49. Kalenderwoche (30. November – 6. Dezember 2020)

 

„Blauer Planet“
Grundwasser
Naica-Höhlen Ginkgo
Mikroorganismen Tiefsee-Einzeller Gehirn

 

 

Montag

„Blauer Planet“

 

Wasser bedeckt heute zwei Drittel der Erdoberfläche, aber seine Herkunft ist unklar. Manche Theorien gehen davon aus, dass es mit Kometen oder Meteoriten auf die junge Erde geregnet sein könnte, andere nehmen an, dass es schon immer vorhanden war.

Dass die Erde von Beginn an ein blauer Planet war, legt eine neue Analyse von Lavagestein aus dem Erdmantel nahe. Ein Team der Nasa hat an der Universität von Hawaii in Honolulu kleine Glasbläschen in dem Basalt untersucht, in denen Wasser aus der Entstehungszeit der Erde konserviert ist. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich unser Planet einst aus wassergetränkten Staubkörnchen des solaren Urnebels zusammengeballt hat, schreiben die Forscher in „Science“ (2015). Hinweise auf den Ursprung des Wassers kann die Analyse von möglichst urtümlichem Wasser aus der Frühzeit der Erde liefern. Solche Proben sind allerdings nur schwer zu finden. Die Wissenschaftler um Lydia Hallis hatten Basalt von der kanadischen Baffininsel in der Arktis analysiert. Das Gestein war 1985 gesammelt worden, und seine Herkunft wurde minutiös rekonstruiert, wie die Forscherin erläutert. Unter anderem zeigen die Helium-, Neon- und Bleizusammensetzungen, dass dieses Gestein seit Jahrmilliarden relativ unverändert geblieben ist. „Im Wesentlichen handelt es sich um das urtümlichste Gestein, das wir jemals auf der Erdoberfläche gefunden haben, und daher gibt uns das Wasser darin unschätzbar wertvolle Einblicke in die frühe Geschichte der Erde und die Herkunft ihres Wassers“, betont Hallis. In dem Basalt haben sich winzige Glasblasen gebildet, in denen Wasser aus der Entstehungszeit eingeschlossen ist. Die Analyse zeigt, dass dieses „Urwasser“ vergleichsweise wenig Deuterium enthält. Deuterium ist eine schwere Wasserstoffvariante, die zusätzlich zu einem Proton auch noch ein Neutron im Atomkern enthält. Der geringe Deuteriumgehalt passe zum solaren Urnebel, schreiben die Forscher. Dies lege nahe, dass das irdische Wasser nicht erst auf die abgekühlte, fertige Erde geregnet sei, erläutert Hallis. Stattdessen seien die Wassermoleküle wahrscheinlich vom Staub getragen worden, der vor der Entstehung der Planeten in einer Scheibe um die Sonne kreiste. „Mit der Zeit hat sich dieser wasserreiche Staub zusammengeballt, um unseren Planeten zu bilden“, schreibt die Forscherin. „Obwohl ein guter Teil des Wassers durch Verdunstung auf der Oberfläche verloren gegangen sein dürfte, hat genug überdauert, um das Wasser der Welt zu bilden.“

Hilary Downes vom Birkbeck College London haben in einem von einem Asteroiden stammenden Meteoriten aus der Antarktis erstmals Opal entdeckt. Dieser irisierende Edelstein enthält bis zu 30 Prozent Wasser und entsteht nur unter wasserreichen Bedingungen. Der Asteroid, von dem diese Fragmente stammen, muss daher an seiner Oberfläche reichlich Wassereis enthalten haben, wie die Forscher im Juni 2016 berichten. Das bestätigt die Annahme, dass auch solche Himmelskörper Wasser zur frühen Erde gebracht haben. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass der Opal sich bildete, bevor der Meteorit von seinem Mutterasteroiden abgesprengt und ins All hinausgeschleudert wurde“, erklärt Downes. Weil sich Opale nur in Gegenwart von reichlich Wasser bilden, ist die Präsenz dieses Minerals in einem Meteoriten nach Ansicht der Forscher ein weiterer Beleg dafür, dass Asteroiden wasserreich sein können. „Das ist ein Beweis dafür, dass Meteoriten und Asteroiden große Mengen an Wassereis tragen können“, so Downes. „Sie könnten einst das Wasser zur Erde gebracht und damit dazu beigetragen haben, unseren Planeten zu einem Ort des Lebens zu machen.“

