Ig-Nobelpreise 2010

Ich bin ein bisschen spät dran mit diesem Beitrag, aber da 20 Minuten sowie der Bund das Beste verschwiegen haben und der Tages-Anzeiger den Anlass ganz übergangen hat...

Gleichzeitig mit den Nobelpreisen werden auch die Ig-Nobelpreise vergeben für "Errungenschaften, die die Leute erst zum Lachen und dann zum Nachdenken bringen". Das Motto gefällt mir irgendwie besser als das der Nobelpreise...

Hier mein persönlicher Lach-Höhepunkt:
Der Ig-Nobelpreis für Chemie 2010 geht u.a. an BP, für "das Widerlegen des alten Glaubens, dass sich Öl und Wasser nicht mischen".

Alle Preisträger: http://improbable.com/ig/winners/

Öl im Golf von Mexiko - ein weiteres Update

Was bei der zweiten Runde der Toxizitätstests herausgekommen ist und warum ich mit dem Bericht der EPA nicht ganz glücklich bin.

Frühere Beiträge zu diesem Thema: 7.5.,  16.5. und 2.7.

Proton neu vermessen - ein statistischer Nachtrag

Mein Herzallerliebster hat mich darauf aufmerksam gemacht, dass mein Vergleich mit Schülernoten nicht gerade intuitiv ist für Leute, die nicht in der ETH-Didaktikausbildung mit Effektstärken gequält wurden. Ich versuche mich an einer Erklärung...

Proton neu vermessen

Spitzt schon mal die Bleistifte, möglicherweise wird es nötig werden, in der Formelsammlung etwas zu korrigieren. Messungen am Paul-Scherrer-Institut (PSI) weisen nämlich darauf hin, dass das Proton 4% kleiner ist als bisher angenommen.

  

Teil der Laseranlage, die für das Experiment zur Bestimmung des Protonenradius benötigt wird. Hier werden unsichtbare infrarote Laserpulse in grünes Laserlicht umgewandelt. (PSI/A. Antognini und F. Reiser)

Öl im Golf von Mexiko - Update zu den Dispergiermitteln

• Die US-Umweltbehörde EPA hatte auch keine Freude am übermässigen Einsatz von Dispergiermitteln und hat BP an die Kandare genommen.
• Der Hersteller Nalco hatte ein Einsehen und hat alle Inhaltsstoffe der Corexit-Produkte bekanntgegeben.
• Die EPA testet andere Dispergiermittel

Zeit für ein Update! Frühere Beiträge zu diesem Thema: 7.5. und 16.5.

Graphen - der Halbleiter der Zukunft?

Graphit kennen wir seit langem. Aber erst vor einigen Jahren ist es gelungen, daraus Graphen herzustellen. Worin besteht der Unterschied? Und hat Graphen tatsächlich Potential als Halbleiter?

"Der Koch" von Martin Suter - Teil 2

Im Buch "Der Koch" von Martin Suter stecken jede Menge spannender Chemiethemen. Es folgt der zweite Teil einer Serie zu den naturwissenschaftlichen Hintergründen.

Rotationsverdampfer

Ein Rotationsverdampfer ist eigentlich nichts anderes als eine ausgefeilte Destillationsapparatur. Er dient dazu, Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Siedepunkten voneinander zu trennen. Das Besondere daran ist, dass der Behälter mit der zu destillierenden Flüssigkeit schräg in einem Heizbad liegt und langsam rotiert. Durch die Rotation wird an seiner Innenfläche ein feiner Flüssigkeitsfilm hochgezogen. Verdampft wird nun vorwiegend aus diesem Film und nicht aus dem Gros der Flüssigkeit. Während der Film an der heissen Gefässwand nämlich schnell erwärmt wird, bleibt der Rest der Flüssigkeit relativ kühl, weil sie bei langsamer Rotation nicht sonderlich gut durchmischt wird. Der aufgestiegene Dampf wird gekühlt, kondensiert wieder und tropft in einen Auffangkolben. Man kann sagen, dass der Rotationsverdampfer schonender destilliert, weil die Flüssigkeit weniger stark erwärmt werden muss. Ausserdem gibt es keine Probleme mit Siedeverzügen. Im Chemielabor wird der Rotationsverdampfer übrigens zusammen mit einer Vakuumpumpe verwendet, um durch tieferen Druck die Siedepunkte zu senken.

