal regulation of ERK1/2. PNAS
  • Kuriosum: Proteinbennenung
    • MAPKKK kinase = Mitogen-activated protein kinase kinase kinase kinase
      • Kinasen bappen Phosphatmolekül an Zielprotein, Phosphatasen entfernen es
    • TAF = TBP-associated factor
      • TBP = TATA-binding protein
        • TATA = Thymidin-Adenosin-Thymidin-Adenosin-Sequenz in der DNA

Single-cell DNA-sequencing

  • die uns bekannte Diversität von Bakterien & Archaeen ist verzerrt: viel weniger ist bekannt über nicht kultivierbare Organismen
      <li
  • 9 Umweltproben, 9’600 Zellen, 3’300 Amplifikationen, 201 Genome sequenziert
  • Entdeckungen: neue Superphyla, lateraler Gentransfer zwischen Archaeen & Eukaryoten, ungekannte Verbindungen zwischen Phyla, Gracilibacteria: neues Phylum, UGA (opal-stopcodon) codiert für Glycin
  • Microbial Earth Project

Wie Energieproduktion ursächlich sein könnte für so manches Erdbeben #

    • Erdgasextraktion, Geothermie & andere, Flüssigkeits-injizierende Techniken (Fracking!)
    • messbare Korrelation schwacher Erdgeben in den USA mit Erdgasförderung: 10x mehr, vor allem in Fördergebieten
    • Magnituden 3-6 = eher harmlos für Menschen, aber Sachschäden möglich
      • Brodsky, E. E. & Lajoie, L. J. Science (2013).
    • 4: manche der Formationen bewegten sich seit Jahrmillionen nicht mehr

<li, ungefährlichen Erdbeben abgebaut werden, anstatt in einem großen.

Sonic Levitation

  • Schallwellen mit Frequenzen gerade über der menschlichen Hörgrenzen können die Schwerkraft für kleinen Partikel & Tröpfchen aufheben
  • zu viel (Schall-) Druck jedoch bringt sie zum ‘Platzen’
  • Setup nicht unähnlich einem Schachbrett: jedes Feld mit eigener Frequenz
    • laterale Bewegung von Tropfen (und anderem) kontrollierbar
    • erstmals auch Gegenstände, die größer sind als ein paar mm: Zahnstocher, etc.
    • momentan Dichte-limitiert (3-fache Dichte von Wasser)
  • Anwendungsmöglichkeiten:
    • generell: Arbeiten ohne Kontamination von Gefäßen etc
    • kontaktfreie Zusammenführung von Komponenten für die Arzneimittelherstellung
    • gelöste DNA & Zellen in Kontakt bringen
    • korrosive Materialien transportieren

Neue Gruppe von Megaviren #

  • Themenvorschlag von Stefan AKA @hirnbloggade
  • dsDNA; befallen oft Amöben
  • Megaviridae noch nicht offiziell anerkannt
  • möglicherweise neue Domäne des Lebens neben Bakterien, Archaen unbekannte Vertreter: Mimi-, Mega, Mamavirus; Genome ca. 1Mbp groß; kodieren ca. 1k Proteine; bis zu 0.5µm groß
  • neu: Pandoravirus
  • Schwierigkeit der Definition von “Leben” überhaupt