Montag, 30. November 2020, 10:29:42 Uhr: Vollmond

Dienstag, 1. Dezember 2020: meteorologischer Winteranfang auf der Nordhalbkugel der Erde

 

Dienstag

Grundwasser

 

Grundwasser entsteht vor allem aus Niederschlagswasser, das in den Boden versickert, und aus Wasser, das aus oberirdischen Gewässern, also Bächen, Flüssen, Seen, in den Untergrund gelangt. Angetrieben von der Schwerkraft, bewegt sich das Wasser zunächst mehr oder weniger senkrecht nach unten. Dabei durchdringt es die teilweise mit Luft gefüllten Hohlräume des Bodens. Die Abwärtsbewegung des Wassers wird erst dann gestoppt, wenn es auf eine wasserundurchlässige Gesteinsschicht trifft. Diese auch als Grundwasserhemmer bezeichneten Schichten weisen nur sehr kleine oder kaum zusammenhängende Hohlräume auf, so dass das Wasser nicht weiter versickern kann und sich zu einem geschlossenen Grundwasserkörper sammelt. Das Grundwasser steigt und fällt mit dem Wasserstand der Flüsse. Meist fließt Grundwasser bergab den nächstgelegenen Bächen und Flüssen entgegen, es sei denn, es herrscht Hochwasser. Dann kann Flusswasser seinerseits ins Grundwasser zurückfließen.

Die Tiere des Grundwassers sind meist durchsichtig oder weiß und blind und ernähren sich beispielsweise von Bakterienfilmen auf den Bodenteilchen. In Europa gibt es über 2.000 Tierarten im Grundwasser, in Deutschland über 500 Arten. Das Grundwasser gehört zu den größten kontinentalen Lebensräumen der Welt.

1. Dezember 2020: meteorologischer Winteranfang auf der Nordhalbkugel der Erde

 

Mittwoch

Naica-Höhlen – Höhle der Kristalle (Cueva de los Cristales)

 

Die Mine von Naica liegt im Norden Mexikos im Bundesstaat Chihuahua. Tief unter Tage in einem der größten Erzbergwerke der Region bohrten zwei Bergarbeiter einen neuen Belüftungsschacht. Als die Bohrmaschine die Wand durchbrach, floss ein Schwall kochend heißen Wassers ab und legte eine Höhle frei. Ganz zufällig machten die beiden Bergarbeiter durch ihre Bohrung eine faszinierende geologische Entdeckung: eine Höhle voller Riesenkristalle aus Marienglas, einer speziellen Gipsart. Während in unseren Breitengraden die beeindruckendsten Exemplare bekannter Kristalle knapp 25 Zentimeter messen, erreichen diese größten bislang bekannten Kristalle eine Höhe von bis zu 14 Metern und sind bis zu 50 Tonnen schwer. Der größte der Kristalle ist vermutlich 100.000 bis 1.000.000 Jahre alt. In der Höhle herrschen Temperaturen zwischen 45 und 50 Grad Celsius und eine Luftfeuchtigkeit von 90 bis 100 Prozent.

Die Kristalle konnten nur dadurch entstehen, dass über lange Zeiträume eine sehr geringe Übersättigung in der Lösung herrschte, mit der die Höhle gefüllt war. Dabei ist es problematisch zu erklären, wie es möglich war, eine solch geringe Übersättigung ohne große Schwankungen über einen so langen Zeitraum zu erhalten. Analysen flüssiger Inklusionen in den Kristallen zeigen, dass diese aus einer Lösung mit niedrigem Salzgehalt bei 55 Grad Celsius gewachsen sind. Diese Temperatur liegt nur wenig unter 58 Grad Celsius, bei der Anhydrit statt Gips ausfällt und somit keine Kristalle gebildet werden. Kinetische Berechnungen zur Bildung von Kristallisationskeimen ergaben, dass das Kristallwachstum nach dem vorliegenden Mechanismus nur in diesem sehr engen Temperaturbereich möglich ist, wie er in der Höhle vor ihrer Entdeckung gegeben war.

