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Was würde passieren, wenn sich Kohlenstoff-14 in einem Glukosemolekül befindet und in Stickstoff zerfällt?

Was würde passieren, wenn sich Kohlenstoff-14 in einem Glukosemolekül befindet und in Stickstoff zerfällt?



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Das interessierte mich wegen Melvin Calvins Experiment mit Photosynthese, bei dem er radioaktiven Kohlenstoff-14 verwendete. Wenn eine Pflanze es als Reaktionspartner zur Herstellung von Glukose verwendet und dass Kohlenstoff-14 in Stickstoff zerfällt, was würde mit dem Molekül passieren?


Ich habe keine Erfahrung mit dem Thema und konnte keinen Artikel finden, der sich auf diese Art von Reaktionen bezieht, aber meine Vermutung ist die folgende. Während der Kerntransmutation verliert der Radiokohlenstoff ein Elektron (Beta-Teilchen), sodass das Stickstoffprodukt eine positive Ladung hat. Danach gibt es 2 mögliche Szenarien.

a.) weniger plausibles Szenario

Das Beta-Teilchen trägt die Zerfallsenergie weg, so dass das Molekül eine niedrige Energie hat und sich neu anordnen kann.

Die Elektronenhüllen werden ein wenig kollabieren, da der Stickstoff einen kleineren Kernradius hat. Der Teil danach hängt davon ab, über welchen Kohlenstoff wir im Glukosemolekül sprechen. Ich würde folgende Umlagerungen vermuten:

  • ${-CH2OH} ightarrow {-NHOH} + H^+ $
  • ${=CHOH} ightarrow {=NH} + H^+ $
  • ${-CHO} ightarrow {-NO} + H^+ $

Es ist nicht einfacher, eine NH-Bindung im Vergleich zu den NC- und NO-Bindungen gemäß dieser Tabelle zu brechen, aber ich denke, was hier wirklich zählt, ist die Stabilität des Endprodukts, und $H^+$ ist viel stabiler als jedes $^ +O*$, $^+C*$ usw.-Ion.

b.) was passiert wirklich

Das Beta-Teilchen trägt die Zerfallsenergie nur teilweise ab. Der Stickstoff hat also viel Energie, die mehr als genug ist, um alle Bindungen zu lösen. Laut Wikipedia beträgt die Zerfallsenergie 0,156476 MeV. Vergleichen wir es mit den Bindungsenergien:

$ 0.156476 MeV = 2.50702189 cdot 10^{-17} kJ $

${2,51 cdot 10^{-17} kJ} cdot {6 cdot 10^{23} cdot 1/mol} = 1,51 cdot 10^7 kJ/mol$

Nach unserer Tabelle haben die kovalenten Bindungen etwa eine Energie von einigen hundert kJ/mol, z.B. eine C-N-Bindung hat eine Energie von 305 kJ/mol. Es ist also sehr wahrscheinlich, dass die chemischen Bindungen unmittelbar nach dem Zerfall aufbrechen und das Molekül zerfällt.


5. Juni 2021 ScienceNews

Inhaltsverzeichnis :
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Nachrichten
Warum manche bakterienabtötende Viren in ihrem genetischen Alphabet A gegen Z tauschen
Ein Kindergrab ist Afrikas älteste bekannte absichtliche menschliche Bestattung
Die Materie eines Neutronensterns ist vielleicht doch nicht so matschig
Astronomen entdecken Sterne, die möglicherweise aus Antimaterie bestehen
Einer der Saturnringe verrät Geheimnisse über den Kern des Planeten
All die Auswirkungen von COVID-19 auf das Gehirn zu entwirren, könnte Jahre dauern
Eine neu entdeckte Gruppe von Archaeen ist unerwartet klimafreundlich
Die Genauigkeit einer Uhr kann mit Unordnung einhergehen
Blitze schmieden Chemikalien, die Schadstoffe aus der Luft entfernen
Von Pferden und Eseln gegrabene Brunnen sind ein willkommener Anblick für andere Tiere in US-Wüsten
Korallen bekämpfen eine mysteriöse Krankheit mit Hilfe eines gängigen Antibiotikums
Mantis-Garnelen-Handgriffe beginnen bald nach dem Schlüpfen
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Formverändernde Pasta | Auf der Suche nach Antimaterie-Sternen

MAGAZIN DER SOCIETY FOR SCIENCE s 5. JUNI 2021

OPEN for Business Science Museen werden kreativ, um die Pandemie zu überleben

DIE WISSENSCHAFT UND POLITIK DES LEBENS UND STERBENS

„Ein überzeugendes Argument gegen den aktuellen Stand der Forensik sowie vielversprechende Lösungsansätze für die Zukunft. Eine ausgezeichnete Ressource.“ —Index der wahren Kriminalität

„Ein Kraftakt. Dies wird zu einem Quellenbuch für alle, die sich für die Gesundheitspolitik in den Vereinigten Staaten interessieren.“ —Priscilla Wald, Autorin von Contagious: Cultures, Carriers, and the Outbreak Narrative

„Eine umfassende Beschreibung des Gesetzes, der Bürokratie und der Hürden für die ärztliche Sterbehilfe. Augenöffnend.“ —Sharon R. Kaufman, Autorin von Ordinary Medicine: Extraordinary Treatments, Longer Lives, and Where to Draw the Line

„Ein kurzer Überblick über einige der wissenschaftlichen Literatur zur Wertschätzung des Lebens, einschließlich einiger der moralischen Fragen, die man berücksichtigen muss. . . . Auf jeden Fall eine Lektüre wert.“

„[Diese] lebendigen Geschichten werden sicher eine größere Aufmerksamkeit für die kleinen, alltäglichen Dramen wecken, die sich auf Spinnennetzen, auf Blumen und überall um uns herum abspielen.“

„Eine klare Mischung aus Biografie, Bibliografie und Geschichtsschreibung – eine persönliche Erzählung über das sich verändernde Terrain der Wahnsinnsforschung über fünf Jahrzehnte.“

Wissenschaftsmuseen in einer Pandemie TITELGESCHICHTE Institutionen, die Kinder und

Erwachsene für praktische wissenschaftliche Erfahrungen fanden Wege, um sich über Wasser zu halten, als COVID-19 ihre Türen schloss. Von Emily Anthes 22

Wiederverwendetes Heilmittel Der BCG-Impfstoff, der häufig zur Vorbeugung von Tuberkulose verwendet wird, zeigt Anzeichen dafür, dass er vor anderen Infektionen schützen und sogar das Immunsystem optimieren kann, um einige Autoimmunkrankheiten wie Typ-1-Diabetes zu bekämpfen. Von Amanda B. Keener

VON OBEN: SCIENCE GALLERY DUBLIN MORPHING MATTER LAB/CARNEGIE MELLON UNIV. NASA'S GODDARD SPACE FLIGHT CENTER

Warum manche bakterienabtötende Viren in ihrem genetischen Alphabet A gegen Z tauschen

Ein Kindergrab ist Afrikas ältestes bekanntes absichtliches Begräbnis

10 All die Auswirkungen von COVID-19 auf das Gehirn zu entwirren, könnte Jahre dauern

Die Materie eines Neutronensterns ist vielleicht doch nicht so matschig

12 Eine neu entdeckte Archaea-Gruppe ist unerwartet klimafreundlich

Astronomen entdecken Sterne, die möglicherweise aus Antimaterie bestehen

13 Die Genauigkeit einer Uhr kann mit Unordnung einhergehen

Einer der Saturnringe verrät Geheimnisse über den Kern des Planeten

Blitze schmieden Chemikalien, die Schadstoffe aus der Luft schrubben 14 Von Pferden und Eseln gegrabene Brunnen sind ein willkommener Anblick für andere Tiere in US-Wüsten Korallen bekämpfen eine mysteriöse Krankheit mit Hilfe eines verbreiteten Antibiotikums 15 Mantis-Garnelen-Handgriffe beginnen kurz nach dem Schlüpfen

NOTIZBUCH Citizen Scientists entdecken Säuglingssterne „in utero“, die den Paranuss-Effekt knacken

28 REVIEWS & PREVIEWS Eine neue Memoiren erzählt die Lebensgeschichte einer „versteckten Figur“ der NASA

COVER Eine clevere Idee, um Kinder in einer Pandemie zu schützen: Rüsten Sie sie für ein "Reinraum"-Camp der NASA aus. Weltraumzentrum Houston

www.sciencenews.org | 5. Juni 2021 1

Vielleicht halten Sie das Lesen von Science News für ein einsames Vergnügen, aber ich habe Neuigkeiten für Sie: Sie sind nicht allein. In diesem Moment liest wahrscheinlich jemand anderes genau diese Anmerkung der Redaktion oder die Geschichte auf Seite 10 über die mysteriösen Auswirkungen des Coronavirus auf das Gehirn der Menschen oder vielleicht den Artikel auf Seite 14, wie wilde Esel und Pferde Wasserbrunnen graben, die den Durst stillen vieler Lebewesen, sogar ein Gastforscher. Und das ist nicht nur ein Hype. Zwischen unserem Flaggschiff-Printmagazin und den Millionen von Menschen, die uns online lesen (24 Millionen Website-Nutzer im Jahr 2020), sowie Schülern und Lehrern an mehr als 5.000 Schulen in unserem Programm Science News in High Schools haben Sie viel Gesellschaft. Auch eine gute Gesellschaft. Unsere Leser sind ein erfahrenes Team, und sie zögern nicht, uns mitzuteilen, wenn wir einen Fehler gemacht haben (danke!), Fragen zu stellen oder einem Artikel eine Perspektive hinzuzufügen. Und obwohl wir wie jede Nachrichtenorganisation unseren Anteil an zufälligen Schimpfwörtern erhalten, erfreut mich das Öffnen unseres Feedback-Posteingangs ([email protected]) immer wieder aufs Neue. Nehmen Sie den kürzlich erschienenen Brief von Judith Shea, die als Antwort auf unseren Sonderbericht über die Wissenschaft der Fehlinformation, einschließlich der langen Geschichte der Angriffe auf Impfstoffe, geschrieben hat (SN: 08.05.21 & 22.05.21, S. 32). „Ich frage mich, ob jemand in meinem Alter ‚gegen Impfung‘ ist“, schreibt die 1941 geborene Shea , Röteln, Keuchhusten und mehr. "Polio war am meisten gefürchtet", schreibt sie. „Wir lagen nachts wach und stellten uns vor, wie es wäre, wenn unsere Beine, Arme oder sogar unser ganzer Körper gelähmt wären.“ Als Shea in den 1960er Jahren ihre eigenen Kinder bekam: „Wow, es war so viel besser. Keine Polio-Sorgen, keine Schäden an ungeborenen Kindern durch Viren wie Masern.“ Einige Briefe sind herzzerreißend, darunter einer von einem Lehrer als Reaktion auf unseren Artikel über die anhaltende Unterrepräsentation von Minderheiten in MINT (SN: 08.05.21 & 22.05.21, S. 20). Nanceen Hoskins beschrieb ihre eigene Erfahrung, wie farbige Schüler in niedrigeren Klassen davon abgehalten wurden, Ehrenklassen zu besuchen, selbst wenn sie mehr als fähig sind. „Letztendlich sieht das System Farbige weiterhin als weniger intelligent an, was dann durch Statistiken verstärkt wird, weil sie am Tor ausgelöst wurden, bevor sie laufen konnten.“ Wir erhalten auch Geschichten aus erster Hand von Wissenschaftlern, die einen Platz in der ersten Reihe der Wissenschaft hatten, einschließlich einer kürzlich erschienenen Mitteilung von A. Michael Noll über unseren Beitrag über die Entwicklung der Videotelefonie (SN: 24.04.21, S. 22). In den 1970er Jahren arbeitete er an der Entwicklung von Videokonferenztechnologien – und trug sogar zur Videotelefonsequenz im Film 2001: A Space Odyssey bei. Und wir freuen uns immer, wenn der Name von Benny Rietveld im Posteingang auftaucht. Er ist nicht nur langjähriger Leser (abonniert, wie er bemerkt, „seit vor dem Internet“), sondern auch Bassist der legendären Band Santana. Sein neuestes Schreiben kritisierte eine Schlagzeile über „Schäden“, die durch das Zögern von Impfstoffen verursacht wurden. "Ich persönlich möchte, dass jeder den Artikel liest, und ein sofortiges Urteil im Titel birgt die Gefahr, potenzielle Leser abzulehnen, die möglicherweise von Anfang an eine Anti-Vax-Haltung haben." Guter Punkt, Herr Rietveld. Bitte schreib weiter und danke für die Musik! — Nancy Shute, Chefredakteurin Society for Science & the Public ist eine 1921 gegründete gemeinnützige Mitgliederorganisation gemäß 501(c)(3). informieren, aufklären, inspirieren. Erfahren Sie mehr unter socialforscience.org. Copyright © 2021 Gesellschaft für Wissenschaft und Öffentlichkeit. Titel als Marke bei US-amerikanischen und kanadischen Patentämtern eingetragen. Die Veröffentlichung von Teilen von Science News ohne schriftliche Genehmigung des Herausgebers ist untersagt. Um die Erlaubnis zum Kopieren von Artikeln zu erhalten, wenden Sie sich bitte an [email protected] Sponsoreninhalte und Werbung, die in dieser Veröffentlichung erscheinen, stellen keine Billigung ihres Inhalts durch Science News oder die Gesellschaft dar.

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Wenn die Leser von Science News reden, hören wir zu

2 WISSENSCHAFTLICHE NACHRICHTEN | 5. Juni 2021

Unterrichtet von Professor Emily Levesque

Große Helden und Entdeckungen der Astronomie

Was uns die Helden der Astronomie beibringen können

Design und Bau des modernen Teleskops

Harvard-Heldinnen zeigen uns die Sterne

Die heroische Entdeckung anderer Galaxien

Edwin Hubble und das expandierende Universum

Helden des Hubble-Weltraumteleskops

Pioniere der Radioastronomie

Den kosmischen Mikrowellenhintergrund entdecken

Vera Rubin und die Entdeckung der Dunklen Materie

10. Den Anfang und das Ende des Kosmos finden 11. Wie Astronomen unsere Welt geformt haben 12. Die Entdecker explodierender Sterne 13. Pioniere der Röntgen- und Ultraviolett-Astronomie 14. Auf der Suche nach Neutronensternen und Schwarzen Löchern 15. Astronomen bringen Einstein in die Welt Test 16. Die heroische Entdeckung von Gravitationswellen 17. Heroische Vermessungen des gesamten Nachthimmels 18. Carl Sagan: The Great Space Communicator 19. Die Schuhmacher enthüllen Asteroiden und Kometen 20. Pluto und den Kuipergürtel entdecken 21. Sonnenastronomen enthüllen das Universum 22. Die heroische Jagd nach extrasolaren Planeten

Treffen Sie die leuchtenden Sterne der Astronomie Während Titanen der Astronomie wie Edwin Hubble, Albert Einstein und Carl Sagan unser Verständnis des sichtbaren und unsichtbaren Universums revolutionierten, waren sie nicht allein. Die Geschichte der Astronomie ist viel komplexer – und faszinierender – als es scheint. Professor Emily Levesques Great Heroes and Discoveries of Astronomy ist vollgepackt mit 24 reich illustrierten Lektionen, die Sie um die Welt und durch die Zeit führen, um ein Licht auf die unbesungenen Helden der Astronomie zu werfen. Entdecken Sie, wie Annie Jump Canon, Karl Jansky, Vera Rubin und andere die Astronomie im letzten Jahrhundert geprägt haben. Erleben Sie außerdem die Entwicklung des astronomischen Wissens in kleinen Schritten und unglaublichen Sprüngen: bahnbrechende neue Theorien, zufällige Beobachtungen und technische Meisterleistungen (auf der Erde und im Weltraum). Sie werden ein neues Verständnis dafür gewinnen, warum wir die Sterne schon immer so faszinierend fanden. Und warum wir es immer tun werden.

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23. Die Sucher des außerirdischen Lebens 24. Die Helden der Astronomie von morgen

Große Helden und Entdeckungen der Astronomie Kurs Nr. 10050 | 24 Lektionen (Durchschn. 26 Minuten/Lektion)

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Auszug aus der Science News vom 5. Juni 1971

vor kurzem vom Kurs abgekommen. Laut Volkszählungsdaten lebten im April 2020 331,5 Millionen Menschen in den Vereinigten Staaten. Aber von Juli 2019 bis Juli 2020 wuchs die Bevölkerung nur um 0,35 Prozent – ​​die niedrigste jährliche Wachstumsrate seit über einem Jahrhundert. Die meisten der letzten 50 Jahre wuchs die Bevölkerung um etwa 1 Prozent pro Jahr, auch dank der Zuwanderung. Während die Geburtenrate nach 1971 unter 2,1 Kinder pro Frau sank und die Geburtenrate zwischen 1970 und 2014 um 29 Prozent zurückging, vervierfachte sich die im Ausland geborene Bevölkerung auf über 40 Millionen Menschen. Aber die Einwanderung hat sich verlangsamt. Im Jahr 2020 sank die Geburtenrate auf ein Rekordtief von 1,64 Kindern pro Frau.

4 NACHRICHTEN DER WISSENSCHAFT | 5. Juni 2021

Die Milchstraße ist übersät mit gelben Kugeln (in diesem Falschfarben-Infrarotbild eingekreist), Regionen mit ionisierten Gasblasen, in denen Babysterne geboren werden.

Blasen blasende Babysterne bilden „Yellowballs“ Wissenschaftler haben den Fall mysteriöser kosmischer Objekte namens „Yellowballs“ gelöst. Jeder dieser Himmelsflecken markiert den Geburtsort vieler Sterne mit einem breiten Massenspektrum und nicht eines einzelnen supermassiven Sterns, berichten Forscher im Astrophysical Journal vom 16. April.

Die Sterne in diesen Haufen sind relativ jung, nur etwa 100.000 Jahre alt. „Ich betrachte diese als Sterne im Uterus“, sagt Grace Wolf-Chase, Astronomin am Planetary Science Institute mit Sitz in Naperville, Illinois. Zum Vergleich: Die massereichen Sterne, die sich im Orionnebel bilden, sind

Wie die Physik Paranüssen an die Spitze verhilft Ein neues Experiment zeigt kurz und bündig, warum sich die größten Partikel in manchen Mischungen an der Spitze sammeln. Dieses Phänomen ist als Paranusseffekt bekannt, da das Anstoßen von gemischten Nüssen dazu neigt, sperrige, längliche Paranüsse (die größten Nüsse, die unten gezeigt werden) nach oben in einen Behälter zu bringen. Der Effekt ist auch in Müslischachteln und sogar unter Weltraumfelsen zu sehen (SN: 10/4/14, S.4). Das Verständnis der Funktionsweise könnte Herstellern dabei helfen, einheitlichere Mischungen von Zutaten für die Lebensmittelverarbeitung oder eine gleichmäßigere Verteilung von Wirkstoffen in Medikamententabletten zu schaffen, berichten Forscher vom 19. April in Scientific Reports. Der Paranuss-Effekt war schwer zu knacken, weil es schwierig ist, zu verfolgen, wie sich einzelne Objekte mitten in einer Mischung bewegen, sagt Parmesh Gajjar, ein Imaging-Wissenschaftler an der University of Manchester in England. Mithilfe von Röntgen-CT-Scans verfolgten Gajjar und Kollegen die Bewegung einzelner Erdnüsse und Paranüsse in einer Schachtel, während diese hin und her geschüttelt wurde – und erstellten die ersten 3D-Videos des Paranuss-Effekts in Aktion. In den Videos lagen die Paranüsse meist waagerecht, wenn sie in den Container gekippt wurden. Aber als die Kiste zitterte, stießen Kollisionen zwischen Nüssen einige der Paranüsse dazu, vertikaler zu zeigen. Diese vertikale Ausrichtung ermöglichte es kleineren Erdnüssen, die höher in der Mischung waren, nach unten zu fallen und sich am Boden anzusammeln, wodurch die Paranüsse nach oben gedrückt wurden. Während dieses Ergebnis die Neugier von Liebhabern von gemischten Nüssen befriedigen könnte, sind das Erdnüsse im Vergleich zu dem praktischen Nutzen, den sie für die pharmazeutische Industrie haben könnten. — Maria Temming Sehen Sie sich unter bit.ly/SN_BrazilNut ein Video zum Aneinanderstoßen von Nüssen an

A VON OBEN: JPL-CALTECH/NASA ADAM LAU/BERKELEY ENGINEERING

Die Bevölkerung der Vereinigten Staaten wächst jährlich um ein Prozent, und selbst bei niedrigeren Geburtenraten wird sich dieser Trend wahrscheinlich fortsetzen. Sinkt die Geburtenrate auf 2,1 Kinder pro Frau, würde sich die Bevölkerung des Landes im Jahr 2037 bei 267 Millionen einpendeln. Dies würde jedoch einen unwahrscheinlichen Rückgang der Geburtenrate um 50 Prozent erfordern.

