Hier könnt ihr einen kleinen Einblick in mein Leben, meinen Forscher-Werdegang und persönliche Themen erhalten.

Tierversuche : Wistar-Laborratte

Peter bekommt eine neue Leber

Das Telefon klingelt. Wieder einmal laufen Peter Schauer über den Rücken. Ob das der lang ersehnte Anruf ist? Peter nimmt den Hörer ab und hört zu. Sein Gesicht nimmt einen Ausdruck irgendwo zwischen Furcht und Freude an, der zu sagen scheint: Endlich ist es soweit!

Peter ist schwer krank und steht auf der Organempfängerliste. Seine Leber funktioniert nicht mehr richtig. Wenn Peter leben möchte, braucht er eine gesunde Leber. Am Telefon ist die Klinik – sie haben ein passendes Spenderorgan und bestellen ihn zur Verpflanzung ein.

Während Peter seine Siebensachen packt und sich zur Vorbereitung auf die grosse OP in die Klinik aufmacht, wartet einige Hundert Kilometer entfernt ein Helikopter an einem anderen Krankenhaus darauf, seine kostbare Fracht entgegen zu nehmen: Sorgfältig in einen Kühlbehälter verpackt wird die Leber eines eben verstorbenen Spenders zum Landeplatz gebracht, um zu ihrem wartenden Empfänger geflogen zu werden. Während des Transports ruht das Organ in einer speziellen Lösung, welche es vor der Kälte und allen anderen Widrigkeiten ausserhalb eines funktionierenden Körpers bestmöglich schützen soll. Nur so kann es so gesund wie möglich verpflanzt werden und dem Empfänger ein “neues” Leben ermöglichen…

 

Ein Morgen im Labor

Im Institut für physiologische Chemie an der Universitätsklinik Essen herrscht morgens um 9 Uhr schon reger Betrieb. Im Präparationsraum spritzt eine Medizinisch-technische Assistentin soeben eine stattliche weisse Ratte in das Reich der ewigen Träume. Das Tier wird narkotisiert, um anschliessend einem strengen Protokoll folgend die Zellen seiner Leber zu entnehmen. Zellen, auf welche die Wissenschaftler des Instituts bereits warten, um Zellkulturen daraus anzufertigen, an welchen sie ihre Experimente machen können. Die spendende Ratte wird aus ihrer Narkose nie wieder erwachen.

Der Raum gegenüber gleicht noch mehr einem richtigen kleinen Operationssaal. Ein Doktorand der Medizin sitzt dort bereits an seinem Arbeitstisch. Vor ihm liegt eine weitere weisse Ratte in tiefer Narkose. Der junge angehende Arzt nimmt an dem Tier eine Lebertransplantation vor: Er entnimmt der Ratte ihre Leber und konserviert sie in einem Behälter mit spezieller Lösung. Dann pflanzt er dem Tier eine andere Leber ein, welche er am Vortag einer anderen Ratte entnommen und in ebensolcher Lösung im Kühlschrank gelagert hatte. Nach Abschluss der Operation wird die Ratte aus ihrer Narkose aufwachen. Die Zeit, welche die Ratte anschliessend mit ihrer neuen Leber überlebt, dient als Indikator dafür, wie gut die verwendete Konservierungslösung für ihren Zweck – das Organ ausserhalb des Körpers gesund zu erhalten – geeignet ist…

Es ist unschwer zu erkennen: In diesem Institut werden Tierversuche gemacht. Und ich bin zu jener Zeit mittendrin – gehöre als Diplomandin zu den Wissenschaftlern, die ihre Zellkulturen aus Zellen der eingeschläferten Ratte anfertigen. Fast ein Jahr meiner Studienzeit habe ich im Tierversuchs-Labor zugebracht, mit den Wissenschaftlern dort gearbeitet und war selbst – zumindest indirekt – an der Nutzung von Tieren für Versuchszwecke beteiligt.

 

Was mich zur Arbeit im Tier-Labor bewegte

Die Faszination, die Geheimnisse des Lebens ein Stück weit zu entschlüsseln und etwas beitragen zu können, das kranken Menschen hilft, hat mich zu meiner Spezialisierung in einem solchen Bereich bewegt. Und wenngleich ich der Forschung im Tier-Labor inzwischen den Rücken gekehrt habe, hat mir dieses eine Jahr wertvolle Einblicke hinter die Kulissen von Tierversuchen gewährt.

Denn das Thema ‘Tierversuche’ wird kontrovers und oft hoch emotional diskutiert – sogar Ärzte (“gegen Tierversuche”), welche man als hoch gebildet einschätzen mag, greifen da zuweilen zu unsachlichen Mitteln, um ihr an sich redliches Ziel zu erreichen: den vollständigen Verzicht auf Tierversuche.

Aber was spielt sich in Tierversuchs-Labors tatsächlich ab?

 

Einige Einblicke in den Alltag im Tierlabor, die auf meinen persönlichen Erfahrungen in Essen fussen:

 

1. Tierversuche macht man nicht “einfach mal eben so”

Bevor ein Wissenschaftler oder seine Arbeitsgruppe Tierversuche machen können, muss er oder sie ein aufwändiges, gesetzlich vorgeschriebenes Antrags- und Bewilligungsverfahren meistern. Das gilt für Deutschland ebenso wie für die Schweiz.

Wer eine Studie mit Tierversuchen plant, muss seine Ziele darlegen und die Eignung bzw. Notwendigkeit der geplanten Versuche zur Erreichung dieser Ziele nachweisen. Zudem setzt sich der Antragsstellende mit der Belastung der Tiere während der Versuche auseinander und wägt die schutzwürdigen Interessen aller Beteiligten (das Wohl der Tiere wie auch den eigenen Nutzen bzw. den Nutzen der Menschheit und Umwelt an den Versuchen) gegeneinander ab.