Noch eine Art der Isolation gegenüber Hybridisierung

  • Entstehung neuer Arten: allopatrisch, sympatrisch, peripatrisch, & parapatrisch (oder durch Polyploidisierung (Pflanzen), oder durch Hybridisierung, vermutlich selten)
  • bei erneutem Kontakt divergierender Populationen kommt es entweder zur Vermischung (und damit der Aufhebung der Unterschiede), oder zu reinforcement der Artbarrieren
    • zum Beispiel durch die Darmmikroflora!
  • Nasonia giraulti und Nasonia vitripennis, parasitische Wespen, die ihre Eier in die Larven anderen Insekten legen
    • Trennung vor etwa 1 mya, nutzen noch den gleichen Wirt
    • Hybriden zwischen den beiden Arten haben eine verschobene Mikroflora, welche bei diesen Wespen zum Tode führt
    • das Mikrobiom kann schneller evolvieren als der Wirt (kürzere Generationszeit) und somit die Trennung zweier entstehender Arten beschleunigen
  • Experiment: ‘Heilung’ der Larven von ihrem Mikrobiom durch Antibiotika
    • Überlebensrate steigt auf 50%
    • bringt man sie dann wieder mit der Mikroflora in Kontakt, sterben sie dennoch
    • Es scheint, als wäre es die Interaktion zwischen Mikrobiom & Genaktivität der Wespen, das die ungute Reaktion zur Folge hat:
      • Anstieg der Immunaktivität nach Hinzufügen des Mikrobioms
  • Kürzlich auch gezeigt: Mikrobiom steuert sexuelle Präferenz von Fliegen -> Fliegen mit ähnlichem Mikrobiom bevorzugt

Öko-/nachhaltige Fischerei

  • Nachhaltigkeit von Fischerei – auf welcher Basis nennt man eine Fischerei öko & nachhaltig?
  • Marine Stewardship Council (MSC) behauptet, es hätte ~400 Verbesserungen beobachtet bei Fischereibetrieben, welche das MSC-label führen dürfen
    • Maßnahmen der zertifizierten Fischereibetriebe: Änderung der Maschengröße von Netzen (Vermeidung von Beifang), Einrichtung von Schutzgebieten (was nachweislich Effekte hat!)
  • Kritik: Bericht ist wissenschaftlich nicht fundiert, und es fehlen Messungen zu Biomasse & Fangrate (statt irgendeinem Punktesystem), statistische Relevanz nicht gegeben, auch gibt es Fehlettikettierungen
  • 2010: 6800 MPAs (marine protected area) -> 1.17% der Ozeanoberfläche
    • zum Vergleich: 10-15% der Landoberfläche (über 150’000 PAs)
  • Alternativen: Fisch- & Gemüseproduktion lokal kombiniert & automatisiert

Competitor release & wie das Pflanzen schaden kann #

  • allgemeiner Rückgang von Bienenarten
    • Hypothese aus einer Simulation: Das Verschwinden einer einzelnen Bienenart wird kaum Folgen für von tierischer Bestäubung abhängige Pflanzenarten haben, bis die meisten Arten verschwunden sind
  • experimenteller Test in Colorado: 20 Tennisfeld-große plots, aus denen die jeweils häufigste Hummelart herausgefangen wird
  • Resultat:
    • nach dem Entfernen einer einzelnen Art (!), wurden die anderen Arten weniger selektiv
    • Effekt auf die Pflanzen: nach Entfernung der häufigsten Art trugen die Pflanzen ein Drittel weniger Samen als zuvor

Grosse Tümmler haben wohl keine Identitätsprobleme

  • vokales Label: ein Tier benutzt durchgehend dasselbe akustische Signal, wenn es mit einem bestimmten Objekt konfrontiert wird
  • außerhalb der menschlichen Sprache selten
  • meist für Warnrufe & Futtersignale
    • angeborene Signale (siehe zB Belding-Ziesel: verschiedene Warnrufe für Koyoten, Dachse, Wiesel, Bobcats & Adler)
    • gelernt: z.B. Gesang bei Vögeln (häufig: gelernter & angeborener Anteil)
  • Ausnahme: Großer Tümmler & Papageien -> Lernen von Signaturen für Objekte
  • Große Tümmler besitzen selbst individuelle Signaturen
  • jetzt gezeigt: Tümmler reagieren auf ihre Signatur, und nur ihre, indem sie zurückrufen
  • Hinweis darauf, dass sich Tümmler nicht nur ihrer selbst, sondern auch anderer als ‘Identität’ bewusst sind

Nachrichtenquellen #

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3 Gedanken zu „KNS008 – Dinge zwischen Strato- und Asthenosphäre

  1. Martin Hammerschmied

    Ein µm ist ein tausendstel mm, nicht ein zehntel. Für das menschliche Auge ist ein sub-µm Bereich bei weitem zu klein.

    Antworten

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