VON OBEN: CHARLES KERTON/IOWA STATE UNIV., SPITZER/NASA BOBLIN/E+/GETTY IMAGES PLUS

etwa 3 Millionen Jahre alt ist die Sonne mittleren Alters 4,6 Milliarden Jahre alt. Freiwillige des Milky Way Project identifizierten die Objekte zum ersten Mal, als sie Bilder der Galaxie durchsuchten, die vom Spitzer-Weltraumteleskop aufgenommen wurden. Das heute nicht mehr existierende Observatorium sah den Kosmos im Infrarotlicht, was es Astronomen ermöglichte, "zu untersuchen, was in diesen kalten Umgebungen vor sich geht, bevor die Sterne tatsächlich geboren werden", sagt Wolf-Chase. Die Citizen Scientists hatten nach Babysternen gesucht, von denen angenommen wurde, dass sie mindestens die 10-fache Masse der Sonne haben und die ionisierte Gasblasen bliesen. Einige Benutzer begannen, bestimmte Objekte mit dem Tag #yellowballs zu kennzeichnen, weil sie auf den Falschfarbenbildern so aussahen. Zwischen 2010 und 2015 fanden die Freiwilligen 928 Yellowballs. Da Yellowballs eine zufällige Entdeckung waren, wussten die Forscher, dass sie wahrscheinlich nicht genug gefangen hatten, um die Objekte definitiv zu identifizieren. Also im Jahr 2016,

Wissenschaftler bekommen das Skinny auf der Neutronenhaut von Blei

Ein gelber Ball (eingekreist, links), der zunächst als Vorläufer einer Gasblase (rechts) angesehen wurde, die um einen massereichen jungen Stern geblasen wurde, ist in Wirklichkeit eine Blase, die von einem Haufen weniger massereicher Sterne geblasen wird.

Freiwillige machten sich auf die Suche nach mehr. Bis zum folgenden Jahr hatte die Gruppe mehr als 6.000 Yellowballs gesichtet. Das Team von Wolf-Chase verglich etwa 500 dieser Kugeln mit Katalogen von Sternhaufen und anderen Strukturen, um herauszufinden, was die Kugeln waren. „Wir haben eine gute Antwort: Sie sind junge Sternhaufen“, sagt Wolf-Chase. Ein Cluster bläst eine ionisierte Blase, die der Art ähnelt, die von einem großen jungen Stern geblasen wird. — Lisa Grossmann

Eine neue Technologie macht aus Kunststoff Kompost VON OBEN: JPL-CALTECH/NASA ADAM LAU/BERKELEY ENGINEERING

VON OBEN: CHARLES KERTON/IOWA STATE UNIV., SPITZER/NASA BOBLIN/E+/GETTY IMAGES PLUS

In Experimenten brach eine enzymhaltige Kunststofffolie (links) nach einer Woche im Kompost (rechts) zusammen. Nach zwei Wochen zerfiel der Kunststoff vollständig.

Eine Prise polymerfressender Enzyme könnte biologisch abbaubares Plastik wirklich kompostierbar machen. Bei Temperaturen knapp über den typischen Temperaturen eines heißen Sommertages zerfielen enzymhaltige Kunststofffolien innerhalb von Tagen bis Wochen in normalem Kompost oder einfachem Leitungswasser, berichten Forscher in der Zeitschrift Nature vom 22. April. „Biologische Abbaubarkeit ist nicht gleich Kompostierbarkeit“, sagt der Polymerwissenschaftler Ting Xu von der University of California, Berkeley und dem Lawrence Berkeley National Laboratory. Die meisten biologisch abbaubaren Kunststoffe landen auf Deponien, wo die Bedingungen für einen effizienten Abbau der Kunststoffe nicht gegeben sind. Die Einbettung polymerzerkleinernder Enzyme in biologisch abbaubaren Kunststoff soll die Zersetzung beschleunigen. Doch in der Praxis verklumpen solche Enzyme und zerschneiden die Molekülketten der Kunststoffe nur teilweise und hinterlassen Mikroplastik (SN: 16.01.21, S. 5). Xus Team fügte zwei biologisch abbaubaren Kunststoffen, darunter einem für Lebensmittelverpackungen, Enzyme zusammen mit einem Antiklumpen-Additiv hinzu. Die Enzyme durchtrennten fast jedes Kettenglied und zerstörten das Plastik vollständig. Die Technologie funktioniert noch nicht bei allen Kunststoffen, aber Xu hat eine Patentanmeldung eingereicht und ein Co-Autor hat ein Start-up gegründet, um die Technik zu kommerzialisieren. „Wir wollen, dass das in jedem Lebensmittelgeschäft steht“, sagt sie. — Carmen Drahl

Einige Atomkerne sind dünnhäutig mit einem schmalen Rand aus Neutronen. Physiker wissen jetzt, wie dick die Neutronenhaut für einen Kerntyp ist. Die Haut von Blei-208 – einer Bleisorte mit 126 Neutronen und 82 Protonen – ist etwa 0,28 Billionstel Millimeter dick, berichten Forscher in den Physical Review Letters vom 30. April. Der Kern von Blei-208 ist ungefähr kugelförmig, eine Kugel aus Protonen, die sich mit einer etwas größeren Neutronenkugel überlappt. Die Messung des Größenunterschieds zwischen den Kugeln zeigt die Dicke der Neutronenhaut von Blei. Die Größe der Protonenkugel zu messen ist einfach: Physiker können elektrisch geladene Teilchen auf den Kern schießen und untersuchen, wie die Teilchen an den positiv geladenen Protonen streuen. Da Neutronen jedoch keine elektrische Ladung haben, ist das Volumen, das sie einschließen, schwerer zu messen. Forscher des Lead Radius Experiment oder PREX-II am Jefferson Lab in Newport News, Virginia, haben gemessen, wie Elektronen entsprechend ihrem Spin oder Drehimpuls vom Kern streuen. Da Elektronen je nach Richtung ihres Spins mit Neutronen unterschiedlich schnell wechselwirken, ergab das Experiment die Breite der Neutronenkugel und damit die Neutronenhautdicke. Die Haut war etwas dicker als die Physiker vorhergesagt hatten. Das sei ein Ergebnis, das „alle aufhorchen lässt“, sagt Krishna Kumar, PREX-II-Co-Sprecherin an der University of Massachusetts Amherst. Ähnliche Messungen könnten Wissenschaftlern helfen, Theorien über den Atomkern und andere Bereiche, in denen Neutronen zusammengepfercht sind, wie in Neutronensternen, besser zu verstehen. — Emily Conover

Billionstel Millimeter Dicke der Neutronenhaut des Kerns eines Bleiatoms www.sciencenews.org | 5. Juni 2021 5

Einzigartige virale DNA vereitelt Bakterien Manche Phagen tauschen A gegen Z in ihrem genetischen Alphabet VON TINA HESMAN SAEY

Einige bakterienabtötende Viren buchstabieren ihre genetischen Anweisungen in einem anderen DNA-Alphabet. Vor über 40 Jahren berichteten russische Wissenschaftler, dass eine Art Bakteriophage den DNA-Baustein Adenin, oft als A bezeichnet, durch 2-Aminoadenin, bezeichnet als Z, ersetzt Z, oder warum. Jetzt haben unabhängige Forschungsgruppen herausgefunden, wie die Viren Z herstellen und in ihre genetischen Anweisungen einbauen, und einen Grund dafür, berichten die Teams vom 23. April in Nature Communications und in der 30. April Science. Die Ergebnisse haben Auswirkungen sowohl auf die Ursprünge des Lebens auf der Erde als auch auf die Suche nach Leben auf anderen Planeten, sagt Farren Isaacs, Molekular- und synthetischer Biologe an der Yale University, der einen Kommentar in derselben Ausgabe von Science mitverfasst hat. "Es ist eine wirklich grundlegende Entdeckung." In den 1990er Jahren stieß der Xenobiologe Philippe Marlière, der das Leben untersucht, das der Wissenschaft fremd, fremd oder unbekannt ist, auf eine russische Studie von 1977, in der der Cyanophage S-2L beschrieben wurde. Während seiner Zeit am Pasteur-Institut in Paris haben er und seine Kollegen

Die Standard-DNA-Base Adenin, bekannt als A, verbindet sich mit ihrem Partner Thymin, T, über zwei Wasserstoffbrücken (orange, linkes Diagramm). Die Base 2-Aminoadenin, Z (rechts) genannt, hat eine Aminogruppe mehr (rot) als Adenin. Diese Zugabe ermöglicht es Z, eine zusätzliche Wasserstoffbrücke (orange) mit Thymin zu bilden, was die Z-T-Paarung stabiler macht als die A-T-Paare.

vom Gastgeber zerstört werden“, sagt er. Es ist möglich, dass es noch andere Phagen gibt, die Z oder andere alternative DNA-Basen verwenden, sagt Steven Benner, Chemiker und Astrobiologe bei der Foundation for Applied Molecular Evolution in Alachua, Florida. „Diese Jungs haben eine ganze Biosphäre entdeckt.“ das fehlte in unserem Inventar.“ Obwohl es umstritten ist, ob Viren wirklich leben, könnten die Ergebnisse die Suche nach Leben auf anderen Planeten beeinflussen (SN: 30.04.16, S. 28). Anstatt nach den Standard-DNA-Basen zu suchen – Guanin, Thymin, Adenin und Cytosin – sollten Forscher vielleicht nach 2-Aminoadenin, der Z-Base, suchen, sagt Benner. Immerhin bildet Z mit Thymin drei Wasserstoffbrücken, anstelle der beiden Wasserstoffbrücken, die die A-T-Basenpaare zusammenhalten. Das macht Z-T-gepaarte DNA stabiler und hält möglicherweise heißeren oder härteren Bedingungen besser stand als herkömmliche DNA, sagt Benner. Bei der zusätzlichen Stabilität könnte man sich fragen, warum nicht alle Organismen auf der Erde Z verwenden. Stabilität ist nicht alles, sagt Floyd Romesberg, ein synthetischer Biologe in La Jolla, Kalifornien, beim Pharma- und Biotechunternehmen Sanofi. DNA muss abgewickelt und zerlegt werden, um kopiert zu werden. Das kann mit Z-T-Basenpaaren schwieriger sein. Z verändert auch, wie sich die DNA krümmt und biegt, was es vielleicht schwieriger macht, in enge Räume zu packen, wie es A-haltiges genetisches Material kann. Das könnte A für andere Organismen besser machen. Oder vielleicht war es nur ein Unfall, dass A zuerst kam. Sobald Zellen diese Basis nutzen würden, müssten sich zu viele Dinge ändern, um vollständig auf eine andere Basis umzustellen, sagt Romesberg, der seit Jahren daran arbeitet, Bakterien dazu zu bringen, exotische DNA-Basen einzubauen (SN: 14.06.2014, S. 14 .). ). Die abgespeckten Genome von Viren sind flexibler, sagt Romesberg: Sie tragen weniger Maschinen mit sich, weil sie den Wirt die meiste Arbeit erledigen lassen. Sogar die Z-Phagen machen nur den ersten Schritt bei der Herstellung von Z und verlassen sich auf mehrere Wirtsenzyme, um das Rezept zu vervollständigen. Es ist nicht bekannt, ob auch zelluläre Organismen Z in ihre DNA schreiben können. S

D. CZERNECKI ET AL/NATURKOMMUNIKATION 2021

entschlüsselte den kompletten Satz genetischer Anweisungen des Phagen. Im Genom befanden sich Anweisungen zum Bau eines Enzyms namens PurZ, das den ersten Schritt zur Herstellung von Z ausführen könnte. Es stellte sich heraus, dass der Cyanophage S-2L nicht nur Z baut, sondern auch Enzyme enthält, die A abbauen keine andere Wahl, als Z in seine DNA zu integrieren, berichten der Biochemiker Pierre Alexandre Kaminski vom Pasteur Institute und Kollegen in Nature Communications. Marlière, Präsident des European Syndicate of Synthetic Scientists and Industrialists in Berlin, hatte seine ursprünglichen Ergebnisse bisher unveröffentlicht gelassen, nachdem er weitere Phagen entdeckt hatte, die PurZ enthalten. Siphoviridae-Phagen, die eine Vielzahl von Bakterien infizieren, machen die Dinge anders als Cyanophage S-2L. Diese Phagen haben alle Versionen eines Enzyms namens DpoZ, das vorzugsweise Z anstelle von A in die DNA einfügt, berichten Marlière und Kollegen in Science. Huimin Zhao, ein synthetischer Biologe an der University of Illinois in UrbanaChampaign, hatte unabhängig von Phagen gehört, die Z-haltige DNA verwenden. Seine eigene Suche in Datenbanken fand 60 Phagen mit PurZ, darunter Phagen aus den Familien Siphoviridae und Podoviridae. Sein Team, das in Science berichtete, arbeitete auch den biochemischen Weg aus, den die Phagen verwenden, um Z herzustellen und einzubauen, und fand Enzyme, die A abbauen. Zhao schlägt vor, dass das Ersetzen von A durch Z eine Gegenmaßnahme gegen bakterielle Abwehrenzyme ist, die als Restriktionsenzyme bekannt sind zerhacken DNA von eindringenden Phagen. Solche Enzyme haben es schwer, Z-Basen enthaltende DNA zu erkennen und zu schneiden, fanden er und seine Kollegen heraus. „Der Phagen versucht zu vermeiden

6 WISSENSCHAFTLICHE NACHRICHTEN | 5. Juni 2021

Afrikas ältestes bekanntes Grab ausgegraben Menschen begruben absichtlich die Toten während der mittleren Steinzeit

JORGE GONZÁLEZ, ELENA SANTOS

Ein Kind, dessen lebloser Körper vor rund 78.300 Jahren vorsichtig in eine ostafrikanische Höhle gelegt wurde, ist zurückgekehrt. Forscher, die die sterblichen Überreste des alten Jünglings ausgruben, sagen, dass sie die älteste bekannte absichtliche menschliche Bestattung in Afrika gefunden haben. Die Ermittler, die die Entdeckung in der Nature vom 6. Mai berichten, haben den uralten Jungen Mtoto genannt, ein Swahili-Wort, das "Kind" bedeutet. „Mtoto wurde in einem geschützten Teil einer Höhle begraben, die über einen Zeitraum von fast 80.000 Jahren bis vor etwa 500 Jahren immer wieder von Menschen bewohnt wurde“, sagt der Archäologe Michael Petraglia vom Max-Planck-Institut für Menschheitsgeschichte in Jena , sagte auf einer Pressekonferenz am 3. Mai. Einheimische besuchen diesen Ort immer noch, um anzubeten und Rituale durchzuführen. Die Entdeckung von Mtoto legt nahe, dass gegen Ende der mittleren Steinzeit, die vor etwa 320.000 bis 30.000 Jahren dauerte, „eine Tradition von symbolisch bedeutsamen Bestattungen, zumindest für die Allerkleinsten, in Teilen Afrikas kulturell verankert sein könnte“. Bioarchäologin Louise Humphrey vom Natural History Museum in London schreibt in einem Kommentar in derselben Ausgabe von Nature. Ausgrabungen in Panga ya Saidi oder PYS, einer Höhlenstätte in bewaldeten Hügeln, etwa 15 Kilometer von der kenianischen Küste entfernt, haben Mtotos Grab freigelegt. Petraglia und die Max-Planck-Archäologin Nicole Boivin leiteten dort ab 2010 die Arbeit. Erste Anzeichen für Mtotos Begräbnis tauchten 2013 auf. Bei Ausgrabungen wurde ein Teil einer flachen Grube freigelegt, aber fragmentarische Knochen, die in der Grube sichtbar waren, waren zu zerbrechlich, um sie zu entfernen oder genau zu untersuchen. Im gleichen Sediment waren Steinwerkzeuge aufgetaucht, die für die mittlere Steinzeit Afrikas typisch waren, und gaben den Forschern ein Gefühl dafür, wie alt die Knochen waren. Laboranalysen ergaben, dass das Sediment zuletzt

Sonnenlicht vor etwa 78.300 Jahren. Die Ermittler gruben 2017 die gesamte Grube aus und bedeckten sie mit Gips für den Transport in die National Museums of Kenya in Nairobi. Dort bemerkten Forscher, dass zwei Zähne in der Grube menschlich aussahen. Die verputzte Grube wurde dann an die Paläoanthropologin María MartinónTorres am Nationalen Forschungszentrum für menschliche Evolution in Burgos, Spanien, geschickt. Nachdem sie den Gips um den Lehmblock entfernt hatte, erstellte ihr Team mithilfe von CT-Bildgebung digitale Versionen der PYS-Knochen, die das Teilskelett eines jungen Homo sapiens-Kindes enthüllten. Fossile Positionen deuteten darauf hin, dass das Kind auf der rechten Seite mit den Knien zur Brust gebeugt war. Viele Knochen waren intakt genug, um aus der Grube entfernt zu werden. Die Größe und Entwicklung von drei isolierten Backenzähnen in der Grube deutete darauf hin, dass das Kind im Alter von 2,5 bis 3 Jahren gestorben war. Mikroskopische Untersuchungen der Fossilien und chemische Analysen von Grubensedimenten zeigten, dass der Körper des Kindes kurz nach dem Tod beigesetzt wurde, bevor die Zersetzung begann. Das erklärt, warum Teile des Kinderskeletts

Diese virtuelle Rekonstruktion zeigt die ursprüngliche Position eines Kinderknochens in einem vor rund 78.300 Jahren ausgehobenen kenianischen Grab und ist damit die älteste bekannte menschliche Bestattung in Afrika.

bleiben gut erhalten, einschließlich einer Schädelbasis, die mit drei Halsknochen verbunden ist. Bei der Beerdigung von Mtoto sei besondere Sorgfalt aufgewendet worden, sagte Martinón-Torres. Zum Beispiel waren die Schädelbasis und die daran befestigten Nackenknochen von anderen Rückgratknochen weggefallen, was darauf hindeutete, dass der Kopf des Kindes ursprünglich auf einer verfallenen Stütze oder einem Kissen lag. Die Drehung eines Schlüsselbeins und zweier Rippen deutete darauf hin, dass Mtotos Oberkörper ursprünglich in ein Leichentuch gehüllt war. Ein Säugling, der 1941 in einer Grube in der Grenzhöhle des südlichen Afrikas gefunden wurde, wurde zuvor als Afrikas früheste Bestattung bezeichnet. Aber Beweise für dieses Argument bleiben ungewiss, sagte Petraglia. Das Kleinkind der Border Cave wurde vor 74.000 bis 58.000 Jahren datiert. Auch wenn Mtoto die älteste Bestattung Afrikas ist, wurden in Eurasien und im Nahen Osten mehr und noch ältere Bestattungen aus der Mittelsteinzeit gefunden als in Afrika. Vor mehr als 90.000 Jahren wurden Menschen in einer israelischen Höhle begraben (SN: 01.11.03, S. 277). Und Neandertaler könnten vor 60.000 bis 70.000 Jahren ihre Toten in einer Höhle im irakischen Kurdistan begraben haben (SN: 28.03.20, S. 17). Mtoto und die mögliche Bestattung in der Grenzhöhle passen zu einem Muster aus der Mittelsteinzeit in Eurasien, in dem Säuglinge und Kinder an öffentlichen Orten beigesetzt werden, sagt der Archäologe João Zilhão von der Universität Barcelona, ​​der nicht an der Studie beteiligt war. Nach rund 30.000 Jahren wurden eurasische Säuglinge und Kinder an abgelegenen Orten begraben (SN: 08.05.99, S. 295), im Gegensatz zu Teenagern und Erwachsenen, sagt er. Es ist nicht klar, warum es damals altersbedingte Unterschiede in der Behandlung der Toten gab. Viele Afrikaner aus der mittleren Steinzeit haben möglicherweise die Toten aller Altersstufen an isolierten Orten begraben, nicht in Höhlen, in denen weiterhin Menschen lebten, sagt die Archäologin Lyn Wadley von der University of the Witwatersrand in Johannesburg, die ebenfalls nicht an der Studie beteiligt war. Wenn dies der Fall ist, wird es höchstwahrscheinlich eine Herausforderung sein, weitere afrikanische Bestattungen aus Mtotos Zeit zu finden. „Freilichtgräber sind nicht leicht zu finden und die Erhaltung ist wahrscheinlich schlecht“, sagt sie. s www.sciencenews.org | 5. Juni 2021 7

Antisterne könnten in der Milchstraße lauern

Stellare Leichen, die Neutronensterne genannt werden (einer davon abgebildet), enthalten unglaublich dichte Materie, die nach einer neuen Messung nicht leicht komprimiert werden kann.

