Adventskalender 2014

24.12.2012

Wir öffnen für Sie jeden Tag bis Weihnachten ein Türchen mit Bildern aus der Wissenschaft. Mit vielen Geschichten, die sich hinter den Bildern verbergen. Viel Spaß beim Stöbern und Staunen!

Impressionen eines kosmischen Relikts

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Falschfarbenbild

Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Göttingen
© NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

Die etwa 525 Kilometer große Vesta ist Teil des Asteroidengürtels zwischen den Planeten Mars und Jupiter. Gemeinsam mit unzähligen anderen kosmischen Brocken kreist das Relikt aus der Frühzeit unseres Planetensystems um die Sonne. Für Geologen ist Vesta ein Eldorado: Aufnahmen der US-Raumsonde Dawn offenbaren eine vielfältige Landschaft, wie sie bisher auf keinem anderen Kleinplaneten gefunden wurde. Das Bild zeigt den Antonia-Krater auf der Südhalbkugel der Vesta. Er hat einen Durchmesser von 17 Kilometern und liegt im riesigen Rheasilvia-Becken, das durch einen gewaltigen Einschlag entstanden ist. Die hellblaue Substanz ist freigelegtes feinkörniges Material der unteren Kruste. Der südliche Kraterrand wurde durch gröberes Material kurz nach der Entstehung des Kraters verschüttet. Die dunkelblaue Färbung des südlichen Kraterrandes kommt durch Schattenbildung des blockigen Materials zustande.

Mehr dazu: Vestas verborgene Reize

Spannendes Muskelspiel

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Fluoreszenzmikroskopie

Max-Planck-Institut für Biochemie, Martinsried
Manuela Weitkunat

Stehen Muskeln unter Spannung, ordnen sich die unzähligen kleinen Bausteine, aus denen Muskelfibrillen bestehen, in regelmäßigen Abständen hintereinander an – ähnlich wie Perlen auf einer Schnur. Lange Zeit war unklar, wie diese Grundordnung beim Muskelaufbau zustande kommt. Nun konnten Forscher am Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried anhand der Taufliege Drosophila melanogaster zeigen, dass es vor allem auf die mechanische Spannung ankommt. Fehlt diese, entstehen nur chaotische Strukturen innerhalb der Sarkomere, aus denen die Muskelfibrillen bestehen (rechts, grün angefärbt). Diese sind normalerweise an den Muskelenden fest mit den Sehnen (rot) verbunden, die ihrerseits am Skelett verankert sind. Da bei Menschen die Sarkomere in den Muskelfibrillen ebenfalls regelmäßig angeordnet sind, verläuft das Muskelspiel bei uns wahrscheinlich ähnlich spannend.

Mehr dazu: Gemeinsam an einem Strang ziehen

Koordination ist alles

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Fotografie

Max-Planck-Institut für Hirnforschung, Frankfurt  
Stephan Junek

Bei der Tarnung, aber auch im Jagd- und Paarungsverhalten von Tintenfischen spielen Farbwechsel eine wichtige Rolle. Manche Arten, wie zum Beispiel Metasepia tullbergi, sind sogar in der Lage, Farbwellen über ihren Körper laufen zu lassen. Dafür bedarf es eines komplexen Zusammenspiels von Millionen elastischer Pigmentzellen und den sie umgebenden Muskelzellen: Ziehen sich die Muskelzellen zusammen, werden die Pigmentzellen verkleinert und die Färbung verschwindet. Entspannen sich die Muskeln, kehrt die Farbe zurück. Besonders interessant ist ein Muster aus dunklen Balken, das auch als „passing clouds“ bezeichnet wird. Es entsteht, indem in acht verschiedenen Regionen erzeugte dunkle Balken über den Mantelsaum des Tieres wandern. Da auch die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen variieren kann, ergeben sich sehr komplexe Muster. Verantwortlich für die Steuerung der Wellen sind wahrscheinlich übergeordnete Nervenzellen, die so genannte zentrale Mustergeneratoren bilden.
Mehr dazu: Die Farbspiele des Tintenfischs

Steinerne Zeitzeugen

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Digitale Fotografie

Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation, Göttingen
Stephan Herminghaus & Lucas Goehring

