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Woher weiß ein Organismus, wann er aufhören soll zu wachsen, ob er sich bereits in der äußersten Schicht befindet?

Woher weiß ein Organismus, wann er aufhören soll zu wachsen, ob er sich bereits in der äußersten Schicht befindet?


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Wenn sich ein vielzelliger Organismus in der Entwicklung befindet, woher "weiß" die gegenwärtige äußerste Zellschicht, dass sie sich nicht weiter teilen sollte, da ihr in DNA kodierter Bauplan bereits erreicht ist. Liegt es an Morphogenen oder ist die Arbeit von etwas anderem im Hintergrund?

Wenn es vollständig von Morphogenen kontrolliert wird, würde dies bedeuten, dass die Injektion eines bestimmten Morphogens in die äußersten Zellen zu einer weiteren Vergrößerung des Organismus führen würde?


Was verursacht das Wachstum von Brotschimmel und wie kann man es verhindern?

Brotschimmel ist die häufigste Pilzart, die auf Brot jeglicher Art wächst. Obwohl Brotschimmel eine großartige Quelle für viele industrielle Anwendungen ist, kann er schwerwiegende Auswirkungen auf den menschlichen Körper haben.

Brotschimmel ist die häufigste Pilzart, die auf Brot jeglicher Art wächst. Obwohl Brotschimmel eine großartige Quelle für viele industrielle Anwendungen ist, kann er schwerwiegende Auswirkungen auf den menschlichen Körper haben.

Penicillin-Power!

Penicillin ist das erste antibiotische medikamente aus dem pilz gemacht Penicillium chrysogenum und das Verdienst dieser Entdeckung geht an Alexander Fleming, den großen Wissenschaftler.

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Haben Sie schon einmal einen Laib Brot geöffnet, der lange in der Küche lag, und einige Flecken von dunklem Schimmel darauf gesehen? Was passiert, wenn Sie das Brot noch einige Zeit offen lassen? Der Schimmel breitet sich schnell aus und das gesamte Brot verfärbt sich grün oder schwarz und erscheint unscharf. Brotschimmel ist ein einfacher Pilz, der dem Brot Nahrung und Nährstoffe entzieht und die Brotoberfläche schädigt. Obwohl das Wachstum dieses Schimmels dazu führt, dass das Brot im Mülleimer landet, kann Brotschimmel von großem industriellem Nutzen sein.

Schimmelpilze, die auf dem Brot wachsen, können mikroskopisch kleine Pilze sein, die zu verschiedenen Arten gehören, wie Penicillium, Rhizopus, Aspergillus, Monascus und Fusarium. Je nach Art haben sie unterschiedliche Formen und Farben. Rhizopus stolonifer ist der häufigste und am schnellsten wachsende Brotschimmel. Er wird auch als Schwarzschimmel bezeichnet, da er dunkelgrün oder schwarz erscheint. Es verursacht Fäulnis einiger Früchte und einige Infektionen beim Menschen.

Wachstum von Brotschimmel

In der Luft um uns herum sind mikroskopisch kleine Teile der Brotschimmelpilze, sogenannte Sporen, vorhanden. Sie können auf jeder Oberfläche und in jedem Zustand gefunden werden. Sie erscheinen auf der Oberfläche von Brot, das unter normalen Bedingungen offen gelassen werden kann, beispielsweise auf der Küchenarbeitsplatte. Diese Sporen keimen und bilden Hyphen, die auf der Brotoberfläche zu wachsen beginnen und die gesamte Feuchtigkeit und Nährstoffe aus dem Brot aufnehmen. Mit ausreichend Nährstoffen aus dem Brot entwickeln sie sich zu reifen Pilzen, die aus Rhizoiden bestehen. Diese Rhizoide dringen in die Brotoberfläche ein und halten den Pilz am organischen Material fest. Es entwickelt dann Fruchtstrukturen, die als Sporangium bekannt sind, in denen kleine Sporen wachsen und in die Umgebung freigesetzt werden.

Ausschlaggebende Faktoren

Die Wachstumsrate von Brotschimmel hängt von mehreren Faktoren ab, wobei die Temperatur der wichtigste ist. Die Wachstumsrate von Mehltau würde verlangsamt, insbesondere wenn das Brot im Kühlschrank aufbewahrt wird. Es wird beobachtet, dass die meisten Schimmelpilze bei Temperaturen über 70 ° F gedeihen und die niedrigen Temperaturen im Kühlschrank für Brotschimmel ungünstig sind. Wenn Sie die Brotscheibe in den Gefrierschrank legen, wird die Schimmelbildung vollständig gestoppt, da die Temperaturen im Gefrierschrank weit unter der günstigen Temperatur liegen. Da Brotschimmel ein lebender Organismus ist, benötigt er zum Wachsen Feuchtigkeit und Sauerstoff. Die im Beutel eingeschlossene Feuchtigkeit wird vom Pilz aufgenommen und er wächst schneller. Da Schimmel jedoch eine Pilzart und keine Pflanze ist, benötigt Brotschimmel kein Licht für sein Wachstum.

Experiment

Erforderliche Dinge:

  • Frisches Bäckerbrot
  • Wattestäbchen
  • Tropfer
  • Wasser
  • Wiederverschließbare Plastiktüte
  • Klebeband
  • Leere Milchtüte
  • Wegwerf Handschuhe
  1. Sammle mit einem kleinen Wattestäbchen etwas Staub vom Boden auf.
  2. Reiben Sie das Wattestäbchen auf eine Scheibe frisches Backbrot.
  3. Geben Sie mit Hilfe einer Pipette 5 bis 6 Tropfen Wasser auf die Brotscheibe.
  4. Legen Sie das Brot in die Plastiktüte und verschließen Sie es.
  5. Legen Sie nun diese versiegelte Plastiktüte mit der Brotscheibe in einen leeren Milchkarton.
  6. Verschließen Sie den Karton mit Klebeband.
  7. Lassen Sie den Karton zwei Tage lang ungestört.

Was beobachten Sie beim Öffnen der Packung nach zwei Tagen? Die Brotscheibe ist komplett mit unscharfen schwarzen oder grünlichen Flecken bedeckt. Staub, der auf das Brot aufgetragen wurde, trug Sporen auf das Brot, was zur Schimmelbildung auf dem Brot führte.

Verhütung

  • Feuchtigkeit trägt zu einem schnelleren Schimmelwachstum bei. Lassen Sie Ihr Brot daher nicht feucht werden. Es ist immer besser, das aus dem Geschäft mitgebrachte Brot in der Originalverpackung aufzubewahren.
  • Wenn Sie zu Hause Brot backen, verwenden Sie ölhaltige Zutaten wie Butter, Eier, Milch usw. Dadurch bleibt das Brot länger frisch.
  • Brotkorb ist eine weitere Möglichkeit, Brot für eine lange Zeit aufzubewahren. Eine Vielzahl von Brotkörben aus Holz, Ton und Metall eignen sich am besten für die Brotaufbewahrung, da sie Ihr Brot trocken und feuchtigkeitsfrei halten.
  • Lagern Sie das Brot niemals bei Raumtemperatur oder im Kühlschrank für längere Zeit. Einfrieren ist hilfreich, wenn eine längere Lagerung erforderlich ist.
  • Um das Brot im Sommer haltbar zu machen, sind einige zusätzliche Anstrengungen erforderlich. Bewahren Sie das Brot in einem luftdichten Plastikbehälter auf. Wenn Sie hausgemachtes oder ungeschnittenes Brot haben, wickeln Sie es in ein Wachspapier ein und bewahren Sie es in einem Plastikbehälter mit dicht schließendem Deckel auf.
  • Schließlich sollten Sie Brot oder ähnliche Lebensmittel so frisch wie möglich verzehren. Wenn Sie Schimmelbildung auf den Lebensmitteln feststellen, versuchen Sie nicht, sie ganz oder in Teilen zu essen und entsorgen Sie sie sofort.

Brotschimmel können ansteckend sein und sollten daher nicht mit bloßen Händen berührt werden. Außerdem setzen Schimmelpilze organische Verbindungen wie Benzol und Aceton frei, die für Kopfschmerzen, Schwindel und Übelkeit verantwortlich sind. Auf Schimmelpilze muss man nicht allergisch sein, jeder kann sehr leicht darauf reagieren. Pass auf!

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Bakterielle Endosporen (Struktur, Eigenschaften, Bedeutung, Bildung und Keimung bakterieller Endosporen)

Bakterielle Endosporen sind etwas Besonderes hart, ruhend und beständig Sporen, die von einigen produziert werden Gram-positive Bakterien der Familie Firmicute bei ungünstigen Umweltbedingungen. Endosporen werden innerhalb der vegetativen Zellen entwickelt (daher der Name, endo = innen). Sie helfen den Bakterien, die ungünstigen Umweltbedingungen zu ertragen.

Eine weitere Bedeutung von Endosporen besteht darin, dass sie leicht durch Wind, Wasser und durch den Darm von Tieren verbreitet werden können. Bazillus und Clostridium sind die am besten untersuchten endosporenbildenden Bakteriengattungen. Bacillus tritt in den Endosporenbildungszyklus ein, wenn die Kohlenstoff- oder Stickstoffquelle im Wachstumsmedium begrenzt wird.

John Tyndal (Quelle cc Wikipedia)

Wer hat die Endosporen entdeckt?

Endosporen wurden entdeckt von John Tyndall, ein Physiker des 19. Jahrhunderts. Er entdeckte Endosporen als hitzebeständige Sporen von Bakterien, die auch nach 100 °C überlebten. Er entdeckte auch ein einfaches, kostengünstiges Verfahren zur Abtötung bakterieller Endosporen namens Tyndallisierung.

Was sind die Eigenschaften von Endosporen?

Die Endosporen unterscheiden sich strukturell, metabolisch und funktionell stark von bakteriellen vegetativen Zellen. Die Hauptmerkmale von bakteriellen Endosporen sind unten angegeben:

Ø Endosporen sind außergewöhnlich widerstandsfähig gegen belastende Umweltbedingungen wie Hitze, ultraviolette Strahlung, Gammastrahlung, chemische Desinfektionsmittel und Austrocknung.

Ø Die meisten Endosporen sind viele Jahre lebensfähig, sogar 10 000 Jahre oder mehr.

Ø Aufgrund dieser langen Lebensfähigkeit und ihrer Anpassung an Stressbedingungen sind die meisten Endosporen produzierenden Bakterien notorische Krankheitserreger.

Ø Wischen mit Alkohol oder Wasserstoffperoxid oder Kochen bei 100 o C tötet die bakteriellen Endosporen nicht ab.

Ø Endosporen können jedoch durch Autoklavieren (bei 121 °C) abgetötet werden.

Ø Endosporen können unter dem Licht- und Elektronenmikroskop sichtbar gemacht werden.

Ø Endosporen werden NICHT Nehmen Sie die üblichen Bakterienfärbungen wie Safranin, die bei der Gram-Färbung verwendet werden.

Ø Zur Färbung der Endosporen sind spezielle Färbungen und spezielle Färbetechniken erforderlich.

Ø Der klassisch verwendete Farbstoff zur Visualisierung von Endosporen ist Malachitgrün und das Färbeverfahren ist bekannt als Schaeffer–Fulton Färbung.

Ø Die Endosporen produzierende Mutterzelle wird Sporangium genannt.

Ø Sporangium zeigt deutliche Unterschiede zu anderen vegetativen Zellen.

Ø Diese Merkmale werden zu Identifizierungszwecken in der bakteriellen Taxonomie verwendet.

Ø Die Position der Endosporen innerhalb der Sporenmutterzelle variiert ebenfalls.

Ø Je nach Position der Sporen kann das Sporangium/die Sporen eine Zentralspore, eine subterminale Spore, eine terminale Spore oder eine terminale Spore mit geschwollenem Sporangium sein.

Ø Sowohl aerobe als auch anaerobe Bakterien (vom Gram-positiven Typ) können Endosporen produzieren.

Ø Es sind keine Archaebakterien bekannt, die Endosporen produzieren.

Bazillus: vegetative Zellen (rosa) und Endosporen (grün) (Bildquelle CC Wikipedia)

Was ist die Struktur von Endosporen?

Ø Die Struktur der Endosporen ist sehr komplex, da sie mehrschichtige Hüllen besitzen.

Ø Die äußerste Schicht der Spore heißt Exosporium die relativ dünn und empfindlich ist.

Ø Unter dem Exosporium befindet sich ein Sporenmantel besteht aus mehreren Proteinschichten.

Ø Sporenmantel ist vergleichsweise dick.

Ø Die Dicke des Sporenmantels ist ein Grund für die hohe Beständigkeit der Endosporen gegenüber Hitze, Strahlung und Chemikalien.

Ø Im Inneren des Sporenmantels befindet sich der Kortex.

Ø Cortex ist die dickere Wandschicht in den Endosporen.

Ø Cortex ist sehr groß und nimmt manchmal bis zur Hälfte des Sporenvolumens ein.

Ø Der Kortex besteht aus Peptidoglycan

Ø Das Peptidoglycan im Cortex ist weniger vernetzt als das von vegetativen Zellen.

Ø Die innerste Schicht der Spore wird als Sporenzellwand bezeichnet oder Kernzellwand.

Ø Die Zellwand der Sporen bedeckt den zentralen Protoplasten oder Kern der Endosporen.

Ø Der Endosporenkern hat eine normale Zellstruktur wie die einer vegetativen Zelle.

Ø Der Kern enthält Ribosomen und zentral platziertes Nukleoid (genetisches Material).

Ø Im Gegensatz zu den vegetativen Zellen ist der Kernprotoplast metabolisch inaktiv.

Ø Der Kern enthält nur etwa 10 – 25 % Wasser der normalen vegetativen Zelle.

Warum sind die bakteriellen Endosporen extrem temperatur-, strahlungs- und chemikalienbeständig?

Der genaue Grund für die hohe Resistenz von Endosporen gegenüber extremen Temperaturen, Strahlung und Chemikalien ist noch unbekannt. In der wissenschaftlichen Gemeinschaft herrschen mittlerweile mehrere Erklärungen vor, um dies zu erklären. Einige der möglichen Erklärungen sind unten aufgeführt:

Ø Endosporen enthalten viel Dipicolinsäure in seinem Kern (Protoplast).

Ø Bei einigen Endosporen werden etwa 15 % des Gesamttrockengewichts der Spore Dipicolinsäure beigesteuert.

Ø Die Dipicolinsäure in bakteriellen Endosporen kommt nicht im freien Zustand vor, sondern bildet einen Komplex mit Calciumionen (Ca 2+ ).

Ø Lange Zeit glaubte man, dass die hohe Konzentration von Dipicolinsäure die Hitzebeständigkeit gegen Endosporen gewährleistet.

Ø Diese Ansicht wird nun in Frage gestellt, da Mutanten ohne Dipicolinsäure mit Hitzeresistenz isoliert wurden und dies auf die Beteiligung anderer Mechanismen schließen lässt.

Ø Eine hohe Konzentration an Calciumionen kann Beständigkeit gegen nasse Hitze und Oxidationsmittel verleihen.

Ø Die Calcium-Dipicolinsäure kann das Erbgut der Endosporen stabilisieren.

Ø Große Mengen an Kleine säurelösliche DNA-bindende Proteine ​​(SASPs) Es wird berichtet, dass sie im Kern von Endosporen vorkommen.

Ø Diese Proteine ​​können an die DNA von Endosporen binden und können die DNA vor Hitze, Strahlung und Chemikalien schützen.

Ø Die Bindung von SASPs an die DNA verändert die molekulare Struktur der DNA von ihrer normalen B-Form in die A-Form.

Ø Die A-DNA ist kompakter als B-DNA und somit kann A-DNA eine höhere Resistenz gegen Pyrimidin-Dimer-Bildung durch UV-Strahlung aufweisen.

Ø A-DNA ist auch vergleichsweise widerstandsfähiger gegen die denaturierende Wirkung von trockener Hitze.

Ø Die SASPs können während der Endosporenkeimung auch als Kohlenstoff- und Stickstoffquelle der neu gebildeten vegetativen Zelle fungieren.

Ø Die Kortikalis der Endosporen kann osmotisch Wasser aus dem Kern entfernen (Dehydration verursachen).

Ø Dehydration kann Bakterienzellen Hitzebeständigkeit verleihen.

Ø Die dicke Sporenschicht kann auch als undurchlässige Barriere gegen Chemikalien wie Wasserstoffperoxide wirken.

Ø Sporenmantel kann auch den Eintritt vieler hydrolysierender Enzyme in den Kern einschränken.

Ø Bakterielle Endosporen enthalten auch einen hohen Anteil an DNA-Reparaturenzymen.

Ø Diese Reparaturenzyme können schnell alle Arten von DNA-Läsionen heilen, die sich in der DNA bilden, wenn die Sporen rauen Umweltbedingungen ausgesetzt sind.

Daher können die Hitze-, Strahlungs- und Chemikalienresistenz von Endosporen durch mehrere Faktoren wie die dicke Sporenwand, die hohe Konzentration an Calciumdipicolinsäure, das Vorhandensein von säurelöslichen DNA-Schutzproteinen, die Dehydration der Protoplasten und das Vorhandensein von schnellen, effizienten DNA-Reparaturmechanismen beigetragen werden .

Wie werden Endosporen in Bakterien gebildet?

Der Prozess der Bildung von Endosporen wird Sporulation oder Sporogenese genannt. Sporulation tritt normalerweise auf, wenn die Bakterienzellen einen Nährstoffmangel aufweisen. Der Kern der Endosporen wird während des Sporulationsprozesses zunehmend dehydriert. Die Bildung von Endosporen ist ein komplexer Prozess und wird in sieben Stufen abgeschlossen, die als Zustand – I (S-I) bis Stufe – VII (S-VII) bezeichnet werden.

Ø S-I: Bildung des axialen Filaments: Das genetische Material der Bakterienzelle ist genau in der Mittelebene der Bakterienzelle orientiert.

Ø S-II: Bildung von Septen: Eine Einstülpung der Plasmamembran wächst in das Lumen der Zelle und bildet ein Septum, das als Vorsporenseptum bezeichnet wird. Die Septumbildung führt zur Trennung eines kleinen Teils der DNA vom Rest des genetischen Materials.

Ø S-III: Verschlingung der Forespore: Die Membran der Mutterzelle wächst weiter und verschlingt die neu gebildete unreife Spore vollständig. Somit wird die Vorspore mit der Verschlingung nun von zwei Plasmamembranen und einem Zwischenmembranraum bedeckt.

Ø S-IV: Kortexbildung: Die Kortexbildung beginnt zwischen dem Zwischenmembranraum der beiden Membranen. Auch im Stadium IV werden große Mengen an Calcium und Dipicolinsäure akkumuliert.

Ø S-V: Bildung der Proteinhülle: Proteinhülle wird über der Rinde der neu gebildeten Spore abgelegt.

Ø S-VI: Sporenreifung: Der Kern wird zunehmend dehydriert, die Zelle wird metabolisch inaktiv.

Ø S-VII: Enzymatische Zerstörung des Sporogoniums (Sporenmutterzelle) und Freisetzung der Endosporen.

Bildung von Endosporen (Bildquelle: cc Wikipedia)

Keimung von Endosporen

Die Sporenkeimung bedeutet wörtlich die Umwandlung der ruhenden Endosporen in eine stoffwechselaktive vegetative Zelle. Die Keimung von Sporen erfolgt, wenn die Umgebungsbedingungen geeignet sind. Ähnlich wie bei der Sporulation ist auch die Endosporenkeimung ein sehr komplexer Vorgang.

Ø Der Keimungsprozess der Endosporen wird in drei Phasen abgeschlossen:

(1). Aktivierung

(2). Keimung

(3). Auswuchs

(1). Aktivierung

Ø Die Aktivierung der Endosporen ist eine Voraussetzung für ihre Keimung.

Ø Nicht aktivierte Sporen keimen nicht, selbst wenn sie auf das nährstoffreiche Medium gelegt werden.

Ø Die Aktivierung bereitet die Endosporen auf ihre Keimung vor (zweiter Schritt).

Ø Die Endosporenaktivierung ist ein reversibler Prozess.

Ø Wenn die Umgebungsbedingungen ungünstig sind, kann die aktivierte Spore in ihr ruhendes inaktives Stadium zurückkehren.

Ø Die Aktivierung der Endosporen kann durch Hitzeschock künstlich herbeigeführt werden.

(2). Keimung

Ø Keimung ist das Aufbrechen des Ruhestadiums der Sporen.

Ø Die Sporenkeimung ist durch folgende Ereignisse gekennzeichnet:

$ Riss des Sporenmantels

$ Verlust der Beständigkeit gegen Hitze oder Strahlung

$ Die Freisetzung von Sporenbestandteilen

$ Der schnelle Anstieg der metabolischen Säure von Sporen

Ø Die Keimung der Endosporen ist ein irreversibler Prozess.

Ø Wenn die Spore nach der Keimung ungünstige Bedingungen wahrnimmt, kann sie nicht in ihr Ruhestadium zurückversetzt werden, sondern stirbt ab.

Ø Die Sporenkeimung kann ausgelöst werden, indem die aktivierten Endosporen Nährstoffen wie Zucker oder Aminosäuren ausgesetzt werden.

(3). Auswuchs

Ø Es ist die dritte Stufe der Endosporenkeimung.

Ø Sporen treten vollständig aus dem Sporenmantel heraus.

Ø Der Protoplast der Spore ist vollständig der äußeren Umgebung ausgesetzt.

Ø Sie entwickeln sich zu einer aktiven vegetativen Zelle.

Beispiele für Bakterien, die Endosporen produzieren:

Aerobe Endosporen produzierende Bakterien: Bacillus subtilis, B. megaterium, B. anthracis (verursache Milzbrand).

