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Wir sind aus Sternenstaub. Das lernt man bei Klaus Blaum, Direktor am Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg. Er erforscht, wie schwere Elemente in Sternen entstehen. Wissenschaftlich heißt das „Nukleosynthese“. Darin steckt das lateinische Wort nucleus für „Kern“, also Atomkern, und das griechische Wort synthesis für „Aufbau“. Als unser Planet vor 4,6 Milliarden Jahren entstand, kamen tatsächlich viele Elemente als Sternenstaub auf die Erde. Wenn wir die chemischen Elemente, aus denen unser Körper besteht, getrennt wiegen könnten, würden wir Folgendes feststellen: Umgerechnet auf unser Gewicht bestehen wir aus rund 56 Prozent Sauerstoff, 28 Prozent Kohlenstoff, neun Prozent Wasserstoff, zwei Prozent Stickstoff […]
Dabei verschmelzen regelmäßig vier Protonen zu einem Heliumkern (siehe TECHMAX 9)

Im Dezember 2019 wird Wuhan in der chinesischen Provinz Hubei zum Zentrum eines Ausbruchs von Lungenentzündungen unbekannter Ursache. Am 7. Januar 2020 isolieren chinesische Wissenschaftler ein neuartiges Coronavirus von Patienten aus Wuhan. Nur drei Tage später, am 10. Januar publiziert die Fudan Universität in Shanghai erste Gensequenzen des neuen Erregers auf der im Internet zugänglichen weltgrößten Viren-Gendatenbank GISAID (Global Initiative on Sharing All Influenza Data); weitere Sequenzierungen von anderen Wissenschaftlern folgen. Die Gensequenz des neuartigen Coronavirus (Sars-CoV-2) ermöglicht die schnelle Entwicklung entsprechender PCR-Diagnosetests. In Deutschland vermeldet die Charité bereits am 16. Januar 2020, dass das Team um den Virologen Christian […]
A: Andockstellen des Virus: Vier Spike-Proteine auf der Oberfläche von Sars-CoV-2

Aus der Forschung direkt in die Schule
B). Abb. B: Synthese eines Mainzer „Biopolyethylens“.

In den Körpern aller Lebewesen tobt ein täglicher Kampf gegen Viren, Bakterien, Pilze und Parasiten, die von außen eindringen. Selbst einfachste Organismen besitzen daher eine vielfältig ausgestaltete Immunabwehr. Die sogenannte angeborene oder natürliche Immunität, die sich schon bei wirbellosen Tieren und selbst bei Pflanzen findet, erlaubt eine besonders rasche, unspezifische, aber trotzdem wirkungsvolle Verteidigung. Die Struktur der beteiligten Proteine und die dazugehörige Bauanleitung sind im Genom festgelegt und können im Laufe des Lebens eines Individuums nicht an neue Bedingungen angepasst werden. Um diesen Nachteil zu beheben, hat sich im Verlauf der Evolution im angeborenen Immunsystem eine immer größere Zahl verschiedener […]
B). Abb.

  Eine Zeitreise, die im Jahr 1864 beginnt, zeigt, wie der Erkenntnisfortschritt in der Genetik funktioniert: Im Klostergarten des Augustinerstifts in Alt-Brünn führt der Mönch Johann Gregor Mendel Kreuzungsversuche u.a. mit Erbsen durch. Dabei stößt er auf Gesetzmäßigkeiten, nach denen bestimmte Merkmale von Generation zu Generation weitergegeben werden. Mendel schickt seine Arbeit an einen namhaften Biologen, der diese – wohl auch aus Abneigung gegen die Mathematik – mit ablehnendem Kommentar zurücksendet. 1865 wird der Aufsatz dann doch noch vom Brünner Naturforschenden Verein veröffentlicht, ohne jedoch größere Aufmerksamkeit zu erlangen. Erst ein Zufall bringt Mendels Arbeit im Jahr 1900 an die […]
begehrten Multitalente zu erzeugen, haben die Japaner mithilfe viraler Genfähren vier