Wo vor vielen Millionen Jahren einmal ein Strand war, findet man heute mitunter Steine mit schönen, sehr feinen Rippelmustern. Es handelt sich um versteinerte Biofilme – Matten aus Algen und anderen Mikroben, wie man sie auch heute zum Beispiel im Wattenmeer antrifft. Doch wie das Muster entsteht, war lange rätselhaft. Dabei ist die Erklärung verblüffend einfach: Die komplizierten Strukturen sind das Resultat von Wasser, das über den Biofilm strömt. An der instabilen Grenzfläche zwischen Wasser und Film reichen kleinste Störungen, damit sich mittels Selbstorganisation ein Muster aus parallel verlaufenden Hügeln und Tälern bildet. Heute sind derartige Fossilien extrem selten, weil die Biofilme ein gefundenes Fressen für andere Wattbewohner sind: Die Struktur hat keine Zeit mehr, sich auszubilden. Im Erdaltertum dürfte das Phänomen dagegen weit verbreitet gewesen sein. Die Erklärung des Musters ist daher von großer Bedeutung für die Rekonstruktion früherer Lebensbedingungen auf unserem Planeten.
Mehr dazu: Selbstorganisation in Stein

Stabiles Leichtgewicht

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Konfokale Laser-Scanning-Mikroskopie und computerunterstützte Bildanalyse

Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung, Potsdam
Felix Repp & Richard Weinkamer

Von außen wirkt ein Knochen massiv, doch der Schein trügt: Sein Inneres besteht aus einem dreidimensionalen Geflecht kleiner Bälkchen. Das spart Gewicht und macht unser Skelett zugleich sehr stabil – alle Knochen eines 60 Kilogramm schweren Menschen wiegen zusammen nur etwa sieben Kilo. Mithilfe computer-unterstützter Bildanalyse können Forscher das filigrane Netzwerk im Knocheninnern analysieren. Zu sehen ist die exakte Orientierung der Strukturen eines Osteons. Diese zentralen Knochenkanäle aus konzentrisch angeordneten Knochenlamellen haben einen Durchmesser von etwa 300 Mikrometern. Sie spielen eine wichtige Rolle beim Umbau des Knochens infolge veränderter mechanischer Belastung. Die bunten Linien geben die feinen Kanälchen wieder, die dem Nährstoffaustausch dienen. Blaue Kanäle zeigen zum Zentrum des Osteons, rote sind parallel dazu ausgerichtet. Aufgebaut werden sie von spezialisierten Zellen, sogenannten Osteozyten (beige Strukturen). Kollagenfasern (grün) sorgen dafür, dass der Knochen trotz aller Festigkeit elastisch ist.

Globalisierte Traditionen

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Digitale Fotografie

Max-Planck-Institut für ethnologische Forschung, Halle
Kirsten Endres

Auch in Vietnam ist „Santa Claus“ in der Vorweihnachtszeit allgegenwärtig: Luxuskaufhäuser locken mit überlebensgroßen Weihnachtsmännern Kundschaft an, White Christmas und Jingle Bells ertönt aus den Lautsprechern. Vom Saisongeschäft profitieren auch die mobilen Kleinhändler, die mit Handkarren voller Zipfelmützen und Plüsch-Nikoläusen durch die Straßen Hanois laufen. Herr Nguyen hingegen verkauft echte Handarbeit. Die Weihnachtsmänner des 70-Jährigen sind mit viel Liebe zum Detail aus bunter Zuckerpaste modelliert – ganz so wie die bunten Drachen und Fabelwesen, die er sonst fertigt. Für umgerechnet 10 Cents wechseln die filigranen Kunstwerke den Besitzer. Das ist nicht viel, aber Herr Nguyen kann auf diese Weise doch einen kleinen Beitrag zum Familieneinkommen leisten. Ethnologen untersuchen das komplexe Geflecht sozialer Beziehungen, informeller Netzwerke, politischer Strukturen und wirtschaftlicher Rahmenbedingungen, das das Alltagsleben der vietnamesischen Kleinhändler bestimmt.