Maravans Essenz entsteht folgendermassen: Durch das Rotationsverdampfen werden leichtflüchtige Duftstoffe und Wasser vom Öl und anderen Substanzen mit hohem Siedepunkt getrennt. Dann lässt Maravan vom Destillat in einem Scheidetrichter das Wasser ablaufen. Übrig bleiben nur Substanzen, die sich nicht gut in Wasser lösen, was bei vielen Duftstoffen der Fall ist. Diese Stoffe mischt er nun wieder mit dem Öl. Im wesentlichen entfernt er also einfach das Wasser.

Im Roman wird ein Rotationsverdampfer aus einem Chemielabor zum Herstellen von Speisen verwendet. Uiuiui, ich will gar nicht wissen, wieviele Vorschriften dabei verletzt werden. Bitte nicht nachahmen!

"Der Koch" von Martin Suter - Teil 1

Im Buch "Der Koch" von Martin Suter stecken jede Menge spannender Chemiethemen. Es folgt der erste Teil einer Serie zu den naturwissenschaftlichen Hintergründen.

Aphrodisiaka

Bei der überraschenden Wirkung von Maravans Kreationen stellt sich natürlich die Frage, wieviel da wirklich dahintersteckt. Ich habe nur zu einer Zutat entsprechende Studien gefunden, es ist dies - der Safran.

Eine iranische Forschungsgruppe hat verschiedene Inhaltsstoffe von Safran an Ratten getestet. Der Stoff Crocin führte dazu, dass sich die Ratten häufiger paarten. Und so ist ein Crocin-Molekül aufgebaut:

Crocin. Für die gelbe Farbe sind übrigens die vielen konjugierten Doppelbindungen (d.h. abwechselnd Doppel- und Einfachbindung) in der Mitte des Moleküls verantwortlich. Bild aus Wikipedia.

Dieselbe Gruppe hat Männern mit erektiler Dysfunktion Safran verabreicht. Nach zehn Tagen täglicher Einnahme von 200 mg Safran zeigte sich eine deutlich positive Wirkung. Wobei das eine Pilotstudie ohne Kontrollgruppe war. Von wegen Placeboeffekt und so... Eindeutig nachgewiesen ist der Effekt damit also nicht. Ein Mengenvergleich: Maravans Menu enthält 3.5 g Safran pro Person - was übrigens ganz schön ins Geld geht, 1g Safran kostet bei Coop SFr. 8.60.

Die Wirkung auf (menschliche) Frauen haben sie nicht untersucht. Wollen wir ihnen einen Brief schreiben? Allerdings könnte das im Iran ja womöglich ein Politikum darstellen...

Aber wäre es denn überhaupt wünschenswert, ein solches Superaphrodisiakum wie Maravans Menu zur Verfügung zu haben? Rein biologisch betrachtet natürlich ;-) Höchstwahrscheinlich würde es nämlich auch im Belohnungszentrums unseres Gehirns eingreifen. Und da besteht dann grösste Suchtgefahr.

Quellen:

• Hosseinzadeh, H. et al. The effect of saffron, Crocus sativus stigma, extract and its constituents, safranal and crocin on sexual behaviors in normal male rats. Phytomedicine 2008 Jun;15(6-7):491-5. - abstract
• Shamsa, A. et al. Evaluation of Crocus sativus L. (saffron) on male erectile dysfunction: a pilot study. Phytomedicine 2009 Aug;16(8):690-3. - abstract
• Und hier noch ein interessanter Artikel von Christiane Löll in der Zeit: Die Lust im Kopf.

Universeller Grippeimpfstoff bald nicht mehr Zukunftsmusik?

Wer sich gegen Grippe impfen lassen will, muss diese Impfung praktisch jedes Jahr wiederholen. Denn die Grippeviren mutieren ständig, so dass bisherige Antikörper nicht mehr wirken. Ausserdem braucht das Herstellen des Impfstoffs seine Zeit. Neun Monate vor der nächsten Grippewelle wird deshalb versucht vorherzusagen, welche Virenstämme diesmal wohl kommen werden. Je nachdem, wie treffend die Vorhersage war, wirkt der Impfstoff besser oder nicht ganz so gut.

Es wäre also enorm nützlich, einen Grippeimpfstoff zu haben, der etwas breiter wirkt. Dann müsste man sich auch nicht jedes Jahr neu impfen lassen, und die Angst vor einer Pandemie hielte sich in Grenzen. Forschern an der Mount Sinai School of Medecine (nein, die steht nicht in Ägypten, sondern in New York) scheint hier ein entscheidender Durchbruch gelungen zu sein.

