Spektrum der Wissenschaft 2020-04.pdf

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Grüne
Gentechnik
Chance oder Gefahr?
FLÄCHENBRÄNDE
So entstehen tödliche Feuertornados
QUANTENPHYSIK
Überraschung im Dreifachspalt
HIRNIMPLANTATE
Hoffnung für Querschnittsgelähmte
EDITORIAL
REVOLUTION
MIT HINDERNISSEN
Hartwig Hanser, Redaktionsleiter
hanser@spektrum.de
IN DIESER AUSGABE
Herzlich Ihr
BRUNO DAVID
Der australische Archäologe er-
forscht seit drei Jahrzehnten die
Bilderwelt der Aborigines. Er
erklärt ab S. 74, wie seine Zunft
mit Kamera und Computer die
Rätsel um jahrtausendealte
Felskunst löst.
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Erde im Wandel
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in der Tiefe
SUPERVULKANE
Zeitbomben
JETSTREAM
Gefährlicher Wetterverstärker
jagd unter dem tauenden Eis
ARKTISCHER OZEAN
Rohsto
JOANNA FRESLOV
Als ich Anfang der 1990er Jahre meine Diplomarbeit in einem Labor für Pflan-
zengenetik des Friedrich Miescher Instituts in Basel anfertigte, begannen
bereits erste gentechnisch veränderte Nutzpflanzen für heiße Diskussionen zu
sorgen. Der betreuende Professor an der ETH Zürich, Ingo Potrykus, startete zu
der Zeit auch das Projekt, einen »goldenen« Reis mit stark erhöhtem Gehalt an
Provitamin A (Betacarotin) herzustellen. Denn in zahlreichen Ländern mit Reis als
überwiegendem Grundnahrungsmittel mangelt es an dem unter anderem fürs
Sehen und Immunsystem wichtigen Molekül. Laut Schätzungen der WHO erblin-
den weltweit jedes Jahr bis zu eine halbe Million Kinder wegen eines Provitamin-
A-Defizits, und etwa die Hälfte von ihnen stirbt innerhalb des nächsten Jahrs!
Inzwischen haben Forscher tatsächlich Reissorten geschaffen, die einen Groß-
teil des Tagesbedarfs an dem Provitamin decken könnten – wenn sie nur zugelas-
sen wären. Jedoch haben hohe regulatorische Hürden sowie starker Widerstand
von Gentechnikgegnern, allen voran Greenpeace, das bislang verhindert. Erst in
jüngster Zeit scheint sich ein Durchbruch abzuzeichnen. Nachdem 2016 mehr als
100 Nobelpreisträger die Blockadehaltung der Anti-Gentechnik-Aktivisten in einem
offenen Brief kritisierten, wurde der goldene Reis 2017 in Australien und Neusee-
land sowie 2018 in den USA und Kanada als gesundheitlich unbedenkliches Nah-
rungsmittel zugelassen, auch wenn die Genehmigung ihres Anbaus weiterhin
aussteht. Im Dezember 2019 folgten die Philippinen als erstes Land, in dem Reis
die zentrale Rolle für Landwirtschaft und Ernährung spielt.
Beim goldenen Reis handelt es sich noch um ein mit herkömmlichen gentech-
nischen Methoden hergestelltes Gewächs, das Erbgut aus fremden Arten enthält.
Doch die Wissenschaft ist hier inzwischen einen wichtigen Schritt weiter, wie
Frank Kempken von der Universität Kiel ab S. 12 beschreibt. Die heutigen Möglich-
keiten zum zielgenauen Genome Editing erlauben es, gewünschte Eigenschaften
in Pflanzen einzubringen, ohne dass man dem Erbgut hinterher den Eingriff an-
sieht. Das Ergebnis hätte also auch durch natürliche Mutation oder konventionelle
Züchtung entstanden sein können und lässt sich daher nicht von normalen Sorten
unterscheiden. Dennoch ist diese neue Form Grüner Gentechnik nicht unumstrit-
ten, wie unser Streitgespräch ab S. 21 aufzeigt. Im Juli 2018 beschloss der Europä-
ische Gerichtshof sogar, solche Pflanzen unter das Gentechnikgesetz mit all
seinen Barrieren zu stellen, was unter Forschern viel Kritik hervorrief. Hoffentlich
setzt sich hier bald die Einsicht durch, übers Ziel hinausgeschossen zu sein.
RICHARD ANDERSEN
Der Neurowissenschaftler pflanzt
Hirnimplantate bei Querschnitts-
gelähmten ein, so dass diese nur
durch ihren Willen einen Roboter-
arm bewegen können (S. 36).
URBASI SINHA
Bei Präzisionsexperimenten mit
Lichtteilchen spürt die Quanten-
physikerin fundamentalen Zu-
sammenhängen nach. Dabei hilft
ihr die moderne Variante eines
altbekannten Versuchs (S. 62).
