Aus FUSION 4/2001:

KURZNACHRICHTEN


Supraleitender Elektronenlaser erzeugt erstmals Strahlung
Geht Totipotenz schon im Zweizellenstadium verloren?

Zellen verhalten sich wie weiches Glas

Auf der Suche nach der Urmaterie

China plant bemannte Mondlandung

Supraleitender Elektronenlaser erzeugt erstmals Strahlung

Am 22. Februar 2001 gelang es einem internationalen Wissenschaftlerteam im Hamburger Forschungszentrum DESY zum ersten Mal, mit einem "Freie-Elektronen-Laser" (FEL) ultraviolette Strahlung um 110 Nanometer zu erzeugen - das ist die kleinste Wellenlänge, die jemals mit einem Freie-Elektronen-Laser erzeugt wurde. Damit ist erstmals bewiesen, daß das neuartige Funktionsprinzip, auf dem dieser FEL beruht, auch im Bereich von 100 Nanometern funktioniert. Dieser Nachweis ist ein entscheidender Meilenstein auf dem Weg zum Röntgenlaser des TESLA-Projekts (TeV-Energy Superconducting Linear Accelerator). Die Realisierbarkeit des TESLA-Röntgenlasers ist damit in greifbare Nähe gerückt.

Heutige Laser liefern Strahlung nahezu aller Wellenlängen. Nur im Röntgenbereich gibt es noch keine Laser mit hoher Intensität, da die hierfür erforderlichen Spiegel nicht existieren. Dabei sind gerade Röntgenlaser für die Wissenschaft von besonderem Interesse: So lassen sich mit ihnen z.B. kontrastreiche Abbildungen von atomaren Strukturen herstellen, die heutzutage in dieser Form nicht möglich sind. Ein Laser für Röntgenstrahlung verspricht ganz neue Einblicke in die Tiefen von lebenden Zellen, Molekülen und Werkstoffen.

Bei einem Freie-Elektronen-Laser wird ein hochenergetischer Teilchenstrahl aus einem Beschleuniger in einer besonderen Magnetstruktur auf einen Slalomkurs gebracht und so zur Aussendung von laserartig gebündelter Strahlung veranlaßt. Der Freie-Elektronen-Laser bei DESY beruht auf dem SASE-Prinzip (für Self-Amplified Spontaneous Emission, d.h. selbstverstärkte spontane Emission), bei dem sich die Strahlung selbst verstärkt. Er kommt vollständig ohne Spiegel aus und ist deshalb besonders für den Bereich der Röntgenwellen geeignet.

Geht Totipotenz schon im Zweizellenstadium verloren?

Während man bisher annahm, daß zumindest die beiden ersten aus einer befruchteten Eizelle hervorgehenden Zellen hinsichtlich ihrer späteren Differenzierung nicht unterscheidbar seien, so haben Forscher der University of Cambridge jetzt festgestellt, daß bereits in diesem frühen Entwicklungsstadium ein deutlicher Unterschied im weiteren Entwicklungsverhalten der beiden Zellen besteht. Durch Markierung mit verschiedenen Fluoreszenzfarbstoffen verfolgten die Wissenschaftler das Schicksal der Nachkommen der beiden aus einer Mauseizelle nach der ersten Teilung entstandenen Zellen. Überraschenderweise entwickelte sich der gesamte Körper des Embryos nur aus einer der Zellen, aus der anderen entstand lediglich das umgebende Nährgewebe, u.a. Teile der Plazenta. Bei Versuchen, in denen die zwei ersten Teilungszellen vollständig voneinander getrennt werden, entstanden jeweils zwei völlig entwickelte Lebewesen. Offenbar sind die Zellen des frühen Embryos tatsächlich totipotent, d.h. sie können sich in alle Zelltypen umwandeln, aber sie sind trotzdem nicht gleich, abhängig davon, in welchem biologischen Zusammenhang sie sich befinden. Wenn man die Hintergründe dieses Verhaltens genauer wüßte, ließen sich umgekehrt ggf. auch Wege finden, körpereigenen adulten Stammzellen oder letztlich jeder differenzierten Körperzelle wieder Totipotenz zu verleihen.