Einige fehlende Antimaterie könnten als Sterne überleben

Die große Breite eines toten Sterns weist auf die Quetschbarkeit seiner Materie hin VON EMILY CONOVER

Wie eine ausgetrocknete Zitrone aus dem Kühlschrank sind Neutronensterne weniger quetschbar als erwartet. Neue Messungen des massereichsten bekannten Neutronensterns ergaben, dass er einen überraschend großen Durchmesser hat, was darauf hindeutet, dass die Materie im Inneren nicht so matschig ist, wie einige Theorien vorhergesagt haben, berichteten Physiker des Neutronensterns Interior Composition Explorer oder NICER, Zusammenarbeit am 17. ein virtuelles Treffen der American Physical Society. Wenn ein sterbender Stern explodiert, kann er ein Andenken hinterlassen: einen mit Neutronen vollgestopften Überrest. Diese Neutronensterne sind außergewöhnlich dicht – als würden sie den Mount Everest in einen Teelöffel komprimieren, sagte NICER-Astrophysiker Zaven Arzoumanian vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland. „Wir wissen nicht, was mit der Materie passiert, wenn sie bis zu diesem extremen Punkt zerdrückt wird.“ Je massereicher der Neutronenstern ist, desto extremer sind die Bedingungen in seinem Kern. In enormer Dichte zusammengedrängt, können Teilchen ungewöhnliche Aggregatzustände bilden.Zum Beispiel können Teilchen, die als Quarks bekannt sind – normalerweise in Protonen und Neutronen enthalten – frei im Zentrum eines Neutronensterns herumlaufen. Die Zusammensetzung des Kerns bestimmt seine Quetschbarkeit. Wenn Quarks freie Agenten innerhalb der massereichsten Neutronensterne sind, wird der immense Druck den Kern des Neutronensterns stärker komprimieren, als wenn Quarks in Neutronen verbleiben. Aufgrund dieser Komprimierbarkeit bedeutet mehr Masse bei Neutronensternen nicht unbedingt einen größeren Durchmesser.

Wenn die Materie von Neutronensternen matschig ist, könnten die Objekte mit zunehmender Masse schrumpfen (SN: 29.08.20, S. 11). Um zu verstehen, wie die Innereien von Neutronensternen darauf reagieren, durch die kosmische Auswringmaschine getrieben zu werden, nutzten Wissenschaftler das Röntgenteleskop NICER an Bord der Internationalen Raumstation, um die Durchmesser von sich schnell drehenden Neutronensternen, den Pulsaren, abzuschätzen. 2019 hat NICER einen 26 Kilometer breiten Pulsar mit etwa 1,4-facher Sonnenmasse vermessen (SN: 2/1/20, S. 5). Forscher haben jetzt den Umfang des stärksten bestätigten Neutronensterns mit etwa der 2,1-fachen Sonnenmasse gemessen. Aber der Durchmesser des bulligen Neutronensterns ist ungefähr der gleiche wie der seines leichteren Landsmanns, berichteten zwei unabhängige NICER-Teams bei dem Treffen. Ein Team fand einen Durchmesser von rund 25 Kilometern, das andere schätzte 27 Kilometer. Viele Theorien sagen voraus, dass der massereichere Neutronenstern einen kleineren Durchmesser haben sollte. „Das sagt uns nicht, dass die Materie in Neutronensternen in gewisser Weise nicht so zusammendrückbar ist, wie viele Leute vorhergesagt hatten“, sagte der Astrophysiker Cole Miller von der University of Maryland in College Park, der das zweite Ergebnis vorstellte. Der Befund deutet darauf hin, dass Quarks innerhalb eines Neutronensterns nicht in Neutronen eingeschlossen sind, sagte der Astrophysiker Sanjay Reddy von der University of Washington in Seattle, der nicht an der Forschung beteiligt war. Aber die Quarks interagieren immer noch stark miteinander, anstatt unbelastet herumzulaufen, sagte Reddy. S

8 WISSENSCHAFTLICHE NACHRICHTEN | 5. Juni 2021

Neutronensterne sind vielleicht nicht so matschig

Vierzehn Lichtpunkte auf einer Gammaray-Karte des Himmels könnten die Rechnung für Antisterne oder Sterne aus Antimaterie erfüllen, wie eine neue Studie vorschlägt. Diese Antistern-Kandidaten scheinen die Art von Gammastrahlen abzugeben, die erzeugt werden, wenn Antimaterie – das entgegengesetzt geladene Gegenstück der Materie – auf normale Materie trifft und beide vernichten. Dies könnte auf den Oberflächen von Antisternen passieren, wenn ihre Schwerkraft normale Materie aus dem interstellaren Raum anzieht, berichten Wissenschaftler in der Physical Review D vom 15. April Schlag für das kosmologische Standardmodell“, sagt der theoretische Astrophysiker Pierre Salati vom Annecy-le-Vieux-Labor für Theoretische Physik in Frankreich, der nicht an der Arbeit beteiligt war. Es „würde wirklich eine signifikante Veränderung unseres Verständnisses dessen bedeuten, was im frühen Universum passiert ist“. Obwohl allgemein angenommen wird, dass das Universum mit gleichen Mengen an Materie und Antimaterie geboren wurde, enthält das moderne Universum fast keine Antimaterie. Physiker glauben typischerweise, dass ein Prozess dazu führte, dass Materieteilchen ihren Antimaterie-Alter Egos zahlenmäßig weit überlegen sind (SN: 21.12.19 & 1.4.20, S. 12). Aber ein Instrument auf der Internationalen Raumstation ISS hat diese Annahme kürzlich in Frage gestellt, indem es Hinweise auf einige wenige Antheliumkerne entdeckte – mehr, als Physiker erwarten würden. Wenn sich diese Beobachtungen bestätigen, könnten Antisterne solche verirrte Antimaterie abgestoßen haben. Fasziniert von der Möglichkeit, dass ein Teil der Antimaterie des Universums in Form von Sternen überlebt haben könnte, untersuchten der Astrophysiker Simon Dupourqué vom Institut für Astrophysik und Planetologie in Toulouse (Frankreich) und seine Kollegen 10 Jahre Beobachtungen von

NASA'S GODDARD SPACE FLIGHT CENTER

VON MARIA TEMMING ATOM & COSMOS

das Fermi-Gammastrahlen-Weltraumteleskop. Unter den fast 5.800 Gammastrahlenquellen im Katalog gaben 14 Lichtpunkte Gammastrahlen mit Energien ab, die für die Vernichtung von Materie und Antimaterie zu erwarten waren, und sahen nicht aus wie jede andere bekannte Art von Gammastrahlenquelle, wie etwa ein Pulsar oder ein Schwarzes Loch. Basierend auf der Anzahl der beobachteten Kandidaten und der Empfindlichkeit des Fermi-Teleskops berechnete das Team, wie viele Antisterne in der Milchstraße existieren könnten. Wenn Antisterne innerhalb der Ebene der Milchstraße existierten, wo sie viel Gas und Staub aus gewöhnlicher Materie ansammeln könnten, könnten die Antisterne viele Gammastrahlen aussenden und leicht zu erkennen sein. Als Ergebnis würde die Handvoll erkannter Kandidaten bedeuten, dass für jeden ein Antistern existiert

Saturns Herz ist verschwommen und diffus Ringwellen enthüllen einen weitläufigen Kern tief im Inneren des Gasriesen VON KEN CROSWELL

Vierzehn himmlische Quellen von Gammastrahlen (farbige Punkte in dieser Karte der Milchstraße, gelb zeigt helle Quellen an und blau zeigt schwache Quellen) können Sterne aus Antimaterie sein.

NASA'S GODDARD SPACE FLIGHT CENTER

y al e o k s r ). al n f n e s

400.000 normale Sterne. Wenn Antisterne andererseits dazu neigen, außerhalb der Ebene der Galaxie zu existieren, hätten sie viel weniger Gelegenheit, normale Materie anzusammeln und wären viel schwerer zu finden. In diesem Szenario könnte unter allen 10 normalen Sternen bis zu ein Antistern lauern.

Einer der Saturnringe hat Eigenschaften seines Kerns enthüllt, der tief unter der goldenen Atmosphäre des Planeten verborgen ist. Dieser Kern ist nicht der Klumpen aus Gestein und Eis, den sich viele Wissenschaftler vorgestellt hatten. Stattdessen ist der Kern diffus, von riesigen Mengen Wasserstoff und Helium durchdrungen und so verteilt, dass er 70.000 Kilometer umfasst, etwa 60 Prozent des Planetendurchmessers, berichten Forscher online am 28. April bei arXiv.org. Die neuen Informationen sollen Planetenwissenschaftlern helfen, nicht nur besser zu verstehen, wie sich Riesenplaneten in unserem Sonnensystem gebildet haben, sondern auch die Natur solcher Welten, die andere Sterne umkreisen. Um die Struktur des Saturnkerns zu ermitteln, untersuchten der Astronom Christopher Mankovich und der Astrophysiker Jim Fuller, beide von Caltech, Wellen in den Ringen des Riesenplaneten. So wie Erdbeben Seismologen helfen, das Innere der Erde zu untersuchen, können Schwingungen im Inneren des Saturn seine innere Zusammensetzung enthüllen. Diese Schwingungen verändern die Gravitationskräfte des Saturn und induzieren Wellen in den Ringen – insbesondere die

C-Ring, der dem Planeten am nächsten der drei Hauptringe ist (SN: 3/2/19, S. 5). Eine Analyse einer Welle in diesem Ring, zusammen mit Daten zum Schwerefeld des Saturn von der inzwischen nicht mehr existierenden Raumsonde Cassini, ergab, dass der Kern etwa 17 Erdmassen aus Gestein und Eis enthält. Aber es ist so viel Wasserstoff und Helium gemischt, dass der Kern insgesamt 55 Erdmassen hat – mehr als die Hälfte der Gesamtmasse von Saturn, berichten Mankovich und Fuller in einer Studie, die in Nature Astronomy erscheinen soll. "Es ist eine neue Art, Gasriesenplaneten im Sonnensystem zu betrachten", sagt Ravit Helled, Planetenforscher an der Universität Zürich. „Dieses Wissen ist wichtig, weil es unser Verständnis von riesigen Exoplaneten widerspiegelt“ und weist darauf hin, dass Riesenplaneten in anderen Sonnensystemen wahrscheinlich komplexere Strukturen haben, als viele Forscher dachten. Die Entdeckung erhelle auch die Entstehung des Saturn, sagt Nadine Nettelmann, Planetenforscherin am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Berlin. Ältere Theorien postulierten, dass ein Gasriese

Der Nachweis, dass ein Himmelsobjekt ein Antistern ist, wäre äußerst schwierig. Abgesehen von den Gammastrahlen, die durch die Materie-Antimaterie-Vernichtung erzeugt werden, wird erwartet, dass das von Antisternen abgegebene Licht genauso aussieht wie das Licht von normalen Sternen. „Es wäre viel einfacher zu widerlegen“, sagt Dupourqué. Die Existenz von Antisternen würde bedeuten, dass erhebliche Mengen an Antimaterie irgendwie in isolierten Weltraumtaschen überleben konnten, sagt der Physiker Julian Heeck von der University of Virginia in Charlottesville, der nicht an der Arbeit beteiligt war. Heeck bezweifelt jedoch, dass Antisterne reichlich vorhanden sein würden, um die fehlende Antimaterie des Universums zu erklären. „Man bräuchte immer noch eine Erklärung dafür, warum die Materie insgesamt gegenüber der Antimaterie dominiert.“ S

wie Saturn entsteht, wenn Gestein und Eis, die die Sonne umkreisen, sich zu verdichten beginnen. Schwache Gashüllen lassen zusätzliche Feststoffe ins Zentrum sinken und bilden einen kompakten Kern. Nach dieser Theorie zieht der Kern erst später viel Wasserstoff und Helium an – die Zutaten, aus denen der größte Teil des Planeten besteht. Obwohl diese Elemente auf der Erde Gase sind, drückt die große Schwerkraft des Saturn die meisten von ihnen in eine Flüssigkeit. Aber neuere Theorien besagen stattdessen, dass viel Gas in den Kern von Gestein und Eis eingebaut wurde, als er vor 4,6 Milliarden Jahren Gestalt annahm. Als der Planet zusätzliche Masse anhäufte, stieg der Gasanteil. Die Struktur, die Mankovich und Fuller für den Saturnkern herleiten, unterstützt diese Entstehungsgeschichte, sagt Nettelmann. Das Zentrum des Saturn, das den ältesten Teil des Planeten darstellt, hat den größten Anteil an Gestein und Eis. Der Anteil von Gestein und Eis nimmt vom Zentrum des Kerns zu seinem Rand allmählich statt abrupt ab, was die Entwicklung des Kerns im Laufe der Zeit widerspiegelt. „Ich finde die Schlussfolgerungen sehr wichtig und sehr spannend und die Argumentation sehr überzeugend“, sagt Nettelmann. Dennoch warnt sie davor, dass zusätzliche Wellen in den Ringen zur Bestätigung analysiert werden sollten. s www.sciencenews.org | 5. Juni 2021 9

Wissenschaftler untersuchen COVID-19-Gehirne Neue Hinweise zeigen die Rolle des Virus bei Schlaganfällen und psychischen Störungen VON LAURA SANDERS

Seit mehr als einem Jahr versuchen Wissenschaftler zu verstehen, wie das mysteriöse Virus, das COVID-19 verursacht, nicht nur unseren Körper, sondern auch unser Gehirn schädigt. Zu Beginn der Pandemie bemerkten einige Infizierte ein merkwürdiges Symptom: den Geruchsverlust. Es folgten Berichte über andere hirnbezogene Symptome: Kopfschmerzen, Verwirrtheit, Halluzinationen und Delirium. Einige Infektionen wurden von Depressionen, Angstzuständen und Schlafproblemen begleitet. Forscher versuchen immer noch herauszufinden, wie viele Menschen diese psychiatrischen oder neurologischen Probleme haben, wer am stärksten gefährdet ist und wie lange solche Symptome anhalten können. Und Details darüber, wie das Virus, das weltweit mehr als 150 Millionen Menschen infiziert hat, seine Wirkung entfaltet, bleibt unklar. „Wir haben immer noch nicht festgestellt, was dieses Virus im Gehirn bewirkt“, sagt Elyse Singer, Neurologin an der UCLA. Es gibt wahrscheinlich viele Antworten, sagt sie. "Wir werden Jahre brauchen, um das auseinander zu bringen." Im Moment konzentrieren sich einige Wissenschaftler auf die Grundlagen, einschließlich der Frage, wie viele Menschen nach COVID-19 diese Art von hirnbezogenen Problemen haben. Eine aktuelle Studie zu elektronischen Patientenakten lieferte eine alarmierende Antwort: In den sechs Monaten nach einer COVID-19-Diagnose hatte 1 von 3 Personen eine psychiatrische oder neurologische Diagnose. Dieses in der Lancet Psychiatry vom 1. Mai veröffentlichte Ergebnis stammt aus den Gesundheitsakten von mehr als 236.000 COVID-19-Überlebenden. Die Forscher zählten die Diagnosen von 14 Erkrankungen, die von psychischen Erkrankungen wie Angst oder Depression bis hin zu neurologischen Ereignissen wie Schlaganfällen oder Hirnblutungen reichten. „Mit einer so hohen Zahl haben wir nicht gerechnet“, sagt der Psychiater Maxime Taquet von der Universität Oxford. Einer

in 3 „könnte beängstigend klingen“, sagt Taquet. Es ist jedoch nicht klar, ob das Virus namens SARS-CoV-2 diese Störungen direkt verursacht. Die überwiegende Mehrheit dieser Diagnosen waren Depressionen und Angstzustände, „Störungen, die in der Allgemeinbevölkerung extrem häufig sind“, sagt Jonathan Rogers, Psychiater am University College London. Darüber hinaus nehmen Depressionen und Angstzustände während der Pandemie bei allen zu, nicht nur bei Menschen, die mit dem Virus infiziert sind. Psychische Störungen sind „extrem wichtige Dinge, die angegangen werden müssen“, sagt Allison Navis, Neurologin an der Post-COVID-19-Klinik der Icahn School of Medicine am Mount Sinai in New York City. „Aber sie sind ganz anders als ein Schlaganfall oder eine Demenz“, sagt sie. Etwa 1 von 50 Personen mit COVID-19 hatte einen Schlaganfall, fanden Taquet und Kollegen heraus. Bei Menschen mit schweren Infektionen, die mit Delir oder anderen veränderten Geisteszuständen einhergingen, war die Inzidenz viel höher – 1 von 11 hatte Schlaganfälle. Die Studie von Taquet und Kollegen befasste sich mit den Diagnosecodes. Diese Codes werden oft von eiligen Ärzten eingegeben und sind nicht immer zuverlässig. Und obwohl die Studie einen Zusammenhang feststellt, kann sie nicht den Schluss ziehen, dass COVID-19 eine der Diagnosen verursacht hat. Dennoch deuten die Ergebnisse darauf hin, wie sich COVID-19 auf das Gehirn auswirkt. Zu Beginn der Pandemie deutete der Geruchsverlust darauf hin, dass das Virus möglicherweise in der Lage ist, Nervenzellen direkt anzugreifen. Vielleicht könnte das Virus den Schädel durchbrechen, indem es entlang des Riechnervs klettert, der Gerüche von der Nase direkt zum Gehirn trägt, dachten einige Forscher. Die meisten Studien haben bisher nicht viele Viren im Gehirn gefunden, wenn überhaupt, sagt Avindra Nath, eine Neurologin, die Infektionen des zentralen Nervensystems an den National Institutes of Health in Bethesda, Maryland, untersucht. Nath und Kollegen erwarteten Anzeichen dafür Virus im Gehirn von Menschen mit COVID-19. Es war nicht da. Diese Abwesenheit deutet darauf hin, dass das Virus das Gehirn auf andere Weise beeinflusst, möglicherweise mit Blutgefäßen. Also hat Naths Team Blutgefäße postmortal untersucht

In einem postmortalen Gehirn einer Person, die COVID-19 hatte, weist ein Gerinnungsprotein namens Fibrinogen (dunkelrot) darauf hin, dass die Blutgefäße beschädigt und undicht sind.

Gehirne von Menschen, die mit dem Virus infiziert waren. Das verwendete MRT-Gerät war so leistungsstark, dass es nicht für den klinischen Einsatz bei lebenden Menschen zugelassen ist. „Wir konnten die Blutgefäße so betrachten, wie es niemand konnte“, sagt Nath. Der Schaden sei im Überfluss vorhanden, berichtete das Team im New England Journal of Medicine vom 4. Februar. Kleine Klumpen saßen in Blutgefäßen. Die Wände einiger Gefäße waren ungewöhnlich dick und entzündet. Und Blut sickerte aus den Gefäßen in das umgebende Hirngewebe. „Sie können sehen, dass alle drei Dinge gleichzeitig passieren“, sagt Nath. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass Gerinnsel, entzündete Auskleidungen und Undichtigkeiten in den Barrieren, die normalerweise Blut und andere schädliche Substanzen vom Gehirn fernhalten, alle zu COVID-19-bedingten Hirnschäden beitragen können. Mehrere Unbekannte verhindern jedoch definitive Schlussfolgerungen darüber, wie diese beschädigten Blutgefäße mit den Symptomen oder Ergebnissen der Menschen zusammenhängen. Es gibt nicht viele klinische Informationen über die Personen in Naths Studie. Einige starben wahrscheinlich an anderen Ursachen als COVID-19, und niemand weiß, wie sich das Virus auf sie ausgewirkt hätte, wenn sie gelebt hätten. Entzündungen an anderen Stellen des Körpers können auch Probleme im Gehirn verursachen, sagt die Psychiaterin Maura Boldrini von der Columbia University in New York City. Entzündungssignale, die nach einer Verletzung freigesetzt werden, können die Art und Weise verändern, wie das Gehirn chemische Signalmoleküle, sogenannte Neurotransmitter, herstellt und verwendet, die den Nervenzellen bei der Kommunikation helfen. Übertragene Nachrichten