Anaerobe Endosporen produzierende Bakterien: Clostridium-Perfransen, C. tetani (Ursache Tetanus) C. botulinum (Botulismus verursachen)

Rezensionsfragen:

(1). Was sind Endosporen?
(2). Beschreiben Sie die Struktur der bakteriellen Endosporen mit einem beschrifteten Diagramm.
(3). Was sind die Hauptmerkmale von Endosporen?
(4). Wie unterscheidet sich bakterielle Endospor von vegetativen Zellen?
(5). Beschreiben Sie den Prozess der Endosporenbildung bei Bakterien.
(6). Beschreiben Sie den Prozess der Endosporenkeimung in Bakterien.
(7). Welche biologische und pathologische Bedeutung haben Endosporen?
(8). Durch welche Mechanismen erlangen die Endosporen Resistenz gegen Hitze, Strahlung und Chemikalien?
(9). Was versteht man unter Sporulation/Sporogenese?
(10). Listen Sie die Schichten der Endosporenwand mit ihrer richtigen Reihenfolge auf.
(11). Exosporium definieren
(12). Welche Bedeutung hat Dipicolinsäure in bakteriellen Endosporen?
(13). Nennen Sie zwei Beispiele für aerobe Endosporen bildende Bakterien
(14). Nennen Sie zwei beliebige Beispiele für anaerobe Endosporen bildende Bakterien
(fünfzehn). Was sind SASPs? Welche Bedeutung hat sie in bakteriellen Endosporen?


Der Mensch als Krebs

Wenn ein Fleck auf der Haut einer Person seine Farbe ändert, zäh oder rau und erhaben oder ulzeriert wird, blutet, schuppt, Krusten bildet und nicht heilt, ist es an der Zeit, einen Arzt aufzusuchen. Denn dies sind frühe Anzeichen von Hautkrebs.

Wie von Astronauten gesehen und von Satelliten aus dem Weltraum fotografiert, ähneln Millionen von von Menschenhand geschaffenen Mustern auf der Landoberfläche der Erde nichts so sehr wie den Hauterkrankungen von Krebspatienten. Die Umwandlung der natürlichen Konturen des Landes in geometrische Muster landwirtschaftlicher Felder, die Begradigung von mäandernden Flüssen zu kanalartigen Kanälen und die Abholzung von Wäldern in Schachbrett-Kahlschläge haben alle ihre Entsprechungen im Verlust normaler Hautmarkierungen bei Krebspatienten . Grüne Wälder, die in braunes Buschwerk verholzt wurden, und überweidetes Grasland, das zu weißem Ödland gebleicht wurde, gehören zu den Veränderungen in der Erdfarbe. Autobahnen, Straßen, Parkplätze und andere befestigte Oberflächen haben die Erdoberfläche gehärtet, während Städte sie aufgerauht haben. Abraumhalden und Müllhalden können mit erhabenen Hautläsionen verglichen werden. Tagebaue, Steinbrüche und Bombenkrater, darunter die 30 Millionen US-Streitkräfte in Indochina, ähneln Hautgeschwüren. Kochsalzlösung sickert in unsachgemäß bewässerten Feldern ein wie schuppige, eiternde Wunden. Anzeichen von Blutungen sind die Einleitung von menschlichen Abwässern, Fabrikabwässern und saurem Minenabfluss in angrenzende Wasserstraßen sowie die Erosion des Mutterbodens von entwaldeten Hängen, um Flüsse, Seen und Küstengewässer gelb, braun und rot zu färben. Der vom Weltraum aus sichtbare rote Ring um weite Teile Madagaskars erscheint manchen Beobachtern als Symptom dafür, dass die Insel verblutet.

Wäre Hautkrebs alles, was die Erde krank machte, wäre die letztendliche Genesung des Planeten weniger zweifelhaft. Denn mit Ausnahme des malignen Melanoms ist Hautkrebs in der Regel heilbar. Aber die Parallelen zwischen dem Fortschreiten von Krebs im menschlichen Körper und den fortschreitenden bösartigen Auswirkungen des Menschen auf die Erde sind mehr als nur oberflächlich. Erwägen:

Krebszellen vermehren sich schnell und unkontrolliert im Körper Menschen vermehren sich weiterhin schnell und unkontrolliert in der Welt. Überfüllte Krebszellen verhärten sich zu Tumoren, Menschen drängen sich in die Städte. Krebszellen infiltrieren und zerstören angrenzendes normales Gewebe. Urbane Zersiedelung verschlingt offenes Land. Bösartige Tumore scheiden Zellen aus, die in entfernte Körperteile wandern und sekundäre Tumoren bilden, die der Mensch fast jeden bewohnbaren Teil der Erde besiedelt hat. Krebszellen verlieren ihr natürliches Aussehen und charakteristische Funktionen vereinheitlichen der Mensch diverse natürliche Ökosysteme zu künstlichen Monokulturen. Bösartige Tumoren scheiden Enzyme und andere Chemikalien aus, die abgelegene Körperteile des Menschen schädigen. Kraftfahrzeuge, Kraftwerke, Fabriken und landwirtschaftliche Betriebe emittieren Giftstoffe, die die Umwelt weit entfernt vom Entstehungsort verschmutzen.

Ein krebsartiger Tumor wächst weiter, auch wenn seine Enteignung von Nährstoffen und die Störung lebenswichtiger Funktionen dazu führen, dass sein Wirt verkümmert. In ähnlicher Weise untergraben menschliche Gesellschaften ihre eigene langfristige Lebensfähigkeit, indem sie die Umwelt erschöpfen und verschmutzen. Bei der Zivilisation wie beim Krebs erzeugt der anfängliche Erfolg ein selbstzerstörerisches Exzess.

Es ist leicht, den Zusammenhang zwischen Krebs, der Krankheit des Menschen, und dem Menschen als Krankheit auf dem Planeten sowohl als absurd als auch abstoßend abzutun – oder eher als eine bloße Metapher als die vereinheitlichende Hypothese, die ihr führender Befürworter dafür behauptet. Nur eine Handvoll Zeitschriften mit begrenzter Auflage, einschließlich dieser (siehe Forencich 1992/93), haben dem Konzept eine respektvolle Beachtung geschenkt.

Das Akzeptieren des Menschen-als-Krebs-Konzepts wird einfacher, wenn man auch die Gaia-Hypothese akzeptiert, dass der Planet als ein einziger lebender Organismus funktioniert. Gewiss, die Erde ist größtenteils leblos. Seine felsige, wässrige Oberfläche trägt nur eine relativ dünne Schicht von Pflanzen, Tieren und anderen lebenden Organismen. Aber auch ein ausgewachsener Baum besteht hauptsächlich aus Totholz und Rinde, wobei nur seine dünne Kambiumschicht und seine Blätter, Blüten und Samen tatsächlich lebendig sind. Doch der Baum ist ein lebender Organismus. Die Erde verhält sich insofern wie ein lebender Organismus, als die chemische Zusammensetzung ihrer Gesteinskruste, der Ozeane und der Atmosphäre über mehrere Milliarden Jahre hinweg die biologischen Prozesse lebender Organismen sowohl unterstützt als auch beeinflusst wurde. Diese sich selbst erhaltenden, selbstregulierenden Prozesse haben die Oberflächentemperatur der Erde, ihre Salzkonzentrationen in den Ozeanen und Sauerstoff in der Atmosphäre und andere günstige Bedingungen für das Leben gehalten.

James Lovelock, der 1979 die Gaia-Hypothese aufstellte, lehnte zunächst krebsähnliche Auswirkungen des Menschen als Folge davon ab und erklärte rundheraus: „Menschen sind in keiner Weise wie ein Tumor“ (Lovelock 1988, S. 177). Doch bald änderte er diese Ansicht und stellte fest: „Der Mensch auf der Erde verhält sich in gewisser Weise wie ein pathogener Mikroorganismus oder wie die Zellen eines Tumors oder Neoplasmas“ (Lovelock 1991, S. 153).

Andere haben den Zusammenhang stärker angegeben. „Wenn man sich die Erde und ihre Bewohner als einen einzigen sich selbst erhaltenden Organismus nach dem populären Gaia-Konzept vorstellt, dann könnten wir Menschen selbst als pathogen angesehen werden“, sagt Jerold M. Lowenstein, Professor für Medizin an der University of California, San Francisco, hat geschrieben. „Wir infizieren den Planeten, wachsen rücksichtslos wie Krebszellen, zerstören Gaias andere spezialisierte Zellen (das heißt, wir löschen andere Arten aus) und vergiften unsere Luftversorgung 1992).

Dr. Lowenstein ist nicht der erste Arzt, der den Planeten als Patient untersucht und feststellt, dass er von humanoidem Krebs befallen ist. Alan Gregg leistete Pionierarbeit bei der Diagnose. Als langjähriger Beamter der Rockefeller Foundation, der für die Empfehlung von Finanzhilfen zur Verbesserung der öffentlichen Gesundheit und medizinischen Bildung verantwortlich war, reiste Dr. Gregg in den Jahren nach dem Zweiten Weltkrieg viel und beobachtete den weltweiten Bevölkerungsboom. 1954 hatte er genug gesehen. In einem kurzen Artikel, der auf einem Symposium gehalten und anschließend in Science veröffentlicht wurde, verglich Gregg (1955) die Welt mit einem lebenden Organismus und die Explosion der menschlichen Zahl mit einer Vermehrung von Krebszellen. Er skizzierte weitere Parallelen zwischen Krebs beim Menschen und krebsähnlichen Auswirkungen des Menschen auf die Welt. Und er drückte die bis heute unerfüllte Hoffnung aus, dass "dieser etwas skurrile Kommentar zum Bevölkerungsproblem auf ein neues Konzept menschlicher Selbstbeherrschung hinweisen könnte".

Es ist einem Arzt, der auch Epidemiologe ist, zugefallen, Greggs skizzenhafte Analyse zu konkretisieren und zu ergänzen. Warren M. Hern schrieb seinen Ph.D. Dissertation darüber, wie das Eindringen der westlichen Zivilisation die Geburtenraten unter den peruanischen Amazonasindianern erhöht hat. Er trägt seinen Teil dazu bei, die Geburtenrate in den USA niedrig zu halten, indem er eine Abtreibungsklinik in Boulder, Colorado, betreibt. Hern (1990) veröffentlichte einen großen Artikel, der detailliert darlegte und mit anthropologischen, ökologischen und historischen Beweisen untermauerte, wie die menschliche Spezies einen "bösartigen Ökotumor" darstellt. Er schlug vor, uns umzubenennen Homo-Ösophagus (für "der Mann, der das Ökosystem verschlingt"). Die den Artikel begleitenden Illustrationen enthielten Luftaufnahmen von US-Städten, denen ähnlich aussehende Fotos von Gehirn- und Lungentumoren gegenübergestellt wurden.

Dr. Hern hat auf Symposien, die von der Population Association of America, der American Association for the Advancement of Science und der American Public Health Association organisiert wurden, Vorträge über die Hypothese gehalten. In der Folge wurden zwei Arbeiten veröffentlicht (Hern 1993a, 1993b). Aber im Allgemeinen nimmt die wissenschaftliche Gemeinschaft seine Hypothese nicht ernst und betrachtet sie lieber als bloße Metapher oder Analogie. Tatsächlich hat es in manchen Kreisen Feindseligkeit hervorgerufen. Als Hern die Hypothese 1994 auf der Internationalen Konferenz über Bevölkerung und Entwicklung in Kairo vorstellte, reagierten die Zuhörer verärgert und drohten: "Bist du bereit zu sterben?" Ein Denver-Radio-Talkshow-Moderator nannte Dr. Hern einen "Ökoquack" und einen "guten Kameraden der Sky-Is-Falling-Schule".

Diese Herabsetzung kann als eine weitere Parallele zwischen Krebs, der Geißel des Menschen, und dem Menschen als krebserregender Geißel auf der Welt angesehen werden. Denn so wie Warren Hern seine Ansichten mit Gleichgültigkeit, Verleugnung und regelrechter Feindseligkeit konfrontiert, so ließen amerikanische Ärzte ihre Krebspatienten bis vor kurzem routinemäßig über die Art ihrer Krankheit im Dunkeln. Ziel war es, den Patienten den Schock, die Angst, die Wut und die Depression zu ersparen, die die schlechten Nachrichten häufig hervorrufen. Familien gaben nur ungern zu, dass ein Verwandter an Krebs gestorben war, und Zeitungsnachrufe bezeichneten die Todesursache eines Krebstodes beschönigend als "lange Krankheit". In Japan bleibt Krebs ein Tabuthema. Meinungsumfragen zeigen, dass die Menschen lieber nicht wissen möchten, ob sie Krebs haben, und Ärzte würden es ihnen lieber nicht sagen. Als Kaiser Hirohito an Zwölffingerdarmkrebs starb, logen seine Ärzte und sagten ihm und der Öffentlichkeit, dass er eine "chronische Pankreatitis" habe (Sanger 1989).

In den Vereinigten Staaten leugnen sogar einige umweltbewusste Analytiker die Hypothese des Menschen als planetarischen Krebs. Christopher D. Stone, Juraprofessor an der University of Southern California und Sohn des verstorbenen linken Journalisten I. F. Stone, verfasste einen einflussreichen Aufsatz zum Umweltrecht, Sollen Bäume stehen? Zu gesetzlichen Rechten für natürliche Gegenstände. Aber in seinem neuesten Buch stellt Stone (1993, S.4) Zweifel an der Aussage, dass "die Erde Krebs hat und der Krebs der Mensch ist". „Die wechselseitige Abhängigkeit der Erdteile entspricht nicht der wechselseitigen Abhängigkeit der Organe innerhalb eines echten Organismus“, stellt er fest. "Die Erde als Ganzes, einschließlich ihres Lebensnetzes, ist nicht so zerbrechlich. Die Gaian-Beziehungen sind nicht so fein, so prekär abgestimmt."

Sogar Tiefenökologen erkennen an, dass sich die Erde qualitativ von einem echten Organismus unterscheidet, dass ihr legitimer Status als Superökosystem sie nicht als Superorganismus qualifizieren kann. Frank Forencich, der in "Homo Carcinomicus: A Look at Planetary Oncology" (Forencich 1992/93) argumentierte, dass "die Parallelen zwischen neoplastischem Wachstum und menschlicher Bevölkerung erstaunlich sind", räumt ein, dass selbst ein nuklearer Winter die lebende Biosphäre nicht vollständig zerstören würde , geschweige denn die unbelebte Lithosphäre, Hydrosphäre und Atmosphäre. "Wir können den Wirt nicht töten", sagt er. „Die Zivilisation wird zerbrechen, bevor die Biosphäre verschwindet“ (Forencich 1993).

Ein weiterer Einwand ist, dass jede Verallgemeinerung über Krebs suspekt ist, da Krebs keine einzelne Krankheit ist, sondern eine Gruppe von mehr als 100 Krankheiten, die sich in ihren Ursachen und Merkmalen unterscheiden. Einige Krebsarten – zum Beispiel Brustkrebs – wachsen typischerweise schnell und breiten sich aggressiv aus. Andere, wie Krebs des Dünndarms, wachsen normalerweise langsam. Prostatakrebs wächst oft so langsam, dass er keine Probleme verursacht. „Es ist durchaus möglich, dass ein Organismus sein ganzes Leben lang Krebszellen hat und keine negativen Auswirkungen hat“ (Garrett 1988, S.43).

Das Fehlen einer perfekten Übereinstimmung zwischen Krebs, der Krankheit beim Menschen, und den krebsähnlichen Auswirkungen des Menschen auf die Erde, macht das Konzept des Menschen als Krebs für einige Beobachter ungültig. Aber Warren Hern besteht darauf, dass der Mensch als Krebs eine Hypothese ist, weil sie einer Überprüfung oder Widerlegung unterliegt und weil sie als Grundlage für weitere Untersuchungen nützlich ist. Frank Forencich hingegen begnügt sich damit, den Begriff als Metapher zu betrachten. "Dass Menschen wie Krebs sind, ist unbestreitbar", sagt er. "Aber der Mensch ist selbst kein Krebs."

Ob als Metapher oder Hypothese, die Behauptung, dass sich Menschen wie bösartige Krebszellen verhalten haben, verdient es, ernst genommen zu werden. Die These bietet eine vereinheitlichende Interpretation scheinbar unzusammenhängender Phänomene wie der Zerstörung von Ökosystemen, dem Verfall der Innenstädte und der Globalisierung der westlichen Warenkultur. Es bietet eine wertvolle makrokosmische Perspektive auf die Auswirkungen des Menschen sowie eine aufschlussreiche historische Perspektive, um die krebserzeugende Neigung des Menschen bis in die frühesten Zeiten zurückzuverfolgen.

Die Vorfahren des modernen Menschen zeigten vor ein bis zwei Millionen Jahren eine der wichtigsten Eigenschaften von Krebszellen, den Verlust der Adhäsion. Da Krebszellen lockerer aneinander befestigt sind als normale Zellen, trennen sie sich leicht, bewegen sich zufällig und dringen in Gewebe ein, die über das hinausgehen, aus dem sie stammen. Unsere direkten Vorfahren, Homo erectus, demonstrierte diese Eigenschaft bei der Auswanderung aus Afrika. In kleinen mobilen Gruppen lebend, verbreiteten sich diese Sammler/Aasfresser/Jäger über Asien und Europa. Die nächste Hominidenart in der Evolutionslinie, Homo sapiens, dehnte die Ausbreitung in bisher unbewohnbare nördliche Wälder und Tundra aus. Ihre Nachfolger, anatomisch modern Homo sapiens sapiens, haben sich auf alle Kontinente und großen eisfreien Inseln ausgebreitet. Mit Hilfe von Kleidung, Unterkünften, Technologie und importierten Vorräten besetzen sie jetzt Wälder, Feuchtgebiete, Wüsten, Tundra und andere Gebiete, die früher als zu nass, zu trocken, zu kalt oder zu abgelegen für menschliche Besiedlung galten. Menschen besetzen jetzt zwei Drittel bis neun Zehntel (Schätzungen variieren) der Landoberfläche des Planeten oder haben sie verändert und ausgebeutet. Es scheint nur eine Frage der Zeit, bis sie alle verbleibenden "leeren" Räume einnehmen.

Die fortwährende Enteignung des Planeten durch die Menschen ist mit der Eruption der menschlichen Zahl vorangekommen, und die Eruption der menschlichen Zahl hat Merkmale, die mit der Vermehrung von Krebszellen gemein sind. In einem gesunden Körper ermöglichen genetische Kontrollen ein harmonisches Zusammenleben vieler einzelner Zellen als ein einziger Organismus. Genetische Schalter signalisieren normalen Zellen, wann es Zeit ist, sich zu teilen und zu vermehren, und wann es Zeit ist, sich aufzulösen und von benachbarten Zellen aufgenommen zu werden. Wenn die genetischen Schalter beschädigt werden, beispielsweise durch Chemikalien, Strahlung oder Viren, können sie in der "Ein"-Position verriegelt werden. Dadurch werden aus normalen Zellen bösartige Zellen, die sich ohne Rücksicht auf die Gesundheit des gesamten Organismus teilen und vermehren.

Als die Menschen in halbnomadischen Banden in Harmonie mit einer Umgebung lebten, die sie nicht beherrschten, beschränkten sie ihre Zahl, um den Vorrat an Nahrung, die sie sammeln, plündern und jagen konnten, nicht zu überschreiten. Sie brachten auch nicht mehr Junge zur Welt, als sie zwischen den Saisonlagern tragen konnten. Ihre empfängnisverhütenden Maßnahmen umfassten Coitus Interruptus (Entzug), Pessare und verlängertes Stillen, um die Hormone zu unterdrücken, die den Eisprung auslösen. Als diese Methoden versagten, griffen sie auf Abtreibung und Kindermord zurück. Wie normale Zellen in einem gesunden Körper schienen Jäger und Sammler zu wissen, wann sie mit dem Wachstum aufhören sollten.

Technologische und kulturelle Verunreinigungen stören jedoch dieses empfindliche natürliche Gleichgewicht und ermöglichen es dem Menschen, sich über die Zahl hinaus zu vermehren, die mit der harmonischen Gesundheit des globalen Ökosystems vereinbar ist. Der erste und immer noch wichtigste Schadstoff war Feuer. Vor 400.000 Jahren – vielleicht sogar noch früher – hatten Jäger und Sammler gelernt, Feuer zu kontrollieren und zu benutzen. So begann die Verwandlung des Menschen von einem anderen großen Säugetier im Wettbewerb mit anderen wilden Raubtieren in den unbestrittenen Herrscher über alle Arten, Pflanzen und Tiere. Die Abhängigkeit von Verbrennungen bestimmt seither die menschliche Existenz und hat sich zu der aktuellen Orgie der Verbrennung fossiler Brennstoffe mit dem Potenzial entwickelt, Gaia zu überhitzen und die Existenz all ihrer Bewohner zu gefährden.

Feuer war im Allgemeinen gutartig, wenn es von Jägern und Sammlern verwendet wurde, um dichte Wälder in offenere und parkähnlichere Landschaften auszudünnen, die mehr Wild unterstützen. Aber die Zunahme des Nahrungsangebots, die effektivere Jagd und das Kochen von zähem Fleisch und faserigem Gemüse ermöglichten eine Zunahme der Jäger-Sammler-Populationen. Als sich die Menschen vermehrten und ausbreiteten, überjagt und überhäuft wurden, wurden Großwild und geeignete Wildnahrung weniger reichlich vorhanden. Dies machte das Jagen und Sammeln weniger effizient und der Gartenbau, der sich zuvor nicht gelohnt hatte, war die einzige praktikable Alternative.

Vor rund 10.000 Jahren begann in Kleinasien die Abholzung von Wäldern für die Landwirtschaft. Ungefähr 2000 Jahre später begannen Wandergärtner, ihren Weg nach Nordwesten durch Europa zu bahnen und zu brennen. Sie überwältigten und verdrängten weniger viele Jäger und Sammler, bevor sie wiederum Landwirten wichen, deren Pflugbewirtschaftung von Dauerfeldern eine intensivere Nahrungsmittelproduktion und dichtere Populationen ermöglichte.