Ziel des Impfstoffes ist das Protein Hämagglutinin (HA) in der Virenhülle, genauer die Untereinheit HA2. Diese variiert zwischen verschiedenen Virenstämmen nämlich nur wenig im Vergleich zum Rest des Proteins. Jetzt gibt es aber ein Problem (sonst hätten wir den universellen Impfstoff ja schon lange): Die Untereinheit HA2 steckt grossteils in der Virenhülle, und was daraus herausragt, wird von der Untereinheit HA1 verdeckt. Aus diesem Grund können Antikörper an HA2 nur schlecht andocken. Die Forschungsgruppe hat daher nach Wegen gesucht, die HA2-Untereinheit im Impfstoff freizulegen und somit für Antikörper zugänglich zu machen.

Erfolgreich waren sie mit der Methode, den störenden Kopfbereich der HA1-Untereinheit herauszuschnipseln und die beiden Enden durch einige wenige Aminosäuren, die Bausteine der Proteine, zu ersetzen. Das sieht dann so aus:

Oben das Schema des ungefalteten Proteins HA. Der mittlere Teil der HA1-Untereinheit (blau) wird entfernt und durch verschieden Aminosäurensequenzen ersetzt. Unten Modelle des vollständig gefalteten Proteins mit und ohne HA1-"Kopf". Steel et al. 2010.

Mit einem Impfstoff aus solchen "kopflosen" HA-Proteinen wurden Mäuse erfolgreich gegen Grippeviren desselben Stammes immunisiert. Die Antikörper, die die Mäuse produziert hatten, wurden auch auf ihre Wirksamkeit gegen andere Virenstämme gestestet. Dabei ergab sich folgendes Muster: War das kopflose HA-Protein vom Subtyp H1, waren die Antikörper wirksam gegen die Subtypen H1, H2 und H5, nicht aber gegen H3. Bei kopflosem HA vom Subtyp H3 verhielt es sich gerade umgekehrt: diese Antikörper bekämpften erfolgreich H3-Viren, nicht aber H1, H2 oder H5.

Dieses Verhalten macht durchaus Sinn, wenn man den Aufbau des HA-Proteins näher betrachtet. Da lassen sich die H-Subtypen in zwei grosse Gruppen teilen, die sich im Aufbau von HA deutlich unterscheiden. H1, H2 und H5 gehören zur ersten Gruppe, H3 hingegen zur zweiten. Deshalb zeigten die Antikörper bei der jeweils anderen Gruppe keine Wirkung.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass hiermit möglicherweise der Grundstein gelegt wurde für einen Impfstoff, der gleichzeitig gegen mehrere Influenza-Subtypen wirkt.

Quelle:
Steel, J. et al. Influenza Virus Vaccine Based on the Conserved Hemagglutinin Stalk Domain. mBio 1:1 e00018-10; Published 18 May 2010, doi:10.1128/mBio.00018-10 (Bei mBio handelt es sich übrigens um ein brandneues Journal der American Society for Microbiology - online und frei zugänglicher Volltext.)

Eine Fabrik aus DNA

Das ist richtig cool: Eine Fabrik aus DNA-Molekülen, die Nanopartikel zusammenbauen. Nein, es ist kein verspäteter Aprilscherz, das funktioniert wirklich.

Grob umrissen sieht das folgendermassen aus: Ein dichtes Gewebe aus DNA-Strängen bildet das Grundgerüst (ein sogenanntes DNA-Origami). Darauf bewegt sich der "Läufer" vorwärts, der aus mehreren kurzen DNA-Strängen besteht. An mehreren Stationen wird dieser "Läufer" mit Nanopartikeln beladen. So wird es möglich, Nanopartikel nach einem regelmässigen Muster zusammenzuführen.

 Schema der Fertigungsstrasse. Der "Läufer" bewegt sich von links nach rechts und nimmt dabei Nanopartikel (grün) auf. Hongzhou Gu et al. 2010.

Erstaunlich, nicht wahr? Aber weshalb verwendet man dazu gerade DNA? Dazu muss ich etwas ausholen. Im Erbgut liegt die DNA in Form einer Doppelspirale vor. Die beiden Stränge halten dabei durch Wasserstoffbrücken (WSB) zusammen, und zwar sind es zwischen den Nukleotiden Adenin (A) und Thymin (T) zwei WSB, und zwischen den Nukleotiden Guanin (G) und Cytosin (C) drei WSB. Deshalb kann A nur mit T und G nur mit C kombiniert werden. Ein Strang mit einer bestimmten Nukleotidsequenz (z.B. AGTC) verbindet sich mit einem Strang mit komplementärer Nukleotidsequenz (im Beispiel TCAG). Durch geschickte Auswahl der Nukleotidreihenfolge und durch Hilfsstränge lässt sich DNA in geradezu bizarre Formen falten. Solche Kunstwerke werden DNA-Origami genannt.