Mehr dazu: Ohne Netzwerk kein Geschäft

Tief unter der Erde

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Digitale Fotografie

Max-Planck-Institut für Kernphysik, Heidelberg
K. Tasso Knöpfle

Neutrinos haben ungewöhnliche Eigenschaften: Sie wechselwirken extrem selten mit der sie umgebenden Materie, sind elektrisch nicht geladen, nahezu mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs – und könnten ihre eigenen Antiteilchen sein. Um das zu überprüfen, wollen Forscher den doppelten Betazerfall mit und ohne Emission von Neutrinos untersuchen. Letzterer sollte nur dann auftreten, wenn Neutrinos wirklich ihre eigenen Antiteilchen sind. Um den Prozess beobachten zu können, muss das im Vergleich hohe „Hintergrundrauschen“ anderer natürlicher Zerfälle abgeschirmt werden. Die Detektoren befinden sich daher in einer mit hochreinem Kupfer ausgekleideten und mit extrem reinem flüssigem Argon gefüllten „Thermoskanne“, umgeben von einem riesigen Reinstwasser-Tank. Die Anlage steht in einem Untergrundlabor tief im italienischen Gran Sasso-Massiv. Auch die Lichtinstrumentierung, auf die man hier schaut, dient zum Herausfiltern von Störsignalen.

Mehr dazu: Das Spiegelbild der Geisterteilchen

Mütterliche Fürsorge

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Fluoreszenzmikroskopie

Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, Jena
Martin Kaltenpoth

Nichts beschäftigt Eltern mehr als das Wohl ihrer Kinder. Während wir unsere Kleinen mit Mütze und Schal ausstatten, haben Mütter aus dem Tierreich noch ganz andere Wege gefunden um ihre Jungen durch den Winter zu bringen. Das Weibchen des Bienenwolfs (Philanthus), einer Grabwespenart, hinterlässt seinen Larven gleich eine ganze Apotheke. Bevor sie die Brutkammer verschließt, verteilt sie mit ihren Antennen an der Wand eine weiße Substanz. Darin befinden sich Bakterien der Gattung Streptomyces, die in speziellen Drüsen der Antennen in Symbiose mit der Wespe leben. Im Querschnitt der Antenne ist das Reservoir der Drüse zu sehen, voll angefüllt mit Bakterien (gelb-rötlich angefärbt durch Fluoreszenzmarker). Die Larve spinnt die Mikroben mit in ihren Kokon ein, wo sie dann einen Cocktail aus gleich neun verschiedenen Antibiotika produzieren, welche die Larven vor Schimmelpilzen und anderen Keimen schützen. Ohne die Fürsorge des Weibchens und die Hilfe der Bakterien läge deren Überlebensrate bei weniger als zehn Prozent.
Mehr dazu: Treue Partner seit der Kreidezeit

Porträt eines kosmischen Urgesteins

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Fotografie

Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Göttingen
© ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

Irgendwie erwartet man, dass Bruce Willis im Raumanzug aus der Kulisse tritt, um wieder einmal die Welt zu retten. Doch hinter diesem Foto steckt science, keine fiction. Die bizarre Landschaft mit einzelnen, aufragenden Felsen zeigt den Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko, aufgenommen aus 62 Kilometern Abstand. Das Kamerasystem OSIRIS an Bord der europäischen Sonde Rosetta liefert seit Monaten atemberaubende Ansichten des Schweifsterns. Dessen Kern misst etwa vier Kilometer und besteht im Wesentlichen aus zu Eis erstarrtem Wasser, CO-Eis, Methan, Ammoniak und Beimengungen von meteoritenähnlichen Staub- und Mineralteilchen. Seine Form ähnelt im Ganzen einer Badeente mit einem „Körper“ (der links ins Bild hineinragt) und einem „Kopf“ (im Hintergrund). Das gestochen scharfe Bild stammt vom 5. September 2014, ein Pixel entspricht 1,1 Meter. Rosetta umkreist den Kometenkern und umrundet mit ihm die Sonne. Am 12. November landete das Vehikel Philae auf ihm und sendete rund 60 Stunden lang Daten zur Erde.
Mehr dazu: Die Rosetta-Mission