Die Landwirtschaft verurteilte die Bauern zu einem kurzen, harten Leben mit eintöniger Arbeit, einer unzureichenden Ernährung, der ständigen Gefahr von Ernteausfällen und Hungersnöten und der Aussetzung ansteckender Krankheiten. Es förderte soziale Schichtung und sexuelle Ungleichheit, grausame Behandlung von Tieren, Despotismus und Kriegsführung. Und es förderte weitere krebsähnliche Eingriffe in die Wildnis, um eine wachsende Bevölkerung zu ernähren und Felder und Weiden zu ersetzen, die durch Überkultur und Überweidung erodiert und an Bodenfruchtbarkeit erschöpft waren. Die Eliten, die die sesshaften Agrargesellschaften dominierten, veranlassten, dass noch mehr Wald gerodet und Marschland trockengelegt wurde, um die Produktion zu maximieren, die sie für ihren eigenen Gebrauch enteignen konnten. Dieser wirtschaftliche Überschuss wiederum trug dazu bei, eine zunehmende Konzentration von Menschen in Flusstälern, an Meeresküsten und in Städten zu unterstützen.

Die Ansammlung von Menschen in Städten ist der Art und Weise, wie sich überfüllte Krebszellen zu Tumoren verhärten, nur allzu ähnlich. Während normale Zellen in einer Gewebekultur bei Kontakt mit anderen Zellen aufhören, sich zu vermehren, teilen sich Krebszellen weiter und stapeln sich zu Klumpen übereinander. Normale Zellen zeigen eine Kontakthemmung, wachsen nur bis zur Grenze ihres definierten Raums und hören dann auf. Krebszellen wissen nie, wann sie aufhören sollen.

Ebenso wächst die menschliche Bevölkerung selbst unter extrem beengten Bedingungen. Das Wesen der Zivilisation ist die Konzentration von Menschen in Städten. Als sich verstreute Bauerndörfer zu Städten entwickelten und einige Städte zu Handels-, Produktions-, Zeremonien- und Verwaltungszentren wurden, wurde die Stadt geboren. Gefüttert von Getreide, das in den Provinzen angebaut und von dort beschlagnahmten Sklaven bedient wurde, wurden die Verwaltungszentren der Imperien groß. Rom hatte auf seinem Höhepunkt im Jahr 100 möglicherweise eine Million Menschen erreicht außer Kontrolle geraten, und um 1900 lebte noch immer nur einer von zehn Menschen in Städten. Die Hälfte wird im Jahr 2000 erfolgen, wobei in 20 Metropolregionen mit jeweils 10 Millionen oder mehr Menschen gerechnet wird.

Der schottische Gartenstadtplaner Patrick Geddes bemerkte zu Beginn dieses Jahrhunderts, wie sich moderne Städte über das Land ausbreiten – Dörfer absorbieren, Felder zerstören, offenes Land auffüllen und riesige neue Ballungsräume schaffen. Geddes (1915) identifizierte in Großbritannien ein halbes Dutzend solcher im Entstehen begriffenen „Gemeindestädte“, und er sah die Annäherung einer 500-Meilen-Megalopolis entlang der Nordatlantikküste in den Vereinigten Staaten voraus. Geddes verglich die Zersiedelung mit einer Amöbe, aber es fiel seinem amerikanischen Schützling Lewis Mumford zu, die ungeordnete, formlose, unkoordinierte Stadterweiterung mit einem bösartigen Tumor zu vergleichen alten Geweben und einer Überwucherung von formlosem neuem Gewebe" (Mumford 1961, S. 543).

Ein bösartiger Tumor entwickelt während seines Wachstums eigene Blutgefäße.In ähnlicher Weise vaskularisieren Städte mit Aquädukten, Stromleitungen, Autobahnen, Eisenbahnen, Kanälen und anderen Leitungen. Ein Tumor nutzt sein Kreislaufnetzwerk, um dem Körper Nährstoffe zu entziehen. In ähnlicher Weise erschließen Städte parasitär das Land und darüber hinaus, um Nahrung, Treibstoff, Wasser und andere Vorräte zu liefern. Doch so wie ein Tumor irgendwann aus seiner Blutversorgung herauswächst und ein Teil davon, oft im Zentrum, abstirbt, verkümmern oft die Innenstadtviertel und sogar ältere Vororte. Alan Gregg (1955) stellte diese Parallele vor 40 Jahren fest und beobachtete, "wie fast die Slums unserer großen Städte der Nekrose von Tumoren ähneln".

Der Mensch konzentriert sich zunehmend entlang der Meeresküsten. Sechzig Prozent der Weltbevölkerung leben heute im Umkreis von 100 Kilometern von einer Meeresküste. In Australien, einer der am stärksten urbanisierten Nationen der Welt, leben neun von zehn Menschen an der Küste. Der Boom des internationalen Handels, von dem Küstengebiete überproportional profitieren, erklärt den weltweiten Trend, aber das Muster geht Tausende von Jahren zurück und ähnelt einem anderen krebserregenden Prozess: der Metastasierung.

Bei der Metastasierung stößt ein Tumor Krebszellen ab, die dann an entfernte Stellen des Körpers wandern und sekundäre Wucherungen bilden. Das Medium für die Wanderung der Zellen ist das Blut- und Lymphsystem. In der antiken Welt des Mittelmeers erleichterte eine andere Flüssigkeit – Wasser – die Migration von Menschen und Gütern. Die Phönizier, Griechen, Karthager und Römer nutzten alle die relative Leichtigkeit des Reisens und des Transports auf dem Wasser, um Kolonien rund um das Mittelmeer zu gründen. Auf dem Höhepunkt des Römischen Reiches blühten entlang der afrikanischen Küste von Marokko bis Ägypten nicht weniger als 500 Siedlungen.

So wie sekundäre Tumoren im menschlichen Körper Gewebe und Organe zerstören, in die sie eindringen, verwüsteten die Kolonisatoren des antiken Mittelmeers die fruchtbaren, aber fragilen Ökosysteme der von ihnen besiedelten Küstenregionen. Sie schlugen Küstenwälder für Schiffshölzer und Baumaterial ab, lieferten Holzkohle für Brennziegel und Keramik, verhütteten Mineralerze und legten Felder und Weiden an. Überkulturen, Brände, Schafe und Ziegen verhinderten die Regeneration. Intensive Winterregen spülten den dünnen, leicht erodierenden Boden von den Hängen in die Küstenebenen, um Felder zu ersticken, die Mündungen von Flüssen zu ersticken, Malaria-Sümpfe zu schaffen, Hafenstädte zu begraben und viele von ihnen kilometerweit vom Meer entfernt zu stranden. Die kargen Pisten haben sich bis heute nicht erholt.

Die Gefräßigkeit sekundärer Tumoren, die Gewebe und Organe befallen und verbrauchen, hat ihr Gegenstück in den Zerstörungsorgien, an denen sich Staaten und insbesondere Imperien seit 5000 Jahren beteiligen. In vielen Fällen hat die Zerstörung das Eigeninteresse des Zerstörers überschritten. Viele Invasoren zerstörten routinemäßig die von ihnen eroberten Städte, massakrierten ihre Einwohner und zerstörten ihre Felder und Herden, anstatt sie einfach zu übernehmen. Teppichbombardierungen von Städten und das Massenmorden ihrer zivilen Nichtkombattanten während des Zweiten Weltkriegs bilden das moderne Äquivalent. Die alten Römer durchsuchten ihr Reich nach Bären, Löwen, Leoparden, Elefanten, Nashörnern, Flusspferden und anderen lebenden Tieren, um sie in öffentlichen Arenen zu quälen und zu töten, bis nichts mehr zu finden war. Europäische Eindringlinge in Nordamerika und Sibirien machten den Pelzhandel, von dem sie so enorm profitierten durch den selbstzerstörerischen Überschuss an Pelztieren.

Die Zerstörung von Ökosystemen durch den Menschen hat seit der Industrialisierung unaufhaltsam zugenommen. Die Vernichtung von 60 Millionen Bisons in den nordamerikanischen Great Plains wurde durch das Eindringen von Eisenbahnen und die Erfindung des Repetiergewehrs ermöglicht. Die rücksichtslose Ausbeutung der Wale wurde durch die Erfindung der explosiven Harpune, der Kanonenwinde und des motorbetriebenen Schiffes beschleunigt. Riesige Netze, die von den heutigen Fabriktrawlern gezogen werden, ermöglichen es, Ozeane nach Fischen abzubauen – und alle anderen Kreaturen, die das Pech haben, sich in diesen Schleiern des Todes zu verfangen. Traktoren und andere moderne Landmaschinen verdichten und pulverisieren den Mutterboden abwechselnd und erhöhen so seine Anfälligkeit für erosive Winde und Regen. Kettensägen und Bulldozer ebnen Wälder schneller, als es Äxte und Handsägen jemals könnten. Dynamit- und Schleppseilbagger ermöglichen Tagebau in bisher unvorstellbarem Ausmaß, enthaupten Berge, verwandeln Landschaften in Mondkrater und machen Inseln wie das phosphatreiche Nauru im Südpazifik nahezu unbewohnbar. Löcher in die Erde zu bohren, um an Mineralien zu gelangen, ähnelt natürlich der Art und Weise, wie Krebs Löcher in Muskeln und Knochen bohrt. Wie Peter Russell (1983, S.33) bemerkte: "Die technologische Zivilisation sieht wirklich aus wie ein wucherndes bösartiges Wachstum, das in einem selbstsüchtigen Akt des Konsums blind seinen eigenen Wirt verschlingt."

So wie ein schnell wachsender Tumor Nährstoffe aus gesunden Körperteilen stiehlt, um seinen hohen Energiebedarf zu decken, usurpiert die industrielle Zivilisation die Ressourcen gesunder Ökosysteme, auf die ihre natürlichen Pflanzen- und Tierbewohner zum Überleben angewiesen sind. Im Jahr 1850 machten Menschen und ihr Vieh 5 Prozent des Gesamtgewichts des gesamten terrestrischen Tierlebens aus. Heute übersteigt dieser Anteil 20 Prozent, bis zum Jahr 2030 könnte er 40 Prozent erreichen (Westing 1990, S. 110-111).

„Noch nie zuvor in der Geschichte der Erde war eine einzige Art so weit verbreitet und hat einen so großen Teil der energetischen Ressourcen monopolisiert. Ein immer kleiner werdender Rest dieser begrenzten Ressourcen wird nun auf Millionen anderer Arten aufgeteilt. Die Folgen sind absehbar.“ : Schrumpfung der geografischen Verbreitungsgebiete, Verringerung der Populationsgröße und erhöhte Wahrscheinlichkeit des Aussterbens für die meisten Wildarten Ausdehnung der Verbreitungsgebiete und Zunahme der Populationen der wenigen Arten, die von menschlichen Aktivitäten und dem Verlust der biologischen Vielfalt auf allen Ebenen von lokal bis global profitieren" (Brown und Maurer 1989).

Der Rückgang der Vielfalt ist sowohl für Krebs als auch für die Zivilisation üblich. In beiden Fällen weicht Heterogenität der Homogenität, Komplexität der Vereinfachung. Bösartige Zellen entwickeln sich nicht zu spezialisierten Zellen des Gewebes, aus dem sie stammen. Stattdessen neigen "undifferenzierte, hochmaligne Zellen dazu, einander und fötalen Geweben mehr zu ähneln als ihren erwachsenen normalen Gegenstückzellen" (Ruddon 1987, S.230).

Die Entdifferenzierung in menschlichen Gesellschaften ist mindestens so alt wie die Landwirtschaft und Viehzucht. Landwirte ersetzen seit Jahrtausenden verschiedene einheimische Pflanzenarten durch reine Bestände domestizierter Nutzpflanzen. Anstelle der Tausenden von Pflanzenarten, die vorlandwirtschaftliche Völker als Nahrung sammelten, liefern heute nur noch sieben Grundnahrungsmittel – Weizen, Reis, Mais, Kartoffeln, Gerste, Süßkartoffel und Maniok – drei Viertel des Kaloriengehalts aller Nahrungspflanzen der Welt. Die erstaunliche Fülle und Vielfalt an Wildtieren auf der Welt nimmt schnell zu, viele Arten werden bald nur noch in Zoos und Wildparks zu sehen sein, wo Rinder, Schafe, Ziegen, Schweine und andere domestizierte Nutztiere ihren Platz einnehmen.

Trotz ihres Werts als Lebensraum für Wildtiere, zur Regulierung von Hochwasser und zum Herausfiltern von Schadstoffen wurden mehr als die Hälfte der Sümpfe, Sümpfe, Moore, saisonalen Überschwemmungsgebiete und anderen Feuchtgebiete der Welt entwässert, ausgebaggert, zugeschüttet, bebaut oder anderweitig zerstört. Gemäßigte Wälder, die von Bäumen vieler Arten und jeden Alters dominiert werden, weichen einzelnen Arten, gleichaltrigen Nadelbaumplantagen, die viel weniger Vögel und andere Wildtiere beherbergen. Und die tropischen Wälder, die mehr als die Hälfte aller Arten auf der Erde beherbergen, werden schneller abgemäht, als ihre verwirrende Artenvielfalt identifiziert werden kann. Einige Experten warnen, dass wir das größte Massensterben seit dem Verschwinden der Dinosaurier vor 65 Millionen Jahren verursachen .

Die Tendenz von Zivilisationen, Ökosysteme zu homogenisieren und zu verarmen, ist nirgendwo deutlicher als in städtischen Gebieten. Großstädte werden im Aussehen ununterscheidbar und in ihrer Funktion undifferenziert. Zentrale Geschäftsviertel ähneln sich so sehr, dass Reisende vergessen, ob sie in Boston, Brüssel oder Bombay sind. Elendsviertel in armen Ländern sehen genauso aus wie Vororte in reichen Ländern.

Wie Lewis Mumford vor mehr als 30 Jahren betonte, besteht die archetypische Vorstadtzuflucht in den Vereinigten Staaten aus „einer Vielzahl von einheitlichen, nicht identifizierbaren Häusern, die unflexibel aufgereiht sind, in gleichmäßigen Abständen, auf einheitlichen Straßen, in einer baumlosen Siedlungswüste, bewohnt von Menschen der gleichen Klasse, des gleichen Einkommens, der gleichen Altersgruppe, die gleichen Fernsehauftritte miterleben, die gleichen geschmacklosen Fertiggerichte essen, aus den gleichen Tiefkühltruhen, in jeder Hinsicht einer gemeinsamen Form entsprechen, in der Somit ist der ultimative Effekt der Vorstadtflucht in unserer Zeit ironischerweise eine minderwertige, einheitliche Umgebung, aus der eine Flucht unmöglich ist“ (Mumford 1961, S.486).

Die Globalisierung der Wirtschaft schließt die ganze Welt in einen einzigen Markt für maschinengefertigte Güter ein, die unabhängig von ihrem Herkunftsland zunehmend standardisiert werden. Westliche materielle Werte und kapitalistische Warenkultur, angeführt von amerikanischem Fernsehen, Filmen, Musik, Straßenmode und Fast Food, dominieren international. Lokale und regionale Individualität sowie indigene Kulturen, Sprachen und Weltanschauungen verblassen schnell.

Der Rückgang der natürlichen und kulturellen Vielfalt ist für den Planeten ebenso bedrohlich wie undifferenzierte Zellen für den Krebspatienten. Während ein gut differenzierter Prostatakrebs dazu neigt, langsam zu wachsen, lokalisiert zu bleiben und keine Symptome zu verursachen, breitet sich ein schlecht differenzierter Prostatakrebs oft aggressiv aus. In ähnlicher Weise bedrohen traditionelle Landwirte, die Unkraut, Schädlinge und Pflanzenkrankheiten durch wechselnde Feldfrüchte, natürliche Düngung und Aufrechterhaltung der Bodenbeschaffenheit in Schach halten, die Gesundheit der Erde nicht wie Einfruchtplantagen, die auf Pestizide, synthetische Düngemittel und schwere Maschinen angewiesen sind . Leider wird die monokulturelle Landwirtschaft auf allen Kontinenten zur Norm.

Blutungen sind noch ein weiteres Symptom des krebserzeugenden Prozesses. Das erste Anzeichen von Krebs ist oft eine spontane Blutung aus einer Körperöffnung, ein Ausfluss aus einer Brustwarze oder eine nässende Wunde. Erbrechen kann vor einem Hirntumor oder einer Leukämie warnen. Anzeichen dafür, dass auch auf der Erde Krebs im Überfluss vorhanden ist. Städte erbrechen menschliche Abwässer und Industrieabfälle in angrenzende Gewässer. In Bergwerken und Halden sickern Quecksilber, Arsen, Zyanid und Schwefelsäure aus. Brunnen sprudeln, Pipelines lecken und Tanker verschütten Öl. Ackerfelder setzen Mutterboden, Düngemittel, Pestizide und Salze ab, um Flüsse und Mündungen zu verlanden und zu vergiften. Rindermasten fügen Dünger hinzu. Am schlimmsten ist, dass entwaldete, erodierte Hänge mit Schlammfluten überflutet werden.

Fieber ist ein weiteres Symptom von Krebs sowohl beim Menschen als auch auf dem Planeten. Krebspatienten bekommen aufgrund einer erhöhten Anfälligkeit für Infektionen, die durch ein geschwächtes Immunsystem verursacht werden, Fieber. Auch Chemotherapie und Bestrahlung können Fieber verursachen, ebenso wie temperaturerhöhende Substanzen, die von einem bösartigen Tumor freigesetzt werden. Die globale Erwärmung ist das planetarische Gegenstück. Abfallprodukte, die durch Industrie und Kraftfahrzeuge, Abholzung und andere fieberhafte menschliche Aktivitäten freigesetzt werden, pumpen übermäßige Mengen an Kohlendioxid, Lachgas, Methan, Fluorchlorkohlenwasserstoffen und anderen Treibhausgasen in die Atmosphäre, wo sie Wärme einfangen und die Temperaturen erhöhen.

Wasting oder Kachexie ist ein weiteres Zeichen für Krebs im fortgeschrittenen Stadium. Ein Krebspatient wird müde und schwach, verliert Appetit und Gewicht, da der Tumor giftige Hormone freisetzt und den Körper metabolisch beansprucht. „Viele Krebspatienten sterben nicht an Krebs selbst, sondern an fortschreitender Mangelernährung“ (Rosenbaum 1988, S.264). Das planetare Gegenstück umfasst den Verlust von Wäldern, Fischerei, Biodiversität, Boden, Grundwasser und Biomasse.

Es liegt nicht im Eigeninteresse eines Tumors, Nährstoffe so weit zu stehlen, dass der Wirt verhungert, denn dies tötet auch den Tumor. Dennoch wachsen Tumore im Allgemeinen weiter, bis das Opfer verkümmert. Ein bösartiger Tumor bleibt normalerweise unentdeckt, bis sich die Anzahl der Zellen in ihm mindestens 30 Mal von einer einzelnen Zelle verdoppelt hat. Die Zahl der Menschen auf der Erde hat sich bereits 32-mal verdoppelt und erreichte diese Marke im Jahr 1978, als die Weltbevölkerung 4,3 Milliarden überstieg. 37 bis 40 Verdopplungen, bei denen ein Tumor etwa ein Kilogramm wiegt, sind in der Regel tödlich (Tannock 1992, S. 157, 175).

Wie ein Raucher, der den Entzugsschmerz übertreibt und hartnäckig bleibt, weil die krebserregenden Folgen seiner schlechten Angewohnheit 20 oder 30 Jahre lang nicht auftauchen, vermeiden Regierungen im Allgemeinen die schmerzhaften Anpassungen, die erforderlich sind, um soziale, wirtschaftliche und ökologische Katastrophen zu verhindern. „Regierungen mit begrenzter Amtszeit, sowohl in den Entwicklungs- als auch in den Industrieländern, reagieren im Allgemeinen auf unmittelbare politische Prioritäten, sie neigen dazu, längerfristige Probleme aufzuschieben, und ziehen es vor, stattdessen Subventionen bereitzustellen, Studien zu initiieren oder stückweise Änderungen der Politik vorzunehmen“ ( Hillel 1991, S. 273). So dauert es meist eine Krise, oft eine Katastrophe, bis auch nur die vernünftigsten Maßnahmen ergriffen werden – und dann ist es oft zu spät, um irreversible ökologische Schäden zu vermeiden.

Ist die Prognose für den Planeten so düster wie für einen Patienten mit Krebs im fortgeschrittenen Stadium? Oder wird unendlich klug, aber selten weise Homo sapiens Geozid-Verhalten rechtzeitig ändern, um den globalen Ruin zu vermeiden? Selbst die pessimistischsten Weltuntergangssager räumen ein, dass Menschen die Fähigkeit haben, Gaias sich verschlechternder Zustand aufzuhalten. Krebszellen können nicht denken, aber der Mensch schon. Krebszellen können nicht das volle Ausmaß des Schadens erkennen, den sie dem Organismus zufügen, zu dem sie gehören, während der Mensch die Fähigkeit zum planetarischen Bewusstsein besitzt. Krebszellen können ihr Verhalten nicht bewusst ändern, um das Leben ihres Wirts zu schonen und ihr eigenes zu verlängern, während Menschen sich anpassen, anpassen, erneuern, sich zurückziehen, den Kurs ändern können.


Synthetische Biologie im Kontext

Der Ansatz der synthetischen Biologie erinnert Sie vielleicht an die Gentechnik, bei der Forscher kleine rationale Veränderungen am Genom eines Organismus vornehmen – wie das Entfernen eines Gens aus einer Maus oder das Hinzufügen eines menschlichen Gens zu einer Fruchtfliege – um das Verhalten des Systems zu untersuchen. Synthetische Biologen verwenden viele der gleichen Werkzeuge wie Gentechniker, wie wir später noch genauer besprechen werden, aber Synthetische Biologie und Gentechnik unterscheiden sich in dem Ausmaß, in dem sie diese Veränderungen anstreben. Geningenieure führen normalerweise ein oder zwei kleine Änderungen ein, um ein bestimmtes System zu untersuchen, während synthetische Biologen darauf abzielen, neue Genome zu entwerfen und bestehende Genome im großen Stil umzugestalten. Ein anschauliches – wenn auch phantasievolles – Beispiel für das potenzielle Ausmaß der synthetischen Biologie ist die genetische Umprogrammierung eines Baumes, so dass er basierend auf den genetischen Anweisungen eines synthetischen Biologen zu einem voll funktionsfähigen Haus heranwächst. Ein solches System würde das natürliche Programm des Baumes (Wachstum durch Aufnahme einiger Nährstoffe aus der Umwelt) nutzen und für die Bedürfnisse der Gesellschaft nutzen. Einen Baum genetisch so zu programmieren, dass er zu einem Haus heranwächst, geht jedoch weit über den Umfang der traditionellen Gentechnik und die Kapazität der synthetischen Biologie zu diesem Zeitpunkt hinaus.