Schliesslich entscheidet eine Kommission aus Fachleuten darüber, ob ein solcher Antrag bewilligt wird. Die Kantonale Tierversuchskommission (TKV) des Kantons Zürich besteht beispielsweise aus 11 Mitgliedern, darunter 3 Vertretern von Tierschutzorganisationen sowie einem Ethiker und anderen Fachleuten von der Universität Zürich bzw. der ETH.

Erfahrene Wissenschaftler kennen die Vorschriften “ihres” Landes für Tierversuche gut und können oft abschätzen, welches Vorhaben die Mühe eines Antrags lohnt, und welches nicht. Manchmal treiben die strengen Reglementierungen jedoch geradezu Blüten: Unsere Dozenten erzählten dereinst von der Zurückweisung des Einsatzes eines gut wirksamen Narkosemittels im Tierversuch, weil der Wirkstoff als potentiell krebserzeugend gilt. Pikant ist dieser Entscheid deshalb, weil die Tiere im geplanten Versuch nie wieder aus ihrer Narkose aufwachen sollten – womit ihnen reichlich wenig Zeit geblieben wäre, um des Wirkstoffs wegen Krebs zu entwickeln.

 

2. Die “3 R” – Refine, Reduce, Replace – waren auch Anfang 2009 schon massgeblich

Der Einsatz von Tieren in “belastenden” Versuchen, also solchen, die den Tieren Schmerzen, Leiden oder Schäden zufügen, ist gemäss Artikel 17 des Schweizer Tierschutzgesetzes auf das “unerlässliche Mass” zu beschränken (gleiches gilt auch in Deutschland).

Um dieser Vorgabe gerecht zu werden, folgen Tier-Experimentatoren, auch meine damalige Arbeitsgruppe in Essen, dem 3R-Prinzip: Replace, Reduce, Refine – zu Deutsch: Ersetzen, Verringern, Verbessern.

  • Replace – Ersetzen

Für den Ersatz von Tierversuchen durch alternative Methoden ist meine eigene Arbeit in Essen ein gutes Beispiel: Ich habe – wie eigentlich die meisten Mitglieder der Arbeitsgruppe – die meisten Versuche an Zellkulturen gemacht. Zellkulturen sind Ansiedelungen lebender Zellen in künstlicher Umgebung, an welchen die Reaktion einzelner Zellen oder von Zellverbänden auf bestimmte Einflüsse beobachtet werden kann.

Zellkulturen können aus verschiedenen Quellen gewonnen werden: Krebsähnlich entartete Zellen, die sich nahezu unbegrenzt teilen, können fortlaufend vermehrt und zu Versuchszwecken “herangezüchtet” werden: Eine bestimmte Sorte solcher Zellen mit einem regelrechten “Stammbaum” wird als Zell-Linie bezeichnet. Ihre “Entartung” schränkt jedoch gleichzeitig die Aussagekraft von Versuchen an Zell-Linien ein. Deshalb werden auch Zellen aus gesunden Organen verschiedener Lebewesen eingesetzt. Diese “primären” Zellen vermehren sich in der Regel jedoch nicht mehr, sodass für jeden Versuchsdurchlauf neue Zellen gewonnen werden müssen. Primärzellen können aus Organen zu diesem Zweck getöteter Versuchstiere (wie der Ratte aus der Einleitung), aber auch aus Schlacht- oder gar OP-Abfällen gewonnen werden.

Zellkulturen und andere Methoden können einen lebenden Organismus jedoch (noch) nicht vollständig ersetzen. Dennoch eignen sie sich gut für viele Fragestellungen in der Grundlagenforschung: Biochemische bzw. molekularbiologische Prozesse innerhalb einzelner Zellen können nachvollzogen und beeinflusst, oder eine Vorauswahl möglicher Wirkstoffe getroffen werden, ehe aussichtsreiche Kandidaten in Tierversuchen und danach in klinischen Studien weiter untersucht werden.

  • Reduce – Verringern

Neben der Verringerung der Anzahl benötigter Versuchstiere durch die sinnvolle Einordnung von Tierversuchen zwischen grundlegender Forschung an Zellkulturen und klinischen Studien, trug in Essen ein weiteres “oberstes Gebot” zur Minimierung der Anzahl benötigter Tiere dar:

Verschwendung gilt als Todsünde! Ein- bis zweimal in der Woche gab es eine Ratte, die Zellen für die ganze Arbeitsgruppe lieferte, welche bestmöglich zu verwenden waren. Auch deshalb hatten alle Mitarbeiter peinlichst genau darauf zu achten, dass ihre Kulturen stets keimfrei blieben und möglichst restlos für Versuche eingesetzt werden konnten. So sollte keine Ratte unnütz sterben müssen.

  • Refine – Verbessern

Die Wissenschaftler in Essen zeigten sich für Verbesserungen offen: Als ich im Rahmen des Studiums erstmals in das Labor meiner künftigen Arbeitsgruppe kam, wurde die zur Leberzell-“Spende” vorgesehene Ratte zur Narkose-Einleitung noch in einen Kasten mit CO2 gesetzt (das Gas ist dichter als Luft und behindert die Atmung, sodass das Tier im Kasten daran erstickt!), ehe sie eigentlich einschläfernde Spritze bekam. Als ich später die Vorbereitung auf die Diplomarbeit begann, erfolgte die Narkose-Einleitung mit Isofluran, einem in der Tiermedizin gebräuchlichen Narkosegas.

Diese Art methodischer Verbesserungen gestaltet die Arbeit für alle Beteiligten weniger belastend. Die Ratte schläft unter Isofluran-Einfluss relativ friedlich ein anstatt zu ersticken, und den Experimentator belastet es gewiss weniger, dabei zuzusehen. Überdies liefern weniger gestresste Tiere auch weniger gestresste Zellen, sodass Versuche aussagekräftiger und einfacher zu reproduzieren (mit vergleichbarem Ergebnis zu wiederholen) sind. So dienen Verbesserungen wie diese nicht nur dem Wohl der Tiere, sondern können auch die Anzahl eingesetzter Tiere vermindern.