GAU im Kraftwerk der Zelle

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Fluoreszenzmikroskopie

Max-Planck-Institut für Neurobiologie, Martinsried
Pontus Klein

Allein in Deutschland sind fast 280.000 Menschen an Parkinson erkrankt. Bemerkbar macht sich die Krankheit meist durch Muskelzittern, oft verbunden mit einer zunehmenden Versteifung der Muskeln. Im Gehirn der Patienten sterben unterdessen immer mehr Nervenzellen. Eine ganze Reihe von Genen wird mit der Entstehung der Parkinson-Krankheit in Verbindung gebracht. Eines davon ist PINK1, dessen Veränderung zu Fehlfunktionen der Mitochondrien führt. Ohne diese „Kraftwerke“ kann eine Zelle nicht mehr richtig arbeiten oder sich regenerieren. Bei Fruchtfliegen (Drosophila) ist das sogar unter dem Mikroskop zu beobachten: Wird das Gen ausgeschaltet, so werden die Mitochondrien (grün) geschädigt und die Muskelfasern (rot) zerfallen. Gleichzeitig sterben auch die Nervenzellen der Fliegen. Doch die Aktivierung eines bestimmten Rezeptors, der Andockstelle für den Nerven-Wachstumsfaktor GDNF, kann sowohl dem Mitochondrienzerfall in den Muskeln wie auch dem frühen Tod der Nervenzellen entgegenwirken.
Mehr dazu: Nervenwachstumsfaktor stoppt Zerfall von Mitochondrien

„Top-Qualität mit echten Goldfäden verziert"

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Digitale Fotografie

Max-Planck-Institut für Wissenschaftsgeschichte, Berlin
Dagmar Schäfer

Textiletiketten können viel über eine Gesellschaft erzählen. So wiesen über die gesamte chinesische Geschichte hinweg Kennzeichnungen auf Seidenstoffen auf den Hersteller, den Auftraggeber, den Besitzer oder die Produktionsstätte hin. Während die Seide zu Beginn der Ming-Zeit jedoch noch gestempelt oder mit Tusche beschriftet wurde, wurden die Information später direkt in den Stoff eingewebt – ein Zeichen nicht nur für veränderte Arbeits- und Produktionstechniken, sondern auch für den Wandel in Gesellschaft und Institutionen. Die kostbare Seide, die im 18. Jahrhundert in den staatlichen Manufakturen der Qing hergestellt wurde, trug als Markierung den Namen der Regierungsperiode in der Webkante am Anfang des Seidenballens. Auf diesem Etikett ist der Name des verantwortlichen Geschäftsführers, Wang Yutai, verzeichnet. Es bescheinigt der Seide "Top-Qualität mit echten Goldfäden verziert". Heute dienen ähnliche Inschriften im globalisierten Handel dazu, Kunst und Handwerk etwas „Chinesisches“ zu verleihen.
Mehr dazu: Sprechende Seide

Giftspritze im Kleinstformat

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Elektronen-Kryomikroskopie und Röntgenkristallographie

Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie, Dortmund
Christos Gatsogiannis & Stefan Raunser

Eine tödliche Gemeinschaft bilden die Proteine des Giftstoffkomplexes des Bakteriums Photorhabdus luminescens. Aufgebaut wie eine Injektionsnadel, funktioniert er auch genau so: Bindet die Nanospritze an die Oberfläche einer Zelle, durchstößt sie die Zellmembran (hier hellblau) und schleust ein hochgiftiges Enzym ins Innere. Für Forscher hat die winzige Spritze ein großes Potential: So könnte sie in der Medizin helfen, Medikamente zielgenau in bestimmte Zellen des Körpers zu transportieren. In der Landwirtschaft eröffnet sie neue Möglichkeiten der Schädlingsbekämpfung. Denn für die winzigen, bodenbewohnenden Fadenwürmer, die in Symbiose mit den giftigen Bakterien leben, sind diese wichtige Partner bei der „Jagd“. Die Würmer befallen Insektenlarven, infizieren sie mit den Bakterien und brauchen dann nur noch abzuwarten, bis die tödliche Ladung der Nanospritzen ihr Ziel erreicht. Die Larven sterben meist innerhalb von zwei Tagen – das Festmahl für Fadenwürmer und Bakterien kann beginnen.
Mehr dazu: Giftspritze mit Gummiband