Der 14. September 2015 wird in die Geschichte eingehen. An jenem Tag empfingen Forscher erstmals Gravitationswellen – 100 Jahre, nachdem Albert Einstein seine Allgemeine Relativitätstheorie vorlegte, die solche Verzerrungen der Raumzeit vorhersagt. Die Sensation gelang mit der Anlage Advanced LIGO. Deren Empfindlichkeit für das zarte Zittern aus dem All beruht maßgeblich auf Techniken und Methoden, die Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Hannover und Golm ausgetüftelt haben. Mit der Entdeckung am 14. September – es war 11.51 Uhr MESZ, als die Wellen durch zwei Detektoren an den Observatorien Livingston und Hanford in den USA rauschten – erreicht die Forschungsgeschichte der […]
Am Ende einer jeden Laufstrecke – bei Advanced LIGO beträgt sie vier Kilometer –

Essengehen mit Thomas Vilgis ist ein besonderes Erlebnis. Schnell ist man bei der Frage, wie Mundgefühl, Geschmack und Aromen entstehen. Was passiert beim Kauen? Wie brechen dabei Strukturen aus großen Molekülen auf und setzen Aromen frei? Bei dem Mainzer Physikprofessor und Max-Planck-Forscher lernt man: Die Eigenschaften von Nahrung sind ganz direkt mit der Nanowelt der Moleküle verknüpft. Dabei spielt verblüffend viel Physik mit. Allerdings sind Käse, Nudeln, Schokolade, Gemüse oder Fleisch ziemlich komplexe Materialien. Bei ihrer Erforschung kann die Physik jedoch eine Stärke ausspielen: das geschickte Vereinfachen. Damit kann sie komplexe Nahrungsmittel in verständliche Grundelemente zerlegen. Moleküle bestimmen den Unterschied […]
Da ein Kohlenstoffatom vier äußere Elektronen hat, sozusagen vier Hände, kann es

Aus der Forschung direkt in die Schule
Da ein Kohlenstoffatom vier äußere Elektronen hat, sozusagen vier Hände, kann es

Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid gehören zu den aktuell wichtigsten Luftschadstoffen. Zwar sind beide Substanzen nicht sehr langlebig, doch sie werden ständig neu gebildet – zum Beispiel im Verkehr, in Kraftwerken oder bei der Zementproduktion. Bodennahe Messstationen überwachen deshalb vielerorts die Luftkonzentrationen. Daneben gibt es inzwischen auch ein satellitengestütztes Messsystem, das Stickstoffdioxid erfasst. Damit ist es möglich, aus dem All größere Emissionsquellen zu erkennen und Aussagen über die Luftqualität zu machen. So harmlos und reaktionsträge das Element Stickstoff auch ist – seine Verbindungen mit Sauerstoff sind es nicht. Die wichtigsten Vertreter dieser Stickstoffoxide, Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2), häufig auch als NOx […]
B: Fernerkundung.

Ohne Sonne gibt es kein Leben – das wussten schon unsere Vorfahren. Für die antiken Griechen schwang sich morgens ihr Gott Helios auf seinen Sonnenwagen, um für Licht und Wärme zu sorgen. Doch was lässt nun wirklich das Sonnenfeuer scheinbar ewig brennen? Darüber zerbrachen sich lange die klügsten Denker vergeblich den Kopf. 1852 kam Hermann von Helmholtz zu dem entsetzlichen Schluss, dass die Sonne schon nach 3021 Jahren ausgebrannt sein müsse. Dabei ging der berühmte Physiker von der Knallgasreaktion als Energiequelle aus, in der Wasserstoff chemisch mit Sauerstoff zu Wasser verbrennt. Erst 1938 löste der deutsch-amerikanische Physiker und spätere Nobelpreisträger […]
Diese Kernfusion setzt pro beteiligtem Wasserstoffatom rund vier Millionen mal mehr