Den Bemühungen um die Beschränkung von Tierversuchen auf ein unerlässliches Mass ist anzurechnen, dass in der Schweiz im Jahr 2014 rund 600.000 Tiere für Tierversuche verwendet wurden – Anfang der 1980er Jahre waren es noch 2 Millionen jährlich. Das Bundesamt für Lebensmittelsicherheit und Veterinärwesen (BLV) veröffentlicht regelmässig Listen mit allen Forschungsprojekten, für welche Tierversuche durchgeführt worden sind.

3. Tier-Experimentatoren sind gut ausgebildet

Wer Tierversuche machen möchte, muss neben seiner wissenschaftlichen Ausbildung auch im Umgang mit Tieren geschult sein: Neben Versuchs- bzw. Operationstechniken lernt, wer eine Fortbildung zur Befähigung zu Tierversuchen macht, auch ganz allgemeine Fertigkeiten zur sicheren und möglichst stressfreien Handhabung von Tieren, Tierpflege und die Einschätzung der Befindlichkeit (Schmerzen!) von Tieren (was besonders bei Kleinnagern nicht ganz einfach ist, da diese als Beutetiere darauf angewiesen sind, sich Schwächen nach Möglichkeit nicht anmerken zu lassen).

Überdies gehörte ein Tierarzt zu unserer Arbeitsgruppe, zu dessen Aufgaben es gehörte, ein Auge auf die Tiere und die Experimentatoren zu haben.

Ich selbst hatte ebenfalls die Möglichkeit, in meiner Diplomanden-Zeit die Befähigung zu Tierversuchen zu erwerben und die Gewinnung der Ratten-Leberzellen zu erlernen. Letztlich konnte ich mich aber tief im Herzen nicht dazu durchringen, selbst Hand an die Tiere zu legen.

 

4. Tier-Experimentatoren sind nette, anständige Leute

Die Wissenschaftler und Mitarbeiter, die ich im Tierversuchs-Labor kennengelernt habe, sind in keiner Weise kaltherzig, sondern empfindsame und verantwortungsbewusste Menschen, die sehr daran interessiert sind, “ihren” Tieren möglichst wenig Leid zuzufügen. In ihrem Arbeitsalltag müssen sie jedoch einen gewissen Pragmatismus an den Tag legen, um mit den Belastungen, die auch ein Experimentator bei der Arbeit mit Versuchstieren erfährt, fertig zu werden.

Nichts desto trotz tauschte man sich über Erlebnisse und Vorkommnisse, auch schon einmal in Form einer “Gruselgeschichte”, mit den Tieren aus. Ich nehme deshalb an, es gab innerhalb des Institutes diesbezüglich wenig Geheimnisse oder Beschönigungen. Auch nicht gegenüber Studenten.

So ist es für jemanden, der in einem Tierversuchs-Labor dieser Art arbeitet, kaum zu übersehen, dass die Tiere letztendlich leiden. Und das tat wohl seinen guten Teil dazu bei, dass ich diesem Forschungsbereich am Ende den Rücken gekehrt habe.

 

Was können wir tatsächlich tun, um das Leid der Tiere im Dienste der Menschheit zu vermindern?

Als Gesellschaft können wir

  • Eine Gesetzgebung anstreben, die in ihrer Umsetzung das Handeln gemäss der drei grossen R fördert, anstatt sie zu behindern
  • Die Geduld aufbringen, welche für die Entwicklung praktikabler und sicherer Alternativen zu Tiermodellen nötig ist – und gleichzeitig den Bedarf nach solchen Entwicklungen erhalten: Die kritische Einstellung der Öffentlichkeit gegenüber Tierversuchen macht Alternativen dazu aus wirtschaftlicher Sicht erst notwendig und befeuert den Einsatz von Zeit und Geld dafür.

 

Jeder Einzelne kann

  • Die Debatte um Tierversuche sachlich (was nicht gleich beschönigend ist) führen: Sachliche Darstellungen und Auseinandersetzungen mit dem Thema (das gilt nicht nur für Tierversuche) erscheinen glaubwürdig und können sinnvolle Wege eröffnen, auf denen wirklich etwas zum Wohl der Tiere erreicht werden kann.
  • Bei persönlichen Feldzügen in thematisch verwandten Gebieten einen möglichen Zusammenhang mit Tierversuchen beachten – Beispiel: Für die Zulassung neuer Inhaltsstoffe von Medikamenten, Kosmetika und anderer Alltagshelfer schreiben Gesetzgeber, sowohl in der Schweiz als auch in der EU, Tierversuche zur Überprüfung dieser Stoffe auf ihre (Neben-)Wirkungen vor (diese müssen nicht gesondert genehmigt werden und tauchen daher in der Veröffentlichung des BLV nicht auf). Das bedeutet, wenn ein Inhaltsstoff in der Öffentlichkeit als potentiell gefährlich Ablehnung erfährt, wiederholt überprüft und schlimmstenfalls durch eine Neuentwicklung ersetzt wird, geht dies stets mit neuen Tierversuchen einher. Es macht also Sinn abzuwägen, inwieweit eine mögliche Gefährdung durch einen Stoff die Entwicklung eines Ersatzes auf dem “Rücken” von Versuchstieren wirklich rechtfertigt.
  • Für sich bewusst überdenken, welche unserer heutigen “Alltagshelfer”, deren Entwicklung und Anwendung Tierversuche erfordert, verzichtbar sind. Ein derzeit populäres Beispiel für eine in meinen Augen verzichtbare “Technologie” ist die Anwendung von Botox in der Schönheits-Industrie: Botox, besser “Botulinumtoxin”, ist eines der stärksten Gifte der Welt. Deshalb muss jede neue Charge botoxhaltiger Produkte von Gesetz wegen in neuen Tierversuchen auf korrekte Dosierung überprüft werden.