Die Vielfalt der Natur

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Fotografie: Jacopo Ligozzi (1547–1627), Euphorbia (Euphorbia dendroides),
GDSU INV. 1956 O, verschiedene Materialien auf Papier, 670x457mm

Kunsthistorisches Institut in Florenz – Max-Planck-Institut

Mit bis zu 16 Zentimeter Flügelspannweite ist das Wiener Nachtpfauenauge (Saturnia pyri) der größte europäische Schmetterling. Der auffällige Falter faszinierte offensichtlich auch den Veroneser Künstler Jacopo Ligozzi (1547–1627), der ihn hier auf einen Zweig einer Baum-Wolfsmilch (Euphorbia dendroides) sowie als Raupe am unteren Bildrand platziert hat. Beide, Falter wie Strauch, kommen im Mittelmeerraum vor.
Die Zeichnung ist eine von 129 Tier- und Pflanzenstudien, die Ligozzi um 1580 im Auftrag des Großherzogs Francesco I. de’Medici anfertigte. Die Blätter beeindrucken durch die exakte und detaillierte Darstellung der Natur ebenso wie durch technische Brillanz, hier eine Verbindung von Tempera, Bleistift, Aquarell, Bleiweißhöhung und Goldpigment. Ligozzis Zeichnungen – die zu den wichtigsten Bildzeugnissen der frühneuzeitlichen Biologie gehören – sind beispielhaft für Francescos Interesse am Naturstudium, das Florenz in der 2. Hälfte des 16. Jahrhunderts zu einem Zentrum naturwissenschaftlicher Wissensproduktion machte.

Das Wetter auf einer fremden Welt

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Computersimulation

Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg
© ESO / Ian Crossfield

Braune Zwerge gelten als verhinderte Sterne. Wegen ihrer geringen Masse ist der Fusionsreaktor im Innern nicht angesprungen. So glimmen sie vor sich hin und beschäftigen als Bindeglieder zwischen Sonnen und Planeten seit mehr als einem halben Jahrhundert die Astronomen. Die haben jetzt einem Vertreter dieser Objektfamilie sehr detaillierte Informationen entlockt. Die Forscher analysierten die Spektrallinien, die sich aufgrund der Rotation des 6,5 Lichtjahre entfernten Braunen Zwergs Luhman 16B regelmäßig verschieben. Mit einer trickreichen Technik namens Dopplerimaging gewannen sie aus Daten des Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte (ESO) so etwas wie eine Landkarte. Darauf erscheinen dunkle und helle Flecken, denn trotz der hohen Oberflächentemperatur von mehr als 1000 Grad Celsius bilden sich in der Atmosphäre von Luhman 16B dichte Wolken. Diese bestehen allerdings nicht aus Wasser, sondern aus schweren Elementen wie Eisen.
Mehr dazu: Die Oberflächenkarte eines Braunen Zwergs

Das Sonnenfeuer auf der Erde

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Digitale Fotografie

Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, Greifswald
Christian Lünig

Die Forscher des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik wollen nichts Geringeres als die Sonne nachzuahmen. Ein künftiges Fusionskraftwerk soll Energie erzeugen, indem dort – ähnlich wie in der Sonne – in einem Plasma Wasserstoffkerne zu Helium verschmelzen. Auf dem Weg zum Kraftwerk erforschen die Wissenschaftler zwei unterschiedliche Anlagentypen. In Greifswald entsteht Wendelstein 7-X, die weltweit größte Fusionsanlage vom Bautyp Stellarator. Das Foto zeigt das Außengefäß der Anlage mit den zahlreichen Öffnungen für  Kühlleitungen, Stromverteiler und Messgeräte während der Montage. Nach Jahren der Berechnungen, Planung, Bauteilfertigung und Montage wurde Anfang Mai die Hülle der Anlage geschlossen. In der Phase der Betriebsvorbereitung werden nun alle technischen Systeme getestet: das Vakuum in den Gefäßen, das Kühlsystem, die supraleitenden Spulen und das von ihnen erzeugte Magnetfeld. Wenn alles nach Plan läuft, kann Mitte 2015 das erste Plasma gezündet werden.