Beispiele von DNA-Origami. Links Modell, rechts Bild im Rasterkraftmikroskop. Der weisse Balken im letzten Bild (s) misst 100 nm. Paul W. K. Rothemund 2006.

Der Läufer besteht aus einzelnen DNA-Strängen, die nur stellenweise zu Doppelsträngen verbunden sind. Er hat vier Beine mit Füssen aus Einzelsträngen, die an Fortsätze mit komplementärer Nukleotidsequenz aus dem Origami binden können. Normalerweise steht der Läufer auf zwei Füssen. Um ihn vorwärts zu bewegen, wird die Verbindung zu einem Fuss gelöst, worauf sich einer der freien Füsse einen neuen Halt sucht. Solche Roboter aus DNA werden übrigens auch als "Nubots" für "nucleic acid robots" bezeichnet.

"Läufer" aus DNA-Strängen. Die mit F bezeichneten Stränge sind die Füsse. Hongzhou Gu et al. 2010.

Quelle:

Gu, H. et al. Nature 465, 202-205 (13 May 2010) | doi:10.1038/nature09026 - abstract

Öl im Golf von Mexiko - Update

Diese Woche wurden einige zusätzliche Informationen zum Dispergiermittel-Einsatz veröffentlicht, daher hier eine Aktualisierung zu meinem Eintrag von letzter Woche.

Bis gestern wurden über 560'000 Gallonen Dispergiermittel eingesetzt, das sind über 2 Millionen Liter. Weitere 260'000 Gallonen (fast eine Million Liter) sind vorrätig.

Zusammensetzung des Erdöls

Die gute Neuigkeit: Das austretende Erdöl ist nicht ganz so giftig, wie Erdöl normalerweise ist. Es enthält nämlich vergleichsweise wenig Verbindungen mit Schwefeatomen und wenig polyaromatische Kohlenwasserstoffe. Dies sind die problematischsten Bestandteile von Rohöl.

Einsatz von Dispergiermitteln an der Quelle

Die US-Umweltbehörde EPA hat ihr OK für den Einsatz von Dispergiermitteln unter Wasser am Ort des Austritts gegeben, allerdings verbunden mit strengen Auflagen. So muss die Ausbreitung des Dispergiermittel-Öl-Gemischs überwacht werden und es müssen regelmässig Wasserproben genommen werden, mit denen unter anderem auch Toxizitätstests durchgeführt werden.

Der Einsatz an der Quelle reduziert die Menge der benötigten Dispergiermittel. Dafür lässt sich das ökologische Risiko wesentlich schwieriger einschätzen, da wir über die Biologie von Meeresboden und Tiefsee nicht so viel wissen. Die Tiefsee dürfte empfindlicher reagieren als die Meeresoberfläche, da hier sehr viel weniger Organismen leben. Falls das Öl im tiefen, kalten Wasser bleibt, dauert es viel länger, bis es von Bakterien abgebaut wird, als im warmen Oberflächenwasser.


Quellen:

• http://www.nola.com/news/gulf-oil-spill/index.ssf/2010/05/gulf_of_mexico_oil_spill_dispe.html  (aktuelle Dispergiermittel-Menge)
• http://www.deepwaterhorizonresponse.com/go/doc/2931/551475/ (Zusammensetzung des Erdöls)
• http://www.nola.com/news/gulf-oil-spill/index.ssf/2010/05/gulf_of_mexico_oil_spill_dispe.html (EPA Informationen zum Einsatz von Dispergiermitteln)
• http://www.nola.com/news/gulf-oil-spill/index.ssf/2010/05/gulf_of_mexico_oil_spill_dispe.html (ökologische Risiken des Unterwasser-Einsatzes)

Öl im Golf von Mexiko - sind die eingesetzten Dispergiermittel ein Problem?