In riesigen Kristallen der Naica-Höhlen haben Forscher uralte Mikroben entdeckt und einen Teil davon im Labor wiederbelebt, berichtete die Höhlenforscherin Penelope Boston, Direktorin des Nasa-Instituts für Astrobiologie, im Februar 2017 auf der Jahrestagung der amerikanischen Wissenschaftsgesellschaft (AAAS) in Washington. Die Höhlenforscherin und Astrobiologin, die seit vielen Jahren die Naica-Höhlen erkundet, schätzt, dass die Kleinstlebewesen seit mindestens 10.000, vielleicht sogar seit bis zu 50.000 Jahren dort in einer Art Schlafzustand waren.

Ebenfalls in Mexiko, nämlich auf der Halbinsel Yucatán nahe dem für seine Maya-Ruinen bekannten Küstenort Tulum haben Forscher Anfang 2018 die mit knapp 350 Kilometern längste bekannte Unterwasserhöhle der Welt nachgewiesen. Sie konnten zweigen, dass die zwei bereits bekannten Höhlen Sac Actun und Dos Ojos miteinander verbunden sind und ein einziges System darstellen (es wird jetzt insgesamt nach der größeren Höhle Sac Antun genannt, denn nach den Regeln der Höhlenforschung geht der Name der kleineren Höhle im Namen der größeren auf). Bislang galt die südlich von Tulum gelegene Unterwasserhöhle Ox Bel Ha mit einer Länge von 270 Kilometern als die weltweit längste ihrer Art. Im gesamten Bundesstaat Quintana Roo gibt es unter der Wasseroberfläche eine Vielzahl riesiger Höhlen; alleine im Norden sind 358 Unterwasserhöhlensysteme bekannt.

 

Donnerstag

Der Ginkgo – ein wahres Fossil

 

Ginkgo biloba (Ginkgobaum/Fächerbaum), der in China heimische Ginkgobaum, ist ein wahres Fossil. Schon seit 250 Millionen Jahren ist er auf der Erde zu finden und damit die älteste noch lebende Pflanzenart. Er wird bis zu 30 Meter hoch, wird nicht von Krankheiten befallen und kann über 1000 Jahre alt werden. Er ist der einzige lebende Vertreter der Ginkgoales, einer ansonsten ausgestorbenen Gruppe von Samenpflanzen. Natürliche Populationen sind nur aus den Provinzen Chongqing und Guizhou im Südwesten Chinas bekannt.

Eine Besonderheit in der Pflanzenwelt stellen die sehr charakteristischen fächerförmigen, breiten Laubblätter dar. Sie sind in der Mitte mehr oder weniger stark eingekerbt, und die Blattform variiert je nach der Stellung am Trieb und der Wuchskraft des Baumes, weshalb kaum ein Ginkgoblatt dem anderen gleicht.

 

Freitag

Mikroorganismen

 

Mikroorganismen sind mikroskopisch kleine Lebewesen, die als Einzelwesen mit bloßem Auge nicht erkennbar sind. Sie werden auch als Mikroben oder Kleinstlebewesen bezeichnet. Zu den Mikroorganismen zählen Bakterien, Archaeen, Viren, Pilze, Algen, Pantoffeltierchen, Wasserflöhe und andere kleine Lebewesen. Mikroorganismen bilden das größte Reich der Lebewesen und stellen mit 70 Prozent den größten Anteil an lebender Materie (Biomasse). Mikroorganismen sind Überlebenskünstler. Sie haben über Jahrtausende gelernt sich anzupassen. Das Bärtierchen hält mehrere Jahre bei 150 Grad Celsius in der Wüste aus, aber auch minus 200 Grad im Eis.