10 WISSENSCHAFTLICHE NACHRICHTEN | 5. Juni 2021

auch an der Reaktion des Gehirns auf COVID-19 beteiligt sein. Bei etwa 43 Prozent von 184 COVID-19-Patienten wurden Mikroglia gefunden, die auf Aktion vorbereitet waren, berichteten Singer und andere in einer am 18. Januar in Free Neuropathology veröffentlichten Übersicht. Und in einer Reihe von Autopsien der Gehirne von COVID-19-Patienten enthielten 34 von 41 Gehirnen aktivierte Mikroglia, berichteten Forscher des Irving Medical Center der Columbia University und des New York Presbyterian Hospital am 15. April in Brain. Mit diesen Ergebnissen ist nicht klar, dass SARS-CoV-2 das Gehirn von Menschen anders beeinflusst als andere Viren, sagt Navis. In ihrer Post-COVID-19-Klinik am Mount Sinai sieht sie Patienten mit Müdigkeit, Kopfschmerzen, Taubheitsgefühl und Schwindel – Symptome, die bekanntermaßen auch auf andere Virusinfektionen folgen. „Ich zögere zu sagen, dass dies nur bei COVID zutrifft“, sagt sie. Es ist unmöglich, alle Arten auseinanderzusetzen, auf die das Gehirn inmitten dieser Pandemie leiden kann und wie sich dies auf eine bestimmte Person auswirkt. Der Anstieg von Depressionen und Angstzuständen kann bei Menschen, die

belastende Diagnosen, Krankheiten und Isolation ertragen. Allein der Aufenthalt auf einer Intensivstation kann zu Verwirrung führen. Eine Studie aus dem Jahr 2013 ergab, dass 606 von 821 Menschen – 74 Prozent – ​​vom Delir betroffen waren, während sie sich wegen Atemversagens und anderer schwerer Notfälle auf der Intensivstation befanden. Mit COVID -19 war etwa ein Drittel der schwer Erkrankten von einer posttraumatischen Belastungsstörung betroffen (SN: 27.3.21, S. 4). Bleibende Fragen – was das Virus mit dem Gehirn macht, wer wie lange am meisten leidet – werden wahrscheinlich noch lange nicht beantwortet. Die vielfältigen und schädlichen Auswirkungen von Lockdowns, die Ungenauigkeit bei der Beschreibung der Symptome von Ärzten und Patienten und die indirekten Auswirkungen des Virus auf das Gehirn bilden ein teuflisch komplexes Rätsel. Derzeit konzentrieren sich die Ärzte darauf, wie sie helfen können, und entwickeln größere, längere Studien, um die Auswirkungen des Virus auf das Gehirn besser zu verstehen. Diese Informationen werden entscheidend sein, um den Menschen zu helfen, voranzukommen. S

durch wichtige Neurotransmitter wie Serotonin, Noradrenalin und Dopamin können bei vielen Entzündungen durcheinander geraten. Neuronale Nachrichten können bei Menschen mit traumatischen Hirnverletzungen unterbrochen werden. Forscher haben beispielsweise einen Zusammenhang zwischen Entzündungen und psychischen Erkrankungen bei Fußballspielern und anderen, die Schläge auf den Kopf erlitten, gefunden. Ähnliche Beweise kommen von Menschen mit Depressionen, sagt Emily Troyer, Psychiaterin an der University of California in San Diego. Einige Menschen mit Depressionen haben ein hohes Maß an Entzündungen, haben Studien ergeben. "Wir wissen nicht wirklich, dass das bei COVID passiert", warnt sie. „Wir wissen nur, dass COVID Entzündungen verursacht und Entzündungen das Potenzial haben, die Neurotransmission zu stören, insbesondere bei Depressionen.“ Zu den Zellen, die entzündliche Proteine ​​im Gehirn freisetzen, gehören Mikroglia, krankheitsbekämpfende Verwandte von Immunzellen an anderer Stelle im Körper. Mikroglia kann

www.sciencenews.org | 5. Juni 2021 11

Klimafreundliche Archaeen geben kein Gas ab Neu entdeckte Mikroben recyceln Kohlenstoff, ohne Methan abzugeben VON CAROLYN GRAMLING

Die heißen Quellen und hydrothermalen Quellen der Erde beherbergen eine bisher nicht identifizierte Gruppe von Archaeen. Und im Gegensatz zu ähnlichen winzigen, einzelligen Organismen, die tief in Sedimenten leben und verrottendes Pflanzenmaterial fressen, produzieren diese Archaeen nicht das klimaerwärmende Gas Methan, berichten Forscher vom 23. April in Nature Communications. „Mikroorganismen sind die vielfältigste und am häufigsten vorkommende Lebensform auf der Erde, und wir kennen nur 1 Prozent von ihnen“, sagt Valerie De Anda, Umweltmikrobiologin an der University of Texas in Austin. „Unsere Informationen sind auf die Organismen ausgerichtet, die den Menschen beeinflussen.Aber es gibt viele Organismen, die die wichtigsten chemischen Kreisläufe auf der Erde antreiben, die wir einfach nicht kennen.“ Archaeen sind eine besonders mysteriöse Gruppe (SN: 14.03.20, S. 4). Erst in den späten 1970er Jahren wurden die Organismen als dritte Domäne des Lebens erkannt, die sich von Bakterien und Eukaryoten unterscheidet – die Domäne, die alles andere umfasst, von Pilzen über Tiere bis hin zu Pflanzen. Viele Jahre lang wurde angenommen, dass Archaeen nur in den extremsten Umgebungen der Erde existieren, wie zum Beispiel in heißen Quellen. Aber Archaeen sind tatsächlich überall, und diese Mikroben können eine große Rolle beim Kohlenstoff- und Stickstoffkreislauf zwischen dem Land, den Ozeanen und der Atmosphäre der Erde spielen. Eine Gruppe, Thaumarchaeota, umfasst die am häufigsten vorkommenden Mikroben im Ozean, sagt De Anda. Und Methan produzierende Archaeen im Kuhmagen führen dazu, dass die Tiere große Mengen des Gases in die Atmosphäre stoßen (SN: 28.11.15, S. 22). Jetzt haben De Anda und Kollegen einen völlig neuen Stamm – einen großen Zweig verwandter Organismen auf dem Lebensbaum – der Archaeen identifiziert. Der erste Nachweis dieser neuen Organismen

Orte, an denen Brockarchaeota entdeckt wurde

Stellen, an denen nicht identifizierte DNA mit Brockarchaeota übereinstimmte

Sedimente, die aus heißen Quellen in China und hydrothermalen Quellen vor Mexiko (orange Punkte) gesammelt wurden, enthielten DNA, die zu einer neu entdeckten Gruppe von Archaeen namens Brockarchaeota gehört. An anderen Standorten gesammelte Mikroorganismen (blau) gehören wahrscheinlich ebenfalls zu dieser Gruppe.

befand sich in Sedimenten von sieben heißen Quellen in China sowie von Tiefsee-Hydrothermalquellen im Guaymas-Becken im Golf von Kalifornien vor Mexiko. In diesen Sedimenten fanden die Forscher DNA-Stücke, die sie akribisch zu den genetischen Bauplänen oder Genomen von 15 verschiedenen Archaeen zusammengesetzt hatten. Das Team verglich die Genome mit Tausenden von zuvor identifizierten mikrobiellen Genomen, die in öffentlich zugänglichen Datenbanken beschrieben sind. Aber „diese Sequenzen waren völlig anders als alles, was wir kennen“, sagt De Anda. Sie und ihre Kollegen nannten die neue Gruppe Brockarchaeota zu Ehren von Thomas Brock, einem Mikrobiologen, der als erster Archaeen im Labor züchtete und im April starb. Es stellt sich heraus, dass Brockarchaeota-Mikroben tatsächlich auf der ganzen Welt leben. Nachdem De Anda und ihr Team die neuen Genome zusammengesetzt und dann in öffentlichen Datenbanken nach ihnen gesucht hatten,

Sie entdeckten, dass genetisches Material dieser bisher unbekannten Organismen in heißen Quellen, hydrothermalen Schlotsedimenten und Seesedimenten von Südafrika über Indonesien bis Ruanda gefunden wurde. In den Genomen von Brockarchaeota suchte das Team nach Genen, die mit dem Stoffwechsel zusammenhängen – welche Nährstoffe die Mikroben verbrauchen und welche Art von Abfall sie produzieren. Ursprünglich ging das Team davon aus, dass diese Archaeen wie andere Archaeen aus solchen Umgebungen Methanproduzenten sein würden. Brockarchaeota und Methan produzierende Archaeen fressen die gleichen Materialien: Ein-Kohlenstoff-Verbindungen wie Methanol oder Methylsulfid. „Aber wir konnten die Gene, die Methan produzieren, nicht identifizieren“, sagt De Anda. "Sie sind in Brockarchaeota nicht vorhanden." Das bedeutet, dass diese Archaeen einen bisher unbekannten Stoffwechsel haben müssen, durch den sie Kohlenstoff – zum Beispiel in Sedimenten am Meeresboden – wiederverwerten können, ohne Methan zu produzieren. Angesichts der Verbreitung von Brockarchaeota-Organismen könnten sie eine versteckte, aber bedeutende Rolle im Kohlenstoffkreislauf der Erde spielen, sagt De Anda. „Es ist zweifach interessant – es ist ein neuer Stamm und ein neuer Stoffwechsel“, sagt Luke McKay, ein mikrobieller Ökologe für extreme Umgebungen an der Montana State University in Bozeman. Die Tatsache, dass diese gesamte Gruppe so lange unter dem Radar blieb, „ist ein Hinweis darauf, wo wir uns in der Mikrobiologie befinden“, sagt McKay. Die Entdeckung sei aber auch ein Beweis für die Leistungsfähigkeit der Metagenomik, bei der Forscher in einer bestimmten Wasser- oder Sedimentprobe sorgfältig einzelne Genome aus einem großen Sammelsurium von Mikroben herauskitzeln. Dank dieser Technik identifizieren Forscher immer mehr Teile der bis dahin mysteriösen Mikrobenwelt. „Da draußen gibt es so viel“, sagt De Anda. „Jedes Mal, wenn du mehr DNA sequenzierst, beginnst du zu erkennen, dass es da draußen noch mehr gibt, was du beim ersten Mal nicht sehen konntest.“ S

UNIVERSITÄT VON TEXAS IN AUSTIN

12 NACHRICHTEN DER WISSENSCHAFT | 5. Juni 2021

Strenge Zeitmessung erzeugt Entropie Wenn eine Uhr genauer wird, erzeugt sie mehr Unordnung VON EMILY CONOVER

Die fortschrittlichsten Uhren von heute halten die Zeit mit einem unglaublich präzisen Rhythmus. Aber ein neues Experiment legt nahe, dass die Präzision von Uhren ihren Preis hat: Entropie. Entropie oder Unordnung entsteht jedes Mal, wenn eine Uhr tickt. Jetzt haben Wissenschaftler die Entropie gemessen, die von einer Uhr erzeugt wird, die mit unterschiedlicher Genauigkeit betrieben werden kann. Je genauer die Uhr tickt, desto mehr Entropie emittiert sie, berichten Physiker online am 6. Mai in Physical Review X. „Wenn Sie eine bessere Uhr wollen, müssen Sie dafür bezahlen“, sagt die Physikerin Natalia Ares von der Universität Oxford. Zeit und Entropie sind eng miteinander verwobene Konzepte. Entropie ist als „Pfeil der Zeit“ bekannt, weil die Entropie im Laufe der Zeit dazu neigt, zu wachsen – das Universum scheint sich ständig von niedrigerer Entropie zu höherer Entropie zu bewegen (SN: 25.07.15, S. 15). Dieser Marsch in Richtung steigender Entropie erklärt, warum manche

Prozesse können zeitlich vorwärts, aber nicht rückwärts ablaufen: Es ist einfach, Sahne in Kaffee zu mischen, aber unmöglich, das Getränk zu entmischen. Maschinen erhöhen auch im Betrieb die Unordnung, indem sie beispielsweise Wärme abgeben, die die Entropie ihrer Umgebung erhöht. Das bedeutet, dass selbst eine standardmäßige, batteriebetriebene Uhr Entropie erzeugt, während sie tickt. Physiker hatten zuvor berechnet, dass bei winzigen Quantenuhren ein direkter Zusammenhang zwischen der maximal möglichen Genauigkeit ihrer Zecken und der emittierten Entropiemenge besteht. Aber größere Uhren sind für solche Berechnungen zu komplex. Es war also nicht klar, ob eine solche Regel auch für andere Uhrentypen gilt. Um zu testen, wie viel Entropie beim Ticken einer vereinfachten Uhr freigesetzt wird, stellten Ares und Kollegen eine Uhr aus einer zehn Nanometer dicken und 1,5 Millimeter langen Membran her, die über zwei Pfosten aufgehängt war. Ein elektrisches Signal, das an die Uhr gesendet wurde, rüttelte die Membran an, wodurch sie sich auf und ab beugte. Diese Biegebewegung wiederholte sich in regelmäßigen Abständen, wie das stetige Ticken einer Uhr, und eine Antenne registrierte diese Bewegung. Je stärker das elektrische Signal war, desto genauer tickte die Uhr. Und als die Genauigkeit der Uhr zunahm, stieg die Entropie – ein Ergebnis der Wärme, die im

Antennenkreis — im Gleichschritt erhöht. Dieses Ergebnis legt nahe, dass die theoretische Beziehung für Quantenuhren auch für andere Arten von Uhren gilt. „Ich bin mir nicht so sicher, wie universell diese Art von Beziehung ist, die sie finden“, sagt der Physiker Juan Parrondo von der Universität Complutense in Madrid. Die Forscher untersuchten nur eine Uhrenvariante. Es sei noch nicht klar, ob die Beziehung zwischen Genauigkeit und Entropie für Uhren im Allgemeinen gilt, sagt Parrondo. Einige Wissenschaftler vermuten jedoch, dass die Beziehung universell sein könnte, was einen grundlegenden Aspekt der Funktionsweise von Uhren offenbart. Die neue Studie sei «ein Datenpunkt dafür, dass dies wahrscheinlich für alle Uhren gilt», sagt der Quantenphysiker Ralph Silva von der ETH Zürich. Damit eine Uhr zuverlässig funktioniert, muss sie einen Prozess durchlaufen, der eine zeitliche Vorzugsrichtung hat. Wenn die Uhr keine Entropie erzeugen würde, würde sie genauso wahrscheinlich vorwärts wie rückwärts laufen. Und je mehr Entropie die Uhr erzeugt, desto unwahrscheinlicher ist es, dass das Uhrwerk Schwankungen unterliegt, die seine Genauigkeit verschlechtern würden. Wenn die Genauigkeit aller Uhren auf Kosten einer erhöhten Entropie geht, kann dieser Kompromiss eine enge Verbindung zwischen dem Zeitablauf und ihrer Messung widerspiegeln. S

Blitze verstärken Chemikalien zur Luftreinigung Blitze könnten eine wichtige Rolle bei der Reinigung der Atmosphäre spielen, indem sie viele Chemikalien, sogenannte Oxidationsmittel, schmieden, berichten Forscher in der Zeitschrift Science vom 14. Mai. Oxidationsmittel reinigen die Luft, indem sie mit Schadstoffen reagieren, um Moleküle zu bilden, die als Regen fallen oder an der Erdoberfläche haften bleiben. Im Jahr 2012 entdeckte ein NASA-Jet, der durch Gewitterwolken über Colorado, Oklahoma und Texas flog (Blitz eines Sturms von 2017 rechts), zwei Oxidationsmittel – Hydroxylradikale und Hydroperoxylradikale – in kombinierten Konzentrationen von bis zu Tausenden von Teilen pro Billion. Die höchste Konzentration an Hydroxylradikalen, die zuvor in der Atmosphäre beobachtet wurde, betrug einige ppt, während die meisten beobachteten Hydroperoxylradikale etwa 150 ppt betrugen. Strom kann so große Mengen der Chemikalien erzeugen, bestätigten Laborexperimente. Blitze könnten bis zu 16 Prozent der atmosphärischen Hydroxylradikale ausmachen, sagt das Team. Das Verständnis der Auswirkungen von Blitzen auf die Atmosphäre kann wichtiger werden, da der Klimawandel mehr Blitze entzündet. — Maria Temming

www.sciencenews.org | 5. Juni 2021 13

vor der Ostküste Floridas. Die Wissenschaftler gruben Gräben in einige der Korallen um die Läsionen, um erkranktes Gewebe von gesundem Gewebe zu trennen, füllten dann die Gräben und bedeckten die erkrankten Stellen mit der antibiotischen Paste oder chloriertem Epoxid. Innerhalb von etwa 11 Monaten nach der Behandlung waren etwa 95 Prozent der mit Amoxicillin behandelten infizierten Korallengewebe abgeheilt. Inzwischen waren nur etwa 20 Prozent des mit chloriertem Epoxid behandelten infizierten Gewebes in dieser Zeit geheilt – nicht besser als unbehandelte Läsionen. Aber eine einmalige Behandlung verhindert nicht, dass im Laufe der Zeit neue Läsionen auftauchen, stellte das Team fest. Und einige Schlüsselfragen bleiben unbeantwortet, darunter wie gut die Behandlung bei mehr Korallenkolonien und -arten wirkt und welche längerfristigen Nebenwirkungen das Antibiotikum auf Korallen und ihre Umgebung haben könnte.

Brunnen, die von wilden Eseln und Pferden gegraben wurden, können Ökosystemen helfen VON JONATHAN LAMBERT

Wasser bestimmt den Rhythmus des Wüstenlebens, aber Tiere sind den Launen des Wetters nicht immer hilflos ausgeliefert. Im amerikanischen Südwesten graben sich wilde Esel und Pferde oft in das staubige Sediment ein, um kühles, klares Grundwasser zu erreichen, um ihren Durst zu löschen. Neue Forschungen zeigen, dass dieser Einfallsreichtum bei Equiden weitreichende Vorteile für das Ökosystem hat. Equidenbrunnen können als Wüstenoasen fungieren und in Trockenzeiten eine wichtige Wasserquelle darstellen, von der eine ganze Reihe von Wüstentieren und -bäumen profitiert.

Antibiotikum verlangsamt eine tödliche Korallenkrankheit Amoxicillin ist zu 95 Prozent wirksam, um den Gewebeverlust zu stoppen VON CASSIE MARTIN

Neue Forschungsergebnisse legen nahe, dass Korallen in einem gängigen Antibiotikum eine mysteriöse gewebefressende Krankheit beruhigen. In der Nähe von Florida zeigte eine Korallenart, die mit der steinigen Korallengewebeverlustkrankheit (SCTLD) infiziert war, mehrere Monate nach der Behandlung mit Amoxicillin weitreichende Verbesserungen, berichten Forscher am 21. April in Scientific Reports. Während die tödliche Krankheit schließlich bei einigen behandelten Korallen wieder auftrat, liefern die Ergebnisse eine gute Nachricht, während die Wissenschaftler weiter nach ihren Ursachen suchen.

Forscher berichten in der Wissenschaft vom 30. April. In Nordamerika in den letzten 500 Jahren eingeführt, werden wilde Esel und Pferde im Westen oft als Bösewichte angesehen. Diese Arten können einheimische Vegetation zertrampeln, Bachbetten erodieren und einheimische Tiere verdrängen. Als Erick Lundgren, Feldökologe an der Universität Aarhus in Dänemark, 2014 erstmals Wildesel beim Brunnengraben beobachtete, fragte er sich, ob diese Löcher den Ökosystemen zugute kommen könnten, ähnlich wie von Elefanten gebaute Wasserlöcher eine Gemeinschaft in der afrikanischen Savanne erhalten können. „Aufgrund der Art und Weise, wie wir [wilde] Pferde und Esel schätzen, konzentriert sich die Orthodoxie tendenziell darauf, wie sie Ökosysteme schädigen“, sagt er. „Wir wollten sehen, ob diese Löcher bei Wasserknappheit eine Ressource darstellen.“ Im Laufe von drei Sommern von

14 NACHRICHTEN DER WISSENSCHAFT | 5. Juni 2021

m a le tr b r F J. HARRISON

Taucher entdeckten SCTLD 2014 an Riffen in der Nähe von Miami. Gekennzeichnet durch weiße Läsionen, die sich schnell an Korallengewebe fraßen, plagen die Krankheit fast das gesamte 580 Kilometer lange Great Florida Reef und hat sich auf Riffe in der Karibik ausgebreitet (SN: 8/ 3/19, S. 14). Da die Ursache unbekannt ist, müssen die Wissenschaftler die Läsionen durch Versuch und Irrtum behandeln. Zwei vielversprechende Behandlungen beinhalten, dass Taucher ein chloriertes Epoxid oder eine Amoxicillin-Paste auf infizierte Stellen auftragen. „Wir wollten diese Techniken experimentell bewerten, um zu sehen, ob sie so effektiv sind, wie die Leute anekdotisch berichtet haben“, sagt Erin Shilling, Korallenforscherin am Harbor Branch Oceanographic Institute der Florida Atlantic University in Fort Pierce. Im April 2019 identifizierten Shilling und Kollegen 95 Läsionen auf 32 Kolonien von Großen Sternkorallen (Montastraea cavernosa)

Equiden versorgen durstige Wildtiere mit Wasser

Esel und andere Equiden, wie dieser Kulan in Zentralasien, graben Brunnen auf der Suche nach Wasser. Solche Brunnen im amerikanischen Südwesten können Ökosystemen zugute kommen, indem sie den Wasserzugang verbessern.