 

Mein Fazit

Auch und besonders nach meiner Zeit im Tier-Labor erachte ich Alternativen zu Tierversuchen als dringendes Anliegen, das unbedingt weiter zu verfolgen ist. Bis solche Alternativen in allen Bereichen verfügbar sind, sollte der Bedarf danach in meinen Augen durch sachliche Auseinandersetzungen wach gehalten werden. Jene, die an Tierversuchen und damit auch an Entwicklungen zum Wohl der Tiere beteiligt sind, verdienen Vertrauen in ihre Menschlichkeit, keine Polemik.

Und ich hoffe, ich habe etwas zu dieser Sachlichkeit beitragen können.

Wie steht ihr zu Tierversuchen? Was kann eurer Meinung nach dagegen/dafür getan werden? Was tut ihr selbst?

Chemie beim Zahnarzt

Hallo und auf ein Neues! Ich bin Zahn Einssechs (“16”), Kathis erster grosser Backenzahn oben rechts (aus Sicht aller anderen oben links), und ich darf euch heute endlich mein Versprechen einlösen und meine Geschichte fertig erzählen. Die ist nämlich so lang, dass ich die erste Hälfte im Dezember 2015 bei Maike auf Miss Declare geschildert habe.

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Mit diesem Post möchte ich allen Lesern, Fans und Förderern von Keinsteins Kiste danken. Ohne euch gäbe es diese Seite nicht! Und obwohl die Kiste erst ein halbes Jahr alt ist, habe ich 2015 viele tolle Menschen und Mitblogger kennen lernen und wunderbare Erfolge feiern dürfen.

Aber die Geschichte dahinter beginnt vor mehr als einem halben Jahr: Durch Verzögerungen beim Studium zur Untätigkeit verdammt fühlte ich mich im Frühling 2015 wie eine überreife Pflaume: Heiss darauf zu verwerten, was ich in langen Studien- und Lebensjahren gelernt hatte, aber – scheinbar – ohne Möglichkeit dazu.

So las ich in einer völlig themenfremden Facebook-Gruppe von einem Medium, das ich bis anhin bloss mit Mode, Kosmetik und der Generation nach mir verbunden hatte: Von einem Blog. Dani Wolf von Glucke und So ist jedoch gestandene Mama in meinem Alter und schreibt einen Familienblog. Damit war meine Neugier geweckt. Beim Stöbern auf Danis Seite habe ich ganz schnell Blut geleckt – und meine erwähnte Überreife trug mich über alle Bedenken angesichts der Flut von Eindrücken und Funktionen hinweg: Ich bin zwar nicht Mutter, aber das kann ich doch auch!

Darauf folgten zwei Tage intensiven Stöberns und Lesens – wie baut man eigentlich einen Blog auf? – und dabei war besonders eine Seite ganz zentral: Der Affenblog von Vladislav Melnik. So kontrovers der Affenblog und sein Schöpfer in manchen Communities auch diskutiert werden mag: Ich habe bei der gründlichen Lektüre – insbesondere als Blog-Anfängerin – sehr viel mehr gelernt als einen Schreibstil zum Kopieren (welchen ich – so denke ich – nicht brauche). Die wichtigste Lektion, die ich von Vladislav lernte, ist wohl: Nicht lange grübeln und planen, mach einfach dein Ding und schau, was passiert – und zwar auf dem eigenen Webspace!

Also habe ich gemacht: Nachdem ich mir in zwei bis drei Wochen die Handhabe von WordPress und die Gestaltung eines Blogs auf dem XAMPP-Heimserver selbst angeeignet hatte, ging Keinsteins Kiste am 14. Juni mit dem ersten Post um das Chemische Gleichgewicht mit Le Chatelier und den Ferienfliegern online. Und was war ich stolz!

Beim Ausloten meiner Nische – Naturwissenschaft im Allgemeinen und Chemie im Besonderen – stiess ich schnell auf zwei grosse Portale mit Blogs zu wissenschaftlichen Themen – und konnte durch Kommentieren, unter anderem auf scienceblogs.de sehr schnell die ersten Stammleser gewinnen.

Zwei Leser dieser ersten Stunde sind Christian Thiele von Thieles Tierwelt und der Drachenkater, die mir seit den ersten Tagen der Kiste das wertvolle Gefühl geben, nicht ins Leere zu schreiben. Ebenso lieb und teuer ist mir die überschwängliche Begeisterung, mit welcher Ubuntu-Fan und -blogger Andre Nitschke alias Gnude jeden meiner Artikel quittiert – und das, obwohl ich konsequent MS Windows nutze!

Besonders danken möchte ich Normann Sötje alias Pyramideneule, der aus seiner Begeisterung für meine Texte heraus das Theme gestiftet hat, welches Keinsteins Kiste seit Ende August ihr heutiges Aussehen verleiht. Für 2016 haben wir eine kleine interdisziplinäre Kooperation ins Auge gefasst: Es wird um Insekten mit “Chemie-Waffen” gehen.

Nach den Sommerferien-Pause ermöglichte Florian Freistätter von Astrodicticum Simplex mir und der Kiste den Erfolg des Jahres: Die Teilnahme an dem von ihm organisierten Blog-Schreibwettbewerb 2015 auf scienceblogs.de. Neben einem Gastpost mit dem Wettbewerbsbeitrag “Wahrheiten über die Energie” auf einem beliebten Scienceblogs.de-Blog brachte mir das nämlich einen 5. Preis und eine grosse Menge neugieriger Besucher ein! Keine Frage: Da bin ich bei der Neuauflage 2016 natürlich wieder mit dabei.

Seither pflege ich mit meiner Mitbewerberin Emmygunde von emmygundespatzeküken.de regelmässigen Kontakt und lese mit Begeisterung jede ihrer herzerwärmenden Geschichten, die sich häufig um ihr aufgewecktes und wissenschaftsbegeistertes Kind drehen. Als “persönlicher Expertenmensch” des “Küken” genannten Kindes durfte ich auch hier schon in einem Kooperationspost Emmygunde und Herr Alias das Rätsel um geisterhafte Filmaufnahmen lösen.