Um solch groß angelegte Designziele zu erreichen, etablieren synthetische Biologen eine strukturierte Ingenieurs- und Designdisziplin, deren Prinzipien wir im nächsten Abschnitt vorstellen werden. Synthetische Biologen greifen auch auf das reiche Wissen über die Funktionsweise biologischer Systeme zurück, das Biochemiker, Molekularbiologen und Genetiker über viele Jahre hinweg erworben haben. Konkret hat die wissenschaftliche Forschung ergeben:

Ziemlich gut charakterisierte Modellsysteme, wie z E coli, Hefe, Algen und verschiedene Arten von Säugetierzellkulturen, die eine solide Grundlage für die Erforschung der synthetischen Biologie bieten

Reichhaltige Sequenzdaten von einer Vielzahl von Organismen, darunter Bakterien, Menschen, Mücken, Hühner, Löwen, Mäuse und viele mehr, sowie Werkzeuge für den Sequenzvergleich und die Analyse

Die molekularen Werkzeuge, um DNA zu bewegen, neu zu ordnen und zu synthetisieren, um neue Sequenzen zu erstellen

Synthetische Biologen nutzen diese Entdeckungen und Erfolge als Grundlage, auf der sie eine ingenieurmäßige Denkweise anwenden können, um reale Probleme zu lösen. Abbildung 1-3 verdeutlicht den interdisziplinären Charakter der Synthetischen Biologie.

Abbildung 1-3. Der interdisziplinäre Charakter der Synthetischen Biologie. Synthetische Biologen kombinieren den Reichtum an Wissen und Techniken aus der Molekularbiologie (links) mit ingenieurwissenschaftlichen Prinzipien (rechts), einschließlich des Design-Build-Test-Zyklus, der ein Markenzeichen der Ingenieurdisziplinen ist.

Schmecken? Sinne informieren das Gehirn – aber sagen Sie nicht jedem das Gleiche

Alle unsere Sinne bestimmen, was wir schmecken.

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Der Moderator des Food Network, Andrew Zimmern, fragte einmal Taria Camerino: „Wie schmecke ich?“ Es ist eine seltsame Frage. Aber nicht für Camerino. Dieser in Atlanta ansässige Koch ist einer von vielen Menschen, die ihre Welt auf besondere Weise spüren.

Camerino wurde mit Synästhesie (Sin-uhs-THEE-zhah) geboren. Das bedeutet, dass ihre Sinne miteinander verstrickt sind. (Der Begriff kommt von den griechischen Wörtern syn, bedeutet zusammen, und Ästhetik, was Sensation bedeutet.)

Erklärer: Geschmack und Geschmack sind nicht dasselbe

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Manche Synästhetiker sehen jeden Buchstaben des Alphabets in einer bestimmten Farbe. Andere sehen Formen, wenn sie Musik hören. Camerinos Gehirn verknüpft Dinge, die sie sieht und hört, mit Aromen. So könnte sie Zimmerns ungewöhnliche Frage beantworten.

„Ich habe beobachtet, wie er sich bewegte“, erinnert sie sich und stellte fest, dass er nach gerösteten Garnelenschalen und Lorbeersirup schmeckte. Ihre ungewöhnliche sensorische Fähigkeit lässt sie Menschen durch Essen verstehen. Manchmal nutzt sie diese Gabe, um Menschen zu helfen. Manche Krankheiten stumpfen die Sinne ihrer Opfer ab. Mit Camerinos Hilfe gewannen einige, die viel von ihrem Geschmackssinn verloren hatten, „mehr Verbindung zu [it]“.

Die meisten Menschen sind keine Synästhetiker. Aber alle Sinne arbeiten zusammen, um den Geschmack zu verarbeiten. Wissenschaftler entdecken, wie sich diese Verbindungen auf unsere Ernährung auswirken. Sie lernen auch, wie die verborgenen Bedeutungen von Geschmäckern zu Verhaltensweisen führen können, die Menschen krank machen – oder das Gegenteil tun: gesündere Ernährung fördern.

Geschmäcker haben verborgene Bedeutungen

Die meisten Menschen verarbeiten unterschiedliche Empfindungen – Schmecken, Riechen, Hören, Fühlen und Sehen – in verschiedenen Teilen des Gehirns zerebral (Seh-REE-brul) Kortex. Das ist seine äußerste Schicht. Aber alle Sinne sprechen miteinander durch Neuronale Netze. Dies sind Gruppen miteinander verbundener Gehirnzellen, die Neuronen genannt werden.

Die Signalübertragung zwischen diesen Sinneszellen lässt uns das knusprige Knirschen eines Kartoffelchips hören und wissen, dass er frisch ist. Oder sehen Sie einen prallen Pfirsich und denken Sie: "Yum, das sieht süß aus!" Die Informationen, die wir aus diesem Gespräch erhalten, helfen uns bei der Entscheidung, was wir essen sollen.

Was und wie wir diese Entscheidungen treffen, interessiert Julie Mennella. Sie arbeitet am Monell Chemical Senses Center in Philadelphia, Pennsylvania. Als Biopsychologe (BY-oh-sy-KOL-oh-gist) untersucht sie, wie Verhaltensweisen durch Geschmackspräferenzen beeinflusst werden können, die sich im Säuglings- und Kleinkindalter entwickeln.

Zu Beginn der Menschheitsgeschichte half die Fähigkeit, unterschiedliche Geschmäcker zu erkennen und darauf zu reagieren, ohne nachzudenken, den Menschen beim Überleben. Ein süßer Geschmack, erklärt Mennella, ist nicht nur angenehm. Es sagt jemandem auch, dass ein Lebensmittel reich an ist Kalorien. Das ist wichtig, denn Kalorien liefern die Energie, die unser Körper benötigt. Ein salziger Geschmack weist darauf hin, dass das Essen Salz enthält – Natriumchlorid. Es ist ein Mineral, das für die Knochengesundheit benötigt wird, insbesondere wenn die Knochen in der Kindheit wachsen.

Saure und bittere Geschmäcker enthalten auch Botschaften – negative, die dazu führen können, dass Sie ein Essen ausspucken. Ein saurer Geschmack sagte unseren Vorfahren, dass ein Essen verdorben sein könnte. Ein bitterer Geschmack hätte bedeuten können, dass eine Mahlzeit giftig war.

Sie können gerne saure Früchte wie Zitronen oder Grapefruits oder bitteres Gemüse wie Rüben oder Rosenkohl essen. Aber Sie haben wahrscheinlich mit der Zeit gelernt, ihren Geschmack zu mögen.

Heute müssen die meisten von uns nicht wie unsere Vorfahren jagen oder nach Nahrung suchen. Im Supermarkt finden wir jede Menge Fleisch und Obst – und Pommes und Kekse. Wie Wissenschaftler unsere nennen Lebensmittelumgebung hat sich verändert.

Unser Gehirn gibt uns jedoch immer noch Hinweise, die unsere Nahrungsauswahl leiten. Und das kann ein Problem sein – besonders für Kinder. Mennella fand in einer Studie aus dem Jahr 2016 heraus, dass Kinder und Jugendliche einen viel süßeren Geschmack bevorzugen als Erwachsene.

Diese Vorliebe kann Kinder auf einen lebenslangen Weg zu ungesunder Ernährung bringen. Ein Naschkatzen kann zu übermäßigem Essen führen – und Fettleibigkeit. Es erhöht auch das Risiko, dass jemand Krankheiten wie Diabetes entwickelt. Eine starke Vorliebe für salzige Lebensmittel kann auch zu übermäßigem Essen führen. Es wurde auch mit gesundheitlichen Problemen wie Bluthochdruck in Verbindung gebracht. Solche Probleme haben in den wohlhabenderen Nationen der Welt zugenommen. Durch die Untersuchung des Geschmacks suchen Mennella und andere Wissenschaftler nach Hinweisen darauf, wie wir Lebensmittel wahrnehmen, in der Hoffnung, zu lernen, wie man diese Risiken umkehren kann.

Tricksender Geschmack

Manche Leute fühlen sich zu wirklich süßen Dingen hingezogen. Andere, nicht so sehr. Wissenschaftler möchten wissen, ob wir mit diesen Vorlieben geboren wurden.

In ihrer eigenen Arbeit hat Mennella herausgefunden, dass das, was Eltern ihren Kindern füttern, die Vorlieben und Abneigungen eines Kindes im späteren Leben beeinflussen kann. Eine Studie ihrer Gruppe aus dem Jahr 2011 zeigte, dass Säuglinge, die mit gesüßtem Wasser gefüttert wurden, mit süßen Getränken aufwuchsen. Babys, die ungesüßtes Wasser erhielten, taten dies nicht. Dies deutet darauf hin, dass der Verzicht auf zuckerhaltige Getränke Babys helfen könnte, sich zu Kindern zu entwickeln, ohne dass sie sich intensiv nach süßen Leckereien sehnen.

Ihr Ziel ist es nicht, Kindern alle süßen Leckereien vorzuenthalten. Was wäre das für ein Spaß? Stattdessen sagt sie: "Wir versuchen herauszufinden, ob wir ihre Präferenz für zugesetzten Zucker ändern können." (Zugesetzte Zucker sind diejenigen, die Hersteller – oder Gäste – zu denen hinzufügen, die natürlich in Lebensmitteln vorhanden sind.)

Können Kinder zum Beispiel davon überzeugt werden, eine Banane anstelle eines Kekses zu wählen? „Wir möchten einige der Geheimnisse aufdecken, wie wir Kinder dazu bringen können, gesunde Lebensmittel zu mögen“, sagt Mennella – zum Beispiel, wie oft sie einer Frucht ausgesetzt sind, bevor sie aktiv nach der Frucht greifen.

Danielle Reed ist Verhaltensgenetikerin bei Monell und arbeitet mit Mennella. Ihr Labor betreibt auch Geschmacksforschung. Aber Reed versucht herauszufinden, ob es einen genetischen Grund für Geschmackspräferenzen gibt. Sind wir geboren, um supersüße oder salzige Geschmäcker zu mögen oder nicht zu mögen? Zum Beispiel, sagt sie, neigen Menschen dazu, aufgrund ihrer Genetik eine starke Vorliebe für bestimmte Geschmäcker zu erben – oder einfach nur zu lernen, sie zu mögen?

Reed hat eineiige Zwillinge studiert. Menschen, die im selben Haushalt aufwachsen und die gleichen Lebensmittel essen, können „lernen“, den Geschmack zu bevorzugen, den ihre Eltern ihnen gegeben haben. Um zu testen, ob sie diese Vorliebe stattdessen geerbt haben, vergleicht sie Geschwister. Eineiige Zwillinge teilen die gleichen Gene – und normalerweise den gleichen Haushalt wie Kinder – daher würde man erwarten, dass ihre Geschmackspräferenzen ähnlich sind. Aber sind die Geschmacksvorlieben ähnlich ähnlich in brüderlich (nicht eineiige) Zwillinge und bei Geschwistern, die keine Zwillinge sind?

In einer Studie aus dem Jahr 2015 bestätigte ihr Team, dass eineiige Zwillinge tatsächlich die meiste Zeit ähnliche Süße bevorzugen. Im Gegensatz dazu können die süßen Vorlieben zwischen zweieiigen Zwillingen und Nicht-Zwillingen stark variieren. Reed kommt zu dem Schluss, dass einige Aspekte des Geschmacks von Lebensmitteln für uns vererbt werden.

Und das gilt nicht nur für die Süße, sondern auch für die Bitterkeit, stellt sie fest. Manche Menschen sind möglicherweise biologisch so verdrahtet, dass sie Rüben zu bitter finden, um sie zu essen. Andere finden sie vielleicht gar nicht bitter.

Reed sagt, dass Menschen, die dazu geboren sind, Süßigkeiten zu bevorzugen, möglicherweise härter arbeiten müssen, um nicht zu viel zu essen. Aber Kinder, die Rüben zu bitter finden, müssen nicht auf alle Gemüse verzichten. Ihre Eltern können einfach nach Alternativen suchen, die ihnen gut schmecken – vielleicht Karotten oder Erbsen.

Mehr als die Zunge trifft

Dana Small ist klinische Psychologin an der Yale University in New Haven, Conn. Sie untersucht, wie das Gehirn von Menschen auf Geschmack und Geruch und auf die beiden Sinne zusammen reagiert. Die Leute neigen dazu, Geschmacksvorlieben zu nehmen, sagt sie, je nachdem, was es an ihrem Wohnort gibt oder was ihnen als Kinder serviert wurde.

Zum Beispiel könnten amerikanische Kinder „einen Teller mit frittierten Käfern sehr abstoßend finden“, bemerkt sie. „Aber wenn Sie in Indonesien aufgewachsen wären und sie als Snack gegessen hätten, hätten Sie gelernt, sie köstlich zu finden.“

Wie Mennella und Reed versucht Small, Essverhalten zu verstehen, das zu Fettleibigkeit und Diabetes führen kann. Ihre Studien schauen in die Gehirne der Menschen, um zu sehen, wie Geschmäcker und Gerüche ihre Geschmackswahrnehmung beeinflussen.

Freiwillige liegen in einer Art Gehirnscanner, bekannt als an fMRT Maschine. (Die Initialen stehen für funktionelle Magnetresonanztomographie.) Als sie dort liegen, tropft eine andere Maschine Flüssigkeit in ihren Mund. Diese Flüssigkeiten enthalten verschiedene Aromen. Ein weiteres Gerät liefert spezifische Gerüche über die Nase. Der fMRT-Scanner zeigt, wo die Gehirnaktivität als Reaktion auf diese Geschmäcker und Gerüche ansteigt. Diese Gehirnseiten zeigen, wie wir auf die Geschmäcker und Gerüche reagieren.

In einer Studie aus dem Jahr 2015 untersuchte Smalls Team, wie gesättigt – nicht mehr hungrig – die Reaktion des Gehirns auf Nahrungsmittelreize beeinflusst. Die Forscher pumpten die Gerüche und Aromen eines Milchshakes, dann Mac und Käse in die Nase und den Mund von 32 Freiwilligen. Diese ausgelöste Aktivität in einem Gehirnbereich namens amygdala (Ah-MIG-duh-lah). Es ist ein Gehirnbereich, der auf Nahrungssignale reagiert, wenn Menschen hungrig sind. Small sagt, dass dies normalerweise nach einer Mahlzeit reduziert wird. Doch obwohl alle ihre Freiwilligen gerade gegessen hatten, reagierten einige von ihnen immer noch sehr auf die Essenshinweise. Und es stellte sich heraus, dass diese Menschen auch diejenigen waren, die im nächsten Jahr am wahrscheinlichsten an Gewicht zugenommen haben.

Small ist sich noch nicht sicher, wie diese Forschung eines Tages verwendet werden könnte, um ungesunde Essgewohnheiten zu bekämpfen. Im Moment sagt sie: "Wir versuchen nur zu verstehen, wie ungesunde Ernährung funktioniert." Später könnten Forscher daran arbeiten, ungesunde Muster zu ändern.

Die Rolle der ansprechenden Gerüche von Lebensmitteln

Timothy McClintock untersucht auch die Rolle von Gerüchen bei der Bestimmung des Geschmacks eines Lebensmittels. Als Physiologe (Fiz-ee-OL-oh-gist) an der University of Kentucky in Lexington untersucht er, wie verschiedene Körperteile funktionieren. Er hat daran gearbeitet, Zellen im Gehirn zu „kartieren“, die auf Gerüche reagieren.

Dazu ersetzt er ein Gen in bestimmten Nervenzellen von Mäusen. Diese olfaktorisch (Oal-FAK-tuh-ree) Zellen reagieren auf Düfte, indem sie Licht aussenden – fluoreszierend. Durch die Suche nach diesem verräterischen Licht kann er erkennen, welche Nervenzelle mit welchem ​​Geruchsrezeptor verbunden ist – und somit mit welchem ​​Geruch. Bisher hat McClintock Rezeptoren für 10 verschiedene Gerüche „kartiert“.

Wenn McClintock lernen kann, welche Rezeptoren und Gerüche miteinander verbunden sind, könnte dies den Forschern helfen, „Geschmacksrichtungen zu entwickeln, die uns besser ansprechen“, sagt er. Mit seiner Forschung werden Wissenschaftler vielleicht eines Tages in der Lage sein, „Chemikalien zu entwickeln, die Rezeptoren blockieren, die wir nicht riechen wollen“. Das könnten gute Nachrichten für Krebspatienten sein, die sich einer chemischen Behandlung unterziehen – Chemotherapie – um ihre Krankheit zu bekämpfen.

„Chemo“ kann bei diesen Patienten den Geruch und Geschmack von Lebensmitteln verändern. Es könnte zum Beispiel einem Pfirsich einen salzigen Geschmack verleihen, wenn jemand erwartet hatte, dass er süß sein würde. Dieser verzerrte Geschmackssinn, bemerkt er, "kann einen wirklich so weit aus der Bahn werfen, dass man ein Essen nicht mag." Es kann sogar dazu führen, dass einige Patienten mit dem Essen aufhören – obwohl ihr Körper die Energie zum Heilen braucht.

Geruch beeinflusst auch Geschmack und Aroma, bemerkt McClintock. Wenn Sie auf diesen Pfirsich beißen, setzen seine Säfte Geruchsmoleküle frei. Diese wandern durch einen Durchgang, der von Ihrem Mund zu einem großen offenen Raum, der als Marinehöhle bekannt ist, am Nasenrücken verläuft. Diese duftenden Moleküle lösen sich dann in Schleim auf, bevor sie auf Duftrezeptoren treffen, die an sensorischen Nervenzellen befestigt sind.

Jede Geruchsart passt in einen speziellen Schlitz in Rezeptoren, die sich hoch oben in der Nasenhöhle befinden. Wenn die Duftmoleküle einen Rezeptor erreichen, feuern die Nervenzellen in der Nase elektrische Signale ab. Diese Signale wandern zum Riechkolben, die erste Verarbeitungsstation des Gehirns für Geruchsinformationen. Von dort geht das Signal weiter zum Gehirnsystem, das mit Emotionen umgeht. Andere Nerven leiten diese Informationen an das Gehirn weiter olfaktorischer Kortex, eine Gehirnregion, in der mehr Geruchsverarbeitung stattfindet.

Auch der Rest unserer Sinne ist am Geschmack beteiligt. Wenn du dir ein Stück Pizza ansiehst, sendet der Sehnerv im Augenhintergrund eine Nachricht darüber an dein Gehirn visueller Kortex. Dies gibt Ihnen einen ersten Hinweis darauf, was Sie von seinem Geschmack erwarten können, sagt McClintock. Wenn Sie die Pizza in den Mund nehmen, ist sie wahrscheinlich noch warm aus dem Ofen. Das ist die Temperatur, die ein Teil der Berührung ist. Es ist auch wichtig, zu schmecken, sagt McClintock. Vergleichen Sie Ihre warme Pizza mit einem kalten Reststück. Der warme hat mehr Geschmack – zum Teil, weil Geschmacksrezeptoren stärkere Botschaften an unser Gehirn senden.

Geschmack zur Rettung

Kürzlich hat Camerino, der synästhetische Koch, dazu beigetragen, einige von McClintocks Bedenken hinsichtlich der Gesundheit von Chemopatienten auszuräumen. Auf einer Konferenz an der University of Kentucky diskutierten Köche und Wissenschaftler wie McClintock, wie sich Geschmack in unserem Gehirn abspielt.

Fragen im Klassenzimmer

Später machte Camerino ein Dessert, von dem sie hoffte, dass es Krebspatienten unter Chemotherapie gut schmecken würde. Das Gericht war ein Kuchen aus Orangen und belegt mit einer Sauce aus gemahlenem Basilikum und Pistazien. Camerino dachte, der Zitrusgeschmack der Orangen würde den metallischen Geschmack durchdringen, von dem sie wusste, dass einige Chemopatienten sie erfahren. Und sie dachte, sie könnten das Basilikum irgendwie im Mund „fühlen“, auch wenn sie es nicht schmecken konnten.

Das Ergebnis war vielversprechend: Die Krebspatienten bewerteten ihre Kreation als „entzückend und unerwartet!“

Machtwörter

amygdala Ein Bereich tief im Gehirn und in der Nähe des Schläfenlappens. Die Amygdala spielt unter anderem bei Emotionen eine Rolle. Der Begriff leitet sich vom griechischen Wort für eine Mandel ab, der diese Region in ihrer Form ähnelt.

Verhalten Die Art und Weise, wie etwas, oft eine Person oder ein anderer Organismus, sich anderen gegenüber verhält oder sich verhält.

Blutdruck Die Kraft, die von Blut, das sich durch den Körper bewegt, auf die Gefäßwände ausgeübt wird. Normalerweise bezieht sich dieser Druck auf das Blut, das sich speziell durch die Arterien des Körpers bewegt. Dieser Druck lässt das Blut zu unseren Köpfen zirkulieren und hält die Flüssigkeit in Bewegung, damit sie alle Gewebe mit Sauerstoff versorgen kann. Der Blutdruck kann je nach körperlicher Aktivität und Körperhaltung variieren. Bluthochdruck kann einen Herzinfarkt oder Schlaganfall erleiden. Niedriger Blutdruck kann zu Schwindel oder Ohnmacht führen, da der Druck zu niedrig wird, um das Gehirn mit ausreichend Blut zu versorgen.

Insekt Der umgangssprachliche Begriff für ein Insekt. Manchmal bezeichnete es sogar einen Keim.

Kalorie Die Energiemenge, die benötigt wird, um die Temperatur von 1 Gramm Wasser um 1 Grad Celsius zu erhöhen. Es wird typischerweise als Maß für die Energie verwendet, die in einer bestimmten Menge von Lebensmitteln enthalten ist.

Krebs Jede von mehr als 100 verschiedenen Krankheiten, die jeweils durch das schnelle, unkontrollierte Wachstum abnormaler Zellen gekennzeichnet sind. Die Entstehung und das Wachstum von Krebserkrankungen, auch Malignome genannt, können zu Tumoren, Schmerzen und zum Tod führen.

