Spektrum der Wissenschaft 2011 07.pdf

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Wie Wolken

das Klima

beeinﬂ ussen

JULI 2011

PHYSIK

Pulsare als Gravitations-

wellendetektoren

PHILOSOPHIE

Recht und

Gerechtigkeit

SCHIZOPHRENIE

Vorboten

im Gehirn

Die neue

Architektur

des Genoms

Wie aktiv ein Gen ist,

hängt von seinem Ort

im Zellkern ab

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Editorial

Carsten Könneker

Chefredakteur

koenneker@spektrum.com

Autoren in diesem Heft

Revolutionen im Innersten der Zelle

H aben Sie jemals versucht, sich in einem großen Raum mit vielen Menschen Gehör zu

Der Radioastronom Michael

Kramer (links) und der theoreti-

sche Astrophysiker Norbert Wex

vom Max-Planck-Institut für

Radioastronomie in Bonn

vermessen die extrem regel-

mäßigen elektromagnetischen

Signale, die von Pulsaren aus-

gehen. Die schnell rotierenden

Neutronen sterne könnten

helfen, Gravitationswellen

aufzuspüren (S. 48).

verschaffen – etwa bei einem Empfang, wo zahlreiche Gruppen zusammenstehen und

miteinander tuscheln? Ob es Ihnen glückt, hängt unter anderem von Ihrem Standort ab: In

einem großen Saal machen Sie sich von der Mitte aus leichter bemerkbar als von der Wand

her. Unvermutet haben Wissenschaftler jetzt ein ganz ähnliches Phänomen in einem der

kleinsten »Lebens-Räume« überhaupt ausgemacht – dem Zellkern. Darin sind freilich keine

Personen versammelt, sondern Gene, und sie stehen nicht in Grüppchen beisammen, son-

dern sind auf die 46 Chromosomen des Menschen verteilt.

Alles, was im Körper geschieht, beruht auf zellulären Abläufen – Entwicklungs- und Alte-

rungsprozesse ebenso wie das Entstehen von Krankheiten wie Krebs. Als Forscher vor zehn

Jahren das menschliche Genom entzifferten, dachten anfangs viele, damit den entscheiden-

den Schlüssel zum Verständnis dieser höchst komplexen Vorgänge in den Händen zu halten.

Schnell wurde jedoch klar, dass es auf die Gensequenz als solche weit weniger ankommt als

auf die von ihr kodierten Proteine. Diese sind bei jedem Menschen von Zelltyp zu Zelltyp ver-

schieden, ja unterliegen sogar einem permanenten Wandel – während die DNA-Sequenz der

Gene in jedem Zellkern eines Individuums praktisch identisch ist.

Jetzt aber fanden Biologen heraus, dass das Bild der statischen Gene nicht zutrifft . Das Ge-

nom verändert sich doch: in seiner räumlichen Anordnung! Dort ereignen sich im wahrsten

Sinn des Wortes Revolutionen – Umwälzungen. Wie Tom Misteli vom amerikanischen Natio-

nal Cancer Institute in Bethesda, Maryland, ab S. 28 berichtet, gelangen Erbfaktoren zu neuen

Orten im Zellkern und werden dabei ein- und ausgeschaltet. Hierbei gilt die Regel: Je weiter

im Zentrum sich ein Gen beindet, desto aktiver ist es. Mitunter verändert sich der innere

Bauplan eines Kerns geradezu dramatisch, etwa wenn sich eine embryonale Stammzelle in

eine Haut-, Leber- oder sonstige Zelle ausdifferenziert und dabei viele Gene stummgeschal-

tet werden. Und auch wenn Zellen entarten, ändert sich die Position einzelner DNA-Abschnit-

te. Dieses neue Wissen ist ein möglicher Ansatzpunkt für bessere, frühere Diagnosen von

Krebserkrankungen. Doch was veranlasst die Gene zu ihren Positionsverschiebungen inner-

halb des Zellkerns? Darüber rätseln die Forscher bislang noch. Misteli vermutet dahinter ei-

nen sich selbst organisierenden Prozess.

2500 Jahre nach Platon ist die

Diskussion über Gerechtig-

keit in der Welt aktueller denn

je. Der Philosoph Julian Nida-

Rüme lin von der Ludwig-Maxi-

milians-Universität München

gibt ab S. 62 einen Überblick

über die Theorien.

Auf die Wolken kommt es an!

Jost Heintzenberg , der frühere

Direktor des Leibniz-Instituts

für Troposphärenforschung in

Leipzig, und Julia Lupp , die Pro -

grammdirektorin des Ernst-

Strüngmann-Forums, erklären

ab S. 80, warum die Bewölkung

die große Unbekannte in allen

Klimaprognosen darstellt.