Photograph by William Colgin

Der Kampf gegen das Öl vor New Orleans dauert an. Eine Massnahme ist dabei der Einsatz von Dispergiermitteln, die es ermöglichen, dass sich das Öl mit dem Meerwasser vermischt und nicht als Teppich obenauf liegt. Da stellt sich die Frage, ob der Einsatz grosser Mengen nicht selbst ein ökologisches Problem darstellen könnte. Bis heute wurden 267'195 Gallonen eingesetzt, das ist rund eine Million Liter. Deshalb habe ich die Sicherheitsdatenblätter studiert, die freundlicherweise auf dem Internet zur Verfügung gestellt werden: http://www.deepwaterhorizonresponse.com/go/doctype/2931/53023/

Es werden offenbar zwei verschiedene Mittel eingesetzt: COREXIT® 9500 und COREXIT® 9527 der Firma Nalco. Das Risiko für Mensch und Umwelt wird auf den Sicherheitsdatenblättern für beide Produkte als gering eingeschätzt. Doch schauen wir uns die Inhaltsstoffe genauer an.

1,2-Propandiol

• Völlig harmlos, wenn man nicht gerade eine volle Ladung in die Augen kriegt.
• Auch langfristig sollte es kein Problem darstellen, da es sowohl in unserem Verdauungssystem als auch in der Umwelt wunderbar abgebaut wird.
• Eingestuft als schwach wassergefährdend¹.

Destillate (Erdöl), hydriert, leicht

• Nur in Corexit9500 vorhanden.
  
• Völlig irrelevant angesichts der Riesenmenge an Erdöl, die sowieso schon vorhanden ist - es handelt sich nämlich einfach um bestimmte Komponenten von Erdöl.

Ethylenglykolmonobutylether

Jetzt wirds langsam spannend...

• Nur in Corexit9527 vorhanden.
• Gesundheitsschädlich: reizt Augen und Atemwege, führt zu Übelkeit, Erbrechen, Kopfschmerzen... die üblichen Vergiftungssymptome eben.
• In hohen oder wiederholten Dosen kann es die roten Blutkörperchen zerstören sowie Leber und Niere schädigen.
• Kein bekanntes Krebserreger. Das heisst erstmal einfach, dass es dazu keinerlei Studien gibt. Es wurde aber zumindest nachgewiesen, dass der Stoff das Erbgut nicht schädigt.
• Biologisch abbaubar.
• Eingestuft als schwach wassergefährdend.¹

Organische Sulfonate - das grosse Fragezeichen

Die Bezeichnung "organische Sulfonate" ist mässig aussagekräftig. Der Name Sulfonat beschreibt nämlich nur das eine Ende seiner Bauteilchen. Über das andere Ende wissen wir so ziemlich gar nichts, das ist Betriebsgeheimnis. Was auch seine Berechtigung hat, schliesslich hat die Firma viel in die Entwicklung investiert. Aber es erschwert eine ökologische Bewertung durch Aussenstehende ungemein. Alles, was ich tun kann, ist das Zeug kaufen und meine Fische damit füttern, wenn ich denn welche hätte. Daher kann ich hier nur sagen:

• Im Sicherheitsdatenblatt sind keine gesundheitsschädlichen Wirkungen aufgeführt.
• Gemäss Sicherheitsdatenblatt ist das Risiko für die Umwelt gering.

Hier ein paar Beispiele, wie unterschiedlich Sulfonate sein können:

Wer Spass daran hat, kann jetzt herausdüfteln, was alle Sulfonate gemeinsam haben.

Ökologische Risiken

Der Einsatz von Dispergiermitteln kann vor allem in flachem Wasser problematisch sein. Das Öl bleibt dann nicht an der Oberfläche, sondern gelangt bis auf den Meeresgrund und erreicht so die dort lebenden Organismen. Erdöl kann vielerlei giftige Substanzen enthalten. Vielen Tierarten dient der Meeresboden zur Fortpflanzen, und Jungtiere sind besonders empfindlich. Ebenso stellen Korallenriffe hochempfindliche Ökosysteme dar. Da das Meer im Bereich des Mississippi-Flussdeltas recht flach ist, sollte darauf geachtet werden, die Dispergiermittel nur mit genügend Abstand zum Flachwasser auszubringen.

Ist die grosse Menge ein Problem?

Abschnitt geändert am 9.5., nachdem ich neue Daten zu dieser Frage gefunden habe.

Um diese Frage zu beantworten, vergleiche ich die erwarteten Dispergiermittel-Konzentrationen im Meerwasser mit verfügbaren Toxizitätsdaten.