Mehr dazu: Der Bau von Wendelstein 7-X im Zeitraffer

Nicht nur Obst und Gemüse

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Digitale Fotografie

Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie, Leipzig
Christian Ziegler

Der kongolesische Salonga-Nationalpark bietet ein reichhaltiges Menü für Bonobos: Neben der Afrikanischen Brotfrucht und der Pfeilwurz (oben links bzw. rechts) stehen unter anderem auch /booso/ (unten links) und die Junglesop-Früchte (unten rechts) auf dem Speiseplan der friedlichen Menschenaffen. Bonobos galten lange Zeit als reine Vegetarier, die sich ausschließlich von Früchten, Blättern, Samen und Kräutern ernähren. Mittlerweile wissen Forscher jedoch, dass sie auch Insekten verspeisen sowie Waldantilopen und sogar andere Affen jagen. Neben der Aufnahme wichtiger Proteine hat der Fleischverzehr auch soziale Gründe, da die Nahrung immer mit anderen Gruppenmitgliedern geteilt wird. Der gemeinsame Verzehr stärkt das Gruppengefühl und festigt den Status einzelner Tiere innerhalb der Gruppe. Ranghohe Weibchen fressen beispielsweise besser als rangniedere, die von bestimmten Früchte oder Gejagtem nur wenig abbekommen.

Mehr dazu: Bonobos – die sanften Vettern der Schimpansen

Spinnen mit Strom

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STED-Mikroskopie; konfokale Laser-Scanning-Mikroskopie
(überlagerte Aufnahmen)

Max-Planck-Institut für Polymerforschung, Mainz / Daniel Crespy
© 2012 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

Mithilfe elektrischer Felder lassen sich aus Makromolekülen extrem feine Fäden spinnen. Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Polymerforschung haben dieses Elektrospinnen weiterentwickelt. Sie verwenden zur Herstellung der Mikro- oder Nanofasern statt einer herkömmlichen Lösung Kolloide – sehr kleine, in einem Gemisch fein verteilte Tröpfchen oder Nanopartikel. Da diese Mischung mehrere verschiedene Stoffe enthält, werden auch in den entstehenden Vliesstoff unterschiedliche Nanopartikel eingebettet. Einige der Partikel reagieren auf äußere Reize – zum Beispiel Korrosion oder einen Anstieg der Temperatur – und setzen dann bestimmte Moleküle frei. Sind die richtigen Partikel „angeschaltet“, kann die Faser beispielsweise eine Kombination von Arzneiwirkstoffen nach außen abgeben oder sich selbst reparieren. Für das Bild wurden mehrere Aufnahmen von unterschiedlichen gefärbten Nanofasern aus Polymer- und Silikapartikeln übereinander gelegt. Die roten Nanopartikel sind nur mithilfe der STED-Mikroskopie so klar zu erkennen.
Mehr zur STED-Mikroskopie: Chemie-Nobelpreis 2014

Geordnete Grenzsteine

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Computergrafik

Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching
© ESA/Herschel/PACS/SPIRE

Sie halten sich in den Tiefen des Weltraums auf, Milliarden Kilometer von der Sonne entfernt und – wie bereits ihr Name verrät – jenseits der Neptunbahn: Transneptunische Objekte, kurz TNO. Sie gelten als Relikte aus der Frühzeit des Sonnensystems und tragen so exotische Namen wie Eris, Haumea oder Makemake; auch der Zwergplanet Pluto ist einer von ihnen. Das europäische Weltraumteleskop Herschel hat 132 dieser ungefähr 1400 bekannten kosmischen Brocken beobachtet – im fernen Infrarotlicht. Denn bei Oberflächentemperaturen um die 230 Grad unter Null kommt nicht mehr viel Wärmestrahlung im Fernrohr an. Aus den Messungen des Observatoriums haben die Forscher mehrere Eigenschaften der TNO abgleitet, etwa ihre Größe oder die Albedo, jenen Bruchteil an Licht, das ihre Oberflächen reflektieren. Die Grafik spiegelt diese Parameter wider: So variieren die Durchmesser der Objekte zwischen knapp 50 und 2400 Kilometer. Ebenso unterschiedlich ist die Albedo – braun bedeutet niedrige, weiß hohe. Und: Haumea (weiß) und Varuna (braun) besitzen längliche Gestalt.