Zudem stellte ich fest, dass meine Nische rund um die Chemie doch nicht ganz so leer war wie ich glaubte. So begegnete ich in der virtuellen Wissenschafts-Welt dem “Chemischen Reporter Marco Körner, und Ole von Banana-Bond, die sich einem ganz ähnlichen Ziel verschrieben haben wie ich: Die Chemie des Alltags – aber auch der modernen Forschung – allen Neugierigen nahe zu bringen.

Solche Neugierigen wie auch eine weitere Nischen-“Mitbewohnerin” fanden sich in dem Ende September neu gegründeten Forum auf meinbloggerforum.de, mit welchem Tenzi von Realitätswunder.de und ihre Moderatoren eine wunderbare Anlaufstelle für Blogger aus allen Sparten geschaffen haben.

Dort lernte ich nämlich auch die bloggende Chemie-Studentin Maike alias Missdeclare kennen, die sich unter anderem sehr dafür interessiert, was in all den Dingen und Produkten, die unseren Alltag füllen, enthalten ist. Und schliesslich durfte ich auf ihrem Blog am 12. Dezember meinen ersten “regulären” Gastbeitrag über die spannenden Stoffe und  Vorgänge in der Zahnarztpraxis veröffentlichen.

Als eine wunderbare Gelegenheit zum “Gelesen-Werden” haben sich Blogtouren und -paraden erwiesen: Nachdem ich im Rahmen einer Blogtour zum Thema Umweltschutz, organisiert im Forum blogger-treff.de, über kompostierbare Kunststoffe geschrieben hatte, fand mein Artikel zur Halloween-Blogparade “Kürbis und Flammen” von Arne Kerlin und Sarah von Flaneurin richtig grossen Anklang: Wie man einen Kürbis mit geisterhaftem kaltem Feuer erstrahlen lässt, und wie das funktioniert, erwies sich augenscheinlich als überaus spannend. Wenn die beruflichen Umstände es erlauben, ist für die Wiederholung zu Halloween 2016 ein Kürbis mit Thermit-Reaktion bereits eingeplant.

Zum guten Schluss: Guter Content ist ein ganz wichtiger Faktor für eine gute Reichweite – das predigt jeder, der etwas über das “Wie” beim Bloggen zu sagen hat. Und den Aufruf-Zahlen zufolge haben die berauschende Hochzeitsfeier meiner Schwester und die zeitgleich anlaufende Oktoberfest-Saison mich Ende September zu meinem beliebtesten Content neben dem Wettbewerbs-Beitrag inspiriert: “Biochemischer Katzenjammer” beschreibt, was bei reichlichem Alkohol-Konsum im menschlichen Körper geschieht und wie es zu den spürbaren Symptomen des “Katers” kommt.

Nachdem alle Neujahrs-Kater hoffentlich inzwischen verflogen sind, wünsche ich euch – allen treuen und neuen Lesern und Mitbloggern – ein tolles und erfolgreiches Jahr 2016 voller neuer, spannender Geschichten!

Eure Kathi Keinstein

Die Geschichte von Zahn 16 : Chemie beim Zahnarzt

Ich bin Zahn Einssechs (“16”), Kathis erster grosser Backenzahn oben rechts (aus Sicht aller anderen oben links) – nach der Zahnformel im 1. Quadranten an Position 6. Ich möchte euch meine Geschichte erzählen, die mich und Kathi mehr als oft genug in eine Zahnarztpraxis geführt hat. Denn dort gibt es so viel spannende Chemie zu entdecken, dass eigentlich gar keine Zeit mehr zum Angsthaben bleibt, wenn man erst angefangen hat, über all diese Stoffe und Vorgänge nachzudenken.

Ich habe sogar so viel zu erzählen, dass Kathi mir zwei Geschichten widmet: Eine ist bei Maike auf MissDeclare erschienen(Kathi und ich danken herzlich dafür, dass wir dort zu Gast sein dürfen!) und die andere erscheint etwas später  hier in Keinsteins Kiste.

So möchte ich heute auf MissDeclare erzählen von:

  1. Karies-Vorbeugung mit Fluoriden
  2. Dem Inhalt der “Spritze” für die lokale Betäubung
  3. Zement als Zahnfüllung
  4. Amalgam-Füllungen
  5. Inlays und Kronen aus Keramik

 

Und in der zweiten Geschichte geht es dann um:

  1. Diagnostik mit Vitalitätstest und Röntgenbildern
  2. Desinfizierende Spüllösungen
  3. Medikamente zur Behandlung einer Wurzelentzündung
  4. Füllmaterial für Wurzelhalsfüllungen und Provisorien
  5. Kunststoff”-Füllungen aus Komposit-Füllmaterial

Viel Spass bei unserer Gastgeberin und Nachwuchs-Chemikerin Missdeclare wünschen euch

Kathi Keinstein und ihr Zahn Einsechs!

 

Der Augenblick der Zeugung

Diese Geschichte ist meiner Schwester Sonja und meinem Schwager Lutz gewidmet, die sich heute ihr Ja-Wort gegeben haben. Ich habe lange nach passenden Geschichten aus Natur und Alltag für diesen grossartigen Anlass gesucht, Ideen gesammelt und wieder verworfen. Übrig geblieben ist die perfekte Geschichte von der natürlichsten Sache der Welt – und gleichzeitig dem in meinen Augen grössten Wunder (nicht nur) in der Biologie: Der Zeugung neuen Lebens.

Die Liebe funktioniert letztlich im Grossen ebenso wie im Kleinen. Man trifft sich, sucht sich eine lauschige Ecke, kommt sich näher… was dann im Grossen geschieht, ist euch vermutlich hinlänglich bekannt. Doch wenn ein paar Monate später die Frage laut wird, wie denn das Baby in Mamas runden Bauch gekommen ist, gerät manch einer in Erklärungsnöte. Aber die Liebe funktioniert auch im Kleinen ebenso wie im Grossen. Also wird irgendwie eine weibliche Eizelle ins Spiel gebracht, und Spermien, die sich auf den Weg machen, um die Eizelle zu befruchten, sodass daraus neues Leben entsteht.