Hohlraum (in Geologie oder Physik) Eine große starre taschenartige Struktur. (in der Biologie) Eine taschenartige Struktur der offenen Region, umgeben von Geweben. Oder (in der Zahnheilkunde) ein winziges Loch in einem Zahn, das sich im Laufe der Zeit entwickelt. Karies treten häufiger auf, wenn eine Person viel Zucker isst oder nicht regelmäßig bürstet und Zahnseide verwendet. Zahnärzte bezeichnen diese als Karies.

Zelle Die kleinste strukturelle und funktionelle Einheit eines Organismus. Normalerweise zu klein, um mit bloßem Auge zu sehen, besteht es aus einer wässrigen Flüssigkeit, die von einer Membran oder Wand umgeben ist.

Zerebraler Kortex (pl. Großhirnrinde) Die äußerste Schicht des Nervengewebes, die den vorderen Teil des Gehirns eines Wirbeltiers bedeckt.

chemisch Eine Substanz, die aus zwei oder mehr Atomen besteht, die sich in einem festen Verhältnis und einer festen Struktur vereinen (binden). Wasser ist beispielsweise eine Chemikalie, die entsteht, wenn zwei Wasserstoffatome an ein Sauerstoffatom binden. Seine chemische Formel ist H2O. Chemical kann auch ein Adjektiv sein, um Eigenschaften von Materialien zu beschreiben, die das Ergebnis verschiedener Reaktionen zwischen verschiedenen Verbindungen sind.

Chemotherapie Eine chemische Behandlung, die am häufigsten verwendet wird, um Krebszellen im Körper abzutöten. Chemotherapie kann viele unangenehme Nebenwirkungen haben, da sie nicht nur Krebszellen, sondern auch viele gesunde Zellen abtötet.

Zitrusfrüchte Eine Gattung blühender Bäume, die dazu neigen, Früchte mit einem saftigen essbaren Fruchtfleisch zu produzieren. Es gibt mehrere Hauptkategorien: Orangen, Mandarinen, Pummelos, Grapefruits, Zitronen, Zitronen und Limetten.

Kortex Die äußerste Schicht des Nervengewebes des Gehirns.

Diabetes Eine Krankheit, bei der der Körper entweder zu wenig Insulin produziert (bekannt als Typ-1-Krankheit) oder das Vorhandensein von zu viel Insulin ignoriert, wenn es vorhanden ist (bekannt als Typ-2-Diabetes).

Diät Die von einem Tier aufgenommenen Nahrungsmittel und Flüssigkeiten, um die Nahrung bereitzustellen, die es für das Wachstum und die Erhaltung der Gesundheit benötigt. (Verb) Einen spezifischen Nahrungsaufnahmeplan zur Kontrolle des Körpergewichts aufstellen.

sich auflösen Um einen Feststoff in eine Flüssigkeit zu verwandeln und ihn in dieser Ausgangsflüssigkeit zu dispergieren. (Zum Beispiel lösen sich Zucker- oder Salzkristalle, bei denen es sich um Feststoffe handelt, in Wasser auf. Jetzt sind die Kristalle weg und die Lösung ist eine vollständig dispergierte Mischung der flüssigen Form des Zuckers oder Salzes in Wasser.)

Umgebung Die Summe aller Dinge, die um einen Organismus oder den Prozess herum existieren, und der Zustand, den diese Dinge schaffen. Die Umgebung kann sich auf das Wetter und das Ökosystem beziehen, in dem einige Tiere leben, oder vielleicht die Temperatur und Luftfeuchtigkeit (oder sogar die Platzierung von Komponenten in einem elektronischen System oder Produkt).

Geschmack Die besondere Mischung von Empfindungen, die den Menschen helfen, etwas zu erkennen, das durch den Mund gegangen ist. Dies basiert weitgehend darauf, wie ein Essen oder ein Getränk von den Zellen im Mund wahrgenommen wird. Es kann bis zu einem gewissen Grad auch durch seinen Geruch, sein Aussehen oder seine Textur beeinflusst werden.

fluoreszierend (v. fluoresce) Adjektiv für etwas, das Licht absorbieren und reemittieren kann. Dieses reemittierte Licht wird als Fluoreszenz bezeichnet.

Lebensmittelumgebung Ein Begriff für Arten und die Verfügbarkeit von Lebensmitteln, zu denen Menschen Zugang haben. Zum Beispiel haben Menschen in städtischen Gebieten mit niedrigem Einkommen möglicherweise während eines Großteils des Jahres keinen einfachen Zugang zu kostenlosen Produkten. Menschen in ländlichen Gebieten haben möglicherweise nur eingeschränkten Zugang zu Meeresfrüchten oder exotischen Lebensmitteln.

Futter Etwas suchen, insbesondere nach Nahrung. Es ist auch ein Begriff für die Nahrung, die von Weidetieren wie Rindern und Pferden gefressen wird.

brüderlich (in der Genetik) Der Begriff für eine Art Zwillingsgeburt, bei der jedes Baby aus einer separaten befruchteten Eizelle stammt. Dies steht im Gegensatz zu eineiigen Zwillingen, die aus einer einzigen befruchteten Eizelle resultieren (wodurch zwei separate, aber fast identische Babys entstehen).

funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) Eine spezielle Art der medizinischen Scantechnologie zur Untersuchung der Gehirnaktivität. Es verwendet ein starkes Magnetfeld, um den Blutfluss im Gehirn zu überwachen, während eine Person eine Aufgabe ausführt (vom Lesen oder Betrachten von Bildern bis zum Nachdenken über verschiedene gesprochene Wörter). Das Verfolgen von Bereichen mit erhöhtem Blutfluss kann Forschern sagen, welche Gehirnregionen während dieser Aktivitäten besonders aktiv sind.

Gen (adj. genetisch) Ein DNA-Segment, das für die Produktion eines Proteins durch eine Zelle kodiert oder Anweisungen enthält. Nachkommen erben Gene von ihren Eltern. Gene beeinflussen, wie ein Organismus aussieht und sich verhält.

genetisch Hat mit Chromosomen, DNA und den in der DNA enthaltenen Genen zu tun. Das Wissenschaftsgebiet, das sich mit diesen biologischen Anweisungen beschäftigt, wird als Genetik bezeichnet. Leute, die auf diesem Gebiet arbeiten, sind Genetiker.

Bluthochdruck Der gebräuchliche Begriff für eine Erkrankung, die als Bluthochdruck bekannt ist. Es belastet die Blutgefäße und das Herz.

Mineral Kristallbildende Gesteinsbestandteile wie Quarz, Apatit oder verschiedene Karbonate. Die meisten Gesteine ​​enthalten mehrere verschiedene Mineralien, die miteinander vermischt sind. Ein Mineral ist normalerweise bei Raumtemperatur fest und stabil und hat eine bestimmte Formel oder Rezeptur (wobei Atome in bestimmten Anteilen vorkommen) und eine bestimmte kristalline Struktur (was bedeutet, dass seine Atome in regelmäßigen dreidimensionalen Mustern organisiert sind). (in der Physiologie) Dieselben Chemikalien, die der Körper benötigt, um Gewebe herzustellen und zu ernähren, um die Gesundheit zu erhalten.

Molekül Eine elektrisch neutrale Atomgruppe, die die kleinstmögliche Menge einer chemischen Verbindung darstellt. Moleküle können aus einzelnen Arten von Atomen oder aus verschiedenen Arten bestehen. Zum Beispiel besteht der Sauerstoff in der Luft aus zwei Sauerstoffatomen (O2), aber Wasser besteht aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom (H2Ö).

Schleim Eine schleimige Substanz, die in Lunge, Nase, Verdauungssystem und anderen Körperteilen zum Schutz vor Infektionen produziert wird. Schleim besteht hauptsächlich aus Wasser, enthält aber auch Salz und Proteine ​​wie Mucine. Manche Tiere verwenden Schleim für andere Zwecke, beispielsweise um sich über den Boden zu bewegen oder sich gegen Raubtiere zu verteidigen.

Nasal- Hat mit der Nase zu tun.

Nasenhöhle Der große offene Raum in der Nase. Es sitzt zwischen der Unterseite des Schädels und dem Gaumen. Eine Schleimhaut säumt seine Wände. Diese Region hilft, die Luft, die wir einatmen, zu erwärmen und zu filtern. Außerdem können darin enthaltene Sinneszellen Gerüche aufnehmen und diese Informationen an das Gehirn weiterleiten.

Nerv Eine lange, zarte Faser, die Signale durch den Körper eines Tieres überträgt. Das Rückgrat eines Tieres enthält viele Nerven, von denen einige die Bewegung seiner Beine oder Flossen steuern und andere Empfindungen wie Hitze, Kälte oder Schmerzen vermitteln.

Netzwerk Eine Gruppe miteinander verbundener Personen oder Dinge. (v.) Der Akt der Verbindung mit anderen Menschen, die in einem bestimmten Bereich arbeiten oder ähnliche Dinge tun (wie Künstler, Wirtschaftsführer oder medizinische Selbsthilfegruppen), oft durch den Besuch von Versammlungen, bei denen solche Menschen erwartet werden, und dann zu chatten sie auf. (n.Vernetzung)

neurales Netzwerk Ein Computerprogramm, das ähnlich wie das menschliche Gehirn funktioniert. Die Programme können aus Beispielen &ldquolernen&rdquo, genau wie das Gehirn es tut.

Neuron Eine impulsleitende Zelle. Solche Zellen finden sich im Gehirn, in der Wirbelsäule und im Nervensystem.

Neurowissenschaften Das Wissenschaftsgebiet, das sich mit der Struktur oder Funktion des Gehirns und anderer Teile des Nervensystems befasst. Forscher auf diesem Gebiet sind als Neurowissenschaftler bekannt.

Fettleibigkeit (adj. adipös) Extremes Übergewicht. Fettleibigkeit wird mit einer Vielzahl von Gesundheitsproblemen in Verbindung gebracht, darunter Typ-2-Diabetes und Bluthochdruck.

Geruchssinn (Adj. olfaktorisch) Der Geruchssinn.

Riechkolben Eine Region an der Vorderseite des Gehirns, die Informationen von Geruchsrezeptornerven in der Nase (und der Nasenhöhle) empfängt.

Sehnerv Ein Nerv, der Informationen als elektrische Impulse von der Netzhaut des Auges zum Gehirn überträgt. Das Gehirn übersetzt diese Signale dann in Bilder.

Wahrnehmung Der Zustand des Gewahrseins von etwas &ndash oder der Prozess des Bewusstwerdens &ndash durch den Gebrauch der Sinne.

Physiologe Ein Wissenschaftler, der den Zweig der Biologie studiert, der sich damit beschäftigt, wie der Körper gesunder Organismen unter normalen Umständen funktioniert.

Garnele Ein großes Meereskrebstier, das einer Garnele ähnelt. Der Begriff wird auch auf einige große Garnelenarten angewendet.

Druck Gleichmäßig über eine Oberfläche aufgebrachte Kraft, gemessen als Kraft pro Flächeneinheit.

Rezeptor (in der Biologie) Ein Molekül in Zellen, das als Andockstation für ein anderes Molekül dient. Dieses zweite Molekül kann eine spezielle Aktivität der Zelle aktivieren.

Risiko Die Wahrscheinlichkeit oder mathematische Wahrscheinlichkeit, dass etwas Schlimmes passieren könnte. Zum Beispiel birgt Strahlenbelastung ein Krebsrisiko. Oder die Gefahr &mdash oder die Gefahr &mdash selbst. (Zum Beispiel: Zu den Krebsrisiken, denen die Menschen ausgesetzt waren, gehörten Strahlung und mit Arsen verseuchtes Trinkwasser.)

Salz Eine Verbindung, die durch die Kombination einer Säure mit einer Base hergestellt wird (in einer Reaktion, bei der auch Wasser entsteht). Der Ozean enthält viele verschiedene Salze &ndash zusammenfassend „Meersalz&rdquo genannt. Gewöhnliches Speisesalz besteht aus Natrium und Chlor (Natriumchlorid).

Scanner Eine Maschine, die irgendeine Art von Licht (das alles von Röntgenstrahlen bis hin zu Infrarotenergie umfasst) über eine Person oder ein Objekt führt, um eine Abfolge von Bildern zu erhalten. Wenn ein Computer diese Bilder zusammenführt, können sie ein bewegtes Bild von etwas liefern oder eine dreidimensionale Ansicht durch das Ziel bieten. Solche Systeme werden oft verwendet, um in den menschlichen Körper oder feste Gegenstände zu sehen, ohne deren Oberfläche zu durchbrechen.

Geschwister Ein Nachkomme, das dieselben Elternteile (mit seinem Bruder oder seiner Schwester) hat.

Natrium Ein weiches, silbrig-metallisches Element, das bei Zugabe zu Wasser explosionsartig interagiert. Es ist auch ein Grundbaustein des Kochsalzes (ein Molekül davon besteht aus einem Atom Natrium und einem Atom Chlor: NaCl). Es kommt auch in Meersalz vor.

Synästhesie Ein Gehirnzustand, bei dem eine Person eine Sinneserfahrung mit einem nicht assoziierten Symbol als Buchstabe oder Zahl verbindet. Menschen mit dieser Eigenschaft sind bekannt als Synästhetiker.

Geschmack Eine der grundlegenden Eigenschaften, die der Körper nutzt, um seine Umgebung, insbesondere Lebensmittel, wahrzunehmen, indem er Rezeptoren (Geschmacksknospen) auf der Zunge (und einigen anderen Organen) verwendet.

übertragen (n. Übertragung) Zum Senden oder Weitergeben.

visueller Kortex Ein Teil der Großhirnrinde (das äußerste Nervengewebe, das den vorderen Teil des Gehirns bedeckt), der visuelle Informationen vom Auge empfängt, die in Bilder umgewandelt werden.

Zitate

Tagebuch: J. A. Mennella und N. K. Bobowski. Psychophysische Tracking-Methode zur Messung von Geschmackspräferenzen bei Kindern und Erwachsenen. Zeitschrift für visualisierte Experimente, Ausgabe 113, Juli 2016, p. e54163. doi: 10.3791/54163.

Tagebuch: L. Huanget al. Ein häufiger genetischer Einfluss auf die menschliche Intensitätsbewertung von Zucker und hochwirksamen Süßstoffen. Zwillingsforschung und Humangenetik. vol. 18. August 2015, S. 361. doi: 10.1017/thg.2015.42.

Tagebuch: X. Sun et al. Die basolaterale Amygdala-Reaktion auf Nahrungsmittelreize bei fehlendem Hunger ist mit einer Anfälligkeit für Gewichtszunahme verbunden. Die Zeitschrift für Neurowissenschaften. vol. 35, 20. Mai 2015, S. 35 7964. doi:10.1523/jneurosci.3884-14.2015.

Tagebuch: T. McClintocket al. In-vivo-Identifizierung von auf Eugenol und Muscon reagierenden Maus-Geruchsrezeptoren. Die Zeitschrift für Neurowissenschaften. vol. 34, 19. November 2014, S. 34 15669. doi:10.1523/jneurosci.3625-14.2014.

Tagebuch: A. K. Ventura und J. A. Mennella. Angeborene und erlernte Vorlieben für süßen Geschmack während der Kindheit. Aktuelle Meinung zu klinischer Ernährung und Stoffwechselversorgung. vol. 14. Juli 2011, s. 379. doi: 10.1097/MCO.0b013e328346df65.

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Schlussfolgerungen

Hygienekonzepte haben sich in den letzten Jahrhunderten stark weiterentwickelt, beeinflusst durch kulturelle Sauberkeitsnormen, empirische Daten und das Aufkommen der Krankheitskeimtheorie. Durch die weit verbreitete Akzeptanz der Keimtheorie hat das weit verbreitete Missverständnis, dass „alle Mikroben Keime sind“, die moderne Auffassung von Hygiene, so dass es fast gleichbedeutend ist mit Sterilisation. Die Geschichte der Hygienevorschriften in gesundheitsbezogenen Einrichtungen spiegelt diese Verwendung im Allgemeinen wider. Die moderne mikrobielle Ökologie mit sensiblen, kultivierungsunabhängigen Techniken gibt einen Einblick in die Komplexität der mikrobiellen Gemeinschaften in, auf und um uns sowie eine wachsende Wertschätzung der Ökosystemleistungen dieser mikrobiellen Gemeinschaften.

Die Verwendung einer solchen Definition verändert unsere Herangehensweise an die Hygieneforschung und schlägt neue Wege vor. Studien zu Hautdysbiosen [56, 61, 98] beginnen zu zeigen, dass die Berücksichtigung der Artidentität und des ökologischen Kontexts notwendig ist, um den Krankheitsverlauf zu verstehen und in einigen Fällen wirksame Behandlungen zu entwickeln. Die Berücksichtigung des mikrobiellen ökologischen Kontexts in Bezug auf die Hygienepraxis kann das Verständnis und die Behandlung vieler Hautkrankheiten verbessern, einschließlich atopischer Dermatitis, Psoriasis und Akne. Bereits heute werden Methoden ähnlich der Darmmikrobentransplantation erfolgreich zur Bekämpfung von Clostridium difficile Für häufige Hautkrankheiten werden mittlerweile Infektionen in Betracht gezogen [53].

Nur sehr wenige Studien zur Händehygiene untersuchen gesundheitliche Outcomes wie Krankheitsübertragung oder Symptomentwicklung als abhängige Variable [19]. Nahezu alle Studien zur Händehygiene verwenden die Massenreduktion der Bakterienbelastung als Proxy für eine reduzierte Übertragung von Krankheitserregern [2, 24]. Aufgrund der komplexen mikrobiellen Ökologie der Haut [55] und der potenziell unterschiedlichen Auswirkungen solcher Störungen auf verschiedene mikrobielle Spezies [72] ist ein solcher Proxy jedoch wahrscheinlich nicht allgemein angemessen: Es ist notwendig, die Identitäten und ökologische Rolle der betroffenen Organismen. Neue Methoden – auch solche, die die Zuordnung funktioneller Gruppen zu Mikrobenklassen ermöglichen, basierend auf kultivierungsunabhängigen Hochdurchsatz-DNA-Barcode-Erhebungen, Quantifizierung der stoffwechselaktiven Anteile mikrobieller Gemeinschaften und lebende/tote Mikrobenbestimmungsmethoden und Hochdurchsatz, ganz -Genom-Metagenom-Sequenzierung, die die Quantifizierung und Zuordnung des wahren funktionellen Potenzials ermöglicht, wird uns helfen, die ökologischen Auswirkungen von Händehygienepraktiken zu verstehen. Die explizite Quantifizierung der Auswirkungen verschiedener Hygienepraktiken auf Gesundheitskennzahlen wird es uns ermöglichen, das komplexe Zusammenspiel zwischen mikrobieller Gemeinschaftsdynamik, Hygienepraktiken und Gesundheitsergebnissen zu verstehen und hoffentlich aussagekräftige Daten bereitzustellen, um zukünftige Empfehlungen und Vorschriften für Hygienepraktiken zu unterstützen.


Zellen finden ihre eigenen Lösungen

Die in dem heute veröffentlichten Papier beschriebenen Experimente waren bemerkenswert einfach. Das gleiche Forscherteam, zusammen mit Emma Lederer von Levins Labor, entfernte Zellen aus sich entwickelnden Froschembryonen, die sich bereits auf Epithelzellen spezialisiert hatten, und ließ sie in Clustern ohne den Rest des Embryos sich entwickeln, der normalerweise die Signale liefert, die Führungszellen, um der „richtige“ Typ an der „richtigen“ Stelle zu werden.

Was die Zellen zuerst taten, war unauffällig: Sie versammelten sich zu einer Kugel, bestehend aus Dutzenden von Zellen oder einigen Hundert. Ein solches Verhalten war bereits bekannt und spiegelt die Tendenz der Hautzellen wider, nach Gewebeschäden ihre Oberfläche so klein wie möglich zu machen, was die Wundheilung unterstützt.

Dann wurde es seltsam. Die Froschhaut ist im Allgemeinen mit einer schützenden Schleimschicht bedeckt, die sie feucht hält, um sicherzustellen, dass der Schleim die Haut gleichmäßig bedeckt. Die Hautzellen haben kleine haarähnliche Vorsprünge, die Zilien genannt werden, die sich bewegen und schlagen können. Wir haben sie auch an der Auskleidung unserer Lunge und unserer Atemwege, wo ihre schlagende Bewegung hilft, Schmutz im Schleim zu entfernen.

Dieses stark vergrößerte Bild von Xenobots zeigt die Flimmerhärchen, die auf ihrer Oberfläche wachsen und es ihnen ermöglichen, durch koordiniertes „Rudern“ zu schwimmen. Die Flimmerhärchen von Froschepithelzellen dienen normalerweise einem ganz anderen Zweck.

Aber die Zellcluster der Froschhaut begannen schnell, ihre Flimmerhärchen für einen anderen Zweck zu verwenden: um herumzuschwimmen, indem sie in koordinierten Wellen schlugen. Auf dem Cluster bildete sich eine Mittellinie, „und die Zellen auf der einen Seite reihen sich nach links und die auf der anderen Seite reihen sich nach rechts, und dieses Ding hebt ab. Es fängt an, herumzuzoomen“, sagte Levin

Wie entscheidet der Xenobot, wo die Mittellinie gezeichnet wird? Und was sagt ihr überhaupt, dass dies sinnvoll wäre? Das ist noch nicht klar.

Aber diese Entitäten bewegen sich nicht nur, sie scheinen auf ihre Umgebung zu reagieren. „Manchmal gehen sie geradeaus, manchmal im Kreis“, sagte Levin. „Wenn sich ein Partikel im Wasser befindet, werden sie es umkreisen. Sie werden Labyrinthe machen – sie können Kurven nehmen, ohne gegen etwas zu stoßen.“

Er fügte hinzu: "Ich bin mir ziemlich sicher, dass sie viele Dinge tun, die wir noch nicht einmal erkennen."

Vier der Xenobots, die sich in den neu veröffentlichten Experimenten spontan aus Schnipseln von embryonalem Froschgewebe gebildet haben.