Mikroorganismen treiben die für das Leben auf unserem Planeten wichtigen geochemischen Stoffumsetzungen an und beeinflussen auch das globale Klima. Die mikrobielle Verstoffwechselung kritischer chemischer Elemente wie Kohlenstoff oder Stickstoff trägt dazu bei, die Erde bewohnbar für alle anderen Lebewesen zu halten. Mikroorganismen erzeugen mindestens die Hälfte des elementaren Sauerstoffs des Planeten.

Die Summe der Mikroorganismen (vor allem Bakterien), die auf und im menschlichen Körper existieren – das sogenannte Mikrobiom –, ist etwa 10 bis 100 mal höher als die Zahl der Zellen, aus denen ein Mensch besteht: Etwa eine Billiarde Mikroorganismen stehen 10 bis 100 Billionen menschlichen Zellen gegenüber. Dies entspricht einer Gesamtmasse von 0,5 bis 1 Kilogramm Mikroorganismen. Auf einem Quadratzentimeter Haut leben 100.000 Bakterien. Diese „Mitbewohner“ organisieren einen Großteil der Immunabwehr, schützen unsere Haut und kommunizieren mit dem Hirn, vor allem aber ermöglichen sie als „Darmflora“ den Stoffwechsel. (Heute weiß man, dass das aus mehr als tausend verschiedenen Bakterienarten bestehende „Mikrobiom“ im Darm nicht alleine bei der Verdauung eine wesentliche Rolle spielt, sondern auch für viele andere Funktionen in unserem Körper wichtig ist. So nimmt die Darmflora unter anderem großen Einfluss auf das Immunsystem.) Die individuelle Besiedlungsgeschichte setzt bereits während der Geburt ein. Nach und nach gestaltet sich diese Mikroflora unter Einfluss von Umgebung und Genen individuell um.

„Und dann fährt Rasmussen fort [der amerikanische Theologe und Ethiker Larry Rasmussen in seinem 2013 erschienenen Buch „Earth Honoring Faith. Religious Ethics in a New Key‘]: »Ohne diese Mikroorganismen würden wir innerhalb weniger Stunden verenden. … Wir leben nur aufgrund der Freundlichkeit von unzähligen Fremden in uns.«
Das ist nicht eklig, sondern atemberaubend. So atemberaubend, dass ich Sie und euch bitten möchte, eine Minute innezuhalten und unseren trillionenfachen Mitbewohnern unsere Reverenz zu erweisen:

Willkommen, ihr Vielen! Willkommen, ihr 400 Mikroben-Arten in meinem Mund!
Seid gegrüßt, ihr klitzekleinen Baumeister des Lebens!
Es tut mir leid, dass ich euch nicht freundlicher beachtet habe!
Ihr lebt von mir, wie ich von euch lebe.
Zusammen sind wir eine Spur im unergründlichen Gewebe des Lebendigen!
Seid mir willkommen!

Pfarrer Dr. Geiko Müller-Fahrenholz in seinem Vortrag „»Heimat Erde« – Gerechtigkeit, Frieden, Schöpfungsbewahrung und ökumenische Spiritualität“ auf der Ökumenischen Versammlung vom 30. April bis 4. Mai 2014 in Mainz

Micropia“ in Amsterdam ist der erste und einzige Mikroben-Zoo der Welt.

Wunderwaffe Mikrobiom. Kleine Helfer, große Wirkung (3sat)

Unser aller gemeinsamer Vorfahr heißt LUCA (Last Universal Common Ancestor) und ist der erste Einzeller, der vor etwa 3,5 Milliarden Jahren im Wasser entstanden ist. Alles Leben auf der Erde stammt von dieser Zelle ab. […] Als Menschen sind wir nicht nur mit anderen Menschen verwandt, sind nicht nur Nachfahren von Adam und Eva, sondern auch von LUCA, der ersten Zelle. Darum sind wir mit allem verwandt, was lebt. Wir sind »biosoziale« Wesen. Der Mensch ist nicht die Krone der Schöpfung, sondern ein Ästchen am weit verzweigten Baum des Lebens, Geschöpf unter Mitgeschöpfen.