Die Dispergiermittel-Konzentration abzuschätzen, ist gar nicht so einfach. Die eingesetzte Menge hängt nämlich von der (geschätzten) Dicke der Ölschicht ab. Ich beschränke mich hier auf den Fall einer sehr dicken Schicht, denn dort sind die höchsten Konzentrationen zu erwarten. Ein dicker Ölteppich enthält über 200 m³ Öl pro km². Das Dispergiermittel wird in einem Volumenverhältnis von 1:20 eingesetzt, d.h. bei einem dicken Ölteppich mindestens 10 m³/km². Man nimmt an, dass sich das Dispergiermittel gleich zu Beginn in die obersten 30 Fuss, also etwa 9 Meter einmischt. D.h. kurz nach dem Ausbringen würde ein m³ Meerwasser 1.1·10^-6 m³ Dispergiermittel enthalten.

Toxizitätsdaten werden aber immer in Masseneinheiten angegeben. Wir müssen also mit Hilfe der Dichte umrechnen. Diese beträgt 7.91 lb/gal für Corexit9500 und 8.2-8.5 lb/gal für Corexit9527. (An dieser Stelle die höfliche Anregung an die USA, doch endlich auf das so viel praktischere Metrische System umzustellen.) Wenn ich richtig gerechnet habe, liegt die Dichte also bei etwa 950 bzw. 1'000 kg/m³. Aber es ist schon spät, ich wäre froh, wenns jemand nachrechnen könnte. Corexit9500 wird sich durch die geringere Dichte vermutlich weniger schnell mit dem Meerwasser vermischen als Corexit9527 und eher obenauf schwimmen, wie auch in den Sicherheitsdatenblättern beschrieben. (Das scheint übrigens bei der Abschätzung der Einmischtiefe nicht berücksichtigt worden zu sein.) Nehmen wir 1'000 kg/m³, das macht die Rechnung einfacher und ist für diese Abschätzung genau genug. Ich komme damit auf eine Dispergiermittel-Konzentration von rund 0.001 kg/m³ oder 1 ppm (bei einer Dichte des Meerwassers von ca. 1 kg/L).²

Vergleichen wir diese Zahl nun mit Toxizitätsdaten.

Tierart	Corexit9527	Corexit9500
Garnele	49.4 ppm	83.1 ppm
Barsch (Larve)	14.3 ppm	19.8 ppm

Konzentrationen, bei denen nach 96 Stunden 50% der Tiere gestorben waren. Gulec und Douglas 2000.

Ein Übersichtsartikel gibt als tiefsten Wert 1.6 ppm für Mollusken und Corexit9527 an (George-Ares und Clark).

Die erwarteten Konzentrationen sind im Extremfall also fast so hoch wie der tiefste Toxizitätswert. Das ist kritisch, denn auch bei tieferen Konzentrationen gibt es noch Tiere, die daran sterben oder mindestens beeinträchtigt sind. Wenigstens stellt die berechnete Konzentration einen Extremfall dar, der wohl nur für einige Stunden erreicht wird, da die weitere Durchmischung im Meer zu einer Verdünnung führt.

Nun will ich noch versuchen, abzuschätzen, in welchen Mengen die Dispergiermittel tatsächlich eingesetzt werden. Bis zum 7.5. wurden 267'195 Gallonen, bis zum 8.5. 290'000 Gallonen ausgebracht, macht 22'805 Gallonen (86'327 Liter) in einem Tag. Ein Flugzeug kann drei Flüge täglich durchführen und deckt mit einem Flug 250 acres, das ist etwa ein Quadratkilometer, ab.  Sagen wir, es werden zehn Flugzeuge eingesetzt, diese decken also 30 km² pro Tag ab. Damit hätten wir eine durchschnittliche Dispergiermittelmenge von rund 3 m³ pro km², etwa dreimal weniger als oben für den Maximalfall angenommen. Die Konzentrationen, die im Meerwasser erreicht werden, dürften also im Allgemeinen tiefer liegen als 1 ppm. Trotzdem hoffe ich, dass eine Obergrenze für den Einsatz der Dispergiermittel eingehalten wird.


¹Die Wassergefährdungsklasse ist eine Einstufung in Deutschland, die z.T. auch in der Schweiz angewendet wird. Als juristische Laiin konnte ich innert nützlicher Frist nicht herausfinden, welche Konsequenzen diese Einstufung hat.
²ppm steht für "parts per million" und bezieht sich hier auf das Gewicht. D.h. 1 ppm entspricht 1 mg/kg.