2015 bis 2018 kartierten Lundgren und Kollegen die Wasseroberfläche in Brunnen und grundwassergespeisten Bächen an vier Standorten in der Sonora-Wüste von Arizona. Die Wasserverfügbarkeit war zwischen den Standorten sehr unterschiedlich, aber Equidenbrunnen erhöhten im Allgemeinen das zugängliche Wasser, insbesondere wenn die Temperaturen stiegen. An einer Stelle waren Brunnen die einzige Trinkwasserquelle, als der örtliche Bach vollständig versiegte. Anderswo lieferten Brunnen bis zu 74 Prozent des verfügbaren Oberflächenwassers. Brunnen verringerten auch die Entfernung zwischen Wasserquellen um durchschnittlich 843 Meter, was Spannungen abschwächte, die unter Trinkern an isolierten Wasserlöchern eskalieren können, sagt Lundgren. Nachdem Brunnen gegraben waren, kamen andere Tiere in Scharen. Kameras, die Brunnen, Flussufer und trockene Stellen an fünf Standorten in der Sonora- und Mojave-Wüste abspionierten, dokumentierten 57 Wirbeltierarten, von wandernden Singvögeln bis hin zu Berglöwen, die an den Brunnen schlürfen. Das entspricht ungefähr der Anzahl der an Bächen beobachteten Arten und 64 Prozent mehr als an trockenen Stellen. „Wir haben sogar einen Schwarzbären beim Trinken aus einem Brunnen erwischt“, sagt Lundgren, der auch ab und zu einen Schluck aus den Brunnen nimmt. „Das Wasser ist ziemlich kühl,

und sauberer als andere Quellen.“ Brunnen können auch Baumschulen für Pappelsetzlinge sein, die feuchte, offene Flächen zum Wachsen benötigen. Die Sämlinge kämpfen damit, die mit Vegetation übersäten Flussufer zu durchbrechen und sind für ihren ersten Schluck Wasser auf Überschwemmungen angewiesen. Aber an einer Stelle fanden Forscher Setzlinge, die in Equidenlöchern gedeihen. Viele Sämlinge überlebten den Sommer und wurden bis zu 2 Meter hoch. In Gebieten, in denen Dämme Überschwemmungen reduzieren, könnten Equidenbrunnen eine wichtige Ökosystemleistung für diese ikonischen Bäume erfüllen, sagt das Team. Es ist noch zu früh, um zu dem Schluss zu kommen, dass wilde Esel und Pferde gut für Ökosysteme sind, sagt Jeffrey Beck, Restaurationsökologe an der University of Wyoming in Laramie. „Die Vorteile, die [die Equiden] in dieser Studie zeigen, könnten auf diesen Bereich beschränkt sein.“ Dennoch hofft das Team, dass die Studie die Vorstellung, eingeführte Arten seien völlig schlecht, widerlegen kann. In einigen Gebieten werden wilde Equiden „zu Hunderttausenden im Namen der Reinigung der Natur getötet“, sagt der Koautor der Studie und Ökologe Arian Wallach von der University of Technology Sydney. Auch diese Tiere seien Teil der Natur, sagt sie, und die Ausrottungsbemühungen könnten sich auf unvorhergesehene Weise durch ein Ökosystem ausbreiten. S

„Erins Arbeit ist fabelhaft“, sagt Karen Neely, Meeresbiologin an der Nova Southeastern University in Fort Lauderdale, Florida. Neely und Kollegen sahen ähnliche Ergebnisse bei ihrem zweijährigen Experiment im Florida Keys National Marine Sanctuary. Ihr Team verwendete die gleichen Antibiotika- und Epoxidbehandlungen bei mehr als 2.300 Läsionen von mehr als 1.600 Korallenkolonien, die acht Arten repräsentieren. Diese antibiotischen Behandlungen waren bei allen Arten zu mehr als 95 Prozent wirksam, sagt Neely. Und die Behandlung neuer Läsionen, die nach der ersten Behandlung auftauchten, schien zu verhindern, dass Korallen im Laufe der Zeit erneut infiziert werden. Die Forschung wird in Frontiers in Marine Science einem Peer-Review unterzogen. „Diese Korallen in dieses Behandlungsprogramm aufzunehmen, rettet sie“, sagt Neely. "Wir bekommen nicht oft Happy Ends, das ist also eine nette Sache." S

Fangschreckenkrebse legen ihre Herzöge auf Larven beginnen mit 9 Tagen kraftvolle Schläge zu üben VON CHARLES Q. CHOI

Die schnellsten Schläge im Tierreich gehören wahrscheinlich den Fangschreckenkrebsen – und die fleischfressenden Krebstiere beginnen etwas mehr als eine Woche nach dem Schlüpfen mit diesen Angriffen, wenn sie gerade mit der Jagd auf Beute begonnen haben, schlägt eine neue Studie vor. Zum ersten Mal haben Forscher durch die transparenten Exoskelette junger Fangschreckenkrebse geblickt, um die inneren Mechanismen ihrer mächtigen Waffen in Bewegung zu sehen, berichten Forscher im April Journal of Experimental Biology. Die Ergebnisse geben Wissenschaftlern Einblick in verborgene Details der Funktionsweise dieser schnellen Waffen, die man sich zuvor nur durch chirurgische Sezierungen und CT-Scans vorstellen konnte. Fangschreckenkrebse sind mit speziellen Armpaaren ausgestattet, die mit kugelartiger Beschleunigung explodieren und mit Geschwindigkeiten von bis zu etwa 110 Stundenkilometern zuschlagen können. Diese Waffen wirken wie Armbrüste. Da ein Riegel jeden Arm an Ort und Stelle hält, ziehen sich die Muskeln innerhalb des Arms zusammen und speichern Energie im Gelenk des Arms. Wenn die Krebstiere diese Riegel lösen, entlädt sich all diese Energie auf einmal (SN: 31.08.19, S. 10). Aber die Forscher wussten nicht, in welchem ​​​​Alter Fangschreckenkrebse beginnen, federunterstützte Angriffe zu starten. Computersimulationen sagten voraus, dass die Rüstungen

Im Alter von 11 Tagen hat diese Fangschreckenkrebs-Larve bereits einen Anhängsel (unter dem Auge gefaltet) entwickelt, der ultraschnelle Schläge ausführen kann, die zuvor nur bei Erwachsenen zu sehen waren.

Beobachten Sie einen Fang von Fangschreckenkrebsen in Zeitlupe unter bit.ly/SN_MantisPunch

könnte zu größeren Beschleunigungen fähig sein, je kleiner sie wurden, was darauf hindeutet, dass junge Fangschreckenkrebse schnellere Waffen haben könnten als Erwachsene, sagt der Meeresbiologe Jacob Harrison von der Duke University. Um dieses Rätsel zu lösen, sammelten Harrison und Kollegen die Larven der philippinischen Fangschreckenkrebse (Gonodactylaceus falcatus) vor Bootsdocks in Oahu, Hawaii. Das Team klebte die etwa reiskorngroßen Larven auf Zahnstocher und zeichnete ihre Schläge mit einer Hochgeschwindigkeitskamera auf. Die Forscher fingen auch ein Gelege von G. falcatus-Eiern ein und zogen die Jungtiere 28 Tage lang auf, um zu sehen, wie sich die Waffen im Laufe der Zeit entwickelten. Die Larven begannen bereits neun Tage nach dem Schlüpfen schnell zuzuschlagen, etwa als sie anfingen, sich von lebender Beute zu ernähren. Schläger flogen mit einer Geschwindigkeit von etwa 1,4 Stundenkilometern. Angesichts der winzigen Arme der Larven – nur etwa ein Hundertstel der Länge eines Erwachsenen – ist dies ungefähr proportional zur Geschwindigkeit des Schlags einer erwachsenen Garnele, sagt Harrison.Noch wichtiger ist, dass die Schwimmgeschwindigkeit von Krebstieren und Fischen bis zu zehnmal so groß ist wie die der Larven und mehr als das 150-fache der von Salzgarnelen, mit denen das Team die Larven gefüttert hat. „Larven von Fangschreckenkrebsen sind in der Lage, sich für etwas so Kleines unglaublich schnell fortzubewegen“, sagt Harrison. Aber die Larven schlugen nicht schneller als die Erwachsenen, stellte das Team fest. Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass es bei diesen Waffen bei mikroskopischen Größen einige Einschränkungen geben könnte. Alternativ brauchen Larven einfach keine Waffen schneller als die von Erwachsenen, sagt Kate Feller, eine Neuroökologin für Wirbellose am Union College in Schenectady, NY. “, sagt Feller. „Die Tatsache, dass diese Larven transparent sind, ist eine großartige Gelegenheit, Fragen wie die Funktionsweise des Riegels zu beantworten“, fügt sie hinzu. "Das ist sehr spannend." s www.sciencenews.org | 5. Juni 2021 15

Wissenschaftsmuseen Um die Schließung zu überleben, haben sich viele Institutionen neu erfunden Von Emily Anthes

m 30. Januar 2020 versammelte die Science Gallery Dublin eine kleine Expertengruppe, um über eine seltsame neue Krankheit zu diskutieren, die kürzlich in China aufgetreten ist. Vier Podiumsteilnehmer sprachen über die Ursprünge des neuen Coronavirus, ob es in der Luft sein könnte und die Aussichten für einen Impfstoff. Sie waren sich zwar einig, dass es wichtig sei, das Virus ernst zu nehmen,

Die Redner forderten das Publikum auf, nicht in Panik zu geraten. In Irland waren keine Fälle bekannt. Die Aussicht auf einen lokalen Ausbruch schien in weiter Ferne. „Und das war das letzte Live-Event, das wir in der Galerie veranstaltet haben“, sagt Aisling Murray, Programmleiterin der Galerie. Noch am selben Tag erklärte die Weltgesundheitsorganisation den COVID-19-Ausbruch zu einem „öffentlichen Gesundheitsnotstand von internationaler Tragweite“. Sechs Wochen später, mit weltweit steigenden Fällen, schloss die Science Gallery Dublin ihre Türen. Es war ein Moment der Abrechnung. „Was bedeutet Science Gallery, wenn wir keinen Raum haben?“ Murray erinnert sich, dass er sich gewundert hat. "Wie machen wir

16 WISSENSCHAFTLICHE NEUIGKEITEN | 5. Juni 2021

Nachdem die Pandemie die Science Gallery Dublin gezwungen hatte, ihre Türen zu schließen, installierte das Museum mehrere Exponate, darunter dieses 3D-gedruckte Kleid, das dazu beiträgt, soziale Distanzierung durchzusetzen, direkt hinter seiner Glasfassade, um die Aufmerksamkeit der Menschen auf der Straße zu erregen.

beantragte staatliche Kredite und beantragte Zuschüsse und Unterstützung von Gemeindeorganisationen oder Unternehmen. Als sie versuchten, über die Runden zu kommen, wurde ihnen auch klar, dass sie ihre Programme neu erfinden mussten, wenn sie überleben wollten. Im letzten Jahr haben sie eine Vielzahl von Exponaten und Angeboten lanciert, die nicht an ihre physischen Gebäude gebunden sind, und sie haben dazu beigetragen, die Öffentlichkeit über COVID-19 aufzuklären. Einige Museen haben sogar kreative Wege gefunden, um ernsthafte Bedürfnisse der Gemeinschaft zu befriedigen, indem sie alles von der Kinderbetreuung bis hin zu frischen Lebensmitteln anbieten. Auf dem Weg dorthin haben diese Institutionen neu definiert, was moderne Wissenschaftsmuseen sein können und wie sie sich mit der Welt jenseits ihrer Mauern auseinandersetzen. Obwohl sich viele Museen in verschiedenen Phasen der Wiedereröffnung befinden, können ihre Erfahrungen im letzten Jahr ein bleibendes Erbe hinterlassen.

weiterhin unser Publikum einbeziehen?“ Als die COVID-19-Pandemie im März 2020 außer Kontrolle zu geraten begann, mussten Wissenschaftsmuseen auf der ganzen Welt abrupt schließen. Innerhalb weniger Tage waren die Ticketeinnahmen verschwunden. „Es war eine existenzielle Krise“, sagt Christofer Nelson, Präsident und CEO der Association of Science and Technology Centers (ASTC) in Washington, DC . Und die Frage lautete ‚Was machen wir als nächstes?‘.“ Die folgenden Wochen und Monate waren für Wissenschaftsmuseen entsetzlich schwierig, die allein in den ersten sechs Monaten der Pandemie mehr als 600 Millionen Dollar an Einnahmen verloren, schätzt der ASTC. Viele Museen und Wissenschaftszentren waren gezwungen, tiefgreifende Kostensenkungsmaßnahmen zu ergreifen, einige entließen mehr als die Hälfte ihrer Mitarbeiter. Nur wenige Wissenschaftsmuseen verfügten über beträchtliche Mittel, von denen sie profitieren konnten, also suchten sie nach Unterstützung. Sie starteten neue Spendenaktionen,

Als die Museen im vergangenen Jahr erstmals geschlossen wurden, dachten die meisten Administratoren, dass die Störung nur wenige Monate dauern würde. In diesen frühen Tagen und Wochen wechselten die Institutionen in den Krisenreaktionsmodus und versuchten, eine Art öffentliches Programm zu erstellen. „Innerhalb weniger Wochen haben wir das entwickelt, was wir heute ‚Minimum Viable Products‘ nennen würden“, sagt Tim Ritchie, Präsident des Museum of Science in Boston. Mitarbeiter, die normalerweise ihre Tage damit verbrachten, im Museum persönliche Präsentationen zu Themen von Reptilien bis hin zum Weltraum zu halten, begannen, diese Gespräche über Zoom zu halten. „Zuerst war es nicht so toll“, gibt Ritchie zu. „Aber die Leute waren hungrig [dafür] und sie schalteten ein.“ Viele Institutionen taten dasselbe und machten einige ihrer traditionellen Ausstellungen und Programme virtuell. Bis Ende März 2020 hatte die California Academy of Sciences in San Francisco ihr Programm NightLife – eine regelmäßige Donnerstagabendveranstaltung, bei der der Eintritt in das Museum für Wissenschaft, Musik und Cocktails zwischen 10 und 20 US-Dollar kostete – in eine kostenlose Online-Woche umgewandelt Programm namens NightSchool. Das Great Lakes Science Center in Cleveland hat seine persönlichen Demos in Curiosity Corner LIVE! Diese tägliche YouTube-Sendung umfasste wissenschaftliche Vorführungen und Aktivitäten wie den Bau von Katapulten und Lavalampen für Kinder und Familien zu Hause. Seattles Pacific Science Center hat das Live gefilmt

„Das grundlegende Geschäfts-, Betriebs-, Personal- und Zivildienstmodell dieser Organisationen ist einfach über Nacht verschwunden. Und die Frage war ‚Was machen wir als nächstes?‘“ CHRISTOFER NELSON

www.sciencenews.org | 5. Juni 2021 17

FUNKTION | WISSENSCHAFTSMUSEEN IN EINER Pandemie

Pacific Science Center, Seattle Live-Wissenschaftsshow: Verbrennung

Oregon Museum of Science and Industry, Portland-Waagen, Klauen und Spreizbacken

sagt Lara Litchfield-Kimber, die Geschäftsführerin des Museums. „Wir haben festgestellt, dass wir in unserer Stadt ein wesentliches Geschäft haben.“ Das Museum sammelte seine Verkäufer und öffnete den Markt, der Lebensmittelmarken akzeptiert, im Mai, einen Monat vor seinem typischen Beginn. Der Markt wurde zu einem Zentrum der Aktivität, und die Museumsmitarbeiter arbeiteten mit Stadtbeamten zusammen, um Flyer über COVID-19 in englischer und spanischer Sprache zu verteilen. (Das Museum prüft die Möglichkeit, einen ganzjährigen Markt zu veranstalten.) „Die Museen, die ihre Stärke bewahren, sind diejenigen, die erkennen, wie sie ihr Vermögen nutzen können, um die dringendsten Bedürfnisse ihrer Gemeinde zu erfüllen“, sagt Litchfield-Kimber. Auf der anderen Seite des Landes bietet das Oregon Museum of Science and Industry in Portland eine Kinderbetreuung für 20 bis 30 Kinder wichtiger Arbeiter an. „Wir haben die Ausbildung. Wir haben die Zertifizierungen. Wir haben die Leute. Wir haben das Zeug, um Kinder im Museum zu haben – genau das tun wir“, sagt John Farmer, der ehemalige Marketing- und Kommunikationsmanager des Museums. Im Herbst hat das Museum das Kinderbetreuungsprogramm in Homeroom umgewandelt und bietet einen Ort, an dem Kinder, die in einer Fernschule eingeschrieben waren, ihre Tage verbringen können. Das Museum priorisierte Familien in Not, sagt Farmer und bot finanzielle Unterstützung für das Programm an, das im letzten Jahr mehr als 100 Studenten eingeschrieben hat. Das Fleet Science Center in San Diego organisierte ähnliche Fernunterrichtszentren, damit Kinder in das Zentrum gehen und sich mit ihren entfernten Klassenzimmern verbinden konnten.

18 WISSENSCHAFTSNEWS | 5. Juni 2021

IM UHRZEIGERSINN VON LINKS: SMITHSONIAN MUSEUM OF WISSENSCHAFT WISSENSCHAFTSGALERIE DUBLIN

Die Wissenschaft zeigt, dass sie in der Regel persönlich inszeniert und eine Reihe von Videos hinter den Kulissen gedreht hat, in denen Senora die Vogelspinne, Rigatoni die westliche Schweinsschlange und andere Tiere in ihrer Sammlung zu sehen sind. „Wir haben so schnell wie möglich alles aufgenommen, was wir konnten“, sagt Zeta Strickland, die Direktorin des Zentrums für preK-12-Engagement. Die beliebteste Live-Wissenschaftsshow des Zentrums, Combustion, hat auf YouTube mehr als 6.500 Aufrufe. Museen nutzten ihre Expertise in der Wissenschaftskommunikation auch, um die Pandemie selbst zu bekämpfen. Es gab eine „unmittelbare und dringende Erkenntnis, dass diese Krise im Wesentlichen eine Krise des wissenschaftlichen Engagements war“, sagt Nelson vom ASTC. Shannon Bennett, ein Virologe, der zufällig der Wissenschaftschef der California Academy of Science ist, beantwortete Online-Fragen zu COVID-19, während das Pacific Science Center eine Online-Landingpage für pandemische Informationen entwarf. Die Seite enthält ein Pandemie-Glossar, einen Impfstoff-Erklärer und einen Leitfaden zur Identifizierung von Fehlinformationen. Die Website bietet auch eine kuratierte Sammlung von Nachrichtenartikeln und Links zu vertrauenswürdigen Quellen wie den US-amerikanischen Zentren für die Kontrolle und Prävention von Krankheiten. „Es gab so viele Fehlinformationen und Desinformationen, daher wollten wir wirklich eine Ressource sein, in der Menschen genaue Informationen finden können“, sagt Danielle Cobb, Marketing Communications Manager beim Pacific Science Center. Einige Museen haben sich verstärkt, um grundlegendere Bedürfnisse der Gemeinschaft zu erfüllen. Das Mid-Hudson Children’s Museum in Poughkeepsie, N.Y., hatte 2017 in seinem Pavillon einen wöchentlichen Sommer-Bauernmarkt veranstaltet. Als die Pandemie ausbrach, wurden die örtlichen Schulen, die allen Schülern kostenloses Frühstück und Mittagessen anbieten, geschlossen. „Es gab einen großen Fokus darauf, wie man Kindern Essen bringt, das sie sonst durch die Schule bekommen würden.“

VON LINKS: PAZIFISCHES WISSENSCHAFTSZENTRUM OREGON MUSEUM FÜR WISSENSCHAFT UND INDUSTRIE

Zu Beginn der Pandemie bemühten sich viele Wissenschaftsmuseen darum, ihre persönlichen Demonstrationen in Online-Videos umzuwandeln. Marissa Wyll (oben links) vom Pacific Science Center teilt die Wunder der Verbrennung. Der Pädagoge Brad Alston (rechts) vom Oregon Museum of Science and Industry bietet den Zuschauern einen genaueren Blick auf Bebe, den Haubengecko.

The Smithsonian, Washington, D.C. Augmented Reality

IM UHRZEIGERSINN VON LINKS: SMITHSONIAN MUSEUM OF WISSENSCHAFT WISSENSCHAFTSGALERIE DUBLIN

VON LINKS: PAZIFISCHES WISSENSCHAFTSZENTRUM OREGON MUSEUM FÜR WISSENSCHAFT UND INDUSTRIE

Wissenschaftsmuseen nutzten die Ausfallzeiten während der Pandemie, um in neue Technologien wie Augmented Reality zu investieren. Instagram-Nutzer können eine 3-D-Version von Smithsonian-Beständen, wie dieses Mammut, in ihrem Wohnzimmer anzeigen.

Viele Museen stellen auch Ressourcen für Schulen zusammen, die auf Fernunterricht umgestellt haben. Die California Academy of Sciences hat ihre Planetariumsfilme für YouTube neu formatiert, damit Lehrer ihren Schülern Filme wie Expedition Reef und Fragile Planet zeigen können. Das Zentrum bietet auch kostenlose Livestreams zum Fernunterricht in Englisch und Spanisch für Schüler vom Kindergarten bis zur achten Klasse an. Die New York Hall of Science in Queens bietet Schulen virtuelle Wissenschaftsworkshops an: Ein Museumspädagoge führt eine ganze Klasse von Kindern durch eine Stunde mit Aktivitäten und Vorführungen zu Themen, die von optischen Täuschungen bis hin zu Sportwissenschaften reichen. Die Workshops, die für eine Gruppe 150 US-Dollar kosten, sind Monate im Voraus ausverkauft. „Die Lehrer wollen ein bisschen Erleichterung“, sagt Margaret Honey, Präsidentin und CEO der New York Hall of Science. "Sie fühlen sich wirklich von den Erfahrungen angezogen."