Wie die Spermien auf den Weg zu ihrem Liebesabenteuer gebracht werden, würde hier den Rahmen sprengen und sei eurer Phantasie überlassen. Aber früher oder später wird dieser Weg in eine lauschige Höhle führen, in der – hoffentlich – eine liebesbedürftige Eizelle auf ihre Verehrer wartet…

Den/die Richtige/n finden

Die grosse Liebe will zu Anfang erst einmal erobert sein. Eizellen auch. Und die Konkurrenz ist riesig! 300 Millionen menschliche Spermien gehen gemeinsam (also bei jedem einzelnen Akt!) auf Brautschau, und davon erhalten nur etwa 200 vor Ort die Chance auf die grosse Liebe. Da hilft es, wenn man einander vorgestellt, verkuppelt wird. Eine befruchtungsbereite Eizelle wird von Follikelzellen umgeben wie von einem Schwarm verkupplungswilliger Freundinnen, die chemische Signalstoffe aussenden, entlang derer die liebessuchenden Spermien zu ihrer Angebeteten finden.

Aber die erweist sich als überaus wählerisch. Es will ja niemand eine wiehernde Kuh oder eine eierlegende Wollmilchsau (oder etwa doch?), nur weil jemand all sein Vieh im gleichen Stall hält. Deshalb hüllt sich die begehrte Eizelle in ihre Zona pellucida, einen Mantel aus verschiedenen Glykoproteinen (Eiweissen mit Zucker-Dekor), die ausschliesslich Bewerber von der richtigen Spezies an ihre Trägerin heran lässt. Diese kleben dafür geradezu an der süssen Umhüllung ihrer Angebeteten, und es folgt das Übliche: Anmache mit allem, was das Akrosomenvesikel hergibt.

Brautwerbung

Dieser “Frachtraum” im Spermienkopf ist randvoll mit Enzymen, deren Sinn und Zweck es ist die attraktive Aussenhülle zu knacken und bis zur eigentlichen Eizelle durchzudringen. Sobald ein Bewerber an der Zona pellucida festhängt, veranlasst die Nähe zu seinem Ziel ihn den Frachtraum zu öffnen und loszulegen. Da wird von allen Seiten geworben und gebohrt was das Zeug hält. Aber nur der hartnäckigste Kandidat wird schliesslich von der Liebsten erhört.

Wer die Zona pellucida überwunden hat, darf kuscheln: Zellmembran an Zellmembran, bis man ganz dicht aneinander haftet. Unausweichlich muss es dabei irgendwann funken – und auch die Molekularbiologen haben den Zauber der Liebe noch nicht durchschauen können. So ist nicht ganz klar wie, aber schliesslich wird aus zwei Verliebten ein Paar, aus zwei Zellen wird eine mit gemeinsamer, verschmolzener Membran. Eine Zygote im siebten Himmel. Für alle übrigen Bewerber ist damit Schicht im Schacht. Die Dame wird schlagartig blind und taub für ihr Werben, und die Chemie ihrer vormals so anziehenden Umhüllung verändert sich so, dass sie hart und undurchdringlich wird.

Zellulärer Honeymoon

Der Zellkern aus dem Spermienkopf teilt das Zytosol der gemeinsamen Zelle nun mit dem Kern der Eizelle. Damit fängt die eigentliche Arbeit aber erst an. Eine gute, fruchtende Beziehung will gepflegt werden. Jeder steuert seine Eigenheiten bei, und die wollen erst einmal überein gebracht werden, bevor aus zwei Persönlichkeiten eine Einheit wird. Das heisst, genau genommen aus zwei halben Persönlichkeiten. Denn Eizellen und Spermien haben es an sich, dass sie nur die Hälfte dessen haben, was man zum Leben braucht. Und zwei Hälften, verpackt in Ei-Vorkern und Spermien-Vorkern, ergeben schlussendlich ein Ganzes.

Im Zentrum der Zelle findet man eine gemeinsame Mitte: Ei-Vorkern und Spermien-Vorkern durchleben dort ihren Honeymoon eng umschlungen, während in ihrem Innern für die Zukunft geplant und fleissig DNA verdoppelt wird. Schliesslich möchten beide Liebenden am Ende den gleichen Anteil am Ganzen haben.

Zurück zum Alltag: Mitose

Irgendwann wird aber irgendjemand eine Ansage machen müssen, wie es weitergeht. Säugetierzellen sind da etwas altmodisch. Neben dem Erbgut bringt das Spermium nämlich ein Centriol mit in die Ehe, ein kleines Organell, das den Mittelpunkt eines Centrosoms bildet und im Folgenden für Ordnung sorgt.

Die zelluläre Ehe wird nämlich damit besiegelt, dass  die Kernhüllen der verschlungenen Vorkerne (zer)fallen, sodass die Liebenden auch im Allerinnersten – den Kernen – verschmelzen können. Und dieser letzte Schritt zur Ehe ist gleichzeitig der erste Schritt zur Zellteilung. Also zum zellulären Alltag.

Die Chromosomen im Zellkern bilden für gewöhnlich ein grosses, ziemlich wirres Knäuel von DNA-Strängen. Erst wenn es an die Zellteilung geht, werden diese Stränge von fleissigen Helferlein zu jenen knotigen Stäbchen verdichtet, die von Mikroskopaufnahmen oder Skizzen im Biologiebuch bekannt sind und sich wesentlich besser sortieren lassen als ein Knäuel von Fäden .

Bevor das Chromosomenchaos beim Verschmelzen der Kerne zum ersten Zankapfel in der jungen Ehe werden kann, wird das Centrosom samt mitgebrachtem Centriol verdoppelt. So kann nach dem Zerfall der Kernmembranen zwischen den beiden Centrosomen ein ganzes Bündel von Mikrotubuli – Proteinfasern, die sich von einem Centriol zum anderen erstrecken – enstehen, an welchen die verdichteten Chromosomenpaare säuberlich angeordnet werden, ganz wie Wäsche auf der Leine.