Jablonka ist der Meinung, dass die meisten Tierentwicklungsbiologen von den Ergebnissen solcher Experimente nicht überrascht sein werden – aber sich selbst ärgern, weil sie nicht danach gesucht haben. „Sie würden wahrscheinlich sagen: ‚Ja, natürlich! Warum haben wir dieses einfache Experiment nicht früher gemacht?’“, sagte sie. Solé vermutet, dass andere zufällig über ähnliche Beobachtungen gestolpert sind, aber "dachten, es sei ein Fehler oder einfach unmöglich".

Oder es wurde einfach übersehen – weil die meisten Entwicklungsforschungen nur darauf abzielen, aufzudecken, wie ganze Organismen oder Teile davon unter normalen oder leicht manipulierten Bedingungen wachsen, sagte Jablonka. Aber Levins Arbeit hat ein neues Ziel, sagt sie: „Ein autonomes Wesen zu konstruieren, das nichts mit der spezifischen Form des [ursprünglichen] Organismus zu tun hat.“

Xenobots leben normalerweise etwa eine Woche und ernähren sich von den Nährstoffen, die von der befruchteten Eizelle weitergegeben werden, aus der sie stammen. Aber in seltenen Fällen konnte Levins Team Xenobots mehr als 90 Tage lang aktiv halten, indem es sie mit den richtigen Nährstoffen „fütterte“. Die langlebigeren bleiben nicht gleich, sondern beginnen sich zu verändern, als befänden sie sich auf einem neuen Entwicklungspfad – Ziel unbekannt. Keine ihrer Inkarnationen sieht aus wie ein Frosch, der vom Embryo zur Kaulquappe heranwächst.


Vesikel und Vakuolen

und sind membrangebundene Säcke, die bei Lagerung und Transport funktionieren. Abgesehen von der Tatsache, dass Vakuolen etwas größer sind als Vesikel, gibt es einen sehr feinen Unterschied zwischen ihnen: Die Membranen von Vesikeln können entweder mit der Plasmamembran oder anderen Membransystemen innerhalb der Zelle verschmelzen. Darüber hinaus bauen einige Wirkstoffe wie Enzyme in Pflanzenvakuolen Makromoleküle ab. Die Membran einer Vakuole verschmilzt nicht mit den Membranen anderer Zellbestandteile.

Tierische Zellen versus Pflanzenzellen

An diesem Punkt wissen Sie, dass jede eukaryotische Zelle eine Plasmamembran, ein Zytoplasma, einen Zellkern, Ribosomen, Mitochondrien, Peroxisomen und in einigen Fällen Vakuolen hat. Es gibt einige bemerkenswerte Unterschiede zwischen tierischen und pflanzlichen Zellen. Hier ist eine kurze Liste der Unterschiede, mit denen wir Sie vertraut machen möchten, und eine etwas erweiterte Beschreibung unten:

  1. Während alle eukaryotischen Zellen Mikrotubuli und Motorproteine ​​verwenden, um die Chromosomen während der Zellteilung zu segregieren, unterscheiden sich die Strukturen, die zur Organisation dieser Mikrotubuli verwendet werden, in Pflanzen- und Tier- und Hefezellen. Tier- und Hefezellen organisieren und verankern ihre Mikrotubuli in Strukturen, die als Mikrotubuli-Organisierungszentren (MTOCs) bezeichnet werden. Diese Strukturen bestehen aus Strukturen, die Zentriolen genannt werden und größtenteils aus α-Tubulin, &beta-Tubulin und anderen Proteinen bestehen. Zwei Zentriolen organisieren sich zu einer Struktur, die als Zentrosom bezeichnet wird. Im Gegensatz dazu ordnen sich in Pflanzen Mikrotubuli auch in diskreten Bündeln an, aber es gibt keine auffälligen Strukturen, die den MTOCs in Tier- und Hefezellen ähneln. Vielmehr scheint es, abhängig vom Organismus, mehrere Stellen zu geben, an denen diese Mikrotubuli-Bündel von Stellen, die als azentriolare (ohne Zentriol) Mikrotubuli-Organisierungszentren bezeichnet werden, nukleieren können. Eine dritte Art von Tubulin, &ggr;-Tubulin, scheint daran beteiligt zu sein, aber unser Wissen über die genauen Mechanismen, die Pflanzen zur Organisation von Mikrotubuli-Spindeln verwenden, ist noch lückenhaft.
  2. Tierzellen haben typischerweise Organellen, die als Lysosomen bezeichnet werden und für den Abbau von Biomolekülen verantwortlich sind. Einige Pflanzenzellen enthalten funktionell ähnliche Abbauorganellen, aber es gibt eine Debatte darüber, wie sie benannt werden sollten. Einige Pflanzenbiologen nennen diese Organellen Lysosomen, während andere sie in die allgemeine Kategorie der Plastiden einordnen und ihnen keinen bestimmten Namen geben.
  3. Pflanzenzellen haben eine Zellwand, Chloroplasten und andere spezialisierte Plastiden und eine große zentrale Vakuole, während tierische Zellen dies nicht tun.

Das Zentrosom

Das ist ein Mikrotubuli-organisierendes Zentrum, das sich in der Nähe der Zellkerne tierischer Zellen befindet. Es enthält ein Paar Zentriolen, zwei Strukturen, die senkrecht zueinander stehen (siehe Abbildung unten). Jedes Zentriol ist ein Zylinder aus neun Mikrotubuli-Tripletts.

Abbildung 8. Das Zentrosom besteht aus zwei Zentriolen, die im rechten Winkel zueinander stehen. Jedes Zentriol ist ein Zylinder, der aus neun Tripletts von Mikrotubuli besteht. Nicht-Tubulin-Proteine ​​(angezeigt durch die grünen Linien) halten die Mikrotubuli-Tripletts zusammen.

Das Zentrosom (die Organelle, aus der alle Mikrotubuli aus Tieren und Hefe stammen) repliziert sich selbst, bevor sich eine Zelle teilt, und die Zentriolen scheinen eine gewisse Rolle dabei zu spielen, die duplizierten Chromosomen an die gegenüberliegenden Enden der sich teilenden Zelle zu ziehen. Die genaue Funktion der Zentriolen bei der Zellteilung bleibt jedoch unklar, da Zellen, denen das Zentrosom entfernt wurde, sich noch teilen können und Pflanzenzellen, denen Zentrosomen fehlen, zur Zellteilung fähig sind.

Lysosomen

Tierische Zellen haben einen weiteren Satz von Organellen, der in Pflanzenzellen nicht zu finden ist: Lysosomen. Umgangssprachlich werden sie manchmal auch als Zelle &ldquoMüllentsorgung&rdquo bezeichnet. Enzyme innerhalb der Lysosomen unterstützen den Abbau von Proteinen, Polysacchariden, Lipiden, Nukleinsäuren und sogar "abgenutzten" Organellen. Diese Enzyme sind bei einem viel niedrigeren pH als dem des Zytoplasmas aktiv. Daher ist der pH-Wert innerhalb von Lysosomen saurer als der pH-Wert des Zytoplasmas. In Pflanzenzellen finden viele der gleichen Verdauungsprozesse in Vakuolen statt.

Die Zellwand

Wenn Sie das obige Diagramm betrachten, das Pflanzen- und Tierzellen darstellt, sehen Sie im Diagramm einer Pflanzenzelle eine Struktur außerhalb der Plasmamembran, die als bezeichnet wird Zellenwand. Die Zellwand ist eine starre Abdeckung, die die Zelle schützt, strukturellen Halt bietet und der Zelle Form verleiht. Pilz- und Protistanzellen haben auch Zellwände. Während der Hauptbestandteil bakterieller Zellwände Peptidoglycan ist, ist das wichtigste organische Molekül in der Pflanzenzellwand Cellulose (siehe Struktur unten), ein Polysaccharid, das aus Glucose-Untereinheiten besteht.

Abbildung 9. Cellulose ist eine lange Kette von β-Glucosemolekülen, die durch eine 1-4-Verknüpfung verbunden sind. Die gestrichelten Linien an jedem Ende der Figur zeigen eine Reihe von vielen weiteren Glucoseeinheiten an. Die Größe der Seite macht es unmöglich, ein ganzes Zellulosemolekül darzustellen.

Chloroplasten

sind pflanzliche Zellorganellen, die Photosynthese betreiben. Chloroplasten haben wie die Mitochondrien ihre eigene DNA und Ribosomen, aber Chloroplasten haben eine ganz andere Funktion.

Wie Mitochondrien haben Chloroplasten äußere und innere Membranen, aber innerhalb des von der inneren Membran eines Chloroplasten eingeschlossenen Raums befindet sich eine Reihe von miteinander verbundenen und gestapelten flüssigkeitsgefüllten Membransäcken, die als Thylakoide bezeichnet werden (Abbildung unten). Jeder Stapel von Thylakoiden wird Granum (Plural = Grana) genannt. Die Flüssigkeit, die von der inneren Membran eingeschlossen ist, die das Grana umgibt, wird als Stroma bezeichnet.

Abbildung 10. Der Chloroplast hat eine äußere Membran, eine innere Membran und Membranstrukturen, die als Thylakoide bezeichnet werden und zu Grana gestapelt sind. Der Raum innerhalb der Thylakoidmembran wird als Thylakoidraum bezeichnet. Die Lichtsammelreaktionen finden in den Thylakoidmembranen statt, und die Zuckersynthese findet in der Flüssigkeit innerhalb der inneren Membran statt, die als Stroma bezeichnet wird. Chloroplasten haben auch ein eigenes Genom, das auf einem einzigen kreisförmigen Chromosom enthalten ist.

Die Chloroplasten enthalten ein grünes Pigment namens, das die Lichtenergie einfängt, die die Reaktionen der Photosynthese antreibt. Wie Pflanzenzellen haben auch photosynthetische Protisten Chloroplasten. Einige Bakterien betreiben Photosynthese, aber ihr Chlorophyll wird nicht zu einer Organelle degradiert.

Evolutionsverbindung: Endosymbiose

Wir haben erwähnt, dass sowohl Mitochondrien als auch Chloroplasten DNA und Ribosomen enthalten. Haben Sie sich gefragt, warum? Starke Beweise weisen auf eine Endosymbiose als Erklärung hin.

Symbiose ist eine Beziehung, in der Organismen zweier verschiedener Arten für ihr Überleben voneinander abhängig sind. Endosymbiose (endo- = &ldquowithin&rdquo) ist eine für beide Seiten vorteilhafte Beziehung, in der ein Organismus im anderen lebt. Endosymbiotische Beziehungen gibt es in der Natur im Überfluss. Zum Beispiel produzieren einige Mikroben, die in unserem Verdauungstrakt leben, Vitamin K. Die Beziehung zwischen diesen Mikroben und uns (ihren Wirten) soll für beide Seiten vorteilhaft oder symbiotisch sein. Die Beziehung ist für uns von Vorteil, da wir nicht in der Lage sind, Vitamin K zu synthetisieren, die Mikroben tun es stattdessen für uns. Die Verwandtschaft ist auch für die Mikroben von Vorteil, da sie reichlich Nahrung aus der Umgebung des Dickdarms erhalten und sie sowohl vor anderen Organismen als auch vor dem Austrocknen geschützt sind.

Wissenschaftler haben seit langem festgestellt, dass Bakterien, Mitochondrien und Chloroplasten ähnlich groß sind. Wir wissen auch, dass Bakterien DNA und Ribosomen haben, genau wie Mitochondrien und Chloroplasten. Wissenschaftler glauben, dass Wirtszellen und Bakterien eine endosymbiotische Beziehung eingehen, wenn die Wirtszellen sowohl aerobe als auch autotrophe Bakterien (Cyanobakterien) aufgenommen, aber nicht zerstört haben.Durch viele Millionen Jahre der Evolution haben sich diese aufgenommenen Bakterien in ihren Funktionen spezialisiert, wobei die aeroben Bakterien zu Mitochondrien und die autotrophen Bakterien zu Chloroplasten wurden. Mehr dazu später in der Lesung.

Die zentrale Vakuole

Zuvor haben wir Vakuolen als wesentliche Bestandteile von Pflanzenzellen erwähnt. Wenn Sie sich die Cartoonfigur der Pflanzenzelle ansehen, werden Sie feststellen, dass sie eine große zentrale Vakuole darstellt, die den größten Teil der Fläche der Zelle einnimmt. Es spielt eine Schlüsselrolle bei der Regulierung der Zellkonzentration von Wasser bei sich ändernden Umweltbedingungen.

Albernes Vakuolenfaktoid: Ist Ihnen schon einmal aufgefallen, dass eine Pflanze verwelkt, wenn Sie einige Tage lang vergessen, zu gießen? Denn wenn die Wasserkonzentration im Boden niedriger wird als die Wasserkonzentration in der Pflanze, wandert Wasser aus den zentralen Vakuolen und dem Zytoplasma. Wenn die zentrale Vakuole schrumpft, verlässt sie die Zellwand nicht. Dieser Verlust der Unterstützung der Zellwände von Pflanzenzellen führt zu einem welken Aussehen der Pflanze.

Die zentrale Vakuole unterstützt auch die Expansion der Zelle. Wenn die zentrale Vakuole mehr Wasser enthält, wird die Zelle größer, ohne viel Energie in die Synthese von neuem Zytoplasma investieren zu müssen.


Zellwand grampositiver Bakterien

Die Zellwand von Gram-positiven Bakterien besteht aus großen Mengen an Peptidoglycan. Hier erzeugt die Vernetzung der Tetrapeptide mit einer Peptidbrücke eine starke Zellwand. Neben dem Peptidoglykan enthält die Zellwand grampositiver Bakterien auch ein Glykopolymer, die sogenannte Teichonsäure.

Einige Funktionen dieses Glykopolymers in der Zellwand umfassen:

  • Erzeugung von negativer Ladung, die erforderlich ist, um die Protonenantriebskraft zu entwickeln
  • Erhöhen Sie die Steifigkeit der Wand
  • Unterstützen Sie die Zellteilung
  • Schützen Sie die Zelle vor extremen Umgebungsbedingungen

Die Zukunft der Weltraumforschung gestalten: Die nächsten 50 Jahre (2010)

Institut für Astrophysikalische Wissenschaften

Ein Merkmal der wissenschaftlichen Untersuchungen zum Internationalen Geophysikalischen Jahr (IGY) 1957 und 1958 war die Betonung globaler Messungen. Untersuchungen der Ionosphäre der Erde zum Beispiel&mdashentscheidend für die Theorie der Kurzwellen-Funkkommunikation&mdashbenötigten Daten aus der ganzen Welt. Koordinierte internationale Studien gab es sicherlich lange vor dem IGY, aber der Einsatz globalisierter Datensammlung zur Unterstützung von Verbesserungen in einer weltumspannenden Kommunikationstechnologie war ein Vorbote der heutigen &ldquoGlobalisierung&rdquo ein Begriff, der heute, 50 Jahre später, fast ein Klischee ist.

Aber die IGY erforderte einen noch größeren Kontext. Studien der oberen Atmosphäre erforderten auch ein Verständnis der Wechselwirkung der Erde mit der Sonne. Um die Erde zu verstehen, musste die Erde in ihren Sonnensystemkontext gestellt werden. In diesem Sinne kann das IGY auch als Vorbote dessen angesehen werden, was heute als &ldquoastrobiologie bezeichnet wird kosmischen Kontext. Die Raumfahrt hat gezeigt, dass dies nicht nur eine Metapher ist, sondern buchstäblich wahr: Wir können nur hoffen, den Ursprung und die Entwicklung des Lebens auf der Erde zu verstehen, indem wir die Erde in den Kontext ihres Sonnensystems und ihrer galaktischen Umgebung stellen. Darüber hinaus ist unser Verständnis der Lebensaussichten anderswo wiederum stark von unserem wachsenden Wissen über das Leben auf der Erde geprägt.

DAS LEBEN, DAS WIR KENNEN

Eine Diskussion über das Leben anderswo beginnt daher natürlich mit einem Rückblick auf einige Schlüsselaspekte der Biosphäre hier auf der Erde. Auf der Erdoberfläche sind etwa tausend Billionen Kilogramm Kohlenstoff in den Lebewesen eingeschlossen, die wir mit bloßem Auge leicht erkennen können – Pflanzen, Tiere und Pilze. Der größte Teil dieser „Biomasse&rdquo befindet sich in Bäumen. Aber in den letzten Jahrzehnten haben wir auch gelernt, dass es eine ähnliche Biomasse mikroskopischer Organismen in den Ozeanen zu geben scheint, und eine andere vergleichbare Biomasse - das haben wir aus Tieferdbohrprojekten gelernt - mikroskopische Organismen, die unter der Erde leben, bis in Tiefen von mindestens mehreren Kilometer. Es scheint, dass zumindest ein kleiner Teil dieser unterirdischen Biosphäre unabhängig von den Oberflächenbedingungen ist - das heißt, es gibt heute unter der Erde lebende Mikroorganismen, die wahrscheinlich weiter gedeihen würden, selbst wenn die Sonne morgen erlöschen und die Photosynthese abschalten würde. Dies gilt nicht für einen Großteil des Lebens unter der Oberfläche, von dem ein Großteil direkt oder indirekt von der Energie abhängt, die aus dem Sonnenlicht auf der Erdoberfläche gewonnen wird, z aus dem bei der Photosynthese freigesetzten Sauerstoff. Aber es scheint, dass einige Mikroorganismen–wie diejenigen, die ihren Lebensunterhalt durch die Kombination von Wasserstoff (hergestellt aus unterirdischen Wasserverwitterungsgesteinen) mit gelöstem Kohlendioxid bestreiten&ndashight tatsächlich Ökosysteme darstellen, die von der Oberfläche unabhängig sind. Solange flüssiges Wasser im Erdinneren bestehen bleibt, wird dies der Fall sein, solange es genügend interne geothermische Erwärmung gibt, um eine Schicht in den Gesteinen der Erde, in denen flüssiges Wasser vorhanden ist, aufrechtzuerhalten, und es scheint wahrscheinlich, dass es eine unterirdische Biosphäre geben wird.

Die Aufklärung der unterirdischen Biosphäre der Erde verändert unsere Denkweise über die Lebensaussichten

anderswo. Wenn tiefe Biosphären möglich sind, selbst angesichts rauer Oberflächenbedingungen, dann scheinen die Aussichten für unterirdisches Leben auf dem Mars, Europa oder anderswo größer. Aber wir dürfen nicht vergessen, dass die Anforderungen an die Bewohnbarkeit nicht unbedingt dieselben sind wie die Anforderungen an die Entstehung des Lebens. Auf dem Mars ist es zumindest möglich, dass das Leben an der Oberfläche entstand, wo es die enorme verfügbare Energie der Sonne nutzen konnte, und dann in den Untergrund wanderte, als die Oberfläche zu einer gefriergetrockneten Wüste wurde. Im Fall des Jupitermondes Europa, der wahrscheinlich einen unterirdischen Ozean aus flüssigem Wasser beherbergt, scheint es unwahrscheinlich, dass es zu Beginn der Geschichte des Sonnensystems für mehr als einen flüchtigen Moment gastfreundliche Oberflächenbedingungen gab. Damit es im Ozean Europas Leben geben kann, müsste es wahrscheinlich im Untergrund entstanden sein. Wir verstehen den Ursprung des Lebens nicht gut genug, um die Plausibilität dieses Szenarios einzuschätzen.

In beiden Fällen scheint Mars und Europa zumindest aufgrund der Wahrscheinlichkeit des Vorhandenseins von flüssigem Wasser unter der Oberfläche möglich zu sein. Die Frage ist berechtigt: Muss das Leben von flüssigem Wasser abhängen? Wie viele der scheinbar universellen Merkmale des Lebens auf der Erde sind Voraussetzungen für das Leben überall? Das Leben auf der Erde basiert auf Kohlenstoff, ist dies eine allgemeine Anforderung oder nur eine von vielen möglichen Alternativen?

Natürlich können wir diese Frage nicht mit Zuversicht beantworten, bis wir mehr wissen und weiter erforscht haben. Aber wir bekommen schon einige Hinweise auf die Antwort. Betrachten Sie Alternativen zu Kohlenstoff. Spekulationen haben sich oft auf siliziumbasiertes Leben als Alternative zum kohlenstoffbasierten Leben, das wir kennen, konzentriert. Den theoretischen Grund dafür kann man mit einem Blick auf das Periodensystem der Elemente erkennen, in dem Silizium direkt unter Kohlenstoff liegt, was eine Kurzform für ähnliche chemische Eigenschaften ist. Da Silizium ebenso wie Kohlenstoff ein häufig vorkommendes Element im Universum ist, scheint es eine gute Alternative zu sein. Tatsächlich ist die Siliziumchemie jedoch eingeschränkter, außer unter außergewöhnlichen Laborbedingungen. Siliziumatome bilden keine Doppelbindungen mit sich selbst, wie dies bei Kohlenstoffatomen der Fall ist, so dass die Siliziumchemie wesentlich eingeschränkter ist als die Kohlenstoffchemie. Dies liegt daran, dass die Siliziumatome einfach größer sind als die Kohlenstoffatome, was Doppelbindungen erheblich erschwert.

Zusätzlich zu dieser theoretischen Vorsicht gibt es eine empirische Entdeckung, die aus Radiowellenlängenuntersuchungen des Raumes zwischen den Sternen, dem sogenannten interstellaren Medium (ISM), stammt. Die Untersuchung des ISM bei Radiofrequenzen zeigt, dass es in unserer gesamten Galaxie eine reichhaltige Kohlenstoffchemie gibt. Bis heute wurden fast hundert kohlenstoffbasierte Moleküle im ISM beobachtet. Es gibt keine vergleichbare Reihe von Molekülen auf Siliziumbasis. Nun wurde das ISM nicht in erster Linie untersucht, um die Hypothese des siliziumbasierten Lebens zu testen. Vielmehr wollten die Wissenschaftler einfach nur lernen, was es da draußen gibt – dies war weitgehend explorative Wissenschaft, keine hypothesenprüfende Wissenschaft. Aber als Ergebnis der Erforschung scheint es wahrscheinlicher, dass Kohlenstoff die Grundlage für chemisches Leben anderswo im Universum sein wird, sollte es überhaupt existieren. Natürlich ist dies höchstens eine Implikation, keine starke Schlussfolgerung.