Die Grenzen überschreiten Als sich die Pandemie hinzog, begannen die Museen, längerfristig zu denken. Sie wurden ehrgeiziger und kreativer. „Wir haben uns entschieden, digital besser zu werden“, sagt Ritchie. Im vergangenen Sommer schuf das Bostoner Museum of Science Ask a Virtual Expert, ein Erlebnis mit künstlicher Intelligenz mit Ashish Jha, Dekan der School of Public Health an der Brown University in Providence, Mitarbeiter des RI Museums filmten Jha, als er mehr als 500 Fragen zu COVID . beantwortete -19 und verwandelte das Filmmaterial dann in eine interaktive Ausstellung. Die Öffentlichkeit kann Fragen zur Pandemie direkt an eine digitale Version von Jha stellen, und er antwortet. Das Smithsonian, das vor Jahren mit dem 3D-Scannen einiger seiner Artefakte begann, nutzte die Zeit, die

Museum of Science, Boston Fragen Sie einen virtuellen Experten

Wissenschaftsgalerie Dublin Geschwindigkeit der Wissenschaft

seine Türen wurden geschlossen, um sein digitales 3D-Angebot zu verbessern. Auf der Website können Besucher beispielsweise kostenlos 3D-Scans von allem ansehen oder herunterladen, vom Apollo 11-Befehlsmodul bis hin zu einem kompletten Mammut-Skelett. Im Dezember kündigte die Institution eine Partnerschaft mit Instagram an, die es Nutzern der Foto-Sharing-App ermöglicht, virtuelle Versionen berühmter Smithsonian-Artefakte in ihren persönlichen Räumen anzuzeigen. "Sie können das Space Shuttle Discovery in Ihrem Garten absetzen und Ihre Familie daneben stehen lassen und einen Screenshot machen und ihn auf Twitter teilen", sagt Vincent Rossi, Leiter des 3D-Programms für das Digitization Program Office des Smithsonian. Andere Museen haben clevere Wege gefunden, persönliche Erfahrungen zu schaffen, die COVID-19 sicher sind. Die Science Gallery Dublin auf dem Campus des Trinity College Dublin nutzte die Glasfassade auf einer Seite des Gebäudes und installierte fünf pandemiebezogene Exponate direkt im Glas. Passanten konnten durch die Fenster schauen und eine Ansammlung von Lego-Figuren sehen, die angeordnet waren, um das Konzept der Herdenimmunität zu demonstrieren, oder ein sensorbeladenes, 3D-gedrucktes Kleid mit einem Rock, der sich ausbreitet, um soziale Distanzierung zu erzwingen. Die Ausstellung mit dem Titel „Speed ​​of Science“ war

Viele Wissenschaftsmuseen haben sich direkt mit der COVID-19-Pandemie befasst. Das Museum of Science in Boston hat mithilfe künstlicher Intelligenz eine virtuelle Ausstellung erstellt, die es Menschen ermöglicht, dem Gesundheitsexperten Ashish Jha von der Brown University (oben) Fragen zum Coronavirus zu stellen. Eine Lego-Ausstellung in einem der Schaufenster am Straßenrand der Science Gallery Dublin erklärte die Herdenimmunität (unten).

www.sciencenews.org | 5. Juni 2021 19

FUNKTION | WISSENSCHAFTSMUSEEN IN EINER Pandemie

Das Zentrum für Wissenschaft und Industrie hat Kits mit praktischen wissenschaftlichen Aktivitäten über lokale Tafeln und Obdachlosenunterkünfte verteilt.

Zentrum für Wissenschaft und Industrie, Columbus, Ohio COSI Connects-Kits

Kinder haben letzten Sommer ein Projekt getestet, das das Mid-Hudson Children's Museum über ein neues Pop-up-Mobilprogramm anbieten wird.

Mid-Hudson Children's Museum, Poughkeepsie, N.Y. Testen des Prototypprojekts

Erweiterte Reichweite So schwierig die Pandemie auch war, sie bietet auch den Wissenschaftsmuseen die Möglichkeit, die seit langem notwendigen Veränderungen vorzunehmen und langjährige Ziele zu verfolgen. Schon vor dem Aufkommen von COVID-19 wollte das Center of Science and Industry (COSI) in Columbus, Ohio, neue Wege finden, um in die Gemeinschaft hineinzukommen. „Ja, wir wollen Eintrittskarten für unser Gebäude verkaufen“, sagt Frederic Bertley, Präsident und CEO von COSI. "Aber wir müssen mehr sein." Als COSI im März 2020 geschlossen wurde, brachten seine Mitarbeiter eine Reihe digitaler Angebote auf den Markt – und starteten eine TV-Show – aber das Team wollte auch die praktischen, taktilen Erfahrungen neu schaffen, die seit langem der Grundstein für Wissenschaftsmuseen sind. Die Lösung war ein Sortiment von COSI Connects-Kits. Jedes Kit enthält fünf praktische Aktivitäten für Kinder, die sich um ein Thema drehen: Natur, Wasser, Weltraum, Dinosaurier oder der menschliche Körper. Die Kits können online gekauft werden und COSI verteilt sie kostenlos über Tafeln, Boys & Girls Clubs, Obdachlosenheime und andere Organisationen. Das Museum ist in Diskussion, sie über Schulbezirke in Ohio und mehreren anderen Bundesstaaten zu verteilen. „Wir haben nicht versucht, damit Geld zu verdienen“, sagt Bertley. „Wir haben versucht, sicherzustellen, dass

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MID-HUDSON-KINDERMUSEUM

Space Center Houston Reinraumcamps

produziert in Zusammenarbeit mit dem Pharmaunternehmen Pfizer, das 2019 mit der Galerie an einer Pop-up-Ausstellung zusammengearbeitet hatte. Der Online-Hub der Ausstellung, der einen Podcast über Impfungen und Impfstoffentwicklung umfasst, wurde fast 5.000 Mal besucht. Im vergangenen Sommer bot das Space Center Houston „Reinraum“-Camps an, die die Erfahrung der Arbeit in einer der NASA-Einrichtungen simulierten, die darauf abzielen, sicherzustellen, dass die Objekte, die die Agentur in den Weltraum startet, frei von potenziellen Verunreinigungen sind. Bei der Ankunft im Camp legten die Kinder Kleider, Handschuhe, Masken, Mützen und Überschuhe an. „Grundsätzlich schweißen wir die Kinder ein“, sagt William Harris, Präsident und CEO des Zentrums. "Es ist, als wären sie in einem Reinraum bei der NASA." Die Camps waren so beliebt, dass das Zentrum sie während der Thanksgiving-, Winter- und Frühlingsferien wieder anbot. In der Zwischenzeit nutzte das Mid-Hudson Children's Museum seine Schließung im Jahr 2020, um einen seit langem geplanten Übergang zu einem praxisorientierten Wissenschaftszentrum einzuleiten. Um seine wissenschaftliche Programmierung während der Schließung des Gebäudes in Gang zu bringen, kaufte das Museum einen Van und arbeitete mit der NASA zusammen, um es in ein mobiles Pop-up-Museum für weltraumbezogene Demonstrationen und Aktivitäten im Freien zu verwandeln.

VON OBEN: SPACE CENTER HOUSTON KEVIN MICHAEL SEYMOUR FOTOGRAFIE MID-HUDSON KINDERMUSEUM

Kinder, die an den Reinraumcamps des Space Center Houston teilnahmen, trugen persönliche Schutzausrüstung, um die Erfahrung der Arbeit in einem NASA-Reinraum zu simulieren.

MID-HUDSON-KINDERMUSEUM

VON OBEN: SPACE CENTER HOUSTON KEVIN MICHAEL SEYMOUR FOTOGRAFIE MID-HUDSON KINDERMUSEUM

COSI war immer noch relevant, dass ein hochmodernes Wissenschaftsmuseum immer noch eine grundlegende Rolle in der Gesellschaft spielt, obwohl wir geschlossen waren.“ COSI plant, die Kits auch weiterhin anzubieten, wenn das Gebäude Anfang Juni wiedereröffnet wird. „So können wir über Ohio hinaus wirken“, sagt Bertley. Tatsächlich entdecken Museen, dass die Abkopplung ihrer Programme von ihren physischen Gebäuden ihre Reichweite vergrößert hat. An der California Academy of Sciences zog eine vor der Pandemie stattfindende, persönliche NightLife-Veranstaltung in der Regel etwa 1.700 Menschen an. NightSchool, die virtuelle Version, hat durchschnittlich mehr als 10.000 Aufrufe pro Folge. Diese Veranstaltungen sind kostenlos, sie bringen kein Geld ein. Aber laut Laurel Allen, Senior Digital Engagement und Community Manager, „konnten wir größere Communities aufbauen.“ Obwohl die Akademie ihre Online-Veranstaltungen zunächst als Notlösung betrachtete, hat sie sich entschieden, sie nach der Wiedereröffnung des Museums in irgendeiner Form fortzusetzen. Die Mehrheit der Zuschauer befindet sich außerhalb der Bay Area und wird wahrscheinlich keine regelmäßigen persönlichen Besuche machen. Eine immersive virtuelle Tour, die im vergangenen Sommer vom National Museum of Computing in Milton Keynes, England, erstellt wurde, hat mehr als 140.000 Besucher aus Großbritannien, den USA, Indien und Brasilien angezogen. „Ich glaube nicht, dass wir die Reichweite, die wir hatten, jemals für selbstverständlich hielten“, sagt Jacqui Garrad, die Direktorin des Museums."Aber ich denke, dass wir uns vielleicht nicht genug bemüht haben, einige der externen Gemeinschaften einzubeziehen." Einige Museen haben in Barrierefreiheit investiert, Websites überarbeitet, um blinden oder sehbehinderten Besuchern freundlicher zu sein, und digitale Programme speziell für gehörlose und schwerhörige Besucher angeboten. Andere haben ihre kostenlosen Angebote und Ressourcen für einkommensschwache Familien und andere unterversorgte Gemeinschaften erhöht. Das Museum of Science in Boston hat MOS en Español ins Leben gerufen, einen Online-Hub für die Programmierung auf Spanisch. Natürlich ist die Pandemie – und die Bedrohung des grundlegenden Geschäftsmodells der Museen – noch nicht vorbei. "Ich glaube nicht, dass wir aus dem Wald sind", sagt Nelson von ASTC. Museen seien „großartig bei der Kostensenkung“, fügt er hinzu. "Aber sie sind jetzt am absoluten Minimum." In einer Umfrage im Juni 2020 unter 750 Museumsdirektoren gab ein Drittel an, dass ihre Institutionen einem „erheblichen Risiko“ einer dauerhaften Schließung ausgesetzt seien. Bisher ist dem ASTC nur eine dauerhafte Schließung unter den Wissenschaftsmuseen bekannt: das Orpheum Children’s Science Museum in Champaign, Illinois. Und während einige Museen wiedereröffnet wurden, haben Besucher es getan

Mid-Hudson Children's Museum Bauernmarkt

Als das Gebiet um Poughkeepsie, N.Y., im Frühjahr 2020 geschlossen wurde, stieg die Ernährungsunsicherheit im Mid-Hudson Children's Museum. Das Museum betrieb bereits einen Bauernmarkt im Sommer, verlängerte die Saison jedoch von Mai bis Oktober.

Die Zahl der Teilnehmer, die nur langsam zurückkehrten, ist laut der laufenden Teilnehmerumfrage des ASTC etwa halb so hoch wie vor der Pandemie. Kurz nach dem Ausbruch der Pandemie setzte sich der ASTC bei der Bundesregierung dafür ein, Museen in die Hilfsmaßnahmen einzubeziehen, und stellte Online-Ressourcen zusammen, um seinen Mitgliedern zu helfen, sich in neuen finanziellen und betrieblichen Realitäten zurechtzufinden. In der ersten Runde des bundesstaatlichen Gehaltsscheck-Schutzprogramms erhielten fast 300 der ASTC-Mitglieder Darlehen in Höhe von insgesamt mehr als 180 Millionen US-Dollar. Wenn Museen schließen, ist das ein großer Verlust für ihre Gemeinden, sagt Nelson. „Museen sind wirklich ein wichtiger Teil des wirtschaftlichen, kulturellen und Lernökosystems ihrer Gemeinden.“ Aber die Museen, die überleben, können beweglicher und widerstandsfähiger werden – und in der Lage sein, der Öffentlichkeit auf neue und dringende Weise zu dienen. „Wir müssen diese Idee, jederzeit auf die Bedürfnisse der Gemeinde reagieren zu wollen, verdoppeln“, sagt Steven Snyder, Präsident und CEO des Fleet Science Center in San Diego. „Es ist auch ein Proof of Concept, dass wir nicht an unser Gebäude gebunden sind. Science Center gab es noch nie.“ S

„Ja, wir wollen Tickets für unser Gebäude verkaufen. Aber wir müssen noch mehr tun." FREDERIC BERTLEY

Entdecken Sie mehr s Verband der Wissenschafts- und Technologiezentren. „Virtuelles Wissenschaftsengagement.“ www.astc.org/coronavirus/educationalresources/

Emily Anthes ist eine freiberufliche Wissenschaftsjournalistin mit Sitz in Brooklyn, N.Y. www.sciencenews.org | 5. Juni 2021 21

Bei Typ-1-Diabetes kann die Bauchspeicheldrüse nicht genug Insulin produzieren, um den Blutzuckerspiegel zu kontrollieren. Patienten müssen ihren Blutzuckerspiegel überwachen und bei Bedarf Insulin spritzen, um unmittelbare und langfristige Gesundheitsrisiken zu vermeiden.

Wiederverwendetes Heilmittel Eine 100 Jahre alte Waffe gegen Tuberkulose zeigt frühzeitige Aussichten gegen mehrere Krankheiten Von Amanda B. Keener

E. JASON WAMBSGANS/CHICAGO TRIBUNE/TRIBUNE NEWS SERVICE ÜBER GETTY IMAGES

Weltweit bekommen Freiwillige in Studien, die nichts mit TB zu tun haben, einen Impfstoff gegen Tuberkulose entwickelt. Der als Bacillus CalmetteGuérin oder BCG bezeichnete Schuss wird zur Behandlung von Typ-1-Diabetes, Alzheimer, Multipler Sklerose und sogar COVID-19 getestet. BCG ist eine lebende, aber abgeschwächte Version von Mycobacterium bovis, einem Verwandten von M. tuberculosis, dem Bakterium, das die als TB bekannte infektiöse Lungenkrankheit verursacht. Den Impfstoff gibt es seit 100 Jahren und wird Kindern in fast allen nicht-westlichen Ländern routinemäßig verabreicht. Fast sobald BCG in den 1920er Jahren eingeführt wurde, stellten die Forscher an einigen Orten, an denen der Impfstoff verwendet wurde, einen Rückgang der Säuglingssterblichkeit fest. Spätere Studien zeigten, dass der Impfstoff vor einer Reihe von Infektionen schützt. Laut einem Bericht in Cell vom 15. Oktober reduzierte eine Einzeldosis des Impfstoffs das Risiko von Atemwegsinfektionen bei älteren Studienteilnehmern im Vergleich zu denen, die ein Placebo erhielten. Der Impfstoff scheint in einigen Situationen die Immunität zu stärken, aber paradoxerweise kann BCG auch ein überaktives Immunsystem beruhigen. Es ist diese beruhigende Wirkung, die Forscher dazu veranlasst hat, BCG für Autoimmun- und Entzündungskrankheiten wie Ekzeme, Asthma, Allergien und Multiple Sklerose zu untersuchen. Bei MS, einer Krankheit, bei der das Immunsystem Nervenzellen im Gehirn und Rückenmark angreift, scheint BCG die Schädigung des Gehirns zu verlangsamen. „Jeder bekam ständig Signale, oft von menschlichen Daten, die sagten, dass dieser Mikroorganismus nützliche Dinge tut … egal ob es sich um eine Allergie oder Autoimmunität oder um Multiple Sklerose oder Diabetes handelte“, sagt die Immunologin Denise Faustman von der Harvard Medical School. „In den letzten 10 Jahren ist dieser Datensatz einfach gewachsen und gewachsen.“ Faustman testet BCG als Therapie für Menschen mit Typ-1-Diabetes. Bei dieser Autoimmunerkrankung greift das Immunsystem insulinproduzierende Zellen in der Bauchspeicheldrüse an, wodurch der Körper nicht in der Lage ist, das zur Kontrolle des Blutzuckerspiegels benötigte Insulin herzustellen. Faustman befindet sich inmitten einer 150-Personen-Sicherheits- und Wirksamkeitsstudie zu BCG bei Erwachsenen mit Typ-1-Diabetes. Ihr Team zeigte zuvor in einer kleinen Studie, die 2018 veröffentlicht wurde, dass der Impfstoff die Blutzuckerkontrolle bei Patienten mit Langzeiterkrankung, die weiterhin Insulin einnahmen, sicher verbessern kann. Der Impfstoff scheint Immunzellen so umzuprogrammieren, dass sie zusätzliche Glukose aufnehmen, berichtete ihr Team im Mai 2020 in iScience. Jetzt graben sie und andere Forscher in die grundlegende Wissenschaft hinter ihren Beobachtungen ein

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außerdem startet er klinische Studien mit BCG bei Patienten mit Typ-1-Diabetes, MS und Alzheimer. Die Wissenschaftler hoffen, dass die Antworten dazu beitragen werden, Unterstützung für diese Forschungsrichtung zu gewinnen, die in der wissenschaftlichen Gemeinschaft auf Skepsis gestoßen ist.

E. JASON WAMBSGANS/CHICAGO TRIBUNE/TRIBUNE NEWS SERVICE ÜBER GETTY IMAGES

Die Beweise für die unerwarteten Auswirkungen von BCG häufen sich seit Jahrzehnten leise. In einigen Situationen reduzierte der Impfstoff die Gesamtrate der Säuglingssterblichkeit um etwa 30 Prozent, basierend auf einer systematischen Überprüfung des BMJ aus dem Jahr 2016 sowohl von klinischen Studien als auch von Beobachtungsstudien. In den 1980er Jahren wurde der Impfstoff zu einer Standardbehandlung zur Stärkung des Immunsystems bei Menschen mit Blasenkrebs. In einer im Jahr 2019 in JAMA Network Open veröffentlichten Studie hatten Menschen, die BCG im Kindesalter bekamen, als Erwachsene ein 2,5-fach geringeres Lungenkrebsrisiko. Aber nichts davon war auf Faustmans Radar, als ihre Typ-1-Diabetes-Forschung sie zu BCG führte. Ihr Ziel war es, den Autoimmunangriff auf Betazellen zu stoppen, die Zellen in der Bauchspeicheldrüse, die Insulin produzieren. Normalerweise reagieren Betazellen auf Veränderungen des Blutzuckers und setzen gerade genug Insulin frei, um andere Zellen dazu zu bringen, Glukose aus dem Blut aufzunehmen und zur Energiegewinnung zu verbrennen. Bei Typ-1-Diabetes zerstören T-Zellen des Immunsystems Beta-Zellen, sodass Menschen mit der Krankheit ihren Blutzucker häufig überwachen und Insulin spritzen müssen, um den Blutzuckerspiegel in einem gesunden Bereich zu halten. Sehr hohe oder sehr niedrige Glukosewerte können zum Koma oder zum Tod führen. Im Laufe des Lebens führen weniger extreme Glukoseschwankungen zu Blutgefäßschäden sowie zu Nieren-, Herz- und Sehproblemen. In den späten 1990er und frühen 2000er Jahren fanden Faustmans Team und andere heraus, dass ein Molekül namens TNF alpha, das von einigen Immunzellen hergestellt wird, die T-Zellen, die Betazellen angreifen, selektiv töten könnte. Unter seinen vielen Aufgaben bekämpft TNF alpha bakterielle Infektionen und hilft dem Körper, T-regulatorische Zellen oder T-Regs zu bilden, die als Schiedsrichter fungieren, um Kollateralschäden bei Immunreaktionen zu verhindern. Aus unbekannten Gründen sind bei Menschen mit Typ-1-Diabetes die T-Regs entweder zu wenig oder defekt. Faustman und andere fanden heraus, dass TNF alpha die T-Reg-Zahl und -Aktivität in Mäusen und in menschlichen Zellen steigerte. Aber die direkte Gabe von TNF alpha war keine Option, es war teuer und schwer sicher zu verabreichen. Also suchte Faustmans Team nach etwas, das Immunzellen dazu bringen könnte, selbst TNF alpha zu produzieren. „Die Antwort, die immer wieder auftauchte, war BCG“, sagt Faustman. Eine weitere Forschungsgruppe unter der Leitung von Immunologen

Bhagirath Singh, damals an der University of Alberta in Edmonton, Kanada, hatte in den 1990er Jahren herausgefunden, dass BCG und ein verwandtes Immunstimulans namens komplettes Freund-Adjuvans oder CFA Typ-1-Diabetes bei Mäusen, die anfällig für die Krankheit sind, verhindern können. CFA, das mit totem M. tuberculosis hergestellt wird, schützte auch Pankreaszelltransplantate bei diabetischen Mäusen vor der Zerstörung durch das Immunsystem. Faustmans Team fand ähnliche Ergebnisse, und auch, dass diabetische Mäuse, denen CFA verabreicht wurde, begannen, ihr eigenes Insulin zu produzieren, ihre Bauchspeicheldrüse schienen zu heilen. Der Befund war faszinierend, aber in der Typ-1-Diabetes-Forschung, warnt Faustman, „funktioniert bei der Maus alles“. Im Jahr 1994 verwendete ein israelisches Team BCG und brachte den Blutzucker bei Kindern, bei denen kürzlich die Krankheit diagnostiziert wurde, mit sehr geringem Insulinverbrauch unter Kontrolle. Die Ergebnisse konnten jedoch nicht reproduziert werden. Das schreckte Faustman nicht ab. Es gibt mindestens ein Dutzend Stämme des BCG-Organismus, die für Impfstoffe verwendet werden, und Wissenschaftler haben herausgefunden, dass verschiedene Stämme unterschiedliche Auswirkungen auf das Immunsystem haben. Faustmans Team untersuchte mehrere Stämme, um einen zu finden, der TNF-alpha auslösen und das Gleichgewicht zwischen autoimmunen T-Zellen und T-Regs in Proben weißer Blutkörperchen von Menschen mit Typ-1-Diabetes verschieben könnte. Mit einem funktionierenden Stamm in der Hand rekrutierte Faustmans Team drei Erwachsene, die seit vielen Jahren mit Typ-1-Diabetes leben und noch nie mit BCG geimpft worden waren. Jede Person erhielt zwei Injektionen von BCG im Abstand von vier Wochen. Die Freiwilligen verwendeten weiterhin Insulin, während ihr Blut auf Veränderungen der T-Zellen und des Hämoglobin-A1c- oder HbA1c-Spiegels untersucht wurde, der anzeigt, wie gut der Blutzucker eingestellt ist. Während der 20-wöchigen Studie sahen die Forscher kleine Veränderungen der T-Zellen, aber keine große Verbesserung des HbA1c, der Messung, die für Patienten mit Typ-1-Diabetes wirklich wichtig ist.