Auf dem Weg zum Glück

Der gemeinsame Haushalt ist damit geregelt, sodass nun gerecht geteilt werden kann. Also gerade in der Mitte durch, sodass jeder den gleichen Anteil am Erbgut der Beziehung hat: Jeder der beiden neuen Zellkerne erhält von jedem Chromosomenpaar die Hälfte. Denn nur wer auf gleicher Ebene miteinander verkehren kann, wird auf lange Sicht und wirklich glücklich.

In gleicher Weise und mit allem ausgestattet, was sie zum Glücklichsein brauchen, teilen sich die beiden neuen Kerne am Ende der Kernteilung, der Mitose, das gemeinsame Zytosol ihrer Zygote und stehen damit am Anfang des Lebens eines neuen vielzelligen Organismus’.

Und dann die Scheidung?!

Um Himmels willen, nein! Die in Biologie Bewanderten unter euch wissen wohl, was kommt: Die Zellteilung wird durch die Abschnürung der Zellmembran beendet, sodass aus einer Zelle schliesslich zwei werden. Aber diese beiden gehören unweigerlich zusammen und bilden fortan ein Ganzes, ebenso wie die vier, die darauf folgen, und die acht, und…

Liebe Sonja, lieber Lutz,

Ich wünsche euch von ganzem Herzen, dass ihr euch auch im Hafen der Ehe auf Augenhöhe begegnen könnt und miteinander glücklich werdet. Und wer weiss, vielleicht steht ihr gar am Anfang einer neuen, eigenen Familie?

Eure Schwester und Schwägerin Kathi

Nachtrag: Am 11.5.2016 ist meine Nichte Fiona zur Welt gekommen (wer nachrechnet wird feststellen, dass die Biologie am Ende schneller war als ich mit dem Geschichten schreiben)! Herzlich willkommen auf unserer spannenden, bestaunenswerten Welt!

 

Schmelzwärme und ein AHA-Erlebnis

Dies ist eine wahre Geschichte um das rätselhafte Verschwinden von Wärme und davon, wie dieses Rätsels Lösung mein Leben prägte und zur Entstehung von Keinsteins Kiste führte. Zu all dem hat vor 20 Jahren das AHA-Erlebnis meines Lebens geführt, welches ich – ursprünglich im Rahmen einer Blogparade um AHA-Erlebnisse auf einem Blog, der heute nicht mehr existiert – hier mit euch teilen möchte.

 

Ein Versuch vor 20 Jahren

Als ich mit knapp 13 Jahren in meine erste Chemie-Stunde am Gymnasium ging, war meine Welt noch einfach. In der Physik war die Mechanik noch klassisch, und wenn man Dinge auf eine laufende Herdplatte stellte, wurden sie warm. Und zwar je länger man heizt, desto wärmer. Das hatte ich bis anhin bloss noch nicht mit Eiswasser probiert.

Genau das tat jedoch unser Chemielehrer in besagter erster Chemie-Stunde. ‘Eiswasser’ meint einen Topf voll Eiswürfel, der mindestens bis zur Hälfte mit Leitungswasser aufgefüllt wird. Der Topf samt Eiswasser wurde unter stetem Rühren gleichmässig erhitzt. Ein Quecksilber-Thermometer zeigte dabei laufend die Temperatur des Topfinhaltes an.

Begonnen hat der Versuch mit einer Temperatur von vielleicht -5°C, welche für Eiswürfel in Wasser nicht ungewöhnlich ist. Und anfangs ist sie dann auch ganz wie erwartet angestiegen. Bei 0°C war dann aber unvermittelt Schluss mit dem Anstieg. Die Temperatur des Eiswassers blieb bei 0°C, von geringfügigen Schwankungen (nichts und niemand rührt perfekt gleichmässig ) einmal abgesehen. Da konnte der Lehrer so viel heizen, wie er wollte, es nützte gar nichts. Nur die Eiswürfel schmolzen immer weiter dahin.

 

Die Welt aus den Angeln gehoben: Wohin verschwindet die Wärme?

Schon bald wurde mir bei der Sache ziemlich unbehaglich. Wohin verschwand die Wärme, die eigentlich von der Herdplatte in Topf und Inhalt übergehen sollte? Einen Energie-Erhaltungssatz, der das grundlose Verschwinden und Entstehen von Wärme verbietet, hatte es zu jener Zeit in meiner Welt schon gegeben ( spätestens nach “Jim Knopf und die wilde 13” hatte mein Vater mir die Hauptsätze der Thermodynamik darlegen müssen, um mich vom Nachbau des “Perpetumobils” abzubringen – aber das ist eine andere Geschichte).

So nagte in mir die Frage, was mit der verschwindenden Wärme geschah. Hatte das Ganze mit dem Schmelzen der Eiswürfel zu tun? Würde die Welt wieder in Ordnung kommen, wenn alles Eis geschmolzen wäre? Die Unterrichtsstunde reichte nicht aus, um so lange zu warten. Aber als der Lehrer anbot, mit einem Freiwilligen in der grossen Pause noch einmal nachzusehen, wenn er den Versuch bis dahin weiterlaufen liesse, war ich auf der Stelle mit dabei.

Und zu meiner grossen Freude war die Welt in der Pause tatsächlich wieder in Ordnung: Das Eis war geschmolzen und die Temperatur im Topf stieg langsam wieder an. Erklärt war die verschwundene Wärme damit aber noch lange nicht. Meine Neugier war hingegen geweckt.

 

Wie Entwicklungs-Psychologen das AHA-Erlebnis beschreiben

Eineinhalb Jahrzehnte später sollte ich dann erfahren, was damals Bewegendes in mir vorgegangen ist, und weshalb mir jener Versuch zeitlebens in Erinnerung geblieben ist: In der Vorlesung zur pädagogischen Psychologie im Rahmen meiner Lehrerausbildung haben wir zwei unterschiedliche Lernwege kennengelernt.