Zellen verhalten sich wie weiches Glas

Gegenüber äußeren mechanischen Einflüssen verhalten sich einzelne Zellen wie Material aus weichem Glas und nicht, wie bisher angenommen, wie ein flüssigkeitsgefüllter Ballon. Diese unerwartete Beobachtung machte ein Forscherteam um Ben Fabry von der Harvard School of Public Health in Boston (Physical Review Letters, 87, 1. Oktober 2001). In einer Versuchsreihe untersuchten die Wissenschaftler, wie die Zellmembran einer Muskelzelle auf mechanische Schwingungen reagiert. Dazu wurde an der Zelle eine winzige magnetische Kugel befestigt, die durch einen äußeren Magneten in Schwingung versetzt werden konnte. Das Verhalten der mitschwingenden Zellmembran wurde mit einer Kamera festgehalten. Bei geringer Frequenz folgte die Zelle den Kugelschwingungen. Je höher die Frequenz jedoch wurde, um so steifer wurde die Zellmembran, bis sie schließlich der Bewegung der Metallkugel nicht mehr folgte, und das über einen großen Frequenzbereich. Die Zelle gleicht damit in ihrer Dynamik einem weichen, geschmolzenen Glasmaterial. Verantwortlich für dieses Verhalten sollen Proteine im Cytoskelett der Zelle sein, die die effektive Rauschtemperatur der Matrix modulieren.

Auf der Suche nach der Urmaterie

Während die Materie auf der Sonne und den Planeten zahlreichen chemischen, geologischen und physikalischen Wandlungsprozessen unterliegt, dürfte sie sich in den Kometen am äußersten Rand des Sonnensystems über die 4,6 Milliarden Jahre, die unser Sonnensystem alt sein soll, relativ unverändert erhalten haben. In einer dritten von vier großen Wissenschaftsmissionen der ESA hat die Raumsonde Rosetta deswegen die Aufgabe erhalten, den Kometen Wirtanen zu erkunden. Die Sonde soll den Kometen im Jahr 2012 etwa 600 Mio. Kilometer von der Erde entfernt in 1000 Meter Abstand umkreisen und das Minilabor Roland absetzen, um vor Ort Materialuntersuchungen durchzuführen.

Die Raumsonde wurde von der Firma Astrium, der Lander vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt gebaut. Sie werden zur Zeit bei der ESTEC in den Niederlanden und bei der Firma IABG auf Herz und Nieren geprüft, ehe sie im Januar 2003 mit einer Ariane 5 ins All geschossen werden. In zwei Umkreisungen um die Erde und einer um den Mars sollen sie soviel Schwung bekommen, daß sie die Reise zu dem zunächst noch fernen Kometen möglichst rasch bewältigen. Die Steuerung des komplizierten Flugprogramms, das die Firma Astrium entwickelt hat, muß der Bordcomputer relativ selbständig übernehmen. An Bord ist eine vom Max-Planck-Institut für Aeronomie entwickelte Kamera, die Objekte bis zu 1 m Größe auf dem Kometen abbilden kann, dazu entsprechende Spektrometer und insgesamt 13 Analysegeräte, um Bodenproben zu untersuchen. Die Mission wird fortgesetzt, bis sich der Komet der Sonne nähert, aus seiner eisigen Erstarrung erwacht und eine Koma, eine Wolke aus verdampfter Materie, und einen Schweif bildet. In den dabei auftretenden Turbulenzen dürften die Geräte dann wohl verloren gehen.

China plant bemannte Mondlandung

China verfolgt ambitionierte Weltraumpläne. Meldungen, die Volksrepublik wolle bereits bis 2005 einen Menschen zum Mond schicken, sind zwar sicher etwas voreilig, aber chinesische Wissenschaftler arbeiten zielstrebig an den ersten bemannten Weltraumflügen des Landes. Mit mit der Rakete "Shenzhou" wurden bereits Schlangen, ein Hasen, ein Hund und ein Affe ins All geschossen. "Wir müssen garantieren können, daß die Astronauten im Weltraum hundertprozentig sicher sind", erklärte Liang Sili von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, einer der führenden Raumflugexperten des Landes. Weitere unbemannte Testflüge seien daher geplant. Welchen Stellenwert China aber der Raumfahrt einräumt, wird aus einer Stellungnahme Liangs im China Daily deutlich: "Für die Menschheit im 21. Jahrhundert werden Einsätze im Weltraum so wesentlich wie Elektrizität und Erdöl im 19. Jahrhundert."