Die lange Sicht Warten Sie darauf Zu diesem Zeitpunkt hatte Faustman Forscher aus Rom getroffen, die herausgefunden hatten, dass BCG die Wahrscheinlichkeit verringern könnte, dass Menschen mit einer Gehirnentzündung an Multipler Sklerose erkranken – aber die Wirkung war nach Monaten bis Jahren am deutlichsten. Angesichts dieses längeren Zeitrahmens checkte Faustman jährlich die Patienten aus ihrer Studie ein, um den HbA1c-Spiegel zu messen. Nach dem dritten Jahr „gingen die HbA1c-Werte um 10 bis 18 Prozent zurück“, sagt Faustman. "Es war nicht subtil." Um dies in einen Kontext zu setzen, pro 10 Prozent Senkung des HbA1c-Wertes steigt das Risiko von Krankheiten, die durch

Im Laufe der Zeit kann eine schlechte Blutzuckerkontrolle bei Menschen mit Diabetes zu folgenden Symptomen führen: Sehstörungen Nierenerkrankungen Nervenschäden mit Schmerzen, Brennen oder Gefühlsverlust Herzinfarkt und Schlaganfall aufgrund von Blutgefäßschäden Fußinfektionen, Amputation Depression

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In einer kleinen Studie erhielten neun Patienten mit Typ-1-Diabetes (rote Linie) zwei Spritzen BCG. Drei Jahre später erfuhr diese Gruppe einen Abfall des Blutzuckers, gemessen durch Hämoglobin A1c. Der HbA1c-Spiegel blieb mehrere Jahre lang niedrig im Vergleich zu Patienten, die unbehandelt (gestrichelte Linie) oder ein Placebo (schwarze Linie) erhielten. Während des gesamten Experiments nahmen alle Patienten weiterhin Insulin ein. QUELLE: W. M. KÜHTREIBER ET AL/NPJ IMPFSTOFFE 2018

6 BCG Placebo Keine Behandlung 0

Hoffnung oder Hype? Faustmans Arbeit hat eine breite Palette von Reaktionen von Menschen innerhalb der Typ-1-Diabetes-Gemeinschaft hervorgerufen. Die Patienten sind begeistert von der Möglichkeit einer kostengünstigen Behandlung, die zwar keine Heilung darstellt, aber das Leben erleichtern könnte. Angesichts des zunehmenden Typ-1-Diabetes, von dem derzeit 1,6 Millionen Menschen in den Vereinigten Staaten betroffen sind, und der hohen Insulinkosten könnte alles, was Patienten dabei helfen könnte, den Blutzucker zu regulieren, ohne die Insulindosen zu erhöhen, große Auswirkungen haben. „Auch wenn es zusätzlich zur aktuellen Insulintherapie ist, ist es eine große Hoffnung“, sagt Siham D. Accacha, ein pädiatrischer Endokrinologe an der NYU Long Island School of Medicine in Mineola, NY und ihre Familien, sagt sie. Tragbare Glukosemonitore und automatische Insulinpumpen helfen, aber „wir haben keine Behandlung, die helfen könnte, den Blutzucker von innen zu verbessern“, sagt sie. Wenn BCG die Chance dazu hat, sagt sie: "Ich denke, es ist einen Versuch wert." Accacha fügt hinzu, dass BCG eine lange Sicherheitsbilanz hat und seine Risiken im Vergleich zu anderen Behandlungen für Typ-1-Diabetes, wie z. Faustman sagt, dass die Patienten von den Ergebnissen auch ermutigt werden, weil die Forschung Menschen umfasste, die seit langem mit Diabetes leben, durchschnittlich 19 Jahre. Die meisten, wenn nicht alle anderen Studien rekrutieren nur neu diagnostizierte Personen, sagt David Leslie, ein Endokrinologe an der University of London. „Alles, was bei etabliertem Typ-1-Diabetes funktionieren könnte, ist eine große Sache“, sagt er. Auf der anderen Seite haben einige Diabetesforscher und -organisationen Bedenken geäußert, dass Faustmans Arbeit falsche Hoffnungen wecken könnte. Erst kürzlich, während des Treffens der American Diabetes Association im Jahr 2018, veröffentlichte diese Organisation zusammen mit JDRF (ehemals Juvenile Diabetes Research Foundation) eine Erklärung, in der die geringe Größe von Faustmans Studie 2018 festgestellt wurde und dass alle Freiwilligen weiterhin Insulin einnahmen. In einer E-Mail an Science News wiederholte ein JDRF-Vertreter die ursprüngliche Aussage und fügte hinzu: „Wir möchten, dass jeder Forscher auf unserem Gebiet erfolgreich ist und wir werden die Fortschritte von Dr. Faustman überwachen.“ Mehrere Typ-1-Diabetes

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Die Wirkung von BCG auf den Blutzuckerspiegel bei Menschen mit Typ-1-Diabetes

Stoffwechsel und korrigieren sie in Richtung eines normalen“, sagt Faustman. BCG scheint den Patienten eine neue Möglichkeit zu geben, Glukose zu entsorgen, sagt sie.

Blutgefäßschäden – ein großes Problem bei Menschen mit Diabetes – sinken um 25 bis 44 Prozent. Faustmans Team fügte der Studie sechs weitere Patienten hinzu, und alle neun Freiwilligen hatten mindestens drei Jahre lang einen nahezu normalen Blutzuckerspiegel. Drei dieser Patienten hielten diese Werte fünf Jahre lang aufrecht, berichtete das Team 2018 in npj Vaccines. Und keiner der Patienten berichtete über Episoden eines zu niedrigen Blutzuckerspiegels. Die HbA1c-Verschiebung war aufregend, aber Faustman war ratlos, als sie nach der Ursache suchte. Die T-Regs der Patienten waren wie erwartet aktiver, aber der natürliche Insulinspiegel stieg nicht an, was darauf hindeutet, dass etwas anderes zur Kontrolle des Blutzuckers beiträgt. Ein Hinweis kam von den Abbauprodukten oder Metaboliten im Blut der Patienten, die gebildet werden, wenn Zellen Glukose verwenden. Diese Metaboliten waren im Blut häufiger, nachdem die Patienten BCG erhalten hatten. Faustmans Gruppe fand auch heraus, dass Patienten vor der BCG-Behandlung niedrigere Metabolitenspiegel hatten als gesunde Menschen, was die Forscher durch die Untersuchung des Blutes von weiteren 100 Patienten mit Typ-1-Diabetes bestätigten. Bei genauerer Betrachtung stellte das Team fest, dass weiße Blutkörperchen – insbesondere Monozyten – von Menschen mit Typ-1-Diabetes weniger Glukose aufnahmen als dieselben Zellen bei gesunden Menschen. Aber wenn die Monozyten der Patienten im Labor BCG ausgesetzt wurden, wurde dieser Defekt im Glukosestoffwechsel korrigiert, berichteten die Forscher letztes Jahr in iScience. In derselben Studie verabreichten die Forscher einer neuen Patientengruppe drei BCG-Injektionen pro Jahr und beobachteten, dass Gene, die mit dem Abbau von Glukose zusammenhängen, in den T-Zellen und Monozyten der Patienten aktiver waren als vor den Spritzen. „BCG nahm diese zugrunde liegenden Defekte bei Diabetikern, sowohl im Immunsystem als auch

Forscher lehnten Anfragen ab, sich zu Faustmans neuestem Werk zu äußern, einschließlich einer, die die geringe Anzahl beteiligter Patienten als Grund anführte. Leslie stimmt zu, dass mehr Daten benötigt werden, um Faustmans Behauptungen zu untermauern. Er sagt, er habe privat negative Reaktionen auf Faustmans Arbeit gehört, aber er hält sie nicht für gerechtfertigt. „Das ist eine interessante Idee“, sagt er, „die wir nicht wegwerfen sollten“. Faustman hat keine BCG-Finanzierung von zwei der größten Geldgeber für Typ-1-Diabetes-Forschung erhalten: den US-amerikanischen National Institutes of Health und JDRF. Sie sagt, dass dies der Meinung ist, dass die Arbeit den Hauptbemühungen des Feldes in den letzten 20 Jahren, die die Kontrolle des Blutzuckerspiegels mit Pumpen und Monitoren sowie die frühestmögliche Erkennung und Behandlung von Typ-1-Diabetes umfassen, „widerläuft“. Faustmans BCG-Arbeit wurde von privaten Spendern, darunter der Iacocca Family Foundation in Boston, oder durch Spenden von Patienten und ihren Familien unterstützt. Da es sich bei BCG um einen generischen Impfstoff handelt, der durchschnittlich 50 Cent pro Dosis kostet, gibt es für Arzneimittelentwickler wenig Anreiz, Geld in Studien für neue Anwendungen zu investieren. „Es ist überhaupt nicht sexy oder Geld zu verdienen“, sagt Singh, dessen eigene Finanzierung für das Studium von BCG-bezogenen Arbeiten im Jahr 2001 versiegte. „Die Daten müssen für sich selbst sprechen“, sagt Ofer Levy, Direktor des Programms für Präzisionsimpfstoffe im Bostoner Kinderkrankenhaus. Levy studiert BCG und ist mit Faustmans Arbeit vertraut. Er sagt, dass niemand Menschen mit Diabetes dazu ermutigt, sich für eine BCG-Spritze anzustellen. „Wir brauchen strenge klinische Daten“, sagt er. „Aber ich denke, dass es eine plausible Hypothese und ein sehr spannendes Forschungsgebiet ist.“

BCG scheint das Immunsystem auf paradoxe Weise zu beeinflussen. Es verbessert die trainierte Immunität, sodass Immunzellen stark auf mitkommende Krankheitserreger reagieren. Der Impfstoff scheint jedoch auch Autoimmunität, allergische Erkrankungen und Entzündungen zu dämpfen. Es kann sogar die Fähigkeit bestimmter Immunzellen verstärken, Glukose aus dem Blutkreislauf zu ziehen, eine potenzielle Hilfe für Menschen mit Typ-1-Diabetes.

QUELLE: A. J. MOULSONA UND Y. AV-GAY/IMMUNOBIOLOGIE 2021

BCG stimuliert die trainierte Immunität in Monozyten (rosa) und anderen Ersthelfer- oder angeborenen Immunzellen (blau). Diese Zellen reagieren dann schneller und stärker, wenn eine Person später anderen Krankheitserregern ausgesetzt ist.

Mit BCG produzieren Monozyten (rosa) und andere Immunzellen (grau) ein Protein des Immunsystems namens TNF alpha und niedrigere Mengen anderer Moleküle, die Entzündungen fördern.

Pankreas-angreifende T-Zellen

Mit einem TNF-alpha-Boost sterben bei diabetischen Mäusen T-Zellen, die die Bauchspeicheldrüse (dunkelgrün) angreifen.In Studien am Menschen scheinen T-Regs (hellgrün), die Autoimmunschäden stoppen, aktiver zu sein.

BCG erhöht den Glukoseverbrauch durch Monozyten (rosa) und T-Zellen (blau) von Menschen mit Typ-1-Diabetes. Dieser Effekt kann für einen niedrigeren Glukosespiegel im Blut verantwortlich sein.

Augen auf die Off-Targets Faustman ist Teil einer wachsenden Gemeinschaft von Forschern, die BCG und seine unbeabsichtigten Wirkungen untersuchen. Sie nennt sie „Off-Target-Leute“. Einer dieser Forscher ist Mihai Netea, Immunologe an der Radboud-Universität in den Niederlanden. Er und seine Kollegen haben gezeigt, dass BCG eine trainierte Immunität auslöst, eine unspezifische Art von Gedächtnis, die Immunzellen dazu bereit macht, später stärker auf jeden Krankheitserreger zu reagieren. Es wird angenommen, dass es in Humanstudien auf diese Weise vor bakteriellen und viralen Infektionen schützt und mehrere Forschungsgruppen dazu veranlasst hat, es als Vorbeugung gegen COVID-19 zu testen. Neteas Team berichtete 2016 auch in Cell Reports, dass ein Schuss BCG die Monozyten gesunder Freiwilliger dazu anregt, Glukose schneller abzubauen, und die Aktivität der Gene erhöht

für den Glukosestoffwechsel in den Zellen benötigt. Netea sagt, er sei sich nicht sicher, ob diese Veränderungen in den Immunzellen ausreichen, um den Glukosespiegel im ganzen Körper zu beeinflussen, wie Faustman postuliert. In seiner laufenden Studie verwendet Faustmans Team einen radioaktiven Glukose-PET-Scan, um herauszufinden, wohin die Glukose nach der BCG-Impfung geht. Bisher haben sie an einigen Stellen, an denen Monozyten und andere Immunzellen gefunden werden, wie Milz, Knochenmark und absteigende Aorta, eine erhöhte Glukoseaufnahme festgestellt. Nach zwei Jahren, sagt sie, beginnt auch die Leber, mehr Glukose aufzunehmen, was darauf hindeutet, dass dies eine Rolle bei der Wirkung von BCG auf den Blutzuckerspiegel spielen könnte. Faustman hat sich mit dem Harvard-Neurologen Steven Arnold zusammengetan, um BCG bei Alzheimer-Patienten zu testen. Der Abbau von Glukose ist geringer als bei www.sciencenews.org | 5. Juni 2021 25

FUNKTION | WIEDERZWECKBARE ABHILFE

Kumulative Anzahl neuer Bereiche der Hirnentzündung

Den Fortschritt verlangsamen Patienten, bei denen eine Episode von Multiple-Sklerose-Symptomen aufgetreten war, bei denen jedoch keine MS diagnostiziert worden war, erhielten eine Injektion von BCG (rote Linie) oder ein Placebo (schwarz). Über einen Zeitraum von sechs Monaten hatten 33 mit BCG behandelte Patienten weniger neue Bereiche einer Hirnentzündung (wie im MRT gezeigt) als die 40 Personen, die ein Placebo erhielten. QUELLE: G. RISTORI ET AL/ NEUROLOGIE 2014

Untersuchungen haben gezeigt, dass die Gehirne von Menschen mit der Krankheit normal sind. Faustman glaubt, dass BCG einen Neustart des Glukosestoffwechsels bieten könnte. Im Jahr 2019 berichtete ein Forschungsteam aus Israel in PLOS ONE, dass 2,4 Prozent der Menschen, die etwa ein Jahrzehnt zuvor wegen Blasenkrebs behandelt wurden, an Alzheimer erkrankten, während 8,9 Prozent derjenigen, die die Krankheit nicht entwickelten, an BCG erkrankten. An der Studie von Arnold werden 30 Personen mit frühem Alzheimer teilnehmen, die im Abstand von vier Wochen zwei Spritzen BCG oder ein Placebo erhalten. Sein Team wird über einen Zeitraum von drei Monaten die kognitiven Fähigkeiten der Patienten und die Biomarker der Krankheit in Blut und Liquor messen. Faustmans Kollegen in Italien, die Neurologen Marco Salvetti und Giovanni Ristori von der Universität Sapienza in Rom, verfolgen BCG seit Ende der 1990er Jahre zur Behandlung von Multipler Sklerose. In einer Pilotstudie mit 12 Menschen mit MS fanden Salvetti, Ristori und Kollegen heraus, dass BCG die Chancen der Patienten verringerte, neue Bereiche mit Nervenzellschäden im Gehirn zu entwickeln. Für eine zweite Studie rekrutierte das Team Personen, die noch keine MS entwickelt hatten, aber eine Episode von MS-Symptomen wie Sehverlust oder Muskelschwäche hatten. Dreiunddreißig dieser Freiwilligen erhielten eine Injektion von BCG, während 40 ein Placebo erhielten. Über einen Zeitraum von fünf Jahren entwickelten diejenigen, die den Impfstoff erhielten, im Vergleich zu Personen, die ein Placebo erhielten, mit geringerer Wahrscheinlichkeit neue oder verschlechterte Bereiche mit Hirnschäden oder erlebten Krankheitsschübe. Am Ende der Studie hatten 70 Prozent der Placebogruppe eine klinisch diagnostizierte MS, verglichen mit 42 Prozent der geimpften Gruppe, berichtete das Team 2014 in Neurology. Das Sapienza-Team hat eine weitere placebokontrollierte Studie gestartet, in der Personen mit entdeckten Anzeichen einer neurologischen Schädigung rekrutiert werden

zufällig in MRTs, die aus nicht verwandten Gründen durchgeführt wurden. Menschen mit dieser Art von Schädigung haben ein hohes Risiko, nach mehreren Jahren an MS zu erkranken. Salvetti hofft, herauszufinden, ob BCG eine Option sein kann, um das MS-Risiko dieser Menschen zu senken. Salvetti arbeitet mit dem Immunologen Giuseppe Matarese von der Universität Neapel Federico II zusammen, um die T-Regs der Studienteilnehmer zu untersuchen. Die Gruppe von Matarese hat herausgefunden, dass T-Regs von MS-Patienten Schwierigkeiten haben, sich zu vermehren. In Studien an Mäusen mit MS-ähnlichen Symptomen erhöht BCG die T-reg-Zahlen. Das Team von Matarese plant, zu sehen, ob dies auch bei Menschen der Fall ist. Die Gruppe untersucht auch T-Regs von gesunden Freiwilligen, denen eine einzelne BCG-Spritze in einer separaten Studie unter der Leitung von Netea verabreicht wurde. Faustman studiert weiterhin T-Regs. Obwohl ihre frühere Arbeit darauf hindeutet, dass BCG den Abbau von Glukose bei Menschen mit langjährigem Typ-1-Diabetes fördert, hofft sie zu erfahren, ob T-Regs denen helfen können, die erst kürzlich diagnostiziert wurden und deren Betazellen möglicherweise noch eine Chance haben, sich zu erholen. Ihr Team testet dies in einer Studie mit 25 Personen mit neu diagnostizierter Krankheit. Bisher haben Patienten in dieser Studie, die unter 21 Jahre alt sind, ein und zwei Jahre nach der Einnahme von BCG einen Abfall des HbA1c-Spiegels erfahren, über den das Team im vergangenen Oktober auf der virtuellen Tagung der Federation of Clinical Immunology Societies 2020 berichtete. Faustmans Gruppe hat ihre klinische Phase-II-Studie mit 150 Personen zur Hälfte abgeschlossen und wird voraussichtlich 2023 abgeschlossen sein. Sie präsentierte auf dem Treffen unveröffentlichte Daten, die darauf hindeuten, dass der Schuss die Aktivität eines Gens erhöht, das für die T-reg-Produktion erforderlich ist. Die HbA1c-Daten werden noch ausgewertet. Anfang 2021 bat sie die US-amerikanische Food and Drug Administration um Genehmigung, eine Studie mit Kindern mit Typ-1-Diabetes zu starten, aber die Behörde bat sie um weitere Tierdaten. Sie hofft, später in diesem Jahr noch einmal nachfragen zu können. Accacha, deren Praxis an der Studie teilnehmen würde, sagt, dass die Eltern ihrer Patienten sehr an Faustmans Arbeit interessiert sind und ihre Kinder gerne anmelden würden. „Sie fragen mich jedes Jahr: ‚Was ist los?‘“ s

Entdecken Sie mehr s Asimenia Angelidou et al. „BCG als Fallstudie für die Entwicklung von Präzisions-Impfstoffen: Lehren aus Impfstoff-Heterogenität, trainierter Immunität und Immunontogenese.“ Grenzen in der Mikrobiologie. 11. März 2020.