WAS IST LEBEN?

Alles Leben, das wir auf der Erde kennen, basiert auf Kohlenstoff, hat aber noch viele weitere Gemeinsamkeiten. Seine grundlegende biochemische

ABBILDUNG 5.1 Die Andromeda-Galaxie M31. QUELLE: Bild von Robert Gendler. Copyright 2005 Robert Gendler, www.robgendlerastropics.com.

Die Geschichte ist auch dieselbe: Das Leben auf der Erde speichert seine genetischen Informationen als Desoxyribonukleinsäure, DNA, und verwendet Proteine, um den größten Teil des Geschäfts der Metabolisierung, Motilität und anderer Aufgaben zu erledigen. Ein eng mit der DNA verwandtes Molekül, Ribonukleinsäure oder RNA genannt, wird verwendet, um zwischen der genetischen Information in der DNA und der Konstruktion von Proteinen gemäß den genetischen Plänen zu vermitteln (Abbildung 5.2). Es gibt bestimmte Viren, die ihre genetische Information in RNA speichern, aber um sich zu vermehren, muss diese RNA innerhalb einer Wirtszelle in DNA umgewandelt werden, und die DNA-Protein-Reproduktionsmaschinerie dieser Zelle muss zum Tragen kommen. Es ist möglich, obwohl es bisher keine guten Beweise dafür gibt, dass es auf der Erde einzellige Organismen gibt, die sich von dem DNA-Protein-Leben, das wir kennen, unterscheiden und unentdeckt bleiben. Sicherlich wäre solches Leben für DNA-Sonden unsichtbar. Aber da es keine Beweise gibt, ist es schwierig, in dieser Richtung viel weiter zu spekulieren. Bisher ist das Leben, das wir auf der Erde kennen, DNA-Protein-Leben.

Das Leben auf der Erde baut seine Proteine ​​auf, indem es wie Güterwaggons in einem Zug verschiedene Sequenzen von Aminosäuren unter 20 aneinanderreihen, die in der genetischen Sequenz der DNA kodiert sind. Gelegentlich werden auch einige andere Aminosäuren verwendet. Aber aus einer großen Liste möglicher Aminosäuren, die existieren könnten, wurden etwa 70 verschiedene Typen gefunden, zum Beispiel in bestimmten Meteoriten, und das Leben auf der Erde verwendet nur eine kleine Untermenge.

Am beeindruckendsten ist, dass DNA-Ähnlichkeiten verwendet werden können, um einen &ldquophylogenetischen Baum&rdquo&mdasha-Baum der evolutionären Beziehungen&mdash für alles bekannte Leben auf der Erde zu konstruieren (Abbildung 5.3). Diese Bäume machen deutlich, dass alles bekannte Leben auf der Erde verwandt ist und tatsächlich auf einen &bdquo.letzten gemeinsamen Vorfahren zurückgeführt werden kann.&rdquo Die genaue Natur dieses letzten gemeinsamen Vorfahren wird diskutiert, aber die Verwandtschaft des Erdenlebens ist es nicht. Es gibt nur eine bekannte Lebensform auf der Erde mit einem gemeinsamen Ursprung.

Einige Laboratorien nähern sich der Schaffung anderer Lebensformen (nach einigen Definitionen von „Leben&rdquo) als DNA-Protein-Leben, und natürlich ist es möglich, dass dies insgesamt möglich ist

ABBILDUNG 5.2 Ribonukleinsäure (RNA) vermittelt zwischen Desoxyribonukleinsäure (DNA) und Proteinen.

ABBILDUNG 5.3 Der phylogenetische Baum des Lebens basierend auf vergleichender ssrRNA-Sequenzierung. QUELLE: Mit freundlicher Genehmigung des NASA Astrobiology Institute.

verschiedene Lebensformen könnten anderswo im Sonnensystem oder darüber hinaus entdeckt werden. Man könnte sich vorstellen, dass es praktisch wäre, eine allgemeine Definition dessen zu haben, was Leben ist, abgesehen von bestimmten Details des Lebens auf der Erde. Spätestens seit Aristoteles gibt es Bestrebungen, das Leben zu definieren oder seine wesentlichen Merkmale aufzulisten. Es wurden viele Definitionen vorgeschlagen. Ihr einziges gemeinsames Merkmal ist, dass sie alle scheitern.

Zum Beispiel gab es metabolische Definitionen, die versuchen, das Leben als etwas zu definieren, das Energie aufnimmt, sie verwendet, um Arbeit zu verrichten und dann Abfälle ausscheidet. Aber Feuer–was die meisten nicht &ldquoalive&rdquo&mdash nennen wollen, scheint auch diese Dinge zu tun. Tatsächlich ist die chemische Reaktion, die das Feuer antreibt, im Wesentlichen die gleiche wie die, die wir selbst verwenden. Thermodynamik Definitionen behaupten, dass Leben durch die Verwendung von Energie gekennzeichnet ist, um lokale Ordnung zu schaffen, aber Mineralkristalle tun dasselbe, und die meisten Wissenschaftler möchten nicht, dass sie Kristalle als „Leben&rdquo zählen scheinen lebendig zu sein oder Dinge auszuschließen, die wir für lebend halten. Auch die beliebten genetisch oder Darwinistisch Definitionen für Leben scheinen bestimmte Wesenheiten auszuschließen, die eindeutig lebendig sind, aber nicht der Darwinschen Evolution fähig sind.

Die Philosophin Carol Cleland und ich haben argumentiert, dass uns dieses allgemeine Problem nicht überraschen sollte. Wir haben die aktuelle Situation mit der Situation von Leonardo da Vinci verglichen, als er sich vor fünf Jahrhunderten mit dem auseinandersetzte, was „Wasser&rdquo ist. Es gibt eine Seite in seinem Arundel Codex, auf der er die widersprüchlichen Eigenschaften von Wasser auflistet&mdash er betrachtet nur flüssiges Wasser&mdashanmerkt, dass es manchmal gelb, manchmal grün, manchmal schlammig, manchmal bitter, manchmal ist

süß und so weiter. Es ist für Leonardo nur sehr schwer zu sagen, was die grundlegende Natur des Wassers ist. Im Nachhinein sollte uns das nicht überraschen. Leonardo versuchte, &ldquowater&rdquo zu verstehen, als es noch keine Theorie von Atomen und Molekülen gab. Sobald eine solche Theorie existiert, ist es leicht zu sagen, was Wasser ist&mdashWasser ist H2O&mdashfull stop, Ende der Geschichte. Diese Klarheit entspringt nicht einer „Definition&rdquo von Wasser, sondern eher einer theoretischen Identitätsaussage. Im Kontext der Molekulartheorie kann Wasser genau identifiziert werden, und es gibt keine Zweideutigkeit. Wasser ist H2Oh, und das sagt uns, was wir meinen, selbst wenn es Verunreinigungen gibt, die eine flüssige Lösung süß oder grün machen, und selbst wenn das Wasser als Feststoff gefroren oder zu Dampf gekocht wird. Diese Präzision ist jedoch nur im Rahmen einer entsprechenden Theorie möglich.

Aber derzeit haben wir bei unseren Bemühungen, das Leben zu verstehen, nichts Analoges zur Molekulartheorie. Wir wissen nicht einmal, ob eine solche allgemeine Lebenstheorie möglich ist. In seiner Abwesenheit ist es schwer zu erkennen, wie ein Definition of life beantwortet für uns alle wissenschaftlichen Fragen. Definitionen beantworten keine wissenschaftlichen Fragen zur Welt. Andererseits kann es unmöglich sein, eine allgemeine Theorie ohne die Perspektive zu entwickeln, die sich aus der Entdeckung anderer Lebensformen ergibt – sollten andere Formen tatsächlich existieren und sollten wir sie erkennen können.

DIE STUDIE DES LEBENS IM UNIVERSUM

Die Erforschung des Lebens, das über das hinausgeht, was wir auf der Erde kennen, wurde in einer bahnbrechenden Veröffentlichung in . bekannt als &ldquoexobiology&rdquo Wissenschaft 1960 mit dem Titel &ldquoExobiology: Approaches to Life Beyond Earth&rdquo von dem mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Biologen Joshua Lederberg. 1964 veröffentlichte ein anderer Biologe, George Gaylord Simpson, eine Art Antwortpapier in Wissenschaft mit dem Titel &ldquoThe Nonprevalence of Humanoids&rdquo, in dem er die Exobiologie bekanntermaßen als eine Wissenschaft verachtete, deren Gegenstand möglicherweise nicht existiert. Dies ist auf den ersten Blick rhetorisch mächtig, aber aus der Sicht eines Astrophysikers tatsächlich rätselhaft: Tatsächlich betrifft viele Spitzenarbeiten in der Astrophysik, in der Physik und sogar in Bereichen wie der Materialwissenschaft Wesen oder Phänomene, die möglicherweise nicht existieren. Das Higgs-Boson, höhere Dimensionen der Raumzeit, Supraleiter bei Raumtemperatur – es könnte sich herausstellen, dass es nicht existiert. Es ist eine seltsame Sicht der Wissenschaft, dass dies bedeutet, dass ihre Untersuchung irgendwie lächerlich ist.

Seit Lederbergs wegweisendem Papier wurden andere Wörter vorgeschlagen, die das Gebiet umfassen sollen. &ldquoKosmobiologie&rdquo&mdashdie Biologie des Kosmos&mdashis, die mich besonders anspricht, aber selten verwendet wird. &bdquoBioastronomie&rdquo wird auch verwendet, aber der derzeit am weitesten verbreitete Begriff in den Vereinigten Staaten ist &ldquoAstrobiologie&rdquo, definiert als das Studium des Lebens im Universum. Mit dieser Definition gibt es keine künstliche und wissenschaftlich unkluge Trennung zwischen dem Studium des Lebens auf der Erde und dem Studium möglichen Lebens anderswo.

ASTROBIOLOGIE IM SONNENSYSTEM

Das vergangene halbe Jahrhundert der Erforschung des Sonnensystems hat die Lektion bestärkt, dass keine willkürliche Trennung zwischen Leben auf der Erde und Astrobiologie vorgenommen werden sollte. Überlegen Sie, was Sie über Erde und Mond gelernt haben. Es mag wahr sein, dass die primären Triebkräfte für die Erforschung des Mondes eher politischer als wissenschaftlicher Natur waren, aber die wissenschaftliche Auszahlung der Mondproben, die zur Erde zurückgebracht wurden, war in erster Linie durch die Apollo Missionen, sondern auch durch sowjetische Roboter Luna Missionen&mdashwar riesig. Vieles von dem, was wir heute über die frühe Geschichte des Sonnensystems und damit über die frühe Erdgeschichte verstehen, beginnt mit den Mondmissionen. Dies liegt daran, dass die Erdoberfläche jung ist, obwohl die Erde es nicht ist. Die Erde ist 4,6 Milliarden Jahre alt,

ABBILDUNG 5.4 Der Mond. QUELLE: Mit freundlicher Genehmigung von P.-M. Heden von Vallentuna, Schweden.

aber es gibt fast keine Gesteine ​​mehr auf seiner Oberfläche&mdash aufgrund der Zerstörung durch Plattentektonik und Erosion&mdash, um die Geschichte der frühen Zustände auf unserem eigenen Planeten zu erzählen. Doch die alten Sedimentgesteine, die wir haben, deuten darauf hin, dass das Leben sehr früh entstanden ist, wahrscheinlich vor 3,5 Milliarden Jahren und möglicherweise vor 3,8 Milliarden Jahren. Der Mond starb jedoch geologisch vor Milliarden von Jahren, so dass ein Großteil seiner Aufzeichnungen aus diesen frühen Daten erhalten bleibt. Diese Geschichte, die auf der Datierung von Mondproben basiert, die mit Kraterzahlen auf der Mondoberfläche korreliert sind, zeigt, dass der Mond einst vor 3,8 Milliarden Jahren einem intensiven Bombardement von Kometen und Asteroiden ausgesetzt war, das vor 3,8 Milliarden Jahren exponentiell höher war als heute. Ein Vergleich der Mondkrateraufzeichnungen mit denen von Merkur und dem alten Mars legt nahe, dass das gesamte innere Sonnensystem diesem gleichen Bombardement ausgesetzt war. Daher muss der Ursprung des Lebens auf der Erde inmitten dieses Bombardements stattgefunden haben, mit wichtigen Auswirkungen sowohl auf die Zerstörung als auch auf die Lieferung kohlenstoffhaltiger (sogenannter organischer) Moleküle, die für die Entstehung des Lebens verwendet werden. Um dies über die Bedingungen für das frühe Leben auf der Erde zu erfahren, mussten wir den Mond und die Planeten besuchen.

Wenn wir unseren Blick weiter von der Sonne wegwerfen, ist der Planet Mars einer der faszinierendsten möglichen Orte für altes oder sogar noch vorhandenes Leben im Sonnensystem. Unter diesen Veranstaltungsorten ist es auch am leichtesten von der Erde aus zu erreichen, mit Reisezeiten von Raumfahrzeugen, die weniger als ein Jahr betragen. Vorbeiflüge von Raumfahrzeugen, Orbiter, Lander und Rover haben deutlich gemacht, dass der alte Mars einst reichlich flüssiges Wasser an seiner Oberfläche hatte, und es gibt starke Beweise dafür, dass an bestimmten Orten zu bestimmten Zeiten heute oder in der geologisch sehr jungen Vergangenheit flüssiges Wasser immer noch reicht und fließt an der Oberfläche (Abbildung 5.5). Die Oberfläche selbst ist jetzt eine gefriergetrocknete Wüste, in der flüssiges Wasser entweder gefrieren oder verdunsten muss. Aber angesichts dessen, was wir über die tiefe Biosphäre auf der Erde gelernt haben, muss die Möglichkeit, dass Leben auf dem Mars in unterirdischen flüssigen Wasserumgebungen existiert und gelegentlich die Oberfläche erreicht, ernst genommen werden.Aufgrund ihrer Nähe können Mars und Erde Meteoriten austauschen, die als Auswurf von großen Einschlägen erzeugt werden, und es ist nicht ausgeschlossen, dass der Planet, der zuerst das Leben hervorgebracht hat, den anderen hätte inokulieren können. Nur die Entdeckung und Untersuchung des möglichen Marslebens könnte diese Frage mit Sicherheit beantworten.

Jenseits des Mars, im Orbit um den Planeten Jupiter,

ABBILDUNG 5.5 Beweise für aktuelles flüssiges Wasser auf dem Mars und den nach Süden ausgerichteten Wänden von Nirgal Vallis. QUELLE: NASA/JPL/Malin Space Science Systems. MGS MOC-Release-Nr. MOC2-240.

liegt der Mond Europa, nur ein bisschen kleiner als der Mond der Erde. Es gibt nun starke Beweise dafür, dass Europa unter seiner extrem kalten äußersten Eisschicht einen Ozean aus flüssigem Wasser beherbergt (Abbildung 5.6). Das Volumen dieses Ozeans ist etwa doppelt so groß wie das der Ozeane der Erde. Am Boden des europäischen Ozeans steht flüssiges Wasser wie auf der Erde in Kontakt mit Gestein, was die Möglichkeit wichtiger Wasser-Mineral-Wechselwirkungen in Gegenwart von hydrothermaler Energie erhöht. Daten vom Magnetometer auf dem Galilei Die Raumsonde unterstützt nicht nur die Existenz des Ozeans, sondern legt auch nahe, dass er sehr salzig ist und das darüberliegende Eis nur 10 Kilometer dick oder sogar dünner sein könnte. Könnte es Leben in diesem Ozean geben? Spekulative Studien legen nahe, dass die zur Lebenserhaltung notwendigen Energiequellen vorhanden sein sollten. Aber ob der Ursprung des Lebens in einem Ozean stattgefunden haben könnte, der unter kilometerlangem Eis lag und so wahrscheinlich vom Sonnenlicht abgeschnitten war, ist eine offene Frage. Es ist für die Erde und Europa viel schwieriger, Mikroorganismen erfolgreich über Meteoriten auszutauschen, als dies für Erde und Mars der Fall ist

ABBILDUNG 5.6 Querschnittsdiagramm von Europa&rsquos 80&ndash150 km dickem H2O-Schicht unter der Annahme eines Metallkerns, der von einem Gesteinsmantel umgeben ist: Ein dazwischenliegender Untergrund-Slush bleibt ebenfalls möglich. QUELLE: Mit freundlicher Genehmigung von NASA/JPL. Verfügbar unter http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA01669.

Erde. Aber wegen des Ozeans mit flüssigem Wasser ist Europa vielleicht der faszinierendste Ort für außerirdisches Leben in unserem Sonnensystem. Es scheint, dass die Merkur-großen Monde von Jupiter, Ganymed und Callisto, auch tiefere Ozeane mit flüssigem Wasser unter der Oberfläche beherbergen.

Noch weiter von der Sonne entfernt beherbergt der Planet Saturn mindestens zwei faszinierende Welten. Die Cassini Die Raumsonde hat gezeigt, dass der winzige Enceladus über aktive Geysire aus Eiskristallen verfügt, die aus einem unterirdischen Meer aus flüssigem Wasser stammen könnten, obwohl der genaue Mechanismus für die Geysire und ob genügend Energie vorhanden ist, um flüssiges Wasser im Untergrund von Enceladus aufrechtzuerhalten, überzeugend argumentiert werden muss. Weiter weg vom Saturn liegt die Merkur-große Welt Titan mit seiner dichten Atmosphäre aus Stickstoff und Methan. Es gibt Hinweise darauf, dass auch Titan einen unterirdischen Ozean mit flüssigem Wasser beherbergen könnte. All diese Welten brauchen noch viel mehr Erforschung und sollten sie später in diesem Jahrhundert erhalten. Missionen zum äußeren Sonnensystem brauchen Zeit (die Reisezeit zum Jupiter beträgt 3 Jahre von der Erde) und sind teuer. Aber ein ausgewogenes Programm zur Erforschung des Sonnensystems, insbesondere eines mit Schwerpunkt auf Astrobiologie, muss das Jupiter- und Saturnsystem sowie den Mars systematisch erforschen.

PLANETENSCHUTZ

Ein wichtiges Thema bei der planetaren Erforschung ist der planetarische Schutz. Es war Lederberg, der während der IGY 1957 an den Präsidenten der National Academy of Sciences schrieb, um dieses Thema anzusprechen, und die Akademie arbeitete mit dem International Council of Scientific Unions zusammen, um eine internationale Studiengruppe zu dieser Frage zu bilden. Der Weltraumvertrag, der 1967 in Kraft trat und am besten dafür bekannt ist, die Platzierung von „Massenvernichtungswaffen&rdquo im Weltraum zu verbieten, verlangt von den Raumfahrtnationen, die &ldquorgefährliche Kontamination&rdquo anderer Himmelskörper zu vermeiden. Innerhalb eines Jahrzehnts war Lederbergs persönliches Anliegen dann einer internationalen Vertragspflicht gewichen.

Die Sorge ist wissenschaftlich begründet. Untersuchungen mit der Long-Duration Exposure Facility (LDEF) der NASA und den Experimenten mit European Retrievable Carrier (EURECA) zeigen, dass bestimmte Mikroorganismen 6 Jahre im Weltraum auf einem Niveau von 1 Prozent überleben, also einer von hundert Bacillus subtilis Sporen überleben so lange, während 25 Prozent ein Jahr im Weltraum überleben. In beiden Fällen erfordert das Überleben, dass die Organismen vor dem ultravioletten Licht der Sonne abgeschirmt sind, aber jeder Organismus in einem Raumfahrzeug wäre dies. Die Organismen gefriertrocknen oder lyophilisieren im kalten Vakuum, aber wenn sie in flüssiges Wasser gegeben werden, beleben sie sich wieder. Die meisten NASA-Raumsonden für die Mars-Mission sind in Reinräumen der Klasse 100.000 gebaut, was bedeutet, dass sie Tausende von lebensfähigen sporbildenden Bakterien pro Quadratmeter Raumsondenoberfläche haben und wahrscheinlich zehn oder mehr als viele andere Arten von Bakterien. Da es weniger als ein Jahr dauert, zum Mars zu gelangen, bedeutet dies, dass die Mars-Raumsonde eine lebensfähige Bioladung von Mikroorganismen zum Roten Planeten mit sich bringt. Die erste Frage ist also, ob einer dieser Organismen seinen Weg von der Marsoberfläche in bewohnbare Nischen mit flüssigem Wasser im Untergrund finden könnte, und wenn ja, ob sie in dieser neuen Umgebung wachsen könnten. Die Chancen sind hoch, aber nicht unmöglich. Der Zweite

ABBILDUNG 5.7 Eine Gesamtseitenansicht der Langzeitbelichtungsanlage, die während des Abrufs von STS-32 von einem Fernmanipulatorsystem erfasst wurde. QUELLE: NASA Langley Research Center. Bild # EL-1994-00078.

Die Frage ist, in welchem ​​Umfang zusätzliche Maßnahmen zur Reduzierung der Biolast von Mars-Raumfahrzeugen während des Baus von Raumfahrzeugen ergriffen werden sollten. Ein kürzlich erschienener Bericht, den ich für den National Research Council (NRC) geleitet habe, Verhindern die Vorwärtskontamination des Mars, untersuchte diese Fragen und kam zu dem Schluss, dass die NASA die Anzahl und Arten von Mikroorganismen, die derzeit auf ihren Raumfahrzeugen fliegen, besser verstehen und strengere Schritte unternehmen muss, um die Biolast der Raumfahrzeuge zu reduzieren.