Aus: Bernd Kappes, Krone der Schöpfung?, in: Publik-Forum Nr. 7/2018 vom 13.04.2018

 

Samstag

Tiefsee-Einzeller

 

In mehr als 5000 Metern Tiefe haben Forscher im Meer überraschend viele bisher unbekannte Mini-Tierchen mit erstaunlichen Fähigkeiten entdeckt. Die Einzeller bestehen hauptsächlich aus Wasser und sind mit zwei bis zehn Mikrometern so winzig, dass man sie mit bloßem Auge nicht sehen kann. „In verschiedenen Tiefseebecken des Südatlantiks haben wir völlig unerwartet eine hohe Zahl von unbekannten Organismen – vor allem Geißeltierchen – entdeckt, die eine große Bedeutung für die Tiefsee-Ökologie haben“, berichtete Prof. Hartmut Arndt vom Zoologischen Institut der Kölner Universität im Jahr 2009. „Wir können jetzt neu sagen, dass es ähnlich viele Einzeller-Organismen in der Tiefsee gibt wie im Flachwasser.“ Die Minis haben wichtige Funktionen und sind äußerst nützlich. „Je mehr Arten da sind, desto stabiler ist ein Ökosystem“, erklärte der Forscher. „Die Geißeltierchen helfen, den Sauerstoff-Haushalt in der Tiefe zu regulieren, indem sie Bakterien fressen. Bakterien konsumieren ja Sauerstoff.“ Gebe es einen Wachstumsschub bei Bakterien, können auch die Geißeltierchen binnen Minuten aus ihren Ruhestadien schlüpfen und die Bakterien-Massen wegfressen. „Sie sind also extrem nützlich für Krebstiere, Ruderfußkrebse, Muscheln, Schnecken, Schlangensterne, Seesterne, Seegurken und eine Reihe von Tiefseefischen.“ Man kultiviere nun einige Organismen, etwa um deren Nahrungsmittel-Strategien besser zu ergründen oder zu klären, wie sie den Extremdruck von 250 bar in der Tiefe aushalten. Der Tiefsee-Boden macht ein Drittel der gesamten Erdoberfläche aus.

 

Sonntag

Gehirn

 

Das Gehirn ist das anpassungsfähigste Organ des Menschen und zugleich das komplexeste Gebilde des Universums. Rund eine Milliarde Jahre Entwicklung führen von ersten einfachen Nervenzellen zu den neueren Untersuchungen zufolge 86 Milliarden Nervenzellen im menschlichen Gehirn. Es wiegt im Schnitt 1.400 Gramm – abhängig von Geschlecht und Körpergröße. Mit dieser verhältnismäßig geringen Masse steuert es nahezu alle lebenswichtigen Körperfunktionen, ermöglicht das Denken, emotionales Erleben und viele weitere Abläufe. Es verarbeitet Sinneseindrücke, koordiniert die Funktionen des Körpers und hält sie aufrecht. Voraussetzung dafür: Milliarden von Gehirnnervenzellen (Neuronen, reizleitende Zellen) müssen ständig miteinander kommunizieren und Informationen austauschen. Miteinander verbunden sind die Neuronen über geschätzt rund 100 Billionen Synapsen, sodass durchschnittlich eine Nervenzelle mit 1000 anderen verbunden wäre und von jedem anderen Neuron aus in höchstens vier Schritten erreicht werden könnte. Die Länge aller Nervenbahnen des Gehirns eines erwachsenen Menschen beträgt etwa 5,8 Millionen Kilometer, das entspricht dem 145-fachen Erdumfang. Das Gehirn verbraucht 20 Prozent des gesamten Energieumsatzes im Körper (beim Neugeborenen 50 Prozent) und ist damit das Organ mit dem höchsten Energieverbrauch.


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