Aus eins mach zwei

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Fluoreszenzmikroskopie

Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik, Dresden
Felipe Mora-Bermúdez

Bei der Entwicklung des Säugetiergehirns müssen sich zunächst die Hirn-Stammzellen vermehren. Dabei ist es sehr wichtig, dass nicht nur die Chromosomen (hier blau), sondern alle Zellbestandteile sehr genau und gleichmäßig auf die beiden entstehenden Zellen verteilt werden. Garantiert wird dies durch die eher ungewöhnliche Teilung der Stammzelle entlang ihrer Längsachse. Eine wichtige Rolle spielen dabei die erst kürzlich entdeckten apikalen astralen Mikrotubuli – besonders lange Spindelfasern, die vom Zentrum des Spindelapparats (hier rot) bis zum Zellpol reichen. Die Besonderheit des Bildes ist, dass hier in Gestalt des langen weißen „Fadens“ in der linken Zelle ein solcher astraler Mikrotubulus in der Anaphase einer Mitose klar und deutlich zu erkennen ist. Gibt es keine oder nur wenige astrale Mikrotubuli, wechseln die Stammzellen zu asymmetrischen Zellteilungen, bei denen jeweils eine Stammzelle und eine Nervenzelle gebildet werden.

Mehr dazu: Entfesselte Hirn-Stammzellen


Anpassungsfähig

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Fotografie

Max-Planck-Institut für Informatik, Saarbrücken
Jürgen Steimle

Rötlich schimmern menschliche Organe auf dem Papier. Wirbelsäule und Beckenknochen bilden bei diesem Querschnitt durch den menschlichen Unterleib gelbe Inseln. Biegt ein Patient das Papier nach unten, scheinen die Knochen hervorzutreten, während die Weichteile zurückweichen. Was dazu nötig ist? Ein Projektor, der einen Film auf dem Blatt abbildet, eine Tiefenkamera, die Hände puls Papier filmt und so die Position im Raum festlegt. Anschließend greifen zwei Rechenverfahren: Das erste rechnet die störende Hände des Benutzers heraus. Bewegt er nun das Papier – egal ob, nach links, nach rechts, ob gebogen oder wellenförmig –, registriert dies die Kamera. Dann beschreibt ein zweites Computermodell diese Bewegungen in Sekundenbruchteilen, der Projektor kann sie nahezu in Echtzeit wiedergeben. In Zukunft könnte das „Flexpad“ zum Beispiel Ärzten helfen, Ergebnisse einer Computertomografie anschaulich mit einem Patienten zu besprechen.

Mehr dazu: Bewegliche Bildschirme aus Papier

Die Schönheit kleiner Dinge

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Digitale Fotografie

Max-Planck-Institut für ethnologische Forschung, Halle
Florian Köhler

Das gemeinsame Teetrinken von hat sich in Niger über ethnische Grenzen hinweg zu einer allgegenwärtigen Form sozialer Interaktion entwickelt. Immer ist der Tee stark und süß – doch die persönlichen Rezepte und aromatisierenden Ingredienzien werden wie Geheimnisse gehütet. Das Kommentieren des Geschmacks gehört ebenso zum Ritual wie das Bewundern von besonders schönem Teegeschirr. Wie auch in Japan können altehrwürdige Stücke von hohem Wert sein und Reparaturen den Charakter von Schmuck annehmen. Diese Teekanne stammt noch aus der Tschechoslowakei und gehört heute einem Fulbe-Hirten. Die Verzierungen und Reparaturen wurden von einem Silberschmied der Tuareg ausgeführt. Der Tee stammt aus China. So erzählt das Foto von interethnischen Beziehungen, von Globalisierung und von der Omnipräsenz chinesischer Produkte auf Märkten in Afrika. Die Forscher aus Halle untersuchen in Niger, wie sich die traditionell nomadischen Hirten in die staatlichen Strukturen der nationalen Gesellschaft integrieren beziehungsweise von diesen abgrenzen.