SETH HANSEN FÜR CALTECH
Spektrum
der Wissenschaft
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3
INHALT
3 EDITORIAL
6 SPEKTROGRAMM
26 FORSCHUNG AKTUELL
Ordnung messen!
Mit Geometrie zu neuen
mathematischen Konzepten.
Rekordausbruch
im Gammalicht
Forscher entschlüsseln eine
kosmische Explosion.
Künstliche Intelligenz sagt
Reaktionen voraus
Eine treffsichere Prognose
der Endprodukte chemischer
Umsetzungen.
12 GENTECHNIK
DIE NEUE GRÜNE REVOLUTION
Neue Verfahren wie CRISPR-Cas beleben die Pflanzenzucht – und
stoßen auf alte Vorbehalte.
Von Frank Kempken
21 STREITGESPRÄCH
»ES GEHT UM NACHHALTIGE LANDWIRTSCHAFT«
Die Biologen Detlef Weigel und Christof Potthof debattieren Pro und Kontra
der Grünen Gentechnik.
Serie: Das menschliche Gehirn (Teil 3)
36 HIRNIMPLANTATE
DIE INTENTIONSMASCHINE
Neuroprothesen sollen Querschnittsgelähmten wieder zu selbstständigen
Bewegungen verhelfen.
Von Richard Andersen
35 SPRINGERS EINWÜRFE
Erkenntnistheorie
der Hummel
Eine Vernetzung von Sinnen
verblüfft Biologen.
43 NEUROETHIK
DER FREIE WILLE UND DIE ALGORITHMEN
Techniken wie die tiefe Hirnstimulation oder Gehirn-Computer-Schnittstellen
greifen direkt in das Denkorgan ein. Das weckt ethische Bedenken.
Von Liam Drew
60 SCHLICHTING!
Bienen und Blumen
unter Spannung
Fluginsekten nutzen das
elektrische Feld von Blüten.
48 CHEMISCHE UNTERHALTUNGEN
WIE FARBEN ENTSTEHEN
Experimente mit Leuchtfarben ergeben spektakuläre Effekte.
Von Matthias Ducci und Marco Oetken
73 FREISTETTERS FORMELWELT
Funktion ein, Funktion aus
Unspektakulär, aber nützlich:
die Heaviside-Funktion.
52 BRANDKATASTROPHEN
TÖDLICHE FEUERSÄULEN
Lange galten Feuertornados als Mythos. Jetzt arbeiten Wissenschaftler
daran, die zerstörerischen Phänomene vorherzusagen.
Von Jason M. Forthofer
83 ZEITREISE
88 REZENSIONEN
93 IMPRESSUM
94 LESERBRIEFE
96 FUTUR III – KURZGESCHICHTE
98 VORSCHAU
62 QUANTENPHYSIK
ZUWACHS FÜR DEN DOPPELSPALT
Versuche mit einem Dreifachspalt offenbaren subtile Quanteneffekte.
Von Urbasi Sinha
68 KÜNSTLICHE INTELLIGENZ
GETRENNT MARSCHIEREN, VEREINT SCHLAGEN
KI-Algorithmen nach dem Vorbild der biologischen Evolution.
Von Matthew Hutson
74 ARCHÄOLOGIE
DIE FELSKUNST DER ABORIGINES
Uranisotope, Mikrograbung, Falschfarben – Archäologen haben einige
raffinierte Methoden entwickelt, um uralte Felsbilder zu erforschen.
Von Bruno David
84 WISSENSCHAFTSPHILOSOPHIE
VERSUCH UND IRRTUM
TITELBILD:
MOPIC / STOCK.ADOBE.COM;
BEARBEITUNG: SPEKTRUM DER WISSENSCHAFT
Serie: Grundbegriffe der Wissenschaft (Teil 3)
Wie zuverlässig ist die Empirie?
Von Alexander Mäder
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Spektrum
der Wissenschaft
4.20
TITELTHEMA
DIE NEUE GRÜNE REVOLUTION
MARK ROSS STUDIO / SCIENTIFIC AMERICAN APRIL 2019
52
BRANDKATASTROPHEN
TÖDLICHE
FEUERSÄULEN
36
FOTO: SPENCER LOWELL
HIRNIMPLANTATE
DIE INTENTIONSMASCHINE
QUANTEN-
PHYSIK
ZUWACHS FÜR
DEN DOPPEL-
SPALT
62
74
ARCHÄOLOGIE
DIE FELSKUNST
DER ABORIGINES
JEAN-JACQUES DELANNOY; AUS DAVID, B.: CAVE ART. THAMES & HUDSON, 2017
INSTITUTE FOR QUANTUM COMPUTING (IQC), UNIVERSITY OF WATERLOO
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5
MOPIC / STOCK.ADOBE.COM
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