Die gegenwärtige internationale Auslegung der Anforderung des Weltraumvertrags lautet, dass Mikroorganismen, die auf andere Planeten transportiert werden, diese Welt nicht in einer Weise besiedeln dürfen, die es schwierig oder unmöglich machen würde, festzustellen, ob eine wirklich fremde Biosphäre vorhanden sein könnte. Das heißt, es geht beim planetarischen Schutz in seiner jetzigen Form wirklich darum, die Wissenschaft vor Kontamination zu schützen, und nicht darum, eine mögliche außerirdische Biosphäre vor möglichen ökologischen Angriffen zu schützen. Unser NRC-Bericht forderte, dass es an der Zeit sei, auf einem internationalen Treffen zu überdenken, ob der Schutz des Planeten so umgedeutet werden sollte, dass er &ldquoder Schutz des Planeten&rdquo und nicht nur &ldquoder Schutz der Wissenschaft ist.&rdquo

VIER WEGE, NACH DEM LEBEN ZU SUCHEN

Bisher haben wir in-situ-Untersuchungen des Sonnensystems diskutiert, bei denen Raumschiffe auf anderen Körpern landen und Experimente an der Oberfläche durchführen, um nach Leben zu suchen. Eng damit verbunden ist die biologische Untersuchung von Proben aus anderen Welten in terrestrischen Labors. Diese Proben könnten auf unkontrollierte Weise auf der Erde ankommen, über Meteoriten, die als Trümmer entstanden sind, die durch einen großen Einschlag von einer anderen Welt weggeblasen wurden, oder auf kontrollierte Weise als Proben, die von einem speziellen Raumfahrzeug zurückgebracht wurden. In beiden Fällen geht es jedoch um praktische Untersuchungen zum Vorhandensein von Leben im Sonnensystem.

Eine dritte Möglichkeit, nach Leben zu suchen, besteht darin, das Licht zu untersuchen, das aus den Atmosphären anderer Welten kommt, d. h. Spektroskopie, um die chemische Zusammensetzung dieser Atmosphären dieser Welten zu bestimmen, in der Hoffnung, die chemischen Signaturen einer anderen Biosphäre zu finden. Dies wird seit Jahrzehnten für den Mars und andere Planeten in unserem Sonnensystem durchgeführt und ist gerade für bestimmte riesige Exoplaneten und Planeten im Orbit um einen anderen Stern als unsere Sonne möglich geworden.

ABBILDUNG 5.9 Die erste Mission der NASA, mit der erdgroße und kleinere Planeten gefunden werden können. QUELLE: Mit freundlicher Genehmigung der NASA.

Mit der Kepler-Mission, die in den nächsten Jahren starten wird, sollten wir bald die Statistiken über die Anwesenheit erdgroßer Planeten um andere Sterne kennen. [Abbildung 5.9] Kepler wird es uns ermöglichen, die Umlaufbahnen dieser Planeten (vorausgesetzt, dass es welche gibt) und damit ihre Entfernungen von ihren Sternen zu bestimmen. Wenn wir die Sterne kennen, werden wir wissen, welche dieser Welten, wenn überhaupt, im richtigen Entfernungsbereich liegen, damit Ozeane mit flüssigem Wasser auf ihrer Oberfläche möglich sind. In ein paar Jahren werden wir von fast keiner Kenntnis darüber, ob andere erdähnliche Planeten existieren, zu einer Kenntnis ihrer Statistiken und potenzieller Oberflächenbewohnbarkeit übergehen. Dies ist ein außergewöhnlicher Moment. Die Menschheit spekuliert seit Jahrtausenden darüber, ob andere Planeten wie unserer existieren könnten&ndashzum Beispiel stellte Aristoteles diese Frage (und beantwortete sie aus theoretischen Gründen) in seinem Buch Auf den Himmeln. In ein paar Jahren werden wir nicht mehr spekulieren müssen. Wir sollten nicht zulassen, dass die menschliche Zivilisation durch diesen bemerkenswerten Übergang in unserem Wissen über unseren Platz im Universum schlafwandelt.

Einige Jahrzehnte später werden wir diese Planeten von speziellen Satelliten im Weltraum aus beobachten und die Zusammensetzung ihrer Atmosphären bestimmen können. Die Hoffnung ist, dass wir in einigen Atmosphären eine Kombination von Gasen entdecken könnten, die die Gleichgewichtschemie zu verbieten scheint, die aber die Biologie gerade erzeugen könnte. Dies könnte bedeuten, dass es auf diesen Welten Biosphären gibt.

Oder vielleicht nicht. Die Beweise wären Indizien, und sobald solche Daten veröffentlicht würden, würden Wissenschaftler zu Recht und konservativ nach nicht-biologischen Erklärungen suchen. Tatsächlich haben wir dies bereits auf dem Mars gesehen: Es ist jetzt klar, dass die Marsatmosphäre, eine stark oxidierende Atmosphäre, die mit ultraviolettem Licht durchflutet wird, die organische Stoffe nicht lange zulassen sollte, Flecken des einfachen organischen Moleküls Methan enthält Milliardenhöhe. Das Methan muss durch lokalisierte Quellen an der Oberfläche produziert werden, es ist weit aus dem Gleichgewicht mit der vorhandenen Atmosphäre. Es könnte das Produkt einer Marsversion der methanogenen Bakterien sein, die wir auf der Erde kennen. Es wurden aber auch bereits Veröffentlichungen veröffentlicht, die Erklärungen in Bezug auf die Marsgeochemie vorschlagen. Die Chemie der Atmosphäre, die mit biologischen Quellen übereinstimmt, kann Hinweise auf Leben liefern, aber sie liefert offensichtlich keine entscheidenden Argumente für die Existenz von Leben.

SETI 1

Neben den drei bisher diskutierten Techniken zur Suche nach außerirdischem Leben&mdashin situ-Untersuchungen, der Untersuchung von auf die Erde gelieferten Proben und der Fernerkundung planetarer Atmosphären&mdash gibt es noch eine weitere&mdash

*Dieser und die folgenden drei Abschnitte basieren auf einer eher technischen Diskussion in Christopher F. Chyba und Kevin P. Hand, &ldquoAstrobiology: The Study of the Living Universe&rdquo Jährliche Überprüfung von Astronomie und Astrophysik, Bd. 43 (2005), S. 31-74.

Herangehensweise an die Suche nach Leben, die die menschliche Zivilisation derzeit im Gange hat. Dies ist die Suche nach außerirdischer Intelligenz (oder besser gesagt Technologie) oder SETI. SETI braucht keine Annahmen über die biochemische oder andere Beschaffenheit außerirdischen Lebens zu machen. Auf der anderen Seite muss es sich auf die Existenz einer Technologie verlassen, die in der Lage ist, über interstellare Entfernungen hinweg zu kommunizieren.

Die bisher leistungsstärkste gezielte Suche war das Projekt Phoenix des SETI-Instituts, das ungefähr die tausend nächsten sonnenähnlichen Sterne für Hochfrequenzsendungen beobachtete. Phoenix beendete seine Suche am Arecibo-Radioteleskop in Puerto Rico, dem weltweit größten und damit empfindlichsten Funkempfänger (Abbildung 5.10). Funkfrequenzen sind aufgrund des sogenannten Mikrowellenfensters, in dem das galaktische Hintergrundrauschen am niedrigsten ist, die natürliche Frequenz für die interstellare Kommunikation. Für jeden Zielstern untersuchte Project Phoenix Milliarden von Frequenzen. Algorithmen gingen davon aus, dass die Frequenz driften würde, wie es bei einer realen Übertragung sicherlich aufgrund der Bewegung der Quelle der Übertragung relativ zur Erde der Fall wäre. Um eine glaubwürdige Erkennung zu sein, musste jedes empfangene Signal mehreren Tests standhalten, einschließlich einer Überprüfung mit allen bekannten Störsignalen (z. dass die Bandbreite schmal ist), um nur künstlich möglich zu sein, und ein Nachweis, dass die Quelle nicht nur in Arecibo, sondern auch auf einem Nachfolge-Radioteleskop in Großbritannien entdeckt wurde. Keine Quelle hat jemals alle diese Filter durchlaufen.

Es wird manchmal gesagt, dass die Menschheit nach außerirdischen Funkübertragungen gesucht und gesucht und gesucht hat, ohne sie zu finden, also muss es sein, dass wir allein sind. Oberflächlich betrachtet könnte dies aus der Tatsache zu folgen scheinen, dass SETI-Funksuchen seit der ersten Suche durch Frank Drake vor fast 50 Jahren durchgeführt wurden. Tatsächlich hat auch Project Phoenix nur an der Oberfläche gekratzt. Die fast 1.000 gesuchten Sterne machen nur ein Zehnmillionstel der Sterne in unserer Galaxie aus. Das SETI Institute und die University of California bauen derzeit das Allen Telescope Array (ATA) in Nordkalifornien mit fast ausschließlich privaten Mitteln (Abbildung 5.11). Dieses Array wird

ABBILDUNG 5.10 Die 305 Meter hohe Schüssel in Arecibo, Puerto Rico, ist das empfindlichste Radioteleskop der Welt. Es wurde von den Projekten Phoenix und SERENDIP verwendet und speist derzeit riesige Datenmengen an [email protected] ein. QUELLE: NAIC Arecibo Observatory, eine Einrichtung der National Science Foundation.

ABBILDUNG 5.11 Künstlerisches Rendering des fertiggestellten ATA-350. QUELLE: Mit freundlicher Genehmigung von Isaac Gary.

Führen Sie SETI-Suchen jeden Tag den ganzen Tag (anstatt der wenigen Wochen pro Jahr, die bei Arecibo möglich waren) mit der neuesten Technologie durch. Nach ihrer Fertigstellung sollte die ATA in einem Jahrzehnt der Beobachtung etwa eine Million Sterne untersuchen. Aber selbst dies wird nur ein Hunderttausendstel der Sterne in unserer Galaxie darstellen. Wenn technische Zivilisationen, die Signale über interstellare Entfernungen ausstrahlen, seltener sind als einer von hunderttausend Sternen, wird selbst die ATA in absehbarer Zeit keinen Erfolg haben. Aber da es keine ausgereifte Theorie über die Verbreitung von intelligentem Leben und intelligenter Technologie gibt, ist die Suche das Beste, was wir tun können.

Dennoch wurden Argumente bezüglich der Wahrscheinlichkeit außerirdischer Intelligenz vorgebracht. Der vielleicht gebräuchlichste und intuitivste Kommentar ist der einfache Kommentar, dass bei so vielen Sternen und Hunderten von Milliarden allein in unserer Galaxie es einfach nicht sein kann, dass wir die einzige Zivilisation sind. Auf den ersten Blick scheint diese Behauptung auch mit dem kopernikanischen Prinzip vereinbar zu sein, der Idee, dass die Erde keinen einzigartigen Status im Universum hat. Aber in Wirklichkeit hält diese Argumentation nicht stand. Der Grund dafür ist, dass wir die Wahrscheinlichkeit des Ursprungs von Leben und dann Intelligenz und dann Technologie auf einer erdähnlichen Welt nicht kennen. Wenn diese Wahrscheinlichkeit extrem klein wäre, weniger als eine von hundert Milliarden, dann könnte die Erde der einzige Planet in der Galaxis sein, der eine intelligente Zivilisation beherbergt. Es könnte noch hundert Millionen andere erdähnliche Welten geben, aber nur eine hätte den Jackpot geknackt. Dies wäre, als würde man sechs identische Würfel werfen und nur einer eine Sechs ergeben. Es gibt nichts Besonderes an diesem speziellen Würfel, jeder von ihnen hätte eine Sechs würfeln können, aber statistisch würden die meisten von ihnen nicht. Das kopernikanische Prinzip wird nicht verletzt, aber die Erde könnte dennoch einzigartig sein.

Die Drake-Gleichung fasst diese Betrachtungsweise des Problems zusammen. Frank Drake schrieb seine Gleichung 1961 als Sitzungsagenda für einen Workshop zu SETI auf. Die Drake-Gleichung lautet: N=R*FPneFlFichFCL, wobei N die Anzahl der technisch kommunikativen Zivilisationen in unserer Galaxie ist, R* ist die Sternentstehungsrate der Galaxie, fP ist der Anteil der Sterne, um die sich Planeten bilden, ne ist die Anzahl der Planeten in solchen Systemen, die für den Ursprung des Lebens geeignet sind, fl ist der Anteil der Planeten, auf denen Leben entsteht, fich ist der Bruchteil derer, auf denen das Leben Intelligenz entwickelt, fC ist der Anteil dieser intelligenten Spezies, die über interstellare Distanzen kommunikativ werden, und L ist die durchschnittliche Lebensdauer einer kommunikativen Zivilisation.

Offensichtlich ist diese Gleichung keine analoge Gleichung beispielsweise zur idealen Gasgesetzgleichung. Das Gesetz des idealen Gases stellt eine Beziehung zwischen Druck, Volumen und Temperatur von Gasen im Labor her und unterliegt daher empirischen Tests. Die Drake-Gleichung stellt diese Art von überprüfbarer Hypothese nicht. Eher ist es

eine Art &bdquoFermi-Problem&rdquo, ein Beispiel für die Art des Hinter-der-Umschlag-Denkens, die Enrico Fermi in seinen Abschlussprüfungen berühmt gemacht hat, indem er Fragen stellte wie &bdquoWie viele Klavierstimmer gibt es in Chicago?&rdquo Zuerst Blick, Sie wissen entweder die Antwort auf diese Frage oder nicht, und wenn nicht, gibt es keine einfache Möglichkeit, sie herauszufinden. Aber in der Tat, indem man die Berechnung in ein Produkt von Zahlen zerlegt, die geschätzt werden können (z usw.) kann man die richtige Antwort vernünftig einschätzen.

Dies ist jedoch mit der Drake-Gleichung nicht möglich. Während die drei Faktoren R*, FP, und neine glaubwürdige Schätzungen auf der Grundlage unseres Vorwissens zuzuordnen sind, die restlichen Faktoren können nur vermutet werden. Insbesondere L führt uns in den Bereich der außerirdischen Soziologie und der Politikwissenschaft, die weniger entwickelte Gebiete bleiben. An seinem oberen Ende könnten wir uns vorstellen, dass L das Alter der Galaxie haben könnte,

10 10 Jahre. An seinem unteren Ende könnte es so kurz sein wie die Zeitspanne zwischen beispielsweise der Erfindung des Radios und der Massenproduktion von thermonuklearen Waffen nach unserer Erfahrung, diese Zeitspanne könnte so kurz sein wie Jahrzehnte. Der Durchschnittswert von L in der Galaxie könnte überall in diesem Intervall liegen, obwohl selbst eine kleine Anzahl sehr langlebiger Zivilisationen den Durchschnitt tatsächlich recht lang machen könnte. Angesichts der Unsicherheiten, die die Drake-Gleichung offenbart, kann das Argument der großen Zahlen die Frage nach der Häufigkeit von Zivilisationen in unserer Galaxie nicht lösen.

INTELLIGENZ AUF DER ERDE

Eine andere Möglichkeit, die Aussichten für anderes intelligentes Leben einzuschätzen, besteht darin, aus der Geschichte des Lebens auf der Erde zu extrapolieren. Zu dieser Frage gibt es eine Reihe von Argumenten, die ein ganzes Jahrhundert lang geprobt wurden, beginnend im Jahr 1904 mit Alfred Russel Wallace, dem Mitentdecker der Evolutionstheorie, und seitdem in Abständen von einer Reihe von Autoren wiederbelebt. Die Pessimisten in diesem Argument betonen die Kontingenz der Evolution, zum Beispiel, wenn man die Evolution von Tieren wiederholen würde, würden die Ergebnisse wahrscheinlich sehr unterschiedlich ausfallen, und insbesondere wird die Chance verschwinden, dass so etwas wie menschliche Intelligenz die Wiederholung zieren würde Stephen J. Gould schrieb 1989. Die Entwicklung der menschlichen Intelligenz hing schließlich von einer Reihe kontingenter Faktoren ab, einschließlich der Kollision eines großen Asteroiden mit der Erde vor 65 Millionen Jahren.Die Gegenargumente sind ebenso bekannt: Konvergenz wird in der Evolutionsgeschichte häufig beobachtet, und die Natur hat oft komplexe Phänomene wie Sehkraft und Flug entwickelt, so dass, obwohl eine bestimmte Evolutionslinie höchst kontingent sein kann, eine große Anzahl paralleler Pfade zu das gleiche funktionelle Ergebnis. Darauf wird entgegnet, dass sich die technische Intelligenz nur einmal auf der Erde entwickelt hat, also offensichtlich in diesem speziellen Fall keine Konvergenz funktionierte. Aber die Dinge sind nicht so eindeutig, wie die Arbeit der Meeresbiologin Lori Marino betont, haben mehrere Arten von Meeressäugern ein Intelligenzniveau entwickelt, das in quantifizierbaren Maßen über dem von Schimpansen liegt und leicht über dem von Schimpansen liegt homo habilis, einer der Vorfahren des modernen Menschen, der Werkzeuge verwendet.

Marino und ihre Kollegen beginnen mit einer reproduzierbaren Messung, die mit dem Begriff der Intelligenz korreliert und sowohl auf den Fossilienbestand als auch auf zeitgenössische Organismen angewendet werden kann. Es gibt mindestens eine solche Maßnahme, die Enzephalisation genannt wird. Die Enzephalisation wird normalerweise als Quotient (daher Enzephalisationsquotient oder EQ) ausgedrückt, der quantifiziert, um wie viel kleiner oder größer das Gehirn eines bestimmten Tieres im Vergleich zur erwarteten Gehirngröße (über eine Regression über viele Tiere) für ein Tier dieser Körpergröße ist. Tiere mit EQs über 1 sind überdurchschnittlich intelligent, Tiere mit EQ-Werten unter 1 sind weniger intelligent als für ihre Körpergröße erwartet. Es gibt starke Beweise dafür, dass EQ bei Primaten mit der Fähigkeit zur Innovation, sozialem Lernen und Werkzeuggebrauch bei Vögeln korreliert, es korreliert mit Verhaltensflexibilität. Es scheint daher einen guten messbaren Proxy für „Intelligenz&rdquo zu liefern. Der heutige Mensch hat mit 7,1 den höchsten EQ auf der Erde, was bedeutet, dass unser EQ mehr als 7-mal höher ist als für ein Tier unseres Körpergewichts erwartet.

In gut kontrollierten Studien wurde gezeigt, dass Delfine zur Spiegelselbsterkennung fähig sind, eine Fähigkeit, die außer dem Menschen nur von wenigen anderen Tieren demonstriert wird (Abbildung 5.12). Die höchsten EQ-Werte auf der Erde nach dem modernen Menschen sind die von vier Delfinarten, wobei der höchste der vier bei etwa 4,5 liegt. Menschenaffen haben niedrigere EQs, mit einem Mittelwert von etwa 1,9. Dies ist ungefähr das gleiche wie das des menschlichen Vorfahren

ABBILDUNG 5.12 QUELLE: Mit freundlicher Genehmigung von L. Marino.

Australopithecus. Zu unseren neueren Vorfahren zählen die Tool-Anwender Homo erectus und das frühere Homo habilis hatte EQ-Werte von etwa 5,3 bzw. 4,3.

Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Entwicklung der menschlichen Intelligenz auf der Erde kein ganz außergewöhnliches Phänomen ist. Mit einer ausreichend großen Datenbank mit EQ-Messungen für fossile Walarten kann man noch weiter gehen und damit beginnen, andere seit langem bestehende Behauptungen über die Intelligenz zu testen, wie etwa die Behauptung, dass die Zunahme der Enzephalisation aufgrund des selektiven Vorteils, der durch größere Gehirne. Marino und ihre Kollegen haben diese Analyse durchgeführt und statistische Tests auf Daten von modernen und fossilen Walen angewendet, die 50 Millionen Jahre zurückreichen. Sie zeigen, dass, obwohl der allgemeine Trend bei der Enzephalisation zugenommen hat, bei jedem gegebenen Artbildungsereignis die Nachfolgeart statistisch genauso wahrscheinlich einen niedrigeren EQ hatte wie eine höhere. Das heißt, die Enzephalisation war nicht allgegenwärtig, die Zunahme der Intelligenz am oberen Ende der Enzephalisation scheint eher als Random Walk modelliert zu sein als als allgegenwärtiger Selektionsdruck, der größere Gehirne begünstigt. Hervorzuheben ist jedoch, dass der Umfang des Datensatzes hier bisher sehr gering ist und für diese Art von Arbeiten kaum Fördermittel zur Verfügung stehen.

Diese Ergebnisse sind die eines erst im Entstehen begriffenen Forschungsprogramms, aber sie betonen, dass es reproduzierbare, quantitative Methoden gibt, die angewendet werden können, um einige seit langem bestehende Behauptungen über die Wahrscheinlichkeit der Evolution der Intelligenz im Universum zu beantworten.

So wie Studien des mikroskopischen Lebens auf der Erde das Denken über die Aussichten für Mikroorganismen anderswo beeinflussen, so kann die rigorose Erforschung der Evolution der Intelligenz auf der Erde unser Denken über die Aussichten für Intelligenz anderswo beeinflussen. Die Behandlung von „Intelligenz&rdquo als quantitativ erfassbare Eigenschaft des biologischen Universums sollte es uns ermöglichen, über Polemik hinauszugehen und die Grenzen unserer Unwissenheit datengesteuert zu verschieben.

ASTROBIOLOGIE UND DIE MENSCHLICHE ZUKUNFT

Fermi stellte 1950 drei Kollegen des Los Alamos National Laboratory seine berühmte Frage "Wollen Sie sich jemals fragen, wo alle sind?". In seiner modernen Version behauptet das "Fermi-Paradoxon", dass, wenn andere Zivilisationen in der Milchstraße existieren, einige viel älter sein müssen , vielleicht Milliarden von Jahren älter als unsere, dass solche Zivilisationen schon vor langer Zeit interstellare Reisen entwickelt hätten, die dann die Galaxie auf einer im Vergleich zur Lebenszeit der Galaxie kurzen Zeit erkundet oder kolonisiert hätten und dass sie daher hier wären. Aber da sie nicht hier sind, dürfen sie nicht existieren! Das Paradoxon gilt offensichtlich nicht im strengen logischen Sinne, da jede seiner Behauptungen bestenfalls eine Behauptung von Wahrscheinlichkeit ist, aber es war eine starke Kraft, um über die Aussichten für außerirdische Intelligenz nachzudenken.



Bemerkungen:

  1. Dazilkree

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  2. Mijinn

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  3. Thaw

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  4. Lanu

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  5. Yonos

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