Amanda B. Keener ist eine freiberufliche Wissenschaftsjournalistin mit Sitz in Littleton, Colo.

Wirkung von BCG bei Menschen mit Multiple-Sklerose-Symptomen 10

26 WISSENSCHAFTSNEWS | 5. Juni 2021

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Das Leben eines NASA-Mathematikers bietet Einblick in die Rassenbeziehungen in den USA

Die Mathematikerin Katherine Johnson wird 1962 im Langley Research Center der NASA in Hampton, Virginia, gezeigt.

Themen. Zum Beispiel beschreibt sie einen Protest, angeführt von Rev. Ralph Abernathy – dem Nachfolger von Martin Luther King Jr. als Präsident der Southern Christian Leadership Conference – gegen die Steuergelder, die für das Weltraumrennen und nicht für die Armutsbekämpfung ausgegeben werden. Aber Johnson teilt ihre eigenen Reaktionen auf dieses Ereignis nicht. Es ist auch klar, dass Johnson nicht gerne mit sich selbst prahlt. Sie wirbt für die Karrieren anderer versierter schwarzer Wissenschaftler und Astronauten, aber über ihre eigene Arbeit schreibt sie: "Ich habe nur [meinen] Job gemacht." Das mag nach falscher Bescheidenheit klingen, aber es klingt wahr, wenn es von einer Frau kommt, die ihre eigenen Töchter nicht zu ihrem Ruhestandsessen bei der NASA einlud, weil sie, wie sie in dem Buch schreibt, „kein großes Aufheben machen wollte. ” Auffälliger als Johnsons unerschütterliche Bescheidenheit ist vielleicht, wie sie mit erhobenem Haupt der Rassentrennung und Diskriminierung begegnete. Als sie für ihren ersten Job in den Süden zog, warnte ihre Mutter sie vor dem Rassismus, dem sie ausgesetzt sein würde: "Denken Sie daran, Sie gehen nach Virginia." Aber Johnson sagte nur: "Nun, sag ihnen, dass ich komme!" Und als ein weißer Freund Johnson erzählte, dass sein Pastor schwarzen Gästen bei seiner Hochzeit verbot, "ich habe es einfach abgetan", schreibt sie. "Ich würde nicht zulassen, dass die rückständigen Ansichten seines Pastors meine Meinung über das schöne Paar ändern." Diese Beispiele unerbittlicher Entschlossenheit angesichts von Widrigkeiten bleiben beim Leser und zeigen, was Johnsons Reise wirklich bemerkenswert macht. Ja, ihr mathematisches Genie war inspirierend. Ebenso inspirierend war ihr Mut. — Maria Temming

Katherine Johnson wurde etwa 2016 ein bekannter Name, als der Bestseller und der Hollywood-Film Hidden Figures ihre Rolle als NASA-Mathematikerin während des Weltraumrennens hervorhoben (SN: 1.1.17, S. 28). Diese Arbeiten zeigten Johnsons Fähigkeit, My Remarkable Journey High-Stakes-Berechnungen durchzuführen, um AstroKatherine Johnson-Nauten ins All zu schicken, während sie Joylette Hylick Rassismus und Sexismus von ihren Kollegen ertragen musste. und Katherine Moore AMISTAD, 25,99 $ Aber die Berechnung von Zahlen für die NASA ist nur ein Teil von Johnsons Geschichte. Ihre posthumen Memoiren My Remarkable Journey erzählen den Rest. Zusammen mit zwei ihrer drei Töchter geschrieben, verbringt Johnsons Memoiren überraschend wenig Zeit damit, ihre Arbeit bei der NASA zu erklären. Stattdessen konzentriert sich das Buch auf Johnsons persönliches Leben, einschließlich vieler Erfahrungen, die Einblicke in die turbulenten Rassenbeziehungen der Vereinigten Staaten im 20. Jahrhundert geben. Ihr Bericht beginnt mit ihrer Kindheit in der Kleinstadt West Virginia. Schon damals war Johnsons Wissensdurst spürbar: Sie schlich sich aus, um ihren älteren Geschwistern zur Schule zu folgen, spickte ihre Eltern und Lehrer mit Fragen und zählte alles, was in Sichtweite war. Während ihres Studiums an der West Virginia State University beschloss Johnson, Mathematikerin zu werden. Die Leser sehen schnell die tiefgreifenden Hindernisse, denen gebildete Schwarze wie Johnson gegenüberstanden. Als sie 1937 im Alter von 18 Jahren ihren Abschluss mit dem höchsten Notendurchschnitt in ihrer Universitätsgeschichte machte, hatte Johnson nur wenige Beschäftigungsmöglichkeiten. Ihr einziges Jobangebot war ein Lehrauftrag an einer rein schwarzen Grundschule. Johnson nutzt ihre eigenen Bildungs- und Arbeitserfahrungen als Fenster zu umfassenderen Themen. Sie schwenkt häufig von ihrer Geschichte ab, um die rassenbasierten Kämpfe ihrer Lehrer und die Geschichte der schwarzen Schulen zu beschreiben, die sie besuchte oder besuchte. Diese Nebensächlichkeiten verlangsamen die Erzählung, offenbaren aber etwas Tieferes: Johnsons immensen Stolz auf schwarze Bildungseinrichtungen und ihre Dankbarkeit gegenüber den schwarzen Pädagogen, die ihre Vorbilder waren. Spätere Kapitel zoomen weiter von Johnsons eigenen Erfahrungen zu historischen Ereignissen. Sie beschreibt ihre Bedenken, ihren Töchtern die Teilnahme an der schulischen Integration zu ermöglichen. „Als ich gesehen hatte, was diese Neger-Teenager in Little Rock erlebten, konnte ich es nicht mehr übersehen“, schreibt sie über die Gewalt des weißen Mobs, mit der schwarze Schüler konfrontiert sind, die sich in eine weiße Schule in Arkansas integrieren. Sie riet ihren Töchtern auch, sich nicht an Bürgerrechtsprotesten zu beteiligen, weil sie befürchtete, sie könnten verletzt oder verhaftet werden. (Sie protestierten trotzdem.) Manchmal scheinen Johnsons historische Randbemerkungen jedoch rein auslegend zu sein. Die Leser könnten sich wünschen, dass die Memoiren Johnsons einzigartige Perspektive auf einige 28 WISSENSCHAFTSNEWS | 5. Juni 2021

GEOLOGIE / REISE Lees Ferry

Arizona ist ein Spielplatz für Geologen, mit einer wissenschaftlich faszinierenden Geschichte hinter jedem Felsvorsprung, trockenen Strand und glitzernden Frühling. Arizona-Felsen! erzählt die Geschichten von 44 der besten geologischen Stätten des Staates. Sie lernen nicht nur bekannte Orte wie den Barringer Meteorite Crater und den Petrified Forest National Park kennen, sondern entdecken auch weniger bekannte Stätten wie Hopi Buttes, die aus dampfgetriebenen Explosionen entstanden sind Peridot Mesa, wo Edelsteine ​​​​aus das Erdinnere gefunden werden, und Montezuma Well, ein Kalksteinloch mit einem beständigen Wasservorrat. Umfangreiche Farbfotos ergänzen den Text und Karten helfen Ihnen, ans Ziel zu kommen. Arizona-Felsen! ist das zweite Buch in den bundesstaatlichen Geology Rocks! Reihe, die den Lesern einige der interessantesten und zugänglichsten geologischen Stätten in jedem Bundesstaat vorstellt.

Tuba City Dinosaurierspuren Canyon de Chelly National Monument

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FELSEN! SERIE Burro Creek Canyon

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Hopi Buttes Vulkanfeld

Sunset Crater Volcano National Monument

Nationalpark Montezuma Well

Pinta Dome Heliumfeld St. Johns Heliumfeld

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Geierberge und Bergwerk

Papago Park und Camelback Mountain

Sentinel Plain Vulkanfeld

Aberglaube Berg Caldera

Peridot Mesa Morenci Mine

Malpais Hill Zeolithe Picacho Peak State Park Catalina Fort State Bowie University of Arizona Park Saguaro National National Mineral Museum Willcox Historic Park East Playa Orgelpfeifenstätte Saguaro Cochise Cactus National Park West Stronghold Chiricahua Monument National Kartchner Kitt Mineral Monument Caverns Peak Discovery State Park Tombstone Center und San Mission Murray Springs Clovis Site Bernardino Mine PUBLISHING CO M PA NY Bisbee Volcanic Field

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SOCIETY UPDATE Science News for Students ist ein preisgekröntes, kostenloses Online-Magazin, das täglich über Forschung und neue Entwicklungen in wissenschaftlichen Disziplinen für Forscher jeden Alters berichtet – von der Mittelstufe an aufwärts.

Erde, wie du sie noch nie gesehen hast

Wenn Kartographen die Erde abbilden wollen, müssen sie aus einer 3D-Kugel eine 2D-Karte machen. Das Glätten des Globus auf einer flachen Ebene verzerrt normalerweise die Oberflächenmerkmale. Einige erweitern sich. Andere schrumpfen – oft um ein Vielfaches. Jetzt haben zwei Astrophysiker und ein Mathematiker einen cleveren Weg gefunden, diese Verzerrungen zu begrenzen: Projizieren Sie den Globus auf zwei Seiten einer Scheibe. Auf den Mercator-Karten, die in den meisten Klassenzimmern verwendet werden, sieht Grönland größer aus als Afrika, hat aber nur 7 Prozent seiner Größe. Die neue Projektion (hier zu sehen) beseitigt solche Verzerrungen weitgehend und bietet viele potenzielle Vorteile für die Wissenschaft. — Avery Elizabeth Hurt Lesen Sie mehr: www.sciencenewsforstudents.org/earth-map-projection

Zu viel Sitzen könnte deine psychische Gesundheit schädigen

Die COVID-19-Pandemie hat viele Menschen umgehauen – buchstäblich. Als Schulen und Büros schlossen oder soziale Distanzierung auferlegten, begannen die Menschen, von zu Hause aus zu arbeiten, weniger zu reisen und überfüllte Fitnessstudios zu meiden. Viele von uns wissen bereits, dass ein Couch-Potato-Lebensstil zu Gewichtszunahme und chronischen Krankheiten wie Diabetes führen kann. Weniger bekannt: Auch das Gehirn leidet.Eine große und wachsende Datenmenge zeigt, dass zu viel Sitzen Depressionen und andere psychische Probleme begünstigen kann, beginnend in der Adoleszenz. Einige Studien deuten jedoch auch darauf hin, dass dies weniger problematisch sein kann, wenn unsere sitzenden Aktivitäten nicht geistig passiv sind, sondern stattdessen das Gehirn einbeziehen. — Kathiann Kowalski

Bandagen aus Krabbenschalen beschleunigen die Heilung

Ein neuer medizinischer Verband hilft Wunden schneller zu heilen. Es besteht aus Chitin, dem strukturellen Material in den Exoskeletten und Schuppen von Schalentieren und Insekten. Der Chemiker Jinping Zhou von der Universität Wuhan in China war Teil eines Teams, das Chitin in eine Gaze verwandelte. Die Forscher fanden heraus, dass Hautzellen und Blutgefäße in Wunden, die mit dieser Gaze bedeckt waren, schneller wuchsen als mit den heute in der Medizin verwendeten Gazen. Und im Gegensatz zu herkömmlicher Gaze kann der Körper die auf Chitin basierenden Fasern abbauen, was bedeutet, dass Chirurgen die neue Gaze im Körper belassen können, um innere Wunden zu behandeln. — Silke Schmidt Weiterlesen: www.sciencenewsforstudents.org/innovation-bandages

VON OBEN: J.R. GOTT, R. VANDERBEI UND D. GOLDBERG FATCAMERA/ E+/GETTY IMAGES PLUS RICHLEGG/E+/GETTY IMAGES PLUS

Lesen Sie mehr: www.sciencenewsforstudents.org/too-much-sitting

Ein schneller Haufen Schrott Maria Temmings Geschichte über die Ursprünge von Oumuamua (siehe "Shapeshifter", ganz rechts) zog viele Leserkommentare zur Ähnlichkeit des Objekts (unten) mit dem Millennium Falcon aus dem Star Wars-Franchise auf sich. Leser Bill Crumly scherzte: „Die Illustration macht deutlich, dass der Ursprung von Oumuamua vor langer Zeit in einer weit, weit entfernten Galaxie lag.“ (Oder vielleicht treffender: in einem weit, weit entfernten Teil der Milchstraße.)

Eine Gruppe von Forschern untersucht, wie sich Mikroben, die durch Waldbrandrauch übertragen werden, auf die menschliche und ökologische Gesundheit auswirken können, berichtet Megan Sever in „Rauch und Mikroben“ (SN: 4/10/21, S. 22). Severs Geschichte ist „ein ausgezeichneter Überblick“ über die pyroaerobiologische Forschung, insbesondere die der Feuerökologin Leda Kobziar, schrieb der Leser Forrest M. Mims III. Mims 'Tochter Sarah entdeckte vor fast 20 Jahren, als sie noch in der High School war, dass Rauch Mikroben in die Luft schleudern kann, bemerkte Mims. Mit einem „50-Cent-Luftsammler, den sie von einem Drachen flog, und einem billigen Mikroskop“ fand sie heraus, dass Rauch von Biomassebränden in Yucatán, Mexiko, in Texas angekommen war und Bakterien und Pilze trug, schrieb er. Die Ergebnisse veröffentlichte das Vater-Tochter-Duo 2004 in Atmospheric Environment. „Das war in der Tat eine kritische Pionierstudie und wird in jeder meiner Arbeiten zitiert“, sagt Kobziar von der Universität Idaho in Moskau. Während die Studie von Sarah Mims Kobziars anfängliche Neugier auf Pyroaerobiologie nicht entfachte, sollte Mims’ Geschichte „junge Wissenschaftler dazu inspirieren, ihrer Neugier zu folgen“, sagt Kobziar. „Es hat mich auf jeden Fall inspiriert!“

An der Unterhaltung teilnehmen E-MAIL [email protected]

MAIL Attn: Feedback 1719 N St., NW Washington, DC 20036

Phosphor aus einer blitzgeschmiedeten Version eines Minerals namens Schreibersit könnte zum Aufbau der ersten DNA- und RNA-Moleküle auf der Erde verwendet worden sein, berichtet Maria Temming in „Lightning may have sparked life“ (SN: 4/10/21, S. 7) . Leser Craig Smith fragte sich, warum DNA und RNA Phosphor aus Schreibersit und nicht aus anderen natürlich vorkommenden Formen des Elements benötigen würden. „Die Phosphorversion, die vor dem Blitzeinschlag im Boden existierte, war keine Version, die zur Herstellung von Biomolekülen verwendet werden konnte“, sagt Temming. Phosphor im Mineral Schreibersit ist stark reduziert, d.h. es ist nicht fest an Sauerstoff im Mineral gebunden. Dadurch lässt sich dieser Phosphor leichter aus dem

Mineral und daher leichter in DNA- und RNA-Moleküle einzubauen als andere natürlich vorkommende Formen des Elements, sagt sie.

Gestaltwandler Das seltsam aussehende interstellare Objekt, das als 'Oumuamua bekannt ist, könnte ein Stück Stickstoffeis sein, das einen Pluto-ähnlichen Exoplaneten abgebrochen hat, berichtete Maria Temming in „Oumuamua bekommt eine neue Ursprungsgeschichte“ (SN: 4/10/21, S . 6). Frühere Illustrationen von ‘Oumuamua legten nahe, dass das Objekt eine längliche Form hatte, ähnlich der einer Zigarre (SN: 5/9/20 & 5/23/20, S. 12). Wenn das Objekt aus Stickstoff-Eis besteht, wie könnte es angesichts der „zerschmetternden Gravitationskräfte seiner Annäherung an unsere Sonne“ eine solche Form beibehalten? fragte Leser Bob Reckers. „Oumuamua wird heute eher für Pfannkuchen als für Zigarren gehalten (siehe Abbildung links). Forscher vermuten, dass das Objekt viel dicker war, als es in unser Sonnensystem eindrang, sagt Temming. Die Nähe zur Sonne, die von 'Oumuamua herabgesickert ist, ähnlich wie das Reiben eines klumpigen Seifenstücks das Stück allmählich zu einer flachen, scharfen Scherbe abnutzt. Wenn das Objekt tatsächlich aus Stickstoffeis besteht, muss es auch viel glänzender sein, als die Wissenschaftler ursprünglich erwartet hatten, sagt Temming. Das bedeutet, dass „Oumuamua auch etwas kleiner sein muss, als Wissenschaftler dachten, um die Menge an Licht zu erklären, die von ihm reflektiert wird, wenn es vorbeisaust“, sagt sie.

www.sciencenews.org | 5. Juni 2021 31

Diese Pasta ist keine schlaffe Nudel. Bedruckt mit sorgfältig gestalteten Anordnungen von Rillen, verwandeln sich flache Teigwaren beim Kochen, bilden Röhren, Spiralen und andere Formen, die denen ähneln, die traditionell für die stärkehaltige Nahrung verwendet werden. Die Technik könnte Nudeln ermöglichen, die während des Versands weniger Platz einnehmen, berichten Lining Yao und Kollegen am 5. Mai in Science Advances. Pasta-Liebhaber „sind sehr wählerisch, was die Formen von Pasta und ihre Kombination mit verschiedenen Saucen angeht“, sagt Yao, der Design intelligenter Materialien an der Carnegie Mellon University in Pittsburgh studiert. Aber diese Formen haben ihren Preis: Überverpackung und ineffizienter Versand. Bei einigen Sorten lockiger Pasta halten mehr als 60 Prozent des Verpackungsraums Luft, berechneten die Forscher. Ausgehend von flachen Nudeln haben Yao und Kollegen eine Reihe von Rillen auf eine Seite gestanzt. Da die Nudeln beim Kochen Wasser aufgenommen haben, konnte die Flüssigkeit auf der gerillten Seite nicht so vollständig eindringen, wodurch die Nudeln auf dieser Seite weniger quellen als auf der glatten Seite. Diese asymmetrische Schwellung hat die flachen Nudeln zu einer Kurve gebogen. Durch die Änderung der Anordnung der Rillen kontrollierten die Forscher die endgültige Form (zwei Säulen ganz links). Computersimulationen von quellenden Teigwaren (zwei Spalten ganz links) bestätigten den Biegemechanismus und könnten bei der Gestaltung neuer Formen helfen. Die Technik ist nicht auf Pasta beschränkt. Eine andere Versuchsreihe, die mit Silikonkautschuk in einem Lösungsmittel durchgeführt wurde, führte zu ähnlichen Ergebnissen. Während die gekochten Nudeln durch das Verschmelzen benachbarter Rillen ihre geschwungene Form beibehielten, nahm der Silikonkautschuk schließlich genug Lösungsmittel auf, um sich wieder zu glätten. Das Entfernen des Silikons aus dem Lösungsmittel verursachte eine Biegung des Silikons in die entgegengesetzte Richtung. Dieses reversible Biegen könnte für andere Zwecke genutzt werden, beispielsweise als Greifer für Roboterhände, sagt Yao. Die Pasta sei besonders gutes Camping-Essen, sagt sie. Ein Mitglied ihres Teams hat es kürzlich auf einer Wandertour mitgebracht. Die Pasta rutscht leicht in eine enge Packung, kocht aber in eine zufriedenstellende Form. — Emily Conover

MORPHING MATTER LAB/CARNEGIE MELLON UNIV.

Platzsparendere Pasta entwickeln

32 WISSENSCHAFTLICHE NACHRICHTEN | 5. Juni 2021

WISSENSCHAFTSMESSE Was bedeutet Ihre Community für Sie? Hat sich diese Idee im vergangenen Jahr durch die Pandemie und ihre massiven Auswirkungen geändert? Wie könnten Sie eine Herausforderung lösen, die sich auf Ihre Gemeinde auswirkt? Die Arizona State University ruft in Partnerschaft mit der Wells Fargo Foundation und der Rob and Melani Walton Foundation Innovatoren und Forscher aus der ganzen Welt auf, um Veränderungen zum Guten voranzutreiben und blühende Gemeinschaften zu entwickeln. Reichen Sie Ihr Projekt bei der zweiten jährlichen Sustainability Solutions Science Fair ein, um Preise in Höhe von insgesamt 32.000 USD in zwei Kategorien zu gewinnen: Sustainable Earth Community Innovation und Rob and Melani Walton Sustainability Solutions Awards. Alle Schüler im Alter von 12 bis 18 Jahren aus der ganzen Welt sind teilnahmeberechtigt und werden ermutigt, ihre Projekte einzureichen. Die Gewinner werden am 15. September bekannt gegeben. Erfahren Sie mehr unter Sustainabilityfestival.asu.edu und erfahren Sie, wie frühere Preisträger und führende Forscher Nachhaltigkeitsherausforderungen angegangen sind.

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