Quellen:

• http://www.deepwaterhorizonresponse.com/go/doc/2931/542923/ und http://www.deepwaterhorizonresponse.com/go/doc/2931/542423/ (Menge des eingesetzten Dispergiermittels)
• http://www.deepwaterhorizonresponse.com/go/doc/2931/539295/ und http://www.deepwaterhorizonresponse.com/go/doc/2931/539287/ (Sicherheitsdatenblätter)
• http://www.deepwaterhorizonresponse.com/go/doc/2931/536599/ (Anwendungsverhältnis und Annahme zur Einmischtiefe der Dispergiermittel)
• http://www.deepwaterhorizonresponse.com/go/doc/2931/537695/  (Einsatz von Flugzeugen)
• http://deepwaterhorizon.noaa.gov/bookshelf/489_disperse.pdf  (Dicke der Ölschicht)
• http://www.atsdr.cdc.gov/toxprofiles/tp118.html (Toxikologie von Ethylenglykolmonobutylether)
• http://www.amsa.gov.au/Marine_Environment_Protection/National_plan/General_Information/Dispersants_Information/FAQ_Oil_Spills_Dispersants.asp (australischer FAQ zu Dispergiermitteln bei Ölverschmutzungen)
• Gulec, I. und Holdway, D.A. Toxicity of crude oil and dispersed crude oil to ghost shrimp Palaemon serenus and larvae of Australian bass Macquaria novemaculeata. Environmental Toxicology 15(2), 91-98, 2000. abstract
• George-Ares, A. und Clark, J.R. Acute aquatic toxicity of three Corexit products: an overview.

Das erste mehrzellige Tier, das ohne Sauerstoff auskommt

Bis vor kurzem kannte man keine vielzelligen Tiere, die nicht auf Sauerstoff angewiesen sind. Obwohl theoretisch denkbar, hatte man solche nie gefunden. Bis vor kurzem. Aber jetzt haben Biologen eines entdeckt. Was ist das für ein Tierchen, und wo und wovon lebt es?

Es handelt sich um eine neue Tierart des Stammes der Korsetttierchen. Diese sind kleiner als ein Millimeter, haben einen stachelbewehrten Kopf und einen Rumpf mit plattenbesetztem Panzer. Es scheinen also recht standhafte Tierchen zu sein. Sie leben im Meeresboden, wo sie sich an Sandkörner heften.

 Eines der anaeroben Korsetttierchen. Die Färbung ist künstlich.

Grösse des Tierchens ca. 0.2 mm.

Die neue Art wurde im Mittelmeer entdeckt, und zwar im Bassin L'Atalante, einem hypersalinen, anoxischen Tiefseebecken. Die Lebensbedingungen dort sind harsch: hoher Druck, hoher Salzgehalt, toxischer Schwefelwasserstoff und kein Sauerstoff.

Diesem Korsetttierchen fehlt ein wesentlicher Zellbestandteil, in welchem bei Tieren Sauerstoff verarbeitet und Energie gewonnen wird: die Mitochondrien. Stattdessen wurden in ihm Organellen entdeckt, die bisher noch nie in einem mehrzelligen Tier gefunden wurden. Diese heissen Hydrogenosomen und dienen demselben Zweck wie die Mitochondrien, nur dass sie nicht Sauerstoff (O₂) verarbeiten. Anstelle dessen nehmen sie Molekülen, die H-Atome enthalten, die H-Atome weg und bilden daraus Wasserstoff (H₂). Für alle, die etwas chemische Kenntnisse haben: Es handelt sich dabei um eine Reduktion, also eine Elektronenaufnahme. Die zugehörige Oxidation ist der Abbau von Traubenzucker (Glucose) zu CO₂.

Hier finden wir auch einen möglichen Grund, warum die Tierchen hohen Schwefelwasserstoffkonzentrationen standhalten. Schwefelwasserstoff verhindert nämlich die Sauerstoffverarbeitung in den Mitochondrien, deshalb ist er für uns giftig. Ausserdem behindert er auch den Sauerstofftransport durch das Blut. Aber wenn man keine Mitochondrien hat, ist das natürlich kein Problem.

Das grosse Rätsel ist jetzt die Evolution dieses Tieres. Wie kam es dazu, dieses unwirtliche Habitat zu besiedeln? Und wie erreichte es die Anpassung, d.h. wie entwickelten sich die Hydrogenosomen? So sind die unscheinbaren Korsetttierchen plötzlich enorm spannend geworden.

Quellen:
Danovaro, R. et al. BMC Biology 2010, 8:30 doi:10.1186/1741-7007-8-30

Es vibriert, es vibriert nicht...

Schnallen Sie sich gut an. Ich heisse Sie herzlich willkommen auf diesem Flug ins Reich der Quanten. Eine kleine Warnung: Seien Sie darauf gefasst, Ihr Hirn durch labyrinthische Windungen zu quetschen.