Der übliche Lernweg besteht darin, dass eine neue Information, die in unser bestehendes Konzept unserer Welt passt, darin eingeordnet, also hinzugefügt wird. Dieses Vorgehen wird von den Fachleuten Assimilation genannt und findet zum Beispiel statt, wenn wir wissen, dass Wasser bei 0°C gefriert, und erfahren, dass Alkohol, eine andere Flüssigkeit, ebenfalls gefrieren kann, aber bei einer tieferen Temperatur.

Wenn unser Gehirn jedoch mit einer Information konfrontiert wird, die nicht ins bestehende Konzept passt, muss es den zweiten, wesentlich aufwändigeren Lernweg gehen: Was nicht passt, wird passend gemacht. Und da eine erhaltene Information nicht willkürlich geändert werden kann, muss zwangsläufig das Konzept angepasst werden. Die Fachleute nennen diesen Vorgang Akkomodation. Das Ergebnis einer solchen Anpassung ist mitunter ein regelrechtes AHA-Erlebnis, welches mehr oder minder tiefgreifende Folgen nach sich zieht.

 

Die Wärme verschwindet nicht: Kleine Teilchen liefern die Lösung

Im Falle des Eiswasser -Versuchs hat spätestens in der nächsten Unterrichtsstunde mein Chemielehrer die Welt wieder gerade gerückt: In den Augen der Chemiker (und auch der anderen Naturwissenschaftler) bestehen alle Stoffe aus unzähligen kleinen Teilchen. In einem Feststoff wie Eis sind diese Teilchen in regelmässiger Ordnung zusammengepackt, etwa wie ein Stapel Waren auf einer Euro-Palette. Anders als die Waren, die ruhig auf der Palette liegen (sollten), zittern die Teilchen im Feststoff jedoch ständig, und zwar umso stärker, je wärmer sie werden. Was wir als Wärme wahrnehmen, ist also nichts anderes als die Zitter-, oder besser Schwingungsenergie vieler, vieler kleiner Teilchen.

Wenn diese Teilchen irgendwann eine bestimmte Wärmemenge aufgenommen haben, können sie schliesslich aus der Ordnung ausbrechen und sich frei gegeneinander bewegen. Auf diese Weise entsteht aus einem Feststoff eine Flüssigkeit. Und Teilchen, die sich von einem Ort zum anderen bewegen, haben eine Bewegungsenergie, die sie zuvor im Feststoff nicht hatten (die Schwingungsenergie bleibt ihnen zusätzlich erhalten, denn auch die Teilchen der Flüssigkeit zittern munter weiter).

 

Übergänge zwischen den drei Aggregatzuständen


Die drei alltäglichen Aggregatzustände von Stoffen im Teilchenmodell: Beim Übergang vom Feststoff zur Flüssigkeit, dem Schmelzen, wird Wärme in Bewegungsenergie der Teilchen umgewandelt (ebenso wie bei allen anderen durch rote Pfeile dargestellten Übergängen). Beim jeweiligen Übergang in umgekehrter Richtung (blaue Pfeile) wird dieselbe Menge Energie wiederum in Wärme umgewandelt.

Die Bewegungsenergie der Teilchen entsteht – gemäss dem Energie-Erhaltungssatz – nicht aus dem Nichts, sondern durch Umwandlung der von der Herdplatte ausgehenden Wärme. So kann ein Stoff nicht weiter erwärmt werden, während er schmilzt. Die zum Schmelzen einer bestimmten Menge Teilchen aufzuwendende Wärmemenge wird dementsprechend Schmelzwärme oder auch Schmelzenthalpie genannt.

Beim Verdampfen einer Flüssigkeit spielt sich übrigens das Gleiche ab: Die Flüssigkeit wird nicht wärmer, während sie verdampft, da eine Verdampfungswärme genannte Wärmemenge aufgewendet wird, um der Bewegungsenergie der Teilchen eine neue Note zu verleihen (im Gaszustand bewegen die Teilchen sich frei im Raum anstatt im Verbund gegeneinander!).

 

Meine prägende Erkenntnis aus meiner ‘Entdeckung’ der Schmelzwärme

Mit der Akkomodation meines Konzepts von Energie durch die Einführung einer mir völlig neuen Erscheinungsform der Energie in Gestalt der Bewegung kleiner Stoffteilchen, konnte ich nun das Kaltbleiben des Eiswassers auf der Herdplatte einordnen, ohne dass der erste Hauptsatz der Thermodynamik, der Energieerhaltungssatz, verletzt wurde.

Die “Entdeckung” der Schmelzwärme als solche wäre mir jedoch nicht über 20 Jahre so präsent im Gedächtnis geblieben. Eingeprägt hat sich mir vielmehr das überwältigende Gefühl, zunächst an die Grenzen der eigenen Welt zu stossen und diese dann zu aufregenden neuen “Ufern” hin zu überschreiten. Und die Erkenntnis, die jenes erste Überschreiten in mir keimen liess: Die Welt birgt hinter unserem Tellerrand erstaunliche Geheimnisse. Und wir können sie entdecken und staunen, wenn wir nur genau hinschauen!

Von jenem Tag war mein Hunger nach solchen Geheimnissen und dem überwältigenden Gefühl ihrer Enträtselung geweckt und die Welt der kleinen Teilchen hat mich nicht mehr losgelassen. Mit den Jahren ist neben diesem Hunger auch der Wunsch, meine Faszination zu teilen, gewachsen. So habe ich inzwischen nicht nur die kleinen Teilchen studiert, sondern auch die Lehrerausbildung in Angriff genommen und darüber hinaus in der Blogosphäre eine wunderbare Plattform gefunden, um meine Leser ganz nach meinen Vorstellungen zu faszinieren. Somit wünsche ich viel Freude und Staunen beim weiteren Stöbern in Keinsteins Kiste.

Ihr könnt die Schmelzwärme übrigens auch selbst entdecken: Hier habe ich eine Anleitung für euch, wie ihr das Experiment mit dem AHA-Effekt bei euch zu Hause nachmachen könnt!

Und welches erstaunliche Phänomen hat deine Welt aus den Angeln gehoben?