Die Milchstraße im Gammalicht

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Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching
Marco Selig

In einer klaren Sommernacht spannt sich das Band der Milchstraße über das gesamte Himmelsgewölbe. Sie ist ein Teil der Galaxis – jener Welteninsel aus 200 Milliarden Sternen sowie Gas- und Staubwolken, in der unsere Sonne mit ihren Planeten kreist. Die Milchstraße gehört zu den beliebten Fotomotiven von Amateurastronomen. Aber auch Profis richten ihre Instrumente auf sie, etwa mit dem Weltraumobservatorium Fermi. Dieses Teleskop registriert harte Gammastrahlen, die hier durch „Pseudofarbendarstellung“ auf das für unser Auge sichtbare optische Spektrum übertragen wurden. In der linken Bildhälfte sind die grießeligen Rohdaten dargestellt, in der rechten die aufbereiteten. Dazu haben die Forscher einen statistischen Algorithmus entwickelt, mit dessen Hilfe sie das Rauschen sowie Instrumentenartefakte entfernen und schließlich diffuse und punktförmige Strukturen voneinander trennen. Die Aufnahmen enthüllen interessante Details wie die sogenannten Fermi-Blasen (Bildmitte), die sich über 50.000 Lichtjahre erstrecken und über deren Herkunft die Astronomen noch rätseln.

Zeigt her Eure Füße

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Fluoreszenzmikroskopie

Max-Planck-Institut für Biochemie, Martinsried
Carleen Kluger & Carsten Grashoff

Wie wir Menschen, verfügen auch Zellen über ein Skelett, mit dessen Hilfe sie sich fortbewegen und ihre Umgebung erkunden können. Der Kontakt zur Außenwelt wird dabei durch so genannte Fokale Adhäsionen vermittelt – kleine Füßchen, die aus vielen unterschiedlichen Proteinen aufgebaut sind und Zellanhaftung sowie mechanische Stabilität vermitteln. Mit einer neuen Mikroskopie-Methode ist es nun möglich, die mechanischen Kräfte, die entlang einzelner Proteine in Fokalen Adhäsionen wirken, genau zu messen. Das Verfahren erlaubt Einblicke in die molekularen Mechanismen, mithilfe derer sich Zellen auf ihre mechanische Umgebung ‒ die hart wie Knochen oder weich wie Fettgewebe sein kann ‒ einstellen können.

Ihr weihnachtliches Aussehen erhält diese Mauszelle durch die spezifische Fluoreszenzfärbung: die Aktin-Filamente des Zellskeletts sind grün, die Fokalen Adhäsionen rot markiert.

Weiße Weihnachten

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Fluoreszenzmikroskopie

Max-Planck-Institut für molekulare Biomedizin, Münster
Hanna Reuter & Florian Seebeck

Ein festlich geschmückter Weihnachtsbaum im Schnee? Auf den zweiten Blick wohl kaum. Das Bild zeigt den vorderen Teil eines Plattwurms – genauer der Planarie Schmidtea mediterranea – dessen Verdauungssystem mit Fluoreszenz-Farbstoffen angefärbt ist. Stamm und Äste des „Christbaumes“ werden vom verzweigten Darm des Wurms gebildet; die glänzenden gelben und roten „Kugeln“ sind Becherzellen, schleimproduzierende Drüsen. Und der „Schnee“, der der ganzen Szene ihr winterliches Ambiente verleiht, ist in Wirklichkeit die Erbsubstanz jeder einzelnen Zelle, sichtbar gemacht durch eine DNA-spezifische Färbung. Der hintere Teil des Wurms fehlt – doch dank zahlreicher adulter Stammzellen ist das Tier in der Lage, das fehlende Gewebe innerhalb weniger Tage komplett zu ersetzen. Während regenerative Fähigkeiten beim Menschen sehr begrenzt sind, kann aus einem winzigen Stück einer Planarie ein perfekter neuer Wurm entstehen. Daher bieten Planarien ein hervorragendes Modellsystem, um Regenerationsprozesse und Stammzellbiologie am lebenden Tier zu erforschen.

 
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