Spannende Einsichten in das dynamische Innere des Genoms wünscht Ihnen

Ihr

Wie wirkt die Umwelt auf einen

Baum? Um das auf unterhaltsame Art

darzustellen, wurde »Spektrum der

Wissenschaft« Pate einer twitternden

Eiche – mehr dazu ab S. 26.

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SPEKTRUM DER WISSENSCHAFT · JUlI 2011

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inhalt

42 InterviewmitErwinNeher

48 SuchenachRaumzeitwellen

Wolkenerschweren

Klimaprognose

62 Gerechtigkeit

80

biologie & medizin

Physik & astronomie

mensch & kultur

TITELTHEMA

28Das Innenleben des Genoms

Tom Misteli

Chromosomenwieaucheinzelne

Genewechselnimmerwieder

ihrenOrtimZellkern–etwabeim

Ausdifferenzierenembryonaler

Stammzellen,aberauchbeiKrebs

48Mit Pulsaren auf der Jagd

nach Gravitationswellen

Michael Kramer und Norbert Wex

MitHilfeschnellrotierender

Neutronensterne,diealsextrem

genauekosmischeUhrendienen,

könnteAstronomendererste

direkteNachweisvonGravita-

tionswellengelingen

r

r

SerIe PhIloSoPhIe

62 Was ist gerecht?

Julian Nida-Rümelin

SchonPlatonsahGerechtigkeitals

höchsteTugendan.Heutegiltsie

alsBasisunseresGemeinwesens

r

36Vorboten des Ich-Verlusts

David Dobbs

Schizophrenieberuhtmöglicher-

weiseauffehlerhaftenUmbauten

imGehirnwährendderPubertät.

DieswürdeeinefrühereDiagnose

derKrankheitalsbishererlauben

70 Streitpunkt Menschenrechte

Wilfried Hinsch

DietheoretischeBasisderMen-

schenrechtsideebleibttrotzihres

politischenErfolgsunsicher

r

SchlIchtIng!

58Der schwingende

Weihrauchkessel

H. Joachim Schlichting

WirdeinpendelnderKörper

periodischangehobenund

abgesenkt,gewinnterEnergie.

Warum?

MatheMatISche UnterhaltUngen

76Das Rätselkabinett

des Heinrich Hemme

Christoph Pöppe

EinBesuchbeimdeutschenMeister

derUnterhaltungsmathematik

IntervIew

42»Eins zu eins lässt sich

Forschung nicht umsetzen«

NobelpreisträgerErwinNeher

überForschungsförderung

undWissenschaftskommunikation

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sPektrogramm

10 Exoplaneten,diegegendenStrom

schwimmen•GeburtdesGrand

Canyon•Riesenameisendurch-

querteneinstdieArktis•Virenver-

bessernEfizienzvonSolarzellen•

FangseilandenFüßen•Rotierende

MolekülemitDopplereffekt

28

TITELTHEMA

Dieneue

Architektur

desGenoms

bild des monats

13 Silbersterne aus dem

Reagenzglas

forschung aktuell

14Umzug der Winde

ÜberdenMeerennimmtderWind

zu–undlautüberLandab

16Augen aus der Retorte

ImLaborentstehteinekomplette

Netzhaut

19Mysteriöse Bremskräfte

aufgedeckt

Pioneer-»Anomalie«istFolge

vonWärmeabstrahlung

22Das Lachen der Ratten

FiependeNagetiereinder

Autismusforschung

24Springers Einwürfe

GehorchtLiteraturdarwinschen

Gesetzen?

26 Der vernetzte Baum

StieleichemitTwitter-Account

erde & umwelt

technik & comPuter

80 Wolken im Klimawandel

Jost Heintzenberg und Julia Lupp

PrognosenderglobalenErwär-

mungsindimmernochrelativ

unsicher.Dasliegtvorallem

anmangelndenKenntnissenüber

dasschwerfassbareVerhalten

derWolken.NeueSatellitenund

spezielleWolkenlaborssollendie

Wissenslückenschließenhelfen

88Cornelis Drebbel:

Ein vergessener Pionier

der Moderne

Achim Clausing

ErbautedasersteUnterseeboot,

denerstenThermostatundeines

dererstenMikroskope.Werwar

dieserrastloseErinder,denim

17.JahrhundertganzEuropakann-

te,aberheutekeinSchulbuch

mehrnennt?

r

weitere rubriken

5 Editorial

8 Leserbriefe/Impressum

96 WissenschaftimRückblick

VomBohnenkäsezurTauchkapsel

97 ExponatdesMonats

PhilippLenardsEntladungsröhre

98 Rezensionen

Ulrich Eberl: Zukunft2050

Rita Lüder: Nature-LexiconBäume

undSträucher(App)

Nicholas A. Christakis, James H.

Fowler: Connected!u.a.

Titelmotiv: Anatomy Blue

die auf der titelseite angekündigten

themen sind mit r gekennzeichnet

106 Vorschau

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