Erstmals ist es gelungen, die Gesetze der Quantenmechanik an einem makroskopischen Objekt zu zeigen. Wobei makroskopisch relativ ist: Es handelte sich um ein 0.03 mm langes Metallblatt - immerhin millionenmal grösser als ein Atom. Dennoch hat die Quantenmechanik damit einen Quantensprung hingelegt. Bisher konnten ihre Gesetze nämlich nur an Objekten, die maximal ein paar Atome massen nachgewiesen werden. Unserem Hirn konnte das nur recht sein, es konnte sich nämlich sagen: Ok, in der Welt der Quanten sind ganz verrückte Dinge möglich, aber das ist eben eine andere Welt, die Welt der Winzigkleinen. Nun, diese Ausrede zählt nicht mehr.

Stellen Sie sich vor, eine Schaukel schwinge vor und zurück während sie gleichzeitig stehen bleibt. Das klingt absurd? Und doch ist ein derartiges Verhalten für Quantenobjekte völlig normal. So kann ein Elektron problemlos gleichzeitig durch zwei verschiedene Löcher fliegen. Erst wenn wir es dabei beobachten, zwingen wir es, eines der beiden auszuwählen. (Habe ich nicht gewarnt, das Hirn werde hier ein wenig zerquetscht?) Die Rolle des unbeteiligten Beobachters gibt es in der Quantenmechanik nicht.

Genau das, was wir im Beispiel mit der Schaukel als absurd empfinden, wurde mit dem eingangs erwähnten winzigen Metallblatt erreicht: Es schwang hin und her und blieb gleichzeitig vollkommen ruhig.

Dazu mussten die Forscher erst einige Schwierigkeiten überwinden. Die grösste davon war es, das Metallblatt überhaupt erst mal ruhig zu stellen. (In der Fachsprache würde man sagen: es in seinen energetischen Grundzustand zu versetzen. Das ist der energieärmste Zustand, den ein Objekt erreichen kann.) Das ist gar nicht so einfach und bedingt Temperaturen nahe beim absoluten Nullpunkt von -273.15°C.

Dann verbanden die Forscher das Metallblatt mit einer Anlage, die sie selbst als "Quantentrommel" bezeichnen. Und jetzt kommts: Mit dieser "Quantentrommel" war es möglich, das Metallblatt gleichzeitig anzustossen sowie nicht anzustossen. Danach vibrierte es, und vibrierte nicht - zur gleichen Zeit. Damit ist es gelungen, erstmals ein typisch quantenmechanisches Verhalten an einem Objekt, das von Auge sichtbar ist, nachzuweisen.

Der Autor räumt ein, dass dieses Verhalten nur in dem Moment möglich ist, da das Metallblatt komplett von seiner Umgebung isoliert ist. Es verlässt dadurch quasi unser Universum und bildet seine eigene kleine Welt in einer Blase. Darin kann es sich auf seine eigene Art und Weise verhalten. Sobald aber die Blase platzt und es wieder in unser Universum eintritt, ist es damit vorbei; es muss sich dann sozusagen entscheiden, ob es jetzt vibrieren will oder nicht. Das lässt mein Hirn etwas aufatmen: Quantengesetze gelten eben doch nur in ihrer eigenen Welt.

Quellen (alles in Englisch):

• O'Connell, A. D. et al. Nature 464, 697-703 - abstract
• Artikel in nature news
• Nature Pocast 18 March 2010:  Listen now | Download mp3 | Text (html)

Von der Galaxie zum Quark

Wie gross ist unsere Galaxis? Antwort 1.2 Zettameter. Ähä. Mit dieser Grösse kann unser Hirn etwa ähnlich viel anfangen wie mit der Angabe, dass ein HI-Virus 90 Nanometer misst.

Hilfreicher sind da Vergleiche:

• Z.B. ist die Milchstrassen-Galaxis hundertmillionenmal grösser als das Sonnensystem, etwa 40-mal kleiner als die grösste bekannte Galaxie und etwas 100-mal grösser als die kleinste.
• Das HI-Virus passt knapp in eine Bucht in der Spiralspur einer CD.

Mit "The Scale of the Universe" lassen sich solche unverstellbaren Grössen erkunden. Es zeigt Objekte vom ganzen Universum bis zur kleinsten Länge, die physikalisch überhaupt Sinn macht, und birgt so manche Überraschung. Oder hätten Sie gewusst, dass die menschliche Haut fast so dick ist wie eine Kreditkarte?